JP2621385C - - Google Patents
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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ト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△nと液晶層厚dとの積△n・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は、PCH系
の液晶、または、トラン系の液晶、または、PCH系液晶にトラン系液晶を添加
した液晶であり、かつ、前記ネマチック液晶の光学異方性△nと前記ネマチック
液晶の液晶層厚d(μm)との積△n・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実効電圧を2.44V以下の範囲で変化させ
ることにより青系、緑系、黄系、赤系、紫系のうち青系もしくは赤系を含む少な
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△n・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、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、例えばデュテイ比が1/
100以下の低デュテイ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、電極基阪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△nと液晶層厚d(μm)との積△n・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△
n・dを大きくすることが必要となる。そこで、多色表示を得るためには初期時
の△n・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△n・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、△n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△n・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
と偏光板の吸収軸(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
記の配向方向と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△nが0.13、液晶層厚dを10μmにして△n・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2.1
7V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600ms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△n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。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、2.2
9V、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は400msであった。
具体例6
上記具体例5において、光学異方性△n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△nが0.18、液晶層厚dを9μmにして、△n・dを1.62μ
m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△n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2
40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碍られる。
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・2
2a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P2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△nと液晶層厚d(
μm)との積△n・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△nを0.18、液晶層厚dを8μmに
設定して、△n・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2
0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
ツチをオフにすると、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。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electro-optical device such as a super twisted nematic liquid crystal display device. [Prior Art] A conventional super twisted nematic liquid crystal display device has a twist angle of a liquid crystal molecule of 180 degrees or more and an optical anisotropy Δn of the liquid crystal and a liquid crystal as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-50511. The product Δn · d with the layer thickness d was from 0.7 μm to 1.1 μm. [Problems to be Solved by the Invention] Therefore, coloring due to birefringence occurs. However, when time-division driving is performed, the color becomes yellow when a non-selection voltage is applied, becomes blue when a selection voltage is applied, and becomes the color shown in FIG. 16 when an intermediate voltage is applied. As shown in the chromaticity diagram (CIE standard chromaticity diagram), the color ranged from yellow to slightly blue-green to blue, and other multicolors could not be obtained. Therefore, a sufficient multi-color display cannot be performed by the gradation display driving in which an intermediate voltage other than the selection voltage and the non-selection voltage is applied. In addition, there is a multi-color display having a color filter. However, three pixels of three primary colors R, G, and B are required, and the production is very troublesome. The present invention has been proposed in view of the above problems, and can easily perform multi-color display by gradation display operation, and can be time-division driven at a low duty ratio of 1/100 or less, for example. It is an object of the present invention to provide an electro-optical device capable of obtaining a sufficient contrast even in a case. [Means for Solving the Problems] To achieve the above object, an electro-optical device according to the present invention has the following configuration. That is, a liquid crystal cell comprising a pair of polarizing plates disposed on both sides of the pair of substrates, sandwiching nematic liquid crystal twisted between a pair of substrates having electrodes formed on opposing inner surfaces, and In the electro-optical device, wherein the twist angle of the nematic liquid crystal is in a range of 180 degrees to 360 degrees, the nematic liquid crystal is a PCH liquid crystal, a trans liquid crystal, or a liquid crystal obtained by adding a trans liquid crystal to the PCH liquid crystal. And the value of the product Δn · d of the optical anisotropy Δn of the nematic liquid crystal and the liquid crystal layer thickness d (μm) of the nematic liquid crystal is 1.1 μm or more, and the liquid crystal cell comprises: By changing the effective voltage applied between the electrodes within a range of 2.44 V or less, a characteristic of exhibiting at least three colors including blue or red among blue, green, yellow, red, and violet. To Time-division