JPH11174497A - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】カラーフィルタを用いずに光を着色して明るい
カラー表示を得るとともに、１つの画素で複数の色を表
示し、しかも、前記画素の表示色を白、黒、赤、緑、青
に変化させてフルカラー表示を実現する。 【解決手段】液晶セル１０と偏光板２０，２１のいずれ
か一方との間に２枚の位相差板２２，２３を配置し、２
枚の位相差板２２，２３の複屈折作用および液晶セル１
０の液晶層の複屈折作用と偏光板２０，２１の偏光作用
とを利用してカラーフィルタを用いずに着色した表示を
得るようにするとともに、液晶セル１０の液晶分子のツ
イスト角と、Δｎｄの値と、２枚の位相差板２２，２３
の両方のリタデーションの和の値と、各位相差板２２，
２３および偏光板２０，２１の光学軸の向きを、この液
晶表示装置を出射する光が液晶セル１０の電極１３，１
４間に印加される電界による液晶分子の配向状態の変化
に応じて白、黒、赤、緑、青に変化するように、設定し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カラーフィルタ
を用いずに着色した表示を得るカラー液晶表示装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】着色した表示が得られるカラー液晶表示
装置としては、一般に、カラーフィルタを用いて光を着
色するものが利用されている。しかし、このカラー液晶
表示装置は、カラーフィルタを用いて光を着色するもの
であるため、光の透過率が低く、したがって表示が暗い
という問題をもっている。

【０００３】これは、カラーフィルタでの光の吸収によ
るものであり、カラーフィルタは、その色に対応する波
長帯域外の波長光だけでなく、前記波長帯域の光もかな
り高い吸収率で吸収するため、カラーフィルタを通った
着色光が、カラーフィルタに入射する前の前記波長帯域
の光に比べて大幅に光強度を減じた光になり、表示が暗
くなってしまう。

【０００４】なお、液晶表示装置には、自然光や室内照
明光等の外光を利用して表示する反射型のものと、バッ
クライトの光を利用して表示する透過型のものと、反射
型と透過型の両方の表示を行なういわゆる２ウエイ表示
型のものとがあり、カラーフィルタを用いて光を着色す
るカラー液晶表示装置であっても、バックライトの光を
利用する透過型表示を行なわせる場合は、前記バックラ
イトの輝度を高くすることにより明るい表示を得ること
ができる。

【０００５】しかし、前記カラーフィルタを用いて光を
着色するカラー液晶表示装置に外光を利用する反射型表
示を行なわせる場合は、液晶表示装置にその前面から入
射し後面側の反射板（２ウエイ表示型の場合は半透過反
射板）により反射されて前面側に出射する光が、カラー
フィルタを２度通って二重に光強度を減じるため、表示
が極端に暗くなって、表示装置としてはほとんど使用で
きなくなる。

【０００６】しかも、カラーフィルタを用いて光を着色
するカラー液晶表示装置は、１つ１つの画素の表示色が
その画素に対応するカラーフィルタの色によって決まる
ため、多くの色を表示するには、例えば赤、緑、青の三
原色のカラーフィルタをそれぞれ対応させた３つの画素
を一組として、その各画素の光の透過を制御することに
より所望の表示色を得なければならず、そのために、画
素数が多くなって、構造が複雑化してしまう。

【０００７】一方、従来から、カラーフィルタを用いず
に着色した表示を得るカラー液晶表示装置として、ＥＣ
Ｂ型（複屈折効果型）の液晶表示装置が知られている。
このＥＣＢ型液晶表示装置は、内面に電極が形成された
前後一対の基板間に液晶層を設けてなる液晶セルをはさ
んで、前側および後側偏光板を配置するとともに、前記
液晶セルの液晶分子の初期配向状態および液晶の屈折率
異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値と、前記液晶
セルの両基板の近傍における液晶分子の配向方向と、前
記前側および後側偏光板のそれぞれの光学軸の方向と
を、一方の偏光板を透過して入射した光が前記液晶セル
の液晶層の複屈折作用により各波長光がそれぞれ偏光状
態の異なる楕円偏光となった光となり、その光のうちの
他方の偏光板の透過軸に平行な偏光成分の光がこの偏光
板を透過して、その光を構成する各波長光の光強度の比
に応じた色の光になるように設定したものである。

【０００８】すなわち、このＥＣＢ型液晶表示装置は、
カラーフィルタを用いずに、液晶セルの液晶層の複屈折
作用と偏光板の偏光作用とを利用して光を着色するもの
であり、したがってカラーフィルタによる光の吸収がな
いから、光の透過率を高くして明るいカラー表示を得る
ことができる。

【０００９】しかも、上記ＥＣＢ型液晶表示装置は、液
晶セルの両基板の電極間に印加される電界による液晶分
子の配向状態の変化によって液晶層の複屈折性が変化
し、それに応じて他方の偏光板に入射する各波長光の偏
光状態が変化するため、印加電界を制御することによっ
て上記着色光の色を変化させることができ、したがっ
て、１つの画素で複数の色を表示することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＥＣＢ型液晶表示装置は、光の三原色である赤、緑、青
のうち、緑と青は表示できるが、赤に近い表示色はオレ
ンジ色であり、また白と黒の表示が難しいため、フルカ
ラー表示が不可能で、また表示のコントラストも低いと
いう問題をもっている。

