JPH06347777A

JPH06347777A - カラー液晶表示装置

Info

Publication number: JPH06347777A
Application number: JP5134737A
Authority: JP
Inventors: Osamu Okumura; 治奥村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1993-06-04
Filing date: 1993-06-04
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JP3623242B2

Abstract

(57)【要約】【目的】コントラストが高く、色再現性の良いカラー
液晶表示装置を提供する。【構成】ＳＴＮ液晶セルに赤、緑、青の３色のカラー
フィルタを設け、青色フィルタに対応する液晶層の厚み
を、赤色フィルタに対応する液晶層の厚みより小さくす
る。これに色補償を目的とした位相差フィルムを貼付す
るが、その際位相差フィルムの複屈折率の波長依存性が
液晶のそれよりも小さくなるよう材質を選択する。以上
の構成は高速応答用の△ｎが大きい液晶を用いた際に、
特に効果が大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー液晶表示装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】単純マトリクス方式で大容量表示を可能
にしたスーパーツイステッドネマティック（ＳＴＮ）液
晶は、液晶の複屈折効果を利用しているために、表示が
黄色や青色に着色した。しかしながらその着色も、特公
平３−１８１６４号で提案された２層目の液晶セルによ
る補償方式（ＮＴＮ液晶）や、特公平３−５０２４９号
で提案された位相差フィルムによる補償方式（ＦＴＮ液
晶）によって解消され、白黒の表示が実現した。さら
に、これにカラーフィルタを組み合わせることによっ
て、カラー表示を行うことも可能になった。

【０００３】ところが、こうした位相差フィルムによる
着色補償も必ずしも完全なものではなく、黒表示が紺色
や茶色となってコントラストを低下させたり、白表示が
黄色や空色となって色再現性を悪くしたりした。特に高
速応答化を狙って高複屈折液晶を用いた場合にこのよう
な傾向が顕著であった。こうした課題を解決する手段と
して、従来から知られていた方法が２つある。

【０００４】１つは、液晶のν値に対して最適なν値を
有する位相差フィルムを用いる方法である。ここでν値
とは液晶あるいは位相差フィルムの△ｎの波長分散の度
合いを示す値であって、波長４５０ｎｍの光に対する△
ｎ値と、波長５９０ｎｍの光に対する△ｎ値を用いて次
式で定義する。

【０００５】 ν≡△ｎ（４５０ｎｍ）／△ｎ（５９０ｎｍ）特開平５−５３１０５号によれば位相差フィルムのν値
は液晶のν値よりも０．０１から０．０５小さい位が適
当である。一般的なＳＴＮ用液晶のν値は１．１２位で
あるから、位相差フィルムとしてはν＝１．０９のポリ
カーボネートを組み合わせる。高速応答用のＳＴＮ液晶
のν値は１．１６位になるため、ν＝１．１５のポリエ
ステルナフタレートと組み合わせればよい。この方法に
よれば、黒表示が暗くなって高いコントラストが得られ
るが、一方で白表示の着色が強くなり色再現性が悪くな
るという問題もあった。また液晶に合わせて幾種類もの
位相差フィルムが必要になるが、位相差フィルムとして
充分な均一性、透明性、耐候性を合わせ持ち、かつ既に
工業化されている材料は、ポリカーボネート、ポリビニ
ルアルコール等、数えるほどしかない現状では、最適な
フィルムを選択することができないという問題もある。

【０００６】もう１つの方法は、特開平４−３６２９１
９号等で提案されているマルチギャップ法である。これ
は赤、緑、青の各フィルタごとに対応する液晶層の厚み
をΔｎ×ｄ／λ（λは光の波長）が等しくなるように設
定して、色による光学特性の差を無くすというアイデア
である。しかしながらこの方法はツイステッドネマティ
ック（ＴＮ）液晶を対象にした技術であって、ＦＴＮ液
晶にそのまま適用することはできない。なぜならば、特
開平４−３６２９１９号はその実施例において、赤、
緑、青の各フィルタに対応する液晶層の厚みをそれぞれ
５．４μｍ、４．８μｍ、３．７μｍとしおり、ＦＴＮ
液晶セルにこのように大きな段差をつけると、ストライ
プトドメインやローツイストドメインといった配向不良
が生じてしまうからである。もう一つの問題は、ＦＴＮ
液晶はＴＮ液晶と異なり着色補償用の位相差フィルムを
備えているため、位相差フィルムのリターデーションも
対応するカラーフィルタの色に応じて変化させなければ
効果が得られず、技術的に困難な点である。

