JP2621385B2 - 電気光学装置 - Google Patents

電気光学装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスーパーツイステッドネマチック型液晶表示
装置等の電気光学装置に関する。
〔従来の技術〕
従来のスーパーツイステッドネマチック型液晶表示装
置は、例えば特開昭60−50511号公報のように液晶分子
のねじれ角が180度以上で、液晶の光学異方性Δｎと液
晶層厚ｄとの積Δｎ・ｄが0.7μｍから1.1μｍであっ
た。
〔発明が解決しようとする課題〕
そのため、複屈折による着色が起こるが、時分割駆動
をすると、非選択電圧印加時には黄色、選択電圧印加時
には青色となり、それらの中間電圧印加時には第16図の
色度図（CIE標準色度図）に示すように黄色からやや青
緑色を経て青色に至る範囲となり、それ以外の多色を得
ることができなかった。そのため選択電圧と非選択電圧
以外にその中間電圧を印加する階調表示駆動では十分な
マルチカラー表示ができなかった。
また、マルチカラー表示するものとして、カラーフィ
ルターを備えたものがあるが、３原色Ｒ・Ｇ・Ｂの３つ
の画素が必要であり製作が大変面倒である。
本発明は、上記の問題点に鑑みて提案されたもので、
階調表示動により簡易にマルチカラー表示を行うことが
でき、また例えばデュティ比1/100以下の低デュティ比
で時分割駆動する場合においても充分なコントラストが
得られる電気光学装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために、本発明の電気光学装置
は以下の構成としたものである。即ち、対向する内面に
電極が形成された一対の基板間にねじれ配向したネマチ
ック液晶を挟持し且つ前記一対の基板の両側に配置され
た一対の偏光板とを備えてなる液晶セルからなり、前記
ネマチック液晶のねじれ角を180度から360度の範囲とし
た電気光学装置において、前記ネマチック液晶の光学異
方性Δｎと前記ネマチック液晶の液晶層厚ｄ（μｍ）と
の積Δｎ・ｄの値が1.1μｍ以上であって、前記液晶セ
ルは、前記電極間に印加する電圧を変化させると青系、
緑系、黄系、赤系、紫系のうち少なくとも３つの色を呈
する特性を有してなり、前記電極間に選択電圧と非選択
電圧以外にそれらの実効電圧の中間値である中間電圧と
の少なくとも３値以上の異なった電圧を選択的に印加し
て時分割駆動することにより、カラーフィルタを用いる
ことなく多色表示を同一画面で行えるようにしたことを
特徴とする。
〔作用〕
上記のような、いわゆるSTN型の電気光学装置におい
て、液晶セルのネマチック液晶層のΔｎ・ｄを1.1μｍ
以上とし、かつ液晶セルの一対の基板間に選択電圧と非
選択電圧以外にそれらの実効電圧の中間値である中間電
圧との作なくとも３値以上の異なった電圧を選択的に印
加して時分割駆動することにより、カラーフィルタを用
いることなく、青系、緑系、黄系、赤系、紫系のうちの
３つ以上の多色表示を簡便をに行うことが可能となると
共に、例えばデュティ比が1/100以下の低デュティ比で
時分割駆動する場合においても充分なコントラストを得
ることが可能となる。
〔実施例〕 以下、図に示す実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する。
第１図は本発明の実施例を示す電気光学装置としての
液晶表示装置の概略構成の断面図である。
図において１は下側偏光板、２は上側偏光板、10はそ
の両偏光板１・２間に配置した液晶セルである。
その液晶セル10は、上面に電極11aを有する下側電極
基板11と、下面に電極12aを有する上側電極基板12との
