JP2000147490A - 液晶電気光学装置 - Google Patents

液晶電気光学装置

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JP2000147490A JP2000002573A JP2000002573A JP2000147490A JP 2000147490 A JP2000147490 A JP 2000147490A JP 2000002573 A JP2000002573 A JP 2000002573A JP 2000002573 A JP2000002573 A JP 2000002573A JP 2000147490 A JP2000147490 A JP 2000147490A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】液晶の(Δn・d)と、上基板のラビング方向
と入射光の偏光方向とのなす角度とを最適設定すること
により高い反射率の液晶電気光学装置を実現する。 【解決手段】反射型液晶セルの上基板1側のみに偏光子
を具備し、液晶17はねじれ配向してなり、液晶の複屈
折率(Δn)と反射型液晶セルのセル厚(d)との積
(Δn・d)が0.15μm〜0.35μmであり、且
つ上基板に施されたラビング方向と反射型液晶セルに入
射する光の偏光方向とのなす角度(θ)が液晶のねじれ
方向に0°〜40°の範囲に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶電気光学素子に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の液晶電気光学素子は、図8に示す
ように、液晶セル1と、これを挟んで両側に配置した偏
光板3、4とからなる。特に透過型の場合には偏光板4の
外側にバックライト5を、また反射型の場合には同様に
反射板5を設けていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、表示体に要求さ
れる画素数の増加にともない、液晶電気光学素子の基板
上に形成される回路素子の密度が急増しており、透過光
量の減少を招いている。例えば、画素面積中に占める表
示可能面積で定義される開口率は、プロジェクションテ
レビ等に用いられる現状の液晶セルで40%程度であるの
に対し、将来的にハイビジョン対応の画素数に増やすと
10%程度にまで低下する見込みである。これを改善する
目的で、バックライトの採用並びに該バックライト光量
の増加、あるいは回路素子の構造、設計の改良がなされ
ているが、効果は不十分であった。
【0004】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、新しい反射型液晶モード
を導入することにより開口率を一挙に90%程度まで改善
し、回路素子の密度が増えても透過光量の減少を招かな
い液晶電気光学素子を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶電気光学素
子は、対向する2枚の基板間に液晶を挟持してなる液晶
セルと1枚の反射板とを備えた液晶電気光学素子におい
て、該液晶が約90度のねじれ配向をなし、かつ該液晶と
該反射板との間に偏光素子を有さないことを特徴とす
る。
【0006】また、前記液晶を挟んで、前記反射板とは
反対側に選択反射部材を設けたことを特徴とする。
【0007】また、前記反射板が、基板上に形成された
金属薄膜であり、画素電極を兼ねていることを特徴とす
る。
【0008】また、前記基板上に薄膜トランジスタ等の
回路素子を有し、該回路素子のほぼ全面を反射板を兼ね
た電極で覆うことを特徴とする。
【0009】また、前記液晶セルの液晶の複屈折率△n
とセルギャップdとの積であるリターデーション△n×d
の値が0.15μmよりも大きくかつ0.35μmよりも小さい
ことを特徴とする。
【0010】
【作用】選択反射部材とは、例えば図5に示すように2個
のプリズム状の光透過体21の斜面に、金属あるいは金属
酸化物からなる多層薄膜22を形成した後、両斜面を接触
させたものである。該斜面に対して、図5に示すように4
5度の角度で光51を入射すると、P偏光成分52(光の振動
面が該斜面に対して垂直な偏光)は選択反射部材の影響
を受けずに直進して出射するが、S偏光成分53(光の振
動方向が該斜面に対して平行な偏光)は入射方向に対し
て90度の方向に反射する。このような選択反射部材を特