【０００７】一方、特開平１−５００１９号ではＮＴＮ
液晶にマルチギャップ法を適用する方法が提案されてい
る。しかしながらこれは、色によるしきい値電圧の差を
緩和することを主目的としており、その実施例にあるよ
うに、赤、緑、青の各フィルタに対応する液晶層の厚み
をそれぞれ５．９５μｍ、６．００μｍ、６．０５μｍ
と、色による液晶層の厚みの大小が本願発明、あるいは
特開平４−３６２９１９号と逆になっている。このため
色再現性の面では効果があるが、コントラストの改善は
できなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のＦＴＮ液晶を用いたカラー液晶表示装置には、コン
トラスト比や色再現性が充分でないという課題があっ
た。本発明はこのような課題を解決するもので、その目
的とするところは、カラーフィルタの色に応じて対応す
る液晶層の厚みを変化させ、位相差フィルムのν値を液
晶のそれよりも小さくすることによって、高画質のカラ
ー液晶表示装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のカラー液晶表示
装置は、対向する内面に電極を備えた一対の基板間にス
ーパーツイスト配向した液晶を挟持してなる液晶セル
と、少なくとも１枚の位相差フィルムと、これらを挟ん
で両側に配置した一対の偏光板とからなる液晶表示装置
において、前記液晶セルの基板上に複数色のカラーフィ
ルタを配設し、その色に応じて対応する液晶層の厚みを
変化させたことを特徴とする。

【００１０】また、前記カラーフィルタが、赤、緑、青
の３色からなり、青色フィルタに対応する液晶層の厚み
が、赤色フィルタに対応する液晶層の厚みよりも小さい
ことを特徴とする。

【００１１】また、前記緑色フィルタに対応する液晶層
の厚みを１００としたとき、赤色フィルタに対応する液
晶層の厚みが９９から１０５、青色フィルタに対応する
液晶層の厚みが９０から９８の範囲内にあることを特徴
とする。液晶層の厚みの差がこれよりも大きくなると、
ローツイストドメインやストライプトドメインといった
配向不良が発生しやすくなる。

【００１２】また、前記位相差フィルムの内の少なくと
も１枚の位相差フィルムの複屈折率△ｎの波長分散値ν
が、前記液晶の△ｎの波長分散値νよりも０．０５以上
小さいことを特徴とする。ν値の差がこれよりも小さい
とマルチギャップ化によるコントラスト、着色の改善効
果が小さくなる。

【００１３】また、前記液晶の△ｎが０．１６よりも大
きく、かつ前記位相差フィルムがポリカーボネートの一
軸延伸フィルムであることを特徴とする。このとき液晶
と位相差フィルムのν値のバランスがちょうど良い。

【００１４】また、前記液晶の△ｎが０．１６よりも小
さく、かつ前記位相差フィルムの内の少なくとも１枚が
ポリビニルアルコール、あるいはポリプロピレンの一軸
延伸フィルムであることを特徴とする。このとき液晶と
位相差フィルムのν値のバランスがちょうど良い。

【００１５】

【実施例】（実施例１）本発明の実施例１におけるカラー液晶表示
装置は、図１に模式的に示すように、上側偏光板１、上
側位相差フィルム２、液晶セルの上側基板３、下側基板
４、下側位相差フィルム５、下側偏光板６で構成され、
下側偏光板の下にはバックライトあるいは反射板が必要
に応じて配置される。液晶セルの上下基板の間には、透
明電極７、配向膜８、液晶９、ならびに赤、緑、青の３
色からなるモザイク状カラーフィルタ１０を設ける。図
１では簡単のため色の異なる３画素だけを図示したが、
実際には６４０×４８０×３画素を設けた。

【００１６】カラーフィルタは、着色レジストを塗布し
フォトエッチする工程を、３回繰り返して作成したが、
その際着色レジストの塗布厚を制御して、赤色フィルタ
の厚みを１．３μｍ、緑色フィルタの厚みを１．４μ
ｍ、青色フィルタの厚みを１．７μｍとした。このカラ
ーフィルタの上に保護層として例えばポリイミド系の透
明樹脂を設けても良いが、前記段差が失われない程度の
厚みにする。

【００１７】液晶はメルク社製の高速ＳＴＮ用液晶ＺＬ
Ｉ−４１５１−１００を用いた。△ｎ＝０．１８０４、
ν＝１．１６１である。緑色画素のセル厚ｄ_Gを５．０
μｍになるようセルを組み立てたため、必然的に赤色画
素のセル厚ｄ_Rが５．１μｍ、青色画素のセル厚ｄ_Bが
４．８μｍになった。また位相差フィルムにはポリカー
ボネートの一軸延伸フィルムを用いた。△ｎ×ｄ＝０．
４２μｍ、ν＝１．０９４である。

