JPH095702A - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】カラーフィルタを用いずに光を着色して、充分
に明るいカラー表示を得るとともに同じ画素で複数の色
を表示し、しかも、所望の色を充分な色純度で表示し、
さらに、視野角を広くし、かつ温度による表示色の変化
も小さくする。 【構成】液晶セル１０と表裏の偏光板２０，２１と位相
差板２２とを備え、液晶セル１０の液晶分子のツイスト
角を２５０°±２０°、Δｎｄを１３００ｎｍ〜１７５
０ｎｍ、位相差板のリタデーションを１４５０ｎｍ〜１
８５０ｎｍとし、偏光板２０，２１と位相差板２２の光
学軸の方向と液晶セル１０の両基板の近傍における液晶
分子配向方向とを、表側偏光板２０を透過して入射した
直線偏光が、液晶セル１０の液晶層と位相差板２２との
複屈折効果とによって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、その光のうちの裏側偏
光板２１を透過した各波長光の光強度の比が所望の比率
になるように設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、表示装置の構造が複雑化する。

【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、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、一対の基板間に液晶を挟
持した液晶セルをはさんで、その表面側と裏面側とにそ
れぞれ偏光板を配置したものであり、このＥＣＢ型液晶
表示装置においては、一方の偏光板を透過して入射した
直線偏光が、液晶セルを透過する過程で液晶層の複屈折
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、ＥＣＢ型液晶表示装置は、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、光の透過率を高くすることができる。

【０００８】このため、ＥＣＢ型液晶表示装置は、その
裏面側に反射板を配置して反射型表示装置として使用す
ることが可能であり、その場合でも、充分に明るいカラ
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。

【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、表示色の色純度が低く、さら
に、視野角が狭くて、表示を見る方向によって表示色が
変化してしまうだけでなく、温度の変化によって液晶セ
ルの液晶層の複屈折性が変化するため、温度によっても
表示色が変化してしまうという問題をもっていた。

【００１１】この発明は、カラーフィルタを用いずに光
を着色して、充分に明るいカラー表示を得るとともに、
同じ画素で複数の色を表示することができ、しかも、表
示色の色純度を充分に高くし、さらに、視野角を広くす
るとともに温度による表示色の変化も小さくすることが
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一対の偏光板
と、その一方の偏光板と前記液晶セルとの間に配置され
た１枚の位相差板とを備え、前記液晶セルの液晶分子の
ツイスト角を２５０°±２０°、液晶の屈折率異方性Δ
ｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値を１３００ｎｍ〜１７
５０ｎｍ、前記位相差板のリタデーションの値を１４５
０ｎｍ〜１８５０ｎｍとするとともに、前記一対の偏光
板と前記位相差板のそれぞれの光学軸の方向と前記液晶
セルの両基板の近傍における液晶分子の配向方向とを、
偏光板を透過して入射した直線偏光が、前記位相差板お
よび液晶セルを透過する間に、前記位相差板の複屈折効
果と前記液晶セルの液晶層の複屈折効果とによって各波
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、その楕円偏光となった光がさらに偏光板を透過し
て、その各波長光の光強度の比が所望の比率になるよう
に設定したことを特徴とするものである。

【００１３】この発明は、バックライトからの光を利用
して表示する透過型の液晶表示装置にも、また、外光を
利用して表示する反射型の液晶表示装置にも適用できる
ものであり、反射型の液晶表示装置にも適用する場合
は、いずれか一方の偏光板の外面に反射板を配置すれば
よい。

【００１４】また、前記位相差板は、その平面上におけ
る延伸方向の屈折率ｎ_x と前記平面上における前記延伸
方向に直交する方向の屈折率ｎ_y とがｎ_x ＞ｎ_y の関係
にある一軸性位相差板であっても、前記平面上における
屈折率ｎ_x ，ｎ_y と厚さ方向の屈折率ｎ_z とがｎ_x ＞ｎ
_z ＞ｎ_y の関係にある二軸性位相差板であってもよい
が、位相差板を二軸性位相差板とする場合は、この二軸
性位相差板として、（ｎ_x −ｎ_z ）／（ｎ_x −ｎ_y ）で
表されるＮ_z 値が０．３〜０．７であるもの、より好ま
しくは、Ｎ_z 値が０．４５±０．１であるものを用いる
のが望ましい。

【００１５】

【作用】この発明のカラー液晶表示装置においては、こ
の液晶表示装置への入射光が一方の偏光板を透過して直
線偏光となり、その光が位相差板および液晶セルを透過
して他方の偏光板に入射する。

【００１６】一方、液晶セルの液晶層の液晶分子は、液
晶セルの電極間に印加される電圧に応じて、ツイスト配
向状態を保ちつつ立上がり配向するが、液晶分子の配向
状態がツイスト配向状態にあるときは、一方の偏光板を
透過して入射した直線偏光が、位相差板と液晶セルとを
通る過程で、位相差板および液晶セルの液晶層の複屈折
作用により偏光状態を変えられ、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って他方の偏光
板に入射して、こ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光になる。

