JPH1096887A - カラー液晶表示素子 - Google Patents

カラー液晶表示素子

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JPH1096887A
JPH1096887A JP8252595A JP25259596A JPH1096887A JP H1096887 A JPH1096887 A JP H1096887A JP 8252595 A JP8252595 A JP 8252595A JP 25259596 A JP25259596 A JP 25259596A JP H1096887 A JPH1096887 A JP H1096887A
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浩明 水野
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晋吾 藤田
Tetsu Ogawa
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラー表示、または白黒表示の品質を向上さ
せる。 【解決手段】 内側に透明電極１４、１５が形成された
一対の透明基板１２、１３間に液晶層１６を封入した液
晶セルの一方に、高分子フィルム１８を配置し、上記液
晶セルと高分子フィルム１８を挟んで両側に、一対の偏
光フィルム１０、１１を配置し、上記液晶層のツイスト
角度を所定角度とし、液晶の複屈折Δｎ LCと液晶層厚ｄ
LCの積ΔｎLC・ｄLCを所定の値とし、高分子フィルム１
８のレターデーションの総和ＲFilmを用いて定義される
複屈折差Δ(Ｒ)＝ＲFilm−ΔｎLC・ｄLCを０．０μｍ〜
０．１μｍとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カラー液晶表示素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の着色した表示が得られるカラー液
晶表示素子は、カラーフィルタを備えた液晶セルとこの
液晶セルを挟んで配置された一対の偏光フィルムからな
っている。カラーフィルタは上記液晶セルの一方の基板
に設けられており、基板上にカラーフィルターさらにそ
の上に透明電極が形成される。この液晶セルに電圧を印
加することで、液晶分子の配向状態を変化させることで
各カラーフィルタごとの光の透過率を変化させカラー表
示を行っている。
【０００３】また、カラーフィルタを用いずに液晶セル
のツイスト配向したネマティック液晶層の複屈折と偏光
フィルムによって着色表示を行うカラー液晶表示装置
（特開平６−３０８４８１号公報）や、液晶層と位相差
フィルムの複屈折も利用するカラー液晶表示装置（特開
平６−１７５１２５号公報、特開平６−３０１００６号
公報）が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】カラーフィルタを用い
たカラー液晶表示パネルは、カラーフィルタによる特定
波長の光の吸収により着色光を得るものであるため、原
理的に光の透過率やが低くなり、そのために表示が暗く
なってしまう。
【０００５】また、液晶層の複屈折と偏光フィルムによ
って着色表示を行うカラー液晶表示装置（特開平６−３
０８４８１号公報）では、白に色づきが生じ、また、無
彩色の黒表示が難しく、表示できる色数が少なく色純度
も低い。
【０００６】また、液晶層と位相差フィルムの複屈折を
用いたカラー液晶表示装置（特開平６−１７５１２５号
公報、特開平６−３０１００６号公報）では、無彩色に
近い白黒表示が難しい。
【０００７】このカラー液晶表示素子では、白表示が明
るく、高いコントラストのとれる無彩色の白黒表示が可
能で、きれいな赤表示ができることが要求されている。
【０００８】本発明は、カラーフィルタを用いることな
くカラー表示ができて、明るい白、無彩色で高コントラ
スト表示できる白黒、および、きれいな赤表示を実現で
きるカラー液晶表示素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を課題を解決す
るために本発明のカラー液晶表示素子は、内側に透明電
極が形成された一対の透明基板間にネマティック液晶を
封入した液晶セルの一方に１枚の高分子フィルムを配置
し、上記液晶セルと高分子フィルムを挟んで両側に一対
の偏光フィルムを配置し、上記ネマティック液晶のツイ
スト角度を２２０°〜２６０°、より望ましくは２４０
°〜２６０°とし、上記ネマティック液晶の複屈折Δｎ
LCと液晶層厚ｄLCとの積ΔｎLC・ｄLCを、１．２〜２．
２μｍ、より望ましくは１．５μｍ〜２．２μｍとし、
上記１枚の高分子フィルムの面内の異常屈折率をｎx常
屈折率をｎyフィルム厚をｄFilmとしたときのフィルム
のレターデーションＲFilm＝(ｎx−ｎy)・ｄFilmを用い
て定義される複屈折差Δ(Ｒ)＝ＲFilm−ΔｎLC・ｄLCを
０．０μｍ〜０．１μｍとするものである。
【００１０】そして、高分子フィルムを配置した側を上
と考えて上から見て、液晶のツイスト方向を正として水
