JPH11212081A - 複屈折色を用いた反射型カラー液晶ディスプレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、バックライトを必要としない明る
く高画質の反射型カラー液晶ディスプレイに関し、特に
液晶の等価的な複屈折率を変化させることでカラー表示
を行うＥＣＢ(Electrically controlled Birefringenc
e) 方式液晶ディスプレイの改良に関する。 【解決手段】 液晶ディスプレイを、基板3cと、該基板
3c上に形成されマトリクス電極機能を有する反射板6a
と、該反射板6a上に被着させた液晶層５と、該液晶層５
を挟持するように載設され、内面側に透明電極4aを形成
したガラス基板3aと、該ガラス基板3a上に載設した位相
差板２と、該位相差板２上に載設した偏光板1aとから構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バックライトを必
要としない明るく高画質の反射型カラー液晶ディスプレ
イに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在広く普及している液晶ディスプレイ
（以下、適宜ＬＣＤと略称する。）の多くはバックライ
トを用いた透過形であり、バックライトのためにＬＣＤ
の有する低消費電力という最大の利点を失っている。そ
のため、特に電池駆動を要する携帯用の情報磯器では、
バックライトを必要としない高画質の反射形ＬＣＤの実
用化が強く望まれている。

【０００３】したがって、最近のこの分野の研究開発は
活発であり、各種の方式が提案されている。また、一般
的に表示のカラー化は視認性と多様性を向上させるとと
もに情報量を飛躍的に増大させることから反射形ＬＣＤ
にとってもカラー化の実現が重要な要素である。これま
でに提案されている各種表示方式の中で、特に複屈折色
を用いてカラー表示を行うＥＣＢ(Electrically contro
lled Birefringence) 方式は、表示できる色調と色数に
制限はあるものの、カラーフイルタを用いないために明
るい表示と低コスト化が期待できるなどの利点を有する
ことから既に一部実用化され用いられている。

【０００４】ここで、複屈折色とは液晶や位相差板の複
屈折効果に起因する着色のことを言い、この着色を利用
して液晶表示のカラー化を実現するものであり、カラー
フィルタを用いる必要のない方式である。従来すでに実
現されている複屈折色を用いた反射型カラー液晶ディス
プレイの構成を図３に示す。図３において、左側が表面
側であり右側が裏面側である。入射光は左方向から入射
し、偏光板1a、位相差板２、ガラス基板3aを経て、透明
電極4aと4bに挟まれた液晶層５に入射する。そして、そ
の入射光は、さらに、後面のガラス基板3bと偏光板1bを
経て、反射板6cに到達する。ここまで入射してきた光
は、反射板6cで反射されて、入射とは逆に進み、再び偏
光板1aから外部に射出されるのである。すなわち、従来
の複屈折色を用いた反射型カラー液晶ディスプレイは、
液晶層５を２枚の偏光板1a、1bで挟み、２枚目の偏光板
1bの外側に反射板6cを配置し、１枚目の偏光板1aと液晶
層５の間に着色を目的とする位相差板２を挟んだ構造と
なっている。ここで、液晶層６としては、通常ＳＴＮ
（super-twisted nematic ）方式の液晶が用いられてい
る。

【０００５】偏光板を２枚用いる従来の反射形ＳＴＮセ
ルを例にとり、各軸角の定義を図４に示す。図中のR1、
R2はそれぞれ液晶セルの入射側と反射板側のラビング方
向、Φは液晶のねじれ角である。また、β1 、β2 はそ
れぞれ偏光板の透過軸P1、P2の方位角、γは位相差板の
遅相軸ＯＰの方位角である。最適なカラー表示を得るた
めのセル条件の最適化には、液晶材料定数、液晶層と位
相差板のリタデーション（複屈折率と厚さの積：Δn ・
ｄ) の他に、上記の３つの方位角β1 、β2 、γを調節
することによって行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の複屈折色を用い
た反射型カラー液晶ディスプレイは、カラーフィルタを
用いないですむことから明るくできると言う利点はある
ものの、偏光板を２枚用いることが必要なため、その分
だけ必然的に光の減衰が避けられないという問題があっ
た。

