JP2001125106A - Ferroelectric liquid crystal display device - Google Patents

Ferroelectric liquid crystal display device

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JP2001125106A
JP2001125106A JP30812699A JP30812699A JP2001125106A JP 2001125106 A JP2001125106 A JP 2001125106A JP 30812699 A JP30812699 A JP 30812699A JP 30812699 A JP30812699 A JP 30812699A JP 2001125106 A JP2001125106 A JP 2001125106A
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liquid crystal
ferroelectric liquid
temperature
phase difference
plate
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Masaaki Kabe
正章 加邉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ferroelectric liquid crystal display device attaining an excellent dark state extending for the full temperature range used. SOLUTION: The ferroelectric liquid crystal display device is characterized by holding a ferroelectric liquid crystal cell provided with a ferroelectric liquid crystal, and first and second optical retardation plates between first and second polarizing plates, by utilizing an optical retardation plate of which the optical retardation varies corresponding to the temperature as the second optical retardation plate, by allowing plural alignment positions which are electrically selectable for the liquid crystal alignment in the ferroelectric liquid crystal cell, by essentially containing all the alignment positions in a plane including the substrate normal and by having the alignment positions showing temperature dependence.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は強誘電性液晶表示装
置に関し、特に、該装置におけるコントラストの温度依
存性を補償するための強誘電性液晶表示装置に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric liquid crystal display device, and more particularly to a ferroelectric liquid crystal display device for compensating for temperature dependence of contrast in the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電相を発現する液晶は1975年に
R.B.Meyerらによって初めて合成された。強誘電相で液
晶分子は図1に示すような層構造をとり、個々の層では
分子長軸は層法線方向から傾いている。方位角は層から
層へ徐々に変化していくため、分子配列は螺旋構造とな
る。電気双極子モ−メントは層法線と分子長軸を含む面
(傾き面)に対して垂直な方向を向いており、各層内で
は自発分極が存在するが、この螺旋構造のため、系全体
では自発分極は存在せず、分極ドメインも存在しない。
しかし、基板に螺旋軸が平行、液晶層が垂直になるよう
に配向処理が施された強誘電性液晶素子では、基板間の
ギャップが1〜2μm程度になると、基板界面の作用に
よって螺旋構造が消失し、分極ドメインが出現し強誘電
性を発現する(特開昭56−107216号公報または
米国特許第4367924)。このような素子はSSF
LC(surface stabilized ferroelectric liquid crys
tal)と呼ばれている(以下、特に断わらない限り強誘
電性液晶素子に統一する)。
2. Description of the Related Art A liquid crystal exhibiting a ferroelectric phase was introduced in 1975.
First synthesized by RBMeyer et al. In the ferroelectric phase, the liquid crystal molecules have a layer structure as shown in FIG. 1, and in each layer, the molecular major axis is inclined from the layer normal direction. Since the azimuth gradually changes from layer to layer, the molecular arrangement has a helical structure. The electric dipole moment is oriented in a direction perpendicular to the plane (inclined plane) containing the layer normal and the molecular long axis, and spontaneous polarization exists in each layer. There is no spontaneous polarization and no polarization domain.
However, in a ferroelectric liquid crystal element that has been subjected to an alignment treatment so that the helical axis is parallel to the substrate and the liquid crystal layer is vertical, when the gap between the substrates becomes about 1 to 2 μm, the helical structure is formed by the action of the substrate interface. It disappears and a polarization domain appears to exhibit ferroelectricity (JP-A-56-107216 or US Pat. No. 4,368,924). Such an element is SSF
LC (surface stabilized ferroelectric liquid crys
tal) (hereinafter referred to as ferroelectric liquid crystal element unless otherwise specified).

【0003】この状態において、分子は配向規制軸(ラ
ビング軸)から左右にそれぞれθc傾いた2つの安定状
態を持つ(図2)。また、自発分極の方向と2つの安定
状態は、図2に示すように1対1で対応しており、例え
ば、分子がラビング軸に対して右側に傾いていた場合、
自発分極の方向は上向きであり、左側に傾いている場合
は自発分極の方向は下向きである(材料によっては逆の
場合もある)。このため電界を基板間に印加した場合、
自発分極とのカップリングのためスイッチングが起こ
り、電界の方向によって分子の傾きの方向を選択でき
る。これは光学的に見た場合、電界の方向によって屈折
率楕円体の一主軸を、基板面内で2θc変化させること
に対応する。
In this state, the molecule has two stable states inclined by θc to the left and right from the alignment control axis (rubbing axis) (FIG. 2). In addition, the direction of spontaneous polarization and the two stable states correspond one-to-one as shown in FIG. 2. For example, when the molecule is tilted to the right with respect to the rubbing axis,
The direction of the spontaneous polarization is upward, and when inclined to the left, the direction of the spontaneous polarization is downward (some materials may have the opposite direction). Therefore, when an electric field is applied between the substrates,
Switching occurs due to coupling with spontaneous polarization, and the direction of molecular tilt can be selected according to the direction of the electric field. From an optical point of view, this corresponds to changing one principal axis of the refractive index ellipsoid by 2θc in the plane of the substrate depending on the direction of the electric field.

