JPH0643449A - 液晶光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電界効果複屈折モードを用いた液晶パネルを
用いた場合において、光の透過時と遮断時とのコントラ
スト比を向上させることである。 【構成】 主液晶パネル１０内の誘電異方性が正のネマ
ティック液晶７を矢印Ｃ方向に配向し、補償用液晶パネ
ル１１内の誘電異方性が正のネマティック液晶１８を矢
印Ｃと直交する矢印Ｄ方向に配向し、クロスニコルに配
置した第１および第２の偏光板２１，２２の偏光軸をそ
れぞれ直線Ａ、Ｂ方向とし、直線Ａが矢印Ｃおよび矢印
Ｄと４５度の角度をなすようにし、補償用液晶パネル１
１に常時電圧を印加して、主液晶パネル１０に電圧を印
加したときに主液晶パネル１０内で配向状態に保持され
た液晶７により発生する複屈折成分を、主液晶パネル１
０内で配向状態に保持された液晶７により発生する複屈
折成分で相殺する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複屈折モードを利用した
液晶光学装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、誘電異方性が正のネマティック液
晶を用いた複屈折モードによる液晶光学装置は、電極間
に介在した液晶を配向膜によりパネル面に水平に１軸配
向させ、パネル外部の偏光板を互いにクロスニコルの位
置とし、かつ配向させた液晶分子の長軸方向が偏光板の
偏光軸に対して４５度の角度を有するように設置した構
成がとられており、この電極間に電界を印加しないとき
の光透過状態（図７ａ参照）と電界を印加したときの遮
光状態（図７ｂ参照）を利用して表示等を行なってい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のものでは、図７
ｂに示すように電極に電界を印加してもパネル内面の界
面付近の液晶分子は配向膜との吸着によりパネル面に対
して水平状態に保持される。このため、例えばセル厚が
２μｍ以下と薄い液晶光学装置の場合、遮光状態のとき
にこの水平配向したままの液晶分子による光の漏れが相
対的に大きくなり、光の遮断特性が劣化し光の透過時と
遮断時とのコントラスト比が下がるという問題点を有し
ていた。

【０００４】また、一般に液晶パネルは外部の温度変化
により閾値特性が変化し動作が不安定になるという問題
も有していた。

【０００５】本発明の目的は、電界効果複屈折モードを
用いた液晶パネルを用いた場合において、光の透過時と
遮断時とのコントラスト比を向上させることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、第１の基板
の一方の面上に形成した第１の電極と、上記第１の基板
の一方の面と対向する第２の基板の一方の面上に形成し
た第２の電極と、上記第１の電極と上記第２の電極との
間隙に１軸方向にホモジニアス配向されて介在する誘電
異方性が正のネマティック液晶と、上記配向方向とそれ
ぞれ４５度またはその近傍の角度をなし、それぞれ互い
にクロスニコルの位置で、上記第１の基板の他方の面側
および上記第２の基板の他方の面側に設けた第１および
第２の偏光板とを具備した主液晶パネルに、上記第１お
よび第２の電極間に電界を印加した際に配向状態に保持
された上記液晶分子の複屈折成分を相殺する補償手段を
上記第１および第２の偏光板間に設けたことにより、上
記の目的を達成している。

【０００７】そして、上記補償手段を、第３の基板の一
方の面上に形成した第４の電極と、上記第３の基板の一
方の面と対向する第４の基板の一方の面上に形成した第
４の電極と、上記主液晶パネルにおける配向方向と直交
する向きに１軸配向し、上記第３の電極と上記第４の電
極との間隙に介在する誘電異方性が正のネマテック液晶
とを具備した補償用液晶パネルと、上記第１および第２
の電極間に電界を印加した際に配向状態に保持された上
記液晶分子の複屈折成分を相殺する複屈折成分を得るた
めに上記補償用液晶パネルに電界を印加する駆動回路と
からなるものとすることにより、上記の目的を達成して
いる。

【０００８】さらに、上記補償手段を、上記第１および
第２の電極間に電界を印加した際に配向状態に保持され
た上記液晶分子の複屈折成分を相殺する位相差フィルム
とすることにより、上記の目的を達成している。