間に、ネマチック液晶13を挾持させてなる。そのネマチ
ック液晶13は、それと接する上下電極基板11・12にラビ
ング処理等を施すことによりねじれ配向されている。14
は上記の両電極基板11・12間の周辺部に介在させたスペ
ーサであり、該スペーサ14により上記のネマチック液晶
13を両電極基板11・12間に保持すると共に、その両基板
11・12の間隔すなわち液晶層厚を一定に保っている。な
お、上記両基板11・12間には、グラスファイバーやガラ
スボール等の間隔保持部材を散布することもある。
図中、３は前記の電極11a・12aに接続した液晶セル10
の駆動回路であり、本例においては時分割駆動回路が用
いられ、上記の両電極基板間に印加する電圧として選択
電圧および非選択電圧のほかにその中間電圧等の３値以
上の電圧を選択して階調表示駆動を行うことができるよ
うに構成されている。
第２図は上記第１図の液晶表示装置における電極基板
に近接する液晶分子の分子軸と偏光板の吸収軸との関係
を示す説明図である。なお、本発明において液晶分子を
配向させる手段としてはラビング処理に限られるもので
はないが、説明の便宜上、電極基板に近接する液晶分子
の分子長軸の配向方向をラビング方向として説明する。
後述する実施例についても同様である。
同図において、R11・R12はそれぞれ液晶セル10の下側
電極基板11および上側電極基板12側のラビング方向、Ｔ
は液晶セル10内の液晶分子の第１図で上から下に向かっ
てのねじれ方向と角度、P1・P2はそれぞれ下側偏光板１
および上側偏光板２の吸収軸（偏光軸）の方向、θ１は
下側偏光板１の吸収軸の方向P1と下側電極基板11のラビ
ング方向R11とのなす角度、θ２は上側偏光板２の吸収
軸の方向P2と上側電極基板12のラビング方向R12とのな
す角度を示す。
上記の構成において、液晶分子のねじれ角度Ｔが180
度から360度の範囲となるように上側電極基板と下側電
極基板とが対向配置される。この場合、液晶分子のねじ
れ方向および角度Ｔは、ラビング方向R11・R12およびネ
マチック液晶13に添加される旋光性物質の種類と量によ
って規定される。またラビング方向と偏光板の吸収軸の
なす角度θ１・θ２は、好ましくは15度から75度の範囲
とする。また液晶の光学異方性Δｎと液晶層厚ｄ（μ
ｍ）との積Δｎ・ｄが1.1μｍ以上となるようにする。
上記の構成において、前記一対の電極基板11・12への
印加電圧を変化させることにより、液晶層のリタデーシ
ョンが変化して小さくなる。そして、このリタデーショ
ンが変化することにより透過光の色が変化する。従っ
て、この色変化を大きくするためには、リタデーション
の変化を大きくすればよく、初期時のΔｎ・ｄを大きく
することが必要となる。そこで、多色表示得るためには
初期時のΔｎ・ｄが1.1μｍ以上がよいことを見だした
もので、そのようにすることで階調表示駆動による充分
なマルチカラー表示を簡易に行うことができるものであ
る。なお上記Δｎ・ｄの値の上限は特に制限はなく、い
くら大きくなってもマルチカラー表示ができる。ただ
し、現在のところ、Δｎは大きくても0.2位であり、応
答スピード等を考慮するとΔｎ・ｄは2.0以下が望まし
い。
また表示容量を大きくするためには時分割駆動が必要
になるが、上記のように構成することにより例えばデュ
ティ比1/100以下の低デュティ比駆動においても充分な
コントラストが得られる。
さらに本発明は液晶のもつ複屈折性を積極的に利用す
るものであり、配向方向と偏光板と吸収軸（偏光軸）の
方向とがずれていることが必要となるが、特に上記の配
向方向の吸収軸の方向とのなす角度θ１・θ２を、上記
