JP2783800B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 ５頁 産業上の利用分野 ６頁 従来の技術 ６頁 発明が解決しようとする問題点 ７頁 問題点を解決するための手段 ８頁 作用 ８頁 実施例 10頁 （ａ）本発明の第１実施例の構成 11頁 （ｂ）本発明の第１実施例の動作 12頁 （ｃ）本発明の第１実施例の具体的な装置構成とその動
作 16頁 （ｄ）本発明の第２実施例の具体的な装置構成とその動
作 20頁 発明の効果 24頁 〔概要〕 液晶表示装置に関し、 白地に黒の多ライン表示を可能にした大画面の液晶表
示装置を目的とし、 第１偏光子と、対向する一対の透明絶縁基板にそれぞ
れ透明電極と配向膜を積層してそれらの基板間に液晶を
封入した液晶パネルと、液晶パネル内での光の位相変化
を補正する補正部材と、液晶パネルおよび補正部材の出
射光側のみに配設されかつ直線偏光を円偏光にする変換
部材と、第２偏光子とを備えていることを特徴とする液
晶表示装置を提供する。 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶表示装置に係り、特に白地に黒の多ライ
ン表示を可能にした大容量の液晶表示装置に関する。 カラー表示を可能とする液晶表示装置として、単純マ
トリックス表示で白黒表示ができ、かつ多ライン表示が
可能な大容量の液晶表示装置が要望されている。 〔従来の技術〕 従来の液晶表示装置としては、光の入射方向側よりみ
て２枚の偏光板に挟まれた一対の透明絶縁性基板にそれ
ぞれ透明電極と配向膜を積層し、それらの透明絶縁性基
板間に液晶を封入し、配向膜に配向処理を行うことで、
上側の偏光板と下側の偏光板に挟まれた透明基板内の液
晶のツイスト角度が下側の偏光板に到る程90度ツイスト
されるTN（Twisted Nematic）型液晶表示装置、或いは9
0度以上ツイストされるSTN（Super Twisted Nematic）
型液晶表示装置がある。 またその他の液晶表示装置として液晶のツイスト角度
が180度以上のSBE（Super Biafringence Effect）型液
晶がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 然し、上記したTN型液晶表示装置は、液晶に印加する
電圧に対して透過光量の変動が急峻でないため、単純マ
トリックス構造で白地に黒のライン数を400程度まで多
くした大容量の画面表示をすることは困難である。 また上記したSBE型液晶表示装置は、液晶に印加する
電圧に対する透過光量の変動は急峻であるが、特定波長
の光に於いて光の分散が大きく、表示が黄色地に黒、或
いは白地に青となってしまい、白地に黒の表示が困難
で、そのため、カラーフィルタを用いてもカラー表示を
することが困難であった。 本発明は上記した二種類の液晶表示装置の利点を兼ね
備えるようにし、液晶に印加する電圧に対して透過光量
の変動が急峻となるように、かつ透過光に対する光の分
散を少なくすることで、白地に黒の多ライン表示が大画
面で表示できるようにした液晶表示装置の提供を目的と
する。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明は、第１偏光子
と、対向する一対の透明絶縁基板にそれぞれ透明電極と
配向膜を積層してそれらの基板間に液晶を封入した液晶
パネルと、液晶パネル内での光の位相変化を補正する補
正部材と、液晶パネルおよび補正部材の出射光側のみに
配設されかつ直線偏光を円偏光にする変換部材と、第２
偏光子とを備えていることを特徴とする液晶表示装置を
提供する。 〔作用〕 本発明の液晶表示装置は光の入射方向に対して該装置
を構成する各々の液晶パネル内の液晶が逆ツイストする
ようにツイストさせた液晶パネルを２個積層して形成す
るか、或いは光の入射方向に対して第１の液晶パネル内
の液晶のツイストに対して逆ツイストするように透明絶
縁性延伸フィルムを多層構造に積層し、更に液晶は、SB
E型液晶装置に於ける液晶のツイスト角度の180度以上に
ツイストさせ、液晶に印加する電圧と透過光量の変動を
大きくして多ライン表示を可能にする。 また第１偏光子で直線偏光された光は、第１液晶パネ
ルに電圧を印加しない時には、該液晶パネルのツイスト
された液晶によって楕円偏光となり、この光が更に前記
第１液晶パネルの液晶と逆方向にツイストされている液
晶を有する第２液晶パネル、或いは第１液晶パネルの液