【００１８】図２は、実施例１におけるカラー液晶表示
装置の各軸の関係を示す図である。ここで上側偏光板の
偏光軸方向１１が上側位相差フィルムの延伸方向１２と
なす角度２１を右６０度、１２が液晶セルの上側基板の
ラビング方向１３となす角度２２を左１００度、１３と
液晶セルの下側基板のラビング方向１４により決まる液
晶のツイスト角２３を左２４０度、下側位相差フィルム
の延伸方向１５が１４となす角度２４を左８０度、下側
偏光板の偏光軸方向１６が１５となす角度２５を右３０
度とした。

【００１９】図３に、実施例１におけるカラー液晶表示
装置の分光特性を示す。３１が２．０５Ｖ印加時、３２
が２．１０Ｖ印加時、３３が２．１５Ｖ印加時、３４が
２．１９Ｖ印加時の特性である。表示コントラストは最
大１：２８で、オン時の着色も少なく色再現性に優れて
いた。またマルチギャップによる最大０．３μｍの段差
も、表示不良を引き起こさなかった。

【００２０】（比較例１）実施例１においてカラーフィ
ルタの厚みを均一にし、ｄ_R、ｄ_G、ｄ_Bをいずれも５．
０μｍにした以外は全て実施例１と同様にした。

【００２１】図４に、比較例１におけるカラー液晶表示
装置の分光特性を示す。実施例１に比べてオフ時のもれ
光が大きい。表示コントラストは最大１：１６で、オフ
時の表示が強い紺色に呈色した。

【００２２】（比較例２）実施例１においてカラーフィ
ルタの厚みを均一にし、ｄ_R、ｄ_G、ｄ_Bをいずれも５．
０μｍにするとともに、位相差フィルムとして、△ｎ×
ｄ＝０．４２μｍ、ν＝１．１５２のポリエステルナフ
タレートを用いた以外は全て実施例１と同様にした。

【００２３】図５に、比較例２におけるカラー液晶表示
装置の分光特性を示す。表示コントラストは最大１：３
１と実施例１よりも優れていたが、オン時の表示の呈色
が強く色再現性が劣っていた。

【００２４】（実施例２）本発明の実施例２におけるカ
ラー液晶表示装置は、図６に模式的に示すように、上側
偏光板１、上側位相差フィルム２、液晶セルの上側基板
３、下側基板４、下側位相差フィルム５、下側偏光板６
で構成され、下側偏光板の下にはバックライトあるいは
反射板が必要に応じて配置される。液晶セルの上下基板
の間には、透明電極７、配向膜８、液晶９、ならびに
赤、緑、青の３色からなるモザイク状カラーフィルタ１
０を設ける。

【００２５】カラーフィルタは、特開平２−１４９６９
７号に開示してあるようなミセル電解法を用いて作成し
たが、その際カラーフィルタ中にＩＴＯの微粒子を分散
して導電性を付与した。そのため透明電極の上にカラー
フィルタを形成しても顕著な電圧降下がなく、表示を損
なわなかった。またミセル・カラーフィルタ形成時に、
電解時間を色ごとに制御することによって、赤色フィル
タの厚みを０．５μｍ、緑色フィルタの厚みを０．７μ
ｍ、青色フィルタの厚みを１．１μｍとした。

【００２６】液晶はメルク社製の高速ＳＴＮ用液晶ＺＬ
Ｉ−２２９３を用いた。△ｎ＝０．１３２２、ν＝１．
１１９である。緑色画素のセル厚ｄ_Gを６．９μｍにな
るようセルを組み立てたため、必然的に赤色画素のセル
厚ｄ_Rが７．１μｍ、青色画素のセル厚ｄ_Bが６．５μｍ
になった。また位相差フィルムにはΔｎ×ｄ＝０．４２
μｍ、ν＝１．０１４のポリビニルアルコールの一軸延
伸フィルムを用いたが、ν＝１．０１９のポリプロピレ
ンの一軸延伸フィルムを用いてもほとんど同じ効果が得
られる。図２は、実施例２におけるカラー液晶表示装置
の各軸の関係を示す図であるが、実施例１と全く同じ軸
関係にある。

【００２７】図７に、実施例２におけるカラー液晶表示
装置の分光特性を示す。４１が１．９１Ｖ印加時、４２
が１．９６Ｖ印加時、４３が２．００Ｖ印加時、４４が
２．０４Ｖ印加時の特性である。表示コントラストは最
大１：１９で、オン時の色付きも少なかった。またハイ
プレチルト配向を行ったこともあって、マルチギャップ
による最大０．６μｍの段差が表示不良を引き起こすこ
とはなかった。

【００２８】（比較例３）実施例２においてカラーフィ
ルタの厚みを均一にし、ｄ_R、ｄ_G、ｄ_Bをいずれも６．
９μｍにした以外は全て実施例２と同様にした。

【００２９】図８に、比較例３におけるカラー液晶表示
装置の分光特性を示す。実施例２に比べてオフ時のもれ
光が大きい。表示コントラストは最大１：１４で、オフ
時の表示が強い青色に呈色した。

