JPH01217315A

JPH01217315A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH01217315A
Application number: JP63042664A
Authority: JP
Inventors: Shingo Fujita; 晋吾藤田; Katsuhiko Kumakawa; 克彦熊川; Hiroshi Yamazoe; 山添　博司; Isao Ota; 勲夫太田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1989-08-30

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液晶
表示装置に関するものである。

従来の技術液晶表示装置は、時計、電卓等の表示から、端末用表示
や画像表示へとその応用分野が広がりつつあるが、そこ
で求められるのは高品位にしかも大容量のマトリクス表
示を実現する能力である。

この目的のために、ＳＴＮ型液晶表示装置（例えば、テ
レビジョン学会技術報告　Ｉ　Ｐ　Ｄ　１０９−４昭和
６１年８月５日発表　１７〜２２ページ）が特に端末用
表示装置として広く用いられている。また、最近、ＳＴ
Ｎ型液晶表示装置における背景色の色付きを改善した二
層式ＳＴＮ型液晶表示装置（例えば、第４８回　応用物
理学会学術講演会　昭和６２年１０月１９日発表　講演
番号１９ｐ　−Ｚ　Ｂ−１０）が発表された。以下に従
来の液晶表示装置の例としてＳＴＮ型液晶表示装置と二
層式ＳＴＮ型液晶表示装置について説明する。

第６図はＳＴＮ型液晶表示装置の構成を示す断面図であ
る。第６図において６０１．６０２は基板、６０３．６
０４は透明電極、６０５．６０６は液晶分子配向膜層、
６０７は液晶層である。液晶層内で液晶分子は層の厚み
方向に通常１８０°〜２７０°程度のねじれ角のねじれ
構造をなしている。また、６０８．６０９は偏光板であ
り、その偏光軸は隣接する基板表面の液晶分子軸方向と
おおよそ２０’から７０°の交叉角をなしている。

次に、ＳＴＮ型液晶表示装置の動作を説明する。

液晶分子の誘電異方性が正の場合について述べる。

まず、透明電極６０３．６０４間に電圧を印加すると、
液晶分子はその正の誘電異方性のため、電圧無印加状態
でのねじれ構造の配列から、電界方向に平行な配列に移
ろうとする。このとき、液晶分子のチルト角の印加電圧
に対する闇値特性は、一般に液晶分子のねじれ角の増大
とともに急峻になることが知られている。

一方、偏光板６０８．６０９の偏光軸を隣接する基板表
面上の液晶分子軸方向からずらして配置することにより
、液晶層内における光の伝播はその複屈折性に基づくこ
とになる。従って、電圧を印加すると、液晶分子の配列
が変形し、これに伴って液晶層中を伝播する光が感受す
る複屈折の大きさが変化するので、液晶層を透過した光
の明度や色度が変る。つまり、印加電圧を制御すること
により、明度や色度、あるいはその両者の異なった表示
を行うことができる。

上述した動作原理を用いることにより、ＳＴＮ型液晶表
示装置はデユーティ−比が１　／２００程度のマトリク
ス駆動での表示を実現している。

次に、二層式ＳＴＮ型液晶表示装置の動作を説明する。

第７図は二層式ＳＴＮ型液晶表示装置の構成を示す断面
図である。第７図において、７０１．７０２．７０３．
７０４は基板、７０５．７０６は透明電極、７０７．７
０８．７０９．７１０は液晶分子配向膜層、７１１は第
一液晶層、７１２は第二液晶層、７１３．７１４は偏光
板である。Ｓ、ＴＮ型液晶表示装置と同様に、液晶層内
で液晶分子は層の厚み方向に通常１８０°〜２７０°程
度のねじれ角のねじれ構造をなしている。

ただし、液晶層７１１と７１２においては、液晶分子の
ねじれ方向が互いに逆であることを除いては同じ構成で
ある。さらに、□液晶層７１１と７１２において最も近
接する液晶分子の長軸方向が互いにほぼ直交するように
配置されている。また、第一液晶層７１１を挾持する基
板７０１．７０２には電圧を印加する手段が設定されて
いる。

次に、二層式ＳＴＮ型液晶表示装置の動作を説明する。

電圧が印加されない状態では、第一液晶層７１１および
第二液晶層７１２は互いに光学的に逆の作用をする。つ
まり、第一液晶層７１１に入射した直線偏光は第一液晶
層中で液晶層の複屈折性に依存してその偏光状態を変え
ながら伝播し、第二液晶層７１２に入射するが、第二液
晶層中では第一液晶層における偏光状態の逆の変化を辿
り、入射直線偏光と同じ方向に同じく直線偏光状態とな
って出射する。従って、偏光板７１３．７１４を直交に
配置すれば暗状態が、平行に配置すれば明状態が得られ
る。

