JPH0452625A - カラー液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶層の複屈折色を利用して多色カラー表示を
行うＥＣＢ型やＤＡＰ型などの液晶表示素子に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕液晶素
子（ＬＣＤ）を用いた一般のカラー表示素子では、画素
に赤、緑、青色のカラーフィルターを設け、各色のオン
−オフによって色再現を行うため、各カラーフィルター
の光透過特性と、バックライトや液晶層の光学特性など
とのマツチングをとることにより、広範囲な色再現が可
能である。

ところが、このようなＬＣＤではカラーフィルターの染
色のための工程が３回も必要となり、しかもカラーフィ
ルターの光透過特性の設計も注意深く行わなければ、色
再現範囲は著しく狭くなる。また、このようなＬＣＤで
は、赤、緑、青色のカラーフィルターを透過した着色光
の加法混色によってカラー表示を行っているため、各画
素は赤、緑、青色のうちの一色しか発色できず、画素密
度は１／３となってしまう。

もうひとつの従来型のカラー表示方法として、ＥＣＢ型
、ＨＡＮ型やＤＡＰ型のように液晶層の複屈折色を利用
する方法が知られている。この方法では、液晶層に電界
を印加し、液晶分子の配向状態を変化させることによっ
て液晶層の複屈折の大きさをコントロールし、複屈折色
によって表示を行なっている。この方法では各画素にカ
ラーフィルターを設ける必要がなく、セル構成もセル作
製工程も著しく簡略化される。

しかしながら、複屈折色を利用してカラー表示を行う方
法を採用した従来のＬＣＤには、赤色表示を行おうとし
た場合４００〜４５０ｎｍ程度の色（青紫〜青）が混ざ
るので色純度の高い赤色を再現することが困難である、
複屈折色のみを利用しているため色再現範囲が狭い（電
子通信学会論文誌、Ｊ６６−Ｃ，１６９（’８３））、
時分割駆動時に黒色を表示することが困難である等の問
題があった。

本発明は、複屈折色を利用してカラー表示を行うタイプ
の液晶表示素子における上記のような問題に鑑みてなさ
れたもので、色純度の高い赤色を再現でき、色再現範囲
が広く、黒色表示が可能で、しかも画素密度が高い、表
示特性の優れたカラー液晶表示素子を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するため、本発明によれば、電極を有する一対の基板間
に挾持された液晶層と、これらを外側から挾むように配
置された一対の偏光子とから構成され、該電極に電圧を
印加することにより液晶層の複屈折の大きさを変化させ
、この複屈折の変化に伴う複屈折色を制御して多色表示
を行うカラー液晶表示素子において、カラーフィルター
を設けたことを特徴とする液晶表示素子が提供される。

また、本発明によれば、上記構成において青色表示を行
すない画素に赤色系または黄色系のカラーフィルターを
配したことを特徴とするカラー液晶表示素子が提供され
る。

さらに、本発明によれば、上記構成において赤色表示を
行わない画素にシアン系のカラーフィルターを配すると
ともに、青色表示を行わない画素に黄色系のカラーフィ
ルターを配したことを特徴とするカラー液晶表示素子が
提供される。

以下本発明のカラー液晶表示素子について詳述する。

複屈折色を用いてカラー表示を行い得る液晶表示素子の
モードとしては、正の誘電異方性を持った液晶分子を基
板に対して略水平に配向させた液晶セルを用いるＥＣＢ
型や、負の誘電異方性を持った液晶分子を基板に対して
略垂直に配向させた液晶セルを用いるＤＡＰ型、また上
下基板上で略水平配向ど略垂直配向を組み合わせたＨＡ
Ｎ型などがある。ところが、どのモードにおいても色再
現できる色の範囲は、特に赤色の色純度が悪いために狭
くなってしまうのが現状である６また、時分割駆動時に
、黒色を表示することが困難である。第１図に水平配向
させた液晶セルを、クロスニコルにした２枚の偏光板間
に、液晶分子の配向方向と。