のように15度から75度の範囲とした場合にはコントラス
トが高く、色純度のよい多色表示が得られるものであ
る。
以下、上記実施例に基づく具体例を説明する。
具体例１ 上記第１図・第２図の構成において、ネマチック液晶
13としてPCH系の液晶を用い、光学異方性Δｎが0.13、
液晶層厚ｄを10μｍにしてΔｎ・ｄを1.3μｍとした。
更に液晶のねじれ角Ｔを180度、ラビング方向と偏光板
の吸収軸のなす角度θ１・θ２をそれぞれ30度および30
度とした。そして液晶セル10の駆動回路（時分割駆動回
路）３によりデュティ比1/100で４階調駆動を行ったと
ころ、非選択電圧（実効電圧2.10V）印加時に青緑、選
択電圧（実効電圧2.32V）印加時に赤、その２値の中間
電圧即ち実効電圧2.17Vおよび2.25V印加時にそれぞれ青
および紫の４色が表示された。しかし、応答時間が600m
s以上となりかなり遅い応答になった。
具体例２ 上記具体例１の液晶の代わりに、トラン系の液晶を用
い、光学異方性Δｎが0.18、液晶層厚ｄを８μｍとし
た。他の構成は具体例１と同様にしたところ、具体例１
と同様に４色が表示され、しかも応答時間も300msとな
った。
具体例３ 上記具体例２の液晶を用い、液晶のねじれ角Ｔを220
度、ラビング方向の偏光板の吸収軸のなす角度θ１・θ
２をそれぞれ45度とした。他の構成は具体例２と同様と
し、駆動回路３によりデュティ比1/100で４階調駆動を
行ったところ、この場合も４色が表示され、第３図の色
度図に示すようになった。
具体例４ 上記具体例３において、液晶のねじれ角Ｔを230度に
変えた。他の構成は具体例３と同様とし、駆動回路３に
よりデュティ比1/100で４階調駆動を行った。第４図は
このときの色調を示すもので、図から明らかなように、
緑、青、赤の３原色に更に黄色の表示を行うことができ
た。
具体例５ 上記具体例４において、駆動回路３によりデュティ比
1/200で８階調駆動を行ったところ、非選択電圧（実効
電圧2.24V）印加時に緑、選択電圧（実効電圧2.4V）印
加時に黄、その中間電圧即ち、実効電圧2.26V、2.29V、
2.31V、2.33V、2.35V、2.38V印加時に、それぞれ青緑、
青、紫、赤、だいだい、黄だいだいとなった。第５図は
このときの色調を示すもので、図から明らかなように、
８階調表示がすべて異なった色調を示した。又このとき
の応答時間が400msであった。
具体例６ 上記具体例５において、光学異方性Δｎが0.21である
トラン系の液晶に代え、液晶層厚ｄを5.5μｍにした。
すると応答時間は250msと良い応答を示した。
具体例７ 上記具体例６において、液晶のねじれ角Ｔを260度に
し、一対の偏光板１・２の吸収軸のなす角度を10度にし
た。そして駆動回路３によりデューティ比1/200で８階
調駆動を行ったところ、非選択電圧（実効電圧2.28V）
印加時に赤、選択電圧（実効電圧2.44V）印加時にだい
だい、その中間電圧で青緑、黄その他の色が表示され
た。第６図はこのときの色調を示す。また上記一対の偏
光板１・２の吸収軸のなす角度を80度にしたところ、上
記各色と補色の関係にある８つの色調（上記第６図にお
ける各点と白色点０を中心にほぼ対称位置にある色調）
が得られた。
具体例８ 上記具体例７において、液晶分子のねじれ角Ｔをさら
に大きく、例えば330度にした。なお、液晶分子の配向
処理として、ラビング処理の代わりに斜方蒸着を行っ
た。その結果、具体例７に比べてさらに広視野角が得ら
れた。他の具体例１〜６においてもねじれ角Ｔを大きく
すれば同様の効果が得られる。
具体例９ 前記の液晶13として、PCH系液晶にトラン系液晶を添