【００１１】この発明は、光の透過率を高くして明るい
カラー表示を得るとともに、１つの画素で複数の色を表
示することができ、しかも、フルカラー表示を実現する
ことができるカラー液晶表示装置を提供することを目的
としたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明のカラー液晶表
示装置は、内面に電極が形成された前後一対の基板間に
液晶分子がツイスト配向した液晶層を設けてなる液晶セ
ルと、この液晶セルをはさんで配置された前側および後
側偏光板と、そのいずれかの偏光板と前記液晶セルとの
間に互いに重ねて配置された複数の位相差板とを備え、
前記液晶セルの液晶分子のツイスト角および液晶の屈折
率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値と、前記複
数の位相差板の両方のリタデーションの和の値と、前記
液晶セルの両基板の近傍における液晶分子の配向方向
と、前記前側および後側偏光板と前記複数の位相差板の
それぞれの光学軸の方向とを、一方の偏光板を透過して
入射した光が前記複数の位相差板の複屈折作用および前
記液晶セルの液晶層の複屈折作用により各波長光がそれ
ぞれ偏光状態の異なる楕円偏光となった光となり、その
光のうちの他方の偏光板の透過軸に平行な偏光成分の光
がこの偏光板を透過して、その光を構成する各波長光の
光強度の比に応じた色の光になるとともに、入射光が白
色光であるとき、前記他方の偏光板を透過した光の色
が、前記液晶セルの両基板の電極間に印加される電界に
よる液晶層の液晶分子の配向状態の変化に応じて、白、
黒、赤、緑、青に変化するように設定したことを特徴と
するものである。

【００１３】この発明のカラー液晶表示装置において
は、一方の偏光板を透過して入射した光が前記複数の位
相差板の複屈折作用および前記液晶セルの液晶層の複屈
折作用により各波長光がそれぞれ偏光状態の異なる楕円
偏光となった光となり、その光のうちの他方の偏光板の
透過軸に平行な偏光成分の光がこの偏光板を透過して、
その光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の光
になる。

【００１４】また、前記液晶セルの液晶分子は、この液
晶セルの両基板の電極間に印加される電界に応じて、ツ
イスト配向状態を保ちつつ立上がり配向するため、前記
電極間に印加する電界を変化させると、その電界による
液晶分子の配向状態の変化によって液晶層の複屈折性が
変化し、それにともなって前記他方の偏光板に入射する
光の偏光状態が変化して、この偏光板を透過する光の各
波長光の光強度比が変化し、その透過光の色が変化す
る。

【００１５】すなわち、このカラー液晶表示装置は、複
数の位相差板の複屈折作用および液晶セルの液晶層の複
屈折作用と偏光板の偏光作用とを利用して、カラーフィ
ルタを用いずに着色した表示を得るものであり、したが
って、光の透過率を高くして明るいカラー表示を得ると
ともに、液晶セルの電極間に印加する電界を制御するこ
とにより、１つの画素で複数の色を表示することができ
る。

【００１６】そして、このカラー液晶表示装置によれ
ば、前記液晶セルの液晶分子のツイスト角およびΔｎｄ
の値と、前記複数の位相差板の両方のリタデーションの
和の値と、前記液晶セルの両基板の近傍における液晶分
子の配向方向と、前記前側および後側偏光板と前記複数
の位相差板のそれぞれの光学軸の方向とを、入射光が白
色光であるとき、前記他方の偏光板を透過した光の色
が、前記液晶セルの電極間に印加される電界による液晶
分子の配向状態の変化に応じて、白、黒、赤、緑、青に
変化するように設定しているため、フルカラー表示を実
現することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】この発明は、上記のように、液晶
セルと、この液晶セルをはさんで配置された前側および
後側偏光板と、そのいずれかの偏光板と前記液晶セルと
の間に互いに重ねて配置された複数の位相差板とを備
え、前記複数の位相差板の複屈折作用および液晶セルの
液晶層の複屈折作用と偏光板の偏光作用とを利用してカ
ラーフィルタを用いずに着色した表示を得ることによ
り、明るいカラー表示が得られるようにするとともに、
前記液晶セルの液晶分子のツイスト角およびΔｎｄの値
と、前記複数の位相差板の両方のリタデーションの和の
値と、前記液晶セルの両基板の近傍における液晶分子の
配向方向と、前記前側および後側偏光板と前記複数の位
相差板のそれぞれの光学軸の方向とを、入射光が白色光
であるとき、前記他方の偏光板を透過した光の色が、前
記液晶セルの両基板の電極間に印加される電界による液
晶分子の配向状態の変化に応じて、白、黒、赤、緑、青
に変化するように設定することにより、フルカラー表示
を実現したものである。

【００１８】この発明は、自然光や室内照明光等の外光
を利用して表示する反射型の液晶表示装置にも、バック
ライトの光を利用して表示する透過型の液晶表示装置に
も、また反射型と透過型の両方の表示を行なういわゆる
２ウエイ表示型の液晶表示装置にも適用できるものであ
り、反射型または２ウエイ表示型の液晶表示装置に適用
する場合は、後側偏光板の背後に反射板または半透過反
射板を配置する。