偏光板の透過軸方向が４５°になるよう配置したときの
複屈折色を示した。軌線は、液晶層の厚さを変化させた
ときの色変化の様子を示しており、図中には液晶層の厚
さｄと液晶の屈折率異方性△ｎの積の値△ｎ−ｄ（ミク
ロン単位）で厚さを表示した。

図示のデータはＥＣＢ型ＬＣＩ）に対応しており、実際
のセルでは液晶層に電界を印加して液晶層の複屈折の大
きさを変化させて色表示を行うが、ここでは液晶層の厚
さの変化でこれを置きかえている。図中のＲ，Ｇ、Ｂは
ＮＴＳＣの三元色すなわちそれぞれ赤、緑、青を示す。

第１図のようなｘｙ色座標上では、青の色純度は高く、
緑と赤の両方の色純度がかなり低いように見える。しか
し、実際に目視観察をしてみると、緑の色純度は良く、
赤のみが低い色純度となる。これは、１７色座標系が実
際の色感を良く反映していないためであり、第２図のよ
うに１９６０　ＵＣ５色度図上に書きなおしてみると、
赤色以外は三元色に近い色となるのがわかる。色の軌線
は、液晶材料のΔｎの波長分散によって少し変化するが
、Ｈの方向に大きく近づくことはない（電子通信学会論
文誌、Ｊ６６−Ｃ１１６９（’８３））。これは、透過
スペクトルのへ〇−ｄ依存性を見ると、理解できる（第
３図参照）。△ｎ−ｄが０．４ミクロン程度では、スペ
ク１−ルがブロードすぎて赤色（約６２０ｎｍ以上）の
みの波長域を透過することはできず、逆に１．０ミクロ
ンぐらいになるとピークの間隔が狭くなりすぎるため、
青色域にも透過ピークがあられれる。

Δｎ−ｄが０．６ミクロン程度ではほぼ青色のみ（４０
０〜５００ｎｍ）、０．８ミクロン程度ではほぼ緑色の
み（５００−６００ｎｍ）を透過しているのに比較すれ
ば、複屈折色のみで色純度の高い赤色を再現するのが不
可能であることがこれから理解できる。

そこで、本発明では、複屈折色を利用してカラー表示を
行うタイプのＬＣＤにカラーフィルターを設けることに
より、上述の不都合を解消している。

具体的には、例えば、青色表示を行わない画素に赤色系
または黄色系のカラーフィルターを用いる。

赤色系のカラーフィルターを用いると５００〜６００ｎ
ｍより短波長側の可視光がカットされ、複屈折色のみで
赤色表示を行おうとした場合に混ざる４００〜４５０ｎ
ｒｍ程度の色（青紫〜青）を取除くことができ１色線度
の高い赤色が得られ、色再現範囲を広くすることが可能
となる。またこの場合、カラーフィルターの作製工程が
一回で済み、従来のカラーフィルターを用いたカラー表
示方式では最低でも三回の工程を必要とするのに比較し
、工程を著しく簡便化できる。黄色系フィルターを用い
ると約４９０ｎｍより短波長側の可視光がカットされ、
赤色系フィルターを用いた場合と同様の効果が得られる
ほか、次のような利点がある。すなわち、黄色系のカラ
ーフィルターを付けた画素では約５０ｏｎｌＫより長波
長の光を透過することができるので、第３図の場合を例
に説明すると、液晶層のりタープ−ジョン値が０．７〜
（１，８ミクロンに対応するときは緑色、約０．９ミク
ロンに対応するときは黄色、約１−１．２ミクロンに対
応するときは赤色、約０．６ミクロンに対応するときは
黒となる。このように黄色系のカラーフィルターを付け
た画素のみで、黒、緑、黄、赤の表示が可能となる。

第４図に上記の如きカラーフィルターの透過スペクトル
の例を示す。第４図のａの例では４００〜４５０ｎｍの
波長域に少し透過があるが、あまり大きな特性の低下に
はつながっていない。このようなカラーフィルターの構
成材料は多数あり、青色域に全くぬけのない材料も容易
に採用し得る。第４図のａに示した特性を持つカラーフ
ィルターを用いたときの色度を第２図に矢印の点で記入
した。同図から上記のようなカラーフィルターを用いる
ことでＮＴＳＣの赤色点Ｈに非常に近い色まで再現可能
となることがわかる。

