JP2003140153A

JP2003140153A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2003140153A
Application number: JP2001342089A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kajima; 啓二鹿島
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2001-11-07
Publication date: 2003-05-14

Abstract

(57)【要約】【課題】コレステリック液晶フィルターをカラーフィ
ルターとして用いる液晶表示装置において複屈折補償板
を用いて表示装置の視野角特性を良好にする。【解決手段】透明基板１、２間に液晶層３が挟持さ
れ、電圧印加電極と駆動回路が設けられた液晶表示素子
と、照明光源１１と、円偏光板７と、円偏光板１０とを
含む液晶表示装置において、液晶層３のバックライト入
射側にコレステリック液晶カラーフィルター４が、その
観察側に吸収型カラーフィルター５が配置されおり、光
学軸が面の法線方向に設定された正複屈折性の複屈折層
からなる複屈折補償板６が２枚の円偏光板１０、７の間
の何れかの位置に配置れており、複屈折補償板６はコレ
ステリック液晶カラーフィルター４を透過する偏光に入
射角に応じて導入される位相差を少なくとも一部補償す
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
し、特に、カラーフォルターとして特定の波長域の特定
の円偏光を反射し、他の波長域及び他の円偏光を透過す
るコレステリック液晶フィルターを用いた液晶表示装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、カラーフィルターとしてコレステ
リック液晶を分散したコレステリックフィルムを用いる
ことが、例えば特開平９−３１８８０７号に開示されて
いる。このカラーフィルターは、輝度、色純度におい
て、従来の顔料や染料を用いたカラーフィルターと比較
して優れた性能を有している。特に、温度やカイラル剤
比によりその選択反射光の波長が変化し、さらに紫外線
照射によって液晶における状態を保持したまま硬化でき
る紫外線硬化型コレステリック液晶を用いることによ
り、従来と比較して簡単に製造することができるという
利点がある。

【０００３】前記のようなコレステリック液晶、及び、
カイラルネマチック液晶は、液晶分子軸の長距離配向秩
序に加えて、ダイレクタが螺旋的に空間変化をしている
という特性がある。すなわち、液晶分子軸と平行な平面
内では、液晶はネマティック相と同様な配向秩序がある
が、隣接する平面へ移ると、この局所的な配向方向がわ
ずかに回転しているので、これが順次連続して螺旋構造
となっている。

【０００４】一方、自然光は、右旋円偏光と左旋円偏光
に分けることが可能であり、コレステリック液晶若しく
はカイラルネマチック液晶は、右旋及び左旋両成分の光
が、液晶の螺旋軸に平行に入射した場合、その液晶のね
じれ方向と同じ回転方向の円偏光成分のみを反射し、他
方の円偏光成分は透過するという特性がある。

【０００５】このとき、反射光の、入射光に対する位相
の変化が生じないので、反射光の入射前後における偏光
方向は不変であり、また、反射光の波長は、コレステリ
ック液晶若しくはカイラルネマチック液晶のねじれのピ
ッチにより変化する。このピッチは、液晶にねじれの力
を発生させるカイラル剤の添加量や、適当な外場（例え
ば温度、電場、磁場等）により変化する。

【０００６】したがって、上記のようなパラメータを、
可視域で制御することにより、赤、緑、青の透過光を形
成させることができ、かつ、透過させた光以外の光を光
源側に反射し、再利用して、輝度を従来のカラーフィル
ターと比較して高く設定することができる。

【０００７】このような螺旋構造の液晶を利用した反射
フィルターを、本発明では以下に、コレステリック液晶
フィルターと呼ぶが、コレステリック液晶フィルター
は、特定の波長域の特定の円偏光を反射し、他の波長域
及び他の円偏光を透過する特性を有する。