晶のツイスト方向と逆方向にツイストさせて延伸してい
る透明絶縁性フィルムを積層させた多重積層フィルムを
通過して直線偏光となる。（即ち、第２液晶パネルまた
は多重積層フィルムは、第１液晶パネル内で複屈折によ
り位相の変化した光を補正して、第１液晶パネルへの入
射光と同一の光とする「補正部材」としての作用を持っ
ている。）そこで、まず直線偏光を円偏光に変換する変
換部材の無い構成では、この光が第２偏光板により偏光
されて暗状態となり黒色の表示となり、また直線偏光を
円偏光にする部材のある構成ではこの光は円偏光となり
第２偏光板を通過して白色の表示になる。 更に第１偏光板で直線偏光にされた光は、第１液晶パ
ネルに電圧を印加した時には、直線偏光となり、この光
が更に第２液晶パネル、或いはフィルムを透過して楕円
偏光となり、まず楕円偏光を略直線偏光にする変換部材
の無い構成ではこの光が第２偏光板により明状態とな
り、各波長に於ける出射光強度が同一となり、略白色の
表示となることで容易に白黒の表示を行うことができ
る。 また楕円偏光を略線偏光にする変換部材の有る構成で
は、この光は略直線偏光となり、第２偏光板により遮断
されて略黒色の表示となることで、白黒の表示を行うこ
とができる。 〔実施例〕 以下、図面を用いながら本発明の一実施例につき詳細
に説明する。 （ａ）本発明の第１実施例の装置の構成 第１図は本発明の第１実施例の装置の構成図である。 第１図に示すように、本発明の装置は光の入射方向側
よりみて第１偏光子１と、90度以上ツイストさせた液晶
を有し、マトリックスを形成する電極を有する第１液晶
パネル２と、該液晶パネル２に封入されている液晶に対
して逆方向にツイストさせた液晶を有する第２液晶パネ
ル３と、1/4波長板４と第２偏光子５とよりなる。 第１液晶パネル２と第２液晶パネル３内に封入されて
いる液晶は、液晶の持つ弾性率、誘導率、粘性、ねじれ
ピッチ長さ等の液晶の有するパラメータがほぼ同一か、
或いは全く同一の液晶であるが、各々のパネル2,3に封
入されているそれぞれの液晶のツイストの方向は相互に
逆方向に成っている。 即ち第１液晶パネル２に封入されている液晶が矢印Ａ
に示す光の入射方向に対して左廻りの矢印Ｂ方向にツイ
ストしている時には、第２液晶パネル３に封入されてい
る液晶は光の入射方向に対して右廻りの矢印Ｃ方向にツ
イストさせている。 そして第１図の要部の説明図の第４図に示すように、
第１液晶パネル２内の液晶2Aと液晶2Eの矢印２−１、２
−５に示す配向方向、および第２液晶パネル３の液晶3A
と3Eの配向方向３−1,3−５に示す配向方向に於いて、
配向方向２−１と３−５、配向方向２−５と３−１とを
直交させるようにする。 更に２つの液晶パネル内の液晶のツイスト角度を同一
とする。更に２つの液晶パネルのセル厚、プレチルト角
というセルパラメータを同一とする。 すると第１図の要部の説明図の第２図に示すように、
第１液晶パネル２の液晶分子2A,2B……2Eと、第２液晶
パネル３の液晶分子3E,3D……3A、つまりは２枚のパネ
ルを組み合わせた中心から同一の光学的距離にある液晶
の、光の入射側より見た液晶のそれぞれの長軸方向、２
−1,2−２…２−５と３−5,3−４…３−１とはそれぞれ
相互に直角方向に配向されている。 （ｂ）本発明の第１実施例の装置の動作 このような構成の液晶表示装置に於いて、該装置に入
射された光の伝播動作について第１図および第２図を用
いて説明する。 外部より矢印Ａ方向より該装置に入射した光は第１偏
光子１によって101および102のような直線偏光になる。
ここで第１液晶パネル２が有するマトリックス電極が交
差した或る画素位置に非選択電圧を印加する。つまりは
電圧をOFFにした場合を考える。この時、第１液晶パネ
ル２中の液晶分子はツイストしており、直線偏光101は
楕円偏光103となる。 この光は次に第２液晶パネル３を通過する。 ここで第１液晶パネル２と第２液晶パネル３の双方共
電圧が印加されていない場合、第２図に示すように、液
晶2Eと3A、液晶2Dと3B、液晶2Cと3C、液晶2Bと3D、液晶
2Aと3Eとは、それぞれ光の光軸を回転させる作用、およ
び光の位相を変化させる作用は正反対であるため、各々
の液晶の組み合わせによって光の回転は相殺されて第２
液晶パネル３を通過する光は、直線偏光104となる。こ
の直線偏光104は1/4波長板４を通過して、円偏光105と
なり、更に第２偏光子５を通過して直線偏光106となり
明状態となる。この明状態は第２液晶パネル３によって
得られた直線偏光104が完全な直線偏光のため、完全な
