JPH10319390A - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高温および低温における色変化を小さくする。 【解決手段】液晶セル１、表側の偏光板２、裏側の偏光
板３、反射板４、位相差板５を備え、リタデーションを
利用したカラー液晶表示装置の位相差板５として温度が
高くなるとリタデーション値が小さくなる温度補償型位
相差板を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリタデーションを利
用したカラー液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、平面型ディスプレイとして液晶表
示装置が様々な分野で広範囲に使用されている。液晶表
示装置は薄型・軽量、低消費電力、カラー化も容易等の
理由により電卓、ウォッチ等から商品化されはじめ、最
近ではワープロやパソコン用のディスプレイとして大型
のものまで商品化されている。

【０００３】これら液晶表示装置においては近年カラー
化の傾向が著しく、カラー化の方式としてはカラーフィ
ルター（ＣＦ）を使用する方式が一般的である。この方
式ではＣＦを用いるため鮮やかなカラー画像を表現でき
るが、一方ＣＦ自体が吸収により色を実現しているた
め、反射型では暗くて使用できないのが問題であった。
このためカラー液晶表示装置の場合には、通常は液晶表
示パネルの裏側にバックライトを備えた透過型として使
用しているのが現状である。

【０００４】一方、液晶表示装置は駆動状態でもほとん
ど電流が流れず、低消費電力のため電卓や携帯電話等の
携帯機器に使用されている。しかし、カラーの表示では
前述した理由によりバックライトが必要であり、この場
合にはバックライトの消費電力が非常に大きく、長時間
のバッテリー駆動はできず、また、バッテリーの重量増
により携帯には不適になるという問題があった。

【０００５】この問題を解決する手段として液晶および
位相差板のリタデーションを利用したカラー液晶表示装
置が提案されている（特開平８−２９２４３４号公報等
を参照）。この方式では液晶表示装置に印加する電圧を
コントロールすることによりリタデーション値を変化さ
せ、これによりカラー表示を実現している。このためＣ
Ｆが不要であり、安価でかつ明るいカラー表示が可能で
あるため、バックライトのいらない低消費電力タイプの
カラー液晶表示装置が可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この方式では、液晶お
よび位相差板のリタデーションを利用してカラー化を実
現しており、これらのリタデーション値のバランスが非
常に重要となる。一般に液晶のリタデーション値は温度
とともに変化し、温度が高くなると小さくなる。一方、
位相差板のリタデーション値は実用的な温度範囲では不
変である。このため、室温付近ではきれいな色相を呈し
ても、低温または高温では液晶と位相差板のリタデーシ
ョンのマッチングが悪くなり、鮮やかな色が実現できな
い問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたものであり、透明電極と配向膜とをそ
れぞれ有しほぼ平行に配置された２つの基板間に旋光性
物質を含有し誘電異方性が正のネマチック液晶が挟持さ
れ、各基板の配向膜によって形成される液晶分子の配向
方向による液晶のねじれ角が１６０〜３００°とされ、
液晶層の屈折率異方性（Δｎ₁ ）と液晶層の厚み（ｄ
₁ ）との積（Δｎ₁ ・ｄ₁ ）が２５℃において１. ２〜
２. ５μｍとされ、液晶層の外側に少なくとも１枚の偏
光板および少なくとも１枚の位相差板が備えられ、透明
電極間に駆動電圧を印加する駆動回路が備えられたカラ
ー液晶表示装置において、前記位相差板としてそのリタ
デーション値が温度の上昇とともに小さくなる温度補償
型の位相差板を使用したことを特徴とするカラー液晶表
示装置を提供するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のカラー液晶表示装置にお
いては、位相差板としてそのリタデーション値が温度の
上昇とともに小さくなる温度補償型の位相差板を使用す
ることが重要である。

【０００９】以下、図面を参照しながら本発明を説明す
る。図１は反射型の場合を例に、本発明のカラー液晶表
示装置の構成を模式的に示したものである。図１におい
て、１は液晶セル、２は表側の偏光板、３は裏側の偏光
板、４は反射板、５は温度によりリタデーション値が変
化する位相差板である。

【００１０】従来ポリカーボネート（ＰＣ）のような高
分子材料からなる位相差板を用いる以外は図１と同様の
構成を有するカラー液晶表示装置が知られている。しか
しこのような装置においては、図２に示すように、ＰＣ
はそのリタデーション値が実用的な温度範囲では一定で
あり、一方液晶セルのリタデーション値Δｎ₁ ・ｄ_１は
温度とともに変化し、温度が高くなると小さくなるの
で、高温または低温では液晶層と位相差板とのマッチン
グが悪くなり、特に高温では室温と比べて色の鮮やかさ
が劣ってくる。