【０００８】ところで、従来、このようなコレステリッ
ク液晶フィルターをカラーフィルターとして用いた透過
型のカラー液晶表示装置としては、特開平８−３２０４
８０号、特開平８−２３４１９６号、特開２０００−３
４７１７９において、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青
色）画素に、それぞれバックライト側からＲ、Ｇ、Ｂの
波長域の光を透過し、他の色の波長域の光を反射するコ
レステリック液晶フィルターとその観察側にそれぞれ
Ｒ、Ｇ、Ｂの波長域の光のみを透過し他の色の波長域の
光を吸収する吸収型カラーフィルターとを配置し、バッ
クライト利用効率を向上させると共に、外光の影響を防
止したものが提案されている。

【０００９】一方、Ｒ、Ｇ、Ｂ全ての波長域の一方の方
向の円偏光を選択的に透過するコレステリック液晶フィ
ルターと４分の１波長板とを組み合わせた直線偏光素子
の視野角特性を補償するために、光学軸が面の法線方向
に設定された正複屈折性の複屈折層からなる複屈折補償
板（以下、本発明では単に複屈折補償板と言う。）をコ
レステリック液晶フィルターと４分の１波長板の間に配
置することが、米国特許第５，７３１，８８６号におい
て提案されている。これは、コレステリック液晶フィル
ターを斜めに透過する円偏光はその複屈折性により入射
角に応じ位相差が導入されて楕円偏光になるため、この
ような直線偏光素子を用いた液晶表示装置は視野角が狭
くなり、また、視野周辺ではカラーシフトを起こし、液
晶表示装置の色特性を落とすことになるが、上記のよう
な複屈折補償板を導入することによりこのような問題を
防ぐことができると言うもので、そのような複屈折補償
板としては、ホメオトロピック配列の液晶分子層が利用
でき、ホメオトロピック配列のネマチック液晶分子層か
らなる高分子フィルムから作製することができるとして
いる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、コレステリ
ック液晶フィルターをカラーフィルターとして用いるカ
ラー液晶表示装置においても、そのコレステリック液晶
フィルターに視野角特性があるため、視野角が狭くなっ
たり、視野周辺（高視野角）でカラーシフトを起こして
色が変化してしまうという問題がある。

【００１１】本発明は従来技術のこのような問題に鑑み
てなされたものであり、その目的は、コレステリック液
晶フィルターをカラーフィルターとして用いるカラー液
晶表示装置において、複屈折補償板を用いて表示装置の
視野角特性を良好にすることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の液晶表示装置は、２枚の透明基板間に印加電圧に応
じて入射光の位相を変調する液晶層が挟持され、その液
晶層に画素毎に独立に電圧を印加する電極及び駆動回路
が設けられた液晶表示素子と、その観察側と反対側に設
けられた照明光源と、前記照明光源と前記液晶表示素子
の間に配置された円偏光板と、前記液晶表示素子の観察
側に設けられた円偏光板とを備えた液晶表示装置におい
て、２枚の前記円偏光板の間において、前記液晶層のバ
ックライト入射側に画素配列に応じて相互に異なる色の
波長域の光のみを透過し他の色の波長域の光を反射する
アレー状のコレステリック液晶カラーフィルターが配置
され、前記コレステリック液晶カラーフィルターの観察
側にその画素配列に整列して対応する色の波長域の光の
みを透過し他の色の波長域の光を吸収するアレー状の吸
収型カラーフィルターが配置されており、光学軸が面の
法線方向に設定された正複屈折性の複屈折層からなる複
屈折補償板が２枚の前記円偏光板の間の何れかの位置に
配置れており、前記複屈折補償板は前記コレステリック
液晶カラーフィルターを透過する偏光に入射角に応じて
導入される位相差を少なくとも一部補償するものである
ことを特徴とするものである。

【００１３】この場合に、複屈折補償板は、コレステリ
ック液晶カラーフィルターと吸収型カラーフィルターと
の間に配置されていてもよく、その際、吸収型カラーフ
ィルターは、液晶層のバックライト入射側、観察側の何
れに配置されていてもよい。

