JPH03200213A - 液晶表示装置 - Google Patents
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- JPH03200213A JPH03200213A JP2315694A JP31569490A JPH03200213A JP H03200213 A JPH03200213 A JP H03200213A JP 2315694 A JP2315694 A JP 2315694A JP 31569490 A JP31569490 A JP 31569490A JP H03200213 A JPH03200213 A JP H03200213A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
えば、ブラックオフ状態を持つ様な1対の複屈折膜を持
つ新規な液晶表示装置に関する。
材料を密封可能に収容した1対の平坦なパネル(普通は
硝子板と覆い硝子)の間に形成された多数の「画素」で
構成される。LCD装置を反射光によって動作させよう
とする場合、一方のパネルだけが透明であり、他方のパ
ネルには反射面を形成する。LCD装置を光を透過する
様にする場合、両方の平坦なパネルを透明にすべきであ
る。LCD装置の構造と動作について詳しいことは、米
国特許第4,565,424号に記載されているので、
これを参照されたい。
置して、X−Yマトリクス構造を形成するのが普通であ
る。薄膜電界効果トランジスタ(FET)の様な半導体
スイッチが各々の画素と一体に形成されていて、表示装
置内のその画素の動作を制御する。個々の画素のFET
との電気的な連絡は、複数個のXアドレス線又は走査線
と複数個のYアドレス線又はデータ線とによって行なわ
れるが、これらの線は何れも装置を製造する際に形成さ
れる。走査線は画素のFETのゲート電極に接続するの
が普通であり、データ線はソース又はドレイン電極の一
方に接続し、ソース又はドレイン電極の他方は各々の画
素の画素電極に接続するのが普通である。この為、正し
い極性及び大きさの電圧を走査線に印加すると、走査線
に対応する行にあるFETが「スイッチ・オン」して導
電状態に切換わる。そのデータ線に対応する列にあるF
ETが「オン」状態にある間に、データ電圧がデータ線
に印加されると、液晶分子の整合が、画素電極と、全て
の画素に共通な接地平面電極との間に印加されたデータ
電圧の大きさに応じて変る。データ電圧の大きさは、画
素を光が全く透過しない様に(オフ)、画素を透過する
光が最大になる様に(オン)、又は光の透過が中間のグ
レースケール・レベルになる様にすることが出来る。
く見えて、表示が所望のコントラスト及び解像度を持つ
様にするのが理想的である。
Dの中を伝搬する光の偏光を、1対の平坦なパネルの間
にある液晶(L C)分子の向き又は整合の変化に対応
する角度θだけ回転させる。
は硝子基板)に最も近いLC分子の縦軸線は一方の方向
(例えばθ1=0°)の向きになり、1対の平坦なパネ
ルの間にあるこの後のLC分子の縦軸線は、何れも直前
の分子の軸線に対して増分的な角度Δθだけ夫々回転す
る(θ =θn−1+Δθ)。この時、出ロバネル(又
は覆い硝子)に最も近い最後のLC分子は、最初のLC
分子に対しである角度(例えば、θ −90°)の向き
になる。最初の分子と最後の分子の間の角度が普通LC
セルの捩れ角度と呼ばれている。捩れ角度が90°であ
る厚手のLCD装置で、入口及び出口の直線偏光子を持
つが、何れも偏光が平行に整合し、夫々LCDの入口及
び出ロバネルに隣接して配置されている場合、「オフ」
状態にある各々の画素からは暗出力が出る。入口偏光子
が、直線偏光の伝搬する光の2つの正常なモードの内の
一方を通過させ又は励振し、他方のモードを阻止する。
を90°回転させ、入口偏光子と平行に整合している出
口偏光子が、伝搬した光のこの回転したモードを阻止す
る。
LCD、又は高度に多重化が可能な超捩れ表示装置の様
な高度に捩れたセル(θ=270°)では、「オフ」状
態は黒ではない。これは、LCDを伝搬する光の2つの
正常モードが、TN分子の光学的な回転及び複屈折の結
果として、楕円偏光になるからである。この為、両方の