【０００７】本発明は、複屈折色を用い、かつ、光の減
衰を極力回避した明るく高精細の反射型カラー液晶ディ
スプレイを提供することを目的とする。更に、従来の複
屈折色を用いた反射型カラー液晶ディスプレイは、液晶
層と反射板の間にガラス基板が存在するために、斜め方
向から見た場合液晶による表示パターンと反射板上にで
きる表示パターンの影との間で視差（パララックス）が
生じる。このため、高解像度を実現することが困難とな
り、隣接する３画素をＲＧＢの３色として表示し、加法
混色してマルチカラー表示をすることができないという
問題があった。

【０００８】本発明は、複屈折色を用い、かつ、高解像
度の画素毎のカラー表示、および加法混色によるマルチ
カラー表示を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、光の減衰が不
可避である偏光板を極力削減し、視差の問題を解消して
高解像度化に適合すべくなされたものである。そして、
加法混色によるマルチカラー表示を可能とした複屈折色
を用いた反射型カラー液晶ディスプレイを構成すべくな
されたものである。すなわち、本発明によって、偏光板
を１枚としても複屈折色を用いた反射型カラー液晶ディ
スプレイを構成することを可能にしたのである。

【００１０】本発明は、液晶の複屈折率を変化させるこ
とで画素毎のカラー表示を行う複屈折色を用いた反射型
カラー液晶ディスプレイであって、基板と、該基板上に
形成されマトリクス電極機能を有する反射板と、該反射
板上に被着させた液晶層と、該液晶層上に載設され、該
液晶層側に透明電極が形成されたガラス基板と、該ガラ
ス基板上に載設した位相差板と、該位相差板上に載設し
た偏光板とから構成される複屈折色を用いた反射型カラ
ー液晶ディスプレイとすることで上記課題を解決したの
である。

【００１１】また、前記反射板を鏡面反射板とし、前記
偏光板上に、更に散乱板を載設するようにしても同様に
上記課題を解決した複屈折色を用いた反射型カラー液晶
ディスプレイを提供できることを見出したのである。そ
して、色数を多くするためには、上記の複屈折色を用い
た反射型カラー液晶ディスプレイの隣接する３画素をＲ
ＧＢの３色として表示し、加法混色を行ってマルチカラ
ー表示とすることが好適であることを見出したのであ
る。

【００１２】また、液晶層の液晶のねじれ角を 220°〜
270°、リタデーションを0.8 〜 1.2μｍとし、位相差
板のリタデーションを0.5 〜 0.9μｍとすることが、本
発明の複屈折色を用いた反射型カラー液晶ディスプレイ
に好適であることを見出したのである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の複屈折色を用いた反射型
カラー液晶ディスプレイの構成を図１（ａ）に示す。こ
こで、左側が表面側であり右側が裏面側である。本発明
のディスプレイは、偏光板1a、位相差板２、ガラス基板
3a、透明電極4a、液晶層５、マトリクス電極機能を有す
る反射板6a、基板3cで構成される。本発明においては、
反射板6aを液晶層５と直接密着させるようにしたことが
ポイントであり、偏光板1aを１枚とすることを可能とし
たのである。

【００１４】ここで、基板3cは、ガラス基板であっても
よいが、光の透過を考慮する必要はなく、そのため任意
の不透明基板であってもよい。また、この場合反射板6a
は拡散反射板とすることが好ましい。しかしながら、反
射板6aを鏡面とした場合には、図１（ｂ）に示すよう
に、反射板を鏡面の反射板6bとし、偏光板1aの前面にさ
らに散乱板７を設けることで、図１（ａ）と同等の機能
を有する複屈折色を用いた反射型カラー液晶ディスプレ
イを実現することができるのである。

【００１５】なお、駆動方式としては、通常のＳＴＮ方
式のＬＣＤに用いられ、コスト的に有利である単純マト
リクス方式を採用することが好適である。本実施の形態
においては、位相差板を１枚とした例について説明した
が、複数枚としてもよいことは当然のことである。