【０００９】

【実施例】以下、本発明をマトリクス型表示装置に用い
た例を図面に示す一実施例に基づいて具体的に説明す
る。

【００１０】図１において、１は第１の基板で、ガラス
等からなり、第１の基板１の一方の面上にＩＴＯ（酸化
スズをドープした酸化インジューム）等からなる第１の
電極２がストライプ状に形成してある。３は第１の配向
膜で、ポリイミド等からなり、第１の基板１の一方の面
上に形成してある。４は第２の基板で、ガラス等からな
り、第１の基板１の一方の面と対向する面（第１の面と
する。）上にＩＴＯなどからなる第２の電極５が第１の
電極２と直交する向きにストライプ状に形成してある。
６は第２の配向膜で、ポリイミド等からなり、第２の基
板４の第１の面上に形成してある。なお、第１の配向膜
３および第２の配向膜６は、第１の配向膜３と第２の配
向膜６との間隙に介在する誘電異方性が正のネマティッ
ク液晶７が一軸方向にホモジニアス配向するようにラビ
ングなどの方法により反平行の配向処理してある。８は
スペーサで、アクリル樹脂等からなり、第１の基板１と
第２の基板４との間に形成し、第１の電極２と第２の電
極５との間隙を一定の値（本例では、１．８６μｍ。）
に保持する。９はシール材で、エポキシ樹脂等からな
り、液晶７を封入する。１１は補償用液晶パネルで、第
３の基板１２、第３の電極１３、第３の配向膜１４、第
４の基板１５、第４の電極１６、第４の配向膜１７、液
晶１８、スペーサ１９およびシール材２０などにより構
成する。第３の基板１２は、ガラス等からなり、図示の
ごとく一方の面が第２の基板４の第１の面と対向する面
と接合しており、他方の面上にＩＴＯ等からなる第３の
電極１３が全面に形成してある。第３の配向膜１４は、
ポリイミド等からなり、第３の基板１２の他方の面上に
形成してある。第４の基板１５は、ガラス等からなり、
第３の基板１２の他方の面と対向する面（第２の面とす
る。）上にＩＴＯ等からなる第４の電極１６が全面に形
成してある。なお、第３の電極１３と第４の電極１６と
の交点により形成する画素は、第１の電極２と第２の電
極５により形成するマトリクス状の画素からなる表示範
囲よりも広く形成してある。第４の配向膜１７は、ポリ
イミド等からなり、第４の基板１５の第２の面上に形成
してある。なお、第３の配向膜１４および第４の配向膜
１７は、第３の配向膜１４と第４の配向膜１７との間隙
に介在する誘電異方性が正のネマティック液晶１８の液
晶分子が、液晶７の分子の長軸方向と直交する一軸方向
にホモジニアス配向するようにラビング等の方法により
反平行の配向処理してある。すなわち、液晶７の液晶分
子の長軸方向と補償用液晶パネル１１内に封入される液
晶１８の液晶分子の長軸方向は互いに直交する向きとな
る。スペーサ１９は、アクリル樹脂等からなり、第３の
基板１２と第４の基板１４との間に形成し、第３の電極
１３と第４の電極１６との間隙を一定の値（本例では、
１．８４μｍ。）に保持する。シール材２０はエポキシ
樹脂等からなり、液晶１８を封入する。２１は偏光板
で、第１の基板１の他方の面上に配置する。２２は偏光
板で、第４の基板１４の第２の面と対向する面上に配置
する。なお、偏光板２１と偏光板２２は互いにクロスニ
コルの位置にあり、かつ、それぞれの偏光軸は液晶７お
よび液晶１８の分子の長軸方向と４５度の角度をなすよ
うに配置されている。なお、第１の基板１，第２の電極
２，第１の配向膜３，第２の基板４，第２の電極５，第
２の配向膜６，液晶７，スペーサ８，シール材９および
偏光板２１、２２とで、主液晶パネル１０が形成され
る。２３は駆動回路で、第１の電極２および第２の電極
５に駆動電圧を印加して主液晶パネル１０に表示を行な
わせるとともに、第１および第２の電極間に電界を印加
した際に配向状態に保持された液晶分子７の複屈折成分
を相殺する複屈折成分を得るための電圧を第３の電極１
３および第４の電極１６に印加する。