driving by selectively applying at least three different voltages between the electrodes in addition to a selection voltage and a non-selection voltage and an intermediate voltage that is an intermediate value of their effective voltages. Thus, multicolor display can be performed on the same screen without using a color filter. [Operation] In the so-called STN electro-optical device as described above, Δn · d of the nematic liquid crystal layer of the liquid crystal cell is set to 1.1 μm or more, and a selection voltage and a non-selection voltage are applied between a pair of substrates of the liquid crystal cell. In addition, by selectively applying at least three different voltages to an intermediate voltage that is an intermediate value of the effective voltages and performing time-division driving, a blue-based, green-based, Multicolor display of three or more of yellow, red, and purple can be easily performed, and for example, the duty ratio is 1 /
Even when time-division driving is performed at a low duty ratio of 100 or less, a sufficient contrast can be obtained. EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples shown in the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a schematic configuration of a liquid crystal display device as an electro-optical device according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a lower polarizing plate, 2 is an upper polarizing plate, and 10 is a liquid crystal cell disposed between the two polarizing plates 1 and 2. The liquid crystal cell 10 has a nematic liquid crystal 13 sandwiched between a lower electrode substrate 11 having an electrode 11a on an upper surface and an upper electrode substrate 12 having an electrode 12a on a lower surface. The nematic liquid crystal 13 is twisted by subjecting the upper and lower electrode substrates 11 and 12 to rubbing treatment or the like. Reference numeral 14 denotes a spacer interposed in the peripheral portion between the two electrode substrates 11 and 12. The spacer 14 holds the nematic liquid crystal 13 between the two electrode substrates 11 and 12, , That is, the liquid crystal layer thickness is kept constant. The two substrates 11
A spacing member such as glass fiber or glass ball may be sprayed between the twelve. In the figure, reference numeral 3 denotes a driving circuit for the liquid crystal cell 10 connected to the electrodes 11a and 12a. In this example, a time-division driving circuit is used, and a selection voltage and a non-selection voltage are applied between the two electrode substrates. The configuration is such that grayscale display driving can be performed by selecting a voltage of three or more values such as an intermediate voltage in addition to the selection voltage. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the molecular axis of liquid crystal molecules near the electrode substrate and the absorption axis of the polarizing plate in the liquid crystal display device of FIG. In the present invention, the means for aligning the liquid crystal molecules is not limited to the rubbing treatment, but for convenience of explanation, the direction of alignment of the long axis of the liquid crystal molecules near the electrode base will be described as the rubbing direction. The same applies to the embodiments described later. In the figure, R11 and R12 are rubbing directions on the lower electrode substrate 11 and the upper electrode substrate 12 side of the liquid crystal cell 10, respectively, and T is the first liquid crystal molecule in the liquid crystal cell 10.
In the figure, the twist direction and angle from top to bottom, P1 and P2 are the directions of the absorption axes (polarization axes) of the lower polarizing plate 1 and the upper polarizing plate 2, respectively, and θ1 is the absorption axis of the lower polarizing plate 1. The angle between the direction P1 and the rubbing direction R11 of the lower electrode substrate 11, and θ2 indicates the angle between the direction P2 of the absorption axis of the upper polarizing plate 2 and the rubbing direction R12 of the upper electrode substrate 12. In the above configuration, the upper electrode substrate and the lower electrode substrate are arranged to face each other such that the twist angle T of the liquid crystal molecules is in a range from 180 degrees to 360 degrees. In this case, the twist direction and the angle T of the liquid crystal molecules are defined by the rubbing directions R11 and R12 and the type and amount of the optical rotatory substance added to the nematic liquid crystal 13. The angles θ1 and θ2 between the rubbing direction and the absorption axis of the polarizing plate are preferably in the range of 15 to 75 degrees. The product of the optical anisotropy Δn of the liquid crystal and the thickness d (μm) of the liquid crystal layer Δn · d
Is 1.1 μm or more. In the above configuration, by changing the voltage applied to the pair of electrode substrates 11 and 12, the retardation of the liquid crystal layer changes and decreases. When the retardation changes, the color of the transmitted light changes. Therefore, in order to increase this color change, it is sufficient to increase the change in retardation.
