(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板間にＳＴＮ液晶から構成される液晶層を有してなる液晶セル、及び前記液晶セルの前後に二枚の位相差フィルムを有する液晶表示装置において、
前記基板間には赤色フィルタ、緑色フィルタ及び青色フィルタを有するカラーフィルタが配置されてなり、
前記青色フィルタに対応する部分の前記液晶層の厚みが、前記赤色フィルタ及び緑色フィルタに対応する部分の前記液晶層の厚みよりも小さく、且つ
前記位相差フィルムの波長分散値は、前記ＳＴＮ液晶の波長分散値よりも０．０５から０．１０５だけ小さいことを特徴とする液晶表示装置。
但し、前記位相差フィルム及び前記ＳＴＮ液晶の波長分散値νは、波長４５０ｎｍの光に対するΔｎ値と、波長５９０ｎｍの光に対するΔｎ値を用いて次式で定義するものとする。
ν≡Δｎ（４５０ｎｍ）／Δｎ（５９０ｎｍ）
【請求項２】
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記緑色フィルタに対応する前記液晶層の厚みを１００としたときに、前記赤色フィルタに対応する前記液晶層の厚みが９９から１０５、前記青色フィルタに対応する前記液晶層の厚みが９０から９８、の範囲内であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置において、
前記カラーフィルタは導電性を有する微粒子を含むことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、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４−３６２９１９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】
本発明の液晶表示装置は、基板間にＳＴＮ液晶から構成される液晶層を有してなる液晶セル、及び前記液晶セルの前後に二枚の位相差フィルムを有する液晶表示装置において、前記基板間には赤色フィルタ、緑色フィルタ及び青色フィルタを有するカラーフィルタが配置されてなり、前記青色フィルタに対応する部分の前記液晶層の厚みが、前記赤色フィルタ及び緑色フィルタに対応する部分の前記液晶層の厚みよりも小さく、且つ前記位相差フィルムの波長分散値は、前記ＳＴＮ液晶の波長分散値よりも０．０５から０．１０５だけ小さいことを特徴とする。但し、前記位相差フィルム及び前記ＳＴＮ液晶の波長分散値νは、波長４５０ｎｍの光に対するΔｎ値と、波長５９０ｎｍの光に対するΔｎ値を用いて次式で定義するものとする。
ν≡Δｎ（４５０ｎｍ）／Δｎ（５９０ｎｍ）
【００１０】
また、前記緑色フィルタに対応する前記液晶層の厚みを１００としたときに、前記赤色フィルタに対応する前記液晶層の厚みが９９から１０５、前記青色フィルタに対応する前記液晶層の厚みが９０から９８、の範囲内であることを特徴とする。また、前記カラーフィルタは導電性を有する微粒子を含むことを特徴とする。
【００１１】
上記の液晶表示装置において、前記緑色フィルタに対応する前記液晶層の厚みを１００としたときに、前記赤色フィルタに対応する前記液晶層の厚みが９９から１０５、前記青色フィルタに対応する前記液晶層の厚みが９０から９８、の範囲内であり、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などの配向不良が発生しやすくなる。
【００１２】
上記の液晶表示装置において、前記位相差フィルムの波長分散値は、前記ＳＴＮ液晶の波長分散値よりも０．０５より大きい値だけ小さいが、波長分散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。
【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１．４μｍ、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ＺＬＩ−４１５１−１００を用いた。△ｎ＝０．１８０４、ν＝１．１６１である。緑色画素のセル厚ｄＧを５．０μｍ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ｄＲが５．１μｍ、青色画素のセル厚ｄＢ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、ｄＲ、ｄＧ、ｄＢ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、ｄＲ、ｄＧ、ｄＢ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１：３１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１０を設ける。
【００２５】
カラーフィルタは、特開平２−１４９６９７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０．７μｍ、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ＺＬＩ−２２９３を用いた。△ｎ＝０．１３２２、ν＝１．１１９である。緑色画素のセル厚ｄＧ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ｄＲが７．１μｍ、青色画素のセル厚ｄＢが６．５μｍになった。また位相差フィルムにはΔｎ×ｄ＝０．４２μｍ、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、ｄＲ、ｄＧ、ｄＢ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、ｄＲ、ｄＧ、ｄＢ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１：２０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は、青色フィルタに対応する部分の液晶層の厚みが、赤色フィルタ及び緑色フィルタに対応する部分の液晶層の厚みよりも小さく、且つ位相差フィルムの波長分散値は、液晶の波長分散値よりも０．０５より大きい値だけ小さいことを特徴とし、これにより、高いコントラスト比、及び着色の少ない優れた色再現性を有する高画質の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
２１  １１が１２となす角度
２２  １２が１３となす角度
２３  液晶のツイスト角
２４  ２５が２４となす角度
２５  ２６が２５となす角度
３１  ２．０５Ｖ印加時の分光特性
３２  ２．１０Ｖ印加時の分光特性
３３  ２．１５Ｖ印加時の分光特性
３４  ２．１９Ｖ印加時の分光特性
４１  １．９１Ｖ印加時の分光特性
４２  １．９６Ｖ印加時の分光特性
４３  ２．００Ｖ印加時の分光特性
４４  ２．０４Ｖ印加時の分光特性
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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