JP3648572B2 - カラー液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
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、そのバックライトからの光を利用して表示する透過型のものと、外光（自然光や室内照明光等）を利用しその光を裏面側に配置した反射板で反射させて表示する反射型のものとがあるが、上記カラー液晶表示装置を反射型とすると、その表面側から入射し裏面側の反射板で反射されて表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。
【０００５】
しかも、上記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、そのために透過光の強度が大幅に弱くなって表示色が暗くなる。
【０００６】
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、ＥＣＢ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、電極を形成した一対の基板間に液晶を挟持した液晶セルをはさんで一対の偏光板を配置したものであり、一方の偏光板を透過して入射した直線偏光が、液晶セルを透過する過程で液晶層の複屈折効果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、その光が他方の偏光板に入射して、この他方の偏光板を透過した光が、その光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の着色光になる。
【０００７】
すなわち、上記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効果と一対の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。
【０００８】
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圧に応じた液晶分子の配向状態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、液晶セルへの印加電圧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、同じ画素で複数の色を表示することができる。
【０００９】
【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、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態、つまり液晶分子が初期の配向状態にあるときの表示が着色した表示であり、印加する電圧に応じて液晶分子の配向状態を変化させることにより表示色を変え、その色相の違いによって文字、図形等を表示するものである。したがって、背景色が有色であるため、表示が見づらいという欠点があった。
【００１０】
この発明は、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、同じ画素で白を含む複数の色を表示することができ、しかも、最も表示頻度の高い白を、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で表示して、低消費電力化をはか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。
【００１１】
【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、電極を形成した一対の基板間に液晶を挟持しその分子を両基板間においてツイスト配向させた液晶セルと、前記液晶セルの表面側に配置された第１の位相差板と、前記液晶セルの裏面側に配置された第２の位相差板と、前記第１の位相差板の表面側に配置された偏光板と、前記第２の位相差板の裏面側に配置された反射板とからなり、
かつ、前記液晶セルの液晶分子のツイスト角がほぼ９０°で、前記第１の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの表面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交し、前記第２の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの裏面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交しているとともに、前記偏光板の透過軸が前記第１の位相差板の遅相軸に対して斜めに交差しており、
前記第１の位相差板と第２の位相差板のそれぞれのリタデーションの値が、
これら位相差板のリタデーションの和が、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積の値をΔｎｄとしたとき、Δｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差の絶対値が、可視光帯域の所定の光の波長λに対して（ｋ／２）λ±λ／１２（ｋは正の整数）
の範囲に設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
このカラー液晶表示装置において、上記第１および第２の位相差板のリタデーションの値は、液晶セルの表面側に配置された第１の位相差板のリタデーションの値が、液晶セルの裏面側に配置された第２の位相差板のリタデーションの値より小さいのが望ましく、また、上記第１の位相差板と第２の位相差板のリタデーションの差の絶対値は、例えば、２４０±４０ｎｍ（より望ましくは２３０±２０ｎｍ）、４６０±３０ｎｍ、７５０±４０ｎｍのいずれかが望ましい。
【００１３】
また、上記所定の光の波長λは、およそ４８０ｎｍに選ぶのが望ましい。
さらに、上記偏光板の透過軸とこの偏光板が隣接する上記第１の位相差板の遅相軸とのずれ角は、ほぼ４５°またはその奇数倍であるのが望ましい。
【００１４】
【作用】
この発明のカラー液晶表示装置は、外光を利用しその光を裏面側に配置した反射板で反射させて表示するものであり、その表面側から入射する外光は、まず偏光板によって直線偏光され、第１の位相差板と液晶セルと第２の位相差板とを順次透過して反射板で反射されるとともに、再び前記第２の位相差板と液晶セルと第１の位相差板とを順次透過して前記偏光板に入射し、この偏光板を透過した光が出射する。
【００１５】
この出射光は、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態、つまり液晶分子が初期の配向状態にあるときは無彩色であり、液晶セルの電極間に電圧を印加して液晶分子を立上がり配向させると出射光が着色し、その色が印加電圧に対応する液晶分子の立上がり配向状態に応じて変化する。
【００１６】
まず、液晶セルの液晶分子が初期の配向状態にあるときに出射光が無彩色になる条件について説明する。
このカラー液晶表示装置においては、液晶セルの液晶分子がほぼ９０°のツイスト角でツイスト配向しているとともに、この液晶セルの表面側に配置された第１の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの表面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交し、前記液晶セルの裏面側に配置された第２の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの裏面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交している。
【００１７】
そして、上記液晶セルを、特定の方向に遅相軸をもった固有のリタデーションを有する光学素子と見なすと、上記カラー液晶表示装置は、前記固有のリタデーションを有する光学素子と上記第１および第２の位相差板とを、それぞれの遅相軸を互いに直交させて積層したものと同値である。
【００１８】
ここで、前記光学素子と第１の位相差板とに着目すると、遅相軸を互いに直交させて配置した光学素子と位相差板との合成リタデーションは、前記光学素子のリタデーションＲｅLCと前記位相差板のリタデーションＲｅλ1 との差であり、その差がゼロ（ＲｅLC−Ｒｅλ1 ＝０）であれば、すなわち、それぞれのリタデーションＲｅLC，Ｒｅλ1 が同じであれば、この光学素子と第１の位相差板とからなる光学要素に光を入射させたときの透過光の偏光状態は、入射光の偏光状態と同じになる。
【００１９】
そして、前記光学要素と第２の位相差板とに着目すると、前記光学要素の遅相軸と前記第２の位相差板の遅相軸も互いに直交しているため、前記光学要素の合成リタデーション（ＲｅLC−Ｒｅλ1 ）と第２の位相差板のリタデーションＲｅλ2 とが同じであれば、つまり、ＲｅLC−Ｒｅλ1 ＝Ｒｅλ2 であれば、この光学要素と第２の位相差板とを透過した光の偏光状態も、入射光の偏光状態と同じになる。
【００２０】
したがって、上記カラー液晶表示装置は、液晶セルと第１および第２の位相差板のそれぞれのリタデーションＲｅLC，Ｒｅλ1 ，Ｒｅλ2 がＲｅLC＝Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 の関係にあるときに、液晶セルと第１および第２の位相差板とを透過した光の偏光状態が入射光の偏光状態と同じになる。
【００２１】
このため、液晶表示装置への入射光（外光）が白色光であるとすると、液晶分子が初期の配向状態にあるときに無彩色の白を表示させるためには、液晶セルの初期配向状態におけるリタデーションＲｅLCと、第１および第２の位相差板のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 とを、ＲｅLC＝Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 の関係になるように設定すればよい。このようにすれば、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では透過光の偏光状態を変えることがないので、前記偏光板を透過して出射する光が着色のない無彩色光になり、表示が無彩色の明表示である白になる。
【００２２】
なお、このカラー液晶表示装置では、反射板によって反射された光が、第２の位相差板と液晶セルと第１の位相差板とを往復して透過するが、これらのリタデーションＲｅLC，Ｒｅλ1 ，Ｒｅλ2 が、Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝ＲｅLCの関係にあるので、前述した往路の透過光と同様にし、復路においても透過光の偏光状態は変化しない。
【００２３】
ここで、上記液晶セルのリタデーションＲｅLCの値は、この液晶セルに用いられる液晶のバルクの屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値と、基板間に封入された液晶の配向状態とによって定まるものであり、液晶が初期配向状態にある液晶セルのリタデーションＲｅLCは、前記Δｎｄと、液晶分子のツイスト配向のツイスト角、基板面に対するプレチルト角等によって決まる値αの和によって与えられる。
【００２４】
すなわち、液晶セルのリタデーションＲｅLCは、ＲｅLC＝Δｎｄ＋αで表わされ、このαの値は、２０〜７０ｎｍである。
したがって、上記リタデーションの関係式Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝ＲｅLCは、
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝Δｎｄ＋α （α＝２０〜７０ｎｍ）
となり、第１、第２の位相差板および液晶セルのリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 ，ＲｅLCは、それぞれ上式の関係を満たすように設定される。つまり、第１と第２の位相差板のリタデーションの和の値（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が、液晶セルの屈折率異方性をΔｎｄとしたとき、Δｎｄ＋２０〜７０ｎｍの範囲になるように設定することにより、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で白の表示が得られる。
