JP2748119B2 - カラー液晶素子 - Google Patents

カラー液晶素子

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JP2748119B2 JP63067228A JP6722888A JP2748119B2 JP 2748119 B2 JP2748119 B2 JP 2748119B2 JP 63067228 A JP63067228 A JP 63067228A JP 6722888 A JP6722888 A JP 6722888A JP 2748119 B2 JP2748119 B2 JP 2748119B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は複数色のカラーフィルターを有するカラー液
晶素子に関する。
[開示の概要] 本明細書及び図面は、複数色のカラーフィルターを有
するカラー液晶素子において、最も長波長側のカラーフ
ィルターを有する画素が最大コントラストとなる位置に
偏光子を設定することにより、カラーフィルターの総合
的な見ばえを向上させる技術を開示するものである。
[従来の技術] 従来、強誘電性液晶(以下、FLCという)を用いたモ
ノクロ液晶素子においては、偏光子をコントラストが最
大となる位置に設定するのが一般的であり、この位置は
ほぼ一義的に決められていた。すなわち、配向膜のラビ
ング方向を基準として見かけのチルト角θa分だけずら
した方向に偏光子を設定していた。
一方、同じくFLCを用いたカラー液晶素子において
は、前述のモノクロ液晶素子にR(赤),G(緑),B
(青)のカラーパターンを設けたカラーフィルターを組
み合わせ、目視によりコントラストのバランスが最も良
くなる位置に合わせることにより、偏光子の位置を定め
ていた。
[発明が解決しようとする課題] これは、見かけのチルト角θaがFLCの一般的な配向状
態(理想的なユニフォーム配向状態を除く、以下同様)
に対して、常に大きな波長依存性を持つため、複数色の
カラーフィルターを有するFLCセルの場合には最大コン
トラストを与える偏光子位置が色ごとに異なり、偏光子
の位置設定が一義的に定められないからである。このた
め、従来は偏光子の位置合わせの作業が繁雑となり、ま
た、見ばえのバラツキも多くなるという欠点があった。
本発明は、上記従来技術に鑑み、偏光子の位置設定を
容易とし、且つ、コントラストに優れ、見ばえの良好な
カラー液晶素子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] 本発明は、R,G,Bのカラーパターンを設けたカラーフ
ィルターを有する一方の基板、及び他方の基板間に強誘
電性液晶配置した液晶セルが偏光子及び検光子間に挟持
されたカラー液晶素子において、少なくとも一方の基板
と液晶との界面側に一軸配向処理がなされ、上記液晶が
第1及び第2の安定配向状態を呈し、前記カラーフィル
ターのうちで最も長波長側のカラーフィルターを有する
画素が最大コントラストとなる位置に偏光子及び検光子
を設定したことを特徴とするカラー液晶素子である。
[作用] FLCの見かけのチルト角θaは、前述したように常に大
きな波長依存性を持つが、最暗状態の明るさ(暗さ)は
波長によって異なる。例えば、FLCの一般的な配向状態
においては、常に長波長側の最暗状態の方が短波長側の
最暗状態よりも透過率が低い。したがって、長波長側の
最暗位置(消光位)のコントラストは、短波長側の最暗
位置のコントラストよりも常に高くなる。複数色のカラ
ーフィルターを有するFLCセルにおいては、偏光子の設
定位置として、それぞれのカラーフィルターの最暗位置
が考えられるが、上述した理由で、長波長側のカラーフ
ィルターを有する画素が最大のコントラストとなるよう
に偏光子を設定した方が、短波長側のカラーフィルター
を有する画素が最大のコントラストとなるように偏光子
を設定した場合に比べ、ディスプレイ全体の見ばえにと
って有利である。
本発明者らの実験によれば、短波長側のカラーフィル
ターを有する画素が最大のコントラストとなるように偏
光子を設定した場合、長波長側のカラーフィルターを有
する画素のコントラストは著しく減少するが、長波長側
のカラーフィルターを有する画素が最大のコントラスト
となるように偏光子を設定した場合、短波長側のカラー
フィルターを有する画素のコントラストは、前述した理
由のために、あまり変化しないという実験結果が得られ
ている。
第4図は、基板面の上方から見た配向状態の模式図で
ある。
図中、400は一軸性配向処理の方向、即ち、本実施例
ではラビング方向に相当している。SmA相では、液晶分
子がラビング方向400と一致する液晶の平均分子軸方向4
01をもって配向する。SmC*相に於ては液晶分子の平均的
な分子軸方向は、402の方向に傾き、ラビング方向400と
SmC*の平均的分子軸方向402は、第1の角度θaをなして
第1の安定配向状態となる。この状態で上下基板に電圧