【００１１】図２は図１の平面図であり、上記の液晶７
と液晶１８の分子の配向方向および偏光板２１と偏光板
２２の偏光軸の向きを示しており、直線Ａは偏光板２１
の偏光軸の方向を示し、直線Ｂは偏光板２２の偏光軸の
方向を示し、矢印Ｃは液晶７の配向方向を示し、矢印Ｄ
は液晶１８の配向方向を示している。

【００１２】つぎに動作を説明する。駆動回路２３は、
主液晶パネル１０の第１の電極２と第２の電極５とに所
定の駆動電圧を印加して遮光状態にした際に生じる光の
漏れ成分すなわち複屈折成分を相殺する複屈折成分が補
償用液晶パネル１１で発生するように電圧を常時印加す
る。

【００１３】例えば、上記の例では主液晶パネル１０の
駆動電圧を±０〜±１０ｖの１０ｋＨｚの矩形波とした
とき、補償用液晶パネル１１に印加する電圧を１０ｋＨ
ｚ、±７ｖの矩形波電圧とする。

【００１４】補償用液晶パネル１１に電圧を印加するこ
とにより、主液晶パネル１０に電圧を印加して遮光状態
としたときに、第１の配向膜３および第２の配向膜６と
の吸着等により第１の基板１および第２の基板４界面付
近で電界により誘起されずに図２の矢印Ｃ方向に配向状
態に保持されたままとなる液晶分子７による複屈折成分
（液晶分子７の長軸方向に振動した光の位相と長軸方向
と直交する方向に振動した光の位相との位相差）が、第
３の配向膜１４および第４の配向膜１７との吸着等によ
り第３の基板１２および第４の基板１５界面付近で電界
により誘起されずに図２の矢印Ｄ方向に配向状態に保持
されたままとなる液晶分子１８による複屈折成分（液晶
分子１８の長軸方向に振動した光の位相と長軸方向と直
交する方向に振動した光の位相との位相差）により相殺
され、主液晶パネル１０に電圧を印加した際の遮光性が
向上する。

【００１５】図３は従来の電界効果複屈折モードを利用
した液晶光学装置、すなわち上記の主液晶パネル１０だ
けのものと、上記実施例の液晶光学装置の電圧−コント
ラスト比特性を示した図で、曲線ａは従来の液晶光学装
置の特性を示しており、曲線ｂは本実施例の液晶光学装
置の特性を示したものである。なお、従来の液晶光学装
置のセル厚は１．８６μｍ、本実施例のものは上記のよ
うな主液晶パネルのセル厚が１．８６μｍ、補償用液晶
パネルのセル厚が１．８４μｍのものであり、従来の液
晶光学装置および本実施例の主液晶パネルに印加する電
圧は±０〜±１０ｖの１０ｋＨｚの矩形波である。そし
て、補償用液晶パネルには常時１０ｋＨｚ、±７ｖの矩
形波電圧が印加してある。同図から、本発明によりコン
トラスト比の向上が達成できていることがわかる。

【００１６】また、補償用液晶パネル１１に印加する電
圧を変化させることにより、補償用液晶パネル１１の複
屈折成分を変えることができるので、主液晶パネル１０
のＶsat （遮光状態を示す電圧値：図３では１０Ｖ）が
周囲の温度変化により変動しても、補償用液晶パネル１
１に印加する電圧値を適宜変更することにより、主液晶
パネル１０のＶsat を一定の値に保持することができ
る。例えば、温度が低くなり主液晶パネル１０のＶsat
が大きくなった場合は、補償用液晶パネル１１に印加す
る電圧を小さくし、液晶光学装置としてのＶsat を一定
の値に保つことができる。

【００１７】なお、上記の実施例ではマトリクス型の表
示装置に本発明を用いたが、セグメント型の表示装置に
用いてもよく、さらに液晶プリンタの光シャッタ素子等
に適用しても上記と同様の効果が得られる。

【００１８】また、主液晶パネルの電極構造、スペーサ
材料、主液晶パネル１０の駆動電圧および周波数補償用
液晶パネルの印加電圧などは上記に限るものではなく適
宜変更可能である。

【００１９】また、上記の例では液晶７，１８の配向方
向を第１の偏光板２１および第２の偏光板２２のそれぞ
れの偏光軸と４５度の角度をなすようにしたため、最も
良好なコントラストが得られるが、これは上記に限らず
４５度の近傍の角度、例えば４０度〜５０度の角度とし
てもよい。

