JP2001281647A

JP2001281647A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2001281647A
Application number: JP2000094674A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Yamada; 義孝山田; Yoshihito Hida; 佳人飛弾; Akio Murayama; 昭夫村山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2001-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】コストおよび消費電力の増加を招くことな
く、高輝度および広色再現範囲の達成を可能とする液晶
表示装置を提供すること。【解決手段】配向処理を施した一対の透明基板と、前
記一対の透明基板の間に狭持されたツイステッドネマテ
ィック液晶層と、前記一対の透明基板の外側に、偏光面
がほぼ垂直な光学配置で設けられた一対の偏光板と、前
記一対の透明基板の少なくとも一方に配置されたカラー
フィルターのアレイと、前記一対の透明基板の少なくと
も一方に配列されたアクティブマトリクス素子のアレイ
とを具備するツイステッドネマティック型液晶表示装置
において、前記液晶セルのリタデーション値を、着色層
の色彩ごとに異なった値に設定したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に係
り、特に、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄型でかつ低消費電力型のカラー
ディスプレー装置として、アクティブマトリクス型の液
晶セルを用いた液晶ディスプレーが多く用いられてい
る。従来のアクティブマトリクス型の液晶セルの構造を
図１４に示す。図１４に示すように、アクティブマトリ
クス型の液晶セルは、カラーフィルター１２を備えたカ
ラーフィルター基板１１ａと、ＴＦＴアレイ１３を備え
たアレイ基板１１ｂとを対向させ、間に液晶層１４を挟
むことにより構成されている。なお、カラーフィルター
基板１１ａとアレイ基板１１ｂとの間のギャップは、ス
ペーサー１５により保持されている。

【０００３】また、カラーフィルター基板１１ａとアレ
イ基板１１ｂの、対向面とは反対側には、偏光板１６ａ
と偏光板１６ｂが設けられ、偏光板１６ｂの更に外側に
は、白色光源１７が配置されている。なお、実際には、
両基板１１ａ、１１ｂの膜面側最表面には、ポリイミド
等の配合処理を施した透明膜が形成してあるが、図１４
では省略してある。

【０００４】カラーフィルター１２は、青色着色層Ｂ
と、緑色着色層Ｇと、赤色着色層Ｒとから構成され、そ
れぞれは、図１５に示すように、一定の厚さｈを有して
いる。

【０００５】以上のように構成される液晶セルを備えた
液晶ディスプレーの基本的な性能として、高輝度、広色
再現範囲、低消費電力を両立できることが求められてい
る。輝度を高くする方法として、これまで種々提案され
ているが、液晶セルの分光特性に関しては、例えばカラ
ーフィルターの透過率を向上させる方法がある。しか
し、この方法では、色純度が低下し、色再現範囲が低下
してしまう。

【０００６】液晶ディスプレーに用いる液晶セルの光ス
イッチング原理は、セル中の液晶層のダイレクターを変
化させて、液晶層のリタデーションを変化させることに
ある。このリタデーションの変化量は、偏光板を通すこ
とにより、光の強度の変化として可視化することがで
き、そのため、スイッチング素子として利用することが
できる。液晶のダイレクターを変化させるには、映像信
号に応じて液晶分子に必要な電界を印加し、それを制御
すれば良い。

【０００７】ツイステッドネマティックモードを用いる
場合、偏光板の配置方法として、ノーマリーホワイトモ
ードと、ノーマリーブラックモードのつの２タイプが存
在し、一般的にはノーマリーホワイトモードが用いるこ
とが多い。

【０００８】ノーマリーホワイトモードとは、液晶への
電圧が無印加状態のときに透過率が最大で、電圧に比例
して透過率が減少し、最大電圧のときに透過率が最小と
なる特性をいう。ノーマリーブラックモードは、その逆
の電圧−透過率特性である。