It is necessary to increase n · d. Therefore, in order to obtain a multi-color display, it was found that Δn · d at the initial stage should be 1.1 μm or more, so that sufficient multi-color display by gradation display driving can be simplified. What can be done. The upper limit of the value of Δn · d is not particularly limited, and a multi-color display can be performed no matter how large the value becomes. However, at present, Δn is 0.2 at most, and Δnd is preferably 2.0 or less in consideration of response speed and the like. In order to increase the display capacity, time-division driving is required. However, with the above-described configuration, a sufficient contrast can be obtained even in a low-duty-ratio drive of, for example, a duty ratio of 1/100 or less. Further, the present invention positively utilizes the birefringence of the liquid crystal, and it is necessary that the alignment direction and the direction of the absorption axis (polarization axis) of the polarizing plate are shifted. When the angles θ1 and θ2 between the direction and the direction of the absorption axis are in the range of 15 ° to 75 ° as described above, a multicolor display with high contrast and good color purity can be obtained. Hereinafter, a specific example based on the above embodiment will be described. Specific Example 1 In the configuration shown in FIGS. 1 and 2, a PCH-based liquid crystal is used as the nematic liquid crystal 13, the optical anisotropy Δn is 0.13, the liquid crystal layer thickness d is 10 μm, and Δn · d is The thickness was 1.3 μm. Further, the twist angle T of the liquid crystal was 180 degrees, and the angles θ1 and θ2 between the rubbing direction and the absorption axis of the polarizing plate were 30 degrees and 30 degrees, respectively. When four gradation driving is performed by the driving circuit (time-division driving circuit) 3 of the liquid crystal cell 10 at a duty ratio of 1/100, when a non-selection voltage (effective voltage 2.10 V) is applied, blue-green and a selection voltage (effective voltage) 2.32V) Red when applied, intermediate value of its two values, ie, effective voltage 2.1
Four colors of blue and purple were displayed when 7 V and 2.25 V were applied, respectively. However, the response time was 600 ms or more, resulting in a considerably slow response. Specific Example 2 Instead of the liquid crystal of the above specific example 1, a translanic liquid crystal is used, and the optical anisotropy Δn is 0.
. 18, the liquid crystal layer thickness d was 8 μm. Other configurations were the same as in Example 1,
Four colors were displayed in the same manner as in Example 1, and the response time was also 300 ms. Example 3 Using the liquid crystal of Example 2 above, the twist angle T of the liquid crystal was 220 degrees, and the angles θ1 and θ2 between the rubbing direction and the absorption axis of the polarizing plate were each 45 degrees. The other configuration is the same as that of the specific example 2. When four gradation driving is performed by the driving circuit 3 at a duty ratio of 1/100, four colors are displayed also in this case, as shown in the chromaticity diagram of FIG. became. Example 4 In Example 3 above, the twist angle T of the liquid crystal was changed to 230 degrees. The other configuration was the same as that of the specific example 3, and the driving circuit 3 performed four gradation driving at a duty ratio of 1/100. FIG. 4 shows the color tone at this time. As is apparent from the figure, the three primary colors of green, blue and red could be further displayed in yellow. Specific Example 5 In the specific example 4, when the driving circuit 3 performs eight gradation driving at a duty ratio of 1/200, the driving circuit 3 turns green when a non-selection voltage (effective voltage 2.24 V) is applied, and selects a selection voltage (effective voltage 2.4 V). ) Yellow when applied, its intermediate voltage, ie, effective voltage 2.26V, 2.2
When 9V, 2.31V, 2.33V, 2.35V, and 2.38V were applied, they turned blue-green, blue, purple, red, orange, and yellow, respectively. FIG. 5 shows the color tone at this time. As is apparent from FIG. 5, all the eight gradation displays showed different color tones.
The response time at this time was 400 ms. Specific Example 6 In the specific example 5, the liquid crystal layer thickness d was 5.5 μm instead of the trans liquid crystal having an optical anisotropy Δn of 0.21. Then, the response time showed a good response of 250 ms. Specific Example 7 In the specific example 6, the twist angle T of the liquid crystal was set to 260 degrees, and a pair of polarizing plates 1 and
The angle between the two absorption axes was 10 degrees. The duty ratio 1 /
When eight gradation driving was performed at 200, red was applied when a non-selection voltage (effective voltage 2.28 V) was applied, and blue-green, yellow, and other colors were gradually applied when a selection voltage (effective voltage 2.44 V) was applied. Was displayed. FIG. 6 shows the color tone at this time. When the angle between the absorption axes of the pair of polarizing plates 1 and 2 is set to 80 degrees, eight tones having a complementary color relationship with each of the above colors (each point and the white point 0 in FIG. Color tone). Specific Example 8 In the specific example 7, the twist angle T of the liquid crystal molecules is further increased, for example, to 330
I did it. Note that oblique deposition was performed instead of the rubbing treatment as the alignment treatment of the liquid crystal molecules. As a result, a wider viewing angle was obtained than in Example 7. In the other specific examples 1 to 6, the same effect can be obtained by increasing the twist angle T. Specific Example 9 As the liquid crystal 13, a liquid crystal obtained by adding a trans liquid crystal to a PCH liquid crystal is used.
