(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、コレステリック液晶層又はカイラルネマチック液晶層の一方からなり、１画素につき、赤、緑、青の領域を有し、各領域が、前記光源から入射した光のうち、それぞれの波長領域の光であって、右旋円偏光又は左旋円偏光の一方のみを透過し、他の波長領域の光及び右旋円偏光又は左旋円偏光の他方を反射するカラーフィルタと、このカラーフィルタの出光面側に配置された液晶層及びこの液晶層に電界を印加する電極を含んでなり、該液晶層の動作モードが、印加電圧のＯＮ／ＯＦＦにより透過光の位相シフト量が０又はπとなるようにされた液晶セルと、を設けたことを特徴とする透過型液晶表示装置。
【請求項２】
請求項１において、前記液晶セルの出光面側に配置され、光の位相を１／４波長シフトすることにより、入射円偏光を直線偏光に変換して出射する１／４波長板と、この１／４波長板の出光面側に配置され、前記１／４波長板から出射した、偏光面が相互に直交する２種類の直線偏光のうち一方のみを透過させる直線偏光板と、を設けたことを特徴とする透過型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非吸収型のカラーフィルタを用いた透過型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平１０−２８２３２４号公報に開示されるように、液晶ディスプレイ用カラーフィルタとして、コレステリック液晶、もしくはカイラルネマチック液晶を利用したものが提案されている。
【０００３】
このカラーフィルタは、輝度、色純度において、従来の顔料や染料を用いたカラーフィルタと比較して優れた性能を有している。特に、温度によりその選択反射光の波長が変化し、更に紫外線照射によって液晶状態を保持できる紫外線硬化型コレステリック液晶を用いることにより、従来と比較して簡単に製造することができるという利点がある。
【０００４】
前記のようなコレステリック液晶、及び、カイラルネマチック液晶は、液晶分子軸の長距離配向秩序に加えて、ダイレクタが螺旋的に空間変化をしているという特性がある。即ち、液晶分子軸と平行な平面内では、液晶はネマティック相と同様な配向秩序があるが、隣接する平面へ移ると、この局所的な配向方向がわずかに回転しているので、これが順次連続して螺旋構造となっている。
【０００５】
一方、自然光は、右旋円偏光と左旋円偏光に分けることが可能であり、コレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶は、前記右旋円偏光及び左旋円偏光両成分の光が、液晶の螺旋軸に平行に入射した場合、該液晶のねじれ方向と同じ回転方向の円偏光成分のみを反射し、他方の円偏光成分は透過するという特性がある。
【０００６】
このとき、反射光の、入射光に対する位相の変化が生じないので、反射光の入射前後における偏光方向は不変であり、また、反射光の波長は、コレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶のねじれのピッチに伴い変化する。このピッチは、液晶にねじれの力を発生させるカイラル剤の添加量や、適当な外場（例えば温度、電場、磁場等）により変化する。
【０００７】
なお、このピッチは異なる旋回能のカイラル剤や反対巻のカイラル剤を添加して調整することが可能である。例えば、右巻の螺旋構造の液晶に左巻のカイラル剤を添加すると、同じ温度で液晶を硬化させても反射波長が異なる。
【０００８】
従って、上記のようなパラメータを、可視域で制御することにより、反射光が赤、緑、青となるカラーフィルタを形成することができ、又、このようなカラーフィルタを２層重ねることによって、透過光が赤、緑、青となるカラーフィルタを形成することができる。
【０００９】
ここで、上記のようなコレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶からなるカラーフィルタを用いる場合は、例えば特開平９−３１８８０７号公報に開示されるように、２枚のガラス基板間にカラーフィルタ用のコレステリック液晶を分散したコレステリックフィルムと、１／４波長板とを液晶セルの入光側に配置するようにしている。
【００１０】
これは、現在、透過型液晶表示装置において主として使用されている液晶セル、例えばＴＮセルの場合、液晶に印加する電圧のＯＮ／ＯＦＦによって、入射直線偏光の偏光面を最大で９０°回転させ、又は回転させずにそのまま通過する旋光モードの駆動方法であるために、コレステリック液晶もしくはカイラルネマチック液晶からなるカラーフィルタを用いる場合には、カラーフィルタを透過した後の円偏光を１／４波長板によって直線偏光に転換してから液晶セルに入射させるためである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような透過型液晶表示装置においては、液晶セル内にカラーフィルタを配置することが、視差のない色表示を行うために必須であることから、１／４波長板も液晶セル内に設けなければならず、設計の自由度がなかった。