平方向を基準として角度を測定し、下側偏光フィルムの
吸収軸方向をφP1、下側透明基板上の液晶分子の方向を
φLC1、上側透明基板上の液晶分子の方向をφLC2、高分
子フィルムの遅相軸の方向すなわち異常屈折率の方向を
φF、上側偏光フィルムの吸収軸方向をφP2としたとき
に、φLC1−φP1が±４５°±１０°を満たし、φF−φ
LC2が９０°±１０°を満たし、φP2−φFが±４５°±
１０°を満たすようにするものである。
【００１１】また、内側に透明電極が形成された一対の
透明基板間にネマティック液晶を封入した液晶セルの一
方に２枚の高分子フィルムを配置し、上記液晶セルと高
分子フィルムを挟んで両側に一対の偏光フィルムを配置
し、上記ネマティック液晶のツイスト角度を２２０°〜
２６０°、より望ましくは２４０°〜２６０°とし、上
記ネマティック液晶の複屈折ΔｎLCと液晶層厚ｄLCとの
積ΔｎLC・ｄLCを１．２〜２．２μｍ、より望ましくは
１．５μｍ〜２．２μｍとし、上記２枚の高分子フィル
ムを液晶セルに近い側から１、２と番号付けたときの各
フィルムの面内の異常屈折率をｎx(i)（i=1,2）、常屈
折率をｎy(i)(i=1,2)、フィルム厚をｄFi lm(i)(i=1,2)
としたときのフィルムのレターデーションＲFilm(i)＝
（ｎx(i)−ｎy(i)）・ｄFilm(i)(i=1,2)を用いて定義さ
れる複屈折差Δ(Ｒ)＝(ＲFilm(1)＋ＲFilm(2))−ΔｎLC
・ｄLCを、０．０μｍ〜０．１μｍ、あるいは、−０．
１μｍ〜−０．２μｍとするものである。
【００１２】そして、２枚の高分子フィルムを配置した
側を上と考えて上から見て、液晶のツイスト方向を正と
して水平方向を基準として角度を測定し、下側偏光フィ
ルムの吸収軸方向をφP1、下側透明基板上の液晶分子の
方向をφLC1、上側透明基板上の液晶分子の方向を
φLC2、液晶セル側の高分子フィルムの遅相軸の方向す
なわち異常屈折率の方向をφF1、上側偏光フィルム側の
高分子フィルムの遅相軸の方向すなわち異常屈折率の方
向をφF2、上側偏光フィルムの吸収軸方向をφP2とした
ときに、φLC1−φP1が±４５°±１０°を満たし、φ
F1−φLC2が９０°±１０°を満たし、φF2−φF1が０
°±２５°を満たし、φP2−φF2が±４５°±１０°を
満たすようにするものである。
【００１３】また、内側に透明電極が形成された一対の
透明基板間にネマティック液晶を封入した液晶セルの一
方に２枚の高分子フィルムを配置し、上記液晶セルと高
分子フィルムを挟んで両側に一対の偏光フィルムを配置
し、上記ネマティック液晶のツイスト角度を２２０°〜
２６０°、より望ましくは２４０°〜２６０°とし、上
記ネマティック液晶の複屈折ΔｎLCと液晶層厚ｄLCの積
ΔｎLC・ｄLCを１．２〜２．２μｍ、より望ましくは
１．５μｍ〜２．２μｍとし、上記２枚の高分子フィル
ムを液晶セルに近い側から１、２と番号付けたときの各
フィルムの面内の異常屈折率をｎx(i)（i=1,2）、常屈
折率をｎy(i)(i=1,2)、フィルム厚をｄFilm(i)(i=1,2)
としたときのフィルムのレターデーションＲFilm(i)＝
（ｎx(i)−ｎy(i)）・ｄFilm(i)(i=1,2)を用いて定義さ
れる複屈折差Δ(Ｒ)＝(ＲFilm(1)＋ＲF ilm(2))−ΔｎLC
・ｄLCを、０．５μｍ〜１．０μｍとするものである。
【００１４】このとき特に、Δ(Ｒ)が０．５５μｍ〜
０．６５μｍを満たし、更には、特に、ΔｎLC・ｄLCが
１．８〜２．０μｍを満たし、ＲFilm(1)が１．７μｍ
±０．１μｍを満たし、ＲFilm(2)が０．７５μｍ±
０．１μｍを満たすようにするものである。
【００１５】そして、２枚の高分子フィルムを配置した
側を上と考えて上から見て、液晶のツイスト方向を正と
して水平方向を基準として角度を測定し、下側偏光フィ
ルムの吸収軸方向をφP1、下側透明基板上の液晶分子の
方向をφLC1、上側透明基板上の液晶分子の方向を
φLC2、液晶セル側の高分子フィルムの遅相軸の方向す
なわち異常屈折率の方向をφF1、上側偏光フィルム側の
高分子フィルムの遅相軸の方向すなわち異常屈折率の方
向をφF2、上側偏光フィルムの吸収軸方向をφP2とした
ときに、φLC1−φP1が±４５°±１０°を満たし、φ
F1−φLC2が９０°±１０°を満たし、φF2−φF1が±
４５°±２５°を満たすようにするものである。
【００１６】以上の手段においては、上記高分子フィル
ムとして、ポリカーボネート、ポリアリレートまたはポ
リスルフォンを用いることができ、更には、上記高分子
フィルムの面に垂直な方向の屈折率をｎzを用いて定義
されるＺ係数ＱZ＝(ｎx−ｎz)/(ｎx−ｎy)が０．１〜
０．８を満たすような高分子フィルムを用いることが望
ましい。
【００１７】また、以上の構成においては、いずれか一
方の偏光フィルムの外側に反射板を設けて反射型タイプ
として用いることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。
【００１９】（実施の形態１）図１は第１の実施の形態