を印加すると、SmC*の液晶分子の平均的な分子軸方向
は、第1の角度θaより大きい角度に変化し、第2の角
度Θで飽和した第3の安定配向状態をとる。この時の平
均分子軸方向を403とする。
次に、電圧を零に戻すと、液晶分子は再びもとの第1
の分子軸方向402の状態に戻る。従って、第1の分子軸
方向402の状態で、液晶分子はメモリー性を有すること
になる。また、分子軸方向402の状態で、逆方向の電圧
を印加すると、その電圧が十分に高い場合には、液晶分
子の平均的分子軸方向は、飽和している第2の角度Θを
なす第4の安定配向状態の平均分子軸403′に転移す
る。
そして、再び電圧を零に戻すと、液晶分子は、第1の
角度θaをなす第2の安定配向状態の平均分子軸方向40
2′の状態に落ちつく。従って、図に示すように偏光子
の一方の偏光軸方向404を第1の角度θaをなす分子軸方
向402に合致させることによって、下述する如き電界に
よる第1と第2の安定配向状態との間で生じる配向転移
とこのメモリー性を生じた駆動法を用いた時にオン状態
とオフ状態での光学コントラストを向上することができ
る。
第1の角度θaは、1つの安定状態の分子軸の平均的
な方向を検出されるもので、これが第2の角度Θより小
さい理由は、SmC*層内で液晶が完全に平行な配列をとら
ないためと考えられ、その配向の平均的な分子軸方向が
θaの方向である。θaの角度をΘにすることは原理的に
可能であると考えられる。
θaの値を大きくすることは、透過率を高める意味で
大きな効果を奏する。入射光I0,透過光Iとすると、透
過率は下記の式で示される。
θ:チルト角、Δn:屈折率異方性、d:膜厚、λ:波長 上式は、直交ニコル下で、一方の平均分子軸方向と1
つの偏光軸を合致させ、もう一方の安定状態の分子軸方
向に転移させた際の透過率であり、基板に対して液晶分
子がすべて平行に配列した場合に適用されるが、角度θ
を持つような分子軸方向が、基板に対してほぼ平行の場
合も適用できることが確認されている。
前述した第1の角度θa及び第2の角度Θは、下記に
示す測定方法により、見かけのチルト角θa及びチルト
角Θとして得られる。即ち、閾値電圧を超えた正極性パ
ルスを印加した後、素子の両側に配置したクロスニコル
偏光子をその素子における最暗状態となる位置に設定
し、次いで閾値電圧を超えた逆極性の負極性パルスを印
加し、クロスニコル偏光子を回転させることによって、
再び最暗状態となる位置に設定する。この際のクロスニ
コル偏光子の回転角度が見かけのチルト角θa、並びに
Θの2倍の値に相当している。尚、見かけのチルト角θ
aは、メモリー状態下でのチルト角であり、パルス電圧
を除去した後に測定したものであるが、チルト角Θは、
パルス電圧の印加が維持されている状態下で測定したも
のである。
尚、第5図はらせん構造が解除され、双方安定状態を
有する液晶セルのスメクティック層の面内で切断したと
き(らせん構造の中心軸方向から見た時)の、ダイレク
タ即ちCダイレクタ51及び対応する自発分極52の配列の
様子を模式的に示したものであり、一番上の円(液晶コ
ーンのスメクティック層面への射影に相当)は上基板近
傍の状況を、一番下の円は下基板近傍の状況を示す。第
5図(a)の平均的自発分極53aの向きは上向き、
(b)の平均的自発分極53bは下向きである。従って、
電界によって(a)と(b)の間でスイッチングがおこ
る。
[実施例] 実施例1 第3図は本実施例におけるカラー液晶素子の構成図で
ある。図において、FLCセル20のガラス基板12aには、カ
ラーフィルター13、パシベーション14、透明電極15、絶
縁層16、配向膜17が順に形成され、対向するガラス基板
12bには、透明電極15、絶縁層16、配向膜17が順に形成
されている。両基板間にはFLC層18が挟持され、セル厚
はスペーサー19によって規定されている。また、FLCセ
ル20の上下には、偏光子10及び検光子11がクロスニコル
で配置され、偏光子10側の背面にはバックライト(図示
せず)が設けられている。
本実施例では、FLC層18としてチッソ社製、CS1017
(商品名)を使用し、配向膜17として東レ(株)社製、
ポリイミドSP710(商品名)を使用した。
上記カラーフィルター13のR,G,Bの分光透過率を第2
図に示す。図において、各フィルター色の中心波長はR
が660nm,Gが530nm,Bが470nmとなる。ただし、Rについ
ては透過率が飽和に達する波長を中心波長とした。
第1図(a)は、カラーフィルターを除去した以外
は、第3図のセルと全く同様に作製されたセルを用い
て、各波長λ毎にクロスニコル下で最大コントラストと
なる見かけのチルト角θaの波長特性を、3種類のセル
厚(d=1.0μm,d=1.5μm,d=2.1μm)について測定
したものである。尚、本発明において最も長波長側のカ
ラーフィルターの中心波長における見かけのチルト角θ
aをθa′と表わす。
今、最も長波長側のカラーフィルターR(赤)の中心
波長における見かけのチルト角θa′を、第1図(a)