【０００９】ツイステッドネマティック液晶セルの場
合、その性質上、電界無印加時に液晶セルのリタデーシ
ョンが最大となり、セルに配置する２枚の偏光板をクロ
スニコルにすると、ノーマリーホワイトモードとなり、
平行ニコルにすると、ノーマリーブラックモードとな
る。

【００１０】ノーマリーブラックモードの欠点として、
黒表示（透過光最小）を得るリタデーションは、後述の
いわゆるファーストミニマム条件を満たす必要があるこ
とである。この場合、非常に高いセルギャップ精度が要
求されるばかりでなく、ファーストミニマム条件を満た
すリタデーションは、波長毎に異なり、かつ液晶のΔｎ
には温度依存性があるなど、製造上困難な点が多い。

【００１１】特に、白色光源とカラーフィルターを用い
た構造の場合、黒表示の際に波長依存性の強い光漏れを
生じ、色むら、コントラスト低下等、映像劣化を生ずる
欠点がある。

【００１２】一方、ノーマリーホワイトモードにおいて
は、黒表示を行うためには、セルに十分な電圧を印加し
さえすればよい。このため、セルのリタデーションばら
つきに対する許容度が大きく、高コントラストのディス
プレーを安定して得ることができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のノーマ
リーホワイトモードの液晶表示装置は、高コントラスト
は得られるが、輝度が低く、色再現範囲が狭いという欠
点がある。

【００１４】本発明は、このような事情の下になされ、
コストおよび消費電力の増加を招くことなく、高輝度お
よび広色再現範囲の達成を可能とする液晶表示装置を提
供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、配向処理を施した一対の透明基板と、前
記一対の透明基板の間に狭持されたツイステッドネマテ
ィック液晶層と、前記一対の透明基板の外側に、偏光面
がほぼ垂直な光学配置で設けられた一対の偏光板と、前
記一対の透明基板の少なくとも一方に配置された、複数
の着色層を含むカラーフィルターのアレイと、前記一対
の透明基板の少なくとも一方に配列されたアクティブマ
トリクス素子のアレイとを具備するツイステッドネマテ
ィック型液晶表示装置において、前記液晶セルのリタデ
ーション値を、前記着色層の色彩ごとに異なった値に設
定したことを特徴とする液晶表示装置を提供する。

【００１６】以上のように構成される本発明の液晶表示
装置によると、従来の液晶表示装置に比べ、透過率を向
上させることが出来、結果として、消費電力の増加や、
色純度の低下を招くことなく、高輝度、広色再現範囲を
達成することが可能である。

【００１７】本発明の液晶表示装置には、以下のような
実施態様がある。（１）カラーフィルターは、青色着色層、緑色着色層、
および赤色着色層からなるものであること。

【００１８】（２）可視光領域の特定波長における、青
色着色層を有する画素領域のリタデーションΔｎｄ１
（Δｎ：屈折率異方性、ｄ１：セルギャップ）の値と、
緑色着色層を有する画素領域のリタデーションΔｎｄ２
（Δｎ：屈折率異方性、ｄ２：セルギャップ）の値と、
赤色着色層を有する画素領域のリタデーションΔｎｄ３
（Δｎ：屈折率異方性、ｄ３：セルギャップ）の値とが
それぞれ、Δｎｄ１＜Δｎｄ２、Δｎｄ２＜Δｎｄ３、
およびΔｎｄ１＜Δｎｄ３の３つの不等式の少なくとも
一つを満たすこと。

【００１９】（３）各着色層を有する画素領域のリタデ
ーション値が、波長５４０〜５６０ｎｍにおいて、Δｎ
ｄ１＝４２６〜４６５［ｎｍ］、Δｎｄ２＝４６６〜５
０４［ｎｍ］、およびΔｎｄ３＝５０５〜５２３［ｎ
ｍ］の範囲であること。

