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JP3180482B2 - カラー液晶表示装置 - Google Patents

カラー液晶表示装置

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JP3180482B2
JP3180482B2 JP35142892A JP35142892A JP3180482B2 JP 3180482 B2 JP3180482 B2 JP 3180482B2 JP 35142892 A JP35142892 A JP 35142892A JP 35142892 A JP35142892 A JP 35142892A JP 3180482 B2 JP3180482 B2 JP 3180482B2
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Japan
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liquid crystal
crystal cell
color
δnd
crystal display
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崇 宮下
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Casio Computer Co Ltd
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/13363Birefringent elements, e.g. for optical compensation
    • GPHYSICS
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    • G02F2203/00Function characteristic
    • G02F2203/34Colour display without the use of colour mosaic filters
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    • G02F2413/00Indexing scheme related to G02F1/13363, i.e. to birefringent elements, e.g. for optical compensation, characterised by the number, position, orientation or value of the compensation plates
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  • Mathematical Physics (AREA)
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  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、複屈折効果を利用す
るツイステッドネマティック型のカラー液晶表示装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来、パーソナルコンピュータなどのO
A機器に用いられるカラー液晶表示装置では、カラーフ
ィルタが用いられている。ところが、カラーフイルタは
高価で且つ光利用率が著しく低いという大きな欠点を有
している。また、画素数が白黒表示のものの3倍になる
ので、精密な加工技術が要求される。カラーフィルタを
用いないマルチカラー液晶表示装置として、複屈折制御
(ECB)効果型の液晶表示装置などが知られている。
このようなカラーフィルタを用いないカラー液晶表示装
置では、階調電圧(例えば、8階調の電圧)を画素に印
加すると、印加された階調電圧に応じて液晶分子の配向
が変化し、これに伴って液晶セルの有効なΔndが変化
し、その結果、液晶の複屈折効果によって液晶セルのΔ
ndの変化に応じた薄い色がつく。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
カラーフィルタを用いない従来のカラー液晶表示装置で
は、赤、緑、青の色特性つまり明度や彩度が悪く、8階
調電圧のもとでも、緑青、青紫、赤、黄の4色しか区別
することができないという問題がある。この発明は、上
記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところ
は、カラーフィルタを用いずに色特性が良好なマルチカ
ラー表示を実現できるカラー液晶表示装置を提供するこ
とである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のカラー液晶表示装置は、液晶分子をツイ
スト配向させた複屈折効果型の液晶セルと、この液晶セ
ルの外側に配置された一対の偏光板と、前記一対の偏光
板間に配置された位相板とを備え、前記液晶セルの複屈
折効果の着色作用によりカラー表示を行うカラー液晶表
示装置であって、前記液晶セルの屈折率異方性Δnとギ
ャップdとの積Δndが1000〜2000nmの範囲
で、前記位相板の配置枚数をN枚とすれば、この位相板