モードが励振され、セルを出て行く時、出口直線偏光子
では完全に阻止することが出来ない。LCセルの2つの
正常モードの楕円率(β)は次の式で表わされる。
り、pは捩れLC分子のピッチである。ピッチはLCセ
ルの厚さ(d)に正比例する。90°捩れネマチック・
セルでは、p=4dであり、楕円率の式は次の様になる
。
々LC分子の方向に対して平行並びに垂直である。従っ
て、2つの正常モードがLCセルの捩れ角だけ回転する
。
持つ異なる色の光は、LCDを励振する時、異なる楕円
偏光又は楕円率(β)を持つ。カラーLCDは、LCの
複屈折(Δn)、セルの厚さ(d)及びセルの捩れ角(
θ)の特別の組合せを持つ様に設計して、緑の光(λg
= 540 nm)の様な特定の波長で光の透過が最
小になる様にすることが出来るが、赤(λr = 64
0 nm)及び青(λb = 470 nm)の波長で
は、かなりの光の漏れが生じて、「オフ」状態が着色さ
れていて、黒にならない。
(BF)を利用して、更に中性の「オフ」状態を作る装
置が提案されている。こう云う単一BFは、中立の色の
「オフ」状態を最適にする為に、膜の精密な配向を必要
とすると共に、種々のピッチ、複屈折及び偏光子の向き
を持つLCセルを用いて最適の性能が得られる様にする
為に、リターデイション(即ち、膜の複屈折Δn′ と
膜の厚さd′ との積)が約300nmより大きい。1
個の、リターデイションの値の大きいBFを持つLCD
装置は、偏光の向き、BFの向き及びLCセルの厚さに
よって非常に性能が左右される。これら全てのパラメー
タを正しく調整しなければ、「オフ」状態の間の暗出力
を最適にすることが出来ない。
新規な液晶表示装置を提供することである。
出力の「オフ」状態を持つ液晶表示装置を提供すること
である。
、複屈折膜の向き及び観察角度に影響されない液晶表示
装置を提供することである。
は、以下図面について詳しく説明する所から明らかにな
ろう。図面全体にわたり、同様な部分には同じ参照数字
を用いている。
晶(L C)セルと、その間にネマチック液晶材料を密
封して収容した略平行な第1及び第2の透明な板とを含
む。LC材料は第1の板に隣接した分子が第1の選ばれ
た方向を向き、第2の板に隣接した分子が第2の選ばれ
た方向を向いている。第2の選ばれた方向は、第1の選
ばれた方向に対して捩れ角だけ回転している。第1の偏
光子を第1のLCセル板と略平行に配置し、第1の選ば
れた方向に直線偏光した光を通過させる様に整合してい
る。第2の偏光子が第2のLCセル板に略平行に配置さ
れ、第2の選ばれた方向と直交する向きに整合していて
、第2の選ばれた方向に直線偏光した光を阻止する。第
1の複屈折膜が第1の偏光子及び第1のLCセル板の間
に配置され、第2の複屈折膜が第2のLCセル板及び第
2の偏光子の間に配置される。第1の複屈折膜は選ばれ
た複屈折及び速い軸の向きを持っていて、第1の偏光子
から伝搬する直線偏光した光を、LCセルを伝搬する正
常モードの光と略同じ楕円率を持つ楕円偏光した光に変
換する。この正常モードは、LCセルの捩れ角に等しい
光学的な回転だけをし、光がセルの中を伝搬する時、楕
円率が変化しない。
持っていて、LCセルが「オフ」状態にある時、楕円偏
光した光を第2の選ばれた方向に直線偏光した光に戻す
様に変換し、こうして、第2の偏光子によって消すこと
が出来る様にする。
(B F)はリターデイションが約100ナノメータ未
満であることが好ましく、各々のBFは、その速い軸が
、夫々の膜に一番近いLCセル板の所で、LC分子の向
きに対して約45゜回転していることが好ましい。
10が液晶セル12を有する。これは好ましくは硝子の
平行な2枚の平坦な透明な板14a。
を密封して収容している。LC材料は多数のLC分子1
6を含み、それらは群に分れている。
14a、14bの間に捩れ構造を形成する。
6a(説明の便宜上、第1図には1つの群しか示してな
い)は、基準線rに対して選ばれた方向(θ1−0°)
の向きである。この後の各々のLC分子16b、16c
、16d、16eは、直線の分子に対して増分的な角度
(Δθ)の向きを持ち(θ =θ□−1+Δθ)、第2
の板又は出口板14bに一番近い最後のLC分子16e