【００１９】また、前記複数の位相差板の枚数を２枚と
し、それら２枚の位相差板は液晶セルと前側偏光板との
間に配置しても、液晶セルと後側偏光板との間に配置し
てもよく、例えば後側偏光板の背後に反射板を配置した
反射型の液晶表示装置において、前記２枚の位相差板を
前記液晶セルと前側偏光板との間に配置する場合は、前
記液晶セルの液晶分子のツイスト角を２３０°〜２７０
°の範囲内、無電界状態におけるΔｎｄの値を１５００
ｎｍ〜２１００ｎｍの範囲内、前記２枚の位相差板の両
方のリタデーションの和の値を前記Δｎｄの値の１．０
８±０．０７倍の範囲内に設定すれば、白、黒、赤、
緑、青を表示することができる。

【００２０】また、前記反射型の液晶表示装置におい
て、前記２枚の位相差板を前記液晶セルと後側偏光板と
の間に配置する場合は、前記液晶セルの液晶分子のツイ
スト角を２３０°〜２７０°の範囲内、無電界状態にお
けるΔｎｄの値を１５００ｎｍ〜２１００ｎｍの範囲
内、前記２枚の位相差板の両方のリタデーションの和の
値を前記Δｎｄの値の０．８８±０．０７倍の範囲内に
設定すれば、白、黒、赤、緑、青を表示することができ
る。

【００２１】

【実施例】以下、この発明を反射型のカラー液晶表示装
置に適用した第１の実施例を図１および図２を参照して
説明する。図１はカラー液晶表示装置の断面図であり、
この液晶表示装置は、液晶セル１０と、この液晶セル１
０をはさんでその前面側と後面側とに配置された前側偏
光板２０および後側偏光板２１と、前記前側偏光板２０
と液晶セル１０との間に互いに重ねて配置された２枚の
位相差板２２，２３と、前記後側偏光板２１の後面側に
配置された反射板２４とからなっている。なお、前記反
射板２４は、樹脂フィルム等からなるベースシートの前
面に銀またはアルミニウム等の金属膜を蒸着した無指向
性反射板である。

【００２２】上記液晶セル１０は、ＩＴＯ膜等からなる
透明電極１３，１４を形成しその上に配向膜１５，１６
を形成した前後一対の透明基板（例えばガラス基板）１
１，１２間に誘電異方性が正のネマティック液晶１８を
挟持しその分子を両基板１１，１２間においてツイスト
配向させたものであり、前記両基板１１，１２は枠状の
シール材１７を介して接合されており、液晶１８は両基
板１１，１２間の前記シール材１７で囲まれた領域に封
入されている。

【００２３】この液晶セル１０は、例えば単純マトリッ
クス型のものであり、その前側基板１１に設けられた電
極１３は、複数本互いに平行に形成された走査電極、後
側基板１２に設けられた電極１４は、前記走査電極１３
とほぼ直交させて複数本互いに平行に形成された信号電
極である。

【００２４】また、上記両基板１１，１２に設けた配向
膜１５，１６は、ポリイミド等からなる水平配向膜であ
る。これら配向膜１５，１６はそれぞれ所定の方向に配
向処理（ラビング処理）されており、液晶１８の分子
は、両基板１１，１２上（配向膜１５，１６の上）にお
ける配向方向を配向膜１５，１６で規制され、前記配向
膜１５，１６面に対し僅かなプレチルト角で傾斜した状
態で、両基板１１，１２間において所定のツイスト角で
ツイスト配向している。

【００２５】この液晶セル１０の液晶層は、液晶１８の
屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値に応じ
た複屈折性を有しており、その複屈折性、つまりΔｎｄ
の値は、両基板１１，１２の電極１３，１４間に印加さ
れる電界による液晶分子の配向状態の変化に応じて変化
する。

【００２６】また、上記２枚の位相差板２２，２３はそ
れぞれ、ポリカーボネート製フィルム等を機械的に延伸
して光学的な位相差をもたせたものであり、その屈折率
異方性と板厚との積の値に応じた複屈折性を有してい
る。

【００２７】そして、このカラー液晶表示装置では、前
記液晶セル１０の液晶分子のツイスト角およびΔｎｄの
値と、前記２枚の位相差板２２，２３の両方のリタデー
ションの和の値と、前記液晶セル１０の両基板１１，１
２の近傍における液晶分子の配向方向と、前記前側およ
び後側偏光板２０，２１と前記２枚の位相差板２２，２
３のそれぞれの光学軸の方向とを、前側偏光板２０を透
過して入射した光が前記２枚の位相差板２２，２３の複
屈折作用および前記液晶セル１０の液晶層の複屈折作用
により各波長光がそれぞれ偏光状態の異なる楕円偏光と
なった光となり、その光のうちの後側偏光板２１の透過
軸に平行な偏光成分の光がこの偏光板を透過して、その
光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の光にな
るとともに、入射光が白色光であるとき、前記後側偏光
板２１を透過した光の色が、前記液晶セル１０の両基板
１１，１２の電極１３，１４間に印加される電界による
液晶分子の配向状態の変化に応じて、白、黒、赤、緑、
青に変化するように設定している。

