JPH01179128A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、文字や記号、あるいは画像の表示を行う賽晶
表示装置に関するものである。

従来の技術 近年、Ｍ表示装置は薄型・軽量という特徴により、パー
ソナル・コンピュータ、ワードプロセサーなどの端末表
示や、薄型テレビなどの映像表示に用いられている。

最近、直線偏光板、二層の重畳された液晶層、直線偏光
板からなる液晶表示装置が注目されている（例えば日経
マイクロデバイス、昭和６２年、１０月１日号）、この
方式は、大容量表示においても、無彩色、白黒表示が可
能であり、その表示品位はＣＲ７表示のそれをも凌ぐも
のである。

発明が解決しようとする課題 前記のような構成の表示装置において、一つの表示装置
において、液晶層が二層必要となり、生産において煩雑
となり、生産コストが上昇する傾向にある。

課題を解決するための手段 本発明は前述のような課題を解決するために、第１直線
偏光板、ツイスティッド・ネマチック液晶層、ｍ個の直
線位相子の積層、第２直線偏光板を、この順に積層して
なり、前記ツイスティッド・ネマチック液晶層に近接す
る順に、直線位相子を第１、第２、・・・・・・、第ｍ
直線位相子と同定し、前記ツイスティッド・ネマチック
液晶層を仮想的にｍ分割し、前記直線位相子の積層に近
接する順に仮に第１、第２、・・・・・・、第ｍ液晶層
とし、光が第１直線偏光板側から入射すると仮定し、第
ｎ（ｎ＝１，２・・・・・・、ｍ）液晶層に入る光の状
態χｉが第ｎ液晶層を出る時、光の状態χｏに変換され
るとすれば、第ｎ直線位相子は状態χｏの光を状態χｉ
の光に変換するように、第ｎ直線位相子のアジマス及び
リターデーションが設定されてなることを特徴とする表
示装置を提供するものである。

なお、本表示装置においては、前記の様な設計手法で設
計されるが、入射光はどちらから入れても良く、また、
第１及び第２直線偏光板のアジマスは選択角度領域はか
なり広い、直線偏光板の両者のアジマスはほぼ、直交さ
せた方が良い場合が多いが、表示特性を見て、最適に設
定される。

本発明は、また、反射板、第１直線偏光板、ツイスティ
ッド・ネマチック液晶層、ｍ個の直線位相子の積層、第
２直線偏光板を、この順に積層してなり、前記ツイステ
ィッド・ネマチック液晶層に近接する順に、直線位相子
を第１、第２、・・・・・・、第ｍ直線位相子と同定し
、前記ツイスティッド・ネマチック液晶層を仮想的にｍ
分割し、前記直線位相子の積層に近接する順に仮に第１
、第２、・・・・・・、第ｍ液晶層とし、光が第１直線
偏光板側から入射すると仮定し、第ｎ（ｎ＝、２・・・
・・・、ｍ）液晶層に入る光の状態χｉが第ｎ液晶層を
出る時、光の状態χｏに変換されるとすれば、第ｎ直線
位相子は状態χｏの光を状態χｉの光に変換するように
、第ｎ直線位相子のアジマス及びリターデーションが設
定されてなることを特徴とする表示装置を提供するもの
である。

本発明は前記のような設計手法を提供するものである。

なお、本表示装置においては、外光による反射型表示と
して使われる。第１及び第２直線偏光板のアジマスは選
択角度領域はかなり広い。

両者のアジマスはほぼ直交させた場合が良い結果を生む
ことが多いが、表示特性を見て、最適に設定される。

本発明は前述のような課題を解決するために、さらに、
第１直線偏光板、ツイスティッド・ネマチック液晶層、
ｍ個の直線位相子の積層、第２直線偏光板、さらに反射
板を、この順に積層してなリ、前記ツイスティッド・ネ
マチック液晶層に近接する順に、直線位相子を第１、第
２、・・・・・・、第ｍ直線位相子と同定し、前記ツイ
スティッド・ネマチック液晶層を仮想的にｍ分割し、前
記直線位相子の積層に近接する順に仮に第１、第２、・
・・・・・、第ｍ液晶層とし、光が第１直線偏光板側か
ら入射すると仮定し、第ｎ（ｎ＝１、２・・・・・・、
ｍ）液晶層に入る光の状態χｉが第ｎ液晶層を出る時、
光の状態χｏに変換されるとすれば、第ｎ直線位相子は
状態χｏの光を状態χｉの光に変換するように、第ｎ直
線位相子のアジマス及びリターデーションが設定されて
なることを特徴とする表示装置を提供するものである。