に偏光ビームスプリツター(以下PBSと略す)と呼ぶ。
【0011】PBSは、選択的に偏光を通過させるという
意味において、従来の偏光フィルムと類似の作用を示
す。しかしながら、従来の液晶電気光学素子のように、
液晶セルの両側に偏光子と検光子の2枚の偏光板を備え
るのではなく、1つのPBSによって偏光子と検光子を兼ね
ているため、従来とは異なる新しい液晶モードを用いる
必要がある。
【0012】従来、このような光学系に対しては、ホメ
オトロピック配向したn型ネマチック液晶を用いること
が提案されていた。図1を基にその表示原理を説明す
る。ホメオトロピック配向した液晶はセル法線方向に複
屈折性を有さない。従って、図のA方向から入射し、PBS
によって直角に曲げられたS偏光53はそのままS偏光56の
状態でセルを出射する。S偏光56はPBSによって再び直角
に反射してA方向に出射するため、B方向からは観察され
ない。一方、液晶セルに電圧を印如して液晶分子を傾
け、そのリターデーションがλ/4(光の波長の4分の
1、但し反射型であるので実質的なリターデーションは
λ/2となる)になるようにすると、入射したS偏光53は
P偏光55の状態で出射する。P偏光55はPBSの影響を受け
ずに直進してB方向に出射する。このようにホメオトロ
ピックセルは、PBSと組み合わせた反射モードで、高コ
ントラストでオン・オフすることができる。ところが、
ホメオトロピック型の液晶セルは、配向処理が難しく信
頼性が得られない上、n型の液晶材料も現在のところ開
発途上であって十分な特性が得られていないため、この
液晶モードは実用的ではない。
【0013】逆に、ホモジニアス配向したp型ネマチッ
ク液晶をツイスト無しで用いることも可能である。この
場合は電圧無印加状態で明、電圧が印加されて液晶分子
が十分に立ったときに暗となる。ホモジニアス配向はホ
メオトロピック配向とは異なって、従来から広く用いら
れているため、諸技術はすべて実用レベルにある。しか
しながら、リターデーションが失われる程、液晶分子を
立たせるには非常な高電圧が必要であって、通常の電圧
ではホメオトロピック配向セルのような高いコントラス
トを得ることができない。これは図6に示すように、液
晶セルの基板近傍の液晶分子が配向膜の表面規制カによ
って立ち難くなっているためである。
【0014】本発明の液晶電気光学素子は、ホモジニア
ス配向ながら、ツイスト角を約90度にしている点に特徴
がある。ツイスト角を約90度とすることによって、直交
している上下両基板近傍の液晶分子が互いに光学補償し
あい、比較的低電圧でリターデーションが失われて、暗
状態が得られるのである。一方で電圧無印加時の反射率
(明るさ)についてはセル条件を最適化する必要があ
る。図7に入射光の偏光方向と上基板のラビング方向と
のなす角度θの値と、液晶セルのリターデーション△n
×dの値を変化させたときの反射率の変化を示す。この
図によると、反射率はθ=0度〜40度、△n×d=0.15μ
m〜0.35μmと、θ=50度〜70度、△n×d=0.60μm〜
0.75μmの2つの条件で高い値を取ることがわかる。前
述のように電圧印加時は常に暗状態が得られるため、こ
れらの条件下では高いコントラストでのオン・オフが可
能である。
【0015】
【発明の実施の形態】
【実施例】以下、実施例により本発明の詳細を示す。
【0016】(実施例1)図1は、本発明の液晶電気光学
素子の断面図である。図中、1は液晶セル、2はPBSであ
る。また、11は上基板、12は下基板、13は透明電極、14
は画素電極を兼ねた反射膜、15は薄膜トランジスタ(以
下TFTと呼ぶ)、16は絶縁膜、17は液晶である。液晶
は、メルク社製のZLI−2359(△n=0.0512)を用い、
セルギャップ4.9μmの液晶セルに、ツイスト角左90度
でホモジニアス配向させた。リターデーションは0.25
μmである。また反射膜にはニッケルの蒸着膜を、絶縁
膜にはポリイミド系樹脂を用いた。開口率低下の原因と
なっていたTFTのほぼ全面を反射膜が覆っているため、
開口率は92%まで向上している。
【0017】図2は、本発明の液晶電気光学素子の各軸
の関係を、光の入射方向から見た図である。31はPBSを
通過してきた入射光の偏光方向、32は上基板のラビング
方向、33は下基板のラビング方向である。また、34は31
が32となす角度θ(左回りが正の値)を、35は液晶のツ
イスト角を示す。実施例1ではθ=20度に設定した。