【0004】直交した2枚の偏光板間に強誘電性液晶素
子を配置し、片方の偏光板の透過軸(偏光軸)を一方の
安定状態の分子長軸方向、つまり遅相軸(進相軸でもよ
い)と平行にする。これに光を入射したとき、第一の偏
光板で直線偏光になった光は、液晶層の複屈折の作用を
受けず、第二の偏光板で完全にカットされ、透過光量は
ゼロとなり暗状態となる。電界を印加して、もう一方の
状態、つまり遅相軸(進相軸)が第一の偏光板の透過軸
から2θcずれた場合、複屈折により光が透過してく
る。このときの透過光量は次の式で与えられる。
[0004] A ferroelectric liquid crystal element is arranged between two orthogonal polarizing plates, and the transmission axis (polarization axis) of one of the polarizing plates is oriented in the long axis direction of the molecule in one stable state, that is, the slow axis (fast phase). Axis). When light is incident on this, the light that has been linearly polarized by the first polarizing plate is not affected by the birefringence of the liquid crystal layer, is completely cut by the second polarizing plate, and the amount of transmitted light is zero and dark. State. When an electric field is applied and the other state, that is, the slow axis (fast axis) is shifted by 2θc from the transmission axis of the first polarizing plate, light is transmitted by birefringence. The amount of transmitted light at this time is given by the following equation.

【0005】[0005]

【数2】 特に、θc が22.5度かつΔndがλ/2のときに
は、最大の透過強度が得られる。以上の原理により、強
誘電性液晶素子では暗状態と、明状態が実現できる。
(Equation 2) In particular, when θc is 22.5 degrees and Δnd is λ / 2, the maximum transmission intensity is obtained. According to the above principle, a dark state and a bright state can be realized in the ferroelectric liquid crystal element.

【0006】しかし、傾き角θcには、図5に示すよう
な温度依存性があり、高温では小さく、低温では大きく
なる。このため、ある温度において、一方の偏光板の透
過軸を強誘電性液晶素子の一方の安定状態と平行になる
よう設定することで、良好な暗状態が得られていても、
温度が変化すると、安定状態の位置が変化するため、強
誘電性液晶素子の複屈折の作用を受け光が透過し、良好
な暗状態を保てなくなり、コントラストが低下してしま
う。
However, the inclination angle θc has a temperature dependence as shown in FIG. 5, and is small at high temperatures and large at low temperatures. Therefore, at a certain temperature, by setting the transmission axis of one polarizing plate to be parallel to one stable state of the ferroelectric liquid crystal element, even if a good dark state is obtained,
When the temperature changes, the position of the stable state changes, so that light is transmitted by the action of the birefringence of the ferroelectric liquid crystal element, so that a good dark state cannot be maintained and the contrast is reduced.

【0007】このコントラストの低下を防ぐため、以下
の方法が知られている。特開昭62−204229号公
報では偏光軸が直交する2枚の偏光板が回転可能になっ
ており、傾き角θcの変化に応じて偏光軸が回転するこ
とにより、常に偏光板の偏光軸と強誘電性液晶の一方の
安定状態が一致するため暗状態を保つことが可能にな
る。特開平4−186224号公報では直交する2枚の
偏光板間に強誘電性液晶素子および回転可能なλ/2板
が挟持されており、温度が変化し傾き角θcが変化した
場合、λ/2板が回転することにより良好な暗状態を保
っている。
[0007] The following methods are known in order to prevent the reduction in contrast. In Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-204229, two polarizing plates whose polarization axes are orthogonal to each other are rotatable, and the polarization axes are rotated according to a change in the inclination angle θc, so that the polarization axes of the polarizing plates always coincide with the polarization axes of the polarizing plates. Since one of the stable states of the ferroelectric liquid crystal matches, the dark state can be maintained. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-186224, a ferroelectric liquid crystal element and a rotatable λ / 2 plate are sandwiched between two orthogonal polarizing plates, and when the temperature changes and the tilt angle θc changes, λ / The good dark state is maintained by the rotation of the two plates.

【0008】以下、図3(a),(b)を参照して、上
記方法の原理を述べる。ある温度で、強誘電性液晶素子
の一方の安定状態およびλ/2板の光学軸を、一方の偏
光板の偏光軸と合わせる。この場合、偏光板を通過した
直線偏光は強誘電性液晶素子、およびλ/2板の複屈折
の影響を受けることなく直線偏光のまま通過するため、
第二の偏光板で完全にカットされる(図3(a))。
Hereinafter, the principle of the above method will be described with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b). At a certain temperature, one stable state of the ferroelectric liquid crystal element and the optical axis of the λ / 2 plate are aligned with the polarization axis of the one polarizing plate. In this case, the linearly polarized light that has passed through the polarizing plate passes as it is without being affected by the birefringence of the ferroelectric liquid crystal element and the λ / 2 plate.
It is completely cut by the second polarizing plate (FIG. 3A).