【００１４】また、複屈折補償板は、吸収型カラーフィ
ルターの観察側に配置されていてもよく、その際、液晶
層の観察側に配置されていてもよい。

【００１５】また、複屈折補償板は、コレステリック液
晶カラーフィルターのバックライト入射側に配置されて
てもよい。

【００１６】以上において、照明光源側に配置された円
偏光板が照明光源からの透過光成分と反対の偏光特性の
光を反射する構成のものであることが望ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶表示装置の実
施例を図面を参照にして説明する。

【００１８】図１は、本発明の第１の実施例のカラー液
晶表示装置の構成を示す断面図である。

【００１９】図１において、このカラー液晶表示装置
は、ガラス基板１と２の間に液晶層３が挟持されるが、
バックライト側の基板１の内面には、画素配列に応じて
Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の波長域の光のみ
を透過し他の色の波長域の光を反射するアレー状のコレ
ステリック液晶カラーフィルター４と、前記のように米
国特許第５，７３１，８８６号において提案されている
な複屈折補償板６、すなわち、光学軸が面の法線方向に
設定された正複屈折性の複屈折層からなる複屈折補償板
６と、コレステリック液晶カラーフィルター４の画素配
列に整列してＲ、Ｇ、Ｂの波長域の光のみを透過し他の
色の波長域の光を吸収するアレー状の吸収型カラーフィ
ルター５とが順に積層配置されている。

【００２０】ここで、コレステリック液晶カラーフィル
ター４の例えばＲ画素は、Ｇ波長域の光を反射するコレ
ステリック液晶フィルターとＢ波長域の光を反射するコ
レステリック液晶フィルターとを重畳して構成する（特
開平８−２３４１９６号）。Ｇ画素、Ｂ画素についても
同様。

【００２１】また、バックライト側のガラス基板１の入
射側には、直線偏光板９と４分の１波長板８とからなる
円偏光板７が、観察側のガラス基板２の観察側には、４
分の１波長板８と直線偏光板９とからなる円偏光板１０
が配置されており、円偏光板７の入射側には、照明光源
１１とそのための反射板１２が配置されている。なお、
ガラス基板１と２の内面には、フィルター４、５の画素
と整列して画素電極、対向電極、ＴＦＴ（ＴＦＤ）等は
設けられるが、図示は省く（以下、同じ。）。

【００２２】なお、円偏光板７の代わりに、特開２００
０−３４７１７９に開示されているように、複屈折性を
有するフィルムを３層以上に積層し、さらにこれに４分
の１波長板を積層した円偏光分離フィルムを用いてもよ
い。

【００２３】以上のような配置であるので、光源１１か
ら出た自然偏光の照明光は、円偏光板７でコレステリッ
ク液晶カラーフィルター４の反射特性に合致する円偏光
成分、例えば右円偏光成分のみが通過し、反対の円偏光
成分、例えば左円偏光成分は吸収される。円偏光板７を
透過した例えば右円偏光の白色光中のＲ、Ｇ、Ｂの波長
域の光は、コレステリック液晶カラーフィルター４のそ
れぞれＲ、Ｇ、Ｂのフィルターを通り、それぞれ対応す
る波長域以外の光は反射され、その反射光は円偏光板７
を反対に透過して光源１１側に戻る。

【００２４】コレステリック液晶カラーフィルター４の
Ｒ、Ｇ、Ｂのフィルターを通った右円偏光のＲ、Ｇ、Ｂ
の波長域の光は、そのコレステリック液晶カラーフィル
ター４による透過光の円偏光の視野角特性の悪化（視野
角が大きくなると位相差により楕円偏光になるため、視
野角が狭くなったり、視野周辺（高視野角）でカラーシ
フトを起こして色が変化すること）が複屈折補償板６に
より補償され、吸収型カラーフィルター５のＲ、Ｇ、Ｂ
のフィルターをそれぞれ通り、その右円偏光のＲ、Ｇ、
Ｂの波長域の光は液晶層３に達し、画素の変調状態に応
じて右円偏光のまま、あるいは、左円偏光に変換され、
円偏光板１０に達するが、右円偏光のままの場合、円偏
光板１１を経て直線偏光として観察側に出て明状態の表
示をする。また、左円偏光に変換された場合は、円偏光
板１０が通過させる円偏光とは反対の左円偏光であるた
め、ここで遮断され暗状態の表示をする。