【００２５】
次に、出射光の着色について説明すると、この発明のカラー液晶表示装置は、液晶セルの液晶分子が初期の配向状態にあるときは、液晶セルのリタデーションＲｅLCと第１および第２の位相差板のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 とがＲｅLC＝Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 の関係にあるが、液晶セルの電極間に電圧を印加
して液晶分子を立上がり配向させると、この液晶分子の配向状態に変化に応じて液晶セルのリタデーションＲｅLCが変化し、
ＲｅLC≠Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2
となる。
【００２６】
したがって、このとき、偏光板を透過して直線偏光となった光は、第１の位相差板と液晶セルと第２の位相差板を往復して透過する過程でそれらの複屈折効果により、各波長光ごとにそれぞれ偏光状態の異なる楕円偏光となり、その光が前記偏光板に入射して、この偏光板を透過した出射光が、その光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の着色光になる。
【００２７】
この出射光の着色は、偏光板の透過軸と、この偏光板に隣接する第１の位相差板の遅相軸とがほぼ４５°またはその奇数倍（１３５°，２２５°，３１５°）の交差角で斜めに交差
そして、液晶セルの液晶分子は、印加電圧を高くしてゆくのにともなってツイスト配向状態を保ちつつ立上がり配向し、それに応じて液晶セルのリタデーションＲｅLCの値が小さくなるため、液晶セルへの印加電圧を変化させると、第１の位相差板と液晶セルと第２の位相差板を往復して透過して楕円偏光に入射する各波長光の偏光状態が変化して、出射光の色が変化する。
【００２８】
この場合、従来のＥＣＢ型液晶表示装置では、その表示色を変化させるのに、液晶セルの電極間に印加する電圧を大きく変化させなければならないが、この発明のカラー液晶表示装置は、液晶セルへの印加電圧をあまり大きく変えなくても、表示色を変化させることができ、したがって、比較的低い電圧で複数の着色表示を得ることができる。
【００２９】
次に、上記出射光の着色を、液晶セルの電極間に充分に高い電圧を印加して液晶分子をほぼ垂直に立上がり配向させたときについて考えると、液晶セルの液晶分子がほぼ垂直に立上がり配向した状態では、液晶セルのリタデーションＲｅLCが実質的にゼロ（ＲｅLC＝０）になったと見なせるため、上記カラー液晶表示装置は、前記液晶セルを無視して、第１と第２の位相差板はさんで偏光板と反射板が配置されている構成と考えることができる。
【００３０】
そして、この場合、第１の位相差板と第２の位相差板の遅相軸が互いにほぼ直交しているため、これら位相差板の合成リタデーションＲｅλR は、第１の位相差板のリタデーションＲｅλ1 と第２の位相差板のリタデーションＲｅλ2 との差、つまり、ＲｅλR ＝Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 となる。
【００３１】
このとき、上記カラー液晶表示装置は、反射板を用いた反射型であるため、上記合成リタデーションＲｅλR の２倍のリタデーション（２ＲｅλR ）を有する位相差板をはさんで一対の偏光板をそれぞれの透過軸を互いに平行にして配置した透過型表示装置と同値である。
【００３２】
また、リタデーションの値がＲｅλR である位相差板を透過した光の位相差δは、可視光帯域の所定の光の波長をλとすると、
δ＝（２π／λ）ＲｅλR …(1)
で表わされる。
【００３３】
そして、上記透過型表示装置における位相差板を透過した光の位相差は２δであるから、この表示装置の光の出射率Ｔは、位相差板の遅相軸に対する両偏光板の透過軸のずれ角をφとすると、
Ｔ＝１− sin（２φ）・ sin2 δ …(2)
となる。
【００３４】
この (2)式より、φ＝（ｍ−１）・π／２ （ｍは正の整数１，２，３…）のときは、Ｔ＝１となる。
すなわち、上記位相差板の遅相軸に対する両偏光板の透過軸のずれ角φが９０°またはその整数倍であるときは、位相差板のリタデーションに関係なく光の出射率が最大となり、また出射光の着色も生じない。
【００３５】
一方、上記 (2)式より、φ＝（２ｍ−１）・π／４ （ｍは正の整数１，２，３…）のときは、
Ｔ＝１− sin2 δ …(3)
となり、各波長光の出射率が各波長光ごとの位相差δの値に対応して異なるため、上記位相差板を透過した光は、その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、この偏光板を透過した出射光が着色する。このとき、つまり上記位相差板の遅相軸に対する偏光板の透過軸のずれ角φが４５°またはその奇数倍であるときの出射光は、最も色付きが大きい着色光である。
【００３６】
この出射光の着色は、上記ずれ角φが９０°またはその整数倍（１８０°，２７０°，３６０°）以外の範囲、つまり斜めの交差角であるときに得られるが、φが４５°またはその奇数倍であるときに、最も鮮やかで色コントラストが最大の色が出る。
【００３７】
さらに、上記ずれ角φが４５°またはその奇数倍であるときの各波長光の出射率について考察すると、φ＝π／４のときの出射率Ｔは、上記 (3)式のようにＴ＝１− sin2 δであり、Ｔが最大、つまりＴ＝１となるのは、
sin2 δ＝０
のときである。
【００３８】
このときの位相差δは、
δ＝ｋπ （ｋは正の整数１，２，３…）
であり、また (1)式のように、
δ＝（２π／λ）ＲｅλR
であるから、
２π・ＲｅλR ／λ＝ｋπ
∴ ＲｅλR ＝（２／ｋ）λ …(4)
となる。
【００３９】
以上のことから、この発明のカラー液晶表示装置は、液晶セルの液晶に充分高い電圧が印加されたとき、第１および第２の位相差板とを合成したときの遅相軸の向きと偏光板の透過軸とが９０°またはその整数倍を除く交差角で斜めに交差しているとき、上記 (4)式の波長λの光、すなわち、その半波長の整数倍（ｋ倍）が第１および第２の位相差板の合成リタデーションＲｅλR の値に相当する光が最も多く偏光板を透過して出射し、その波長光を中心とした色に出射光が着色する。
【００４０】
ここで、上記 (4)式で表わされる所定の波長の光を出射させるための第１および第２の位相差板の合成リタデーションＲｅλR の範囲を考察する。
例えば、所定の波長光の出射率がその最大出射率の３／４以上である範囲、つまり光の出射率ＴがＴ≧３／４の範囲であるとすると、上記 (3)式は、
３／４≧１− sin2 δ
となる。
【００４１】
上記式が３／４＝１− sin2 δとなる場合について第１および第２の位相差板を透過した光の位相差δを求めると、
sin2 δ＝１／４
sinδ ＝１／２ …(5)
であり、この (5)式を満たすδは、
δ＝±（π／６）＋ｋπ （ｋは正の整数１，２，３…）
である。
【００４２】
このことは、最大出射率が得られる位相差δmax （δmax ＝ｋπ）に対して±π／６の位相差の範囲で、最大出射率の３／４以上が得られるということを表わしている。
【００４３】
そして、位相差δmax からの位相差の差をδΔとすると、
δΔ＝±π／６ …(6)
となり、また上記 (1)式より、最大出射率が得られる位相差板のリタデーションに対する、最大出射率の３／４以上が得られるリタデーションのずれをＲｅΔλR とすると、
δΔ＝（２π／λ）ＲｅΔλR …(7)
となる。
【００４４】
この (6)式と (7)式とより、
±π／６＝（２π／λ）ＲｅΔλR
ＲｅΔλR ＝±（１／１２）λ
よって、
｜ＲｅΔλR ｜＝（１／１２）λ
となる。
【００４５】
したがって、所定の波長光の出射率Ｔが最大出射率の３／４以上（Ｔ≧３／４）となる第１および第２の位相差板の合成リタデーションＲｅλRの範囲は、
となる
【００４６】
以上の結果から、所定の波長光の出射率が最大となる第１および第２の位相差板の合成リタデーションＲｅλR の値は（ｋ／２）λ（ｋは正の整数）であり、最大出射率の３／４の出射率が得られる合成リタデーションＲｅλR の値は（１／１２）λである。
【００４７】
そして、前記合成リタデーションＲｅλRは、上述したように第１および第２の位相差板のそれぞれのリタデーションＲｅλ1，Ｒｅλ2の差（ＲｅλR＝Ｒｅλ2−Ｒｅλ1）であるため、これら第１および第２位相差板のリタデーションＲｅλ1，Ｒｅλ2の差の絶対値が可視光帯域の所定の光の波長λに対して（ｋ／２）λ±λ／１２（ｋは正の整数）の範囲、つまり、
であれば、所定の波長光の出射率Ｔが最大出射率の３／４以上（Ｔ≧３／４）となる。
【００４８】
ここで、上記所定の光の波長λは、４８０ｎｍ程度の青ないし緑系の色域の波長を選択するのが望ましく、所定の光の波長λをおよそ４８０ｎｍに選べば、液晶セルの電極間に印加する電圧を変化させることにより、表示色をより多くの色に変化させることができる。
【００４９】
このように、この発明のカラー液晶表示装置によれば、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、同じ画素で白を含む複数の色を表示することができ、しかも、最も表示頻度の高い白を、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で表示して、低消費電力化をはかることができる。
【００５０】
【実施例】
以下、この発明の一実施例を図面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る。
このカラー液晶表示装置は、液晶セル１０と、この液晶セル１０の表面側（図において上側）に配置された第１の位相差板（以下、表側位相差板という）２１と、前記液晶セル１０の裏面側（図において下側）に配置された第２の位相差板（以下、裏側位相差板という）２２と、前記第１の位相差板２１の表面側に配置された偏光板２０と、前記第２の位相差板２２の裏面側に配置された反射板２３とからなっている。なお、前記反射板２３は、樹脂フィルム等からなるベースシートの表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。
【００５１】
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を形成した一対の透明基板（例えばガラス基板）１１，１２間にネマティック液晶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。
【００５２】
この液晶セル１０は、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を能動素子とするアクティブマトリックス型のものであり、一方の基板１１に形成された電極１３は行方向および列方向に配列された複数の画素電極、他方の基板１２に形成された電極１４は前記画素電極１３の全てに対向する対向電極である。
【００５３】
なお、図１では省略しているが、画素電極１３を形成した基板１１には、各画素電極１３にそれぞれ接続された複数のＴＦＴと、各行のＴＦＴにゲート信号を供給するゲート配線と、各列のＴＦＴにデータ信号を供給するデータ配線とが設けられている。
【００５４】
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り、これら配向膜１５，１６は互いにほぼ直交する方向に配向処理（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間においてほぼ９０°のツイスト角でツイスト配向している。
【００５５】
そして、上記偏光板２０と表側および裏側位相差板２１，２２は、その光学軸（偏光板では透過軸、位相差板では遅相軸）を次のような向きにして設けられている。
【００５６】
図２は、上記液晶セル１０の両基板１１，１２上における液晶分子配向方向と表裏の位相差板２１，２２の遅相軸および偏光板２０の透過軸の向きを示している。
