JP3233903B2 - 液晶電気光学装置 - Google Patents

液晶電気光学装置

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JP3233903B2 JP21943098A JP21943098A JP3233903B2 JP 3233903 B2 JP3233903 B2 JP 3233903B2 JP 21943098 A JP21943098 A JP 21943098A JP 21943098 A JP21943098 A JP 21943098A JP 3233903 B2 JP3233903 B2 JP 3233903B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶電気光学装置
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の液晶電気光学素子は、図8に示す
ように、液晶セル1と、これを挟んで両側に配置した偏
光板3、4とからなる。特に透過型の場合には偏光板4の
外側にバックライト5を、また反射型の場合には同様に
反射板5を設けていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年、表示体に要求さ
れる画素数の増加にともない、液晶電気光学素子の基板
上に形成される回路素子の密度が急増しており、透過光
量の減少を招いている。例えば、画素面積中に占める表
示可能面積で定義される開口率は、プロジェクションテ
レビ等に用いられる現状の液晶セルで40%程度であるの
に対し、将来的にハイビジョン対応の画素数に増やすと
10%程度にまで低下する見込みである。これを改善する
目的で、バックライトの採用並びに該バックライト光量
の増加、あるいは回路素子の構造、設計の改良がなされ
ているが、効果は不十分であった。
【0004】本発明はこのような課題を解決するため
に、新しい反射型液晶モードを導入することによって開
口率を90%程度まで改善し、更には低電圧で良好なコ
ントラスト特性が得られ、そして反射率が高い液晶電気
光学装置を実現することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶電気光学装
置は、上基板と下基板との間にねじれ配向した液晶を挟
持してなる液晶セルを有し、前記下基板に画素電極を兼
ねた反射膜を具備する液晶電気光学装置において、前記
液晶セルの前記上基板側には第1偏光成分の光を反射さ
せ第2偏光成分の光を透過させる選択反射部材を有し、
前記下基板にはトランジスタが形成され、前記トランジ
スタは絶縁膜を介して前記反射膜に覆われており、前記
液晶セルには前記第1偏光成分の光が入射し、前記液晶
セルの電圧無印加状態において前記液晶セルに入射した
光は、前記反射膜に反射されたのち実質的に前記選択反
射部材を透過し、電圧印加状態において前記液晶セルに
入射した光は、前記反射膜に反射されたのち前記選択反
射部材に実質的に反射されることを特徴とする。
【0006】また、上基板と下基板との間にねじれ配向
した液晶を挟持してなる液晶セルを有し、前記下基板に
画素電極を兼ねた反射膜を具備する液晶電気光学装置に
おいて、前記液晶セルの前記上基板側には検光子を有
し、前記下基板にはトランジスタが形成され、前記トラ
ンジスタは絶縁膜を介して前記反射膜に覆われており、
前記液晶セルには所定の偏光成分の光が入射し、前記液
晶セルの電圧無印加状態において前記液晶セルに入射し
た光は、前記反射膜に反射されたのち実質的に前記検光
子を透過し、電圧印加状態において前記液晶セルに入射
した光は、前記反射膜に反射されたのち前記検光子を実
質的に透過しないことを特徴とする。
【0007】上記液晶電気光学装置において、前記検光
子としては偏光板を用いることができる。
【0008】
【0009】
【0010】
【作用】選択反射部材とは、例えば図5に示すように2個
のプリズム状の光透過体21の斜面に、金属あるいは金属
酸化物からなる多層薄膜22を形成した後、両斜面を接触
させたものである。該斜面に対して、図5に示すように4
5度の角度で光51を入射すると、P偏光成分52(光の振動
面が該斜面に対して垂直な偏光)は選択反射部材の影響
を受けずに直進して出射するが、S偏光成分53(光の振
動方向が該斜面に対して平行な偏光)は入射方向に対し
て90度の方向に反射する。このような選択反射部材を特
に偏光ビームスプリツター(以下PBSと略す)と呼ぶ。
【0011】PBSは、選択的に偏光を通過させるという
意味において、従来の偏光フィルムと類似の作用を示
す。しかしながら、従来の液晶電気光学素子のように、
液晶セルの両側に偏光子と検光子の2枚の偏光板を備え
るのではなく、1つのPBSによって偏光子と検光子を兼ね
ているため、従来とは異なる新しい液晶モードを用いる
必要がある。
【0012】従来、このような光学系に対しては、ホメ
オトロピック配向したn型ネマチック液晶を用いること
が提案されていた。図1を基にその表示原理を説明す
る。ホメオトロピック配向した液晶はセル法線方向に複
屈折性を有さない。従って、図のA方向から入射し、PBS