のカラー液晶表示素子の断面図である。１０、１１は偏
光フィルム、１２、１３は透明基板、１４、１５は透明
電極、１６は液晶層、１７は反射板、１８は高分子フィ
ルムを示す。
【００２０】図２は第１の実施の形態のカラー液晶表示
素子の光学構成図である。２１は基準線、２２は下側偏
光フィルムの吸収軸方向、２３は上側偏光フィルムの吸
収軸方向、２４は下側透明基板上の液晶分子の配向方
向、２５は上側透明基板上の液晶分子の配向方向、２６
は高分子フィルムの遅相軸方向を示す。また、φP1は下
側偏光フィルムの吸収軸方向２２の、φP2は上側偏光フ
ィルムの吸収軸方向２３の、φLC1は下側透明基板上の
液晶分子の配向方向２４の、φLC2は上側透明基板上の
液晶分子の配向方向２５の、φFは高分子フィルムの遅
相軸方向２６の、それぞれ液晶のツイスト方向を正とし
て基準線２１から測った角度を示す。また、ΩLCは液晶
のツイスト方向とツイスト角を示す。
【００２１】インジウム・錫・オキサイドでできたスト
ライプ状の透明電極１４、１５を形成した透明基板１
２、１３上に、ポリイミドのＮ−メチル−２−ピロリジ
ノンの５ｗｔ％溶液を印刷し、２００℃で硬化したの
ち、所定のツイスト角を実現するようにレーヨン布を用
いて回転ラビング法による配向処理を行った。
【００２２】そして、透明基板１２上の周辺部には所定
の径のガラスファイバーを１．０ｗｔ％混入した熱硬化
性シール樹脂を印刷し、透明基板１３上には所定の径の
樹脂ビーズを１５０個／mmの割合で散布し、ストライプ
状の透明電極１４、１５がマトリクス状になるように透
明基板１２、１３を互いに貼り合わせ、１５０℃でシー
ル樹脂を硬化した後、ΔｎLC＝０．２５のトラン系ネマ
ティック液晶に所定のカイラル液晶を混ぜた液晶を真空
注入し、紫外線硬化性樹脂で封口した後、紫外線光によ
り硬化した。
【００２３】最後に、高分子フィルム１８としてポリカ
ーボネートを貼付し、さらに、偏光フィルム１０、１１
としてニュートラルグレーの偏光フィルム（日東電工
（株）製ＮＰＦ−Ｆ１０２５ＤＵ）を貼付し、反射板１
７として拡散タイプのアルミ反射板を貼付した。
【００２４】φP1＝１０°、φLC1＝−３５°、φLC2＝
３５°、ΩLC＝２５０°、φF＝１２５°、φP2＝８０
°とし、Δ(Ｒ)＝ＲFilm−ΔｎLC・ｄLCを０．０８５μ
ｍを満たすようにしながら、ΔｎLC・ｄLCを変化させて
反射モードで光学特性を測定すると、１．２μｍ〜２．
２μｍの範囲で良好な白黒表示と赤表示が実現できた。
これは、液晶層の複屈折変化を用いてカラー表示を変化
させるため、ある程度以上の液晶層の複屈折量によっ
て、白から黒、緑、赤といった色変化が色純度良くでき
ることによる。
【００２５】また、Δ(Ｒ)を０．０μｍ〜０．１μｍを
満たしていると、白表示と黒表示がともに無彩色であ
り、電圧を印加することで、白、黒、緑、赤と表示色が
変化することが確認できた。これは、Δ(Ｒ)を０．０μ
ｍ〜０．１μｍとし、φF−φL C2を９０°±１０°にす
ることで、電圧の低いところで液晶層と高分子フィルム
の複屈折を打ち消し合った無彩色の状態で白から黒へと
変化させることができることによる。
【００２６】また、φLC1−φP1とφP2−φFを±４５°
±１０°としているので、複屈折の利用を最大に近いと
ころで用いることができて、色純度と光利用率を高くす
ることができている。
【００２７】液晶のツイスト角は、単純マトリクスで駆
動することを考えたときの、可能な選択電極の本数であ
るデューティー比に影響があり、ツイスト角が大きいほ
どデューティー比が小さくでき、選択本数を増やすこと
ができて、画素数を増やすことができる。本発明の第１
の実施の形態では、色が電圧とともに白、黒、緑、赤と
変化していくが、ツイスト角を２２０°〜２６０°とす
ることで、デューティー比１／６４以下で駆動しても赤
表示まで可能であることを確認した。
【００２８】また、ΔｎLC・ｄLCを１．５μｍ〜２．０
μｍとしてツイスト角を２４０°〜２６０°としたとき
には、デューティー比１／２００以下で駆動できること
を確認した。
【００２９】ここで特に、ΔｎLC・ｄLC＝１．９μｍ、
ＲFilm＝１．９８５μｍ、φP1＝１０°、φLC1＝−３
５°、φLC2＝３５°、ΩLC＝２５０°、φF＝１２５
°、φP 2＝８０°としたときの光学特性を測定した結果
を示すことにする。
【００３０】このとき、Δ(Ｒ)＝ＲFilm−ΔｎLC・ｄLC
＝０．０８５μｍ、φF−φLC2＝９０°、φLC1−φP1
＝−４５°、φP2−φF＝−４５°であって上記で確認
した条件を満たしている。
【００３１】１／２４０デューティー比で白、黒、緑、
赤と変化する色が利用可能であった。色変化の推移を図
３に示す。また、各色表示での反射率とｘｙ色度座標
（ＣＩＥ１９３１）の値を（表１）に示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】これにより、反射型モードでコントラスト
５以上で白黒表示が無彩色、かつ、色純度の高い赤表示
が実現できていることがわかる。