【0018】図3は、以上の条件下で作製した液晶電気
光学素子の電気光学特性を示す図である。その反射率は
76%と、ほぼ従来のツイステツドネマチックモードに匹
敵し、92%という高開口率とあわせ、明るい表示が可能
となった。表示コントラストは最大1:85である。
【0019】(実施例2)実施例1において、液晶のツイ
スト角を95度、リターデーションを0.20μm、角度θを
105度にした以外は、実施例1と同様にした。液晶のツイ
スト角を大きくすることによって、より低い電圧で駆動
することが可能になるが、反射率が70%まで低下する。
なお、角度θには90度の整数倍を加えても特性は変わら
ないので、θ=105度はθ=15度と同じである。
【0020】(実施例3)実施例1において、リターデー
ションを0.70μm、角度θを60度にした以外は、実施例
1と同様にした。これは図7に示したもう一つの高反射率
条件である。実施例1よりも、より低い電圧で駆動で
き、しきい値電圧の急峻性も良くなるが、その反面、表
示の着色が大きくなるという欠点もある。
【0021】(実施例4)本実施例においてはPBSを用い
る代わりに2枚の偏光板を用いた。図4に実施例4におけ
る液晶電気光学素子の断面図を示した。光は液晶セルの
法線方向から約10度傾いた方向から入射し、同じく約10
度傾いた方向に出射する。入射光51と、出射光54の光路
上に、それぞれ偏光子3と検光子4を置いて、PBSの代用
とした。液晶セルの諸条件は、実施例1と同じに設定し
た。
【0022】偏光板はPBSに比べて偏光度が高いので、
1:220という高い表示コントラストを得ることができ
た。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、新
しい反射型液晶モードを導入することにより、回路素子
の密度が増えても透過光量の減少を招かない液晶電気光
学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶電気光学素子の断面図である。
【図2】本発明の液晶電気光学素子の各軸の関係を示す
図である。
【図3】本発明の実施例1における液晶電気光学素子の
電気光学特性を示す図である。
【図4】本発明の実施例4における液晶電気光学素子の
断面図である。
【図5】PBSの作用を示す図である。
【図6】液晶セルに電圧を印加した際の、液晶分子の配
列を模式的に示す図である。
【図7】本発明の液晶電気光学素子の反射率が、液晶セ
ルの△n×dと角度θによってどう変化するかを示す図で
ある。
【図8】従来の液晶電気光学素子の断面図である。
【符号の説明】
1.液晶セル 2.選択反射部材(ここではPBS) 3.偏光板(偏光子) 4.偏光板(検光子) 5.反射板あるいはバックライト 11.上基板 12.下基板 13.透明電極 14.画素電極を兼ねた反射膜 15.回路素子(ここではTFT) 16.絶縁膜 17.液晶 21.プリズム 22.多層薄膜 31.PBSを通過してきた入射光の偏光方向 32.上基板のラビング方向 33.下基板のラビング方向 34.31が32となす角度θ 35.液晶のツイスト角 41.波長450nm(青)の光の電気光学特性 42.波長550nm(緑)の光の電気光学特性 43.波長650nm(赤)の光の電気光学特性 51.入射光 52.入射光のP偏光成分 53.入射光のS偏光成分 54.出射光 55.出射光のP偏光成分 56.出射光のS偏光成分
【手続補正書】
【提出日】平成12年1月14日(2000.1.1
4)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】液晶電気光学装置
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0004
【補正方法】変更
【補正内容】
【0004】本発明はこのような課題を解決するため
に、新しい反射型液晶モードを導入することによって開
口率を90%程度まで改善し、そして反射率が高い液晶
電気光学装置を実現することにある。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正内容】
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶電気光学装
置は、上基板と下基板との間に液晶を挟持してなる液晶
セルを有し、前記下基板側に反射膜を具備する液晶電気
光学装置において、前記液晶セルの前記上基板側のみに