【0009】温度が変化し、強誘電性液晶素子の傾き角
が変化しθc'になった場合、λ/2板も(θc−θc')
回転させる。このとき偏光板を通過した直線偏光は強誘
電性液晶素子を通過後、方位が2(θc−θc')回転し
た直線偏光となる。更に、この直線偏光はλ/2板によ
って逆向きに2(θc−θc')の回転作用を受けるた
め、もとの直線偏光と同じ方位の直線偏光となる。この
ため第二の偏光板で完全にカットされる(図3
(b))。このように温度が変化し強誘電性液晶の傾き
角が変化しても、λ/2板が同じ分だけ回転するため全
温度にわたって良好な暗状態が得られる。
When the temperature changes and the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal element changes to θc ′, the λ / 2 plate also becomes (θc−θc ′).
Rotate. At this time, the linearly polarized light that has passed through the polarizing plate becomes a linearly polarized light whose direction is rotated by 2 (θc−θc ′) after passing through the ferroelectric liquid crystal element. Further, since this linearly polarized light is rotated by 2 (θc−θc ′) in the opposite direction by the λ / 2 plate, it becomes linearly polarized light having the same orientation as the original linearly polarized light. For this reason, it is completely cut by the second polarizing plate (FIG. 3)
(B)). Thus, even if the temperature changes and the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal changes, a good dark state can be obtained over the entire temperature because the λ / 2 plate rotates by the same amount.

【0010】特開平4−186230号公報では、2枚
の強誘電性液晶素子を用いることにより、良好な暗状態
を保っている。すなわち偏光軸が互いに直交する2枚の
偏光板の間に、傾き角θcの温度依存性が等しい第一の
強誘電性液晶素子と第二の強誘電性液晶素子が互いの配
向規制軸が直交するように配置されている。この方法で
暗状態が保たれる原理も、特開平4−186224号公
報と同様で、温度が変化し、第一の強誘電性液晶素子の
傾き角が変化しθc'になった場合、第二の強誘電性液晶
の傾き角も同様に変化するため、第一の強誘電性液晶素
子を通過後、方位が2(θc−θc')となった直線偏光
が、第二の強誘電性液晶素子通過することにより、逆向
きに2(θc−θc')の回転作用を受け、第一の偏光板
を通過後の直線偏光と同じ方位の直線偏光となる。この
ため第二の偏光板で完全にカットされ、暗状態が保たれ
る(図4(a)、(b))。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-186230, a favorable dark state is maintained by using two ferroelectric liquid crystal elements. That is, the first ferroelectric liquid crystal element and the second ferroelectric liquid crystal element having the same temperature dependence of the tilt angle θc are arranged between two polarizing plates whose polarization axes are orthogonal to each other so that their alignment control axes are orthogonal to each other. Are located in The principle that the dark state is maintained by this method is the same as in JP-A-4-186224, and when the temperature changes and the tilt angle of the first ferroelectric liquid crystal element changes to θc ′, Since the tilt angle of the second ferroelectric liquid crystal changes in the same manner, the linearly polarized light having the azimuth of 2 (θc−θc ′) after passing through the first ferroelectric liquid crystal element is converted to the second ferroelectric liquid crystal. When the light passes through the liquid crystal element, it is rotated in the opposite direction by 2 (θc−θc ′), and becomes linearly polarized light having the same orientation as the linearly polarized light after passing through the first polarizing plate. Therefore, the light is completely cut by the second polarizing plate, and the dark state is maintained (FIGS. 4A and 4B).

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】特開昭62−2042
29号公報では偏光板を回転させる装置が必要であり、
さらに素子の温度を検出するセンサも必要となり、製造
コストの増加となる。特開平4−186224号公報も
同様にλ/2板を回転させる装置、さらに素子の温度を
検出するセンサも必要となり、製造コストの増加とな
る。
SUMMARY OF THE INVENTION Japanese Patent Laid-Open No. 62-2042
No. 29 requires a device for rotating a polarizing plate,
Further, a sensor for detecting the temperature of the element is required, which increases the manufacturing cost. Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-186224 also requires a device for rotating the λ / 2 plate and a sensor for detecting the temperature of the element, which increases the manufacturing cost.

【0012】特開平4−186230号公報ではそのよ
うな装置は必要ない。しかし、傾き角θcの温度依存性
が等しいセルを重ねても、全温度に渡って暗状態を保つ
ことはできない。第一の強誘電性液晶素子と第二の強誘
電性液晶素子の位相差が等しくなければならないからで
あるが、この問題に関する開示はない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-186230 does not require such a device. However, even if cells having the same temperature dependence of the inclination angle θc are stacked, the dark state cannot be maintained over the entire temperature. This is because the phase difference between the first ferroelectric liquid crystal element and the second ferroelectric liquid crystal element must be equal, but there is no disclosure regarding this problem.

【0013】また、強誘電性液晶は自発分極をもってい
るため、界面との相互作用のため、液晶の分子のダイレ
クタ−が下基板から上基板へ向かうに従って、捩れる構
造になっている。このため自発分極の向きが同方向の材
料を注入した2枚の強誘電性液晶を重ねた場合、この捩
れ構造のため一枚の場合より光抜けが多くなるといった
問題を有している。
Further, since the ferroelectric liquid crystal has spontaneous polarization, it has a structure in which the director of the liquid crystal molecules is twisted from the lower substrate toward the upper substrate due to the interaction with the interface. For this reason, when two ferroelectric liquid crystals in which a material having the same direction of spontaneous polarization is injected are stacked, there is a problem that light leakage is increased more than a single ferroelectric liquid crystal due to the twisted structure.