加した液晶を用い、光学異方性Δｎが0.18、液晶層厚ｄ
を９μｍにして、Δｎ・ｄを1.62μｍとした。更に液晶
のねじれ角Ｔを180度、ラビング方向と偏光板の吸収軸
のなす角度θ１・θ２をそれぞれ30度および60度とし
た。そして、駆動回路３によりデュティ比1/100で４階
調表示駆動を行ったところ、緑、青、赤、黄の４色が表
示された。しかし、応答時間は1000msとなりかなり遅い
応答となった。
具体例10 上記具体例９において、トラン系液晶の濃度を増や
し、光学異方性Δｎが0.22、液晶層厚ｄを７μｍとして
具体例９と同様の試験を行った。すると、具体例９と同
様に４色が表示され、しかも応答時間も400msとなっ
た。
具体例11 上記具体例10の液晶を用い、液晶層厚を９μｍとし、
液晶のねじれ角Ｔを240度、ラビング方向と偏光板の吸
収軸のなす角度θ１・θ２をそれぞれ45度とした。そし
て、駆動回路３によりデュティ比1/200で８階調駆動を
行った。第７図はこのときの色調を色度図で示したもの
で、薄緑、緑、青、赤、黄色等の８色が表示できた。
具体例12 上記具体例11において、液晶のねじれ角Ｔを260度に
して具体例11と同様の試験を行った。第８図はこのとき
の色調を色度図で示したもので、図から明らかなよう
に、点Ａ・点Ｂは共に黄色であるが、点Ａは点Ｂに比べ
色純度が高い、即ち色純度の異なる黄色が得られた。
具体例13 上記具体例において、液晶分子のねじれ角Ｔをさらに
大きく、例えば330度とした。なお液晶分子の配向処理
として、ラビング処理の代わりに斜方蒸着を行った。そ
の結果、具体例12に比較してさらに広視野角が得られ
た。上記具体例９〜11においてもねじれ角Ｔを大きくす
れば同様の効果が得られる。
なお、以上のような階調表示を行う液晶セルの駆動回
路３としては、選択期間のパルス幅を制御するパルス階
調表示駆動回路、複数フレーム内で選択時の回数を変え
るフレーム階調表示駆動回路等があり、上記の具体例１
〜13においては、フレーム階調表示駆動回路を用いたも
のであるが、パルス階調表示駆動回路でも上記と同様の
結果が得られる。
参考例 第９図は参考例として一対の偏光板間に２つの液晶セ
ルを設けた電気光学装置としての液晶表示装置の概略構
成の断面図である。
図において１は下側偏光板、２は上側偏光板、10はそ
の両偏光板間に設けた液晶セル（以下、第１セルとい
う）であり、前記第１図例の場合と同様に構成されてい
る。
20は上記第１セル10と上側偏光板２との間に設けた第
２の液晶セル（以下、第２セルという）であり、上面に
電極21aを有する下側電極基板21と、下面に電極22aを有
する上側電極基板22との間に、ネマチック液晶23を挾持
させてなる。その液晶23は上下の電極基板21・22にラビ
ング処理等を施すことによりねじれ配向されている。24
はスペーサ、４は上記の電極21a・22aに接続した第２セ
ル20の駆動回路であり、本例においてはスタテック駆動
回路が用いられ、電極21a・22aに任意の電圧が印加可能
である。
第10図は上記第９図の液晶表示装置におけるラビング
方向（電極基板に近接する液晶分子の分子軸の方向）と
偏光板の吸収軸との関係を示す説明図である。
同図において、R11・R12はそれぞれ第１セル10の下側
電極基板11および上側電極基板12のラビング方向、R21
・R22はそれぞれ第２セル20の下側電極基板21および上
側電極基板22のラビング方向、θは第１セル10の上側電
極基板12のラビング方向R12と第２セル20の下側電極基
板21のラビング方向R21とのなす角度、T1は第１セル10
内の液晶分子の第９図で上から下に向かってのねじれ方
向と角度、T2は同様に第２セル20内の液晶分子のねじれ