【００３４】なお、同じ設定値で、ポリカーボネートの
高分子フィルム１８のＺ係数ＱZを０．１〜０．８で変
えながら光学特性の視角変化を測定したところ、いずれ
も、ＱZ＝１．０の通常タイプ（ｎy＝ｎz）のものに比
べて、コントラスト変化、反射率変化、色彩変化のいず
れも変化量が少なく良好となることを確認した。
【００３５】なお、以上の実施形態においては、高分子
フィルムとしてポリカーボネートを用いたが、ポリアリ
レートやポリスルフォンを用いても良い。
【００３６】また、以上の実施形態では、反射板１７と
してアルミの拡散反射板を用いた反射型としたが、反射
板としては銀反射板などを使用してもかまわない。ま
た、反射板１７の代わりにバックライトモジュールを備
えた透過型とすることもできる。
【００３７】（実施の形態２）図４は第２の実施の形態
のカラー液晶表示素子の断面図である。４０、４１は偏
光フィルム、４２、４３は透明基板、４４、４５は透明
電極、４６は液晶層、４７は反射板、４８、４９は高分
子フィルムを示す。
【００３８】図５は第２の実施の形態のカラー液晶表示
素子の光学構成図である。５１は基準線、５２は下側偏
光フィルムの吸収軸方向、５３は上側偏光フィルムの吸
収軸方向、５４は下側透明基板上の液晶分子の配向方
向、５５は上側透明基板上の液晶分子の配向方向、５６
は液晶セル側の高分子フィルム(１)の遅相軸方向、５７
は上側偏光フィルム側の高分子フィルム(２)の遅相軸方
向を示す。
【００３９】また、φP1は下側偏光フィルムの吸収軸方
向５２の、φP2は上側偏光フィルムの吸収軸方向５３
の、φLC1は下側透明基板上の液晶分子の配向方向５４
の、φL C2は上側透明基板上の液晶分子の配向方向５５
の、φF1は高分子フィルム(１)の遅相軸方向５６の、φ
F2は高分子フィルム(２)の遅相軸方向５７の、それぞれ
液晶のツイスト方向を正として基準線５１から測った角
度を示す。また、ΩLCは液晶のツイスト方向とツイスト
角を示す。
【００４０】インジウム・錫・オキサイドでできたスト
ライプ状の透明電極４４、４５を形成した透明基板４
２、４３上に、ポリイミドのＮ−メチル−２−ピロリジ
ノンの５ｗｔ％溶液を印刷し、２００℃で硬化したの
ち、所定のツイスト角を実現するようにレーヨン布を用
いて回転ラビング法による配向処理を行った。
【００４１】そして、透明基板４２上の周辺部には所定
の径のガラスファイバーを１．０ｗｔ％混入した熱硬化
性シール樹脂を印刷し、透明基板４３上には所定の径の
樹脂ビーズを１５０個／mmの割合で散布し、ストライプ
状の透明電極４４、４５がマトリクス状になるように透
明基板４２、４３を互いに貼り合わせ、１５０℃でシー
ル樹脂を硬化した後、ΔｎLC＝０．２５のトラン系ネマ
ティック液晶に所定のカイラル液晶を混ぜた液晶を真空
注入し、紫外線硬化性樹脂で封口した後、紫外線光によ
り硬化した。
【００４２】最後に、高分子フィルム４８、４９として
ポリカーボネートを貼付し、さらに、偏光フィルム４
０、４１としてニュートラルグレーの偏光フィルム（日
東電工（株）製ＮＰＦ−Ｆ１０２５ＤＵ）を貼付し、反
射板４７として拡散タイプのアルミ反射板を貼付した。
【００４３】φP1＝１０°、φLC1＝−３５°、φLC2＝
３５°、ΩLC＝２５０°、φF1＝１２４．５°、φF2＝
１３６°、φP2＝９３°とし、Δ(Ｒ)＝(ＲFilm(１)＋
ＲFil m(２))−ΔｎLC・ｄLCを０．０８６μｍを満たす
ようにしながら、ΔｎLC・ｄLCを変化させて反射モード
で光学特性を測定すると、１．２μｍ〜２．２μｍの範
囲で良好な白黒表示と赤表示が実現できた。これは、液
晶層の複屈折変化を用いてカラー表示を変化させるた
め、ある程度以上の液晶層の複屈折量によって、白から
黒、緑、赤といった色変化が色純度良くできることによ
る。
【００４４】また、Δ(Ｒ)を０．０μｍ〜０．１μｍを
満たしていると、白表示と黒表示がともに無彩色であ
り、電圧を印加することで、白、黒、緑、赤と表示色が
変化することが確認できた。これは、Δ(Ｒ)を０．０μ
ｍ〜０．１μｍとし、φF1−φ LC2を９０°±１０°、
φF2−φF1を０°±２５°にすることで、電圧の低いと
ころで液晶層と高分子フィルムの複屈折を打ち消し合っ
た無彩色の状態で白から黒へと変化させることができる
ことによる。
【００４５】また、φLC1−φP1とφP2−φF2を±４５
°±１０°としているので、複屈折の利用を最大に近い
ところで用いることができて、色純度と光利用率を高く
することができている。
【００４６】液晶のツイスト角は、単純マトリクスで駆
動することを考えたときの、可能な選択電極の本数であ
るデューティー比に影響があり、ツイスト角が大きいほ
どデューティー比が小さくでき、選択本数を増やすこと
ができて、画素数を増やすことができる。本実施の形態
では、色が電圧とともに白、黒、緑、赤と変化していく
が、ツイスト角を２２０°〜２６０°とすることで、デ
ューティー比１／６４以下で駆動しても赤表示まで可能
であることを確認した。
【００４７】また、ΔｎLC・ｄLCを１．５μｍ〜２．０
μｍとしてツイスト角を２４０°〜２６０°としたとき