【0014】しかし、画像を表示する強誘電性液晶素子
の場合、一般的に信号電圧として、高周波のバイアス電
圧が印加されるため、傾き角の温度依存性が、バイアス
電圧印加時と無印加時で異なってくる場合があり、この
時、温度補償用の強誘電性液晶素子と、画像表示用の強
誘電性液晶素子の傾き角の温度依存性を一致させるた
め、温度補償用の強誘電性液晶素子にも高周波のバイア
ス電圧を印加しなくてはならない。これは消費電力の増
加につながる。バイアス電圧印加時と無印加時で傾き角
の温度依存性が異なる例として、液晶材料が負の誘電異
方性を持つτ−Vminモ−ドのが挙げられる。この材料
の場合、バイアス電圧印加時と無印加時で図5に示すよ
うな傾き角の温度依存性を示す。
However, in the case of a ferroelectric liquid crystal element for displaying an image, since a high frequency bias voltage is generally applied as a signal voltage, the temperature dependence of the tilt angle is different between when a bias voltage is applied and when no bias voltage is applied. In this case, in order to match the temperature dependence of the tilt angle of the ferroelectric liquid crystal element for temperature compensation with that of the ferroelectric liquid crystal element for image display, the ferroelectric A high frequency bias voltage must also be applied to the liquid crystal element. This leads to an increase in power consumption. An example in which the temperature dependence of the tilt angle differs between when a bias voltage is applied and when no bias voltage is applied is a τ-Vmin mode in which the liquid crystal material has a negative dielectric anisotropy. In the case of this material, the temperature dependence of the tilt angle as shown in FIG.

【0015】そこで、本発明ではこれらの欠点を改善
し、全温度に渡って、良好な暗状態を達成する方法およ
び素子を提供することを目的とする。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and an element which can improve these disadvantages and achieve a good dark state over the entire temperature.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願の強誘電性液晶表示装置は、第1の偏光板と第
2の偏光板との間に、強誘電性液晶を具備する強誘電性
液晶セル、第1の位相差板、第2の位相差板が挟持さ
れ、前記第2の位相差板が温度によって位相差が変化す
る位相差板であって、前記強誘電性液晶セルにおける液
晶配向が電気的に選択可能な複数の配向位置を有し、該
配向位置はいずれも基板法線を含む平面に実質的に含ま
れ、かつ配向位置に温度依存性があることを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, a ferroelectric liquid crystal display of the present invention comprises a ferroelectric liquid crystal between a first polarizing plate and a second polarizing plate. A ferroelectric liquid crystal cell, a first retardation plate, and a second retardation plate sandwiched therebetween, wherein the second retardation plate is a retardation plate whose phase difference changes with temperature; The liquid crystal alignment in the cell has a plurality of electrically selectable alignment positions, each of which is substantially included in a plane including the substrate normal, and whose alignment position has temperature dependence. And

【0017】さらなる、本願の強誘電性液晶表示装置
は、光の進行方向に向かって左回りを正、右回りを負と
した場合、第1、第2の偏光板の一方の透過軸と、強誘
電性液晶の一つの配向状態の位置における遅相軸のなす
角θ1が 0<θ1<90° であり、強誘電性液晶のもう一つの配向状態の位置にお
ける遅相軸と前記偏光板の透過軸のなす角θ2が −90°<θ2<0° であり、強誘電性液晶の他の配向状態の位置における遅
相軸と前記偏光板の透過軸のなす角θmが θ2<θm<θ1 であり、かつ第1の位相差板の遅相軸と前記偏光板の透
過軸のなす角θ3が +85°<θ3<+95° であり、かつ第2の位相差板の遅相軸と前記偏光板の透
過軸のなす角θ4が +130°<θ4<+140° であることを特徴とする。
Further, the ferroelectric liquid crystal display device of the present invention, when the counterclockwise direction is positive and the clockwise direction is negative in the light traveling direction, one of the transmission axes of the first and second polarizing plates, The angle θ 1 formed by the slow axis at one alignment state of the ferroelectric liquid crystal is 0 <θ 1 <90 °, and the slow axis and the polarization at another alignment state of the ferroelectric liquid crystal are different from each other. The angle θ 2 formed by the transmission axis of the plate is −90 ° <θ 2 <0 °, and the angle θ m formed by the slow axis at the position of the ferroelectric liquid crystal in another alignment state and the transmission axis of the polarizing plate is θ 2m1 , the angle θ 3 between the slow axis of the first retardation plate and the transmission axis of the polarizing plate is + 85 ° <θ 3 <+ 95 °, and the second angle The angle θ 4 between the slow axis of the retardation plate and the transmission axis of the polarizing plate satisfies + 130 ° <θ 4 <+ 140 °.

【0018】また、上記θ1対して、液晶素子を使用す
る温度範囲において、 1°<θ1<20° であることを特徴とし、更に好ましくは、θ3につい
て、+85°<θ3<+90°であることを特徴とし、
さらに、θ4について、+130°<θ4<+135°で
あることを特徴とする。
In the temperature range where the liquid crystal element is used, 1 ° <θ 1 <20 ° with respect to the above θ 1 , and more preferably, for θ 3 , + 85 ° <θ 3 <+90. °,
Furthermore, the theta 4, characterized in that it is a + 130 ° <θ 4 <+ 135 °.

【0019】また、前記第2の相差板における位相差
は、低温で大きく、高温で小さくなることを特徴とす
る。
The phase difference in the second phase difference plate is large at a low temperature and small at a high temperature.