【００２０】つぎに、液晶光学装置の電極間に電界を印
加した際に配向状態に保持された液晶分子の複屈折成分
を、位相差フィルムにより相殺する例を説明する。

【００２１】図４において、２４，２５は位相差フィル
ムで、本例では第２の基板４と偏光板２２との間に積層
して配置され、位相差フィルム２４の延伸方向は図５に
示す直線Ｅ方向とし、位相差フィルム２５の延伸方向は
直線Ｅと直交する直線Ｆの方向とする。このように２枚
の位相差フィルムの延伸方向を直交させることにより、
所望の位相差を２枚の位相差フィルムの位相差の差によ
り得ることができる。位相差フィルム２４と位相差フィ
ルム２５との位相差を相殺すべき光の位相差にすること
で、遮光性を向上させるものである。

【００２２】なお、図１と同一番号のものは同一のもの
とし、偏光板２１，２２の偏光軸の向き、第１の配向膜
３および第２の配向膜６の配向処理方向は、それぞれ図
５に示した直線Ｇ、直線Ｈ、矢印Ｊとする。図５に示し
た直線Ｇ、直線Ｈ、矢印Ｊは、それぞれ図２で示した直
線Ａ、直線Ｂ、矢印Ｃと対応するものとし、直線Ｅは矢
印Ｊと直交する。

【００２３】例えば、第１の電極２と第２の電極５とに
電圧を印加した際に、第１の基板１および第２の基板５
の界面でそれぞれ矢印Ｊ方向の配向状態に保持されたま
まの液晶分子７による複屈折成分の光の位相差が１０ｎ
ｍである場合、位相差フィルム２４として位相差２８０
ｎｍのものを、位相差フィルム２５として位相差２７０
ｎｍのものをそれぞれ使用することにより、上記の複屈
折成分による位相差１０ｎｍを相殺することができる。
すなわち、位相差フィルム２４，２５を積層することに
より、位相差フィルム２４の延伸方向（直線Ｅ）に１０
ｎｍの位相差を作り、この方向が液晶分子７の配向方向
（矢印Ｊ）と、偏光軸Ｇに対して対称な関係となるた
め、電界印加の時における液晶分子７の配向方向による
複屈折成分が位相差フィルムにより相殺されることにな
る。

【００２４】図６は従来の電界効果複屈折モードを用い
た液晶光学装置と上記実施例の液晶光学装置において、
電極間に±０〜±１０ｖ、１０ｋＨｚの矩形波の駆動電
圧を印加した時の電圧−コントラスト比特性を示したも
のである。曲線ｃは従来の液晶光学装置の特性であり、
曲線ｄは本実施例の液晶光学装置の特性である。同図か
ら本発明によりコントラスト比の向上が達成できている
ことがわかる。

【００２５】なお、上記の例では位相差フィルムを第２
の基板４と偏光板２２との間に積層して配置したが、例
えば第１の基板１と偏光板２１との間に配置してもよ
く、それぞれの位相差フィルムを第１の基板側と第２の
基板側とに別けて配置してもよい。

【００２６】なお、位相差フィルムを用いて光の漏れ成
分を相殺する上記の実施例において以下のことがいえ
る。

【００２７】それぞれの位相差フィルムの位相差は上記
に限るものではなく、例えば位相差３００ｎｍの位相差
フィルムと位相差２９０ｎｍの位相差フィルムとを用い
ても上記と同様の効果が得られる。

【００２８】また、位相差フィルムによって相殺する複
屈折による位相差は上記の１０ｎｍに限らず、相殺すべ
き位相差に応じて適宜変更可能である。

【００２９】また、２枚の位相差フィルムの延伸方向を
直交して重ねることにより所望の位相差を得たが、これ
は１枚の位相差フィルムで微小な位相差を得ることが技
術的に困難なためであり、１枚の位相差フィルムのみで
所望の位相差が得られるのであれば、延伸方向を液晶分
子の配向方向と直交する方向とすれば、上記と同様の効
果が得られる。また２枚以上の位相差フィルムを延伸方
向が直交するように重ねることにより所望の位相差を得
るようにしてもよい。