によって直角に曲げられたS偏光53はそのままS偏光56の
状態でセルを出射する。S偏光56はPBSによって再び直角
に反射してA方向に出射するため、B方向からは観察され
ない。一方、液晶セルに電圧を印如して液晶分子を傾
け、そのリターデーションがλ/4(光の波長の4分の
1、但し反射型であるので実質的なリターデーションは
λ/2となる)になるようにすると、入射したS偏光53は
P偏光55の状態で出射する。P偏光55はPBSの影響を受け
ずに直進してB方向に出射する。このようにホメオトロ
ピックセルは、PBSと組み合わせた反射モードで、高コ
ントラストでオン・オフすることができる。ところが、
ホメオトロピック型の液晶セルは、配向処理が難しく信
頼性が得られない上、n型の液晶材料も現在のところ開
発途上であって十分な特性が得られていないため、この
液晶モードは実用的ではない。
【0013】逆に、ホモジニアス配向したp型ネマチッ
ク液晶をツイスト無しで用いることも可能である。この
場合は電圧無印加状態で明、電圧が印加されて液晶分子
が十分に立ったときに暗となる。ホモジニアス配向はホ
メオトロピック配向とは異なって、従来から広く用いら
れているため、諸技術はすべて実用レベルにある。しか
しながら、リターデーションが失われる程、液晶分子を
立たせるには非常な高電圧が必要であって、通常の電圧
ではホメオトロピック配向セルのような高いコントラス
トを得ることができない。これは図6に示すように、液
晶セルの基板近傍の液晶分子が配向膜の表面規制カによ
って立ち難くなっているためである。
【0014】本発明の液晶電気光学装置は、ホモジニア
ス配向ながら、ツイスト角を約90度にしている点に特徴
がある。ツイスト角を約90度とすることによって、直交
している上下両基板近傍の液晶分子が互いに光学補償し
あい、比較的低電圧でリターデーションが失われて、暗
状態が得られるのである。一方で電圧無印加時の反射率
(明るさ)についてはセル条件を最適化する必要があ
る。図7に入射光の偏光方向と上基板のラビング方向と
のなす角度θの値と、液晶セルのリターデーション△n
×dの値を変化させたときの反射率の変化を示す。この
図によると、反射率はθ=0度〜40度、△n×d=0.15μ
m〜0.35μmと、θ=50度〜70度、△n×d=0.60μm〜
0.75μmの2つの条件で高い値を取ることがわかる。前
述のように電圧印加時は常に暗状態が得られるため、こ
れらの条件下では高いコントラストでのオン・オフが可
能である。
【0015】
【発明の実施の形態】
【0016】
【実施例】以下、実施例により本発明の詳細を示す。
【0017】(実施例1) 図1は、本発明の液晶電気光学装置の断面図である。図
中、1は液晶セル、2はPBSである。また、11は上基板、1
2は下基板、13は透明電極、14は画素電極を兼ねた反射
膜、15は薄膜トランジスタ(以下TFTと呼ぶ)、16は絶
縁膜、17は液晶である。液晶は、メルク社製のZLI−235
9(△n=0.0512)を用い、セルギャップ4.9μmの液晶
セルに、ツイスト角左90度でホモジニアス配向させた。
リターデーションは0.25μmである。また反射膜にはニ
ッケルの蒸着膜を、絶縁膜にはポリイミド系樹脂を用い
た。開口率低下の原因となっていたTFTのほぼ全面を反
射膜が覆っているため、開口率は92%まで向上してい
る。
【0018】図2は、本発明の液晶電気光学装置の各軸
の関係を、光の入射方向から見た図である。31はPBSを
通過してきた入射光の偏光方向、32は上基板のラビング
方向、33は下基板のラビング方向である。また、34は31
が32となす角度θ(左回りが正の値)を、35は液晶のツ
イスト角を示す。実施例1ではθ=20度に設定した。
【0019】図3は、以上の条件下で作製した液晶電気
光学装置の電気光学特性を示す図である。その反射率は
76%と、ほぼ従来のツイステツドネマチックモードに匹
敵し、92%という高開口率とあわせ、明るい表示が可能
となった。表示コントラストは最大1:85である。
【0020】(実施例2)実施例1において、液晶のツイ
スト角を95度、リターデーションを0.20μm、角度θを
105度にした以外は、実施例1と同様にした。液晶のツイ
スト角を大きくすることによって、より低い電圧で駆動
することが可能になるが、反射率が70%まで低下する。
なお、角度θには90度の整数倍を加えても特性は変わら
ないので、θ=105度はθ=15度と同じである。
【0021】(実施例3)実施例1において、リターデー
ションを0.70μm、角度θを60度にした以外は、実施例
1と同様にした。これは図7に示したもう一つの高反射率
条件である。実施例1よりも、より低い電圧で駆動で
き、しきい値電圧の急峻性も良くなるが、その反面、表
示の着色が大きくなるという欠点もある。
【0022】(実施例4)本実施例においてはPBSを用い
る代わりに2枚の偏光板を用いた。図4に実施例4におけ
る液晶電気光学素子の断面図を示した。光は液晶セルの
法線方向から約10度傾いた方向から入射し、同じく約10
度傾いた方向に出射する。入射光51と、出射光54の光路
上に、それぞれ偏光子3と検光子4を置いて、PBSの代用