【0020】さらに、第2の位相差板の位相差Rが、液
晶セルの位相差をRLC(nm)とすると、
Further, assuming that the phase difference R of the second retardation plate is R LC (nm), the phase difference of the liquid crystal cell is R LC (nm).

【0021】[0021]

【数3】 であることを特徴とする。(Equation 3) It is characterized by being.

【0022】また、好ましくは、強誘電性液晶セルにお
けるラビング方向と上記偏光板の透過軸とのなす角θR
が −90°<θR<0° であることを特徴とする。
Preferably, the angle θ R between the rubbing direction in the ferroelectric liquid crystal cell and the transmission axis of the polarizing plate is set.
Is −90 ° <θ R <0 °.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、以
下、図5乃至図17を用いて説明する。本発明の実施の
形態にかかる液晶表示素子は図6に示す構造(概略図で
ある)をなしており、2枚の偏光板の間に液晶セル、位
相差板(λ/4板)、温度によって位相差が変化する位
相差板が挟持されている。ここで、液晶セル、位相差
板、温度よって位相差が変化する位相差板の順番は問わ
ない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. The liquid crystal display device according to the embodiment of the present invention has a structure (schematic diagram) shown in FIG. 6, in which a liquid crystal cell, a retardation plate (λ / 4 plate) and a temperature are arranged between two polarizing plates. A phase difference plate whose phase difference changes is sandwiched. Here, the order of the liquid crystal cell, the phase difference plate, and the phase difference plate whose phase difference changes depending on the temperature does not matter.

【0024】また、これら各光学要素の遅相軸の方向に
関してであるが、説明のため、図7のように互いに軸が
直交するx、y、z座標系で考える。光はZ軸と平行でマイ
ナス方向に入射する。図中の角度の正負に関しては、光
の進行方向に向かい右周りが負、左周りが正とする。ま
た第一象限〜第四象限までを図のようにとる。
Regarding the direction of the slow axis of each of these optical elements, for the sake of explanation, it is assumed that the axes are orthogonal to each other as shown in FIG. Light is incident in the minus direction parallel to the Z axis. Regarding the sign of the angle in the figure, the clockwise direction is negative and the counterclockwise direction is positive in the light traveling direction. The first to fourth quadrants are taken as shown in the figure.

【0025】すると、各光学要素の光学軸は以下のよう
になる。
Then, the optical axis of each optical element is as follows.

【0026】 第一の偏光板の透過軸(偏光軸) :x軸と平行(つまり0度) λ/4板の遅相軸 :x軸から+90度方向 温度によって位相差が変化する位相差板:x軸+135度方向 第二の偏光板の透過軸(偏光軸) :x軸から+90度方向 強誘電性液晶の一方の安定状態における遅相軸 :第一象限内 強誘電性液晶のもう一方の安定状態における遅相軸 :第四象限内 強誘電性液晶の位相差 :λ/2 強誘電性液晶の一方の安定状態における遅相軸が、第一
象限内にあるときが暗状態であり、もう一方の安定状態
における遅相軸が第四象限内にあるときが明状態であ
る。また、λ/4板や温度によって位相差が変化する位
相差板の遅相軸は上記の値から±5度程度ずれてもよ
い。
Transmission axis (polarization axis) of first polarizing plate: parallel to x-axis (that is, 0 °) Slow axis of λ / 4 plate: + 90 ° direction from x-axis Phase difference plate whose phase difference changes with temperature : X-axis +135 degree direction Transmission axis (polarization axis) of the second polarizing plate: +90 degree direction from x-axis Slow axis in one stable state of ferroelectric liquid crystal: in the first quadrant The other of ferroelectric liquid crystal Slow axis in the stable state of the liquid crystal: in the fourth quadrant Phase difference of ferroelectric liquid crystal: λ / 2 When the slow axis in one stable state of the ferroelectric liquid crystal is in the first quadrant, it is the dark state. The bright state is when the slow axis in the other stable state is in the fourth quadrant. Further, the slow axis of the λ / 4 plate or the retardation plate whose phase difference changes depending on the temperature may deviate from the above value by about ± 5 degrees.

【0027】次に、この構成で傾き角θcが変化して
も、暗状態が保たれる原理をポアンカレ球を用いて説明
する。ポアンカレ球とは図8に示すように、赤道上は方
位の異なる直線偏光であり、北極と南極には方向の異な
る円偏光が存在し、他の部分は楕円偏光という構成の立
体球である。このポアンカレ球上において、図7の第一
の偏光板を通過した光の偏光状態に対応するのは0'点
における偏光である。図7で第一象限にあり、その遅相
軸が第一の偏光板の透過軸からθ1傾いた液晶によって
0'における偏光は点Aにおける偏光になる。
Next, the principle that the dark state is maintained even when the tilt angle θc changes in this configuration will be described using a Poincare sphere. As shown in FIG. 8, the Poincare sphere is a three-dimensional sphere having linearly polarized light having different directions on the equator, circularly polarized light having different directions at the north pole and south pole, and the other part being elliptically polarized light. On the Poincare sphere, the polarization at the point 0 'corresponds to the polarization state of the light that has passed through the first polarizer in FIG. In FIG. 7, the liquid crystal in the first quadrant, the slow axis of which is inclined by θ 1 from the transmission axis of the first polarizer, causes the polarization at 0 ′ to become the polarization at point A.