【００１７】また、液晶セルの電極間に印加する電圧を
変化させると、その電圧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作用が変化し、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す
るため、この偏光板を透過する光の各波長光の光強度比
が変化して、その光の色が変化する。

【００１８】なお、透過型の液晶表示装置においては、
前記他方の偏光板を透過した光が出射光となり、反射型
の液晶表示装置においては、前記他方の偏光板を透過し
た光が反射板で反射され、前記他方の偏光板と位相差板
および液晶セルと前記一方の偏光板とを透過して出射す
る。

【００１９】このように、このカラー液晶表示装置は、
位相差板および液晶セルの液晶層の複屈折効果と偏光板
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
への印加電圧を制御することにより、同じ画素で複数の
色を表示することができる。

【００２０】また、このカラー液晶表示装置において
は、前記液晶セルの液晶分子のツイスト角を２５０°±
２０°とし、かつこの液晶セルのΔｎｄの値を１３００
ｎｍ〜１７５０ｎｍとするとともに、前記位相差板のリ
タデーションの値を１４５０ｎｍ〜１８５０ｎｍと大き
くしているため、位相差板の複屈折作用と液晶セルの液
晶層の複屈折作用とを受けて他方の偏光板に入射する光
の偏光状態が、液晶セルへの印加電圧に応じて大きく変
化するから、所望の色を充分に高い色純度で表示するこ
とが可能である。

【００２１】さらに、この発明のカラー液晶表示装置に
おいては、光が液晶セル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によって補
償されるため、視野角が広くなる。

【００２２】しかも、前記位相差板は、温度の変化によ
る複屈折性の変化が、液晶セルの液晶層の複屈折性の変
化に比べてかなり小さいため、液晶セルの液晶層と位相
差板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な
る。

【００２３】そして、このカラー液晶表示装置によれ
ば、液晶セルのΔｎｄの値を１３００ｎｍ〜１７５０ｎ
ｍとし、位相差板としてリタデーションの値が１４５０
ｎｍ〜１８５０ｎｍと大きなものを用いることにより、
１枚の位相差板を備えるだけで、所望の色を充分な色純
度で表示するとともに、視野角を広くし、かつ温度によ
る表示色の変化を小さくできるから、位相差板を設けた
ことによる光の透過率の低下が僅かであり、高品質のカ
ラー表示を充分な明るさで得ることができる。

【００２４】また、上記位相差板は、通常の一軸性位相
差板であっても、二軸性位相差板であってもよいが、前
記位相差板に二軸性位相差板を用いれば、視野角がより
広くなる。

【００２５】

【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〜図３を参照して説明
する。図１はこの実施例のカラー液晶表示装置の断面図
であり、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をはさんでその表面側と裏面側とに配
置された表側偏光板２０および裏側偏光板２１と、前記
表側偏光板２０と液晶セル１０との間に配置された１枚
の位相差板２２と、前記裏側偏光板２１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。

【００２６】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。

【００２７】この液晶セル１０は、単純マトリックス型
のものであり、表面側の基板１２に設けられた電極１４
は、複数本互いに平行に形成された走査電極、裏面側の
基板１１に設けられた電極１３は、前記走査電極１４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。

【００２８】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
って、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。

【００２９】そして、このカラー液晶表示装置において
は、上記表側偏光板２０および裏側偏光板２１と位相差
板２２のそれぞれの光学軸（偏光板では透過軸または吸
収軸、位相差板では遅相軸または進相軸）の方向と液晶
セル１０の両基板１１，１２の近傍における液晶分子の
配向方向とを、表側偏光板２０を透過して入射した直線
偏光が、位相差板２２および液晶セル１０を透過する間
に、位相差板２２の複屈折効果と液晶セル１０の液晶層
の複屈折効果とによって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、その光のうちの裏側
偏光板２１を透過した各波長光の光強度の比が所望の比
率になるように設定している。

【００３０】図２は、液晶セル１０の両基板１１，１２
の近傍における液晶分子配向方向と各偏光板２０，２１
および位相差板２２の光学軸の向きを液晶表示装置の表
面側から見た図であり、この実施例では、液晶セル１０
の液晶分子のツイスト角を２５０°±２０°とし、表側
および裏側偏光板２０，２１をその透過軸２０ａ，２１
ａを次のような向きにして配置し、位相差板２２をその
遅相軸２２ａを次のような向きにして配置している。

【００３１】この図２のように、液晶セル１０の裏面側
基板１１の近傍における液晶分子の配向方向（配向膜１
５の配向処理方向）１１ａは、液晶セル１０の横軸Ｓに
対し表面側から見て左回り（図上左回り）に３５°±１
０°の方向、表面側基板１２の近傍における液晶分子の
配向方向（配向膜１６の配向処理方向）１２ａは、前記
裏面側基板１１の近傍における液晶分子配向方向１１ａ
に対し表面側から見て右回りに７０°±１０°の方向に
あり、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
い、表面側から見て右回りに２５０°±２０°のツイス
ト角でツイスト配向している。なお、この液晶分子のツ
イスト角は、望ましくは２５０°±１０°、より望まし
くは２５０°である。