白となる。 次に第１液晶パネル２のマトリックス電極の或る画素
に選択電圧を印加する。つまり第１液晶パネル２に電圧
を印加した場合に付いて考える。この時第１液晶パネル
２内の液晶分子は立っており、直線偏光102は該液晶分
子内を通過して直線偏光107の形で出射する。第１液晶
パネルと第２液晶パネルに於ける液晶の複屈折Δｎとセ
ル厚ｄの積Δｎ・ｄの値が0.5μｍより1.4μｍの範囲の
時、更にこの光は第２液晶パネル３を通過して楕円偏光
108となり、更にこの楕円偏光108は1/4波長板４を通過
して略直線偏光109となり、第２偏光子５に遮断されて
略暗状態となる。 このようにして第１液晶パネル２をマルチプレックス
駆動法により駆動することで、白黒表示を実現すること
ができる。 また1/4波長板４の効果に付いて述べると、1/4波長板
４が無い時には、第２液晶パネル３より出射された楕円
偏光108を第２偏光子５に通過させることになり、この
場合には楕円偏光108は全波長領域にわたって完全な円
偏光ではないため、第２偏光子５を通過した光にはわず
かに色がつく。（即ち、充分な白表示にはならない。）
これに対して104は直線偏光であるので、1/4波長板４を
通過した光は完全な円偏光105となる。1/4波長板はこの
ような完全な円偏光105を形成し、この円偏光105で明状
態を表示させるものであり、充分な白表示を実現でき
る。 また1/4波長板の無い構成で完全な白では無いが、概
略の白を表示することも可能である。この時には第１液
晶パネル（２）と、第２液晶パネル（３）の両方が、電
解offの時に実現される直線偏光104の偏光方向に対し
て、第２の偏光子106の偏光方向を直角にすることで、
暗状態が実現できる。 また第１液晶パネル（２）の電界をON、第２液晶パネ
ル（３）の電界をoffとした時、液晶の複屈折Δｎと液
晶パネルのセル厚ｄとの積Δｎ・ｄを0.7〜1.4μｍの範
囲に設定することで、上記の偏光板の角度の設定条件に
於いて、略色付きの無い白（明状態）を実現することが
できる。 （ｃ）本発明の第１実施例の具体的な装置構成とその動
作 このような構成の本発明の液晶表示装置の第１実施例
について、具体的な装置の構成に付いて第３図の断面図
を用いて説明する。 第３図に示すように、矢印Ａに示すように光の入射方
向に沿って第１偏光子１と第２偏光子５の間に第１液晶
パネル２と第２液晶パネル３が積層形成されている。第
１液晶パネル２は互いに直交しマトリックスを構成する
ストライプ状の透明電極21,22が形成され、その上にポ
リイミド樹脂よりなる配向膜23,24が形成され、スペー
サが混入されたエポキシシール剤25で所定の液晶封入空
間が形成されている一対の透明ガラス基板26,27より形
成され、液晶封入空間内には液晶28が封入されている。 このガラス基板27の裏面側と、エポキシシール剤29で
所定の液晶封入空間を形成された透明ガラス基板31にベ
タの透明電極32,33が形成され、その上には配向膜34,35
が形成され、液晶封入空間には前記した液晶28と同一の
液晶36が封入され、第２液晶パネル３が形成されてい
る。この第２液晶パネル３の下部には1/4波長板４が設
けられている。 第３図の要部の説明図の第４図を用いて、第３図に於
ける液晶28,36の配向方向、第1,第２の偏光子1,5の偏光
方向および1/4波長板の長軸方向の関係に付いて述べ
る。 第４図でｘ軸は配向膜23のラビング方向に採る。液晶
28と液晶36に於ける液晶分子2Aと3E、2Bと3C、2Cと3B、
2Eと3Aとは互いにその基板面への斜影が直角方向に有
り、その各々の液晶パネルに於いて液晶分子は270度ツ
イストされており、そのツイスト方向は相互に逆方向の
向きなっている。液晶分子のツイスト角は90度以上で可
能であるが、本実施例では270度としている。 このようなツイスト方向を得るために、配向膜23のラ
ビング方向は液晶分子2Aの配向方向と同方向の２−１の
方向を示し、配向膜24のラビング方向は液晶分子2Eの配
向方向と同方向の２−５の方向を示し、配向膜34のラビ
ング方向は液晶分子3Aのツイスト方向と同方向の３−１
方向を示し、配向膜35の配向方向は液晶分子3Eの配向方
向と同方向の３−５方向を示す。つまり配向膜24のラビ
ング方向と配向膜34のラビング方向とは相互に逆方向に
ラビングされている。 また第１液晶パネルと第２液晶パネルにおいては、同
一の液晶を用い、同一のセル厚に設定し、同一の配向膜