には、デューティー比１／２００以下で駆動できること
を確認した。
【００４８】ここで特に、ΔｎLC・ｄLC＝１．６μｍ、
ＲFilm(１)＝０．３９２μｍ、ＲFi lm(２)＝１．２９４
μｍ、φP1＝１０°、φLC1＝−３５°、φLC2＝３５
°、Ω LC＝２５０°、φF1＝１２4．５°、φF1＝１３
６°、φP2＝９３°としたときの光学特性を測定した結
果を示すことにする。
【００４９】このとき、Δ(Ｒ)＝(ＲFilm(１)＋Ｒ
Film(２))−ΔｎLC・ｄLC＝０．０８６μｍ、φF1−φ
LC2＝８９．５°、φF2−φF1＝１１．５°、φLC1−φ
P1＝−４５°、φP2−φF2＝−４３°であって上記で確
認した条件を満たしている。
【００５０】１／２４０デューティー比で白、黒、緑、
赤と変化する色が利用可能であった。色変化の推移を図
６に示す。また、各色表示での反射率とｘｙ色度座標
（ＣＩＥ１９３１）の値を（表２）に示す。
【００５１】
【表２】
【００５２】これにより、反射型モードでコントラスト
５以上で白黒表示が無彩色、かつ、色純度の高い赤表示
が実現できていることがわかる。
【００５３】なお、同じ設定値で、ポリカーボネートの
高分子フィルム４８、４９のＺ係数ＱZを０．１〜０．
８で変えながら光学特性の視角変化を測定したところ、
いずれも、ＱZ＝１．０の通常タイプ（ｎy＝ｎz）のも
のに比べて、コントラスト変化、反射率変化、色彩変化
のいずれも変化量が少なく良好となることを確認した。
【００５４】なお、以上の実施形態においては、高分子
フィルムとしてポリカーボネートを用いたが、ポリアリ
レートやポリスルフォンを用いても良い。
【００５５】また、以上の実施形態では、反射板４７と
してアルミの拡散反射板を用いた反射型としたが、反射
板としては銀反射板などを使用してもかまわない。ま
た、反射板４７の代わりにバックライトモジュールを備
えた透過型とすることもできる。
【００５６】（実施の形態３）第３の実施の形態のカラ
ー液晶表示素子は、作製および構造は第２の実施形態と
共通であるので、第２の実施形態で用いた図４のカラー
液晶表示素子の断面図および図５のカラー液晶表示素子
の光学構成図を用いて説明する。
【００５７】φP1＝１０°、φLC1＝−３５°、φLC2＝
３５°、ΩLC＝２５０°、φF1＝１３３．５°、φF2＝
１２０．５°、φP2＝１７４°とし、Δ(Ｒ)＝(Ｒ
Film(１)＋ＲFilm(２))−ΔｎLC・ｄLCを−０．１５μ
ｍを満たすようにしながら、ΔｎL C・ｄLCを変化させて
反射モードで光学特性を測定すると、１．２μｍ〜２．
２μｍの範囲で良好な白黒表示と赤表示が実現できた。
これは、液晶層の複屈折変化を用いてカラー表示を変化
させるため、ある程度以上の液晶層の複屈折量によっ
て、白から黒、緑、赤といった色変化が色純度良くでき
ることによる。
【００５８】また、Δ(Ｒ)を−０．１μｍ〜−０．２μ
ｍを満たしていると、白表示と黒表示がともに無彩色で
あり、電圧を印加することで、白、黒、緑、赤と表示色
が変化することが確認できた。これは、Δ(Ｒ)を−０．
１μｍ〜−０．２μｍとし、φF1−φLC2を９０°±１
０°、φF2−φF1を０°±２５°にすることで、電圧の
低いところで液晶層と高分子フィルムの複屈折を打ち消
し合った無彩色の状態で白から黒へと変化させることが
できることによる。
【００５９】また、φLC1−φP1とφP2−φF2を±４５
°±１０°としているので、複屈折の利用を最大に近い
ところで用いることができて、色純度と光利用率を高く
することができている。
【００６０】液晶のツイスト角は、単純マトリクスで駆
動することを考えたときの、可能な選択電極の本数であ
るデューティー比に影響があり、ツイスト角が大きいほ
どデューティー比が小さくでき、選択本数を増やすこと
ができて、画素数を増やすことができる。本実施の形態
では、色が電圧とともに白、黒、緑、赤と変化していく
が、ツイスト角を２２０°〜２６０°とすることで、デ
ューティー比１／６４以下で駆動しても赤表示まで可能
であることを確認した。
【００６１】また、ΔｎLC・ｄLCを１．５μｍ〜２．０
μｍとしてツイスト角を２４０°〜２６０°としたとき
には、デューティー比１／２００以下で駆動できること
を確認した。
【００６２】ここで特に、ΔｎLC・ｄLC＝１．７μｍ、
ＲFilm(１)＝０．７９０μｍ、ＲFi lm(２)＝０．７６０
μｍ、φP1＝１０°、φLC1＝−３５°、φLC2＝３５
°、Ω LC＝２５０°、φF1＝１３３．５°、φF1＝１２
０．５°、φP2＝１７４°としたときの光学特性を測定
した結果を示すことにする。
【００６３】このとき、Δ(Ｒ)＝(ＲFilm(１)＋Ｒ
Film(２))−ΔｎLC・ｄLC＝−０．１５μｍ、φF1−φ
LC2＝９８．５°、φF2−φF1＝−１３°、φLC1−φP1
＝−４５°、φP2−φF2＝５３．５°であって上記で確
認した条件を満たしている。
【００６４】１／２４０デューティー比で白、黒、緑、
赤と変化する色が利用可能であった。色変化の推移を図
３に示す。また、各色表示での反射率とｘｙ色度座標