本発明は前記の様な設計手法を提供するものである。な
お、本表示装置においては、外光による反射型表示とし
て使われる。第１及び第２直線偏光板のアジマスは選択
角度領域はかなり広い。両者のアジマスはほぼ直交させ
た場合が良い結果を生む場合が多いが、表示特性を見て
最適に設定される。

なお、ｍは１以上であれば良いが、表示品位や生産性等
の観点から決定される。

従来の液晶層を二層使った白黒表示装置においては、ツ
イスティッド・ネマチック液晶層のツイスト角は、通常
、１８０°以上であるが、本発明はこれには制限されず
、たとえば、ツイスト角が９０゜でも効果を発揮するも
のである。

作用 本発明は前述したような構成を有するもので、シミュレ
ーションによれば、ある程度の、許容し得る程度の個数
の直線位相子でもって、従来の液晶層を二層使った白黒
表示装置と同程度の表示品位を得ることが出来る。

まず、非選択電圧が印加された場合を考える。

従来の液晶層を二層使った白黒表示装置においては、−
層の液晶層で入射光のアジマス及び楕円率が変化させら
れるが、次の一層の液晶層でもって、入射光と同じアジ
マス及び楕円率を有する光に、正確に戻される。これを
、ポアンカレ球上で考えると、球面上の点χｉ　（入射
光）が最初の液晶層で球面上の点χｏに変換される。次
に、第二の液晶層でもって、χｏがχｉに変換される。

なお、ポアンカレ球上の各点は所定のアジマス及び楕円
率を持った光を表す。また、最初の液晶層を分割し、そ
の位置での光の状態は、またポアンカレ球上の点で表さ
れ、分割を増加させると、ついにはχｉとχｏを結ぶ曲
線となる。

本発明に関していえば、前記のように、液晶層を分割し
、結果として、例えばポアンカレ球上で、各々分割位置
での光の状態に対応する点を見いだすことが出来る。こ
のための方法としては、計算、または実験的に液晶層の
厚みとツイスト角を変化させることである。

次に、上記各点を逆に変換する直線位相子のアジマス及
びリターデーシヨンを計算、または実験的に決定する。

これは、液晶層中の光の伝播を表すポアンカレ球上の軌
跡を、複数（または単数）の球面上の円弧でもって近似
したことに対応する。

このようにすることにより、液晶層に非選択電圧が印加
されているときには、入射直線偏光は、液晶層と直線位
相子の積層中を伝播すると、入射直線偏光とほとんど同
一状態の光が出射される。

従って、出射側直線偏光板のアジマスを入射側直線偏光
板のそれとほぼ直交させると、非常に暗い黒表示が得ら
れる。

反射板を有する場合においても、前述のことは成立する
。

選択電圧が液晶層に印加された場合においては、表示の
色度や明るさは、計算及び実験から従来の二層の液晶層
を用いた白黒表示装置とほぼ同等であった。

液晶層を一層しか使わず、従来の二層の液晶層を用いた
白黒表示装置と同程度の優れた表示品位を得ることが出
来る故に、生産コストは極端に下がる。直線位相子、具
体的には光学的異方性を有するフィルム等が該当するが
、これらのものは−様なものを大量生産することが可能
である。