【００５７】
この図２のように、液晶セル１０の裏面側基板１１上における液晶分子配向方向１１ａは、液晶表示装置の横軸Ｏに対して図上（表面側から見て）右回りにほぼ４５°ずれ、表面側基板１２上における液晶分子配向方向１２ａは、前記横軸Ｏに対して図上左回りにほぼ４５°ずれており、液晶分子は、そのツイスト方向を破線矢印で示したように、裏面側基板１１から表面側基板１２に向かって図上右回りにほぼ９０°のツイスト角でツイスト配向している。
【００５８】
また、図２のように、表側位相差板２１の遅相軸２１ａは前記横軸Ｏに対して図上左回りにほぼ１３５°ずれ、裏側位相差板２２の遅相軸２２ａは前記横軸Ｏに対して図上左回りにほぼ４５°ずれており、また偏光板２０の透過軸２０ａは前記横軸Ｏとほぼ平行またはほぼ直交（図では平行）する方向にある。
【００５９】
すなわち、液晶セル１０の表面側に配置された表側位相差板２１は、その遅相軸２１ａを液晶セル１０の表面側基板１２上における液晶分子配向方向１２ａに対してほぼ直交させて設けられ、液晶セル１０の裏面側に配置された裏側位相差板２２は、その遅相軸２２ａを液晶セル１０の裏面側基板１１上における液晶分子配向方向１１ａに対してほぼ直交させて設けられており、また表側位相差板２１の表面側に配置された偏光板２０は、その透過軸２０ａを前記表側位相差板２１の遅相軸２１ａに対してほぼ４５°またはその奇数倍（１３５°，２２５°，３１５°）の交差角（図２では４５°）で斜めに交差させて設けられている。
【００６０】
また、上記表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1の値と、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2の値は、これら位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1＋Ｒｅλ2）が、液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ 2−Ｒｅλ1）の絶対値が、可視光帯域の所定の光の波長λに対して（ｋ／２）λ±λ／１２（ｋは正の整数１，２，３…）の範囲に設定されている。
【００６１】
このカラー液晶表示装置は、外光を利用しその光を裏面側に配置した反射板２３で反射させて表示するものであり、その表面側から入射する外光は、まず偏光板２０によって直線偏光され、表側位相差板２１と液晶セル１０と裏側位相差板２２とを順次透過して反射板２３で反射されるとともに、再び前記裏側位相差板２２と液晶セル１０と表側位相差板２１とを順次透過して前記偏光板２０に入射し、この偏光板２０を透過した光が出射する。また、このカラー液晶表示装置は、液晶セル１０の両基板１１，１２の電極１３，１４間に電圧を印加して表示駆動される。
【００６２】
このカラー液晶表示装置の表示は、上記［作用］の項で説明したように、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態において白であり、液晶セル１０の電極１３，１４間に電圧を印加すると表示が着色し、またその色が印加電圧に応じて変化する。
【００６３】
このカラー液晶表示装置の表示色は、表側および裏側位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値と、液晶セル１０のΔｎｄの値によって決まる。以下、その具体的な実施例を説明する。
【００６４】
［実施例１］
表側および裏側位相差板２１，２２の遅相軸２１ａ，２２ａと偏光板２０の透過軸２０ａとを図２の向きにしたカラー液晶表示装置において、
表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を
Ｒｅλ1 ＝６０ｎｍ
裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を
Ｒｅλ2 ＝８１０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）を
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝８７０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）を
Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ＝７５０ｎｍ
液晶セル１０のΔｎｄを
Δｎｄ＝８３０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和と液晶セル１０のΔｎｄとの差α［α＝（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）−Δｎｄ］を
α＝４０ｎｍ
に設定した。
【００６５】
図３は、上記実施例１における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図であり、図において点Ｗは無彩色領域の中心を示している。
この色度図のように、上記実施例１では、出射光が、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では無彩色の白色光であり、前記電極１３，１４間にある程度以上の電圧を印加したときに出射光が着色し、その色が、印加電圧を高くしてゆくのにともなって図のように変化する。
【００６６】
図４は、上記実施例１における液晶セル１０への印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示しており、この実施例では、印加電圧が０〜約１．５ｖの範囲で白が表示され、それより印加電圧を高くしてゆくのにともなって、表示色が青→黄緑→赤紫→灰色→緑の順に変化する。なお、図において（）を付した色は近似色である。
【００６７】
したがって、この実施例によれば、同じ画素で、白、青、黄緑、赤紫、灰色、緑の色を表示することができるとともに、これら表示色の全てを０〜約４ｖの比較的低い電圧（図４参照）で得ることができ、しかも、非選択状態で白を表示することができる。
【００６８】
なお、上記実施例１では、表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を６０ｎｍ、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を８１０ｎｍとしたが、これら位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値は、それらの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）の絶対値が、７４０±４０ｎｍになる範囲で任意に選べばよく、その範囲であれば図４のような表示色を得ることができる。
【００６９】
［実施例２］
表側および裏側位相差板２１，２２の遅相軸２１ａ，２２ａと偏光板２０の透過軸２０ａとを図２の向きにしたカラー液晶表示装置において、
表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を
Ｒｅλ1 ＝３５７ｎｍ
裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を
Ｒｅλ2 ＝６１０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）を
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝９８５ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）を
Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ＝２３５ｎｍ
液晶セル１０のΔｎｄを
Δｎｄ＝９２０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和と液晶セル１０のΔｎｄとの差α［α＝（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）−Δｎｄ］を
α＝６５ｎｍ
に設定した。
【００７０】
図５は、上記実施例２における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図であり、図において点Ｗは無彩色領域の中心を示している。
この色度図のように、上記実施例２では、出射光が、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では無彩色の白色光であり、前記電極１３，１４間にある程度以上の電圧を印加したときに出射光が着色し、その色が、印加電圧を高くしてゆくのにともなって図のように変化する。
【００７１】
図６は、上記実施例２における液晶セル１０への印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示しており、この実施例では、印加電圧が０〜約１．５ｖの範囲で白が表示され、それより印加電圧を高くしてゆくのにともなって、表示色が黒→青→黄緑→赤紫→紫→緑→薄緑の順に変化する。なお、図において（）を付した色は近似色である。
【００７２】
したがって、この実施例によれば、同じ画素で、白、黒、青、黄緑、赤紫、紫、緑、薄緑の色を表示することができるとともに、これら表示色の全てを０〜約６ｖの比較的低い電圧（図６参照）で得ることができ、しかも、非選択状態で白を表示することができる。
【００７３】
また、上述した実施例１では、図４のように、非選択状態での白の表示が近似色であり、約１．５ｖの電圧を印加したときに明るい白の表示になるが、この実施例２では、非選択状態での表示が実施例１に比べて充分明るくかつ純度のよい白の表示であり、したがって、より明るい白の表示を得ることができる。
【００７４】
なお、上記実施例２では、表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を３５７ｎｍ、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を６１０ｎｍとしたが、これら位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値は、それらの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）の絶対値が、２４０±４０ｎｍになる範囲、望ましくは２３０±２０ｎｍになる範囲で任意に選べばよく、その範囲であれば図６のような表示色を得ることができる。
【００７５】
［実施例３］
表側および裏側位相差板２１，２２の遅相軸２１ａ，２２ａと偏光板２０の透過軸２０ａとを図２の向きにしたカラー液晶表示装置において、
表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を
Ｒｅλ1 ＝４１０ｎｍ
裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を
Ｒｅλ2 ＝６３０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）を
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝１０４０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）を
Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ＝２２０ｎｍ
液晶セル１０のΔｎｄを
Δｎｄ＝１０００ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和と液晶セル１０のΔｎｄとの差α［α＝（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）−Δｎｄ］を
α＝４０ｎｍ
に設定した。
【００７６】
図７は、上記実施例３における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図であり、図において点Ｗは無彩色領域の中心を示している。