【００３２】そして、液晶セル１０の裏面側基板１１の
近傍における液晶分子配向方向１１ａを０°の方向とす
ると、表側偏光板２０の透過軸２０ａは、表面側から見
て前記液晶セル１０の液晶分子ツイスト方向（表面側か
ら見たツイスト方向）とは逆方向に６５°±１０°（望
ましくは６５°±５°、より望ましくは６５°）の方
向、裏側偏光板２１の透過軸２１ａは、表面側から見て
前記液晶分子ツイスト方向と同方向に４５°±１０°
（望ましくは４５°±５°、より望ましくは４５°）の
方向にあり、位相差板２２の遅相軸２２ａは、上記０°
の方向に対し、表面側から見て前記液晶分子ツイスト方
向とは逆方向に１５°±１０°（望ましくは１５°±５
°、より望ましくは１５°）の方向にある。

【００３３】また、この実施例では、上記液晶セル１０
として、液晶１８の屈折率異方性Δｎが０．２０７、液
晶層厚ｄが６．８μｍで、前記屈折率異方性Δｎと液晶
層厚ｄとの積Δｎｄの値が１４０８ｎｍのものを用いる
とともに、位相差板２２として、そのリタデーションの
値が１５５７ｎｍのものを用いている。

【００３４】なお、上記位相差板２２は一軸性位相差板
であり、その平面上における延伸方向（遅相軸方向）の
屈折率ｎ_x と、前記平面上における前記延伸方向に直交
する方向の屈折率ｎ_y とがｎ_x ＞ｎ_y の関係にあり、そ
の屈折率異方性Δｎ（Δｎ＝ｎ_x −ｎ_y ）と板厚ｄとの
積Δｎｄの値が１５５７ｎｍのものである。

【００３５】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、表面側から入射する光を裏面
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、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。

【００３６】このカラー液晶表示装置においては、その
表面側からの入射光が表側偏光板２０を透過して直線偏
光となり、その光が液晶セル１０および位相差板２２を
透過して裏側偏光板２１に入射するとともに、この裏側
偏光板２１を透過した光が反射板２３で反射され、前記
裏側偏光板２１と液晶セル１０および位相差板２２と表
側偏光板２０とを透過して表面側に出射する。

【００３７】なお、この実施例では、表側偏光板２０と
液晶セル１０との間に位相差板２２を配置しているた
め、表側偏光板２０を透過して入射した光は、位相差板
２２を透過して液晶セル１０に入射し、この液晶セル１
０を透過して裏側偏光板２１に入射するとともに、この
裏側偏光板２１を透過して反射板２３で反射された光
が、裏側偏光板２１と液晶セル１０と位相差板２２と表
側偏光板２０とを順次透過して表面側に出射する。

【００３８】そして、液晶セル１０の液晶層の液晶分子
は、液晶セル１０の電極１３，１４間に印加される電圧
に応じて、ツイスト配向状態を保ちつつ立上がり配向す
るが、液晶分子の配向状態がツイスト配向状態にあると
きは、表側偏光板２０を透過して入射した直線偏光が、
位相差板２２と液晶セル１０とを通る過程で、位相差板
２２および液晶セル１０の液晶層の複屈折効果により偏
光状態を変えられ、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って裏側偏光板２１に入射し
て、この裏側偏光板２１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光になり、その
光が反射板２３で反射されて液晶表示装置の表面側に出
射する。

【００３９】また、液晶セル１０の電極１３，１４間に
印加する電圧を変化させると、その電圧による液晶分子
の配向状態の変化によって液晶層の複屈折性が変化す
る。この液晶層の複屈折性は、液晶分子の立上がり角が
大きくなるのにともなって小さくなる。

【００４０】そして、液晶セル１０の液晶層の複屈折性
が変化すると、それにともなって、位相差板２２および
液晶セル１０を透過して裏側偏光板２１に入射する光の
偏光状態が変化するため、この裏側偏光板２１を透過す
る光の各波長光の光強度比が変化して、その光の色が変
化し、その色の光が反射板２３で反射されて液晶表示装
置の表面側に出射する。

【００４１】このように、上記カラー液晶表示装置は、
位相差板２２および液晶セル１０の液晶層の複屈折効果
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への印加電圧を制御することに
より、同じ画素で複数の色を表示することができる。

【００４２】そして、このカラー液晶表示装置において
は、液晶セル１０の液晶分子のツイスト角を２５０°±
２０°とし、かつこの液晶セル１０のΔｎｄの値を１４
０８ｎｍとするとともに、上記位相差板２２のリタデー
ションの値を１５５７ｎｍと大きくしているため、位相
差板２２の複屈折作用と液晶セル１０の液晶層の複屈折
作用とを受けて裏側偏光板２１に入射する光の偏光状態
が、液晶セル１０への印加電圧に応じて大きく変化する
から、所望の色を充分に高い色純度で表示することがで
きる。