実施例 以下、本発明の表示装置の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。

第１図は、本発明の実施例に於ける液晶表示装置の構成
断面図を示すものである。同図において、１は光源、２
は直線偏光板、３．４はガラス基板、５は液晶層、６．
７は透明導電層、８．　９．１０゜１１、１２．１３．
１４．１５は各々、直線位相子、１６は直線偏光板であ
る。液晶層５は、ツイストされたＰ型ネマティック液晶
から形成される。第２図は各構成要素の位置関係を示す
。同図は、光源と逆の位置から、表示装置を見た場合に
対応する。同図において、２１は光源側の直線偏光板の
偏光軸、２２は液晶層のうち、光源側ガラス基板壁での
液晶分子の長軸の方向、２３はもう一つのガラス基板壁
での液晶分子の長軸の方向であり、液晶分子は液晶層を
光源から遠ざかるに従って、反時計方向にツイストして
いる。２４はもう一方の直線偏光板の偏光軸であり、２
１と直交している。さらに、第１図の８個の直線位相子
は、低い方の屈折率の方向を、図において、２５．２６
．２７．２Ｂ、　２９．３０．３、３２と示す、第２図
における２５は、第１図における８に対応し、以下同様
である。この実施例の場合は直線位相子として、配向セ
ロファンや一軸延伸ポリ・エチレン・テレフタレートや
ポリ・エーテル・サルフォンの間に延伸したポリ・ビニ
ール・アルコールを挟みこんだものを使用したが、外の
ものとともに各々の光学的異方軸やりタープ−ジョンを
表にまとめた。

なお、角度は光源側の直線偏光板の偏光軸を基準とし、
時計方向を正とする。

なお、２２すなわち、光源側ガラス基板壁での液晶分子
の長軸の方向は１５０°、２３すなわち、もう一つのガ
ラス基板壁での液晶分子の長袖の方向は３０°で、液晶
層５の液晶分子交差角は２４０°である。また、使われ
た液晶の屈折率異方性と、液晶層の厚み（μｍ）の積は
、はぼ０．８５になるようにした。

この表に示す設定値は、以下のようにして決定した。ま
ず、種々の厚みおよび、それに対応した液晶層の液晶分
子の交差角等を変化させた液晶パネルを試作、測定する
ことにより、実験的に第１図、液晶層５を８層に分割し
た際の、各々の点での光の状態を知った０次に、例えば
、液晶層５のうち、光入射側から数えて、細分された第
８層目に入射する光の状態をχｉ、この第８層目を出射
する光の状態をχｏとすれば、直線位相子８はχｏをχ
ｉに変換するように実験的に決めた結果である。このよ
うな手順で、以下決定した。

ポアンカレ球を使った計算でも、同様の結果が得られる
。

この本実施例の表示装置から、電圧を無印加にするか、
あるいは比較的低い電圧を印加すると、可視の光出力は
極めて弱い。計算においても同様の結果が得られる。

液晶層５に、デエーティー、１　／４００の駆動電圧を
印加した場合、選択絵素は、通常の、例えばデエーティ
−１／１６の９０°ＴＮと同程度の明るさがあり、コン
トラストは２０以上あった。これらのことは、計算にお
いても予想し得るものであった。

直線偏光板１と直線偏光板２の偏光軸は第２図の設定か
ら、かなり大幅にずらしても、コントラストや表示の明
るさは優れた状態を維持する。直線偏光板１と直線偏光
板２の設定角度を、場合によっては、ずらした方が特性
の上がる場合もある。

なおこの時、ノーマリ−・ブラックの状態で、優れた特
性を維持するためには、直線偏光板１６の偏光軸の設定
は、常に、直線偏光板２の偏光軸に対して、はぼ直交す
る必要があった。また、ノーマリ−・ホワイト表示を望
む場合には、特性は落ちるが、直線偏光板１６の偏光軸
の設定は、はぼ直線偏光板２の偏光軸に平行となる。