は、第1の分子16aに対しである角度(θ =9Oo
)の向きである。第1の分子16aの角度又は向きと最
後の分子16eの向きとの間の差が、LCセルの捩れ角
である。第1図には、判り易いように、90°の捩れ角
の場合が示されており、この発明は超捩れネマチック・
セル(θ=2700)等の様な異なる捩れ角を持つLC
セルにも用いることか出来る。当業者であれば、複数個
のしC分子16が板14a、14bの間に配置されてい
て、第1図では、図面を見易くする為に、5個の分子し
か示してないことが理解されよう。
ードの線形の組合せである。2つの正常モードがLCセ
ル12によって楕円偏光にされ、楕円率βを持つが、こ
れは光の波長(λ)、セルの複屈折(Δn)及び入口板
14a及び出口板14bの間にある捩れネマチック構造
内にあるLC分子のピッチ(p)の関数である。
シャッタの様に作用して、装置10を通過する光量を制
御する。LCセル12を「オン」状態に付勢して光の透
過が出来る様にしたり、或いは「オフ」状態で付勢しな
いことが出来る。理想的には、「オフ」状態にあるLC
セルは、光の透過を完全に阻止すべきであり、所望のコ
ントラストが表示に得られる様に、黒く見える様にすべ
きであるが、異なる波長では若干の光がLCセルから漏
れることがある。
され、後側又は出口偏光子20が出口板14bと略平行
に配置される。入口偏光子18は偏光又は透過方向(矢
印22で示す)が、第1のLC分子16aの向きに対応
することが好ましく、出口偏光子20の透過方向(矢印
24で示す)は最後のLC分子16eに対して直交する
様にして、「オフ」状態で装置10を透過する光量を最
小限に抑えることが好ましい。装置10は、入口及び出
口偏光子を90°回転して、LCセル12の2つの正常
モードの他方に結合する様にしても、同じ様に作用する
。
子18及びLCセルの入口板14aの間にその両方と略
平行に配置される。第2の複屈折膜28が同じく出口板
14bと出口偏光子20の間に、夫々と略平行に配置さ
れる。第1の複屈折模膜26は、入口偏光子18からの
直線偏光した光を、何れもLCセル12の2つの正常モ
ードの一方に対応する楕円率β及び方位αを持つ楕円偏
光した光に偏光する様な、選ばれた複屈折(Δn′1)
及び選ばれた方向を向く速い軸(矢印30で示す)を持
っている。第2の複屈折膜28は、LCセル12から出
て来た楕円偏光した光を、出口偏光子20の透過方向2
4に対して直交する直線偏光した光に変換する様な選ば
れた複屈折(Δn′2)及び選ばれた方向を向く速い軸
(矢印32)を持っている。従って、LCセル12が励
振されていない「オフ」状態にある時、出口偏光子20
が光を吸収し、装置10の出力は黒に見える。
(矢印22)及び第1のLC分子16aの向き又は方向
の両方に対して約45°の角度の向きであることが好ま
しく、第2の複屈折膜28の速い軸32は、出口偏光子
の方向(矢印24)及び最後のLC分子16eの向き又
は方向の両方に対して約45°の角度の向きであること
が好ましい。複屈折膜のこの様な配向の向きにより、複
屈折又はリターデイションの値の小さい複屈折膜を使う
ことが出来る。リターデイションの値が小さいと、装置
の色又は波長の分散が最小限になり、出口偏光子20の
出力は「オフ」状態では黒になる。この様な配向の方向
により、両方の複屈折膜26.28の複屈折を略等しく
することが出来る。
成要素の相対的な偏光の方向が最適の性能について上に
述べた所と略同じ状態に保たれていレバ、この他の方向
を用いてもよい。
を使うことによって説明するのが最も容易である。これ
は、1965年にオックスフォードのパーガモン社から
出版されたM、ホルン及びE、ウルツの著書「光学の原
理」の様な多くの光学の教科書に記載されている。簡単
に云うと、伝搬する光の任意の偏光状態は、ポアンカレ
−の球面図(第2図)の面上の一点によって表わすこと
が出来る。球の赤道が直線偏光した全ての状態の軌跡で
あり、極CL及びcRが、左廻り及び右廻りの円形偏光
した状態を表わす。ポアンカレ−の球面上の他の全ての
点は楕円偏光状態を表わす。
である方位α及び楕円率βによって表わすことが出来る
。この同じ楕円偏光状態がポアンカレ−の球面図(第2