【００４３】上記カラー液晶表示装置の１つの画素で表
示できる色は、液晶セル１０の液晶分子のツイスト角
と、この液晶セル１０のΔｎｄおよび位相差板２２のリ
タデーションの値と、表側偏光板２０および裏側偏光板
２１と位相差板２２のそれぞれの光学軸の向きとによっ
て決まり、この実施例のように、液晶セル１０の液晶分
子のツイスト角を２５０°±２０°、液晶セル１０のΔ
ｎｄの値を１４０８ｎｍ、位相差板２２のリタデーショ
ンの値を１５５７ｎｍとし、表側および裏側偏光板２
０，２１の透過軸２０ａ，２１ａの向きと、位相差板２
２の遅相軸２２ａの向きを図２に示した方向にしたとき
は、１つの画素で表示できる色が、入射光が白色光であ
る場合で、無彩色の明表示である白と、光の三原色であ
る赤、緑、青である。

【００４４】図３は上記カラー液晶表示装置の表示色の
変化を示すＣＩＥ色度図であり、このカラー液晶表示装
置の表示色は、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、つまり、液晶分子が初期のプレチルト角でツイス
ト配向している状態では白であり、液晶セル１０の電極
１３，１４間に電圧を印加すると、その印加電圧を高く
してゆくのにともなって、表示色が、初期の表示色であ
る白から、赤→青→緑の順に変化する。

【００４５】なお、液晶セル１０の電極間電圧（実効
値）と表示色との関係は、例えば、 ２．０４Ｖ以下 …白 ２．１５Ｖ〜２．１７Ｖ…赤 ２．１８Ｖ〜２．２２Ｖ…緑 ２．２６Ｖ以上 …青 である。

【００４６】したがって、このカラー液晶表示素子によ
れば、同じ画素で光の三原色である赤、緑、青を表示し
て、マルチカラーと呼ばれる色彩の豊かな多色カラー表
示を実現することができる。

【００４７】さらに、この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。

【００４８】また、上記位相差板２２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１０の液
晶層と位相差板２２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、上記カラー液晶表示装置
によれば、温度による表示色の変化も小さくすることが
できる。

【００４９】しかも、このカラー液晶表示装置は、液晶
セル１０のΔｎｄの値を１４０８ｎｍとし、位相差板２
２としてリタデーションの値が１５５７ｎｍと大きなも
のを用いることにより、１枚の位相差板２２を備えるだ
けで、所望の色を充分な色純度で表示するとともに、視
野角を広くし、かつ温度による表示色の変化を小さくし
たものであるから、位相差板２２を設けたことによる光
の透過率の低下が僅かであり、高品質のカラー表示を充
分な明るさで得ることができる。

【００５０】すなわち、上記カラー液晶表示装置におけ
る位相差板２２での複屈折効果は、リタデーションの値
が比較的小さい位相差板を複数枚使用することによって
も得られるが、このように複数枚の位相差板を使用する
と、位相差板の増加分だけ光の透過率が低下してしま
う。

【００５１】そこで、このカラー液晶表示装置では、リ
タデーションの値が大きい位相差板２２を１枚だけ用い
て、位相差板を設けたことによる透過率の低下を最小限
にとどめたのであり、このようにすれば、複屈折効果と
偏光作用とを利用して光を着色することによって明るい
カラー表示を得るという効果を充分に発揮することがで
きる。

【００５２】さらに、複数枚の位相差板を使用する場合
は、その各位相差板のそれぞれのリタデーションおよび
その光学軸の向きが、液晶表示装置の特性を決定するパ
ラメータとして関与してくるため、それが液晶表示装置
を設計する上での制約となるし、また位相差板の増加分
だけ製造コストも高くなるが、位相差板が１枚だけであ
れば、液晶表示装置の設計上の制約を緩和してその設計
を容易にするとともに、製造コストも低減することがで
きる。

【００５３】なお、上記第１の実施例では、液晶セル１
０のΔｎｄの値を１４０８ｎｍ、位相差板２２のリタデ
ーションの値を１５５７ｎｍとしたが、液晶セル１０の
液晶分子のツイスト角が２５０°±２０°で、表側およ
び裏側偏光板２０，２１の透過軸２０ａ，２１ａの向き
と位相差板２２の遅相軸２２ａの向きが図２に示した方
向にある場合、液晶セル１０のΔｎｄの値が１３００ｎ
ｍ〜１５００ｎｍの範囲で、位相差板２２のリタデーシ
ョンの値が１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの範囲であれ
ば、上述した効果が得られる。