【００１２】
又、通常の１／４波長板は膜厚が厚く、液晶セル内に配置することが困難であると共に、耐熱性が低く、ガラス基板の内面に配向膜を焼成する際に着色してしまう等の問題点があった。
【００１３】
この発明は上記従来の問題点に鑑みてさなれたものであって、液晶セル外に１／４波長板を配置することができるようにした液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、請求項１のように、光源と、コレステリック液晶層又はカイラルネマチック液晶層の一方からなり、１画素につき、赤、緑、青の領域を有し、各領域が、前記光源から入射した光のうち、それぞれの波長領域の光であって、右旋円偏光又は左旋円偏光の一方のみを透過し、他の波長領域の光及び右旋円偏光又は左旋円偏光の他方を反射するカラーフィルタと、このカラーフィルタの出光面側に配置された液晶層及びこの液晶層に電界を印加する電極を含んでなり、該液晶層の動作モードが、印加電圧のＯＮ／ＯＦＦにより透過光の位相シフト量が０又はπとなるようにされた液晶セルと、を設けたことを特徴とする透過型液晶表示装置により、上記目的を達成するものである。
【００１５】
又、前記透過型液晶表示装置において、前記液晶セルの出光面側に配置され、光の位相を１／４波長シフトすることにより、入射円偏光を直線偏光に変換して出射する１／４波長板と、この１／４波長板の出光面側に配置され、前記１／４波長板から出射した偏光面が相互に直交する２種類の直線偏光のうち一方のみを透過させる直線偏光板と、を設けるようにしてもよい。
【００１６】
この発明においては、液晶セルにおける液晶層の動作モードが、印加電圧のＯＮ／ＯＦＦにより透過光の位相シフト量がπ又は０となる複屈折率モードであり、カラーフィルタを透過した円偏光をそのまま変調することができるので、１／４波長板を液晶セル外に配置することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態の例を図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１に示されるように、この発明の実施の形態の例に係る透過型液晶表示装置１０は、無偏光光を出射する光源１２と、この光源１２から入射される光のうち、右旋円偏光又は左旋円偏光成分の一方を透過し、他方を反射する円偏光分離フィルム１４と、この円偏光分離フィルム１４の出光面側に配置され、一対のガラス基板１６Ａ、１６Ｂ間に挟持されたカラーフィルタ１８及び液晶セル２０と、液晶セル２０の出光面側に配置された１／４波長板２２と、更にこの１／４波長板２２の出光面側に配置された直線偏光板２４と、を備えて構成されている。
【００１９】
図１中、符号Ｒ、Ｌは、それぞれ右旋円偏光、左旋円偏光を示している。又、「←→」、「・」（図２参照）はそれぞれ直線偏光の電場振動ベクトルを示しており、「←→」は紙面面内方向、「・」は紙面に垂直な方向である。
【００２０】
前記光源１２は、透明電極を有した透明樹脂シートに挟持された薄膜上のエレクトロルミネッセンス等からなる透明薄膜状白色面光源であって、その背面側（図１において下側）には、例えば金属薄膜からなる反射層１２Ａが配置されている。
【００２１】
この反射層１２Ａは、光源１２から出射し、円偏光分離フィルム１４において反射された例えば、Ｒの円偏光成分を再度円偏光分離フィルム１４方向に反射し、このとき偏光成分の位相を反転させ、又は、無偏光な状態にし、円偏光分離フィルム１４を透過できるＬの円偏光成分として、光利用率を向上させている。
【００２２】
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、通常の液晶ディスプレイに使用するバックライトを用いてもよいものである。
【００２３】
前記円偏光分離フィルム１４は、例えばコレステリック液晶フィルムから構成され、この実施の形態の例においては、左旋円偏光Ｌを透過し、右旋円偏光Ｒを反射するようにされているが、この円偏光分離フィルム１４の代わりに選択反射性の直線偏光分離フィルムと１／４波長板の組み合わせを用いてもよい。
【００２４】
前記カラーフィルタ１８は、例えば特開平９−３１８８０７号公報に開示されるようなコレステリックフィルムあるいはカイラルネマチックフィルムから構成されている。
【００２５】
なお、図１は、液晶セル２０における４画素、及び、これに対応する各部分を示している。又、前記カラーフィルタ１８は、図に示されているように、１画素につき赤、緑、青の領域を有し、各領域はそれぞれの波長領域の光であって、左旋円偏光Ｌのみを透過し、他の波長領域の光及び右旋円偏光Ｒを反射するようにされている。
【００２６】
前記液晶セル２０は、複屈折制御（ＥＣＢ）型であり、電場を印加することによって、液晶セル２０内の液晶層の複屈折を制御するものであって、ＶＡＮ方式、ＰＡＮ方式、ＨＡＮ方式等があり、印加電圧のＯＮ／ＯＦＦにより、透過光の位相シフト量が０又はπとなるようにされている。
【００２７】