【００２８】この実施例では、上記液晶セル１０の液晶
分子のツイスト角を２３０°〜２７０°の範囲内の角度
とし、かつ、無電界状態におけるΔｎｄの値を、１５０
０ｎｍ〜２１００ｎｍの範囲内、好ましくは１６５０ｎ
ｍ〜１９５０ｎｍの範囲内の値に設定し、前側偏光板２
０に隣接する偏光板側位相差板２２のリタデーションＲ
１と、液晶セル１０に隣接するセル側位相差板２３のリ
タデーションＲ２との和Ｒ１＋Ｒ２の値を、前記液晶セ
ル１０のΔｎｄの値の１．０８±０．０７倍の範囲内、
好ましくは１．０８±０．０５倍の範囲内になるように
設定している。

【００２９】すなわち、前記２枚の位相差板２２，２３
の両方のリタデーションの和Ｒ１＋Ｒ２の値は、Ｒ１＋
Ｒ２＝Δｎｄ×（１．０８±０．０７）＝約１６６６ｎ
ｍ〜約２２４３ｎｍの範囲内、好ましくは、Ｒ１＋Ｒ２
＝Δｎｄ×（１．０８±０．０５）＝約１６９９ｎｍ〜
約２２０４ｎｍの範囲内の値である。なお、前記液晶セ
ルのΔｎｄの値と、位相差板２２，２３のリタデーショ
ンの和Ｒ１＋Ｒ２の値は、いずれも５５０ｎｍの波長光
に対する値である。

【００３０】前記偏光板側位相差板２２のリタデーショ
ンＲ１の値と、セル側位相差板２３のリタデーションＲ
２の値は、同じでも、互いに異なる値でもよいが、この
実施例では、偏光板側位相差板２２のリタデーションＲ
１と、セル側位相差板２３のリタデーションＲ２とを、
Ｒ１＞Ｒ２としている。

【００３１】なお、前記位相差板２２，２３は、延伸方
向（遅相軸方向）であるｘ軸方向の屈折率ｎx と、ｙ軸
方向（位相差板面に沿いかつ延伸方向に対して直交する
方向）の屈折率ｎy の差に応じた屈折率異方性をもち、
これらｘ，ｙ軸方向の屈折率ｎx ，ｎy が、ｎx ＞ｎy
の関係にある一軸性位相差板であっても、あるいは、前
記ｘ，ｙ軸方向の屈折率ｎx ，ｎy およびｚ軸方向（位
相差板の法線方向）の屈折率ｎz のそれぞれの差に応じ
た屈折率異方性をもち、これらｘ，ｙ，ｚ軸方向の屈折
率ｎx ，ｎy ，ｎz が、ｎx ＞ｎz ＞ｎy の関係にある
二軸性位相差板であってもよい。

【００３２】そして、上記２枚の位相差板２２，２３の
うち、セル側位相差板２３は、その光学軸（遅相軸また
は進相軸）を液晶セル１０の前側基板１１の近傍におけ
る液晶分子の配向方向（配向膜１５の配向処理方向）に
対し所定角度ずらして配置され、偏光板側位相差板２２
は、その光学軸を前記セル側位相差板２３の光学軸とほ
ぼ平行にするかあるいは所定角度ずらして配置されてお
り、また、前側偏光板２０は、その光学軸（透過軸また
は吸収軸）を前記偏光板側位相差板２２の光学軸に対し
所定角度ずらして配置され、後側偏光板２１は、その光
学軸を液晶セル１０の後側基板１２の近傍における液晶
分子の配向方向に対し所定角度ずらして配置されてい
る。

【００３３】図２は、上記液晶セル１０の両基板１１，
１２の近傍における液晶分子の配向方向と、２枚の位相
差板２２，２３の光学軸（ここでは遅相軸）および前後
の偏光板２０，２１の光学軸（ここでは透過軸）の向き
を液晶表示装置の前面側から見た図である。

【００３４】図２において、１１ａ，１２ａは液晶セル
１０の前側および後側基板１１，１２の近傍における液
晶分子の配向方向を示しており、前側基板１１の近傍に
おける液晶分子の配向方向１１ａは、後側基板１２の近
傍における液晶分子の配向方向１２ａに対し、前面側か
ら見て左回りに２５０°±２０°の角度範囲内の角度だ
けずれている。

【００３５】したがって、液晶１８の分子は、そのツイ
スト方向を破線矢印で示したように、後側基板１２から
前側基板１１に向かい、前面側から見て右回りに２５０
°±２０°（２３０°〜２７０°）の角度範囲内のツイ
スト角でツイスト配向している。

【００３６】また、図２において、２０ａ，２１ａは前
側および後側偏光板２０，２１の透過軸、２２ａ，２３
ａは偏光板側およびセル側位相差板２２，２３の遅相軸
を示している。

