JPH07109458B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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- JPH07109458B2 JPH07109458B2 JP1332338A JP33233889A JPH07109458B2 JP H07109458 B2 JPH07109458 B2 JP H07109458B2 JP 1332338 A JP1332338 A JP 1332338A JP 33233889 A JP33233889 A JP 33233889A JP H07109458 B2 JPH07109458 B2 JP H07109458B2
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- substrate
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
- G02F1/139—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
- G02F1/1393—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the birefringence of the liquid crystal being electrically controlled, e.g. ECB-, DAP-, HAN-, PI-LC cells
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は液晶表示装置に関し、特に電気的に複屈折性を
制御した液晶表示装置に関する。
制御した液晶表示装置に関する。
［従来の技術］ 第３図に、従来技術による電気的に複屈折性を制御し
た、いわゆるスーパーホメオトロピック（SH）技術によ
る液晶表示装置の例を示す。
た、いわゆるスーパーホメオトロピック（SH）技術によ
る液晶表示装置の例を示す。
直交したリニア偏光器14、15の間に、液晶セルが配置さ
れている。液晶セルは、所定のギャップを画定する１対
の基板11、12の間に液晶層を挟んで構成されている。液
晶層内で液晶分子13は、基板面法線から傾斜したチルト
角φを有している。図中は液晶分子のディレクタベク
トルを示す。第３図中、左側の部分が“オフ”状態を示
し、右側が“オン”状態を示す。
れている。液晶セルは、所定のギャップを画定する１対
の基板11、12の間に液晶層を挟んで構成されている。液
晶層内で液晶分子13は、基板面法線から傾斜したチルト
角φを有している。図中は液晶分子のディレクタベク
トルを示す。第３図中、左側の部分が“オフ”状態を示
し、右側が“オン”状態を示す。
以下、オフ状態とオン状態の分子状態について説明す
る。
る。
“オフ”状態は擬ホメオトロピックな状態である。表面
チルト方向はベクトル１および２で表される。ベク
トル１および２は平行である。基板法線からの角度
で定義した表面チルト角度φｓは両基板上で同一であ
る。
チルト方向はベクトル１および２で表される。ベク
トル１および２は平行である。基板法線からの角度
で定義した表面チルト角度φｓは両基板上で同一であ
る。
このことは休止状態で液晶分子が均一に配列することを
保障する。
保障する。
セルのいずれの場所においても、液晶分子の配向は
１および２に平行に保たれる。
１および２に平行に保たれる。
“オン”状態においては、電界によるチルトが生じる。
セルの中央部分の液晶分子は基板表面部分のチルト角度
φｓよりも大きなチルト角度φを呈する。但し、全ての
液晶分子は１とＺ軸を含む平面内に配向している。
セルの中央部分の液晶分子は基板表面部分のチルト角度
φｓよりも大きなチルト角度φを呈する。但し、全ての
液晶分子は１とＺ軸を含む平面内に配向している。
以上のような“オン”状態と“オフ”状態を有する液晶
セルは直交するリニア偏光器または直交する円偏光器間
に挟んで観察する。
セルは直交するリニア偏光器または直交する円偏光器間
に挟んで観察する。
“オフ”状態では、セルはＺ軸に沿って進む光に対して
何の効果も果たさない。従って、入射光は２つの直交す
る偏光器によって全て吸収される。
何の効果も果たさない。従って、入射光は２つの直交す
る偏光器によって全て吸収される。
“オン”状態においては、セルは複屈折性を呈する。透
過率の最大値は液相セルのチルト方向をリニア偏光器か
ら45度の位置に配置した時に得られる。
過率の最大値は液相セルのチルト方向をリニア偏光器か
ら45度の位置に配置した時に得られる。
たとえば、図中YZ平面内にチルト角を配置する。この時
θ＝π/2 sinθ＝1, cosθ＝０となって となる。
θ＝π/2 sinθ＝1, cosθ＝０となって となる。