【００１１】一方、本発明ではリタデーション値が液晶
と同じように温度の上昇とともに小さくなる位相差板を
使用しているため、各温度における液晶のリタデーショ
ン値との差が小さくなり、液晶とのマッチングがよくな
る。特にポジ型の場合には背景の白色が、ネガ型の場合
には背景の黒色が温度により変化せず、効果がある。こ
のように背景の白色や黒色が温度により変化しないと、
各電圧における色相も安定し総合的に鮮やかなカラー表
示が可能となる。

【００１２】本発明における位相差板としては温度とと
もにリタデーション値が変化するものであれば種々の材
質のものが採用でき、工業的には固体でありながら液晶
の性質をもつ高分子液晶が最も簡便であり、高分子液晶
のみでは製膜が困難な場合には他の高分子材料との混合
系も可能である。また、光学特性として１軸性である必
要はなく、２軸性やコレステリック液晶のように螺旋を
描いた３次元的な位相差板でもよい。ここで、位相差板
のリタデーション値の温度変化が液晶セルのそれと完全
に一致している必要はなく、各色のバランスを考慮して
適宜選定される。

【００１３】具体的には、２５℃におけるリタデーショ
ン値に対する７０℃におけるリタデーション値の比率が
好ましくは０．７０以上０．９９以下、より好ましくは
０．８０以上０．９８以下、である位相差板を使用する
ことにより、温度変化に基づく色変化の小さいカラー表
示が可能となる。

【００１４】本発明において両電極間での液晶分子のね
じれ角を１６０〜３００°とすればよい。これは、１６
０°未満では急峻な透過率変化が必要とされる高デュー
ティ比での時分割駆動をした際の液晶の状態変化が少な
く、３００°超ではヒステリシスや光を散乱するドメイ
ンを生じやすいためである。

【００１５】また、液晶層の液晶の屈折率異方性（Δｎ
_１ ）とその液晶層の厚み（ｄ₁ ）との積Δｎ₁ ・ｄ₁
が１．２〜２．５μｍとされる。これは、１．２μｍ未
満では、電圧を印加したときの液晶の状態変化が小さい
こと、２．５μｍ超では、無彩色を表示することが難し
くなるし、視角や応答が悪くなるからである。特に、無
彩色の発色を可能とし、電圧に対する色変化を大きくす
るために、液晶層のΔｎ₁ ・ｄ₁ は１．３〜１．８μｍ
とされることが好ましい。

【００１６】なお、このΔｎ₁ ・ｄ₁ の範囲は、その液
晶表示装置の使用温度範囲内で満足されるようにされる
ことが好ましく、使用温度範囲内で美しい表示が得られ
る。もっとも室外使用を目的とした性能要求のために、
使用温度範囲内の一部でのみ、この関係を満足するよう
にされることもある。この場合には、Δｎ₁ ・ｄ₁ の範
囲が上記範囲から外れる温度範囲では、表示の色が所望
のものから外れたり、視野角特性が低下したりすること
になる。

【００１７】次に本発明のカラー液晶表示装置の全体構
成について説明する。所望のパターンにパターニングを
したＩＴＯ（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ ）、ＳｎＯ₂ 等の透
明電極を設けたプラスチック、ガラス等の基板の表面に
ポリイミド、ポリアミド等の膜を設け、この表面をラビ
ングしたり、ＳｉＯ等を斜め蒸着したりして配向制御膜
を形成した透明電極付きの基板の間に、前記した誘電率
異方性が正のネマチック液晶による１６０〜３００°ツ
イストの液晶層を挟持するようにされる。

【００１８】この代表的な例としては、多数の行列状の
電極が形成されたドットマトリックス液晶表示素子があ
り、例えば、一方の基板に６４０本のストライプ状の電
極が形成され、他方の基板にこれに直交するように４０
０本のストライプ状の電極が形成され、６４０×４００
ドットのような表示がなされる。通常、ドットを形成す
るひとつの画素の寸法は２７０μｍ×２７０μｍ程度で
あり、画素間の間隙は３０μｍ程度である。

【００１９】マルチプレックス駆動を行うとき、画素に
印加される最小実効電圧はＶ_OFF である。このＶ_OFF 電
圧が印加されたときに白表示ができるように設計するこ
とが好ましい。これを実現するには、液晶が少し立ち上
がった状態を、位相差板で補償するように設計すればよ
い。こうすることによりマルチプレックス駆動したとき
に明るい白が得られるようになる。