The optical anisotropy Δn is 0.18, the liquid crystal layer thickness d is 9 μm, and Δn · d is 1.62 μm.
m. Further, the twist angle T of the liquid crystal was 180 degrees, and the angles θ1 and θ2 between the rubbing direction and the absorption axis of the polarizing plate were 30 degrees and 60 degrees, respectively. And the driving circuit 3
As a result, when four gradation display driving was performed at a duty ratio of 1/100, four colors of green, blue, red, and yellow were displayed. However, the response time was 1000 ms, which was a considerably slow response. Specific Example 10 In the specific example 9, the concentration of the tolanic liquid crystal was increased, and the optical anisotropy Δn was 0.1.
22, the same test as in Example 9 was performed with the liquid crystal layer thickness d set to 7 μm. Then, four colors were displayed in the same manner as in Example 9, and the response time was also 400 ms. Example 11 The liquid crystal of Example 10 was used, the liquid crystal layer thickness was 9 μm, and the twist angle T of the liquid crystal was 2
The angle between the rubbing direction and the absorption axis of the polarizing plate was set to 45 degrees. Then, the driving circuit 3 performed eight gradation driving at a duty ratio of 1/200. FIG. 7 is a chromaticity diagram showing the color tone at this time, and eight colors such as light green, green, blue, red, and yellow could be displayed. Specific Example 12 The same test as in Specific Example 11 was performed except that the twist angle T of the liquid crystal was 260 degrees. FIG. 8 is a chromaticity diagram showing the color tone at this time. As is apparent from FIG. 8, both point A and point B are yellow, but point A has higher color purity than point B. Yellows with different color purities were obtained. Specific Example 13 In the specific example described above, the twist angle T of the liquid crystal molecules was further increased, for example, to 330 degrees. Note that oblique deposition was performed instead of the rubbing treatment as the alignment treatment of the liquid crystal molecules. As a result, a wider viewing angle was obtained than in Example 12. In the above Examples 9 to 11, the same effect can be obtained by increasing the twist angle T. The driving circuit 3 of the liquid crystal cell for performing the above-described gradation display includes a pulse gradation display driving circuit for controlling a pulse width in a selection period, and a frame gradation display driving for changing the number of selections in a plurality of frames. There are circuits and the like. In the above specific examples 1 to 13, the frame gradation display driving circuit is used. However, the same result as described above can be obtained with the pulse gradation display driving circuit. REFERENCE EXAMPLE FIG. 9 is a cross-sectional view of a schematic configuration of a liquid crystal display device as an electro-optical device in which two liquid crystal cells are provided between a pair of polarizing plates as a reference example. In the figure, reference numeral 1 denotes a lower polarizing plate, 2 denotes an upper polarizing plate, and 10 denotes a liquid crystal cell (hereinafter referred to as a first cell) provided between the two polarizing plates. ing. Reference numeral 20 denotes a second liquid crystal cell (hereinafter, referred to as a second cell) provided between the first cell 10 and the upper polarizing plate 2, and a lower electrode substrate 21 having an electrode 21a on the upper surface and an electrode on the lower surface. A nematic liquid crystal 23 is sandwiched between the upper electrode substrate 22 having the upper electrode substrate 22a. The liquid crystal 23 is twisted by subjecting the upper and lower electrode substrates 21 and 22 to a rubbing process or the like. 24 is a spacer, 4 is the electrode 21a.2
This is a drive circuit of the second cell 20 connected to 2a. In this example, a static drive circuit is used, and an arbitrary voltage can be applied to the electrodes 21a and 22a. FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between the rubbing direction (the direction of the molecular axis of the liquid crystal molecules approaching the electrode substrate) and the absorption axis of the polarizing plate in the liquid crystal display device of FIG. In the figure, R11 and R12 denote the rubbing directions of the lower electrode substrate 11 and the upper electrode substrate 12 of the first cell 10, respectively, and R21 and R22 denote the second cell 20 respectively.
Rubbing direction of the lower electrode substrate 21 and the upper electrode substrate 22, θ is the first cell 10
The angle T1 between the rubbing direction R12 of the upper electrode substrate 12 and the rubbing direction R21 of the lower electrode substrate 21 of the second cell 20 is T1 from top to bottom in FIG. 9 of the liquid crystal molecules in the first cell 10. , T2 is the twist direction and angle of the liquid crystal molecules in the second cell 20, and P1 and P2 are the lower polarizing plate 1 and the upper polarizing plate 2, respectively.