の曲線から求めると、セル厚1.0μmの時はθa′=5.0
°,1.5μmの時はθa′=6.3°,2.1μmの時はθa′=
6.8°となった。
次に、クロスニコル状態に配置した偏光子と検光子の
間にFLCセルを配置し、偏光子または検光子の軸方向か
らθa′分だけ傾けた方向にセルのラビング方向を合わ
せた。この様子を第1図(b)に示す。
第1図(b)は、クロスニコル状態下の偏光子112及
び検光子111と、これを中心として見かけのチルト角
θa′分だけ振り分けたFLCセルのラビング方向101〜104
の配置(セル方向)を表わしたものである。
上記構成において、バックライトから光を照射して各
セルの見ばえを観察したところ、良好な結果を得ること
ができた。
実施例2 前記実施例1と同一構成のセルを作製し、偏光子と検
光子の配置を非クロスニコル状態とする以外は、全く同
じ条件で実験を行った。すなわち、検光子を光の進行方
向(第3図、矢印方向)に対して約3°右ネジ方向にク
ロスニコル状態からずらし、長波長側のカラーフィルタ
ーを有する画素が最大コントラストとなるようにFLCセ
ルを設定した。この状態でセルの見ばえを観察したとこ
ろ、クロスニコルの場合に比べて最大コントラストが増
加し、より良好な結果を得ることができた。
比較例 前記実施例1と同一構成のセルを作製し、偏光子を最
も短波長側のカラーフィルターB(青)を有する画素が
最大コントラストとなるように偏光子を配置する以外
は、全く同じ条件で実験を行なった。
第1図(a)において、セル厚d=2.1μmの時、B
を有する画素がクロスニコル下で最大コントラストとな
る見かけのチルト角θaは15°となるため、第1図
(b)のθa′=15°として偏光子を設定した。この状
態でセルの見ばえを観察したところ、カラーフィルター
Bを含む画素のコントラストは向上したが、カラーフィ
ルターRを含む画素のコントラストが著しく低下し、デ
ィスプレイ全体としての見ばえは低下した。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、カラーフィル
ターのうちでも最も長波長側のカラーフィルターを有す
る画素が最大コントラストとなる位置に偏光子を設定す
ることにより、複数色のカラーフィルターを使用した際
の見ばえを総合的に向上させることができる。したがっ
て、偏光子の位置設定が容易となり、且つコントラスト
に優れたカラー液晶素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)はFLCセルの見かけのチルト角θaの波長特
性を示す図、第1図(b)はセルと偏光子(検光子)の
配置を示す図、第2図はカラーフィルターの分光透過率
を示す図、第3図はカラー液晶素子の構成図、第4図は
本発明の模式図、第5図はダイレクタの模式射影図であ
る。 11,111…検光子、12,112…偏光子、20…FLCセル、101〜
104…ラビング方向

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】R,G,Bのカラーパターンを設けたカラーフ
    ィルターを有する一方の基板、及び他方の基板間に強誘
    電性液晶配置した液晶セルが偏光子及び検光子間に挟持
    されたカラー液晶素子において、少なくとも一方の基板
    と液晶との界面側に一軸配向処理がなされ、上記液晶が
    第1及び第2の安定配向状態を呈し、前記カラーフィル
    ターのうちで最も長波長側のカラーフィルターを有する
    画素が最大コントラストとなる位置に偏光子及び検光子
    を設定したことを特徴とするカラー液晶素子。
  2. 【請求項2】前記液晶セルにおいて、一軸配向処理がラ
    ビング処理であり、該ラビング処理の方向から前記最も
    長波長側のカラーフィルターの中心波長における見かけ
    のチルト角θaだけ傾いた方向に前記偏光子または検光
    子を配置したことを特徴とする請求項1記載のカラー液
    晶素子。
  3. 【請求項3】前記偏光子の方向と前記検光子の方向が互
    いに90°をなす請求項2記載のカラー液晶素子。
  4. 【請求項4】少なくとも一方の基板の液晶との界面に、
    配向膜が設けられている請求項1〜3いずれかに記載の
    カラー液晶素子。
  5. 【請求項5】前記液晶がSmC*相を呈する液晶である請求
    項1〜4いずれかに記載のカラー液晶素子。
  6. 【請求項6】液晶分子の平均分子軸が該処理の方向と第
    1の角度をなす第1及び第2の安定配向状態をとり、且
    つ電圧印加の状態で液晶分子の平均分子軸が該一軸配向
    処理の方向と、該第1の角度より大きい第2の角度をな
    す第3及び第4の配向状態をとる、請求項5記載のカラ
    ー液晶素子。
  7. 【請求項7】液晶分子のらせん構造が解除された請求項
    5または6記載のカラー液晶素子。
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