一方、第二液晶層７１２はそのままで、第一液晶層７１
１に電圧を印加すると、第一液晶層内の液晶分子の配列
が変化し、それに伴って複屈折の大きさも変化する。従
って、第二液晶層通過後の偏光状態は直線偏光状態から
変化し、一般には橢円偏光状態となるので、明度率色度
、あるいはその両者の異なった表示を行うことができる
。

上述した動作原理を用いることにより、二層式ＳＴＮ型
液晶表示装置はＳＴＮ型液晶表示装置に比較して暗状態
をさらに暗くできるので、大きなコントラスト比を得る
ことが可能である。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記の前者のような構成では、複屈折効果
を用いているために、光の波長によってその透過率、ま
たは反射率が異なるので、表示に色付きが生じるという
課題を有していた。また、後者のような構成では、オフ
電圧状態における表示の色付き問題は解決されたが、二
層の液晶層が構成上必要となることより、製造コストの
上昇を引き起してしまった。また、液晶分子の層厚方向
へのねじれ角度を大きくした結果、応答時間の遅延を招
いた。

本発明は上記課題に鑑み、応答時間が速く、かつ、色付
きがなく、低コストの液晶表示装置を提供するものであ
る。

課題を解決するだめの手段上記課題を解決するために本発明の液晶表示装置は、表
示信号電圧の印加される、スプレィ配列した液晶層に波
長板を積層させた構成を有するものである。

作用本発明は上記した構成によって、オフ電圧印加時におけ
る、液晶層の複屈折を補償して、色付きがなく高コント
ラストの表示を低コストで実現するものである。また、
液晶層内で液晶分子がねじれ配向していないため、応答
速度の速い表示が可能である。

実施例以下本発明の一実施例の液晶表示装置について、図面を
参照しながら説明する。

（実施例１）第１図は本発明の第一の実施例における液晶表示装置の
構成を示す断面図である。第１図において１．２は基板
、３．４は透明電極、５．６は液晶分子配向膜層、７は
液晶層、８は波長板、９．１０は偏光板である。液晶層
７内で液晶分子はスプレィ配向している。液晶層を挟持
する基板１．２には電圧を印加する手段が設定されてい
る。また、偏光板９．１０は互いに直交するように配置
されている。

第２図は本実施例の液晶表示装置を構成する液晶層にお
ける液晶分子の配列状態を説明する図であり、液晶層部
分の断面を示している。第２図において２１は液晶分子
配向膜層５をラビングした方向、２２は液晶分子配向膜
層６をラビングした方向を示す。２３は液晶分子を示す
。このように上下の基板に対して同方向のラビング処理
を行えば液晶分子２３はスプレィ配向する。

以上のように構成された液晶表示装置について、第１図
および第３図を用いてその動作を説明する。

ところで、観察者側の偏光板を通過してくる光の強さＩ
ば、次式で与えられる。

１＝Ｉｐ　　５ｉｎ２２Φｓｉｎ”　δ・・・・・・（
Ｊ）ここで、ＩＰは偏光板を通過する際の損失を差し引
いた後の光の強さ、中ば入射直線偏光方向と液晶分子軸
を基板面に射影した方向とのなす角、δは旋光能である
。Φ−π／４の時、透過光は最大となる。また、δは液
晶層内の液晶分子軸の方向と波長板８の光学軸方向とを
直交させるとき、δ＝＝π（ｄ、Δｎｌ　−ｄ２　Δｎ
２）／λと表式される。ｄ、　、ｄ２は液晶層および波
長板のセル厚、Δｎ＋、Δｎ２は液晶層および波長板の
屈折率の異方性、λは透過光の波長である。

従って、電圧無印加状態においてｄ、Δｎ、＝ｄ２Δｎ
２となるように設定すれば、透過光の強さＩはゼロとな
り開状態が表示できる。さらに、電圧を印加した時は液
晶分子がその正の誘電異方性のために電界方向に平行と
なるように配列を変えるので、液晶層の屈折率の異方性
Δｎ＋の見かけ上の大きさが減少する。これに応じて（
１１弐で与えられる透過光の強さＩが変化する６（１式
よりただちに結論されるように、液晶層と波長板との複
屈折の大きさの差１）（−ｄｌ　Δｎ、−ｄ２Δｎｚ）
が（２ｎ＋１）／４のときに透過光の強さＩが最大とな
る。ここでｎば整数である。第３図にＤ−（２ｎ＋１）
／４のときにおける光透過率の波長依存性を示す。第３
図において、ａはＤ＝１／４、ｂはＤ＝３／４、ＣはＤ
＝５／４のときの特性である。第３図より明らかなよう
に、Ｄ＝１／４のときに可視光領域の光に対してほぼ一
定の透過率を示す。つまり、この条件下において白色の
透過光を得ることができる。

以上に説明したように、各々の複屈折の大きさが等しい
、スプレィ配列させた液晶層と波長板とをそれらの光学
軸を直交させるように設定させた液晶表示装置において
、液晶層に印加する電圧を制御することによりコントラ
スト特性に優れた表示を実現することができる。実際、
セル厚１０μｍ、Δｎが０．２の液晶層と、フィルム波
長板とを組み合せて液晶表示装置とした。フィルム波長
板としては、ボリアリレートやポリエステルを積層させ
］　０て用いた。試作した液晶表示装置にて良好なコントラス
トでの表示を得た。