方向と角度、P1・P2はそれぞれ下側偏光板１および上側
偏光板２の吸収軸の方向、θ１は下側偏光板１の吸収軸
の方向P1と第１セル10の下側電極基板11のラビング方向
R11とのなす角度、θ２は上側偏光板２の偏光軸の方向P
2と第２セル20の上側電極基板22のラビング方向R22とな
す角度を示す。
上記の構成において、第１セル10の液晶分子のねじれ
方向および角度T1は、前記実施例Ｉの場合と同様にラビ
ング方向R11・R12およびネマチック液晶13に添加される
旋光性物質の種類と量によって180度から360度の範囲に
なるように設定し、また第１セル10の液晶の光学異方性
Δｎと液晶層厚ｄ（μｍ）との積Δｎ・ｄは1.1μｍ以
上の範囲に設定する。
上記のように一対の偏光板１・２間に液晶セル（第１
セル）10を介在させてなる液晶表示装置に上記第１セル
10とは別に更に第２の液晶セル（第２セル）20を設ける
と、該表示装置で表示することのできる色調を電気的信
号により変化させることができる。さらに、パソコン等
で求められている白黒表示を、第２セル20の電気的信号
による切り換えで実現することができる。
なお第２セル20のネマチック液晶のねじれ角T2は、90
度×ｎ±40度（ｎは０または整数）にすることが、コン
トラストの高い白黒表示を得るために望ましい。また角
度θは90度にすることが望ましい。さらに第２セルの液
晶のねじれ方向は、第１セルの液晶のねじれ方向と逆方
向であることが望ましい。
参考例１ 上記第９図・第10図における第１セル10の液晶13とし
てトラン系液晶を添加したPCH系液晶を用い光学異方性
Δｎを0.18、液晶層厚ｄを８μｍに設定して、Δｎ・ｄ
を1.44とした。また、第１セル10の液晶分子のねじれ角
T1を左に220度、第２セルの液晶分子のねじれ角T2を右
に90度とした。更に角度θ１・θ２をそれぞれ45度と
し、角度θは90度とした。第２セル20の駆動回路（スタ
テック駆動回路）４で第２セルに実効電圧10Vを印加
し、第１セル10の駆動回路（時分割駆動回路）３により
デュティ比1/100で４階調表示駆動を行った。このと
き、４色が表示され、第11図の色度図に示すようになっ
た。つまり、青緑、青紫、赤、黄色の４色である。次
に、第２セル20の駆動回路４のスイッチをオフにする
と、第12図に示すように、点Ａは非選択電圧（実効電圧
2.24V）印加時、点Ｂは選択電圧（実効電圧2.4V）印加
時の色調となった。点Ａはやや青味のある黒色で点Ｂは
やや黄味のある白色であり、ほぼ白黒表示となった。こ
のときのコントラスト比は1:10であった。
参考例２ 上記参考例１において、第１セル10の液晶分子のねじ
れ角T1を左に230度に、また第２セル20の液晶分子のね
じれ角T2を右に270度に変え、他の構成は参考例１と同
様とした。そして第２セル20の駆動回路４で第２セルに
実効電圧10Vを印加し、第１セル10の駆動回路３により
デュティ比1/200で８階調表示駆動を行った。第13図は
このときの色調を示すもので、図から明らかなように、
８階調表示がすべて異なった色調を示した。また第２セ
ル20の駆動回路４のスイッチをオフにすると、第14図に
示すように、点Ａは非選択電圧（実効電圧2.28V）印加
時、点Ｂは選択電圧（実効電圧2.44V）印加時の色調と
なった。点Ａはやや青味のある黒色、点Ｂは黄味のある
白色であり、ほぼ白黒表示となった。このときのコント
ラスト比は1:15であった。
参考例３ 上記参考例２において、第２セル20の駆動回路４で第
２セル20に印加する実効電圧を10Vから0Vまで変化させ
た。その結果、前記第13図に示す緑色（ｘ、ｙ）＝（0.