【００３７】図のように、セル側位相差板２３の遅相軸
２３ａは、液晶セル１０の前側基板１１の近傍における
液晶分子の配向方向１１ａに対し、前面側から見て左回
りに９０°±１５°の角度範囲内の方向にあり、偏光板
側位相差板２２の遅相軸２２ａは、前記セル側位相差板
２３の遅相軸２３ａに対して０°±３０°の角度範囲内
の方向にある。

【００３８】すなわち、偏光板側位相差板２２とセル側
位相差板２３は、それぞれの遅相軸２２ａ，２３ａを互
いにほぼ平行にするか、あるいは、セル側位相差板２３
の遅相軸２２ａを、偏光板側位相差板の遅相軸２３ａに
対し、前面側から見て左回りまたは右回りに３０°以内
の角度範囲内で斜めにずらして配置されている。

【００３９】さらに、前側偏光板２０の透過軸２０ａ
は、前記偏光板側位相差板２２の遅相軸２２ａに対し、
前面側から見て左回りに４５°±１５°の角度範囲内の
方向にある。

【００４０】また、後側偏光板２１の透過軸２１ａは、
液晶セル１０の後側基板１２の近傍における液晶分子配
向方向１２ａに対し、前面側から見て左回りに４５°±
１０°の角度範囲内の方向にある。

【００４１】このカラー液晶表示装置は、自然光や室内
照明光等の外光を利用し、前面側から入射する光を後面
側に配置した反射板２４で反射させて表示するものであ
り、液晶セル１０の両基板１１，１２の電極１３，１４
間に電界を印加して表示駆動される。

【００４２】このカラー液晶表示装置においては、その
前面側からの入射光が、前側偏光板２０を透過して直線
偏光となり、その光が２枚の位相差板２２，２３と液晶
セル１０とを透過して後側偏光板２１に入射する。

【００４３】そして、このカラー液晶表示装置では、前
側偏光板２０の透過軸２０ａを透過して入射した直線偏
光が、まず偏光板側位相差板２２およびセル側位相差板
２３を透過する間に、これらの２枚の位相差板２２，２
３の複屈折作用により、各波長光がそれぞれ偏光状態の
異なる楕円偏光となった光になり、次いで液晶セル１０
を透過する間に、液晶層の複屈折作用により、各波長光
の偏光状態がさらに変化した光となる。

【００４４】前記位相差板２２，２３と液晶セル１０と
を透過した光、つまり各波長光がそれぞれ偏光状態の異
なる楕円偏光となった光は、後側偏光板２１に入射し、
その光のうちの後側偏光板２１の透過軸２１ａに平行な
成分の光だけが後側偏光板２１を透過して、この透過光
が、その光を構成する各波長光の光量比に応じた色の光
になる。

【００４５】また、上記液晶セル１０の液晶層の複屈折
性、つまりΔｎｄの値は、両基板１１，１２の電極１
３，１４間に印加される電界による液晶分子の配向状態
の変化に応じて変化する。

【００４６】すなわち、液晶分子は、液晶セル１０の両
基板１１，１２の電極１３，１４間に印加される電界に
応じて、ツイスト配向状態を保ちつつ立上がり配向し、
それにともなって液晶１８の屈折率異方性Δｎが小さく
なり、Δｎｄの値が小さくなる。

【００４７】したがって、前記位相差板２２，２３と液
晶セル１０とを順に透過して後側偏光板２１に入射する
光の各波長光の偏光状態は、液晶セル１０の電極１３，
１４間に印加する電界に応じて変化し、それにより、後
側偏光板２１を透過する光の各波長光の光量比が変化し
て、その透過光の色が変化する。

【００４８】なお、液晶セル１０の液晶分子がほぼ垂直
に立上がり配向すると、液晶層による複屈折作用がほと
んど無くなって、２枚の位相差板２２，２３による複屈
折作用だけを受けた光が後側偏光板２１に入射する。

【００４９】また、後側偏光板２１を透過した光は、反
射板２４で反射され、前記後側偏光板２１と液晶セル１
０および位相差板２３，２２と前側偏光板２０とを透過
して前面に出射する。

【００５０】なお、反射板２４で反射された光は、前面
への出射過程で、液晶セル１０の液晶層および２枚の位
相差板２３，２２により入射時とは逆の複屈折作用を受
け、入射時とほぼ同じ直線偏光となって前面側偏光板２
０に入射するため、この前面側偏光板２０を透過して出
射する光は、反射板２４で反射された光とほとんど変わ
らない色の光である。

【００５１】このように、上記カラー液晶表示装置は、
２枚の位相差板２２，２３の複屈折作用および液晶セル
１０の液晶層の複屈折作用と、偏光板２０，２１の偏光
作用とを利用して、カラーフィルタを用いずに着色した
表示を得るものであり、したがって、光の透過率を高く
して明るいカラー表示を得るとともに、液晶セル１０電
極１３，１４間に印加する電界を制御することにより、
１つの画素で複数の色を表示することができる。

【００５２】前記１つの画素で表示できる色は、液晶セ
ル１０の液晶分子ツイスト角およびΔｎｄの値と、２枚
の位相差板２２，２３のリタデーションの値と、液晶セ
ル１０の両基板１１，１２の近傍における液晶分子の配
向方向と、前記位相差板２２，２３と偏光板２０，２１
のそれぞれの光学軸の方向とによって決まる。