［発明が解決しようとする課題］ 以上述べた従来技術による電気的に制御した複屈折性を
有する液相セルには未だ改良すべき点が存在する。
有する液相セルには未だ改良すべき点が存在する。
本発明の目的は、セル全体で均一な表示を行える液晶表
示装置を提供することである。
示装置を提供することである。
本発明の他の目的は、より速いスイッチング速度を有す
る液晶表示装置を提供することである。
る液晶表示装置を提供することである。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、液晶分子のチルト角が、１対の基板表
面上で逆方向にかつ異なる量与えられる。
面上で逆方向にかつ異なる量与えられる。
［作用］ 電気的に制御した複屈折効果は擬ホメオトロピック状態
とチルトした状態の間のいわゆるフレデリック遷移に基
づく。
とチルトした状態の間のいわゆるフレデリック遷移に基
づく。
チルト方向の均一性を良くするためには、基板表面にチ
ルト処理を施す。
ルト処理を施す。
従来技術においては、チルト方向は両基板表面上で平行
であった。
であった。
チルト方向を両基板上で逆方向にすると、液晶分子の電
気光学的応答性が鋭くなる。従って、より良いコントラ
ストを得ることができる。また、スイッチング時間が減
少する。
気光学的応答性が鋭くなる。従って、より良いコントラ
ストを得ることができる。また、スイッチング時間が減
少する。
しかしながら、チルト方向を逆方向にすると液晶分子は
その向きを反転させるために、基板と平行な平面内に角
度Πの回転（ツイスト）するようになる。このΠツイス
トがセルの厚さ方向に広く分布するかセル内の厚さの１
部に集中する。光学的には、これらの状態は異なるもの
があり、結果としてオン状態は輝度が不均一なものとな
ってしまう。
その向きを反転させるために、基板と平行な平面内に角
度Πの回転（ツイスト）するようになる。このΠツイス
トがセルの厚さ方向に広く分布するかセル内の厚さの１
部に集中する。光学的には、これらの状態は異なるもの
があり、結果としてオン状態は輝度が不均一なものとな
ってしまう。
コレステリックなドーパントを添加することにより、こ
の問題を解決することができる。しかしながら、コレス
テリックなドーパントを添加すると基板間ギャップに対
すす感度が鋭くなりすぎる、応答時間が長くなりすぎ
る、輝度が増加する等の問題が生じる。
の問題を解決することができる。しかしながら、コレス
テリックなドーパントを添加すると基板間ギャップに対
すす感度が鋭くなりすぎる、応答時間が長くなりすぎ
る、輝度が増加する等の問題が生じる。
本発明者は非対称なチルト角を採用することによって、
これらの問題を解決できることを発見した。
これらの問題を解決できることを発見した。
逆方向の非対称なチルト角は、平行なチルト角と同様の
均一な分子配向を提供することができる。
均一な分子配向を提供することができる。
Πのツイスト角は存在するが、Πのツイストはオン状態
においてチルトが最小である基板の近傍の極めて薄い層
内に局在する。
においてチルトが最小である基板の近傍の極めて薄い層
内に局在する。
このような状態は液晶分子が純粋なネマチックであるか
または非常に大きなピッチ（セルギャップの数倍以上）
を有するコレステリックである場合、弾性エネルギが最
小である配置に対応する。逆方向で非対称な表面チルト
角を採用すると、逆方向チルトの利点が得られ、その欠
点がコレステリックなドーパントを利用することなく回
避できる。
または非常に大きなピッチ（セルギャップの数倍以上）
を有するコレステリックである場合、弾性エネルギが最
小である配置に対応する。逆方向で非対称な表面チルト
角を採用すると、逆方向チルトの利点が得られ、その欠
点がコレステリックなドーパントを利用することなく回
避できる。
なお、本発明においても、コレステリックなドーパント
を用いることはできる。この場合、コレステリックなピ
ッチはセルギャップよりも非常に大きなものである。
を用いることはできる。この場合、コレステリックなピ
ッチはセルギャップよりも非常に大きなものである。
［実施例］ 以下図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
液晶表示装置は電気的に制御した複屈折性を利用するも
のであり、逆方向で非対称な表面チルトを有する。以下
その表面チルト、結果として生じるバルク内の配向、光
学的な行動について述べる。
のであり、逆方向で非対称な表面チルトを有する。以下
その表面チルト、結果として生じるバルク内の配向、光
学的な行動について述べる。
表面チルト 第１図に本発明の実施例による液晶表示装置を概略的に
示す。基板表面内にＸ軸、Ｙ軸をとり、基板と垂直方向
をＺ軸とする。基板１がより大きな表面チルト角を有
し、基板２がより小さな表面チルト角を有する。これら