【００２０】（４）セルギャップｄ１，ｄ２，ｄ３が、
それぞれ異なり、ｄ１＜ｄ２、ｄ２＜ｄ３、およびｄ１
＜ｄ３のうちの少なくとも一つを満たすこと。

【００２１】（５）セルギャップｄ１，ｄ２，ｄ３がそ
れぞれ、ｄ１＝４．４〜４．８μｍ、ｄ２＝４．８〜
５．２μｍ、およびｄ３＝５．４〜５．８μｍの範囲で
あること。

【００２２】（６）青色、緑色、および赤色の着色層の
膜厚値ｈ１，ｈ２，ｈ３が、ｈ１−ｈ２＞＋０．２μ
ｍ、ｈ２−ｈ３＞＋０．２μｍ、およびｈ１−ｈ３＞＋
０．４μｍの少なくとも一つを満たすこと。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶表示装置につ
いて、より詳細に説明する。本発明の特徴は、ノーマリ
ーホワイトモードを用いる液晶表示装置において、従来
の基本構造を維持しつつ、カラーフィルターの着色層の
色彩毎に、異なるリタデーション値を設けることによ
り、従来と比べて透過率を向上させ、結果として、消費
電力の増加や、色純度の低下を招くことなく、高輝度お
よび広色再現範囲を達成することにある。

【００２４】図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表
示セルの構成を示す断面図である。図１に示すように、
アクティブマトリクス型の液晶セルは、カラーフィルタ
ー２を備えたカラーフィルター基板１ａと、ＴＦＴアレ
イ３を備えたアレイ基板１ｂとを対向させ、間に液晶層
４を挟むことにより構成されている。なお、カラーフィ
ルター基板１ａとアレイ基板１ｂとの間のギャップは、
スペーサー５により保持されている。

【００２５】また、カラーフィルター基板１ａとアレイ
基板１ｂの、対向面とは反対側には、偏光板６ａ、６ｂ
が設けられ、偏光板６ｂの更に外側には、白色光源７が
配置されている。

【００２６】カラーフィルター２は、青色着色層Ｂと、
緑色着色層Ｇと、赤色着色層Ｒとから構成され、それぞ
れは、図２に示すように、それぞれ異なる厚さｈ１、ｈ
２、ｈ３を有している。

【００２７】ここで、液晶ディスプレーの明るさ（輝
度）について行った理論的な考察について説明する。液
晶ディスプレーの明るさは、光源の輝度及び液晶セルの
透過率に比例して高くなる。一般的な白色光源を用いた
液晶ディスプレーの場合、明るさは色彩光学上のＹ値に
よって表される。

【００２８】Ｙ値を求めるには、光源の発光スペクトル
関数Ｉ_BL（λ）、対象となる光学素子（液晶セル、カラ
ーフィルター）の透過スペクトル関数、及び等色関数
（視感度関数）ｙ（λ）の積を、可視光領域について積
分すればよい。ここで、液晶ディスプレーの出射強度Ｙ
値をＩとすると（後述のΔｎｄの関数として見た場
合）、Ｉは、下記式（１）により表わすことが出来る。

【００２９】

【数１】

【００３０】式中、 λ：光の波長３８０：短波長側の可視限界波長７８０：長波長側の可視限界波長 Δｎ（λ）：液晶分子の屈折率異方性ｄ：セルギャップ（液晶層の光路長）Ｔ_cell（Δｎ（λ），ｄ，λ）：ツイステッドネマティ
ック液晶セルの透過スペクトル関数（Δｎ（λ），ｄ，
λの関数）（但し、カラーフィルター層を除く）ｙ（λ）：視感度関数Ｔ_CF（λ）：カラーフィルター部分の透過スペクトル関
数Ｉ_BL（λ）：光源の発光スペクトル関数なお、Ｉ_BL（λ）は、一般的な三波長管や、連続光源な
どの発光スペクトル関数を表す。