（ＣＩＥ１９３１）の値を（表３）に示す。
【００６５】
【表３】
【００６６】これにより、反射型モードでコントラスト
５以上で白黒表示が無彩色、かつ、色純度の高い赤表示
が実現できていることがわかる。
【００６７】なお、同じ設定値で、ポリカーボネートの
高分子フィルム４８、４９のＺ係数ＱZを０．１〜０．
８で変えながら光学特性の視角変化を測定したところ、
いずれも、ＱZ＝１．０の通常タイプ（ｎy＝ｎz）のも
のに比べて、コントラスト変化、反射率変化、色彩変化
のいずれも変化量が少なく良好となることを確認した。
【００６８】なお、以上の実施形態においては、高分子
フィルムとしてポリカーボネートを用いたが、ポリアリ
レートやポリスルフォンを用いても良い。
【００６９】また、以上の実施形態では、反射板４７と
してアルミの拡散反射板を用いた反射型としたが、反射
板としては銀反射板などを使用してもかまわない。ま
た、反射板４７の代わりにバックライトモジュールを備
えた透過型とすることもできる。
【００７０】（実施の形態４）第４の実施の形態のカラ
ー液晶表示素子は、作製および構造は第２および第３の
実施形態と共通であるので、第２および第３の実施形態
で用いた図４のカラー液晶表示素子の断面図および図５
のカラー液晶表示素子の光学構成図を用いて説明する。
【００７１】φP1＝１０°、φLC1＝−３５°、φLC2＝
３５°、ΩLC＝２５０°、φF1＝１３０．５°、φF2＝
８２．５°、φP2＝１０°とし、Δ(Ｒ)＝(ＲFilm(１)
＋ＲF ilm(２))−ΔｎLC・ｄLCを０．５９４μｍを満た
すようにしながら、ΔｎLC・ｄ LCを変化させて反射モー
ドで光学特性を測定すると、１．２μｍ〜２．２μｍの
範囲で良好な白黒表示と赤表示が実現できた。これは、
液晶層の複屈折変化を用いてカラー表示を変化させるた
め、ある程度以上の液晶層の複屈折量によって、白から
黒、緑、赤といった色変化が色純度良くできることによ
る。
【００７２】また、Δ(Ｒ)を０．５μｍ〜１．０μｍを
満たしていると、白表示と黒表示がともに無彩色であ
り、電圧を印加することで、白、黒、緑、赤と表示色が
変化することが確認できた。これは、Δ(Ｒ)を０．５μ
ｍ〜１．０μｍとし、φF1−φ LC2を９０°±１０°、
φF2−φF1を４５°±２５°にすることで、電圧の低い
ところで液晶層と高分子フィルムの複屈折を打ち消し合
った無彩色の状態で白から黒へと変化させることができ
ることによる。
【００７３】また、φLC1−φP1を±４５°±１０°と
しているので、複屈折の利用を最大に近いところで用い
ることができて、色純度と光利用率を高くすることがで
きている。
【００７４】液晶のツイスト角は、単純マトリクスで駆
動することを考えたときの、可能な選択電極の本数であ
るデューティー比に影響があり、ツイスト角が大きいほ
どデューティー比が小さくでき、選択本数を増やすこと
ができて、画素数を増やすことができる。本実施の形態
では、色が電圧とともに白、黒、緑、赤と変化していく
が、ツイスト角を２２０°〜２６０°とすることで、デ
ューティー比１／６４以下で駆動しても赤表示まで可能
であることを確認した。
【００７５】また、ΔｎLC・ｄLCを１．５μｍ〜２．０
μｍとしてツイスト角を２４０°〜２６０°としたとき
には、デューティー比１／２００以下で駆動できること
を確認した。
【００７６】ここで特に、ΔｎLC・ｄLC＝１．９μｍ、
ＲFilm(１)＝１．７３４μｍ、ＲFi lm(２)＝０．７６０
μｍ、φP1＝１０°、φLC1＝−３５°、φLC2＝３５
°、Ω LC＝２５０°、φF1＝１３０．５°、φF1＝８
２．５°、φP2＝１０°としたときの光学特性を測定し
た結果を示すことにする。
【００７７】このとき、Δ(Ｒ)＝(ＲFilm(１)＋Ｒ
Film(２))−ΔｎLC・ｄLC＝０．５９４μｍ、φF1−φ
LC2＝９５．５°、φF2−φF1＝−４８°、φLC1−φP1
＝−４５°であって上記で確認した条件を満たしてい
る。
【００７８】１／２４０デューティー比で白、黒、緑、
赤と変化する色が利用可能であった。色変化の推移を図
３に示す。また、各色表示での反射率とｘｙ色度座標
（ＣＩＥ１９３１）の値を（表４）に示す。
【００７９】
【表４】
【００８０】これにより、反射型モードでコントラスト
５以上で白黒表示が無彩色、かつ、色純度の高い赤表示
が実現できていることがわかる。
【００８１】なお、同じ設定値で、ポリカーボネートの
高分子フィルム４８、４９のＺ係数ＱZを０．１〜０．
８で変えながら光学特性の視角変化を測定したところ、
いずれも、ＱZ＝１．０の通常タイプ（ｎy＝ｎz）のも
のに比べて、コントラスト変化、反射率変化、色彩変化
のいずれも変化量が少なく良好となることを確認した。
【００８２】なお、以上の実施形態においては、高分子
フィルムとしてポリカーボネートを用いたが、ポリアリ
レートやポリスルフォンを用いても良い。
【００８３】また、以上の実施形態では、反射板４７と
してアルミの拡散反射板を用いた反射型としたが、反射
板としては銀反射板などを使用してもかまわない。ま
た、反射板４７の代わりにバックライトモジュールを備