この色度図のように、上記実施例３では、出射光が、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では無彩色の白色光であり、前記電極１３，１４間にある程度以上の電圧を印加したときに出射光が着色し、その色が、印加電圧を高くしてゆくのにともなって図のように変化する。
【００７７】
図８は、上記実施例３における液晶セル１０への印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示しており、この実施例では、印加電圧が０〜約１．５ｖの範囲で白が表示され、それより印加電圧を高くしてゆくのにともなって、表示色が黒→黄緑→紫→青→緑の順に変化する。なお、図において（）を付した色は近似色である。
【００７８】
したがって、この実施例によれば、同じ画素で、白、黒、黄緑、紫、青、緑の色を表示することができるとともに、これら表示色の全てを０〜約６ｖの比較的低い電圧（図８参照）で得ることができ、しかも、非選択状態で白を表示することができる。
【００７９】
また、この実施例においても、上記実施例２と同様に、非選択状態での表示が充分明るくかつ純度のよい白の表示であり、したがって、より明るい白の表示を得ることができる。
【００８０】
なお、上記実施例３では、表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を４１０ｎｍ、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を６３０ｎｍとしたが、これら位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値は、それらの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）の絶対値が、２４０±４０ｎｍになる範囲、望ましくは２３０±２０ｎｍになる範囲で任意に選べばよく、その範囲であれば図８のような表示色を得ることができる。
【００８１】
［実施例４］
表側および裏側位相差板２１，２２の遅相軸２１ａ，２２ａと偏光板２０の透過軸２０ａとを図２の向きにしたカラー液晶表示装置において、
表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を
Ｒｅλ1 ＝３１０ｎｍ
裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を
Ｒｅλ2 ＝７６０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）を
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝１０７０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）を
Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ＝４５０ｎｍ
液晶セル１０のΔｎｄを
Δｎｄ＝１０００ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和と液晶セル１０のΔｎｄとの差α［α＝（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）−Δｎｄ］を
α＝７０ｎｍ
に設定した。
【００８２】
なお、この実施例では、裏側位相差板２２として、リタデーションが３５０ｎｍの位相差板と、リタデーションが４１ｎｍの位相差板とを積層したものを使用した。
【００８３】
図９は、上記実施例３における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図であり、図において点Ｗは無彩色領域の中心を示している。
この色度図のように、上記実施例３では、出射光が、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では無彩色の白色光であり、前記電極１３，１４間にある程度以上の電圧を印加したときに出射光が着色し、その色が、印加電圧を高くしてゆくのにともなって図のように変化する。
【００８４】
図１０は、上記実施例３における液晶セル１０への印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示しており、この実施例では、印加電圧が０〜約１．５ｖの範囲で白が表示され、それより印加電圧を高くしてゆくのにともなって、表示色が黒→青→黄緑→赤紫→紫→緑の順に変化する。なお、図において（）を付した色は近似色である。
【００８５】
したがって、この実施例によれば、同じ画素で、白、黒、青、黄緑、赤紫、紫、緑の色を表示することができるとともに、これら表示色の全てを０〜約５ｖの比較的低い電圧（図１０参照）で得ることができ、しかも、非選択状態で白を表示することができる。
【００８６】
また、この実施例においても、上記実施例２および３と同様に、非選択状態での表示が充分明るくかつ純度のよい白の表示であり、したがって、より明るい白の表示を得ることができる。
【００８７】
なお、上記実施例４では、表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を３１０ｎｍ、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を７６０ｎｍとしたが、これら位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値は、それらの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）の絶対値が、４６０±３０ｎｍになる範囲で任意に選べばよく、その範囲であれば図１０のような表示色を得ることができる。
【００８８】
上述した実施例１〜４のように、上記カラー液晶表示装置は、同じ画素で白を含む複数の色を表示することができるとともに、最も表示頻度の高い白を、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で表示できるため、従来のＥＣＢ型液晶表示装置に比べて大幅な低消費電力化をはかることができる。
【００８９】
また、上記カラー液晶表示装置は、実施例１〜４の表示色に加えて、隣接する複数の画素の表示色の組合わせによりそれらの合成色を表現することも可能である。
【００９０】
なお、上記実施例では、液晶セル１０としてアクティブマトリックス型のものを用いたが、この液晶セル１０は、単純マトリックス型のものであってもよいし、またセグメント型のものであってもよい。
【００９１】
【発明の効果】
この発明のカラー液晶表示装置によれば、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、同じ画素で白を含む複数の色を表示することができ、しかも、最も表示頻度の高い白を、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で表示して、低消費電力化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すカラー液晶表示装置の断面図。
【図２】同じく液晶セルの両基板上における液晶分子配向方向と表裏の位相差板の遅相軸および偏光板の透過軸の向きを示す図。
【図３】表側位相差板のリタデーションを６０ｎｍ、裏側位相差板のリタデーションを８１０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和を８７０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの差を７５０ｎｍ、液晶セルのΔｎｄを８３０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和と液晶セルのΔｎｄとの差を４０ｎｍに設定した実施例１における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図。
【図４】実施例１における液晶セルへの印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示す図。
【図５】表側位相差板のリタデーションを３５７ｎｍ、裏側位相差板のリタデーションを６１０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和を９８５ｎｍ、両位相差板のリタデーションの差を２３５ｎｍ、液晶セルのΔｎｄを９２０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和と液晶セルのΔｎｄとの差を６５ｎｍに設定した実施例２における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図。
【図６】実施例２における液晶セルへの印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示す図。
【図７】表側位相差板のリタデーションを４１０ｎｍ、裏側位相差板のリタデーションを６３０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和を１０４０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの差を２２０ｎｍ、液晶セルのΔｎｄを１０００ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和と液晶セルのΔｎｄとの差を４０ｎｍに設定した実施例３における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図。
【図８】実施例３における液晶セルへの印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示す図。
【図９】表側位相差板のリタデーションを３１０ｎｍ、裏側位相差板のリタデーションを７６０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和を１０７０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの差を４５０ｎｍ、液晶セルのΔｎｄを１０００ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和と液晶セルのΔｎｄとの差を７０ｎｍに設定した実施例４における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図。
【図１０】実施例４における液晶セルへの印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示す図。
【符号の説明】
１０…液晶セル
１１ａ…裏面側基板上における液晶分子配向方向
１２ａ…表面側基板上における液晶分子配向方向
２０…偏光板
２０ａ…透過軸
２１…表側位相差板
２１ａ…遅相軸
２２…裏側位相差板
２２ａ…遅相軸
２３…反射板
【産業上の利用分野】
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、そのバックライトからの光を利用して表示する透過型のものと、外光（自然光や室内照明光等）を利用しその光を裏面側に配置した反射板で反射させて表示する反射型のものとがあるが、上記カラー液晶表示装置を反射型とすると、その表面側から入射し裏面側の反射板で反射されて表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。
【０００５】
しかも、上記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、そのために透過光の強度が大幅に弱くなって表示色が暗くなる。
【０００６】