【００５４】さらに、液晶セル１０のΔｎｄと位相差板
２２のリタデーションの値は、上記の範囲（Δｎｄ＝１
３００ｎｍ〜１５００ｎｍ、リタデーション＝１４５０
ｎｍ〜１６５０ｎｍ）に限られるものではなく、液晶セ
ル１０のΔｎｄの値が１３００ｎｍ〜１７５０ｎｍの範
囲（液晶分子のツイスト角は２５０°±２０°）であ
り、位相差板２２のリタデーションの値が１４５０ｎｍ
〜１８５０ｎｍの範囲であって、それに応じて表側およ
び裏側偏光板２０，２１の透過軸２０ａ，２１ａの向き
と位相差板２２の遅相軸２２ａの向きが適正に設定され
ていれば、第１の実施例と同様な効果が得られる。

【００５５】図４は、この発明の第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
子配向方向と各偏光板２０，２１および位相差板２２の
光学軸の向きを液晶表示装置の表面側から見た図であ
る。

【００５６】なお、この実施例のカラー液晶表示素子も
反射型のものであり、図１に示したように、液晶セル１
０と、この液晶セル１０をはさんでその表面側と裏面側
とに配置された表側偏光板２０および裏側偏光板２１
と、前記表側偏光板２０と液晶セル１０との間に配置さ
れた１枚の位相差板２２と、前記裏側偏光板２１の裏面
側に配置された反射板２３とからなっている。

【００５７】この実施例では、液晶セル１０の液晶分子
のツイスト角を２５０°±２０°とし、表側および裏側
偏光板２０，２１をその透過軸２０ａ，２１ａを次のよ
うな向きにして配置し、位相差板２２をその遅相軸２２
ａを次のような向きにして配置している。

【００５８】なお、この実施例において、液晶セル１０
は上記第１の実施例のものと同じものであり、また位相
差板２２も第１の実施例で用いた一軸性位相差板と同じ
もの（延伸方向の屈折率ｎ_x と延伸方向に直交する方向
の屈折率ｎ_y とがｎ_x ＞ｎ_yの関係にあるもの）である
から、その説明は省略する。

【００５９】図４のように、液晶セル１０の裏面側基板
１１の近傍における液晶分子配向方向１１ａを０°の方
向とすると、この実施例では、表側偏光板２０の透過軸
２０ａを、表面側から見て前記液晶セル１０の液晶分子
ツイスト方向（表面側から見たツイスト方向）とは逆方
向に７０°±１５°（望ましくは７０°±５°、より望
ましくは７０°）の方向にし、裏側偏光板２１の透過軸
２１ａを、表面側から見て前記液晶分子ツイスト方向と
同方向に４５°±１５°（望ましくは４５°±５°、よ
り望ましくは４５°）の方向にし、位相差板２２の遅相
軸２２ａを、上記０°の方向に対し、表面側から見て前
記液晶分子ツイスト方向とは逆方向に２０°±１５°
（望ましくは２０°±５°、より望ましくは２０°）の
方向にしている。

【００６０】そして、この実施例では、上記液晶セル１
０として、液晶１８の屈折率異方性Δｎが０．２１９、
液晶層厚ｄが６．８μｍで、Δｎｄの値が１４８９ｎｍ
のものを用いるとともに、位相差板２２として、そのリ
タデーションの値が１６１０ｎｍのものを用いている。

【００６１】この実施例のカラー液晶表示装置において
も、液晶セル１０の液晶分子のツイスト角を２５０°±
２０°とし、かつこの液晶セル１０のΔｎｄの値を１４
８９ｎｍとするとともに、位相差板２２のリタデーショ
ンの値を１６１０ｎｍと大きくしているため、位相差板
２２の複屈折作用と液晶セル１０の液晶層の複屈折作用
とを受けて裏側偏光板２１に入射する光の偏光状態が、
液晶セル１０への印加電圧に応じて大きく変化するか
ら、所望の色を充分に高い色純度で表示することができ
る。

【００６２】また、この実施例のように、液晶セル１０
の液晶分子のツイスト角を２５０°±２０°、液晶セル
１０のΔｎｄの値を１４８９ｎｍ、位相差板２２のリタ
デーションの値を１６１０ｎｍとし、表側および裏側偏
光板２０，２１の透過軸２０ａ，２１ａの向きと、位相
差板２２の遅相軸２２ａの向きを図４に示した方向にす
ると、１つの画素で表示できる色が、入射光が白色光で
ある場合で、無彩色の明表示である白と、光の三原色で
ある赤、緑、青になる。

【００６３】なお、上記第２の実施例では、液晶セル１
０のΔｎｄの値を１４８９ｎｍ、位相差板２２のリタデ
ーションの値を１６１０ｎｍとしたが、液晶セル１０の
液晶分子のツイスト角が２５０°±２０°で、表側およ
び裏側偏光板２０，２１の透過軸２０ａ，２１ａの向き
と位相差板２２の遅相軸２２ａの向きが図４に示した方
向にある場合、液晶セル１０のΔｎｄの値が１４００ｎ
ｍ〜１６００ｎｍの範囲で、位相差板２２のリタデーシ
ョンの値が１５００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲であれ
ば、上述した効果が得られる。