のチルト角は逆方向に配置される。基板１上で基板法線
に対する表面上の分子のデクレタ１の角度をφs1と表
し、基板２上で液晶分子のデレクタ２と法線との間の
角度をφs2を表す。以上の関係を式で表すと、 φs1＞φs2 となる。
示す。基板表面内にＸ軸、Ｙ軸をとり、基板と垂直方向
をＺ軸とする。基板１がより大きな表面チルト角を有
し、基板２がより小さな表面チルト角を有する。これら
のチルト角は逆方向に配置される。基板１上で基板法線
に対する表面上の分子のデクレタ１の角度をφs1と表
し、基板２上で液晶分子のデレクタ２と法線との間の
角度をφs2を表す。以上の関係を式で表すと、 φs1＞φs2 となる。
１に対してθ＝−π/2,２に対して θ＝Π/2とすると、 となる。
基板表面の液晶分子を配向する性質は強固であるので、
基板表面上ではオン状態かオフ状態であることによって
チルト角の変化はない。
基板表面上ではオン状態かオフ状態であることによって
チルト角の変化はない。
バルク内配向 “オフ”状態では、液晶分子は基板１表面上での１か
ら基板２表面上での２に至るまでにΠのツイスト角変
化を伴って変化する。従って、バルク内において、液晶
分子のデレクタは ここで、 φs1＞φOFF＞φs2 −π/2＜θOFF＜π/2 となる。
ら基板２表面上での２に至るまでにΠのツイスト角変
化を伴って変化する。従って、バルク内において、液晶
分子のデレクタは ここで、 φs1＞φOFF＞φs2 −π/2＜θOFF＜π/2 となる。
θOFFおよびθOFFは座標ｚの関数である。φOFF（ｚ）
は第１図で見られるように、比較的均一に変化する。ツ
イスト角θOFF（ｚ）は主により小さな表面チルト角を
呈する基板（基板２）の表面に近い部分６で変化する。
は第１図で見られるように、比較的均一に変化する。ツ
イスト角θOFF（ｚ）は主により小さな表面チルト角を
呈する基板（基板２）の表面に近い部分６で変化する。
“オン”状態では、液晶分子はやはりΠのツイスト角を
呈するが、チルト角は印加する電界の作用によって増大
する。但し、基板表面の液晶分子配向力は強いので、表
面上のデレクタ１および２はオン状態とオフ状態で
変化しない。
呈するが、チルト角は印加する電界の作用によって増大
する。但し、基板表面の液晶分子配向力は強いので、表
面上のデレクタ１および２はオン状態とオフ状態で
変化しない。
バルク内に関しては、液晶分子デレクタは、 ここで φON＞φs1＞φs2 −π/2＜θON＜π/2 となる。
第１図に見られるように、チルト角φON（ｚ）は基板１
上のφs1からバルク内のφONへ増大し、さらにバルク内
のφONから基板２上のφs2へと減少する。
上のφs1からバルク内のφONへ増大し、さらにバルク内
のφONから基板２上のφs2へと減少する。
ツイスト角は、より小さな表面チルト角を有する基板２
の近傍の極めて薄い層８内に全て局在されてしまう。バ
ルク内のチルト角φONが大きいほど、ツイスト角が局在
する層は薄くなる。このように、チルト角が小さなｚ方
向領域の極めて薄い層に局在化されたツイスト角変化は
光学的にほとんど何の効果も及ぼさない。
の近傍の極めて薄い層８内に全て局在されてしまう。バ
ルク内のチルト角φONが大きいほど、ツイスト角が局在
する層は薄くなる。このように、チルト角が小さなｚ方
向領域の極めて薄い層に局在化されたツイスト角変化は
光学的にほとんど何の効果も及ぼさない。
この実効的な複屈折性は極めて低く、以下に示す式で表
される。
される。
（ΔＮ）＝（Δ）L.C×sin2φs2 さらに、角度Πのツイストによる伝播の固有モードはも
はやリニアではなくなり、擬円になる。実験的にはこの
薄いΠツイストを有する層が光学的には何の効果も有し
ていないことが判った。従って、逆方向の非対称なチル
ト角を有するセルは、平行な対称的チルト角を有する標
準的SHセルと同等の光学的性質を提供する。
はやリニアではなくなり、擬円になる。実験的にはこの
薄いΠツイストを有する層が光学的には何の効果も有し
ていないことが判った。従って、逆方向の非対称なチル
ト角を有するセルは、平行な対称的チルト角を有する標
準的SHセルと同等の光学的性質を提供する。
第２図（Ａ）、（Ｂ）は液晶セル内の液晶分子デレクタ
の分布をチルト角およびねじれ角に対してプロットした
グラフである。
の分布をチルト角およびねじれ角に対してプロットした
グラフである。
第２図（Ａ）は、チルト角の液晶セル内の厚さ方向分布
を示す図である。
を示す図である。
第２図（Ｂ）はツイスト角の液晶セルの厚さ方向分布を
示す図である。
示す図である。
光学的振舞い “オフ”状態では、チルト角はφs2からφs1まで徐々に
変化する。従って、チルト角の分布する範囲は極めて狭
い。液晶セルは直交する偏光器の間に挟んで観察する。
角度Πのツイスト角によって透過光強度の厳密な数学的