【００３１】以下、上記式（１）について様々な検討を
行う。第１段階として、カラーフィルターなどによる光
の反射・吸収が無く、光源が単波長の場合について考え
る。この場合、式（１）中の比積分関数中に現れる、セ
ルの透過率Ｔ_cellのみを考えればよい。

【００３２】理想的なセルの場合、ノーマリーホワイト
モードにおけるセルの透過率Ｔ_cell（Δｎ（λ），ｄ，
λ）は、下記式（２）により表わすことが出来る（Ｇｏ
ｏｃｈａｎｄＴａｒｒｙの式）。

【００３３】

【数２】

【００３４】ここで、理想的なセルとは、理想的な偏光
板を用いた、反射、吸収がないセルのことを言う。ま
た、理想的な偏光板とは、強度１００の無偏光を入射し
た場合、強度５０の完全直線光が得られるものをいう。

【００３５】高輝度の明るいディスプレーを得るために
は、Ｙ値を最大にすれば良い。セル部分については、透
過率が最大となることであり、式（２）に於いては、下
記式（４）により表わされる条件を満たすとき、Ｔ_cell
が最大となる。

【００３６】

【数３】

【００３７】上記式（４）を満たす条件は、

【数４】

【００３８】であればよい。ここで、Ｕ＝√３は、ファ
ーストミニマム条件、Ｕ＝√５は、セカンドミニマム条
件と呼ばれている。

【００３９】カラーディスプレーに用いるアクティブマ
トリクス型液晶セルの場合、視野角が広い、応答速度が
速い等の理由により、主にファーストミニマム条件が用
いられる。以下、ファーストミニマム条件を前提にして
考察を行うが、セカンドミニマム等、他の条件でも同様
な考えが成り立つことは、いうまでもない。

【００４０】さて、ファーストミニマム条件の場合、上
記式（３）に於いて、下記式（５）が、特定の波長にお
ける最大透過率を得る条件である。

【００４１】＝√３／２＝Δｎ（λ）ｄ／λ （５）次に、実際の液晶ディスプレーに用いられるような、光
源が白色光で、かつカラーフィルターを有する場合を考
えるが、第２段階として、比較的簡単な例として、三原
色のうち、緑色の場合を考える。

【００４２】緑が簡単な例である理由は、図３に示すよ
うに、カラーフィルターの透過ピーク波長が５４０ｎｍ
付近であり、視感度関数ｙ（λ）のピーク波長である５
５５ｎｍと比較的一致しており、また、ピーク波長に対
して波長の対称性が良いからである。なお、図３は、一
般的な２種類のカラーフィルター（ＣＦ１，ＣＦ２）の
分光特性および視感度関数を示す。

【００４３】このため、式（１）の｛ｙ（λ）Ｔ
_CF（λ）｝項についても、５４０〜５６０ｎｍをピーク
波長とする。つまり、透過率を最大化する手法として、
近似的に式（５）を用い、波長として、５５５ｎｍを用
いて計算することができる。

【００４４】つまり、√３／２＝Δｎ_{λ＝５５５}ｄ／５
５５である。例として、一般的に用いられている液晶材
料を使って計算してみることにする。例えば、Δｎ
_λ=555nm＝０．０９７とすると、セルギャップｄ＝４．
９５［μｍ］を用いれば、Δｎ_λ=555nmｄ／５５５＝
０．０９７×４．９５×１０^３＝４８０［μｍ］とな
り、式（５）の条件を満たす。

【００４５】図４は、式（１）における、｛ｙ（λ）Ｔ
_CF（λ）｝関数とセルギャップ５μｍのセル分光特性を
表わし、図４に示すように、液晶セルのファーストミニ
マム条件を視感度ピークである５５５ｎｍに設定した場
合、Ｔ_cellは５５０〜５６０ｎｍを極大とするなだらか
な凸特性となることがわかる。