【００６４】図５は、この発明の第３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
子配向方向と各偏光板２０，２１および位相差板２２の
光学軸の向きを液晶表示装置の表面側から見た図であ
る。

【００６５】なお、この実施例のカラー液晶表示素子も
反射型のものであり、図１に示したように、液晶セル１
０と、この液晶セル１０をはさんでその表面側と裏面側
とに配置された表側偏光板２０および裏側偏光板２１
と、前記表側偏光板２０と液晶セル１０との間に配置さ
れた１枚の位相差板２２と、前記裏側偏光板２１の裏面
側に配置された反射板２３とからなっている。

【００６６】この実施例では、液晶セル１０の液晶分子
のツイスト角を２５０°±２０°とし、表側および裏側
偏光板２０，２１をその透過軸２０ａ，２１ａを次のよ
うな向きにして配置し、位相差板２２をその遅相軸２２
ａを次のような向きにして配置している。

【００６７】なお、この実施例において、液晶セル１０
は上記第１の実施例のものと同じものであり、また位相
差板２２も第１の実施例で用いた一軸性位相差板と同じ
もの（延伸方向の屈折率ｎ_x と延伸方向に直交する方向
の屈折率ｎ_y とがｎ_x ＞ｎ_yの関係にあるもの）である
から、その説明は省略する。

【００６８】図５のように、液晶セル１０の裏面側基板
１１の近傍における液晶分子配向方向１１ａを０°の方
向とすると、この実施例では、表側偏光板２０の透過軸
２０ａを、表面側から見て前記液晶セル１０の液晶分子
ツイスト方向（表面側から見たツイスト方向）とは逆方
向に６５°±１５°（望ましくは６５°±５°、より望
ましくは６５°）の方向にし、裏側偏光板２１の透過軸
２１ａを、表面側から見て前記液晶分子ツイスト方向と
同方向に５５°±１５°（望ましくは５５°±５°、よ
り望ましくは５５°）の方向にし、位相差板２２の遅相
軸２２ａを、上記０°の方向に対し、表面側から見て前
記液晶分子ツイスト方向とは逆方向に２０°±１５°
（望ましくは２０°±５°、より望ましくは２０°）の
方向にしている。

【００６９】そして、この実施例では、上記液晶セル１
０として、液晶１８の屈折率異方性Δｎが０．２４０、
液晶層厚ｄが６．８μｍで、Δｎｄの値が１６３２ｎｍ
のものを用いるとともに、位相差板２２として、そのリ
タデーションの値が１７５０ｎｍのものを用いている。

【００７０】この実施例のカラー液晶表示装置において
も、液晶セル１０の液晶分子のツイスト角を２５０°±
２０°とし、かつこの液晶セル１０のΔｎｄの値を１６
３２ｎｍとするとともに、位相差板２２のリタデーショ
ンの値を１７５０ｎｍと大きくしているため、位相差板
２２の複屈折作用と液晶セル１０の液晶層の複屈折作用
とを受けて裏側偏光板２１に入射する光の偏光状態が、
液晶セル１０への印加電圧に応じて大きく変化するか
ら、所望の色を充分に高い色純度で表示することができ
る。

【００７１】また、この実施例のように、液晶セル１０
の液晶分子のツイスト角を２５０°±２０°、液晶セル
１０のΔｎｄの値を１６３２ｎｍ、位相差板２２のリタ
デーションの値を１７５０ｎｍとし、表側および裏側偏
光板２０，２１の透過軸２０ａ，２１ａの向きと、位相
差板２２の遅相軸２２ａの向きを図５に示した方向にす
ると、１つの画素で表示できる色が、入射光が白色光で
ある場合で、無彩色の明表示である白と、光の三原色で
ある赤、緑、青になる。

【００７２】なお、上記第３の実施例では、液晶セル１
０のΔｎｄの値を１６３２ｎｍ、位相差板２２のリタデ
ーションの値を１７５０ｎｍとしたが、液晶セル１０の
液晶分子のツイスト角が２５０°±２０°で、表側およ
び裏側偏光板２０，２１の透過軸２０ａ，２１ａの向き
と位相差板２２の遅相軸２２ａの向きが図５に示した方
向にある場合、液晶セル１０のΔｎｄの値が１５５０ｎ
ｍ〜１７５０ｎｍの範囲で、位相差板２２のリタデーシ
ョンの値が１６５０ｎｍ〜１８５０ｎｍの範囲であれ
ば、上述した効果が得られる。

【００７３】また、上記第１〜第３の実施例では、位相
差板２２として一軸性位相差板を用いたが、この位相差
板２２は、二軸性位相差板としてもよく、その場合も、
前記二軸性位相差板のリタデーションの値は、上記各実
施例で用いた一軸性位相差板のリタデーションと同じで
よく、また、液晶セル１０の液晶分子のツイスト角およ
びΔｎｄの値も上記各実施例と同じでよい。