【００２５】この構成において、吸収型カラーフィルタ
ー５が配置されていない場合、コレステリック液晶カラ
ーフィルター４が外光の対応する色の補色の波長域であ
って反射する特性の円偏光成分を反射することになるた
め、色再現性が悪くなり、正確な表示が困難になるた
め、コレステリック液晶カラーフィルター４の観察側に
吸収型カラーフィルター５を配置するものである。

【００２６】なお、上記で光源１１側に戻った光は、反
射板１２等で反射散乱して再び照明光に用いられるた
め、バックライトの利用効率が向上し、明るい表示が可
能になる。

【００２７】以上のように、このカラー液晶表示装置に
おいては、コレステリック液晶カラーフィルター４を用
いたので、バックライトの利用効率が向上し、明るい表
示が可能になると共に、複屈折補償板６を配置したこと
により、視野角が狭くなったり、視野周辺（高視野角）
でカラーシフトを起こして色が変化する問題を防止する
ことができる。

【００２８】図２は、図１のカラー液晶表示装置の変形
例の構成を示す断面図である。この実施例においては、
図１の構成における吸収型カラーフィルター５を、バッ
クライト側の基板１の内面に設ける代わりに、観察側の
ガラス基板２の内面に設けただけであり、吸収型カラー
フィルター５を液晶層３の観察側に配置しても、その外
光の悪影響を防止する作用は図１の場合と同様である。

【００２９】図３は、図１のカラー液晶表示装置のさら
に別の変形例の構成を示す断面図である。この実施例に
おいては、図１の構成における複屈折補償板６を、コレ
ステリック液晶カラーフィルター４と吸収型カラーフィ
ルター５の間ではなく、観察側のガラス基板２の内面に
設けたものであり、コレステリック液晶カラーフィルタ
ー４と吸収型カラーフィルター５のそれぞれＲ、Ｇ、Ｂ
のフィルターを通ったＲ、Ｇ、Ｂの波長域の右円偏光の
視野角特性の悪化を、液晶層３を通った後に複屈折補償
板６により補償するようにしたものであるが、その補償
は液晶層３を通った後に行うようにしても同様であり、
図３の複屈折補償板６の作用は図１の場合と同じであ
る。

【００３０】図４は、図１のカラー液晶表示装置の他の
変形例の構成を示す断面図であり、この場合は、図３に
比較して複屈折補償板６を観察側のガラス基板２の外面
に接着層１３を介して設けただけで異なる。ただし、こ
の例では、複屈折補償板６は、液晶表示素子（液晶パネ
ル）組み立て後に複屈折補償板６を接着層１３でその液
晶表示素子に貼り付けるだけでよい組み立て上のメリッ
トがある。

【００３１】ところで、コレステリック液晶カラーフィ
ルター４に対する複屈折補償板６の視野角特性の補償
は、複屈折補償板６が光路中に直交する２つの直線偏光
間に位相差を導入することによるものであることを考え
ると、その配置位置は必ずしもコレステリック液晶カラ
ーフィルター４の後側（射出側）に限らない。図５は、
図１の配置における複屈折補償板６をコレステリック液
晶カラーフィルター４の入射側に配置した変形例であ
る。

【００３２】すなわち、この例においては、バックライ
ト側の基板１の内面には、まず複屈折補償板６を設け、
その上に画素配列に応じてＲ、Ｇ、Ｂの波長域の光のみ
を透過し他の色の波長域の光を反射するアレー状のコレ
ステリック液晶カラーフィルター４と、それに整列して
Ｒ、Ｇ、Ｂの波長域の光のみを透過し他の色の波長域の
光を吸収するアレー状の吸収型カラーフィルター５とを
順に積層配置する。そして、観察側のガラス基板２とそ
の３層６、４、５を内面に設けたバックライト側の基板
１との間に液晶層３を挟持して液晶表示素子（液晶パネ
ル）を構成する。