【００１６】

【実施例】本実施例では、図１（ａ）に示す構成である
偏光板が１枚の液晶ディスプレイを本発明例とし、図３
に示す構成である偏光板が２枚の従来例との比較検討を
行った。設計パラメータを表１に示す。ここで、本発明
例においては、偏光板が１枚であることからパラメータ
β2 は不要である。

【００１７】

【表１】

【００１８】表示特性の解析には、液晶分子の配向分布
に弾性体理論、セル内の光の伝播特性にJones-matrix法
を用いている。本実施例では、比較的規模の小さいパネ
ルへの応用を想定して、駆動電圧を1/65、1/120duty 駆
動の条件、また液晶のねじれ角を240deg、その他の設計
及び材料パラメータの値はＳＴＮセルの代表的な値に設
定している。

【００１９】本実施例では、要求する表示特性として、
１ドットごとに明るい無彩色（白色) 、赤、緑、青の４
色を表示できることとした。セル条件の最適化は次の手
順で行った。 （１）先ず、表１に示した設計パラメータをそれぞれ表
中に示した範囲で変化させ、電圧無印加（０V ）時と電
圧off 時に明るい無彩色、すなわち白色、off 電圧とon
電圧の間の電圧で図２に示した領域の赤、緑、青を表示
できる液晶セル条件の集合を求める。この求めた集合を
良好セル条件と呼ぶことにする。ここで、電圧無印加
（０V ）時と電圧off 時の無彩色、すなわち白色におい
て基本的な反射率を設定し、off 電圧とon電圧の間の電
圧で中間調を設定する。 （２）次に、良好セル条件の中から、表示の明るさ、す
なわち無彩色での反射率と、赤、青、緑の色純度に着目
して最適セル条件を選出する。

【００２０】なお、図２中の小円は、Ｄ₆₅標準光源の座
標を中心とする半径 0.07 の円であり、無彩色とした領
域を表している。また、色純度WC/WS の定義を図２にお
いて示したが、赤、緑、青の主波長には、それぞれＮＴ
ＳＣ(National Television System Committee)で定めら
れている611nm 、535nm 、470nm を用いた。まず、本発
明例の構成で、位相差板を用いない場合について、駆動
電圧を1/65duty駆動の条件とし、off 電圧で無彩色（た
だし反射率は問わない) 、中間調で、赤、緑、青を表示
できるセル条件があるか否かを調べたところ、満足する
条件は存在しなかった。このことから、本発明例におい
ては、カラー表示のためには位相差板が必須であること
がわかる。

【００２１】つぎに、位相差板を付加した場合につい
て、以下のケースについて実験解析を行った。 （ａ）駆動電圧が1/65duty駆動の場合 電圧無印加時とoff 電圧における無彩色の反射率を45％
以上として求めた良好セル条件を、液晶のリタデーショ
ン（Δn ・d)_LCと位相差板のリタデーション(Δn ・d)
_R の関係として図５に示す。図のように分布のかたまり
ごとにＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ群とした。

【００２２】ここで、各セル群の表示特性を詳細に調
べ、セル条件の表示特性が色再現性および色純度の点で
最も良好である群をＡ群として表示している。このＡ群
の中から赤、緑、青の色純度が最大となるセル条件の色
軌跡をそれぞれ図６の、、に示す。この図から緑
の色純度が最大となるの特性が色再現性の点で最も良
好であることが分かる。この緑の色純度が最大となるセ
ル条件の分光反射率特性を図７に示す。図７で、（ａ）
は無彩色の場合でその反射率は46％、（ｂ）は緑色の場
合でその反射率は30％、（ｃ）は赤色の場合でその反射
率は13％、（ｄ）は青色の場合でその反射率は14％であ
り、明るく良好なカラー表示特性が得られることが分か
る。 （ｂ）駆動電圧が1/120duty 駆動の場合 無彩色に対する条件をoff 電圧で40％以上と多少緩くし
た以外は、先の1/65duty駆動の場合と同じ手順でセル条
件の最適化を行った。良好セル条件中最も良好な特性で
あるＡ群の中で、赤、緑、青の色純度が最大であるとき
のセル条件の色軌跡をそれぞれ図８の、、に示
す。図６の特性と比較して色再現性は多少劣るが、通常
要求される表示特性を満足していることが分かる。ここ
で、同様に緑の色純度が最大となるの特性が色再現性
の点で最も良好であることが分かる。この緑の色純度が
最大となるセル条件の分光反射率特性を図９に示す。図
９で、（ａ）は無彩色の場合でその反射率は44％、
（ｂ）は緑色の場合でその反射率は30％、（ｃ）は赤色
の場合でその反射率は13％、（ｄ）は青色の場合でその
反射率は15％であり、この場合においても明るく良好な
カラー表示特性が得られており、図６の場合と表示特性
はほぼ同等であることがわかる。