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、ＥＣＢ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、電極を形成した一対の基板間に液晶を挟持した液晶セルをはさんで一対の偏光板を配置したものであり、一方の偏光板を透過して入射した直線偏光が、液晶セルを透過する過程で液晶層の複屈折効果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、その光が他方の偏光板に入射して、この他方の偏光板を透過した光が、その光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の着色光になる。
【０００７】
すなわち、上記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効果と一対の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。
【０００８】
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圧に応じた液晶分子の配向状態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、液晶セルへの印加電圧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、同じ画素で複数の色を表示することができる。
【０００９】
【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、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態、つまり液晶分子が初期の配向状態にあるときの表示が着色した表示であり、印加する電圧に応じて液晶分子の配向状態を変化させることにより表示色を変え、その色相の違いによって文字、図形等を表示するものである。したがって、背景色が有色であるため、表示が見づらいという欠点があった。
【００１０】
この発明は、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、同じ画素で白を含む複数の色を表示することができ、しかも、最も表示頻度の高い白を、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で表示して、低消費電力化をはか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。
【００１１】
【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、電極を形成した一対の基板間に液晶を挟持しその分子を両基板間においてツイスト配向させた液晶セルと、前記液晶セルの表面側に配置された第１の位相差板と、前記液晶セルの裏面側に配置された第２の位相差板と、前記第１の位相差板の表面側に配置された偏光板と、前記第２の位相差板の裏面側に配置された反射板とからなり、
かつ、前記液晶セルの液晶分子のツイスト角がほぼ９０°で、前記第１の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの表面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交し、前記第２の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの裏面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交しているとともに、前記偏光板の透過軸が前記第１の位相差板の遅相軸に対して斜めに交差しており、
前記第１の位相差板と第２の位相差板のそれぞれのリタデーションの値が、
これら位相差板のリタデーションの和が、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積の値をΔｎｄとしたとき、Δｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差の絶対値が、可視光帯域の所定の光の波長λに対して（ｋ／２）λ±λ／１２（ｋは正の整数）
の範囲に設定されていることを特徴とするものである。
【００１２】
このカラー液晶表示装置において、上記第１および第２の位相差板のリタデーションの値は、液晶セルの表面側に配置された第１の位相差板のリタデーションの値が、液晶セルの裏面側に配置された第２の位相差板のリタデーションの値より小さいのが望ましく、また、上記第１の位相差板と第２の位相差板のリタデーションの差の絶対値は、例えば、２４０±４０ｎｍ（より望ましくは２３０±２０ｎｍ）、４６０±３０ｎｍ、７５０±４０ｎｍのいずれかが望ましい。
【００１３】
また、上記所定の光の波長λは、およそ４８０ｎｍに選ぶのが望ましい。
さらに、上記偏光板の透過軸とこの偏光板が隣接する上記第１の位相差板の遅相軸とのずれ角は、ほぼ４５°またはその奇数倍であるのが望ましい。
【００１４】
【作用】
この発明のカラー液晶表示装置は、外光を利用しその光を裏面側に配置した反射板で反射させて表示するものであり、その表面側から入射する外光は、まず偏光板によって直線偏光され、第１の位相差板と液晶セルと第２の位相差板とを順次透過して反射板で反射されるとともに、再び前記第２の位相差板と液晶セルと第１の位相差板とを順次透過して前記偏光板に入射し、この偏光板を透過した光が出射する。
【００１５】
この出射光は、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態、つまり液晶分子が初期の配向状態にあるときは無彩色であり、液晶セルの電極間に電圧を印加して液晶分子を立上がり配向させると出射光が着色し、その色が印加電圧に対応する液晶分子の立上がり配向状態に応じて変化する。
【００１６】
まず、液晶セルの液晶分子が初期の配向状態にあるときに出射光が無彩色になる条件について説明する。
このカラー液晶表示装置においては、液晶セルの液晶分子がほぼ９０°のツイスト角でツイスト配向しているとともに、この液晶セルの表面側に配置された第１の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの表面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交し、前記液晶セルの裏面側に配置された第２の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの裏面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交している。
【００１７】
そして、上記液晶セルを、特定の方向に遅相軸をもった固有のリタデーションを有する光学素子と見なすと、上記カラー液晶表示装置は、前記固有のリタデーションを有する光学素子と上記第１および第２の位相差板とを、それぞれの遅相軸を互いに直交させて積層したものと同値である。
【００１８】
ここで、前記光学素子と第１の位相差板とに着目すると、遅相軸を互いに直交させて配置した光学素子と位相差板との合成リタデーションは、前記光学素子のリタデーションＲｅLCと前記位相差板のリタデーションＲｅλ1 との差であり、その差がゼロ（ＲｅLC−Ｒｅλ1 ＝０）であれば、すなわち、それぞれのリタデーションＲｅLC，Ｒｅλ1 が同じであれば、この光学素子と第１の位相差板とからなる光学要素に光を入射させたときの透過光の偏光状態は、入射光の偏光状態と同じになる。
【００１９】
そして、前記光学要素と第２の位相差板とに着目すると、前記光学要素の遅相軸と前記第２の位相差板の遅相軸も互いに直交しているため、前記光学要素の合成リタデーション（ＲｅLC−Ｒｅλ1 ）と第２の位相差板のリタデーションＲｅλ2 とが同じであれば、つまり、ＲｅLC−Ｒｅλ1 ＝Ｒｅλ2 であれば、この光学要素と第２の位相差板とを透過した光の偏光状態も、入射光の偏光状態と同じになる。
【００２０】
したがって、上記カラー液晶表示装置は、液晶セルと第１および第２の位相差板のそれぞれのリタデーションＲｅLC，Ｒｅλ1 ，Ｒｅλ2 がＲｅLC＝Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 の関係にあるときに、液晶セルと第１および第２の位相差板とを透過した光の偏光状態が入射光の偏光状態と同じになる。
【００２１】
このため、液晶表示装置への入射光（外光）が白色光であるとすると、液晶分子が初期の配向状態にあるときに無彩色の白を表示させるためには、液晶セルの初期配向状態におけるリタデーションＲｅLCと、第１および第２の位相差板のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 とを、ＲｅLC＝Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 の関係になるように設定すればよい。このようにすれば、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では透過光の偏光状態を変えることがないので、前記偏光板を透過して出射する光が着色のない無彩色光になり、表示が無彩色の明表示である白になる。
【００２２】
なお、このカラー液晶表示装置では、反射板によって反射された光が、第２の位相差板と液晶セルと第１の位相差板とを往復して透過するが、これらのリタデーションＲｅLC，Ｒｅλ1 ，Ｒｅλ2 が、Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝ＲｅLCの関係にあるので、前述した往路の透過光と同様にし、復路においても透過光の偏光状態は変化しない。
【００２３】
ここで、上記液晶セルのリタデーションＲｅLCの値は、この液晶セルに用いられる液晶のバルクの屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値と、基板間に封入された液晶の配向状態とによって定まるものであり、液晶が初期配向状態にある液晶セルのリタデーションＲｅLCは、前記Δｎｄと、液晶分子のツイスト配向のツイスト角、基板面に対するプレチルト角等によって決まる値αの和によって与えられる。
【００２４】
すなわち、液晶セルのリタデーションＲｅLCは、ＲｅLC＝Δｎｄ＋αで表わされ、このαの値は、２０〜７０ｎｍである。
したがって、上記リタデーションの関係式Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝ＲｅLCは、
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝Δｎｄ＋α （α＝２０〜７０ｎｍ）
となり、第１、第２の位相差板および液晶セルのリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 ，ＲｅLCは、それぞれ上式の関係を満たすように設定される。つまり、第１と第２の位相差板のリタデーションの和の値（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が、液晶セルの屈折率異方性をΔｎｄとしたとき、Δｎｄ＋２０〜７０ｎｍの範囲になるように設定することにより、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で白の表示が得られる。
【００２５】
次に、出射光の着色について説明すると、この発明のカラー液晶表示装置は、液晶セルの液晶分子が初期の配向状態にあるときは、液晶セルのリタデーションＲｅLCと第１および第２の位相差板のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 とがＲｅLC＝Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 の関係にあるが、液晶セルの電極間に電圧を印加
して液晶分子を立上がり配向させると、この液晶分子の配向状態に変化に応じて液晶セルのリタデーションＲｅLCが変化し、
ＲｅLC≠Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2
となる。
【００２６】