【００７４】このように、上記カラー液晶表示装置の位
相差板２２を二軸性位相差板とする場合も、液晶セル１
０の液晶分子ツイスト角を２５０°±２０°、液晶セル
１０のΔｎｄの値を１３００ｎｍ〜１７５０ｎｍ、位相
差板２２のリタデーションの値を１４５０ｎｍ〜１８５
０ｎｍの範囲にし、表側および裏側偏光板２０，２１の
透過軸２０ａ，２１ａの向きと位相差板２２の遅相軸２
２ａの向きを、図２、図４、図５のいずれかの方向にす
れば、１つの画素で表示できる色が、入射光が白色光で
ある場合で、無彩色の明表示である白と、光の三原色で
ある赤、緑、青になる。

【００７５】すなわち、例えば液晶セル１０のΔｎｄの
値を１３００ｎｍ〜１５００ｎｍ、位相差板２２のリタ
デーションの値を１４５０ｎｍ〜１６５０ｎｍの範囲に
する場合、上述した第１の実施例のように、表側および
裏側偏光板２０，２１の透過軸２０ａ，２１ａの向きと
位相差板２２の遅相軸２２ａの向きを図２の方向にすれ
ば、１つの画素で、白と、赤、緑、青の三原色を表示で
きる。

【００７６】また、液晶セル１０のΔｎｄの値を１４０
０ｎｍ〜１６００ｎｍ、位相差板２２のリタデーション
の値を１５００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲にする場合、
上述した第２の実施例のように、表側および裏側偏光板
２０，２１の透過軸２０ａ，２１ａの向きと位相差板２
２の遅相軸２２ａの向きを図４の方向にすれば、１つの
画素で、白と、赤、緑、青の三原色を表示できる。

【００７７】さらに、液晶セル１０のΔｎｄの値を１５
５０ｎｍ〜１７５０ｎｍ、位相差板２２のリタデーショ
ンの値を１６５０ｎｍ〜１８５０ｎｍの範囲にする場
合、上述した第３の実施例のように、表側および裏側偏
光板２０，２１の透過軸２０ａ，２１ａの向きと位相差
板２２の遅相軸２２ａの向きを図５の方向にすれば、１
つの画素で、白と、赤、緑、青の三原色を表示できる。

【００７８】そして、上記カラー液晶表示装置の位相差
板２２に二軸性位相差板を用いれば、視野角をより広く
することができる。この場合、上記二軸性位相差板とし
ては、その平面上における延伸方向（遅相軸方向）の屈
折率ｎ_x と、前記平面上における前記延伸方向に直交す
る方向の屈折率ｎ_y と、厚さ方向の屈折率ｎ_z とがｎ_x
＞ｎ_z ＞ｎ_y の関係にあり、かつ、（ｎ_x −ｎ_z ）／
（ｎ_x −ｎ_y ）で表されるＮ_z 値が０．３〜０．７であ
るもの、より好ましくはＮ_z 値が０．４５±０．１であ
るものを用いるのが望ましく、このような条件を満足す
る二軸性位相差板を用いれば、視野角をさらに広くする
ことができる。

【００７９】また、上記実施例のカラー液晶表示装置
は、１つの画素で、無彩色の明表示である白と、光の三
原色である赤、緑、青とを表示するものであるが、前記
１つの画素で表示できる色は、液晶セル１０のΔｎｄの
値を１３００ｎｍ〜１７５０ｎｍの範囲で選択し、位相
差板２２のリタデーションの値を１４５０ｎｍ〜１８５
０ｎｍの範囲で選択するとともに、表側および裏側偏光
板２０，２１と位相差板２２のそれぞれの光学軸の向き
とを選択することによって任意に選ぶことができる。

【００８０】さらに、上記実施例では、液晶セル１０と
表側偏光板２０との間に位相差板２２を配置したが、こ
の位相差板２２は、液晶セル１０と裏側偏光板２１との
間に配置してもよい。

【００８１】また、上記実施例のカラー液晶表示装置
は、その裏面側に反射板２３を設け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適用できるし、
さらに、液晶セル１０も、単純マトリックス型のものに
限らず、アクティブマトリックス型のものや、セグメン
ト型のものであってもよい。

【００８２】

【発明の効果】この発明のカラー液晶表示装置は、位相
差板および液晶セルの液晶層の複屈折効果と偏光板の偏
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るから、明るいカラー表示を得る
とともに、液晶セルへの印加電圧を制御することによっ
て同じ画素で複数の色を表示することができる。