【００２３】ここで、上記のＳＴＮセルの設定値のう
ち、液晶のねじれ角につき 220〜270degの範囲で変更を
行い、上記と同様の実験解析を行った。そのときのそれ
ぞれのＡ群の分布範囲を図５に合わせて示す。液晶のね
じれ角が 220〜270degの範囲において、Ａ群は図５の点
線範囲で示す液晶と位相差板のリタデーション範囲内で
ばらつきを示すことが確認できた。すなわち、液晶のね
じれ角が 220〜270degの範囲内であるとき、液晶のリタ
デーションを0.8 〜 1.2μｍとし、位相差板のリタデー
ションを0.5 〜 0.9μｍとすることが好適であることを
確認した。

【００２４】次に、偏光板を２枚用いている従来例のＬ
ＣＤについて実験解析を行った。位相差板を用いない場
合について、駆動電圧を1/65duty駆動に設定して調べた
ところ、電圧 off時に反射率が約30％の無彩色、中間調
で色純度の良好な赤、青、緑を表示するセル条件が存在
するが、このときの液晶層のリタデーション （Δn ・
d)_LCは約1.9 μm とかなり大きくなることがわかった。

【００２５】位相差板を付加した場合につき、本発明例
と対比するため、下記のケースについて実験検討を行っ
た。 （ａ）1/65duty駆動の場合 本発明例と同じく、電圧無印加時と off電圧における無
彩色の反射率を45％以上として求めた良好セル条件を、
液晶のリタデーション（Δn ・d)_LCと位相差板のリタデ
ーション( Δn ・d)_R の関係として図10に示す。図中に
示したように分布のかたまりごとにＡ〜Ｈ群とした。次
に各セル群の表示特性を詳細に調べた結果、Ｅ〜Ｈ群
は、緑の反射率が最大でも５％程度と低いこと、Ｂ、
Ｃ、 Ｄは全てＡよりも緑の色純度が低いこと、Ａは緑だ
けでなく赤色と青色の色純度も良いこと、したがってＡ
群が最も良い表示特性を示すことがわかった。

【００２６】Ａ群の中で赤、緑、青の色純度が最大とな
るセル条件の色軌跡をそれぞれ図11（ａ）の、、
に示す。図からの特性が最も良いことが分かる。反射
率は無彩色の範囲では45％以上、赤は約４％、青は２％
〜12％、緑は25％〜30％となっており、赤色がやや暗
い。ただし、Ｂ、Ｃ群には、反射率が10数％の明るい赤
色が表示できるセル条件もあることから要求される表示
特性によって選択的に適用することも可能である。 （ｂ）1/120duty 駆動の場合 先の1/65duty駆動の場合に良好な表示特性が得られたＡ
群の範囲に絞り、無彩色の反射率を電圧無印加時とoff
電圧で40％以上とした。

【００２７】図11（ｂ）は赤、緑、青色の色純度が最大
のセル条件の色軌跡である。図11（ａ）の 1/65duty 駆
動の場合と比較すると、緑と青の色純度はほぼ同じで赤
がやや高くなっている。これは、２つの駆動条件におけ
る無彩色の反射率の設定が異なるためであると思われ
る。