【００３３】そのバックライト入射側には、直線偏光板
９と４分の１波長板８とからなる円偏光板７が、観察側
には、４分の１波長板８と直線反射板９とからなる円偏
光板１０が配置されており、円偏光板７の入射側には、
照明光源１１とそのための反射板１２が配置されてい
る。なお、ガラス基板１と２の内面には、画素を構成す
る画素電極とその対向電極、画素電極と対向電極間に印
加する電圧を制御するＴＦＴ（ＴＦＤ）等が設けられ
る。

【００３４】この配置において、光源１１から出た自然
偏光の照明光は、円偏光板７でコレステリック液晶カラ
ーフィルター４の反射特性に合致する円偏光成分、例え
ば右円偏光成分のみが通過し、反対の円偏光成分、例え
ば左円偏光成分は吸収される。円偏光板７を透過した例
えば右円偏光の白色光は、まず複屈折補償板６により視
野角に応じた位相差が予め導入され、その位相差が導入
された右円偏光の白色光中のＲ、Ｇ、Ｂの波長域の光
は、コレステリック液晶カラーフィルター４のそれぞれ
Ｒ、Ｇ、Ｂのフィルターを通り、それぞれ対応する波長
域以外の光は反射され、その反射光は円偏光板７を反対
に透過して光源１１側に戻る。

【００３５】コレステリック液晶カラーフィルター４の
Ｒ、Ｇ、Ｂのフィルターを透過したＲ、Ｇ、Ｂの波長域
の光は予め導入された位相差により円偏光の視野角特性
が補償されており、その右円偏光のＲ、Ｇ、Ｂの波長域
の光は吸収型カラーフィルター５のＲ、Ｇ、Ｂのフィル
ターをそれぞれ通り、その右円偏光のＲ、Ｇ、Ｂの波長
域の光は液晶層３に達し、画素の変調状態に応じて右円
偏光のまま、あるいは、左円偏光に変換され、円偏光板
１０に達するが、右円偏光のままの場合、円偏光板１１
を経て直線偏光として観察側に出て明状態の表示をす
る。また、左円偏光に変換された場合は、円偏光板１０
が通過させる円偏光とは反対の左円偏光であるため、こ
こで遮断され暗状態の表示をする。

【００３６】図６は、図５のカラー液晶表示装置の変形
例の構成を示す断面図であり、この場合は、図４に比較
して複屈折補償板６をバックライト入射側のガラス基板
１の外面に接着層１３を介して設けただけで異なる。こ
の例の場合も、図４の実施例と同様、複屈折補償板６
は、液晶表示素子（液晶パネル）組み立て後に複屈折補
償板６を接着層１３でその液晶表示素子に貼り付けるだ
けでよい組み立て上のメリットがある。

【００３７】なお、以上の実施例において、バックライ
ト入射側の円偏光板７は照明光源１１から照射される一
方の偏光を吸収カットしてしまうが、透過できない偏光
成分を反射するタイプの円偏光板７を用いると、バック
ライト利用効率はさらに向上する。また、円偏光板７の
直線偏光板９の入射側に特開平１０−２３２３１３号に
開示されているような右円偏光又は左円偏光の一方を反
射し他方を透過させる円偏光選択層と４分の１波長板と
が積層されてなる円偏光分離フィルムを配置することに
より、照明光源１１から照射される一方の円偏光成分を
照明に利用し、透過できない他方の円偏光成分を反射す
るようにしても、バックライト利用効率はさらに向上す
る。

【００３８】以上、本発明の液晶表示装置をいくつかの
実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施
例に限定されず種々の変形が可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の液晶表示装置によると、２枚の円偏光板の間におい
て、液晶層のバックライト入射側に画素配列に応じて相
互に異なる色の波長域の光のみを透過し他の色の波長域
の光を反射するアレー状のコレステリック液晶カラーフ
ィルターが配置され、コレステリック液晶カラーフィル
ターの観察側にその画素配列に整列して対応する色の波
長域の光のみを透過し他の色の波長域の光を吸収するア
レー状の吸収型カラーフィルターが配置されており、光
学軸が面の法線方向に設定された正複屈折性の複屈折層
からなる複屈折補償板が２枚の円偏光板の間の何れかの
位置に配置れており、その複屈折補償板はコレステリッ
ク液晶カラーフィルターを透過する偏光に入射角に応じ
て導入される位相差を少なくとも一部補償するものであ
るので、バックライトの利用効率が向上し、明るい表示
が可能になると共に、視野角が狭くなったり、視野周辺
（高視野角）でカラーシフトを起こして色が変化する問
題を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のカラー液晶表示装置の
構成を示す断面図である。