【００４６】このことは、定性的に、最大輝度を得るた
めに必要な条件は、式（１）の｛ｙ（λ）Ｔ_CF（λ）｝
項と、Ｔ_cell（λ）の分光特性のピーク波長が略一致す
ることであることを示唆している。

【００４７】ただし、これはセル透過率の波長依存性
が、ピーク波長に対して対称性が良い場合にのみ成り立
つ。しかし、実際のセルの透過率については、図４に示
すように、非対称性が強く、また、カラーフィルター
や、光源の分布も非対称性が強い。よって、実際に最適
なΔｎｄを求めるには、後述のように、式（１）を各波
長について数値積分を行う必要がある。

【００４８】ここで、リタデーションΔｎｄを変化させ
る方法について説明する。Δｎｄのうち、液晶のΔｎ
（λ）は、液晶材料の配合比の調整等により特定の範囲
内で所望の値を設定することが技術的に可能である。し
かし、波長依存性については、一般的な液晶の屈折率お
よび屈折率異方性の波長依存性を示す図５に示すよう
に、弱い負の依存性を有する。

【００４９】従って、波長ごとに任意の値（波長分散特
性）を得ることは困難である。このため、最適なΔｎｄ
を得る手段としては、セルギャップｄの方を可変パラメ
ータとすれば良いことがわかる。

【００５０】第３段階として、一般的なカラーフィルタ
ー特性をもつ場合について、最大の輝度を得る条件につ
いて考える。式（１）が最大輝度となるような、ｄを求
める条件を考える。Ｉをｄの関数として考えると、Ｉ
（ｄ）は、下記式（１’）により与えられる。

【００５１】

【数５】

【００５２】出射強度が最大となるセルギャップ条件
は、ｄについての偏微分した式について、下記式（６）
を満たすことである。

【００５３】∂Ｉ（ｄ）／∂ｄ＝０（６）すなわち、下記式（７）が求める条件である。

【００５４】

【数６】

【００５５】式（７）について、実際にコンピュータシ
ミュレーション等で数値計算を行うためには、計算を容
易な形に変形する必要がある。解析学によれば、上記式
（７）の積分は、λについて行うので、λと独立なｄに
ついては、微分と順序を入れ替えることができる。よっ
て、必要に応じて、ｄについての偏微分を比積分関数に
ついて先に実行しておくことができる。

【００５６】比積分関数［］の内、ｄを含むのはＴ
_cell（Δｎ（λ），ｄ）項のみであるから、この部分に
ついてのみ、ｄについて偏微分を行えばよい。従って、
上記（式７）は、下記式（８）により表わすことが出来
る。

【００５７】

【数７】

【００５８】ちなみに、理想的なセルの場合、上記式
（８）の∂Ｔ_cell（Δｎ（λ），ｄ，λ）／∂ｄは、上
記式（２）より計算することが出来、下記式（９）のよ
うになる。

【００５９】

【数８】

【００６０】（但し、ｕ＝２Δｎ（λ）ｄ／λ）以上のように、上記式（８）より、液晶表示装置の出射
強度が最大となるセルギャップｄを、波長ごとに求める
ことが出来る。

【００６１】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。ま
ず、図１４に示す従来のアクティブマトリクス型の液晶
セルについて説明する。図１４に示す従来のアクティブ
マトリクス型の液晶セルにおいて、緑画素領域のセルギ
ャップｄ２は、５５５ｎｍが透過率ピークとなるよう
に、４．９〜５．０μｍを中心に設計されている。ま
た、青、赤の画素領域のセルギャップｄ１，ｄ３も、そ
れぞれ、ｄ２（４．９〜５．０μｍ）に対し±０．１μ
ｍの範囲であり、ｄ２と略等しくなっている。

【００６２】前述した通り、緑色は、他の色と比べて式
（１）の｛ｙ（λ）Ｔ_CF（λ）｝の値が最も大きい。こ
のため、用いるカラーフィルター、光源の分光特性によ
り若干異なるが、液晶ディスプレーの輝度として、緑の
画素からの寄与が約６０％と大半を占め、赤が２５％程
度、青が１５％程度の寄与となっている。