【００２８】

【発明の効果】上記のことから、本発明例のＬＣＤは、
従来例の偏光板を２枚用いた方式の表示特性に較べて色
純度や色再現性がほぼ同等であり、明るく高精細かつ実
用的で良好なマルチカラー表示特性が得られることが分
かった。本発明のＬＣＤは、表示の明るさの点で有利で
あるばかりでなく、液晶層と反射板が密接していること
から画素ズレを防止でき、高精細表示に最適である。

【００２９】また、現在主流であるＴＮ液晶ディスプレ
イおよびＳＴＮ液晶ディスプレイの製造技術を流用でき
ることから製造が容易であり、カラーフィルタも不要の
ため低コスト化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複屈折色を用いた反射型カラー液晶デ
ィスプレイの構成を説明する模式図であり、（ａ）は基
本構成を示し、（ｂ）は別態様の構成を示す。

【図２】ＣＩＥ−ｘｙ色度図についての説明図である。

【図３】従来の複屈折色を用いた反射型カラー液晶ディ
スプレイの構成を説明する模式図である。

【図４】複屈折色を用いた反射型カラー液晶ディスプレ
イの各軸角の定義の説明図である。

【図５】駆動電圧を1/65dutyとした時の本発明の複屈折
色を用いた反射型カラー液晶ディスプレイの液晶のリタ
デーションと位相差板のリタデーションの関係を示す散
布図である。

【図６】駆動電圧を1/65dutyとした時の本発明例の色軌
跡を示すＣＩＥ−ｘｙ色度図である。

【図７】駆動電圧を1/65dutyとした時の本発明例の分光
反射率特性を示すグラフであり、（ａ）は無彩色、
（ｂ）は緑色、（ｃ）は赤色、（ｄ）は青色について示
す。

【図８】駆動電圧を1/120duty とした時の本発明例の色
軌跡を示すＣＩＥ−ｘｙ色度図である。

【図９】駆動電圧を1/120duty とした時の本発明例の分
光反射率特性を示すグラフであり、（ａ）は無彩色、
（ｂ）は緑色、（ｃ）は赤色、（ｄ）は青色について示
す。

【図10】駆動電圧を1/120duty とした時の従来例の複屈
折色を用いた反射型カラー液晶ディスプレイの液晶のリ
タデーションと位相差板のリタデーションの関係を示す
散布図である。

【図11】従来例の色軌跡を示すＣＩＥ−ｘｙ色度図であ
り、（ａ）は駆動電圧を1/65dutyとした時、（ｂ）は駆
動電圧を1/120duty とした時の色度図である。

【符号の説明】

1a、1b 偏光板 ２ 位相差板 3a、3b ガラス基板 3c 基板 4a、4b 透明電極 ５ 液晶層 6a、6b、6c 反射板 ７ 散乱板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶の複屈折率を変化させることで画素
   毎のカラー表示を行う複屈折色を用いた反射型カラー液
   晶ディスプレイであって、基板と、該基板上に形成され
   マトリクス電極機能を有する反射板と、該反射板上に被
   着させた液晶層と、該液晶層上に載設され、該液晶層側
   に透明電極が形成されたガラス基板と、該ガラス基板上
   に載設した位相差板と、該位相差板上に載設した偏光板
   とから構成される複屈折色を用いた反射型カラー液晶デ
   ィスプレイ。
2. 【請求項２】 前記反射板を鏡面反射板とし、前記偏光
   板上に、更に散乱板を載設した請求項１記載の複屈折色
   を用いた反射型カラー液晶ディスプレイ。
3. 【請求項３】 隣接する３画素をＲＧＢの３色として表
   示し、加法混色を行ってマルチカラー表示とすることを
   特徴とする請求項１または２記載の複屈折色を用いた反
   射型カラー液晶ディスプレイ。
4. 【請求項４】 前記液晶層の液晶のねじれ角が 220°〜
   270°、リタデーションが0.8 〜 1.2μｍであり、前記
   位相差板のリタデーションが0.5 〜 0.9μｍであること
   を特徴とする請求項１または２記載の複屈折色を用いた
   反射型カラー液晶ディスプレイ。