【図２】図１のカラー液晶表示装置の変形例の構成を示
す断面図である。

【図３】図１のカラー液晶表示装置のさらに別の変形例
の構成を示す断面図である。

【図４】図１のカラー液晶表示装置の他の変形例の構成
を示す断面図である。

【図５】図１のカラー液晶表示装置の別の変形例の構成
を示す断面図である。

【図６】図５のカラー液晶表示装置の変形例の構成を示
す断面図である。

【符号の説明】

１、２…ガラス基板３…液晶層４…アレー状のコレステリック液晶カラーフィルター５…アレー状の吸収型カラーフィルター６…複屈折補償板７…円偏光板８…４分の１波長板９…直線偏光板１０…円偏光板１１…照明光源１２…反射板１３…接着層

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｆターム(参考） 2H048 AA06 AA12 AA24 BA01 BA02 BA64 BB02 BB03 BB10 BB42 2H049 BA03 BA05 BA07 BA42 BB66 BC22 2H091 FA02Y FA08X FA08Z FA11X FA11Z FA12X FA12Z FA14Z FA41Z FB02 FD06 FD14 LA19 LA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２枚の透明基板間に印加電圧に応じて入
射光の位相を変調する液晶層が挟持され、その液晶層に
画素毎に独立に電圧を印加する電極及び駆動回路が設け
られた液晶表示素子と、その観察側と反対側に設けられ
た照明光源と、前記照明光源と前記液晶表示素子の間に
配置された円偏光板と、前記液晶表示素子の観察側に設
けられた円偏光板とを備えた液晶表示装置において、２枚の前記円偏光板の間において、前記液晶層のバック
ライト入射側に画素配列に応じて相互に異なる色の波長
域の光のみを透過し他の色の波長域の光を反射するアレ
ー状のコレステリック液晶カラーフィルターが配置さ
れ、前記コレステリック液晶カラーフィルターの観察側
にその画素配列に整列して対応する色の波長域の光のみ
を透過し他の色の波長域の光を吸収するのアレー状の吸
収型カラーフィルターが配置されており、光学軸が面の
法線方向に設定された正複屈折性の複屈折層からなる複
屈折補償板が２枚の前記円偏光板の間の何れかの位置に
配置れており、前記複屈折補償板は前記コレステリック
液晶カラーフィルターを透過する偏光に入射角に応じて
導入される位相差を少なくとも一部補償するものである
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記複屈折補償板は、前記コレステリッ
ク液晶カラーフィルターと前記吸収型カラーフィルター
との間に配置されていることを特徴とする請求項１記載
の液晶表示装置。
【請求項３】前記吸収型カラーフィルターは、前記液
晶層のバックライト入射側に配置されていることを特徴
とする請求項２記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記吸収型カラーフィルターは、前記液
晶層の観察側に配置されていることを特徴とする請求項
２記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記複屈折補償板は、前記吸収型カラー
フィルターの観察側に配置されていることを特徴とする
請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記複屈折補償板は、前記液晶層の観察
側に配置されていることを特徴とする請求項５記載の液
晶表示装置。
【請求項７】前記複屈折補償板は、前記コレステリッ
ク液晶カラーフィルターのバックライト入射側に配置さ
れていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装
置。
【請求項８】前記照明光源側に配置された円偏光板が
前記照明光源からの透過光成分と反対の偏光特性の光を
反射する構成のものであることを特徴とする請求項１か
ら７の何れか１項記載の液晶表示装置。