したがって、このとき、偏光板を透過して直線偏光となった光は、第１の位相差板と液晶セルと第２の位相差板を往復して透過する過程でそれらの複屈折効果により、各波長光ごとにそれぞれ偏光状態の異なる楕円偏光となり、その光が前記偏光板に入射して、この偏光板を透過した出射光が、その光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の着色光になる。
【００２７】
この出射光の着色は、偏光板の透過軸と、この偏光板に隣接する第１の位相差板の遅相軸とがほぼ４５°またはその奇数倍（１３５°，２２５°，３１５°）の交差角で斜めに交差
そして、液晶セルの液晶分子は、印加電圧を高くしてゆくのにともなってツイスト配向状態を保ちつつ立上がり配向し、それに応じて液晶セルのリタデーションＲｅLCの値が小さくなるため、液晶セルへの印加電圧を変化させると、第１の位相差板と液晶セルと第２の位相差板を往復して透過して楕円偏光に入射する各波長光の偏光状態が変化して、出射光の色が変化する。
【００２８】
この場合、従来のＥＣＢ型液晶表示装置では、その表示色を変化させるのに、液晶セルの電極間に印加する電圧を大きく変化させなければならないが、この発明のカラー液晶表示装置は、液晶セルへの印加電圧をあまり大きく変えなくても、表示色を変化させることができ、したがって、比較的低い電圧で複数の着色表示を得ることができる。
【００２９】
次に、上記出射光の着色を、液晶セルの電極間に充分に高い電圧を印加して液晶分子をほぼ垂直に立上がり配向させたときについて考えると、液晶セルの液晶分子がほぼ垂直に立上がり配向した状態では、液晶セルのリタデーションＲｅLCが実質的にゼロ（ＲｅLC＝０）になったと見なせるため、上記カラー液晶表示装置は、前記液晶セルを無視して、第１と第２の位相差板はさんで偏光板と反射板が配置されている構成と考えることができる。
【００３０】
そして、この場合、第１の位相差板と第２の位相差板の遅相軸が互いにほぼ直交しているため、これら位相差板の合成リタデーションＲｅλR は、第１の位相差板のリタデーションＲｅλ1 と第２の位相差板のリタデーションＲｅλ2 との差、つまり、ＲｅλR ＝Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 となる。
【００３１】
このとき、上記カラー液晶表示装置は、反射板を用いた反射型であるため、上記合成リタデーションＲｅλR の２倍のリタデーション（２ＲｅλR ）を有する位相差板をはさんで一対の偏光板をそれぞれの透過軸を互いに平行にして配置した透過型表示装置と同値である。
【００３２】
また、リタデーションの値がＲｅλR である位相差板を透過した光の位相差δは、可視光帯域の所定の光の波長をλとすると、
δ＝（２π／λ）ＲｅλR …(1)
で表わされる。
【００３３】
そして、上記透過型表示装置における位相差板を透過した光の位相差は２δであるから、この表示装置の光の出射率Ｔは、位相差板の遅相軸に対する両偏光板の透過軸のずれ角をφとすると、
Ｔ＝１− sin（２φ）・ sin2 δ …(2)
となる。
【００３４】
この (2)式より、φ＝（ｍ−１）・π／２ （ｍは正の整数１，２，３…）のときは、Ｔ＝１となる。
すなわち、上記位相差板の遅相軸に対する両偏光板の透過軸のずれ角φが９０°またはその整数倍であるときは、位相差板のリタデーションに関係なく光の出射率が最大となり、また出射光の着色も生じない。
【００３５】
一方、上記 (2)式より、φ＝（２ｍ−１）・π／４ （ｍは正の整数１，２，３…）のときは、
Ｔ＝１− sin2 δ …(3)
となり、各波長光の出射率が各波長光ごとの位相差δの値に対応して異なるため、上記位相差板を透過した光は、その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、この偏光板を透過した出射光が着色する。このとき、つまり上記位相差板の遅相軸に対する偏光板の透過軸のずれ角φが４５°またはその奇数倍であるときの出射光は、最も色付きが大きい着色光である。
【００３６】
この出射光の着色は、上記ずれ角φが９０°またはその整数倍（１８０°，２７０°，３６０°）以外の範囲、つまり斜めの交差角であるときに得られるが、φが４５°またはその奇数倍であるときに、最も鮮やかで色コントラストが最大の色が出る。
【００３７】
さらに、上記ずれ角φが４５°またはその奇数倍であるときの各波長光の出射率について考察すると、φ＝π／４のときの出射率Ｔは、上記 (3)式のようにＴ＝１− sin2 δであり、Ｔが最大、つまりＴ＝１となるのは、
sin2 δ＝０
のときである。
【００３８】
このときの位相差δは、
δ＝ｋπ （ｋは正の整数１，２，３…）
であり、また (1)式のように、
δ＝（２π／λ）ＲｅλR
であるから、
２π・ＲｅλR ／λ＝ｋπ
∴ ＲｅλR ＝（２／ｋ）λ …(4)
となる。
【００３９】
以上のことから、この発明のカラー液晶表示装置は、液晶セルの液晶に充分高い電圧が印加されたとき、第１および第２の位相差板とを合成したときの遅相軸の向きと偏光板の透過軸とが９０°またはその整数倍を除く交差角で斜めに交差しているとき、上記 (4)式の波長λの光、すなわち、その半波長の整数倍（ｋ倍）が第１および第２の位相差板の合成リタデーションＲｅλR の値に相当する光が最も多く偏光板を透過して出射し、その波長光を中心とした色に出射光が着色する。
【００４０】
ここで、上記 (4)式で表わされる所定の波長の光を出射させるための第１および第２の位相差板の合成リタデーションＲｅλR の範囲を考察する。
例えば、所定の波長光の出射率がその最大出射率の３／４以上である範囲、つまり光の出射率ＴがＴ≧３／４の範囲であるとすると、上記 (3)式は、
３／４≧１− sin2 δ
となる。
【００４１】
上記式が３／４＝１− sin2 δとなる場合について第１および第２の位相差板を透過した光の位相差δを求めると、
sin2 δ＝１／４
sinδ ＝１／２ …(5)
であり、この (5)式を満たすδは、
δ＝±（π／６）＋ｋπ （ｋは正の整数１，２，３…）
である。
【００４２】
このことは、最大出射率が得られる位相差δmax （δmax ＝ｋπ）に対して±π／６の位相差の範囲で、最大出射率の３／４以上が得られるということを表わしている。
【００４３】
そして、位相差δmax からの位相差の差をδΔとすると、
δΔ＝±π／６ …(6)
となり、また上記 (1)式より、最大出射率が得られる位相差板のリタデーションに対する、最大出射率の３／４以上が得られるリタデーションのずれをＲｅΔλR とすると、
δΔ＝（２π／λ）ＲｅΔλR …(7)
となる。
【００４４】
この (6)式と (7)式とより、
±π／６＝（２π／λ）ＲｅΔλR
ＲｅΔλR ＝±（１／１２）λ
よって、
｜ＲｅΔλR ｜＝（１／１２）λ
となる。
【００４５】
したがって、所定の波長光の出射率Ｔが最大出射率の３／４以上（Ｔ≧３／４）となる第１および第２の位相差板の合成リタデーションＲｅλRの範囲は、
【００４６】
以上の結果から、所定の波長光の出射率が最大となる第１および第２の位相差板の合成リタデーションＲｅλR の値は（ｋ／２）λ（ｋは正の整数）であり、最大出射率の３／４の出射率が得られる合成リタデーションＲｅλR の値は（１／１２）λである。
【００４７】
そして、前記合成リタデーションＲｅλRは、上述したように第１および第２の位相差板のそれぞれのリタデーションＲｅλ1，Ｒｅλ2の差（ＲｅλR＝Ｒｅλ2−Ｒｅλ1）であるため、これら第１および第２位相差板のリタデーションＲｅλ1，Ｒｅλ2の差の絶対値が可視光帯域の所定の光の波長λに対して（ｋ／２）λ±λ／１２（ｋは正の整数）の範囲、つまり、
【００４８】
ここで、上記所定の光の波長λは、４８０ｎｍ程度の青ないし緑系の色域の波長を選択するのが望ましく、所定の光の波長λをおよそ４８０ｎｍに選べば、液晶セルの電極間に印加する電圧を変化させることにより、表示色をより多くの色に変化させることができる。
【００４９】
このように、この発明のカラー液晶表示装置によれば、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、同じ画素で白を含む複数の色を表示することができ、しかも、最も表示頻度の高い白を、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で表示して、低消費電力化をはかることができる。
【００５０】
【実施例】
以下、この発明の一実施例を図面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る。
このカラー液晶表示装置は、液晶セル１０と、この液晶セル１０の表面側（図において上側）に配置された第１の位相差板（以下、表側位相差板という）２１と、前記液晶セル１０の裏面側（図において下側）に配置された第２の位相差板（以下、裏側位相差板という）２２と、前記第１の位相差板２１の表面側に配置された偏光板２０と、前記第２の位相差板２２の裏面側に配置された反射板２３とからなっている。なお、前記反射板２３は、樹脂フィルム等からなるベースシートの表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。
【００５１】
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を形成した一対の透明基板（例えばガラス基板）１１，１２間にネマティック液晶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。
【００５２】
この液晶セル１０は、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を能動素子とするアクティブマトリックス型のものであり、一方の基板１１に形成された電極１３は行方向および列方向に配列された複数の画素電極、他方の基板１２に形成された電極１４は前記画素電極１３の全てに対向する対向電極である。
【００５３】
なお、図１では省略しているが、画素電極１３を形成した基板１１には、各画素電極１３にそれぞれ接続された複数のＴＦＴと、各行のＴＦＴにゲート信号を供給するゲート配線と、各列のＴＦＴにデータ信号を供給するデータ配線とが設けられている。
【００５４】
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り、これら配向膜１５，１６は互いにほぼ直交する方向に配向処理（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間においてほぼ９０°のツイスト角でツイスト配向している。
【００５５】
そして、上記偏光板２０と表側および裏側位相差板２１，２２は、その光学軸（偏光板では透過軸、位相差板では遅相軸）を次のような向きにして設けられている。
【００５６】
図２は、上記液晶セル１０の両基板１１，１２上における液晶分子配向方向と表裏の位相差板２１，２２の遅相軸および偏光板２０の透過軸の向きを示している。
【００５７】
この図２のように、液晶セル１０の裏面側基板１１上における液晶分子配向方向１１ａは、液晶表示装置の横軸Ｏに対して図上（表面側から見て）右回りにほぼ４５°ずれ、表面側基板１２上における液晶分子配向方向１２ａは、前記横軸Ｏに対して図上左回りにほぼ４５°ずれており、液晶分子は、そのツイスト方向を破線矢印で示したように、裏面側基板１１から表面側基板１２に向かって図上右回りにほぼ９０°のツイスト角でツイスト配向している。
【００５８】
また、図２のように、表側位相差板２１の遅相軸２１ａは前記横軸Ｏに対して図上左回りにほぼ１３５°ずれ、裏側位相差板２２の遅相軸２２ａは前記横軸Ｏに対して図上左回りにほぼ４５°ずれており、また偏光板２０の透過軸２０ａは前記横軸Ｏとほぼ平行またはほぼ直交（図では平行）する方向にある。
【００５９】
すなわち、液晶セル１０の表面側に配置された表側位相差板２１は、その遅相軸２１ａを液晶セル１０の表面側基板１２上における液晶分子配向方向１２ａに対してほぼ直交させて設けられ、液晶セル１０の裏面側に配置された裏側位相差板２２は、その遅相軸２２ａを液晶セル１０の裏面側基板１１上における液晶分子配向方向１１ａに対してほぼ直交させて設けられており、また表側位相差板２１の表面側に配置された偏光板２０は、その透過軸２０ａを前記表側位相差板２１の遅相軸２１ａに対してほぼ４５°またはその奇数倍（１３５°，２２５°，３１５°）の交差角（図２では４５°）で斜めに交差させて設けられている。