を用いている。またラビング回数も同数とした。 更に第１偏光子１はｘ軸より＋30度の向きになるよう
に設置され、第２偏光子５はｘ軸に対して120度の方向
に偏光方向を持つように設計されている。 更に透明電極21と22の間には、TN型液晶表示装置を駆
動させる場合と同様にマルチプレックス駆動方法を用い
て所望の表示パターンに対応して電圧が印加されてい
る。これに対してベタ電極32と33の間には、電極21と22
に印加した電圧波形のうちの、非選択画素に対して印加
される電圧と同じ実効電圧を有する矩形波の電圧を印加
する。 本実施例では種々の変形例が考えられ、第１の変形例
として前記ベタ電極32,33に印加する電圧を、透明電極2
1,22に印加した電圧波形のうちの選択画素に対して印加
される電圧と同じ実効電圧を有する矩形波の電圧を印加
することが考えられる。この場合の該装置に於ける光の
伝播状態を第５図に示す。 第５図を第１図と比較すると判るように、第１液晶パ
ネル２に電圧を印加しない場合は、第１液晶パネル２よ
り出射された楕円偏光103となった光は、第２液晶パネ
ル３を通過して楕円偏光110となり、更に1/4波長板４を
通過して111に示す略直線偏光となり、第２偏光子５を
通過して暗状態となる。 また第１液晶パネル２に電圧を印加した時には、第１
液晶パネル２より出射されて直線偏光107となった光
は、第２液晶パネル３を通過して直線偏光112となり、1
/4波長板４を通過して、円偏光113となり、第２偏光子
５を通過して明状態となる。このようにして前記第１図
に示した場合と逆の黒地に白の表示を行うことができ
る。 また第２の変形例としてベタ電極32と33を省略した構
造を採っても、第２液晶パネルの液晶が第１液晶パネル
の液晶に対して逆方向にツイストされているので、本発
明の目的の達成のために差し支えない。 また第３の変形例として、1/4波長板の無い例も可能
であり、この場合には１実施例としてはツイスト角は27
0度で、第４図の2AをＸ軸方向に採ると、2EはＹ軸方
向、3AはＸ軸方向、3EはマイナスＹ軸方向であり、第１
偏光子１はＸ軸より＋45度、第２偏光子５はＸ軸に対し
て−45度の方向に設置する。このような構成に於いても
略黒地に白の表示が可能となる。 （ｄ）本発明の第２実施例の具体的な装置構成とその動
作 更に本発明の第２実施例の装置の構成図を第６図を用
いて説明する。 図示するように第１偏光子１の下部には、マトリック
スを組む透明線条電極21,22と、配向膜23,24が形成さ
れ、シール剤25で液晶封入空間を形成された一対の透明
ガラス基板27,28の前記空間部に液晶29が封入された第
１の液晶パネル２が設置され、その下には延伸方向を異
ならせて多重に貼着された透明フィルム41が設置され、
その下には1/4波長板４と第２の偏光板５が設置されて
いる。 つまり本実施例が第１実施例と異なる点は第２液晶パ
ネルの代わりに透明フィルム41を用いた点にある。 この液晶29は上側よりみて右廻りに270度ツイストさ
せ、透明フィルム41はその延伸方向が上部より見て左廻
りに270度ツイストするように多重に貼着した。 第６図の要部の説明図の第７図に示すように、このよ
うな装置を形成する場合、配向膜23のラビング方向をｘ
軸にとると、第１偏光子１と第２偏光子５の偏光方向
は、矢印a,bに示すように、ｘ軸を境にして±30度の方
向となるようにし、1/4波長板４の主軸方向は、矢印ｃ
方向に示すように、ｘ軸より120度の角度となるよう
に、また配向膜24のラビング方向は、矢印ｄ方向に示す
ように、ｘ軸に対して90度となるようにする。 このような第２実施例の装置構成と、その動作に付い
て前記した第１図を用いて説明する。 図示するように第２実施例に於いては、光の入射方向
に沿って第１偏光子１、第２液晶パネル２前記第１実施
例に於ける第２液晶パネル３の代わりに、面内では屈折
率の異方性を持つが、異方性の主軸方向が第１液晶パネ
ル２の液晶の主軸方向と垂直となるように、多重に貼着
された透明フィルム41が設けられ、更に1/4波長板４、
第２偏光子５が順次積層して構成される。本実施例で
は、第１偏光子１および第２偏光子５の偏光方向は相互
に直角方向とする。 上記フィルム41は第１液晶パネル２の画素に非選択電
圧を印加した時の第１液晶パネル２より出射される楕円
偏光103を直線偏光104にする機能を有する。 このフィルム41の構成およびその動作を前記した第２
図を用いて示す。図で2Aより2E迄は第１液晶パネル２の
パネル面に対して垂直方向より見た時の液晶分子の状態