また、本発明では、赤色表示を行わない画素にシアン系
のカラーフィルターを用い、青色表示を行わない画素に
黄色系のカラーフィルターを用いることができる。

このようにカラーフィルターを組合せた場合、黄色系の
カラーフィルターによって上記と同様の作用効果が得ら
れ、シアン系のカラーフィルターによって以下のような
作用効果が得られる。

第５図にシアン系のカラーフィルターの透過スペクトル
の一例を黄色系のカラーフィルターの透過スペクトル例
を併せて示す。シアン系のカラーフィルターを付けた画
素は、４００〜５７０ｍｍの光を透過するので、上記と
同様に第３図を用いて説明すると、液晶層のりタープ−
ジョン値が０．５５ミクロンで青、０．７ミクロンでシ
アン、０．８ミクロンで緑、０．４５ミクロンで黒とな
り、色の再現範囲をさらに広げることが可能となる。

〔実施例〕

以下に本発明の詳細な説明するが１本発明はこれら実施
例に限定されるものではない。

（実施例１） 透明電極をパターニングしたガラス基板上の透明電極側
の面に、スリーエム社製の垂直配向剤ＦＣ−８０５をス
ピナー塗布し、１３０℃のオーブンで１時間焼成した。

次に配向剤面をナイロンの不織布でラビングした。もう
−枚の基板上には赤の画素に対応する部分にのみ第４図
のａの特性を持った赤フィルターを印刷し、次いで上記
と同様の配向処理を施した。フィルター付きの基板とフ
ィルター無しの基板をラビング方向が反平行となるよう
にはりあわせ、セルとした。セル厚は、平均径が１０．
０ミクロンのガラスファイバーを基板上に散布すること
によってコントロールした。このセルに、メルり社製の
ネマティック液晶で誘電異方性が負であるＺＬＩ−３６
４０を封入した。

液晶を封入したセルを偏光顕微鏡により観察したところ
、液晶分子がほぼ垂直配向しており、ラビング方向に約
１°傾いていることが確認された。

このセルをクロスニコルにした２枚の偏光板の間に、透
過軸とセルのラビング方向が４５°となるように配置し
てＬＣＤとし、このＬＣＤの電極に電圧を印加して、セ
ルの色を観察した。その結果、電圧が充分低いときは全
画素は黒となっていたが、少しずつ電圧を印加するとす
べての画素がオンとなり、赤フィルターの付いた画素は
赤、その他は白となった。更に電圧を上げると、赤フィ
ルターの画素は赤のままで、その他の画素は次第に黄色
からピンクへと変化した。更に高い電圧を印加すると、
赤フィルターの画素は次第に暗くなり黒となり、その他
の画素は紫→青→緑と変化した。これらの変化の様子を
表−１に示す。

表−１ この実験で使った全電圧域を使えば、赤フィルター付き
画素は黒と赤、その他の画素は黒と第２図に表わされる
全色度範囲となる。従って、これらの混色によって得ら
れる色範囲はかなり広いものとなった。

（実施例２） 配向剤として日立化成社製の水平配向剤ＨＬ−１１００
を用いて実施例１と同様にセルを作製し、メルク社製の
液晶で正の誘電異方性を持ったＺＬＩ−２２９３を封入
し、ＥＣＢ型セルとした。セル厚は約８ミクロンとした
。このセルをクロスニコルにした２枚の偏光板の間にラ
ビング方向と透過軸方向が４５°となるようはさんで、
セルの動作を１！察した。その結果、この場合は、電圧
無印加時に、赤フィルターの画素は赤、その他の画素は
赤紫であった。そして電圧を印加していくと、赤フィル
ター付き画素の色は赤から黒へと変化し、その他の画素
はピンク→黄→緑となった。更に電圧を印加すると赤フ
ィルター付き画素は再び点灯して赤となったが、その他
の画素は青→赤紫→ピンク→黄→白と変化した。これら
の変化の様子を表−２に示す。