表現は得られないが、相対的透過率を過大評価した以下
の表現が得られる。
変化する。従って、チルト角の分布する範囲は極めて狭
い。液晶セルは直交する偏光器の間に挟んで観察する。
角度Πのツイスト角によって透過光強度の厳密な数学的
表現は得られないが、相対的透過率を過大評価した以下
の表現が得られる。
Ｉ＜CPsin2［π１×△ｎ×sin2φs1）／λ ここで、Δｎは液晶セルの複屈折性を示し、φs1は大き
な方の表面チルト角、ｌはセルのギャップ長、λは波
長、Cpは偏光器による定数であり、0.5以下である。φs
1＞１度、ｌ＝５μｍ、λ＝0.5μｍ、Δｎ＝0.2の時に
透過光強度は１％よりも小さい。
な方の表面チルト角、ｌはセルのギャップ長、λは波
長、Cpは偏光器による定数であり、0.5以下である。φs
1＞１度、ｌ＝５μｍ、λ＝0.5μｍ、Δｎ＝0.2の時に
透過光強度は１％よりも小さい。
従って、“オフ”状態は黒である。
“オン”状態においては、極めて薄いツイスト層が基板
２近傍に局在し、透過光に対して光学的効果を及ぼさな
い。従って、この局在ツイスト層を無視して透過光強度
を表現すれば、通常の電気的に制御した複屈折型液晶セ
ルの表現を借用して、以下のように表せる。
２近傍に局在し、透過光に対して光学的効果を及ぼさな
い。従って、この局在ツイスト層を無視して透過光強度
を表現すれば、通常の電気的に制御した複屈折型液晶セ
ルの表現を借用して、以下のように表せる。
（オーバーラインは平均値を表わす） となる。
I on≒Cp となる。
従って、“オン”状態は白である。
次に、表面チルト角を与える基板処理について述べる。
基板１、２表面上のチルト角度φｓは線通常φ１は約１
〜５゜、φ２は０〜0.5゜程度の範囲にある。このよう
な表面チルトは以下のような方法によって提供される。
〜５゜、φ２は０〜0.5゜程度の範囲にある。このよう
な表面チルトは以下のような方法によって提供される。
第１工程；下層作成 下層材料は高分子（ポリイミド）または鉱物（SiO2）で
ある。
ある。
この下層には異方性処理を施す。すなわち、ラビングま
たは斜め蒸着を行う。
たは斜め蒸着を行う。
第２工程；ホメオトロピック配向 以上のように準備した異方性の下層の上に、たとえばポ
リシランのような物質を吸着させる。ポリシランの吸着
は０度から30度の間の表面チルトを与えることが知られ
ている。
リシランのような物質を吸着させる。ポリシランの吸着
は０度から30度の間の表面チルトを与えることが知られ
ている。
セルギャップを５μｍとし、従来の標準的SHセルと上述
の実施例に従うセルとを製作し、その性能を比較した。
の実施例に従うセルとを製作し、その性能を比較した。
ここで、trはオン波形印加によって透過率が０％→90％
に上昇する時のライズタイム、tdはオフ波形印加によっ
て透過率が100％→10％に下降する時のディケイタイム
である。
に上昇する時のライズタイム、tdはオフ波形印加によっ
て透過率が100％→10％に下降する時のディケイタイム
である。
表に見られるように、本発明の実施例によれば、応答速
度が改良されていることが明らかである。
度が改良されていることが明らかである。
［発明の効果］ 本発明によれば、逆方向でかつ非対称なチルト角を採用
することにより、応答が鋭く、コントラストが良く、か
つセル全面で均一な応答を示す液晶表示装置が得られ
る。
することにより、応答が鋭く、コントラストが良く、か
つセル全面で均一な応答を示す液晶表示装置が得られ
る。
第１図は本発明の実施例による液晶表示装置を示す斜視
図、 第２図（Ａ），（Ｂ）は第１図の液晶表示装置内の液晶
分子デレクタの分布を示すグラフであり、第２図（Ａ）
はチルト角分布、第２図（Ｂ）はツイスト角分布を示す
グラフ、 第３図は従来技術による液晶表示装置を示す斜視図であ
る。 図において、 １、２……基板 ３……液晶分子 ４、５……偏光器 ６、８……ツイスト層 ７、９……残りの層 11、12……基板 13……液晶分子 14、15……偏光器 ……液晶分子のデレクタ
図、 第２図（Ａ），（Ｂ）は第１図の液晶表示装置内の液晶
分子デレクタの分布を示すグラフであり、第２図（Ａ）
はチルト角分布、第２図（Ｂ）はツイスト角分布を示す
グラフ、 第３図は従来技術による液晶表示装置を示す斜視図であ
る。 図において、 １、２……基板 ３……液晶分子 ４、５……偏光器 ６、８……ツイスト層 ７、９……残りの層 11、12……基板 13……液晶分子 14、15……偏光器 ……液晶分子のデレクタ
Claims (3)
- 【請求項１】所定のギャップを隔てて対向する一対の基
板間に液晶層を挟み、前記一対の基板表面には、隣接す
る液晶分子に所定方向にチルト角を生じさせる処理が施
されている液晶表示装置において、 前記液晶層に電圧が印加されていない時、前記一対の基
板それぞれの表面に隣接する液晶分子のセル法線に対す