（実施例２）第４図は本発明の第二の実施例における液晶表示装置の
構成を示す断面図である。第４図において４０１．４０
２は基板、４０３．４０４は透明電極、４０５．４０６
は液晶分子配向膜層、４０７は液晶層、４０８は波長板
、４０９．４１０は偏光板、４１１は反射板である。つ
まり、第１図の構成の液晶表示装置に反射板を付加させ
、反射型液晶表示装置としている。

上記のように構成された液晶表示装置について、その動
作方法を説明する。

本実施例は先に説明した透過型の液晶表示装置の場合と
基本的には同様の動作をする。電圧制御によって白黒表
示が可能である。反射型液晶表示装置は背面光源を持た
ないので、表示の明るさが重要である。本実施例の場合
、非選択画素を白とする偏光板の配置の際に、良好な表
示を与えた。

これは二枚の偏光板の偏光軸を平行に設定することで実
現できる。

（実施例３）第５図は本発明の第三の実施例における液晶表示装置の
構成を示す断面図である。第５図において５０１．５０
２は基板、５０３．５０４は透明電極、５０５．５０６
は液晶分子配向膜層、５０７は液晶層、５０８．５０９
は波長板、５１０．５１１は偏光板である。

つまり、第１図の構成の液晶表示装置において、波長板
８を二分割して液晶層の上下に配置した構成に相当して
いる。波長板５０８．５０９の複屈折の大きさｄ・Δｎ
の和がほぼ１／４に等しく、各々の光軸が平行で、かつ
、液晶分子軸方向に直交させたときに、良好な表示特性
を得た。

なお、第一および第三の実施例において、背面光源は液
晶層側、波長板側のどちらに配置しても同様の結果が得
られる。また、第二の実施例において、反射板は液晶層
側、波長板側のどちらの偏光板のうしろに配置しても本
発明の効果は変らない。

さらに、本発明の実施例において、波長板として有機樹
脂フィルムを用いたが、スプレィ配列させた液晶層を用
いても本発明の効果は変らない。

発明の効果以上のように本発明は表示信号電圧の印加される液晶層
と波長板とを積層させることにより、良好なコントラス
トでの表示を行う液晶表示装置を得ることができる。ま
た、有機樹脂フィルムからなる波長板を用いることによ
り、製品コストを大幅に上げることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における液晶表示装置の構成
断面図、第２図は本発明の一実施例における液晶表示装
置を構成する液晶層における液晶分子の配列状態を説明
する状態図、第３図は光透過率の波長依存を示す特性図
、第４図は本発明の第二の実施例における液晶表示装置
の構成断面図、第５図は本発明の第三の実施例における
液晶表示装置の構成断面図、第６図は従来の一例におけ
る液晶表示装置の構成断面図、第７図は従来の他の例に
おける液晶表示装置の構成断面図である。１　、　２．４０１．４０２．５０１．５０２．６０１
．６０２．７０１゜７０２、７０３．７０４・・・・・
・基板、３．　４．４０３．４０４．５０３゜５０４、
６０３．６０４．７０５．７０６・・・・・・透明電極
、５，６゜４０５、４０６．５０５．５０６．６０５．
６０６．７０７．７０８．７０９゜７１０・・・・・・
液晶分子配向膜層、７．４０７．５０７．６０７・・・
・・・液晶層、９．１０．４０９．４１０．５１０．５
１１．６０８゜６０９、７１３．７１４・・・・・・偏
光板、７１１・・・・・・第１液晶層、７１２・・・・
・・第２液晶層、８．４０８．５０８．５０９・・・・
・・波長板、４１１・・・・・・反射板、２１．２２・
・・・・・ラビング方向、２３・・・・・・液晶分子。代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名の　　　　
　　釆耀噺鼾、５０／、５０２−一一基版第７図７７．３高　　　　　　　　　　７０／７θ７７／／７θ８７θ９ ’１／’）第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）正の誘電異方性を有する液晶分子の長軸方向を基
板面に対してほぼ平行かつスプレィ状に配列させた液晶
層と、前記液晶層の少なくとも一部の液晶分子の配列状
態を制御すべく設けられた電界印加手段と、前記液晶層
の少なくとも一方の側面に積層された波長板を有するこ
とを特徴とする液晶表示装置。
（２）液晶分子の長軸方向と波長板の光軸方向との交叉
角が６０°以上１２０°以下であることを特徴とする請
求項第（１）項記載の液晶表示装置。
（３）液晶層の屈折率異方性Δｎと層厚ｄとの積Δｎ・
ｄと、波長板のΔｎ・ｄとの差を０．５μｍ以下に設定
したことを特徴とする請求項第（１）項記載の液晶表示
装置。