【００６３】ところで、図１４に示す、従来の液晶セル
構造の場合、式（１）中の青、赤の透過特性Ｔ_cellにつ
いても緑と同様に、視感度ピークである５５５ｎｍと略
一致することになる。

【００６４】このような条件における、青、赤画素の透
過率について考える。青色、赤色の着色層における透過
スペクトルのピーク波長は、図４に示すごとく、ｙ
（λ）のそれと異なる。このため、｛ｙ（λ）Ｔ
_CF（λ）｝の項のピーク波長も、青が略５２０ｎｍ、赤
が略６００ｎｍと、視感度ピークである５５５ｎｍから
大きくずれていることがわかる。

【００６５】ところが、液晶セルの透過率ピーク波長
は、５５０〜５６０付近に一致させている。このため、
式（１）の値は、最大値より小さくなっているのであ
る。つまり、従来の液晶セル構造では、緑以外の、青、
赤については、最大のＹ値を得られておらず、明るさと
いう観点から、その性能を最大限発揮できないという問
題点があった。

【００６６】本発明は、青、赤領域についても、最大輝
度を得ることが出来るような条件を求め、そのような液
晶セル構造を実現するものである。まず、青、赤領域に
ついて、輝度が最大となるリタデーションΔｎｄを求め
る。定性的には、前述の緑画素で述べたことと同様、液
晶セルの透過率の波長依存性が、青、赤それぞれについ
て｛ｙ（λ）Ｔ_CF（λ）｝項のピーク波長に近いように
Δｎｄを設定すればよい。

【００６７】本発明者らは、上記知見に基づき、青、赤
画素の輝度を向上することができるセルギャップｄにつ
いて検討をおこなった。以下に、その方法と結果につい
て説明する。

【００６８】青、緑、赤の着色層の分光特性は、材料、
用途により様々である。本発明者らは、青、緑、赤にお
ける、様々な分光特性をもつ着色層とセルリタデーショ
ンの組み合わせについて、シミュレーションを行い、そ
の結果、分光特性によらない最適なセルギャップｄを見
出した。なお、シミュレーションにはＦ１０光源を用い
た。

【００６９】図６、図７、および図８は、式（１′）に
ついて、セルギャップｄを変化させた時の、輝度の変化
を数値積分により求めた結果である。図６、図７、およ
び図８から、カラーフィルターの分光特性に多少の違い
があっても、輝度の最大となるセルギャップの値はほぼ
同一であることがわかる。この理由は、図４に示すよう
に、｛ｙ（λ）Ｔ_CF（λ）｝項のピーク波長が、カラー
フィルターの相違によらず一定であることに起因してい
る。

【００７０】図６、図７、および図８によると、∂Ｉ
（ｄ）／∂ｄ＝０を満たす条件は、次の通りであること
がわかった。ｄ１（青）＝４．６μｍｄ２（緑）＝５．０μｍｄ３（赤）＝５．６μｍこれらの結果によれば、最大セルギャップ差となるｄ３
−ｄ１で１μｍもの差があり、最大輝度を実現するため
には、従来の液晶セル構造と異なる構成が必要であるこ
とがわかる。

【００７１】また、緑画素の最大輝度セルギャップは、
ｄ２＝５．０μｍとなり、式（５′）とほぼ一致した。
次に、上記知見に基づき、実際に、図１に示すような液
晶セルを試作して、シミュレーション結果の実証を行っ
た。

【００７２】色毎に異なるセルギャップ値を実現するた
めの方法は、いくつか考えられるが、本発明において
は、図２に示すように、着色層の膜厚を、青の膜厚ｈ
１、緑の膜厚ｈ２、赤の膜厚ｈ３のように、変更させる
方法を用いた。カラーフィルターの製造方法としては、
従来用いられている方法と基本的には同様である。