るチルト角の大きさが異なると共に、 一方の基板表面に施される前記処理が隣接する液晶分子
に付与するチルト方向は、 他方の基板表面に隣接する液晶分子のチルト方向と該液
晶層が有する固有の性質に従って液晶分子が配向した場
合に、前記一方の基板表面に隣接する液晶分子が有する
であろうチルト方向と、セル法線に関して逆方向である
液晶表示装置。 - 【請求項２】前記液晶層がネマチック液晶又は前記基板
間のギャップよりも長いピッチを持つコレステリック液
晶を含む請求項１記載の液晶表示装置。 - 【請求項３】前記一対の基板外側に、チルト角を含む面
に対して約45度の角度をなし、互いに直交する一対の偏
光器または互いに逆向きの円偏光器を備えたことを特徴
とする請求項１または２記載の液晶表示装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1332338A JPH07109458B2 (ja) | 1989-12-21 | 1989-12-21 | 液晶表示装置 |
| EP19900124621 EP0434000B1 (en) | 1989-12-21 | 1990-12-18 | Liquid crystal display |
| DE1990621521 DE69021521T2 (de) | 1989-12-21 | 1990-12-18 | Flüssigkristallanzeige. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1332338A JPH07109458B2 (ja) | 1989-12-21 | 1989-12-21 | 液晶表示装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03192217A JPH03192217A (ja) | 1991-08-22 |
| JPH07109458B2 true JPH07109458B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=18253850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1332338A Expired - Fee Related JPH07109458B2 (ja) | 1989-12-21 | 1989-12-21 | 液晶表示装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0434000B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07109458B2 (ja) |
| DE (1) | DE69021521T2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5309264A (en) * | 1992-04-30 | 1994-05-03 | International Business Machines Corporation | Liquid crystal displays having multi-domain cells |
| GB2314641A (en) * | 1996-06-26 | 1998-01-07 | Sharp Kk | Liquid crystal devices |
| GB2314640A (en) * | 1996-06-26 | 1998-01-07 | Sharp Kk | Liquid crystal devices |
| JP3406492B2 (ja) * | 1997-05-26 | 2003-05-12 | シャープ株式会社 | 液晶パネル |
| JP5076211B2 (ja) | 2007-06-08 | 2012-11-21 | スタンレー電気株式会社 | 液晶表示装置 |
| WO2012108311A1 (ja) * | 2011-02-08 | 2012-08-16 | シャープ株式会社 | 液晶ディスプレイ |
| WO2012108313A1 (ja) * | 2011-02-08 | 2012-08-16 | シャープ株式会社 | 液晶ディスプレイ |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1531730A (en) * | 1976-03-03 | 1978-11-08 | Secr Defence | Liquid crystal devices |
| JPS58173720A (ja) * | 1982-04-06 | 1983-10-12 | Kawaguchiko Seimitsu Kk | 液晶カラ−表示体 |
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