えた透過型とすることもできる。
【００８４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、カラーフ
ィルタを用いることなくカラー表示ができて、明るい
白、無彩色で高コントラスト表示できる白黒、および、
きれいな赤表示を実現できる。
【００８５】また、高分子フィルムとしてＺ係数ＱZが
０．１〜０．８のものを用いることで、視角範囲の広い
カラー液晶表示素子を得ることができる。
【００８６】また、反射板を備えることで、明るい反射
型カラー液晶表示素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態のカラー液晶表示素子の断面
図
【図２】第１の実施の形態のカラー液晶表示素子の光学
構成図
【図３】第１の実施の形態のカラー液晶表示素子の色彩
変化を示す色度図
【図４】第２〜第４の実施の形態のカラー液晶表示素子
の断面図
【図５】第２〜第４の実施の形態のカラー液晶表示素子
の光学構成図
【図６】第２の実施の形態のカラー液晶表示素子の色彩
変化を示す色度図
【図７】第３の実施の形態のカラー液晶表示素子の色彩
変化を示す色度図
【図８】第４の実施の形態のカラー液晶表示素子の色彩
変化を示す色度図
【符号の説明】
１０，１１ 偏光フィルム １２，１３ 透明基板 １４，１５ 透明電極 １６ 液晶層 １７ 反射板 １８ 高分子フィルム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 鉄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内側に透明電極が形成された一対の透明
    基板間にネマティック液晶を封入した液晶セルと、液晶
    セルの一方に配置された１枚の高分子フィルムと、上記
    液晶セルと高分子フィルムを挟んで両側に配置された一
    対の偏光フィルムとからなり、上記ネマティック液晶の
    ツイスト角度を２２０°〜２６０°とし、上記ネマティ
    ック液晶の複屈折ΔｎLCと液晶層厚ｄLCとの積ΔｎLC・
    ｄLCを１．２〜２．２μｍとし、上記１枚の高分子フィ
    ルムの面内の異常屈折率をｎx常屈折率をｎyフィルム厚
    をｄFilmとしたときのフィルムのレターデーションＲ
    Fil m＝(ｎx−ｎy)・ｄFilmを用いて定義される複屈折差
    Δ(Ｒ)＝ＲFilm−ΔｎLC・ｄLCが、０．０μｍ〜０．１
    μｍを満たしていることを特徴とするカラー液晶表示素
    子。
  2. 【請求項２】 高分子フィルムを配置した側を上と考え
    て上から見て、液晶のツイスト方向を正として水平方向
    を基準として角度を測定し、下側偏光フィルムの吸収軸
    方向をφP1、下側透明基板上の液晶分子の方向を
    φLC1、上側透明基板上の液晶分子の方向をφLC2、高分
    子フィルムの遅相軸の方向すなわち異常屈折率の方向を
    φF、上側偏光フィルムの吸収軸方向をφP2としたとき
    に、φLC1−φ P1が±４５°±１０°を満たし、φF−φ
    LC2が９０°±１０°を満たし、φP2−φFが±４５°±
    １０°を満たしている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. 【請求項３】 内側に透明電極が形成された一対の透明
    基板間にネマティック液晶を封入した液晶セルと、液晶
    セルの一方に配置された２枚の高分子フィルムと、上記
    液晶セルと高分子フィルムを挟んで両側に配置された一
    対の偏光フィルムとからなり、上記ネマティック液晶の
    ツイスト角度を２２０°〜２６０°とし、上記ネマティ
    ック液晶の複屈折ΔｎLCと液晶層厚ｄLCとの積ΔｎLC・
    ｄLCを１．２〜２．２μｍとし、上記２枚の高分子フィ
    ルムを液晶セルに近い側から１、２と番号付けたときの
    各フィルムの面内の異常屈折率をｎx(i)（i=1,2）、常
    屈折率をｎy(i)(i=1,2)、フィルム厚をｄFilm(i)(i=1,
    2)としたときのフィルムのレターデーションＲFilm(i)
    ＝（ｎx(i)−ｎy(i)）・ｄFilm(i)(i=1,2)を用いて定義
    される複屈折差Δ(Ｒ)＝(ＲFilm(1)＋ＲFilm(2))−Δｎ
    LC・ｄLCが、０．０μｍ〜０．１μｍを満たしているこ
    とを特徴とするカラー液晶表示素子。
  4. 【請求項４】 内側に透明電極が形成された一対の透明
    基板間にネマティック液晶を封入した液晶セルと、液晶
    セルの一方に配置された２枚の高分子フィルムと、上記
    液晶セルと高分子フィルムを挟んで両側に配置された一
    対の偏光フィルムとからなり、上記ネマティック液晶の
    ツイスト角度を２２０°〜２６０°とし、上記ネマティ
    ック液晶の複屈折ΔｎLCと液晶層厚ｄLCとの積ΔｎLC・
    ｄLCを１．２〜２．２μｍとし、上記２枚の高分子フィ