【００７３】着色層の材料として、一般的な、アクリル
樹脂やポリイミド等の透明樹脂に、顔料や染料を分散さ
せたものを用いた。着色層の形成方法もまた、スピンコ
ーターなどを用い、所定の膜厚に塗布した後、フォトリ
ソグラフィー技術を用いてパターン形成する一般的な方
法を用いた。

【００７４】ただし、赤、青の着色層については、従来
と膜厚を変更しているため、従来と同じカラーフィルタ
ー材料をそのまま用いて形成すると、当初の色度や透過
率を得ることができない。このため、所定の膜厚の時に
所望の色度を発現するように、透明樹脂層と着色剤との
配合比を変更している。

【００７５】なお、膜厚は、スピンコーターの回転数
や、回転時間を制御することにより容易に制御すること
ができる。液晶セルの作成方法については、従来のセル
プロセスと同様な方法を用いた。

【００７６】このように作成された液晶セルを用いた液
晶ディスプレーについて、光学特性を測定した。下記表
１に、従来および本発明の液晶セルのカラーフィルター
の作成条件を示す。

【表１】

【００７７】上記表１に示すように、緑色着色層につい
ては、従来および本発明ともに同一の作成条件であり、
得られた緑色着色層の膜厚および着色層単体の色度も、
従来および本発明ともに同一であった。しかし、青色着
色層については、従来よりも色材の割合を増やすととも
に、スピンコーターの回転数を増加させ、膜厚を少なく
した。また、赤色着色層については、従来よりも色材の
割合を減らすとともに、スピンコーターの回転数を減少
させ、膜厚を多くした。

【００７８】下記表２に、従来および本発明の液晶セル
のセルギャップおよびリタデーションを示す。

【表２】

【００７９】上記表２に示すように、液晶セルの緑色着
色層の部分については、従来および本発明ともに同一の
セルギャップおよびリタデーションであったが、青色着
色層の部分については、本発明は、従来よりも小さいセ
ルギャップおよびリタデーションであり、赤色着色層の
部分については、従来よりも大きいセルギャップおよび
リタデーションであった。

【００８０】下記表３に、従来および本発明の液晶セル
の光学測定結果を示す。

【表３】

【００８１】上記表３より明らかなように、本発明の液
晶ディスプレーは、従来の液晶ディスプレーよりも高い
青色および赤色輝度を示し、かつ平均輝度、すなわち最
大輝度となる白表示時の輝度については、従来の液晶デ
ィスプレーよりも８．９ｎｉｔ（４．４％）高くするこ
とができた。

【００８２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、液晶セルのリタデーション値を、着色層の色彩
ごとに異なった値に設定したことにより、従来の液晶デ
ィスプレーの基本構造を保ちつつ、光学的な最適化を行
うことにより、コストアップ、消費電力の増加、及び色
再現範囲の低下を招くこと無く、高輝度、広色再現範囲
を達成することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る液晶セルの構造を表
す断面図。