図)上では、点P (2α、2β)によって表わされる
。直交座標系からポアンカレ−の球に移る時、全ての角
度が2倍になり、X−Y軸が90°から180°へ回転
する。
4(第1図)で示す方向に伝搬する。入口偏光子18が
直線偏光した光の2つの正常モトの内、入口偏光子18
の偏光の向き22に対応する一方のモードを通過させ、
他方の正常モードを阻止する。入口偏光子18の出力に
於ける直線偏光状態はポアンカレ−の球(第4図)上の
点Aによって表わすことが出来る。第1の複屈折膜26
が直線偏光した光を、ゼロの方位(α=0)及びLCセ
ルの楕円率に等しい楕円率(β)を持つ楕円変更した光
に変換する。この楕円偏向状態が点B (0,2β)に
よって表わされる。LCセル12の一方の正常モードだ
けが励振される。これは、第1の複屈折膜26から出て
来る光は、LCセル12の正常モードと略同じ楕円率及
び方位を持つからである。従って、この楕円偏光した正
常モードは、LCセル12の捩れ角に等しい純粋な光学
的な回転を受ける。捩れ角が90° (2α=180°
)の場合、LCセル12の出力に於ける偏光状態は点C
(180,2β)になる。第2の複屈折膜28が楕円偏
光した光を点りの直線偏光した状態に変換する。これは
第2の複屈折膜28が、偏光状態を点D(2α、0)の
ポアンカレ−の球の赤道に回転する様な選ばれた複屈折
(Δn′2)及び速い軸32の選ばれた向きを持つ為で
ある。点りの直線偏光した光は偏光方向が、最後のLC
分子16eの配向の向きと等しい。出口偏光子20は直
線偏光した光を消し、LCD装置の出力は「オフ」状態
では黒になる。これは出口偏光子20が最後のLC分子
16e(第1図)に対して直交する向きだからである。
円偏光は、これらの構成要素を伝搬する光の楕円率が光
の波長の関数である為に変化する。
率は、ポアンカレ−の球面図(第5A図及び第5B図)
を使い、出口偏光子20を見込むことによって、グラフ
で推定することが出来る。第5A図及び第5B図には、
光の透過率が0.1%、1%及び10%の時の一定透過
率の輪郭が重畳して示されている。第5A図は、複屈折
膜26.28がないが、LCセルが、グーチ拳タリーの
最低条件(m=1.2.3として、Δnd/λ=(1/
2”) f1]I:ゴー)を充たす様なLCの複屈折(
Δn)、セルの厚さ(d)及びセルの捩れ角(θ=90
°)を持つと共に、「オフ」状態で緑の光(λg =
540 nm)の透過が最小になる様に設計されたLC
D装置に対するものである。複屈折膜がないと、「オフ
」状態で約1%の青の光(λb = 470 nun)
が装置10から漏れ、殆んど10%の赤の光(λr =
640 ++m)が漏れる。複屈折膜があると、赤及
び青の光の漏れは約0.5%(第5B図)未満に制限す
ることが出来る。
メルクZLI−3376(登録商標)液晶材料を充たし
、セルの厚さが約5.9μmである90°捩れネマチッ
クLCセルに対して、波長に対して光の透過の百分率を
示すグラフである。複屈折膜を持たないLCセル(tn
)、並びにリターデイションが約25.32及び40n
mである複屈折膜を持つLCセルに対するグラフが示さ
れている。複屈折膜は、重合体シートを薄い硝子基板の
上に伸ばし、安定なリターデイションを保つ為に、紫外
線硬化性接着剤を用いてシートを基板に結合することに
よって作られた。出口偏光子20の出力は、複屈折膜2
6.28を持つLCD装置では、可視光スペクトルの大
部分にわたって約0゜5%未満であり、「オフ」状態で
は出力が略黒であった。こう云う結果は、数百ナノメー
タのリターデイションを持つ1個の複屈折膜を用いた従
来の装置で得られる結果より優れている。リターデイシ
ョンが約10011[Qより小さい複屈折膜は、LCセ
ルの厚さ、偏光子の向き、複屈折膜の向き、観察角度及
び異なる波長に比較的影響されない様に思われる。
特定の実施例に制限されないことが容易に理解されよう
。この発明の範囲内で、以上の説明から、異なる実施例
及びこ\に具体的に説明した以外の変更は容易に考えら
れよう。この発明を好ましい実施例について詳しく説明
したが、以上の説明はこの発明を例示するに過ぎず、こ
の発明の内容を完全に理解させる為のものに過ぎない。