    ルムを液晶セルに近い側から１、２と番号付けたときの
    各フィルムの面内の異常屈折率をｎx(i)（i=1,2）、常
    屈折率をｎy(i)(i=1,2)、フィルム厚をｄFilm(i)(i=1,
    2)としたときのフィルムのレターデーションＲFilm(i)
    ＝（ｎx(i)−ｎy(i)）・ｄFilm(i)(i=1,2)を用いて定義
    される複屈折差Δ(Ｒ)＝(ＲFilm(1)＋ＲFilm(2))−Δｎ
    LC・ｄLCが、−０．１μｍ〜−０．２μｍを満たしてい
    ることを特徴とするカラー液晶表示素子。
  5. 【請求項５】 ２枚の高分子フィルムを配置した側を上
    と考えて上から見て、液晶のツイスト方向を正として水
    平方向を基準として角度を測定し、下側偏光フィルムの
    吸収軸方向をφP1、下側透明基板上の液晶分子の方向を
    φLC1、上側透明基板上の液晶分子の方向をφLC2、液晶
    セル側の高分子フィルムの遅相軸の方向すなわち異常屈
    折率の方向をφF1、上側偏光フィルム側の高分子フィル
    ムの遅相軸の方向すなわち異常屈折率の方向をφF2、上
    側偏光フィルムの吸収軸方向をφP2としたときに、φ
    LC1−φP1が±４５°±１０°を満たし、φF1−φLC2が
    ９０°±１０°を満たし、φF2−φF1が０°±２５°を
    満たし、φP2−φF2が±４５°±１０°を満たしている
    ことを特徴とする請求項３または４記載のカラー液晶表
    示素子。
  6. 【請求項６】 内側に透明電極が形成された一対の透明
    基板間にネマティック液晶を封入した液晶セルと、液晶
    セルの一方に配置された２枚の高分子フィルムと、上記
    液晶セルと高分子フィルムを挟んで両側に配置された一
    対の偏光フィルムとからなり、上記ネマティック液晶の
    ツイスト角度を２２０°〜２６０°とし、上記ネマティ
    ック液晶の複屈折ΔｎLCと液晶層厚ｄLCとの積ΔｎLC・
    ｄLCを１．２〜２．２μｍとし、上記２枚の高分子フィ
    ルムを液晶セルに近い側から１、２と番号付けたときの
    各フィルムの面内の異常屈折率をｎx(i)（i=1,2）、常
    屈折率をｎy(i)(i=1,2)、フィルム厚をｄFilm(i)(i=1,
    2)としたときのフィルムのレターデーションＲFilm(i)
    ＝（ｎx(i)−ｎy(i)）・ｄFilm(i)(i=1,2)を用いて定義
    される複屈折差Δ(Ｒ)＝(ＲFilm(1)＋ＲFilm(2))−Δｎ
    LC・ｄLCが、０．５μｍ〜１．０μｍを満たしているこ
    とを特徴とするカラー液晶表示素子。
  7. 【請求項７】 ２枚の高分子フィルムを配置した側を上
    と考えて上から見て、液晶のツイスト方向を正として水
    平方向を基準として角度を測定し、下側偏光フィルムの
    吸収軸方向をφP1、下側透明基板上の液晶分子の方向を
    φLC1、上側透明基板上の液晶分子の方向をφLC2、液晶
    セル側の高分子フィルムの遅相軸の方向すなわち異常屈
    折率の方向をφF1、上側偏光フィルム側の高分子フィル
    ムの遅相軸の方向すなわち異常屈折率の方向をφF2、上
    側偏光フィルムの吸収軸方向をφP2としたときに、φ
    LC1−φP1が±４５°±１０°を満たし、φF1−φLC2が
    ９０°±１０°を満たし、φF2−φF1が±４５°±２５
    °を満たしていることを特徴とする請求項６記載のカラ
    ー液晶表示素子。
  8. 【請求項８】 ネマティック液晶のツイスト角度が２４
    ０°〜２６０°を満たし、ΔｎLC・ｄLCが１．５〜２．
    ２μｍを満たしていることを特徴とする請求項１〜７何
    れかに記載のカラー液晶表示素子。
  9. 【請求項９】 Δ(Ｒ)が０．５５μｍ〜０．６５μｍを
    満たし、ΔｎLC・ｄLCが１．８〜２．０μｍを満たし、
    ＲFilm(1)が１．７μｍ±０．１μｍを満たし、Ｒ
    Film(2)が０．７５μｍ±０．１μｍを満たしているこ
    とを特徴とする請求項６〜８何れかに記載のカラー液晶
    表素子。
  10. 【請求項１０】 高分子フィルムが、ポリカーボネー
    ト、ポリアリレートまたはポリスルフォンであることを
    特徴とする請求項１〜９何れかに記載のカラー液晶表示
    素子。
  11. 【請求項１１】 高分子フィルムの面に垂直な方向の屈
    折率をｎzを用いて定義されるＺ係数ＱZ＝(ｎx−ｎz)/
    (ｎx−ｎy)が、０．１〜０．８を満たすようなフィルム
    であることを特徴とする請求項１〜１０何れかに記載の
    カラー液晶表示素子。
  12. 【請求項１２】 いずれか一方の偏光フィルムの外側に
    反射板を設けて反射型タイプとしたことを特徴とする請
    求項１〜１１何れかに記載のカラー液晶表示素子。
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