【００６０】
また、上記表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1の値と、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2の値は、これら位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1＋Ｒｅλ2）が、液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ 2−Ｒｅλ1）の絶対値が、可視光帯域の所定の光の波長λに対して（ｋ／２）λ±λ／１２（ｋは正の整数１，２，３…）の範囲に設定されている。
【００６１】
このカラー液晶表示装置は、外光を利用しその光を裏面側に配置した反射板２３で反射させて表示するものであり、その表面側から入射する外光は、まず偏光板２０によって直線偏光され、表側位相差板２１と液晶セル１０と裏側位相差板２２とを順次透過して反射板２３で反射されるとともに、再び前記裏側位相差板２２と液晶セル１０と表側位相差板２１とを順次透過して前記偏光板２０に入射し、この偏光板２０を透過した光が出射する。また、このカラー液晶表示装置は、液晶セル１０の両基板１１，１２の電極１３，１４間に電圧を印加して表示駆動される。
【００６２】
このカラー液晶表示装置の表示は、上記［作用］の項で説明したように、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態において白であり、液晶セル１０の電極１３，１４間に電圧を印加すると表示が着色し、またその色が印加電圧に応じて変化する。
【００６３】
このカラー液晶表示装置の表示色は、表側および裏側位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値と、液晶セル１０のΔｎｄの値によって決まる。以下、その具体的な実施例を説明する。
【００６４】
［実施例１］
表側および裏側位相差板２１，２２の遅相軸２１ａ，２２ａと偏光板２０の透過軸２０ａとを図２の向きにしたカラー液晶表示装置において、
表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を
Ｒｅλ1 ＝６０ｎｍ
裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を
Ｒｅλ2 ＝８１０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）を
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝８７０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）を
Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ＝７５０ｎｍ
液晶セル１０のΔｎｄを
Δｎｄ＝８３０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和と液晶セル１０のΔｎｄとの差α［α＝（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）−Δｎｄ］を
α＝４０ｎｍ
に設定した。
【００６５】
図３は、上記実施例１における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図であり、図において点Ｗは無彩色領域の中心を示している。
この色度図のように、上記実施例１では、出射光が、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では無彩色の白色光であり、前記電極１３，１４間にある程度以上の電圧を印加したときに出射光が着色し、その色が、印加電圧を高くしてゆくのにともなって図のように変化する。
【００６６】
図４は、上記実施例１における液晶セル１０への印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示しており、この実施例では、印加電圧が０〜約１．５ｖの範囲で白が表示され、それより印加電圧を高くしてゆくのにともなって、表示色が青→黄緑→赤紫→灰色→緑の順に変化する。なお、図において（）を付した色は近似色である。
【００６７】
したがって、この実施例によれば、同じ画素で、白、青、黄緑、赤紫、灰色、緑の色を表示することができるとともに、これら表示色の全てを０〜約４ｖの比較的低い電圧（図４参照）で得ることができ、しかも、非選択状態で白を表示することができる。
【００６８】
なお、上記実施例１では、表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を６０ｎｍ、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を８１０ｎｍとしたが、これら位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値は、それらの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）の絶対値が、７４０±４０ｎｍになる範囲で任意に選べばよく、その範囲であれば図４のような表示色を得ることができる。
【００６９】
［実施例２］
表側および裏側位相差板２１，２２の遅相軸２１ａ，２２ａと偏光板２０の透過軸２０ａとを図２の向きにしたカラー液晶表示装置において、
表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を
Ｒｅλ1 ＝３５７ｎｍ
裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を
Ｒｅλ2 ＝６１０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）を
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝９８５ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）を
Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ＝２３５ｎｍ
液晶セル１０のΔｎｄを
Δｎｄ＝９２０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和と液晶セル１０のΔｎｄとの差α［α＝（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）−Δｎｄ］を
α＝６５ｎｍ
に設定した。
【００７０】
図５は、上記実施例２における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図であり、図において点Ｗは無彩色領域の中心を示している。
この色度図のように、上記実施例２では、出射光が、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では無彩色の白色光であり、前記電極１３，１４間にある程度以上の電圧を印加したときに出射光が着色し、その色が、印加電圧を高くしてゆくのにともなって図のように変化する。
【００７１】
図６は、上記実施例２における液晶セル１０への印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示しており、この実施例では、印加電圧が０〜約１．５ｖの範囲で白が表示され、それより印加電圧を高くしてゆくのにともなって、表示色が黒→青→黄緑→赤紫→紫→緑→薄緑の順に変化する。なお、図において（）を付した色は近似色である。
【００７２】
したがって、この実施例によれば、同じ画素で、白、黒、青、黄緑、赤紫、紫、緑、薄緑の色を表示することができるとともに、これら表示色の全てを０〜約６ｖの比較的低い電圧（図６参照）で得ることができ、しかも、非選択状態で白を表示することができる。
【００７３】
また、上述した実施例１では、図４のように、非選択状態での白の表示が近似色であり、約１．５ｖの電圧を印加したときに明るい白の表示になるが、この実施例２では、非選択状態での表示が実施例１に比べて充分明るくかつ純度のよい白の表示であり、したがって、より明るい白の表示を得ることができる。
【００７４】
なお、上記実施例２では、表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を３５７ｎｍ、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を６１０ｎｍとしたが、これら位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値は、それらの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）の絶対値が、２４０±４０ｎｍになる範囲、望ましくは２３０±２０ｎｍになる範囲で任意に選べばよく、その範囲であれば図６のような表示色を得ることができる。
【００７５】
［実施例３］
表側および裏側位相差板２１，２２の遅相軸２１ａ，２２ａと偏光板２０の透過軸２０ａとを図２の向きにしたカラー液晶表示装置において、
表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を
Ｒｅλ1 ＝４１０ｎｍ
裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を
Ｒｅλ2 ＝６３０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）を
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝１０４０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）を
Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ＝２２０ｎｍ
液晶セル１０のΔｎｄを
Δｎｄ＝１０００ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和と液晶セル１０のΔｎｄとの差α［α＝（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）−Δｎｄ］を
α＝４０ｎｍ
に設定した。
【００７６】
図７は、上記実施例３における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図であり、図において点Ｗは無彩色領域の中心を示している。
この色度図のように、上記実施例３では、出射光が、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では無彩色の白色光であり、前記電極１３，１４間にある程度以上の電圧を印加したときに出射光が着色し、その色が、印加電圧を高くしてゆくのにともなって図のように変化する。
【００７７】
図８は、上記実施例３における液晶セル１０への印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示しており、この実施例では、印加電圧が０〜約１．５ｖの範囲で白が表示され、それより印加電圧を高くしてゆくのにともなって、表示色が黒→黄緑→紫→青→緑の順に変化する。なお、図において（）を付した色は近似色である。
【００７８】
したがって、この実施例によれば、同じ画素で、白、黒、黄緑、紫、青、緑の色を表示することができるとともに、これら表示色の全てを０〜約６ｖの比較的低い電圧（図８参照）で得ることができ、しかも、非選択状態で白を表示することができる。
【００７９】
また、この実施例においても、上記実施例２と同様に、非選択状態での表示が充分明るくかつ純度のよい白の表示であり、したがって、より明るい白の表示を得ることができる。
【００８０】