れることを承知されたい。
、 第2図は楕円偏光状態を示すポアンカレ−の球面図、 第3図は直交座標系に於ける楕円偏光状態を示すグラフ
、 第4図は第1図のLCD装置を伝搬する光の偏光状態を
示すポアンカレ−の球面図、 第5A図は複屈折膜を持たないLCD装置の光の透過百
分率を示すポアンカレ−の球面図、第5B図はこの発明
によるLCD装置の光の透過百分率を示すポアンカレ−
の球面図である。 第6図は異なるリターデイションを持つ複屈折膜の、第
1図の液晶表示装置に対して、波長に対して「オフ」状
態の測定した光の透過の百分率を示すグラフである。 主な符号の説明 12:液晶セル 18:入口偏光子 20:出口偏光子 22:第一の方向 24:第二の方向 26.28:複屈折膜 30.32:速い軸の方向
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、入って来る光を第1の選ばれた方向に直線偏光する
入口偏光子手段と、 直線偏光した入って来る光を選ばれた楕円率β及び偏光
を持つ偏光に変換する第1の手段と、付勢されていない
「オフ」状態にある時は、入って来る光の偏光を前記第
1の選ばれた方向から第2の選ばれた方向に回転させる
と共に、前記選ばれた楕円率βに略等しい正常モード楕
円率を持つ少なくとも1つの液晶セル手段と、 該少なくとも1つの液晶セル手段から出て来る楕円偏光
した光を、前記第2の選ばれた方向に直線偏光した光に
変換する第2の手段と、 前記少なくとも1つの液晶セル手段が「オフ」状態にあ
る時に、前記第2の変換する手段からの光を消す出口偏
光子手段とを有する液晶表示装置。 2、前記液晶セル手段の選ばれた楕円率βが、前記出口
偏光子手段によって選ばれた波長の光が完全に阻止され
る様に選ばれている請求項1記載の液晶表示装置。 3、前記第1及び第2の変換する手段が夫々複屈折膜で
ある請求項1記載の液晶表示装置。 4、各々の複屈折膜が、 硝子基板と、 該硝子基板にわたって伸ばされていて、安定なリターデ
イションを持つ様に紫外線硬化性接着剤によって前記基
板に結合された重合体材料のシートとで構成されている
請求項3記載の液晶表示装置。 5、前記第1及び第2の複屈折膜が何れも同じ方向を向
いた速い軸を有する請求項3記載の液晶表示装置。 6、前記第1の屈折膜の速い軸が、前記入口偏光子手段
の偏光軸及び前記第1の選ばれた方向に対して約45°
の向きであり、前記第2の複屈折膜の速い軸が、前記出
口偏光子手段の偏光軸及び前記第2の選ばれた方向に対
して約45°の向きである請求項5記載の液晶表示装置
。 7、各々の複屈折膜が約100ナノメータ未満のリター
デイションを持つ請求項3記載の液晶表示装置。 8、各々の複屈折膜が約25ナノメータのリターデイシ
ョンを持つ請求項3記載の液晶表示装置。 9、前記第2の複屈折膜が、前記選ばれた楕円率βを持
つ光を直線偏光の光に変換する為の選ばれた複屈折を持
つ請求項3記載の液晶表示装置。 10、前記液晶セル手段の捩れ角が約90°である請求
項1記載の液晶表示装置。 11、前記液晶材料が超捩れネマチック材料である請求
項1記載の液晶表示装置。 12、前記液晶セル手段が、選ばれた波長の光が出口偏
光子手段によって完全に阻止される様なグーチ・タリー
の最低条件を充たす請求項1記載の液晶表示装置。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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Publications (2)
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|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Families Citing this family (25)
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|---|---|---|---|---|
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