の屈折率異方性ΔnLと厚さdLとの積ΔnLLがΔnd
×r×(1/N)で、この場合の係数rが0.70〜0.
95を満足するようにしたことを特徴とする。
【0005】
【作用】この発明によれば、液晶分子をツイスト配向さ
せた複屈折効果型の液晶セルのΔndを1000〜20
00nmの範囲に設定し、この液晶セルの外側に配置さ
れた一対の偏光板間にN枚の位相板を配置するととも
に、各位相板のΔnLLを、係数rを0.70〜0.9
5としたとき、Δnd×r×(1/N)に設定したので、
多階調の電圧印加時における液晶セルの複屈折による着
色効果がN枚の位相板の複屈折効果で強調され、これに
より赤、緑、青の色特性が向上する。
【0006】
【実施例】以下、図1〜図4を参照して、この発明の第
1実施例を説明する。図1は透過型のカラー液晶表示装
置の断面を示す。この図において、液晶セル1は、一方
の電極2およびこの電極2を覆う配向膜3が形成された
一方の基板4と、前記一方の電極2と交差して対向する
他方の電極5およびこの他方の電極5を覆う配向膜6が
形成された他方の基板7と、これら各基板4、7を所定
間隔を隔てて接合するシール材8と、これら各基板4、
7とシール材8とに囲まれた領域に封入されて液晶分子
が180〜360°の範囲でツイスト配向された液晶材
料9とからなっている。
【0007】ところで、色特性に優れたマルチカラー液
晶表示装置を実現するには、階調電圧の印加時における
赤、緑、青の色変化をなるべく大きくする必要がある
が、その為には液晶セルのΔndと液晶分子のツイスト
角をともに最適化する必要がある。その一般的な液晶セ
ルの条件について、図2〜図4を参照して説明する。図
2は、ツイスト角が210°でΔndが400〜200
0nmの間で100nm毎に異なる17種類の各液晶セ
ルの表示色を示すCIE色度図である。この図2によれ
ば、液晶セルのΔndは1500〜2000nmが白色
を示し好適である。図3は、ツイスト角が210°の液
晶セルにおいて、(1/200)デューティで8段階の
階調電圧を印加したときの液晶セルのΔndと表示色の
変化との関係を示すCIE色度図である。この図におい
て、黒三角(▲)は液晶セルのΔndが900nm、プ
ラス(+)は液晶セルのΔndが1200nm、黒菱
(◆)は液晶セルのΔndが1400nm、白菱(◇)
は液晶セルのΔndが1600nmをそれぞれ表わして
いる。この図3によれば、液晶セルのΔndが1400
nmと1600nmとの場合がよい多色に変化してい
る。図4は、Δndが1400nmの液晶セルにおい
て、(1/200)デューティで8段階の階調電圧を印
加したときの液晶分子のツイスト角と表示色の変化との
関係を示すCIE色度図である。この図において、ワイ
(Y)はツイスト角が210°、プラス(+)はツイス
ト角が225°、白菱(◇)はツイスト角が240°、
黒三角(▲)はツイスト角が255°をそれぞれ表わし
ている。この図4によれば、210゜、225゜、24
0゜のツイスト角でほぼ同程度の色変化が得られている
が、その内でも240゜の場合が最も多色に変化してい
る。図2乃至図4から、液晶分子のツイスト角は210
〜240°程度に設定されていることが望ましい。ま
た、液晶セル1の屈折率異方性Δnとギャップdとの積
Δndは、1000〜2000nm(測定波長:589
nm)の範囲で、好ましくは1400〜2000nmに
設定するのがよい。なお、この液晶セル1は図面上で下
方から光が入射して上方へ出射する。
【0008】液晶セル1の光入射側の基板4の外側に
は、直線偏光板からなる偏光子10が配置されている。
また、光出射側の基板7の外側には、直線偏光板からな
る検光子11が配置されている。そして、液晶セル1の
一方の基板4と偏光子10との間、および液晶セル1の
上基板7と検光子11との間には、それぞれ1枚ずつ合
計2枚の位相板12が配置されている。各位相板12
は、それぞれポリカーボネートからなっている。ポリカ
ーボネートは、構造式のなかにベンゼン環をもっている
ので、Δnに顕著な波長依存性がみられる。そして、各
位相板12のΔndは、位相板12の枚数をN枚(この
実施例では2枚)としたとき、Δnd×r×(1/N)
に設定する。但し、係数rは0.7〜0.95の範囲で
ある。従って、本例の場合、Δndの設定範囲は350
〜950nmとなり、その内でも490〜950nmの
範囲が好ましい。
【0009】なお、この液晶セル1は、(1/400)
〜(1/480)デューティ、(1/13)〜(1/1
5)バイアスで電圧駆動されている。また、各階調はフ
レームレートコントロール法により制御され、マルチカ
ラー表示が実現されている。
【0010】このような透過型のカラー液晶表示装置で
は、液晶セル1が階調電圧によって駆動されると、印加
された階調電圧に応じて液晶分子の配向が変化し、この
変化に伴って液晶セル1の有効なΔndが変化する。そ
の結果、液晶セル1を透過する光が液晶セル1の複屈折
効果によって液晶セル1の有効Δndの変化に応じた色
に着色され、この着色効果が2枚の位相板12の複屈折
効果で強調されるので、赤、緑、青の色特性つまり明度
や彩度が向上し、従来のものよりも色数の多いマルチカ
ラーが実現される。
【0011】次に、図5を参照して、この発明の第2実
施例を説明する。なお、図1の第1実施例と同一部分に
は同一符号を付し、その説明は省略する。図5は反射型
のカラー液晶表示装置の断面を示す。このカラー液晶表