Is the angle between the absorption axis direction P1 of the lower polarizing plate 1 and the rubbing direction R11 of the lower electrode substrate 11 of the first cell 10, and θ2 is the direction of the polarizing axis of the upper polarizing plate 2. The angle between P2 and the rubbing direction R22 of the upper electrode substrate 22 of the second cell 20 is shown. In the above configuration, the twist direction and the angle T1 of the liquid crystal molecules of the first cell 10 are determined by the rubbing directions R11 and R12 and the type and amount of the optically active substance added to the nematic liquid crystal 13 as in the case of the first embodiment. The angle is set to be in the range of 180 degrees to 360 degrees, and the optical anisotropy Δn of the liquid crystal of the first cell 10 and the liquid crystal layer thickness d (
μm) is set to a range of 1.1 μm or more. As described above, in the liquid crystal display device having the liquid crystal cell (first cell) 10 interposed between the pair of polarizing plates 1 and 2, a second liquid crystal cell (second cell) is provided separately from the first cell 10.
When 20 is provided, the color tone that can be displayed on the display device can be changed by an electric signal. In addition, the black and white display required by personal computers
It can be realized by switching by the electric signal of the cell 20. The twist angle T2 of the nematic liquid crystal of the second cell 20 is 90 degrees × n ± 40 degrees (
(n is 0 or an integer) is desirable to obtain a black-and-white display with high contrast. The angle θ is desirably 90 degrees. Further, the twist direction of the liquid crystal of the second cell is preferably opposite to the twist direction of the liquid crystal of the first cell. REFERENCE EXAMPLE 1 A PCH-based liquid crystal to which a tran-based liquid crystal is added is used as the liquid crystal 13 of the first cell 10 in FIGS. Then, Δn · d was set to 1.44. The twist angle T1 of the liquid crystal molecules of the first cell 10 was set to 220 degrees to the left, and the twist angle T2 of the liquid crystal molecules of the second cell was set to 90 degrees to the right. Further, the angles θ1 and θ2 are each set to 45 degrees, and the angle θ is set to 90 degrees. The driving circuit (static driving circuit) 4 of the second cell 20 applies an effective voltage of 10 V to the second cell, and the driving circuit (time division driving circuit) 3 of the first cell 10 displays four gradations at a duty ratio of 1/100. Drive was performed. At this time, four colors were displayed, as shown in the chromaticity diagram of FIG. That is, there are four colors of blue-green, blue-violet, red, and yellow. Next, the second cell 2
When the switch of the drive circuit 4 of 0 is turned off, as shown in FIG. 12, point A is when a non-selection voltage (effective voltage 2.24 V) is applied, and point B is when a selection voltage (effective voltage 2.4 V) is applied. Color tone. Point A was slightly bluish black, and point B was slightly yellowish white, almost black and white display. The contrast ratio at this time was 1:10. Reference Example 2 In the above-described Reference Example 1, the twist angle T1 of the liquid crystal molecules of the first cell 10 is shifted to the left by 230
Each time, the twist angle T2 of the liquid crystal molecules of the second cell 20 was changed to the right to 270 degrees, and the other configuration was the same as that of the reference example 1. Then, the driving circuit 4 of the second cell 20 applies an effective voltage of 10 V to the second cell, and the driving circuit 3 of the first cell 10 applies a duty ratio of 1/200.
8 gradation display drive was performed. FIG. 13 shows the color tone at this time. As is clear from the figure, all the eight gradation displays showed different color tones. When the switch of the drive circuit 4 of the second cell 20 is turned off, as shown in FIG. 14, a point A is applied with a non-selection voltage (effective voltage 2.28 V), and a point B is applied with a selection voltage (effective voltage 2.28 V). 44V) The color tone upon application of voltage was obtained. Point A is slightly bluish black, point B is yellowish white,
The display became almost black and white. The contrast ratio at this time was 1:15. Reference Example 3 In Reference Example 2, the effective voltage applied to the second cell 20 by the drive circuit 4 of the second cell 20 was changed from 10V to 0V. As a result, green (x, y) = (0.197, 0.386) shown in FIG. 13 became blue, red, and black as shown in FIG. The other colors shown in FIG. 13 also correspond to the driving circuit 4 of the second cell 20.