【００８３】また、このカラー液晶表示装置において
は、前記液晶セルの液晶分子のツイスト角を２５０°±
２０°とし、かつこの液晶セルのΔｎｄの値を１３００
ｎｍ〜１７５０ｎｍとするとともに、前記位相差板のリ
タデーションの値を１４５０ｎｍ〜１８５０ｎｍと大き
くしているため、位相差板の複屈折作用と液晶セルの液
晶層の複屈折作用とを受けて他方の偏光板に入射する光
の偏光状態が、液晶セルへの印加電圧に応じて大きく変
化するから、所望の色を充分に高い色純度で表示するこ
とができる。

【００８４】さらに、この発明のカラー液晶表示装置に
おいては、光が液晶セル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によって補
償されるため、視野角が広くなる。

【００８５】しかも、前記位相差板は、温度の変化によ
る複屈折性の変化が、液晶セルの液晶層の複屈折性の変
化に比べてかなり小さいため、液晶セルの液晶層と位相
差板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な
る。

【００８６】そして、このカラー液晶表示装置によれ
ば、液晶セルのΔｎｄの値を１３００ｎｍ〜１７５０ｎ
ｍとし、位相差板としてリタデーションの値が１４５０
ｎｍ〜１８５０ｎｍと大きなものを用いることにより、
１枚の位相差板を備えるだけで、所望の色を充分な色純
度で表示するとともに、視野角を広くし、かつ温度によ
る表示色の変化を小さくできるから、位相差板を設けた
ことによる光の透過率の低下が僅かであり、高品質のカ
ラー表示を充分な明るさで得ることができる。

【００８７】また、上記位相差板は、通常の一軸性位相
差板であっても、厚さ方向にも位相差を有する二軸性位
相差板であってもよいが、前記位相差板に二軸性位相差
板を用いれば、視野角をより広くすることができる。

【００８８】このように前記位相差板に二軸性位相差板
を用いる場合、この二軸性位相差板として、その平面上
における延伸方向の屈折率ｎ_x と、前記平面上における
前記延伸方向に直交する方向の屈折率ｎ_y と、厚さ方向
の屈折率ｎ_z とがｎ_x ＞ｎ_z＞ｎ_y の関係にあり、か
つ、（ｎ_x −ｎ_z ）／（ｎ_x −ｎ_y ）で表されるＮ_z 値
が０．３〜０．７、より好ましくはＮ_z 値が０．４５±
０．１であるものを用いれば、視野角をさらに広くする
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】同じく、液晶セルの両基板の近傍における液晶
分子配向方向と各偏光板および位相差板の光学軸の向き
を液晶表示装置の表面側から見た図。

【図３】同じく、カラー液晶表示装置の表示色の変化を
示すＣＩＥ色度図。

【図４】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配向方向と各偏光板および
位相差板の光学軸の向きを液晶表示装置の表面側から見
た図。

【図５】この発明の第３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配向方向と各偏光板および
位相差板の光学軸の向きを液晶表示装置の表面側から見
た図。

【符号の説明】

１０…液晶セル １１ａ…裏面側基板の近傍における液晶分子配向方向 １２ａ…表面側基板の近傍における液晶分子配向方向 ２０…表側偏光板 ２０ａ…透過軸 ２１…裏側偏光板 ２１ａ…透過軸 ２２…位相差板 ２２ａ…遅相軸 ２３…反射板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内面に電極が形成された一対の基板間に液
   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一対の偏光板
   と、その一方の偏光板と前記液晶セルとの間に配置され
   た１枚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を２５０°±２０
   °、液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄ
   の値を１３００ｎｍ〜１７５０ｎｍ、前記位相差板のリ
   タデーションの値を１４５０ｎｍ〜１８５０ｎｍとする
   とともに、 前記一対の偏光板と前記位相差板のそれぞれの光学軸の
   方向と前記液晶セルの両基板の近傍における液晶分子の
   配向方向とを、偏光板を透過して入射した直線偏光が、
   前記位相差板および液晶セルを透過する間に、前記位相
   差板の複屈折効果と前記液晶セルの液晶層の複屈折効果
   とによって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、その楕円偏光となった光がさらに
   偏光板を透過して、その各波長光の光強度の比が所望の
   比率にな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】いずれか一方の偏光板の外面に反射板が配
   置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】位相差板は、その平面上における延伸方向
   の屈折率ｎ_x と、前記平面上における前記延伸方向に直
   交する方向の屈折率ｎ_y とがｎ_x ＞ｎ_y の関係にある一
   軸性位相差板であることを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載のカラー液晶表示装置。
4. 【請求項４】位相差板は、その平面上における延伸方向
   の屈折率ｎ_x と、前記平面上における前記延伸方向に直
   交する方向の屈折率ｎ_y と、厚さ方向の屈折率ｎ_z とが
   ｎ_x＞ｎ_z ＞ｎ_y の関係にある二軸性位相差板であるこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載のカラー
   液晶表示装置。
5. 【請求項５】二軸性位相差板は、（ｎ_x −ｎ_z ）／（ｎ
   _x −ｎ_y ）で表されるＮ_z 値が０．３〜０．７であるこ
   とを特徴とする請求項４に記載のカラー液晶表示装置。