【００２０】本発明のカラー液晶表示装置は、低消費電
力で明るい表示が可能であり、携帯に適したものとな
り、特に反射型として使用するとその効果は非常に大き
いが、これに限定されるものではなく、後方にＥＬ、Ｃ
ＦＬなどのバックライトを設けた透過型や半透過型にも
適用できる。これらの場合でもＣＦを用いない安価なカ
ラー表示素子が実現できるため、応用範囲は広い。

【００２１】透過型で用いる場合、画素以外の背景部分
を印刷などによる遮光膜で覆うことが好ましく、これに
よって色コントラストを向上せしめうる。反射型として
使用する場合の反射膜の材質は限定されないが、銀反射
膜は反射率がアルミニウムよりも約２０％高く、光の利
用効率が改善されるので好ましく採用できる。この場
合、銀とアルミニウムでは反射の際の波長依存性が異な
り、一般に銀の反射は青色の波長域の反射率が低く、反
射光が黄色味を帯びるが、色度図上で液晶セルの表示が
全体的に青色側に寄った仕様にすることで総合の表示特
性が改善され、明るく色純度のよい表示が得られる。

【００２２】本発明の液晶表示装置はパソコン、ワープ
ロ、魚群探知機、車載用のインスツルメンツパネル、情
報端末機、産業用の情報表示機器［例えば、コピー機の
操作パネルにおける動作状態表示（赤をコピー中、枚数
を緑表示、線を青表示、背景を白表示とする）または、
動力機器の運転表示（背景色を白、運転状態を緑、危険
表示を赤とする）など］、各種の民生用のドットマトリ
ックス表示装置［オーディオ機器、時計、ゲーム機器、
アミューズメント、通信機器、カーナビゲーション、カ
メラ、ＴＶ電話、電卓の表示］などの表示機能を担う機
能要素として使用できる。

【００２３】特に、本発明のカラー液晶表示装置は低消
費電力で使用できることから、なかでも携帯用の電子機
器、例えば、携帯電話、電子手帳、電子ブック、電子辞
書、ＰＤＡ（携帯情報端末）、ページャー（ポケットベ
ル）などに用いた場合に、その高い視認性、表現力と合
わせて高い機能性を発揮する。

【００２４】さらに、本発明はその効果を損じない範囲
で種々の応用ができる。例えば、反射型の場合には、図
１において裏側の偏光板３が不要な方式も可能であり、
この場合さらに明るいカラー液晶表示装置が可能であ
る。また、本発明における温度補償型の位相差板は１枚
である必要はなく、液晶セルの片方または両側に複数枚
積層してもよいし、必要であればその光軸を互いにずら
してもよい。

【００２５】

【実施例】

［実施例１〜３および比較例１］図１の構成において、
液晶のねじれ角が２４０°、２５℃におけるΔｎ₁ ・ｄ
₁ が１. ２７μｍの液晶セルを用いた。使用した液晶の
転移温度は９９．２℃である。一方、温度補償型の位相
差板として、高分子液晶の薄膜を液晶パネル上に形成
し、その室温でのリタデーション値をほぼ１. ３９μｍ
とした。

【００２６】この高分子液晶の位相差板は高分子液晶の
材料を変えることにより、そのリタデーション値の温度
依存性の異なる３種類（実施例１〜３）を作成し、また
比較例１としてポリカーボネートからなるものも作成し
た。これら各位相差板のリタデーション値の温度依存性
を表１にまとめて示す。なお、表中Ｒ_70/25 は２５℃に
おけるリタデーション値に対する７０℃におけるリタデ
ーション値の比率を示す。

【００２７】これら４種類の位相差板を用いて図１のよ
うな反射型のカラー液晶表示装置を作成し、２５℃およ
び５０℃における色変化を１／６４デューティの駆動条
件で測定した。（ｘ，ｙ）色度図上に整理した結果を図
３に示す。同図において、２５℃のデータはいずれの場
合にもほぼ同じ点に集中したので、煩雑さを避けるため
に実施例１のデータで代表させた。

【００２８】図３から明らかなように、２５℃ではいず
れの場合も白色および赤橙、青、緑の各色において十分
な色差が得られていたのに対し、５０℃では比較例１の
ようにリタデーション値に温度依存性のない位相差板を
使用した場合には各色の色差が減少する。特に背景色と
なる白色の変化が顕著であり、比較例１では白と赤橙の
色差が小さく色の識別が困難になっている。