なお、上記実施例３では、表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を４１０ｎｍ、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を６３０ｎｍとしたが、これら位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値は、それらの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）の絶対値が、２４０±４０ｎｍになる範囲、望ましくは２３０±２０ｎｍになる範囲で任意に選べばよく、その範囲であれば図８のような表示色を得ることができる。
【００８１】
［実施例４］
表側および裏側位相差板２１，２２の遅相軸２１ａ，２２ａと偏光板２０の透過軸２０ａとを図２の向きにしたカラー液晶表示装置において、
表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を
Ｒｅλ1 ＝３１０ｎｍ
裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を
Ｒｅλ2 ＝７６０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）を
Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ＝１０７０ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）を
Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ＝４５０ｎｍ
液晶セル１０のΔｎｄを
Δｎｄ＝１０００ｎｍ
両位相差板２１，２２のリタデーションの和と液晶セル１０のΔｎｄとの差α［α＝（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）−Δｎｄ］を
α＝７０ｎｍ
に設定した。
【００８２】
なお、この実施例では、裏側位相差板２２として、リタデーションが３５０ｎｍの位相差板と、リタデーションが４１ｎｍの位相差板とを積層したものを使用した。
【００８３】
図９は、上記実施例３における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図であり、図において点Ｗは無彩色領域の中心を示している。
この色度図のように、上記実施例３では、出射光が、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態では無彩色の白色光であり、前記電極１３，１４間にある程度以上の電圧を印加したときに出射光が着色し、その色が、印加電圧を高くしてゆくのにともなって図のように変化する。
【００８４】
図１０は、上記実施例３における液晶セル１０への印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示しており、この実施例では、印加電圧が０〜約１．５ｖの範囲で白が表示され、それより印加電圧を高くしてゆくのにともなって、表示色が黒→青→黄緑→赤紫→紫→緑の順に変化する。なお、図において（）を付した色は近似色である。
【００８５】
したがって、この実施例によれば、同じ画素で、白、黒、青、黄緑、赤紫、紫、緑の色を表示することができるとともに、これら表示色の全てを０〜約５ｖの比較的低い電圧（図１０参照）で得ることができ、しかも、非選択状態で白を表示することができる。
【００８６】
また、この実施例においても、上記実施例２および３と同様に、非選択状態での表示が充分明るくかつ純度のよい白の表示であり、したがって、より明るい白の表示を得ることができる。
【００８７】
なお、上記実施例４では、表側位相差板２１のリタデーションＲｅλ1 を３１０ｎｍ、裏側位相差板２２のリタデーションＲｅλ2 を７６０ｎｍとしたが、これら位相差板２１，２２のリタデーションＲｅλ1 ，Ｒｅλ2 の値は、それらの和（Ｒｅλ1 ＋Ｒｅλ2 ）が液晶セル１０のΔｎｄに対してΔｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差（Ｒｅλ2 −Ｒｅλ1 ）の絶対値が、４６０±３０ｎｍになる範囲で任意に選べばよく、その範囲であれば図１０のような表示色を得ることができる。
【００８８】
上述した実施例１〜４のように、上記カラー液晶表示装置は、同じ画素で白を含む複数の色を表示することができるとともに、最も表示頻度の高い白を、液晶セル１０の電極１３，１４間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で表示できるため、従来のＥＣＢ型液晶表示装置に比べて大幅な低消費電力化をはかることができる。
【００８９】
また、上記カラー液晶表示装置は、実施例１〜４の表示色に加えて、隣接する複数の画素の表示色の組合わせによりそれらの合成色を表現することも可能である。
【００９０】
なお、上記実施例では、液晶セル１０としてアクティブマトリックス型のものを用いたが、この液晶セル１０は、単純マトリックス型のものであってもよいし、またセグメント型のものであってもよい。
【００９１】
【発明の効果】
この発明のカラー液晶表示装置によれば、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、同じ画素で白を含む複数の色を表示することができ、しかも、最も表示頻度の高い白を、液晶セルの電極間に液晶分子を立上がり配向させる電圧を印加していない非選択状態で表示して、低消費電力化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を示すカラー液晶表示装置の断面図。
【図２】同じく液晶セルの両基板上における液晶分子配向方向と表裏の位相差板の遅相軸および偏光板の透過軸の向きを示す図。
【図３】表側位相差板のリタデーションを６０ｎｍ、裏側位相差板のリタデーションを８１０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和を８７０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの差を７５０ｎｍ、液晶セルのΔｎｄを８３０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和と液晶セルのΔｎｄとの差を４０ｎｍに設定した実施例１における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図。
【図４】実施例１における液晶セルへの印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示す図。
【図５】表側位相差板のリタデーションを３５７ｎｍ、裏側位相差板のリタデーションを６１０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和を９８５ｎｍ、両位相差板のリタデーションの差を２３５ｎｍ、液晶セルのΔｎｄを９２０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和と液晶セルのΔｎｄとの差を６５ｎｍに設定した実施例２における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図。
【図６】実施例２における液晶セルへの印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示す図。
【図７】表側位相差板のリタデーションを４１０ｎｍ、裏側位相差板のリタデーションを６３０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和を１０４０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの差を２２０ｎｍ、液晶セルのΔｎｄを１０００ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和と液晶セルのΔｎｄとの差を４０ｎｍに設定した実施例３における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図。
【図８】実施例３における液晶セルへの印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示す図。
【図９】表側位相差板のリタデーションを３１０ｎｍ、裏側位相差板のリタデーションを７６０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和を１０７０ｎｍ、両位相差板のリタデーションの差を４５０ｎｍ、液晶セルのΔｎｄを１０００ｎｍ、両位相差板のリタデーションの和と液晶セルのΔｎｄとの差を７０ｎｍに設定した実施例４における出射光の色変化を示すＣＩＥ色度図。
【図１０】実施例４における液晶セルへの印加電圧に対する光の出射率および出射光の色変化を示す図。
【符号の説明】
１０…液晶セル
１１ａ…裏面側基板上における液晶分子配向方向
１２ａ…表面側基板上における液晶分子配向方向
２０…偏光板
２０ａ…透過軸
２１…表側位相差板
２１ａ…遅相軸
２２…裏側位相差板
２２ａ…遅相軸
２３…反射板
Claims (8)
- 電極を形成した一対の基板間に液晶を挟持しその分子を両基板間においてツイスト配向させた液晶セルと、前記液晶セルの表面側に配置された第１の位相差板と、前記液晶セルの裏面側に配置された第２の位相差板と、前記第１の位相差板の表面側に配置された偏光板と、前記第２の位相差板の裏面側に配置された反射板とからなり、
かつ、前記液晶セルの液晶分子のツイスト角がほぼ９０°で、前記第１の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの表面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交し、前記第２の位相差板の遅相軸が前記液晶セルの裏面側の基板上における液晶分子の配向方向に対してほぼ直交しているとともに、前記偏光板の透過軸が前記第１の位相差板の遅相軸に対して斜めに交差しており、
前記第１の位相差板と第２の位相差板のそれぞれのリタデーションの値が、
これら位相差板のリタデーションの和が、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積の値をΔｎｄとしたとき、Δｎｄ＋２０〜７０ｎｍで、かつ、それぞれのリタデーションの差の絶対値が、可視光帯域の所定の光の波長λに対して（ｋ／２）λ±λ／１２（ｋは正の整数）
の範囲に設定されていることを特徴とするカラー液晶表示装置。 - 第１の位相差板のリタデーションの値が、第２の位相差板のリタデーションの値より小さい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。
- 第１の位相差板と第２の位相差板のリタデーションの差の絶対値が、２４０±４０ｎｍであ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。
- 第１の位相差板と第２の位相差板のリタデーションの差の絶対値が、２３０±２０ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載のカラー液晶表示装置。
- 第１の位相差板と第２の位相差板のリタデーションの差の絶対値が、４６０±３０ｎｍであ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。
- 第１の位相差板と第２の位相差板のリタデーションの差の絶対値が、７５０±４０ｎｍであ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。
- 所定の光の波長λは、およそ４８０ｎｍであ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。
- 偏光板の透過軸と第１の位相差板の遅相軸とのずれ角は、ほぼ４５°またはその奇数倍であ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。
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