表−２ 更に充分に高い電圧を印加したところ、どの画素も次第
に暗くなった。色再現範囲は、実施例１と同等のかなり
広いものであった。

（実施例３） 実施例１，２において、赤フィルターのかわりに、第４
図のｂに示した特性を持つ黄色フィルターを用いてＬＣ
Ｄを作製したところ、黄色フィルターを設けた画素は赤
以外に橙−黄一黄緑一緑の範囲の色も表示できるように
なった。

（実施例４） 実施例１において赤フィルターを印刷しないこと以外は
同様にして液晶セルを作成し、実施例１と同様の液晶を
封入した。そして液晶を封入したセルを、クロスニコル
にした２枚の偏光板の間に、偏光板の透過軸と基板のラ
ビング方向が４５°になるように配置し、電極に電圧を
印加して複屈折色を発現させ、緑〜赤色となる電圧をさ
がした。次に、東芝裏色ガラスフィルターＶ−Ｙ５０（
透過スペクトルは第５図の黄色フィルターとほぼ同じ）
を重ねて、電圧を少し上下させたところ、黒→緑→黄→
赤の順に色が変化した。同様にシアン色のカラーフィル
ターを用いて実験を行なったところ、所望の効果を得ら
れることを確認した。そこでこれら二色のカラーフィル
ターと上記液晶セル及び偏光板を用いて本発明のカラー
液晶表示素子とした。

（実施例５） 日立化成社製の水平配向剤ＨＬ−１１００を用いて実施
例４と同様に液晶セルを作成し、メルク社製のネマティ
ック液晶で正の誘電異方性を持ったＺＬＩ−２２９３を
封入してＥＣＢ型ＬＣＤとし、これをクロスニコルの偏
光板にはさんで、電極に電圧を印加して複屈折色を発現
させ、黄色、シアン色の各フィルターを用いて実施例４
と同様に実験を行ない、実施例４と同様に本発明の効果
を確認した。そしてこれらの二色のカラーフィルター、
上記液晶セル及び偏光板を用いて本発明の液晶表示素子
とした。

〔発明の効果〕

本発明のカラー液晶表示素子によれば、液晶層のりター
プ−ジョン変化に伴う複屈折色とカラーフィルターを利
用したので以下のような効果が得られる。

■複屈折色のみを利用した従来のカラー液晶表示素子で
不可能であった色純度の高い赤色の再現、黒色の表示が
可能となり、色再現範囲の広い多色表示が行える。

■画像密度が向上する。

■カラーフィルターを用いた従来のカラー液晶表示素子
と比較した場合、カラーフィルターの作製工程を短縮で
き、セル構成が簡素化する。

【図面の簡単な説明】

第１図は水平配向させた液晶セルを、クロスニコルにし
た２枚の偏光板間に、液晶分子の配向方向と、偏光板の
透過軸方向が４５°になるように配置したときの複屈折
色を示す図、第２図は第１図のデータを１９６０ＵＣ５
色度図上に書きなおした図、第３図は透過スペクトルの
Δｎ−ｄｎ−性を示す図、第４図は本発明で用いられる
赤色系及び黄色系のカラーフィルターの透過スペクトル
の一例を示す図、第５図は本発明で用いられるシアン系
及び黄色系のカラーフィルターの透過スペクトルの一例
を示す図である。 特許出願人　株式会社　リ　　コ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極を有する一対の基板間に挾持された液晶層と
   、これらを外側から挾むように配置された一対の偏光子
   とから構成され、該電極に電圧を印加することにより液
   晶層の複屈折の大きさを変化させ、この複屈折の変化に
   伴う複屈折色を制御して多色表示を行うカラー液晶表示
   素子において、カラーフィルターを設けたことを特徴と
   するカラー液晶表示素子。
2. （２）青色表示を行わない画素に赤色系または黄色系の
   カラーフィルターを配したことを特徴とする請求項１記
   載のカラー液晶表示素子。
3. （３）赤色表示を行わない画素にシアン系のカラーフィ
   ルターを配するとともに、青色表示を行わない画素に黄
   色系のカラーフィルターを配したことを特徴とする請求
   項１記載のカラー液晶表示素子。