【００５３】このカラー液晶表示装置では、上述したよ
うに、液晶セル１０の液晶分子ツイスト角を２３０°〜
２７０°の範囲内、無電界状態におけるΔｎｄの値を、
１５００ｎｍ〜２１００ｎｍの範囲内の値に設定し、偏
光板側位相差板２２のリタデーションＲ１とセル側位相
差板２３のリタデーションＲ２との和Ｒ１＋Ｒ２の値
を、前記液晶セル１０のΔｎｄの値の１．０８±０．０
７倍（約１６６６ｎｍ〜約２２４３ｎｍ）の範囲内に設
定するとともに、液晶セル１０の両基板１１，１２の近
傍における液晶分子の配向方向１１ａ，１２ａと、２枚
の位相差板２２，２３の遅相軸２２ａ，２３ａの向きお
よび前後の偏光板２０，２１の透過軸２０ａ，２１ａの
向きを図２に示すように設定しているため、入射光が白
色光であれば、１つの画素で、無彩色の明表示である白
と、無彩色の暗表示である黒と、赤、緑、青の三原色と
を、十分な色純度で表示することができる。

【００５４】この表示色は、液晶セル１０の液晶分子が
初期の配向状態（基板１１，１２面に対して最も倒伏し
たツイスト配向状態）またはそれに近い配向状態にある
ときは白であり、液晶セル１０の電極１３，１４間に印
加する電界を高くしてゆくと、液晶分子の立ち上がり配
向にともなって表示色が、赤→青→緑の順に変化し、液
晶分子が垂直に近い状態に立ち上がり配向すると、表示
色が黒になる。

【００５５】このように、上記カラー液晶表示装置は、
その各画素でそれぞれ、白と黒と光の三原色である赤、
緑、青とを表示するものであり、したがってフルカラー
表示を実現することができる。

【００５６】なお、上述したように、液晶セル１０の無
電界状態におけるΔｎｄの値は、好ましくは１６５０ｎ
ｍ〜１９５０ｎｍの範囲内、また、２枚の位相差板２
２，２３のリタデーションの和Ｒ１＋Ｒ２の値は、好ま
しくは１．０８±０．０５倍（約１６９９ｎｍ〜約２２
０４ｎｍ）の範囲内であり、液晶セル１０のΔｎｄおよ
び２枚の位相差板２２，２３のリタデーションの和Ｒ１
＋Ｒ２の値をこのような範囲内に設定すれば、前記白、
黒、赤、緑、青の色純度をさらに高くし、よりコントラ
ストの良いフルカラー画像を表示することができる。

【００５７】しかも、上記カラー液晶表示装置において
は、光が液晶セル１０の液晶層を垂直に透過したときと
斜めに透過したときとの位相差が、位相差板２２，２３
によって補償されるため、表示を見る方向によって表示
色が変化してしまうという視角依存性を軽減して、視野
角を広くすることができる。

【００５８】また、上記位相差板２２，２３は、温度の
変化による複屈折性の変化が、液晶セル１０の液晶層の
複屈折性の変化に比べてかなり小さいため、液晶セル１
０の液晶層と位相差板２２，２３とのトータルの複屈折
性の温度依存性が小さくなり、したがって、温度による
表示色の変化も小さくすることができる。

【００５９】なお、上記実施例では、偏光板側位相差板
２２のリタデーションＲ１と、セル側位相差板２３のリ
タデーションＲ２とを、Ｒ１＞Ｒ２としたが、これらの
位相差板２２，２３のリタデーションＲ１，Ｒ２は、Ｒ
１≦Ｒ２であってもよく、その場合も、液晶セル１０の
両基板１１，１２の近傍における液晶分子の配向方向１
１ａ，１２ａと、２枚の位相差板２２，２３の遅相軸２
２ａ，２３ａの向きおよび前後の偏光板２０，２１の透
過軸２０ａ，２１ａの向きを図２に示すように設定すれ
ば、白、黒、赤、緑、青を十分な色純度で表示すること
ができる。

【００６０】このように、偏光板側位相差板２２のリタ
デーションＲ１と、セル側位相差板２３のリタデーショ
ンＲ２とを、Ｒ１≦Ｒ２とする場合は、Ｒ１＞Ｒ２の場
合よりも、図２に示した表側偏光板２０の透過軸２０ａ
の向きをある程度ラフに設定することができ、その向き
は、前記偏光板側位相差板の遅相軸２３ａに対し、前面
側から見て左回りに４５°±２５°の角度範囲内の方向
（Ｒ１＞Ｒ２の場合は４５°±１５°）である。

【００６１】また、上記実施例では、前側偏光板２０お
よび後側偏光板２１を、その透過軸２０ａ，２１ａを図
２に示した方向に合せて配置しているが、これらの偏光
板２０，２１は、その吸収軸を図２に示した透過軸方向
に合せて配置してもよく、その場合も上記実施例と同様
な表示を得ることができる。

【００６２】さらに、上記実施例では、２枚の位相差板
２３，２４を、液晶セル１０と前側偏光板２０との間に
配置しているが、この位相差板２３，２４は、液晶セル
１０と後側偏光板２０との間に配置してもよい。