【0028】次に、点Aの偏光は図7における第一の偏
光板の透過軸から、+90度遅相軸が傾いたλ/4板に
よって点Bの偏光状態になる。図7における、遅相軸が
第一の偏光板から+135度傾いた、温度によって位相
差が変化する位相差板が適切な位相差を持つことにより
点0'の偏光状態にもどる。温度が変化し傾き角が変化
した場合でも、λ/4板を通過した状態の偏光は、かな
らず弧NO'S上にくるため、温度によって位相差が変
化する位相差板が最適な値をとることにより、必ず元の
第一の偏光板を通過した偏光状態にもどすことが可能と
なる。このようにして、傾き角が変化しても暗状態を保
つことができる。
Next, the polarized light at the point A is changed to the polarized state at the point B by the λ / 4 plate whose slow axis is inclined by +90 degrees from the transmission axis of the first polarizing plate in FIG. In FIG. 7, when the retardation plate whose slow axis is inclined at +135 degrees from the first polarizing plate and whose phase difference changes with temperature has an appropriate phase difference, the polarization state returns to the point 0 '. Even when the temperature changes and the tilt angle changes, the polarized light that has passed through the λ / 4 plate always comes on the arc NO'S, so that the phase difference plate whose phase difference changes with temperature takes an optimal value. This makes it possible to always return to the original polarization state passed through the first polarizing plate. In this way, the dark state can be maintained even if the tilt angle changes.

【0029】<実施形態1>図7における液晶セルに対
し、強誘電性液晶材料FDS71(N.Itoh et al.IDW
(1998)P205)が注入されているセルを用いた。
このセルの位相差は275nmであり、波長550nm
の光に対してλ/2板となっている。また傾き角の温度
依存性は図5の矩形波印加時である。λ/4板として位
相差が137.5nmであるフィルムを用いた。温度に
よって位相差が変化する位相差板として、ネマチック材
料であるE8を注入したアンチパラレルラビングセルを
用いた。これに矩形波を印加して、電圧を変えることに
より液晶の分子配向を変え、自在に位相差を変化させ
る。
<Embodiment 1> A ferroelectric liquid crystal material FDS71 (N. Itoh et al. IDW) is used for the liquid crystal cell shown in FIG.
A cell into which (1998) P205) was injected was used.
The phase difference of this cell is 275 nm, and the wavelength is 550 nm.
Is a λ / 2 plate for the light of The temperature dependence of the tilt angle is obtained when the rectangular wave shown in FIG. 5 is applied. A film having a phase difference of 137.5 nm was used as a λ / 4 plate. An antiparallel rubbing cell into which E8, which is a nematic material, was injected was used as a phase difference plate whose phase difference changes with temperature. By applying a rectangular wave to this and changing the voltage, the molecular orientation of the liquid crystal is changed, and the phase difference is freely changed.

【0030】今、温度60℃のときに図9のようにラビ
ング方向が第一の偏光板の透過軸の方向から−4.5度
の方向になるように強誘電性液晶を設置した(座標は図
7と同様に設定してある)。この時のθcは6.5度であ
った。また、温度によって位相差が変化する位相差板
(ネマチックセル)の位相差を12nmにした。この時
の暗状態のときの透過スペクトルと、明状態の時の透過
スペクトルを図10に示す。
Now, at a temperature of 60 ° C., the ferroelectric liquid crystal is set so that the rubbing direction is -4.5 degrees from the direction of the transmission axis of the first polarizing plate as shown in FIG. 9 (coordinates). Are set as in FIG. 7). Θc at this time was 6.5 degrees. The phase difference of a phase difference plate (nematic cell) whose phase difference changes with temperature was set to 12 nm. FIG. 10 shows a transmission spectrum in the dark state and a transmission spectrum in the bright state.

【0031】次に、温度45℃の時には強誘電性液晶の
θcは11度となり、暗状態と明状態の位置は図11の
ようになった(ラビング方向の位置は図9と同じであ
る)。このとき温度によって位相差が変化する位相差板
の位相差を43nmにした。この時の暗状態の透過スペ
クトルと、明状態の透過スペクトルは図12の様になっ
た。
Next, when the temperature is 45 ° C., θc of the ferroelectric liquid crystal is 11 degrees, and the positions of the dark state and the bright state are as shown in FIG. 11 (the positions in the rubbing direction are the same as those in FIG. 9). . At this time, the phase difference of the phase difference plate whose phase difference changes with temperature was set to 43 nm. At this time, the transmission spectrum in the dark state and the transmission spectrum in the bright state are as shown in FIG.

【0032】次に、温度0℃の時には強誘電性液晶のθ
cは15.5度となり、暗状態と明状態の位置は図13の
ようになった(ラビング方向の位置は図9と同じであ
る)。このとき、温度によって位相差が変化する位相差
板の位相差を66nmにした。この時の暗状態の透過ス
ペクトルと、明状態の透過スペクトルは図14の様にな
る。
Next, when the temperature is 0 ° C., θ of the ferroelectric liquid crystal is
c was 15.5 degrees, and the positions of the dark state and the bright state were as shown in FIG. 13 (the positions in the rubbing direction were the same as in FIG. 9). At this time, the phase difference of the phase difference plate whose phase difference changes with temperature was set to 66 nm. At this time, the transmission spectrum in the dark state and the transmission spectrum in the bright state are as shown in FIG.