偏光子を具備し、前記液晶はねじれ配向してなり、前記
液晶の複屈折率(Δn)と前記液晶セルのセル厚(d)
との積(Δn・d)が0.15μm〜0.35μmであ
り、且つ前記上基板に施されたラビング方向と前記液晶
セルに入射する光の偏光方向とのなす角度(θ)が前記
液晶のねじれ方向に0°〜40°の範囲に設定されてい
ることを特徴とする液晶電気光学装置。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正内容】
【0006】上記液晶電気光学装置においては、前記液
晶は、ホモジニアス配向させたネマチック液晶であると
好ましい。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】また上記の液晶電気光学装置は、前記液晶
セルの電圧無印加状態において高反射率状態となり、前
記液晶セルの電圧印加状態において低反射率状態とな
る。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】また前記反射膜は前記下基板の前記液晶側
に形成されており、画素電極を兼ねていると好ましい。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】削除
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0024
【補正方法】変更
【補正内容】
【0024】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明に係わる
液晶電気光学装置は、反射型液晶セルの下基板側に反射
膜を、上基板側のみに偏光子を具備している。そして、
用いる液晶はにねじれ配向しており、液晶の複屈折率
(Δn)とセル厚(d)との積(Δn・d)が0.15
μm〜0.35μmである。そのため、液晶が約90°
のツイスト角であり、且つ上基板のラビング方向と入射
光の偏光方向とのなす角度(θ)が液晶のねじれ方向に
0°〜40°の範囲に設定されている。上記構成によれ
ば、液晶の(Δn・d)と、上基板のラビング方向と入
射光の偏光方向とのなす角度とを最適設定しているた
め、液晶電気光学装置が極めて高い反射率を示す。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対向する2枚の基板間に液晶を挟持してな
    る液晶セルと1枚の反射板とを備えた液晶電気光学素子
    において、該液晶が約90度のねじれ配向をなし、かつ
    該液晶と該反射板との間に偏光素子を有さないことを特
    徴とする液晶電気光学素子。
  2. 【請求項2】前記液晶を挟んで、前記反射板とは反対側
    に選択反射部材を設けたことを特徴とする請求項1記載
    の液晶電気光学素子。
  3. 【請求項3】前記反射板が、基板上に形成された金属薄
    膜であり、画素電極を兼ねていることを特徴とする請求
    項1記載の液晶電気光学素子。
  4. 【請求項4】前記基板上に薄膜トランジスタ等の回路素
    子を有し、該回路素子のほぼ全面を反射板を兼ねた電極
    で覆うことを特徴とする請求項1記載の液晶電気光学素
    子。
  5. 【請求項5】前記液晶セルの液晶の複屈折率△nとセル
    ギャップdとの積であるリターデーション△n×dの値が
    0.15μmよりも大きくかつ0.35μmよりも小さい
    ことを特徴とする請求項1記載の液晶電気光学素子。
  6. 【請求項6】前記液晶セルに入射する光の偏光方向が上
    基板のラビング方向となす角度θが、液晶のねじれ方向
    に0度以上40度以下、あるいは90度以上130度以
    下であることを特徴とする請求項5記載の液晶電気光学
    素子。
  7. 【請求項7】前記液晶セルの液晶の複屈折率△nとセル
    ギャップdとの積であるリターデーション△n×dの値が
    0.60μmよりも大きくかつ0.75μmよりも小さい
    ことを特徴とする請求項1記載の液晶電気光学素子。
  8. 【請求項8】前記液晶セルに入射する光の偏光方向が上
    基板のラビング方向となす角度θが、液晶のねじれ方向
    に50度以上70度以下、あるいは140度以上160
    度以下であることを特徴とする請求項7記載の液晶電気
    光学素子。
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