を示し、2Aはパネル上面に於ける液晶分子の状態を示
し、2Eはパネル下面に於ける液晶分子の状態を示す。図
で41Aより41E迄は多重に積層した延伸フィルムの各々の
フィルムの状態を示す。 図示するように各々のフィルム41A〜41Eの矢印３−1,
3−2,3−3,3−4,3−５に示す延伸方向は、液晶分子2A〜
2Eの各々に対して直角となり、透明絶縁性フィルムの複
屈折Δｎ′と積層したフィルムの厚さｄ′との積Δｎ′
・ｄ′と、第１液晶パネルの複屈折Δｎとセル厚ｄとの
積Δｎ・ｄとの違いが30％以内である時、該装置に導入
される光の光軸を回転させる作用が相殺される事とな
り、第１図に示すように、第１液晶パネル２より出射さ
れた円偏光103は直線偏光104となる。 更に第１図に示すように、第１液晶パネル２の画素に
非選択電圧を印加した場合に付いて考えると、楕円偏光
103は透明フィルム41より出射すると、直線偏光104とな
り、この直線偏光104は1/4波長板４を通過して円偏光10
5となり、更に第２偏光板５を通過して明状態となる。 更に第１液晶パネル２の画素に選択電圧を印加した場
合を述べると、第１偏光子１で偏光された直線偏光102
は第１液晶パネル２を通過して直線偏光107となり、更
にフィルム41を通過して楕円偏光108となり、1/4波長板
４を通過して略直線偏光109となり、第２の偏光子５に
よって遮断されて暗状態となる。このように第１液晶パ
ネル２をマルチプレックス駆動することで白黒表示をす
ることができる。 また本発明の変形例として上記第１および第２の実施
例に於いて、1/4波長板を省略した構造をとった場合、
鮮明な白色は得られないが、0A機器の端末装置として用
いる場合は実用用上差し支えない。 〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように本発明によれば、従来
の単純マトリックス表示では実現できなかった白黒表示
で、かつ400ラインでコントラスト比が20の大画面を表
示できる液晶表示装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の装置の構成図、 第２図は第1,第２の液晶パネルおよび透明フィルムの状
態図、 第３図は本発明の第１実施例の断面図、 第４図は第３図の要部の説明図、 第５図は第１実施例の変形例の動作の説明図、 第６図は本発明の第２実施例の断面図、 第７図は第６図の要部の説明図である。 図に於いて、 １は第１偏光子、２は第１液晶パネル、2A,2B,2C,2D,2
E,3A,3B,3C,3D,3E,28,36は液晶、３は第２液晶パネル、
４は1/4波長板、５は第２偏光子、21,22は透明電極、2
3,24,34,35は配向膜、25,29はシール剤、26,27,31は透
明ガラス基板、41,41A,41B,41C,41D,41Eは透明フィル
ム、２−1,2−2,2−3,2−４、２−５は液晶の配向方向
を示す矢印、３−1,3−2,3−3,3−4,3−５は液晶の配向
方向、或いはフィルムの延伸方向を示す矢印、101,102,
104,112は直線偏光を示す矢印、107,109,111は略直線偏
光を示す矢印、103,108,110は楕円偏光を示す矢印、10
5,113は円偏光を示す矢印、ａは第１偏光子の偏光方
向、ｂは第２偏光子の偏光方向、ｃは1/4波長板の主軸
方向、ｄは配向膜のラビング方向を示す。

フロントページの続き (72)発明者 岡部 正博 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 山口 久 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 田沼 清治 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭64−44418（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−93126（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．第１偏光子と、 対向する一対の透明絶縁基板にそれぞれ透明電極と配向
   膜を積層してそれらの基板間に液晶を封入した液晶パネ
   ルと、 該液晶パネル内での光の位相変化を補正する補正部材
   と、 前記液晶パネルおよび前記補正部材の出射光側のみに配
   設され、かつ直線偏光を円偏光にする変換部材と、 第２偏光子とを備えている ことを特徴とする液晶表示装置。