【００６３】図３は、前記２枚の位相差板２３，２４を
液晶セル１０と後側偏光板２０との間に配置した第２の
実施例を示す、液晶セル１０の両基板１１，１２の近傍
における液晶分子の配向方向と、２枚の位相差板２２，
２３の光学軸（ここでは遅相軸）および前後の偏光板２
０，２１の光学軸（ここでは透過軸）の向きを液晶表示
装置の前面側から見た図である。

【００６４】この実施例においても、液晶セル１０の前
側基板１１の近傍における液晶分子の配向方向１１ａ
は、後側基板１２の近傍における液晶分子の配向方向１
２ａに対し、前面側から見て左回りに２５０°±２０°
の角度範囲内の角度だけずれており、したがって、液晶
１８の分子は、そのツイスト方向を破線矢印で示したよ
うに、後側基板１２から前側基板１１に向かい、前面側
から見て右回りに２５０°±２０°（２３０°〜２７０
°）の角度範囲内のツイスト角でツイスト配向してい
る。なお、この実施例では、液晶セル１０を、図２に示
した第１の実施例に対し、周方向に１８０°回した状態
で配置している。

【００６５】図３のように、この実施例では、前側偏光
板２０の透過軸２０ａは、液晶セル１０の前側基板１１
の近傍における液晶分子配向方向１１ａに対し、前面側
から見て右回りに４５°±１０°の角度範囲内の方向に
ある。

【００６６】また、液晶セル１０と後側偏光板２１との
間に配置された２枚の位相差板２２，２３のうち、セル
側位相差板２３の遅相軸２３ａは、液晶セル１０の後側
基板１２の近傍における液晶分子の配向方向１２ａに対
し、前面側から見て右回りに９０°±１５°の角度範囲
内の方向にあり、偏光板側位相差板２２の遅相軸２２ａ
は、前記セル側位相差板２３の遅相軸２３ａに対して０
°±３０°の角度範囲内の方向にある。

【００６７】さらに、後側偏光板２１の透過軸２１ａ
は、前記偏光板側位相差板２２の遅相軸２２ａに対し、
前面側から見て左回りに４５°±１５°の角度範囲内の
方向にある。

【００６８】なお、この実施例は、偏光板側位相差板２
２のリタデーションＲ１と、セル側位相差板２３のリタ
デーションＲ２とをＲ１＞Ｒ２とした場合の例であり、
これらの位相差板２２，２３のリタデーションＲ１，Ｒ
２をＲ１≦Ｒ２とするときは、表側偏光板２０の透過軸
２０ａの向きは、前記液晶セル１０の前側基板１１の近
傍における液晶分子配向方向１１ａに対し、前面側から
見て左回りに４５°±２５°の角度範囲内の方向でよ
い。

【００６９】また、この実施例では、前側偏光板２０お
よび後側偏光板２１を、その透過軸２０ａ，２１ａを図
３に示した方向に合せて配置しているが、これらの偏光
板２０，２１は、その吸収軸を図３に示した透過軸方向
に合せて配置してもよい。

【００７０】そして、この実施例においては、液晶セル
１０の無電界状態におけるΔｎｄの値（５５０ｎｍの波
長光に対する値）を、１５００ｎｍ〜２１００ｎｍの範
囲内、好ましくは１６５０ｎｍ〜１９５０ｎｍの範囲内
の値に設定し、偏光板側位相差板２２のリタデーション
Ｒ１と、液晶セル１０に隣接するセル側位相差板２３の
リタデーションＲ２との和Ｒ１＋Ｒ２の値（５５０ｎｍ
の波長光に対する値）を、前記液晶セル１０のΔｎｄの
値の０．８８±０．０７倍（約１２１５ｎｍ〜約１９９
５ｎｍ）の範囲内、好ましくは０．８８±０．０５倍
（約１３６９ｎｍ〜約１８１４ｎｍ）の範囲内になるよ
うに設定している。

【００７１】この第２の実施例のカラー液晶表示装置に
おいても、液晶セル１０の電極１３，１４間に印加する
電界を制御することにより、各画素の表示色を、白、
黒、赤、緑、青に変化させることができ、したがって、
フルカラー表示を実現することができる。

【００７２】なお、上記第１および第２の実施例のカラ
ー液晶表示装置は、その後面側に反射板２４を配置した
反射型のものであるが、この発明は、バックライトから
の光を利用して表示する透過型のカラー液晶表示装置に
も、また、後面側に半透過反射板を配置して反射型と透
過型の両方の機能をもたせたカラー液晶表示装置にも適
用することができる。