示装置は、第1実施例と同じ液晶セル1の両側に直線偏
光板からなる偏光板20、20がそれぞれ配置されてい
るとともに、液晶セル1の一方側の基板4と偏光板20
との間、および液晶セル1の他方側の基板7と偏光板2
0との間にそれぞれ位相板21が配置され、かつ他方側
の偏光板20の外側に反射板22が配置された構造にな
っている。この場合にも、液晶セル1の屈折率異方性Δ
nとギャップdとの積(Δnd)STNは1000〜20
00nmで好ましくは1400〜2000nmの範囲に
設定する。また、各位相板21は、第1実施例と同様、
ポリカーボネートからなり、各位相板12の(Δnd)
LAMは、定数rを0.70〜0.95の範囲としたと
き、(Δnd)STN×r×(1/N)に設定されてい
る。そして、このカラー液晶表示装置は、図面上で上方
から入射した光が反射板22で反射されて上方へ出射す
るようになっている。また、この液晶セル1も、透過型
の場合と同様に(1/400)〜(1/480)デュー
ティ、(1/13)〜(1/15)バイアスで電圧駆動
され、フレームコントロール法により階調制御されてい
る。
【0012】このような反射型のカラー液晶表示装置に
おいても、印加された階調電圧に応じて液晶分子の配向
が変化し、この変化に伴って液晶セル1の有効なΔnd
が変化するので、液晶セル1を透過する光が液晶セル1
の複屈折によって液晶セル1の有効なΔndの変化に応
じた色に着色され、この着色効果が2枚の位相板21の
複屈折効果で強調されるので、赤、緑、青の色特性が向
上し、色数の多いマルチカラーが実現される。
【0013】なお、上述した各実施例では、位相板にポ
リカーボネートを用いたが、これに限らず、ポリビニル
アルコールを保護膜(三酢酸セルロース)で挾んだもの
を用いてもよい。このような位相板では、構造上ベンゼ
ン環をもたないのでΔnにほとんど波長依存性はみられ
ないが、ポリカーボネイトの位相板とは異なった効果が
ある。
【0014】また、位相板の配置構成は上記実施例の構
成に限らず、液晶セルの両側に合計で3枚以上配置して
もよく、また液晶セルの片側に複数枚の位相板を配置し
てもよい。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、Δndが1000〜2000nmの範囲の液晶分子
をツイスト配向させた複屈折効果型の液晶セルを挟んで
その配置された一対の偏光板間にN枚の位相板を配置
し、位相板のΔnLLが、係数rを0.70〜0.95
としたとき、Δnd×r×(1/N)を満足するように設
定したので、多階調の電圧印加時における液晶セルの複
屈折による着色効果をN枚の位相板の複屈折効果で強調
し、これにより赤、緑、青の色特性を改善することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例である透過型のカラー液
晶表示装置の断面図。
【図2】図1の液晶セルにおいて、ツイスト角が210
°の液晶セルのΔndと表示色との関係を示したCIE
色度図。
【図3】図1の液晶セルにおいて、8段階の階調電圧を
印加したときのツイスト角が210゜の液晶セルのΔn
dと表示色との関係を示したCIE色度図。
【図4】図1の液晶セルにおいて、Δndが1400n
mの液晶セルの8段階の階調電圧を印加したときの液晶
分子のツイスト角と表示色との関係を示したCIE色度
図。
【図5】この発明の第2実施例である反射型のカラー液
晶表示装置の断面図。
【符号の説明】
1 液晶セル 9 液晶材料 10 偏光子 11 検光子 12、21 位相板 20 偏光板 22 反射板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−141630(JP,A) 特開 平3−226713(JP,A) 特開 平3−132720(JP,A) 特開 平4−101119(JP,A) 特開 平3−105311(JP,A) 特開 平3−15022(JP,A) 特開 平3−163584(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1335 G02F 1/133 500 G02F 1/139

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液晶分子をツイスト配向させた複屈折効果
    型の液晶セルと、この液晶セルの外側に配置された一対
    の偏光板と、前記一対の偏光板間に配置された位相板と
    を備え、前記液晶セルの複屈折効果によって透過光を着
    色することによりカラー表示を行うカラー液晶表示装置
    であって、 前記液晶セルの屈折率異方性Δnとギャップdとの積Δ
    ndが1000〜2000nmの範囲で、前記位相板の
    配置枚数をN枚とすれば、この位相板の屈折率異方性Δ
    Lと厚さdLとの積ΔnLLがΔnd×r×(1/N)
    で、この場合の係数rが0.70〜0.95の範囲であ
    ることを特徴とするカラー液晶表示装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記一対の偏光板のう
    ち一方の偏光板の外側に反射板を配置したことを特徴と
    するカラー液晶表示装置。
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