【００３０】（比較例４）実施例２においてカラーフィ
ルタの厚みを均一にし、ｄ_R、ｄ_G、ｄ_Bをいずれも６．
９μｍにするとともに、位相差フィルムとして、△ｎ×
ｄ＝０．４２μｍ、ν＝１．０９４のポリカーボネート
を用いた以外は全て実施例２と同様にした。

【００３１】図９に、比較例４におけるカラー液晶表示
装置の分光特性を示す。表示コントラストは最大１：２
０と実施例１よりも優れていたが、オン時の表示の呈色
が強く色再現性が劣っていた。

【００３２】以上の実施例においては、カラーフィルタ
の厚みが各色とも±０．０３μｍ程度の均一性を有して
いたが、さらに凹凸が大きなカラーフィルタであっても
その平均値をとり、対応する液晶層の厚みが上記範囲内
にあれば充分な効果がある。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、カラ
ーフィルタの色に応じて対応する液晶層の厚みを変化さ
せ、位相差フィルムのν値を液晶のそれよりも小さくす
ることによって、高画質のカラー液晶表示装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１および比較例１、２におけ
るカラー液晶表示装置の模式的な断面図である。

【図２】本発明の実施例および比較例におけるカラー
液晶表示装置の各軸の関係図である。

【図３】本発明の実施例１におけるカラー液晶表示装
置の分光特性を示す図である。

【図４】比較例１におけるカラー液晶表示装置の分光
特性を示す図である。

【図５】比較例２におけるカラー液晶表示装置の分光
特性を示す図である。

【図６】本発明の実施例２および比較例３、４におけ
るカラー液晶表示装置の模式的な断面図である。

【図７】本発明の実施例２におけるカラー液晶表示装
置の分光特性を示す図である。

【図８】比較例３におけるカラー液晶表示装置の分光
特性を示す図である。

【図９】比較例４におけるカラー液晶表示装置の分光
特性を示す図である。

【符号の説明】

１上側偏光板２上側位相差フィルム３液晶セルの上側基板４液晶セルの下側基板５下側位相差フィルム６下側偏光板７透明電極８配向膜９液晶１０カラーフィルタ１１上側偏光板１の偏光軸方向１２上側位相差フィルム２の延伸方向１３液晶セルの上側基板３のラビング方向１４液晶セルの下側基板４のラビング方向１５下側位相差フィルム５の延伸方向１６下側偏光板６の偏光軸方向２１１１が１２となす角度２２１２が１３となす角度２３液晶のツイスト角２４２５が２４となす角度２５２６が２５となす角度３１２．０５Ｖ印加時の分光特性３２２．１０Ｖ印加時の分光特性３３２．１５Ｖ印加時の分光特性３４２．１９Ｖ印加時の分光特性４１１．９１Ｖ印加時の分光特性４２１．９６Ｖ印加時の分光特性４３２．００Ｖ印加時の分光特性４４２．０４Ｖ印加時の分光特性

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する内面に電極を備えた一対の基板
間にスーパーツイスト配向した液晶を挟持してなる液晶
セルと、少なくとも１枚の位相差フィルムと、これらを
挟んで両側に配置した一対の偏光板とからなる液晶表示
装置において、前記液晶セルの基板上に複数色のカラー
フィルタを配設し、その色に応じて対応する液晶層の厚
みを変化させたことを特徴とするカラー液晶表示装置。
【請求項２】前記カラーフィルタが、赤、緑、青の３
色からなり、青色フィルタに対応する液晶層の厚みが、
赤色フィルタに対応する液晶層の厚みよりも小さいこと
を特徴とする請求項１記載のカラー液晶表示装置。
【請求項３】前記緑色フィルタに対応する液晶層の厚
みを１００としたとき、赤色フィルタに対応する液晶層
の厚みが９９から１０５、青色フィルタに対応する液晶
層の厚みが９０から９８の範囲内にあることを特徴とす
る請求項２記載のカラー液晶表示装置。
【請求項４】前記位相差フィルムのうち少なくとも１
枚の位相差フィルムの複屈折率△ｎの波長分散値νが、
前記液晶の△ｎの波長分散値νよりも０．０５以上小さ
いことを特徴とする請求項１記載のカラー液晶表示装
置。
【請求項５】前記液晶の△ｎが０．１６よりも大き
く、かつ前記位相差フィルムがポリカーボネートの一軸
延伸フィルムであることを特徴とする請求項４記載のカ
ラー液晶表示装置。
【請求項６】前記液晶の△ｎが０．１６よりも小さ
く、かつ前記位相差フィルムの内の少なくとも１枚がポ
リビニルアルコール、あるいはポリプロピレンの一軸延
伸フィルムであることを特徴とする請求項４記載のカラ
ー液晶表示装置。