【００３０】また、上記の例では液晶７の配向方向を第
１の偏光板２１および第２の偏光板２２のそれぞれの偏
光軸と４５度の角度をなすようにしたため、最も良好な
コントラストが得られるが、これは上記に限らず４５度
の近傍の角度、例えば４０度〜５０度の角度としてもよ
い。

【００３１】なお、本発明は種々の液晶表示装置および
光プリンタの液晶シャッタ等に適用可能である。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、第１および第２の電極間に電
界を印加した際に配向状態に保持された液晶分子の複屈
折成分を相殺する補償手段を第１および第２の偏光板間
に設けたことにより、光の遮断時の遮光性を上げコント
ラスト比を向上させることができる。

【００３３】また、補償手段として補償用液晶パネルを
用いた場合には、それに印加する電圧を変化させること
により、補償用液晶パネルの複屈折成分を変えることが
できるので、例えば主液晶パネルのＶsat （遮光状態を
示す電圧値）が周囲の温度変化により変動しても、補償
用液晶パネルに印加する電圧値を適宜変更することによ
り、主液晶パネルのＶsat を一定の値に保つことができ
る。

【００３４】さらに、補償手段として位相差フィルムを
用いた場合には、位相差フィルムを積層するだけという
簡単な構成で光の遮断時の遮光性を上げコントラスト比
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示した断面図。

【図２】図１の平面図。

【図３】本発明と従来の液晶光学装置との電圧−コント
ラスト比を示した説明図。

【図４】本発明の他の実施例を示した断面図。

【図５】図４の平面図。

【図６】本発明と従来の液晶光学装置との電圧−コント
ラスト比を示した説明図。

【図７】電界の非印加時と印加時における液晶分子の状
態を示した説明図。

【符号の説明】

１ 第１の基板 ２ 第１の電極 ４ 第２の基板 ５ 第２の電極 ７ 誘電異方性が正のネマティック液晶 １０ 主液晶パネル １１ 補償用液晶パネル １２ 第３の基板 １３ 第３の電極 １５ 第４の基板 １６ 第４の電極 １８ 誘電異方性が正のネマティック液晶 ２１ 第１の偏光板 ２２ 第２の偏光板 ２３ 駆動回路 ２４ 位相差フィルム ２５ 位相差フィルム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 庄司 秀樹 東京都墨田区太平四丁目１番１号 株式会 社精工舎内 (72)発明者 藤田 政則 東京都墨田区太平四丁目１番１号 株式会 社精工舎内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の基板の一方の面上に形成した第１
   の電極と、上記第１の基板の一方の面と対向する第２の
   基板の一方の面上に形成した第２の電極と、上記第１の
   電極と上記第２の電極との間隙に１軸方向にホモジニア
   ス配向されて介在する誘電異方性が正のネマティック液
   晶と、上記配向方向とそれぞれ４５度またはその近傍の
   角度をなし、それぞれ互いにクロスニコルの位置で、上
   記第１の基板の他方の面側および上記第２の基板の他方
   の面側に設けた第１および第２の偏光板とを具備した主
   液晶パネルに、 上記第１および第２の電極間に電界を印加した際に配向
   状態に保持された上記液晶分子の複屈折成分を相殺する
   補償手段を上記第１および第２の偏光板間に設けたこと
   を特徴とする液晶光学装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記補償手段は、第
   ３の基板の一方の面上に形成した第３の電極と、上記第
   ３の基板の一方の面と対向する第４の基板の一方の面上
   に形成した第４の電極と、上記主液晶パネルにおける配
   向方向と直交する向きに１軸配向し、上記第３の電極と
   上記第４の電極との間隙に介在する誘電異方性が正のネ
   マテック液晶とを具備した補償用液晶パネルと、上記第
   １および第２の電極間に電界を印加した際に配向状態に
   保持された上記液晶分子の複屈折成分を相殺する複屈折
   成分を得るために上記補償用液晶パネルに電界を印加す
   る駆動回路とからなることを特徴とする液晶光学装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、上記補償手段は、上
   記第１および第２の電極間に電界を印加した際に配向状
   態に保持された上記液晶分子の複屈折成分を相殺する位
   相差フィルムであることを特徴とする液晶光学装置。