197、0.386）は、第15図に示すように青色、赤色、黒色
となった。また前記第13図に示す他の色も、第２セル20
の駆動回路４の実効電圧を10Vから0Vまで変化させるこ
とにより、色変化をおこさせることができた。
参考例４ 前記参考例２において、第１セル10の液晶分子のねじ
れ角T1を左に330度に、また第２セル20の液晶分子のね
じれ角T2を右に450度に変え、参考例２と同様に第２セ
ル20にその駆動回路４で実効電圧10Vを印加し、第１セ
ル10の駆動回路３によりデュティ比1/200で８階調表示
駆動を行った。すると参考例２に比べ広視野角となっ
た。また、第２セル20の駆動回路４のスイッチをオフに
すると、白黒表示となり、コントラスト比は1:52と改善
された。
なお上記参考例１〜４においては、第２セル20の液晶
分子のねじれ方向を左、第１セル10の液晶分子のねじれ
方向を右にしたが、それぞれ逆方向にしても同じ結果が
得られる。また第１セルと第２セルの液晶分子のねじれ
方向を同じにして不十分ではあるがほぼ同等の結果が得
られる。
また第２セル20の駆動回路４として上記実施例および
その参考例１〜４においては、スタテック駆動回路を用
いたが、電極21a・22aに電圧を印加する手段であれば何
でもよく、例えば時分割駆動回路、正弦波形印加回路、
三角波形印加回路であってもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、階調表示により
マルチカラー表示を容易に行うことができ、前記従来の
ようにカラーフィルタを用いるものに比べ極めて簡便に
安価にカラー表示を行うことのできる電気光学装置を提
供できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例を示す電気光学装置として
の液晶表示装置の概略構成の断面図、第２図はその液晶
表示装置における偏光板の吸収軸とラビング方向等との
関係を示す説明図、第３図・第４図・第５図・第６図・
第７図・第８図は上記第１実施例に基づく具体例によっ
て表示された色調を示す色度図、第９図は参考例におけ
る電気光学装置としての液晶表示装置の概略構成の断面
図、第10図はその液晶表示装置における偏光板の吸収軸
とラビング方向等との関係を示す説明図、第11図・第12
図・第13図・第14図・第15図は上記参考例によって表示
された色調を示す色度図、第16図は従来の液晶表示装置
により表示することのできる色調を示す色度図である。 １・２は偏光板、10は液晶セル、11・12は電極基板、13
は液晶、20は第２の液晶セル、21・22は電極基板、23は
液晶。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】対向する内面に電極が形成された一対の基
    板間にねじれ配向したネマチック液晶を挟持し且つ前記
    一対の基板の両側に配置された一対の偏光板とを備えて
    なる液晶セルからなり、前記ネマチック液晶のねじれ角
    を180度から360度の範囲とした電気光学装置において、 前記ネマチック液晶の光学異方性Δｎと前記ネマチック
    液晶の液晶層厚ｄ（μｍ）との積Δｎ・ｄの値が1.1μ
    ｍ以上であって、 前記液晶セルは、前記電極間に印加する電圧を変化させ
    ると青系、緑系、黄系、赤系、紫系のうち少なくとも３
    つの色を呈する特性を有してなり、 前記電極間に選択電圧と非選択電圧以外にそれらの実効
    電圧の中間値である中間電圧との少なくとも３値以上の
    異なった電圧を選択的に印加して時分割駆動することに
    より、カラーフィルタを用いることなく多色表示を同一
    画面で行えるようにしたことを特徴とする電気光学装
    置。
  2. 【請求項２】前記一対の偏光板の吸収軸（偏光軸）の方
    向が、それぞれ隣接する前記基板の液晶分子配向方向に
    対して15度から75度の範囲内でずれていることを特徴と
    する請求項１記載の電気光学装置。
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