Was changed from 10 V to 0 V, a color change could be caused. REFERENCE EXAMPLE 4 In the reference example 2, the torsion angle T1 of the liquid crystal molecules of the first cell 10 is shifted to the left by 330
At the same time, the twist angle T2 of the liquid crystal molecules of the second cell 20 is changed to 450 degrees to the right, and an effective voltage of 10 V is applied to the second cell 20 by the driving circuit 4 as in the second embodiment. Drive circuit 3 performs 8-gradation display driving at a duty ratio of 1/200. Then, the viewing angle was wider than in Reference Example 2. When the switch of the drive circuit 4 of the second cell 20 was turned off, a black-and-white display was obtained, and the contrast ratio was improved to 1:52. In the above Reference Examples 1 to 4, the twist direction of the liquid crystal molecules in the second cell 20 is set to the left, and the twist direction of the liquid crystal molecules in the first cell 10 is set to the right. . Although the twist directions of the liquid crystal molecules of the first cell and the second cell are made the same, almost the same results can be obtained though they are insufficient. In the above embodiment and the reference examples 1 to 4, a static driving circuit was used as the driving circuit 4 of the second cell 20, but any means for applying a voltage to the electrodes 21a and 22a may be used. It may be a drive circuit, a sine waveform application circuit, or a triangular waveform application circuit. [Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, multi-color display can be easily performed by gradation display, and color display can be performed very simply and inexpensively as compared with the conventional one using a color filter. There is an effect that an electro-optical device capable of performing the above can be provided.
【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1
0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。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view of a schematic configuration of a liquid crystal display device as an electro-optical device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, FIG. 8 are illustrations showing the relationship with the rubbing direction and the like, showing the color tones displayed by the specific example based on the first embodiment. FIG. 9 is a cross-sectional view of a schematic configuration of a liquid crystal display device as an electro-optical device according to a reference example.
FIG. 0 is an explanatory view showing the relationship between the absorption axis of the polarizing plate and the rubbing direction and the like in the liquid crystal display device. FIGS. 11, 12, 13, 13, 14 and 15 show the above reference examples. FIG. 16 is a chromaticity diagram showing a color tone that can be displayed by a conventional liquid crystal display device. 1 and 2 are polarizing plates, 10 is a liquid crystal cell, 11 and 12 are electrode substrates, 13 is liquid crystal, 20
Is a second liquid crystal cell, 21 and 22 are electrode substrates, and 23 is a liquid crystal.
Claims (1)
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は、PCH系の液晶、または、トラン系の液晶、または、
PCH系液晶にトラン系液晶を添加した液晶であり、かつ、前記ネマチック液晶
の光学異方性△nと前記ネマチック液晶の液晶層厚d(μm)との積△n・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実効電圧を2.44V以下の範囲で変
化させることにより青系、緑系、黄系、赤系、紫系のうち青系もしくは赤系を含
む少なくとも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)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。Claims: (1) A pair of polarizing plates disposed on both sides of a pair of substrates, sandwiching a twist-aligned nematic liquid crystal between a pair of substrates having electrodes formed on opposing inner surfaces thereof. An electro-optical device comprising a liquid crystal cell, wherein the twist angle of the nematic liquid crystal is in a range of 180 degrees to 360 degrees, wherein the nematic liquid crystal is a PCH-based liquid crystal or a trans-based liquid crystal, or
It is a liquid crystal obtained by adding a trans liquid crystal to a PCH liquid crystal, and the value of the product Δn · d of the optical anisotropy Δn of the nematic liquid crystal and the liquid crystal layer thickness d (μm) of the nematic liquid crystal is 1. 1 μm or more, and the liquid crystal cell changes the effective voltage applied between the electrodes within a range of 2.44 V or less to thereby provide a blue-based, green-based, yellow-based, red-based, or purple-based Having a characteristic of exhibiting at least three colors including a reddish color, and at least three different values of an intermediate voltage that is an intermediate value of those effective voltages in addition to a selection voltage and a non-selection voltage between the electrodes. An electro-optical device characterized in that multi-color display can be performed on the same screen without using a color filter by selectively applying and driving in a time-division manner. (2) The direction of the absorption axis (polarization axis) of the pair of polarizing plates is shifted within a range of 15 degrees to 75 degrees with respect to the liquid crystal molecule alignment direction of the adjacent substrates. Item 2. An electro-optical device according to Item 1.
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