【0033】このように傾き角が変化しても、暗状態の
スペクトルはほとんど変化しないことがわかる。本実施
形態では、温度によって位相差が変化する位相差板とし
て、ネマチックセルを使用し、矩形波を印加することに
よって、必要な位相差を得ている。しかし、温度が変化
するにつれ、自然と位相差が変化する光学フィルムやそ
の他の光学材料でも適用可能なことは言うまでもなく、
むしろ、このほうが装置作製上は好ましい。
It can be seen that even when the tilt angle changes, the spectrum in the dark state hardly changes. In the present embodiment, a nematic cell is used as a phase difference plate whose phase difference changes with temperature, and a required phase difference is obtained by applying a rectangular wave. However, as the temperature changes, it is needless to say that the present invention can be applied to optical films and other optical materials whose phase difference naturally changes.
Rather, this is preferable from the viewpoint of device fabrication.

【0034】実施形態1において、温度を60℃〜0℃
まで変化させて、コントラストを測定した結果を図15
に示す。このとき、温度によって位相差が変化する位相
差板の位相差の温度依存性は図16のように変化させて
いる。
In the first embodiment, the temperature is set to 60 ° C. to 0 ° C.
FIG. 15 shows the result of measuring the contrast while changing
Shown in At this time, the temperature dependence of the phase difference of the phase difference plate whose phase difference changes with temperature is changed as shown in FIG.

【0035】温度によって位相差が変化する位相差板の
位相差Rは、第一の偏光板の透過軸と、暗状態における
液晶の遅相軸方向のなす角をθ1とすると、
The phase difference R of the phase difference plate whose phase difference changes with temperature is given by θ 1 where the angle between the transmission axis of the first polarizing plate and the slow axis direction of the liquid crystal in the dark state is θ 1 .

【0036】[0036]

【数4】 となるのが好ましい。ここで、RLCは液晶の位相差(n
m)である。
(Equation 4) It is preferred that Here, R LC is the phase difference (n
m).

【0037】<比較例1>実施形態1に挙げた温度補償
装置を用いずに、図17に示すように、35℃で、FD
S71の一方の安定状態が偏光板の透過軸に一致するよ
うに設定して、温度を変化させてコントラストを測定し
た。θcの温度依存性は図5の矩形波印加時と同じであ
る。結果は図15中に補償無として示した。
<Comparative Example 1> Without using the temperature compensating device described in the first embodiment, as shown in FIG.
The contrast was measured by changing the temperature while setting one of the stable states in S71 to coincide with the transmission axis of the polarizing plate. The temperature dependency of θc is the same as when the rectangular wave in FIG. 5 is applied. The results are shown in FIG. 15 without compensation.

【0038】図15に示されるように、本発明による温
度補償を用いた強誘電性液晶表示装置によれば、広い温
度範囲に渡って、コントラストを十分確保できることが
分かる。
As shown in FIG. 15, according to the ferroelectric liquid crystal display device using temperature compensation according to the present invention, it is understood that the contrast can be sufficiently secured over a wide temperature range.

【0039】[0039]

【発明の効果】上述のように、温度によって遅相軸の方
向が変化するような強誘電性液晶表示装置においては、
本発明による温度補償を行なった強誘電性液晶表示装置
を用いることにより、広い温度範囲でコントラスト補償
が可能となる。
As described above, in a ferroelectric liquid crystal display device in which the direction of the slow axis changes with temperature,
By using the ferroelectric liquid crystal display device which has performed the temperature compensation according to the present invention, the contrast can be compensated over a wide temperature range.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】強誘電性液晶の構造図である。FIG. 1 is a structural diagram of a ferroelectric liquid crystal.

【図2】セル上面からSSFLCを見た場合の2つの安
定状態および自発分極方向を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing two stable states and a spontaneous polarization direction when SSFLC is viewed from the upper surface of a cell.

【図3】特開平4−186224におけるコントラスト
を補償する方法の説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for compensating contrast in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-186224.

【図4】特開平4−186230におけるコントラスト
を補償する方法の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a method for compensating contrast in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-186230.

【図5】FDS71のバイアス無印加時と、矩形波印加
時のθcの温度依存性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the temperature dependence of θc when no bias is applied to the FDS 71 and when a rectangular wave is applied.

【図6】本発明の補償法を用いた場合のセルの断面図で
ある。
FIG. 6 is a sectional view of a cell when the compensation method of the present invention is used.

【図7】本発明の補償方法における各光学要素の遅相軸
の方向を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the direction of the slow axis of each optical element in the compensation method of the present invention.

【図8】ポアンカレ球による本発明の補償方法の原理説
明図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating the principle of a compensation method according to the present invention using a Poincare sphere.

【図9】実施形態1における温度60℃のときのFDS
71の設定を示している
FIG. 9 is an FDS at a temperature of 60 ° C. in the first embodiment.
Shows 71 settings

【図10】図9の設定における暗状態と明状態の透過ス
ペクトルを示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing transmission spectra in a dark state and a bright state in the setting of FIG. 9;

【図11】実施形態1における温度45℃のときのFD
S71の設定を示す図である。
FIG. 11 is an FD at a temperature of 45 ° C. in the first embodiment.
It is a figure showing the setting of S71.