従って、印加電圧ＯＮの場合、入射した左旋円偏光Ｌは位相シフト量が０であるので、そのまま透過し、図２に示されるように、ＯＦＦの場合は位相シフト量がπとなるので、右旋円偏光Ｒに変換されて出射する。
【００２８】
前記円偏光分離フィルム１４は、複屈折性を有するフィルムを３層以上に積層してなり、更にこれに１／４波長層を積層したものであり、上記のような複屈折性を有するフィルムは、前記コレステリック液晶フィルムの他、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂等の面内複屈折性を示す物質を延伸等の方法によって得ることができる。
【００２９】
前記１／４波長板２２は、ポリイミド等の高分子材料からなる位相板であり、入射する円偏光を直線偏光に、又はその逆に変換する作用を備えている。従って、この１／４波長板２２は、液晶セル２０から出射した左旋円偏光Ｌと右旋円偏光Ｒとを、相互に偏光面が直交する２種類の直線偏光に変換する。
【００３０】
前記直線偏光板２４は、その透過光の偏光方向を、前記左旋円偏光Ｌが変換された「←→」の直線偏光の電場振動ベクトルの方向と一致するように配置されている。
【００３１】
この透過型液晶表示装置１０において、光源１２から出射された無偏光光は、円偏光分離フィルム１４において左旋円偏光Ｌのみがこれを透過して、前記カラーフィルタ１８に入射し、右旋円偏光Ｒは反射され、光源１２方向に戻される。
【００３２】
この反射光は、反射層１２Ａにおいて反射され、位相が１８０°シフトされることによって左旋円偏光Ｌに転換され、又は無偏光光となってその半分の左旋円偏光Ｌが、円偏光分離フィルム１４を透過してカラーフィルタ１８に入射する。
【００３３】
カラーフィルタ１８においては、各画素におけるＲ、Ｇ、Ｂの領域において、それぞれ対応する波長領域の光のみが透過し、他の波長領域の光は反射される。この反射光は、前記円偏光分離フィルム１４を経て反射層１２Ａに到達し、ここで再度カラーフィルタ１８方向に反射される。
【００３４】
前記液晶セル２０においては、印加電圧ＯＮの状態では入射した左旋円偏光Ｌはそのまま透過し、１／４波長板２２に入射し、ここで光の位相が１／４波長シフトされることにより「←→」の直線偏光に転換されて、前記直線偏光板２４から表示光として出射される。このとき、図３に示すように、液晶セル２０の透過光強度及び表示光強度は印加電圧に伴い増加する。
【００３５】
一方、図２に示されるように、液晶セル２０の印加電圧がＯＦＦの場合は、透過する光の位相がπシフトされるので、入射した左旋円偏光Ｌは右旋円偏光Ｒとされ、更に、１／４波長板２２において「・」の直線偏光に転換されるが、これは直線偏光板２４を透過することができないので、暗表示となる。
【００３６】
この透過型液晶表示装置１０においては、液晶セル２０は入射した円偏光をそのまま、印加電圧のＯＮ／ＯＦＦにより変調することができるので、ガラス基板１６Ａ、１６Ｂ内に１／４波長板２２を設ける必要がない。
【００３７】
従って、板厚の厚い１／４波長板を用いることができると共に、１／４波長板が、液晶セルの外にあるため、配向膜の形成の際に、着色してしまうようなことがない。
【００３８】
又、直線偏光板２４の偏光方向を９０°回転させることにより、図４に示すような液晶セル２０の印加電圧がＯＦＦの場合に明表示、液晶セル２０の印加電圧がＯＮの場合に暗表示となるノーマリーホワイトモードのディスプレイにすることもできる。
【００３９】
なお、上記実施の形態の例に係る透過型液晶表示装置１０においては、１／４波長板２２は液晶セル２０と直線偏光板２４との間に設けているが、１／４波長板２２Ａをカラーフィルタ１８の出光面側に隣接して設けることもできる。
【００４０】
この場合、１／４波長板２２Ａに隣接して設けられる液晶セル２６は、直線偏光を変調させることになるので、旋光モードの駆動方式となる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成したので、１／４波長板を必ずしも液晶セル内に設ける必要がなく、設計の自由度が増大するという優れた効果を有する。又、１／４波長板を液晶セル外に設けることによって、セルの配向膜焼成時の着色を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例に係る透過型液晶表示装置の要部を拡大して示す略示断面図
【図２】同透過型液晶表示装置の暗表示の状態を示す図１と同様の略示断面図
【図３】同透過型液晶表示装置における液晶セルでの、印加電圧による相対透過率の変化を示す線図
【図４】直線偏光板の偏光方向を９０°回転させたときの、前記液晶セルでの印加電圧による相対透過率の変化を示す線図
【符号の説明】
１０…透過型液晶表示装置
１２…光源
１２Ａ…反射層
１４…円偏光分離フィルム
１６Ａ、１６Ｂ…ガラス基板
１８…カラーフィルタ
２０、２６…液晶セル
２２、２２Ａ…１／４波長板
２４…直線偏光板
【図１】
0004318794.tif 000002
【図２】
0004318794.tif 000003
【図３】
0004318794.tif 000004
【図４】
0004318794.tif 000005