【００７３】

【発明の効果】この発明のカラー液晶表示装置は、液晶
セルと、この液晶セルをはさんで配置された前側および
後側偏光板と、そのいずれかの偏光板と前記液晶セルと
の間に互いに重ねて配置された複数の位相差板とを備
え、前記複数の位相差板の複屈折作用および液晶セルの
液晶層の複屈折作用と偏光板の偏光作用とを利用して着
色した表示を得るようにするとともに、前記液晶セルの
液晶分子のツイスト角およびΔｎｄの値と、前記複数の
位相差板の両方のリタデーションの和の値と、前記液晶
セルの両基板の近傍における液晶分子の配向方向と、前
記前側および後側偏光板と前記複数の位相差板のそれぞ
れの光学軸の方向とを、入射光が白色光であるとき、前
記他方の偏光板を透過した光の色が、前記液晶セルの両
基板の電極間に印加される電界による液晶分子の配向状
態の変化に応じて、白、黒、赤、緑、青に変化するよう
に設定したものであるから、光の透過率を高くして明る
いカラー表示を得るとともに、１つの画素で複数の色を
表示することができ、しかも、フルカラー表示を実現す
ることができる。

【００７４】この発明において、例えば後側偏光板の背
後に反射板を配置した反射型の液晶表示装置において、
２枚の前記位相差板を前記液晶セルと前側偏光板との間
に配置する場合は、前記液晶セルの液晶分子のツイスト
角を２３０°〜２７０°の範囲内、無電界状態における
Δｎｄの値を１５００ｎｍ〜２１００ｎｍの範囲内、前
記２枚の位相差板の両方のリタデーションの和の値を前
記Δｎｄの値の１．０８±０．０７倍の範囲内に設定す
れば、白、黒、赤、緑、青を表示することができる。

【００７５】また、前記反射型の液晶表示装置におい
て、２枚の前記位相差板を前記液晶セルと後側偏光板と
の間に配置する場合は、前記液晶セルの液晶分子のツイ
スト角を２３０°〜２７０°の範囲内、無電界状態にお
けるΔｎｄの値を１５００ｎｍ〜２１００ｎｍの範囲
内、前記２枚の位相差板の両方のリタデーションの和の
値を前記Δｎｄの値の０．８８±０．０７倍の範囲内に
設定すれば、白、黒、赤、緑、青を表示することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示すカラー液晶表示
装置の断面図。

【図２】第１の実施例における液晶セルの両基板の近傍
における液晶分子の配向方向と、２枚の位相差板の光学
軸および前後の偏光板の光学軸の向きを液晶表示装置の
前面側から見た図。

【図３】この発明の第２の実施例を示す、液晶セルの両
基板の近傍における液晶分子の配向方向と、２枚の位相
差板の光学軸および前後の偏光板の光学軸の向き液晶表
示装置の前面側から見た図。

【符号の説明】

１０…液晶セル １１ａ…前側基板の近傍における液晶分子配向方向 １２ａ…後側基板の近傍における液晶分子配向方向 ２０，２１…偏光板 ２０ａ，２１ａ…透過軸 ２２，２３…位相差板 ２２ａ，２３ａ…遅相軸 ２４…反射板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内面に電極が形成された前後一対の基板間
   に液晶分子がツイスト配向した液晶層を設けてなる液晶
   セルと、この液晶セルをはさんで配置された前側および
   後側偏光板と、そのいずれかの偏光板と前記液晶セルと
   の間に互いに重ねて配置された複数の位相差板とを備
   え、 前記液晶セルの液晶分子のツイスト角および液晶の屈折
   率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値と、前記複
   数の位相差板の両方のリタデーションの和の値と、前記
   液晶セルの両基板の近傍における液晶分子の配向方向
   と、前記前側および後側偏光板と前記複数の位相差板の
   それぞれの光学軸の方向とを、 一方の偏光板を透過して入射した光が前記複数の位相差
   板の複屈折作用および前記液晶セルの液晶層の複屈折作
   用により各波長光がそれぞれ偏光状態の異なる楕円偏光
   となった光となり、その光のうちの他方の偏光板の透過
   軸に平行な偏光成分の光がこの偏光板を透過して、その
   光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の光にな
   るとともに、入射光が白色光であるとき、前記他方の偏
   光板を透過した光の色が、前記液晶セルの両基板の電極
   間に印加される電界による液晶分子の配向状態の変化に
   応じて、白、黒、赤、緑、青に変化するように設定した
   ことを特徴とするカラー液晶表示装置。
2. 【請求項２】後側偏光板の背後に反射板が配置され、２
   枚の前記位相差板が前記液晶セルと前側偏光板との間に
   配置されており、前記液晶セルの液晶分子のツイスト角
   が２３０°〜２７０°の範囲内、無電界状態におけるΔ
   ｎｄの値が１５００ｎｍ〜２１００ｎｍの範囲内、前記
   ２枚の位相差板の両方のリタデーションの和の値が、前
   記Δｎｄの値の１．０８±０．０７倍の範囲内に設定さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載のカラー液晶
   表示装置。
3. 【請求項３】後側偏光板の背後に反射板が配置され、２
   枚の前記位相差板が前記液晶セルと前記後側偏光板との
   間に配置されており、前記液晶セルの液晶分子のツイス
   ト角が２３０°〜２７０°の範囲内、無電界状態におけ
   るΔｎｄの値が１５００ｎｍ〜２１００ｎｍの範囲内、
   前記２枚の位相差板の両方のリタデーションの和の値
   が、前記Δｎｄの値の０．８８±０．０７倍の範囲内に
   設定されていることを特徴とする請求項１に記載のカラ
   ー液晶表示装置。