【図12】図11の設定における暗状態と明状態の透過
スペクトルを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing transmission spectra in a dark state and a bright state in the setting of FIG. 11;

【図13】実施形態1における温度0℃のときのFDS
71の設定を示す図である。
FIG. 13 is an FDS at a temperature of 0 ° C. in the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing settings of a 71.

【図14】図13の設定における暗状態と明状態の透過
スペクトルを示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing transmission spectra in a dark state and a bright state in the setting of FIG. 13;

【図15】実施形態1におけるコントラストの温度依存
性および本発明を用いない場合のコントラストの温度依
存性を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing the temperature dependence of contrast in Embodiment 1 and the temperature dependence of contrast when the present invention is not used.

【図16】実施形態1における温度によって位相差が変
化する位相差板の位相差の温度特性図である。
FIG. 16 is a temperature characteristic diagram of the phase difference of the phase difference plate in which the phase difference changes according to the temperature in the first embodiment.

【図17】比較例における温度35℃時の光学ジオメト
リ−を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing an optical geometry at a temperature of 35 ° C. in a comparative example.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の偏光板と第2の偏光板との間に、
強誘電性液晶を具備する強誘電性液晶セル、第1の位相
差板、第2の位相差板が挟持され、前記第2の位相差板
が温度によって位相差が変化する位相差板であって、前
記強誘電性液晶セルにおける液晶配向が電気的に選択可
能な複数の配向位置を有し、該配向位置はいずれも基板
法線を含む平面に実質的に含まれ、かつ配向位置に温度
依存性があることを特徴とする強誘電性液晶表示装置。
1. A method according to claim 1, wherein a first polarizing plate and a second polarizing plate are provided between the first polarizing plate and the second polarizing plate.
A ferroelectric liquid crystal cell including a ferroelectric liquid crystal, a first retardation plate, and a second retardation plate are sandwiched therebetween, and the second retardation plate is a retardation plate whose phase difference changes with temperature. The ferroelectric liquid crystal cell has a plurality of alignment positions where the liquid crystal alignment is electrically selectable, each of the alignment positions is substantially included in a plane including the substrate normal, and the alignment position has a temperature. A ferroelectric liquid crystal display device characterized by dependence.
【請求項2】 光の進行方向に向かって左回りを正、右
回りを負とした場合、第1、第2の偏光板の一方の透過
軸と、強誘電性液晶の一つの配向状態の位置における遅
相軸のなす角θ1が 0<θ1<90° であり、強誘電性液晶のもう一つの配向状態の位置にお
ける遅相軸と前記偏光板の透過軸のなす角θ2が −90°<θ2<0° であり、強誘電性液晶の他の配向状態の位置における遅
相軸と前記偏光板の透過軸のなす角θmが θ2<θm<θ1 であり、かつ第1の位相差板の遅相軸と前記偏光板の透
過軸のなす角θ3が +85°<θ3<+95° であり、かつ第2の位相差板の遅相軸と前記偏光板の透
過軸のなす角θ4が +130°<θ4<+140° であることを特徴とする請求項1記載の強誘電性液晶表
示装置。
2. When the counterclockwise direction is positive and the clockwise direction is negative in the light traveling direction, one of the transmission axes of the first and second polarizers is aligned with one of the alignment states of the ferroelectric liquid crystal. The angle θ 1 formed by the slow axis at the position is 0 <θ 1 <90 °, and the angle θ 2 formed by the slow axis and the transmission axis of the polarizing plate at another alignment state of the ferroelectric liquid crystal is −90 ° <θ 2 <0 °, and the angle θ m between the slow axis and the transmission axis of the polarizing plate in the other alignment state of the ferroelectric liquid crystal is θ 2m1 . The angle θ 3 between the slow axis of the first retardation plate and the transmission axis of the polarizing plate is + 85 ° <θ 3 <+ 95 °, and the slow axis of the second retardation plate and the polarization 2. The ferroelectric liquid crystal display device according to claim 1, wherein an angle [theta] 4 between the transmission axes of the plates is +130 [deg.] <[Theta] 4 <+140 [deg.].
【請求項3】 液晶素子を使用する温度範囲においてθ
1の範囲が 1°<θ1<20° であることを特徴とする請求項2記載の強誘電性液晶表
示装置。
3. In a temperature range in which a liquid crystal element is used, θ
Ferroelectric liquid crystal display device according to claim 2, wherein the first range is 1 ° <θ 1 <20 ° .
【請求項4】 前記第2の相差板の位相差が低温で大き
く、高温で小さくなることを特徴とする請求項1乃至3
記載の強誘電性液晶表示装置。
4. The method according to claim 1, wherein a phase difference of the second phase difference plate is large at a low temperature and small at a high temperature.
The ferroelectric liquid crystal display device as described in the above.
【請求項5】 第2の位相差板の位相差Rが、液晶セル
の位相差をRLC(nm)とすると、 【数1】 であることを特徴とする強誘電性液晶表示装置。
5. The phase difference R of the second retardation plate is given by the following equation, assuming that the phase difference of the liquid crystal cell is R LC (nm). A ferroelectric liquid crystal display device, characterized in that:
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009063915A (en) * 2007-09-07 2009-03-26 Lg Display Co Ltd Ferroelectric liquid crystal display device

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