とした。液晶セルの諸条件は、実施例1と同じに設定し
た。
【0023】偏光板はPBSに比べて偏光度が高いので、
1:220という高い表示コントラストを得ることができ
た。
【0024】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明に係わる
液晶電気光学装置は、下基板に画素電極を兼ねた反射膜
を具備し上基板側には検光子或いは選択反射部材を有
し、下側基板にはトランジスタが形成され、トランジス
タは絶縁膜を介して反射膜に覆われている。そして、電
圧印加状態において前記液晶セルに入射した光は、反射
膜に反射されたのち選択反射部材に実質的に反射され
る、或いは検出光子を透過しない。したがって、電圧印
加状態においてトランジスタの形成部における液晶にも
画素部と同様の電圧が印加され、る。そのため、電圧印
加状態においてトランジスタの形成部においても十分な
低反射状態が実現し、良好なコントラスト特性の液晶電
気光学装置が実現するという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶電気光学装置の断面図である。
【図2】本発明の液晶電気光学装置の各軸の関係を示す
図である。
【図3】本発明の実施例1における液晶電気光学装置
電気光学特性を示す図である。
【図4】本発明の実施例4における液晶電気光学装置
断面図である。
【図5】PBSの作用を示す図である。
【図6】液晶セルに電圧を印加した際の、液晶分子の配
列を模式的に示す図である。
【図7】本発明の液晶電気光学装置の反射率が、液晶セ
ルの△n×dと角度θによってどう変化するかを示す図で
ある。
【図8】従来の液晶電気光学装置の断面図である。
【符号の説明】
1. 液晶セル 2. 選択反射部材(ここではPBS) 3. 偏光板(偏光子) 4. 偏光板(検光子) 5. 反射板あるいはバックライト 11.上基板 12.下基板 13.透明電極 14.画素電極を兼ねた反射膜 15.回路素子(ここではTFT) 16.絶縁膜 17.液晶 21.プリズム 22.多層薄膜 31.PBSを通過してきた入射光の偏光方向 32.上基板のラビング方向 33.下基板のラビング方向 34.31が32となす角度θ 35.液晶のツイスト角 41.波長450nm(青)の光の電気光学特性 42.波長550nm(緑)の光の電気光学特性 43.波長650nm(赤)の光の電気光学特性 51.入射光 52.入射光のP偏光成分 53.入射光のS偏光成分 54.出射光 55.出射光のP偏光成分 56.出射光のS偏光成分
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−209482(JP,A) 特開 昭61−73988(JP,A) 特開 昭61−53620(JP,A) 特開 昭55−81386(JP,A) 特開 平1−156725(JP,A) 実開 昭62−110923(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/1335,1/136

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上基板と下基板との間にねじれ配向した液
    晶を挟持してなる液晶セルを有し、前記下基板に画素電
    極を兼ねた反射膜を具備する液晶電気光学装置におい
    て、 前記液晶セルの前記上基板側には第1偏光成分の光を反
    射させ第2偏光成分の光を透過させる選択反射部材を有
    し、 前記下基板にはトランジスタが形成され、前記トランジ
    スタは絶縁膜を介して前記反射膜に覆われており、 前記液晶セルには前記第1偏光成分の光が入射し、 前記液晶セルの電圧無印加状態において前記液晶セルに
    入射した光は、前記反射膜に反射されたのち実質的に前
    記選択反射部材を透過し、 電圧印加状態において前記液晶セルに入射した光は、前
    記反射膜に反射されたのち前記選択反射部材に実質的に
    反射されることを特徴とする液晶電気光学装置。
  2. 【請求項2】上基板と下基板との間にねじれ配向した液
    晶を挟持してなる液晶セルを有し、前記下基板に画素電
    極を兼ねた反射膜を具備する液晶電気光学装置におい
    て、 前記液晶セルの前記上基板側には検光子を有し、 前記下基板にはトランジスタが形成され、 前記トランジスタは絶縁膜を介して前記反射膜に覆われ
    ており、 前記液晶セルには所定の偏光成分の光が入射し、 前記液晶セルの電圧無印加状態において前記液晶セルに
    入射した光は、前記反射膜に反射されたのち実質的に前
    記検光子を透過し、 電圧印加状態において前記液晶セルに入射した光は、前
    記反射膜に反射されたのち前記検光子を実質的に透過し
    ないことを特徴とする液晶電気光学装置。
  3. 【請求項3】請求項2に記載の液晶電気光学装置におい
    て、 前記検光子が偏光板であることを特徴とする液晶電気光
    学素子。
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