なお、第１図において、液晶層と直線位相子からなる構
造物に対して、光源を逆側においても、本発明の効果は
発揮される。

反射板を追加された場合においても、同様の結果かえら
れた。この時は光源を必ずしも要せず、外光によっても
よい。

発明の効果 以上のように本発明は、ツイスト・ネマティック液晶二
層方式表示装置と比肩し得る表示特性を提出し得る表示
装置を、安価に供給するものであり、産業的価値は大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における霧益表示装置の構成
断面図、第２図は各構成要素の構成図である。 １・・・・・・光源、２・・・・・・直線偏光板、３．
４・・・・・・ガラス基板、５・・・・・・液晶層、６
，７・・・・・・透明導電層、８、　９．１０．１、１
２．１３．１４．１５・・・・・・直線位相子、１６・
・・・・・直線偏光板、２１・・・・・・光源側の直線
偏光板の偏光軸、２２・・・・・・液晶層のうち、光源
側ガラス基板壁での液晶分子の長軸の方向、２３・・・
・・・もう一つのガラス基板壁での液晶分子の長軸の方
向、２４・・・・・・もう一方の直線偏光板の偏光軸、
２５．２６．２７．２Ｂ。 ２９、３０．３、３２・・・・・・直線位相子の、低い
方の屈折率の方向。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１直線偏光板、ツイスティッド・ネマチック液
   晶層、ｍ個の直線位相子の積層、第２直線偏光板を、こ
   の順に積層してなり、前記ツイスティッド・ネマチック
   液晶層に近接する順に、直線位相子を第１、第２、・・
   ・・・・、第ｍ子直線位相子と同定し、前記ツイスティ
   ッド・ネマチック液晶層を仮想的にｍ分割し、前記直線
   位相子の積層に近接する順に仮に第１、第２、・・・・
   ・・、第ｍ液晶層とし、光が第１直線偏光板側から入射
   すると仮定し、第ｎ（ｎ＝１、２・・・・・・、ｍ）液
   晶層に入る光の状態χｉが第ｎ液晶層を出る時、光の状
   態χｏに変換されるとすれば、第ｎ直線位相子は状態χ
   ｏの光を状態χｉの光に変換するように、第ｎ直線位相
   子のアジマス及びリターデーションが設定されてなるこ
   とを特徴とする表示装置。
2. （２）反射板、第１直線偏光板、ツイスティッド・ネマ
   チック液晶層、ｍ個の直線位相子の積層、第２直線偏光
   板を、この順に積層してなり、前記ツイスティッド・ネ
   マチック液晶層に近接する順に、直線位相子を第１、第
   ２、・・・・・・、第ｍ直線位相子と同定し、前記ツイ
   スティッド・ネマチック液晶層を仮想的にｍ分割し、前
   記直線位相子の積層に近接する順に仮に第１、第２、・
   ・・・・・、第ｍ液晶層とし、光が第１直線偏光板側か
   ら入射すると仮定し、第ｎ（ｎ＝１、２・・・・・・、
   ｍ）液晶層に入る光の状態χｉが第ｎ液晶層を出る時、
   光の状態χｏに変換されるとすれば、第ｎ直線位相子は
   状態χｏの光を状態χｉの光に変換するように、第ｎ直
   線位相子のアジマス及びリターデーションが設定されて
   なることを特徴とする表示装置。
3. （３）第１直線偏光板、ツイスティッド・ネマチック液
   晶層、ｍ個の直線位相子の積層、第２直線偏光板、さら
   に、反射板を、この順に積層してなり、前記ツイスティ
   ッド・ネマチック液晶層に近接する順に、直線位相子を
   第１、第２・・・・・・、第ｍ直線位相子と同定し、前
   記ツイスティッド・ネマチック液晶層を仮想的にｍ分割
   し、前記直線位相子の積層に近接する順に仮に第１、第
   ２、・・・・・・、第ｍ液晶層とし、光が第１直線偏光
   板側から入射すると仮定し、第ｎ（ｎ−１、２・・・・
   ・・、ｍ）液晶層に入る光の状態χｉが第ｎ液晶層を出
   る時、光の状態χｏに変換されるとすれば、第ｎ直線位
   相子は状態χｏの光を状態χｉの光に変換するように、
   第ｎ直線位相子のアジマス及びリターデーションが設定
   されてなることを特徴とする表示装置。