【図２】図１に示す液晶セルのカラーフィルターの構造
を表す断面図。

【図３】一般的なカラーフィルターの分光特性と視感度
関数ｙ（λ）を表す特性図。

【図４】式（１）における｛ｙ（λ）Ｔ_CF（λ）｝関数
とセルギャップ５μｍの液晶セルの分光特性を表す特性
図。

【図５】Ｆ１０光源、ｙ（λ）、Ｓｙの波長依存性を表
す特性図。

【図６】青色着色層を用いた輝度シミュレーション結果
を表す特性図。

【図７】緑色着色層を用いた輝度シミュレーション結果
を表す特性図。

【図８】赤色着色層を用いた輝度シミュレーション結果
を表す特性図。

【図９】青色着色層を用いた色度シミュレーション結果
を表す特性図。

【図１０】緑色着色層を用いた色度シミュレーション結
果を表す特性図。

【図１１】赤色着色層を用いた色度シミュレーション結
果を表す特性図。

【図１２】セルギャップをパラメータとした、セル透過
率の波長依存性を表す特性図。

【図１３】一般的な液晶の屈折率と屈折率異方性の波長
依存性を表す特性図。

【図１４】従来の液晶セルの構造を表す断面図。

【図１５】図１４に示す液晶セルのカラーフィルターの
構造を表す断面図。

【符号の説明】

１ａ・・・カラーフィルター基板１ｂ・・・アレイ基板２・・・カラーフィルター３・・・ＴＦＴアレイ４・・・液晶層５・・・スペーサー６ａ、６ｂ・・・偏光板７・・・白色光源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村山昭夫兵庫県姫路市余部区上余部50番地株式会社東芝姫路工場内Ｆターム(参考） 2H088 EA02 HA08 HA12 HA18 JA05 KA07 MA05 MA06 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FB02 FB12 GA13 HA07 KA02 KA04 KA10 LA15 LA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】配向処理を施した一対の透明基板と、前記一対の透明基板の間に狭持されたツイステッドネマ
ティック液晶層と、前記一対の透明基板の外側に、偏光面がほぼ垂直な光学
配置で設けられた一対の偏光板と、前記一対の透明基板の少なくとも一方に配置された、複
数の色彩の着色層を含むカラーフィルターのアレイと、前記一対の透明基板の少なくとも一方に配列されたアク
ティブマトリクス素子のアレイとを具備するツイステッ
ドネマティック型液晶表示装置において、前記液晶セルのリタデーション値を、前記着色層の色彩
ごとに異なった値に設定したことを特徴とする液晶表示
装置。
【請求項２】前記カラーフィルターが、青色着色層、緑
色着色層、および赤色着色層を含むことを特徴とする請
求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】可視光領域の特定波長における、青色着色
層を有する画素領域のリタデーション値Δｎｄ１（Δ
ｎ：屈折率異方性、ｄ１：セルギャップ）と、緑色着色
層を有する画素領域のリタデーション値Δｎｄ２（Δ
ｎ：屈折率異方性、ｄ２：セルギャップ）と、赤色着色
層を有する画素領域のリタデーション値Δｎｄ３（Δ
ｎ：屈折率異方性、ｄ３：セルギャップ）とがそれぞ
れ、Δｎｄ１＜Δｎｄ２、Δｎｄ２＜Δｎｄ３、および
Δｎｄ１＜Δｎｄ３の３つの不等式の少なくとも一つを
満たすことを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装
置。
【請求項４】各着色層を有する画素領域のリタデーショ
ン値が、波長５４０〜５６０ｎｍにおいて、Δｎｄ１＝
４２６〜４６５［ｎｍ］、Δｎｄ２＝４６６〜５０４
［ｎｍ］、およびΔｎｄ３＝５０５〜５２３［ｎｍ］の
範囲であることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示
装置。
【請求項５】前記セルギャップｄ１，ｄ２，ｄ３が、そ
れぞれ異なり、ｄ１＜ｄ２、ｄ２＜ｄ３、およびｄ１＜
ｄ３の３つの不等式の少なくとも一つを満たすことを特
徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記セルギャップｄ１，ｄ２，ｄ３がそれ
ぞれ、ｄ１＝４．４〜４．８μｍ、ｄ２＝４．８〜５．
２μｍ、およびｄ３＝５．４〜５．８μｍの範囲である
ことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項７】青色、緑色、および赤色の着色層の膜厚値
ｈ１，ｈ２，ｈ３が、ｈ１−ｈ２＞＋０．２μｍ、ｈ２
−ｈ３＞＋０．２μｍ、およびｈ１−ｈ３＞＋０．４μ
ｍの３つの不等式の少なくとも一つを満たすことを特徴
とする請求項５に記載の液晶表示装置。