【００２９】一方、温度補償型の位相差板を使用した実
施例１〜３の場合には、５０℃になっても背景の白の色
相変化が少ないため、各色間で十分な色差が得られる。
ただし、実施例１より大きな温度依存性をもった位相差
板では青と緑の色差が小さくなるため、温度依存性には
最適値があり、実施例１〜３の範囲では実施例２におい
て最も大きな効果が得られた。ただし、この最適値は使
用する液晶の物性値や表示モードあるいは駆動条件によ
って変化するため、それぞれに応じて最適値を決定する
ことが望ましい。

【００３０】

【表１】

【００３１】［実施例４〜６および比較例２］図１の構
成において、液晶のねじれ角が２４０°、２５℃におけ
るΔｎ₁ ・ｄ₁ が１. ３６μｍの液晶セルを用いた。使
用した液晶の転移温度は９４．１℃である。一方温度補
償型の位相差板として、高分子液晶の薄膜を液晶パネル
上に形成し、その室温でのリタデーション値をほぼ１.
４７μｍとした。

【００３２】この高分子液晶の位相差板は前述した例と
同様に高分子液晶の材料を変えることにより、表２のよ
うにそのリタデーション値の温度依存性が異なる３種類
（実施例４〜６）を作成し、また比較例２としてポリカ
ーボネートからなるものも作成した。

【００３３】これら４種類の位相差板を用いて図１のよ
うな反射型のカラー液晶表示装置を作成し、２５℃およ
び５０℃における色変化を１／２４０デューティの駆動
条件で測定した。（ｘ，ｙ）色度図上に整理した結果を
図４に示す。この場合も２５℃のデータはほぼ同じ点に
集中したので、実施例４のデータで代表させ煩雑さを避
けた。図３の場合と同様に温度補償型の位相差板を用い
ると、高温における色相変化が小さくなり、特に背景色
の変化が小さくなる特徴があった。

【００３４】

【表２】

【００３５】［実施例７］実施例２の条件のパネルにお
いて、裏側の偏光板３を９０°回転させかつ反射板を取
り除き代わりに白色のバックライトを設置したネガ型の
反射カラー表示装置を作成した。この場合背景は黒にな
り黒背景に赤橙、青、緑のカラー表示が可能であるが、
この場合にも従来のＰＣを用いた素子に比べて、５０℃
において黒の色相変化が小さい表示が可能であった。

【００３６】

【発明の効果】本発明のカラー液晶表示装置では、温度
補償型の位相差板を用いることにより、高温または低温
での色相変化を抑えることが可能となり、特にポジ型の
パネルでは背景の白色を、ネガ型のパネルでは背景の黒
色の色変化を最小限に抑えることができ、表示品位の良
いカラー表示が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラー液晶表示装置の構成を示す模式
的断面図。

【図２】液晶セルおよび位相差板のリタデーション値の
温度変化を示すグラフ。

【図３】実施例１〜３および比較例１の（ｘ，ｙ）色度
図。

【図４】実施例４〜６および比較例２の（ｘ，ｙ）色度
図。

【符号の説明】

１：液晶セル ２：表側の偏光板 ３：裏側の偏光板 ４：反射板 ５：位相差板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾関 正雄 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透明電極と配向膜とをそれぞれ有しほぼ平
   行に配置された２つの基板間に旋光性物質を含有し誘電
   異方性が正のネマチック液晶が挟持され、各基板の配向
   膜によって形成される液晶分子の配向方向による液晶の
   ねじれ角が１６０〜３００°とされ、液晶層の屈折率異
   方性（Δｎ₁ ）と液晶層の厚み（ｄ₁ ）との積（Δｎ₁
   ・ｄ₁ ）が２５℃において１. ２〜２. ５μｍとされ、
   液晶層の外側に少なくとも１枚の偏光板および少なくと
   も１枚の位相差板が備えられ、透明電極間に駆動電圧を
   印加する駆動回路が備えられたカラー液晶表示装置にお
   いて、前記位相差板としてそのリタデーション値が温度
   の上昇とともに小さくなる温度補償型の位相差板を使用
   したことを特徴とするカラー液晶表示装置。
2. 【請求項２】位相差板の２５℃におけるリタデーション
   値に対する７０℃におけるリタデーション値の比率が
   ０．７０以上０．９９以下である請求項１記載のカラー
   液晶表示装置。
3. 【請求項３】液晶層の外側に１対の偏光板が配置された
   請求項１または２記載のカラー液晶表示装置。