JPH01243019A - カラー液晶表示装置 - Google Patents

カラー液晶表示装置

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JPH01243019A
JPH01243019A JP7280588A JP7280588A JPH01243019A JP H01243019 A JPH01243019 A JP H01243019A JP 7280588 A JP7280588 A JP 7280588A JP 7280588 A JP7280588 A JP 7280588A JP H01243019 A JPH01243019 A JP H01243019A
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JP
Japan
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liquid crystal
elastic constant
color
ratio
display
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Pending
Application number
JP7280588A
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English (en)
Inventor
Masako Okada
岡田 正子
Shuichi Kanzaki
修一 神崎
Fumiaki Funada
船田 文明
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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Publication date
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Publication of JPH01243019A publication Critical patent/JPH01243019A/ja
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent

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、一方の基板のセル内面にカラーフィルタ層を
設けたツィステッド・ネマティック液晶セルを互いに偏
光軸が直交になるように配置した2枚の偏光子の間に挿
設したカラー液晶表示装置の改良に関するものである。
〈従来の技術〉 近年、液晶デイスプレィは、薄型軽量、低消費電力とい
う特徴を生かして、時計、電卓等の数値セグメント型表
示装置に広く用いられてきた。そしてさらにより多くの
情報を表示するために、マトリクス表示方式が採用され
パソコン、ワープロ。
複写機等のOA機器の端末として利用されるようになっ
てきている。このような表示情報の高密度化及び多様化
の中で、色情報を加えたカラー表示方式も次第に注目を
浴び、数多くの技術開発がなされてきた。例えば、(1
)液晶中に色素を混入し、その2色性の効果を利用して
表示を行うゲスト・ホスト効果型液晶セル、(2)カラ
ー偏光板を用いたTN  (ツィステッドネマティック
)液晶セル、(3)電界による液晶の複屈折変化を利用
してカラー表示するECB  (電界制御複屈折干渉型
)液晶セル、(4)′tL晶セルに赤、緑、青のカラー
フィルタ層を設け、液晶層を光シヤツターとして用いカ
ラー表示するカラーフィルタ付液晶セル等が提案されて
いる。これらの方式の中で、特に(4)の方式は、薄膜
トランジスタ等の能動素子を液晶表示におけるスイッチ
ング手段として形成した基板を用いることにより高コン
トラストのマトリクス型フルカラー表示が行なえるとい
う特徴を有していることから現在量も脚光を浴びている
表示方式である。
〈発明が解決しようとする問題点〉 偏光子を互いに直交配置したTN−LCD  (液晶表
示装置)の透過率曲線は第2図に示すとおりである。良
好なカラー表示特性を有する能動素子付加型カラー液晶
表示装置を実現するためには、無電界時における液晶セ
ルの透過光TOFFが問題になる。すなわち、この透過
光TOFFの値が小さいと表示が暗くなるため、これは
可視光範囲(400〜700 nm)にわたって大きい
ことが必要である。この透過光T。FFは液晶の屈折率
異方性Δnとセル厚dに大きく依存する。そこで赤(6
50nm)l緑(550n面、青(450nm)の各波
長での光のもれT RT6 、T  の和T。FFのΔ
n・d依0FFI   OFF      OFF存性
全訳べた。その結果を第3図に示す。第3図かられかる
ように無電界時における表示の明るさは、Δn・dのあ
る値でピーク値をもつように変化する。十分量るい表示
を実現するためには、実用上T。FFを85チ以上にす
る必要のあることが経験的に確かめられており、この点
をも考慮すると、Δ ・dは0.3μm<Δn・d<0
.6μm もしくはΔ ・d)1.0μmにする必要が
ある。
液晶表示装置の製作にはさらに視角特性も考慮しなけれ
ばならない。そこで第4図に示すように、T fJ<正
面方向で透過率が5チとなる電圧を印加n した時の各視角での透過率)、To:F(電圧無印θ 
                θ加時の透過率)、
T、を用いて、CR1=Ton /θ        
θ    θ ToFF、CR2=T、/ToFFと定義し、Δn−を
パラメータとしたCRI、CR2の視角θ依存性を調べ
た。結果を第5図に示す。図中実線はCRI、破線はC
R2を表わす。この図より明らかなように、CRI、C
R2の値はΔn・dに大きく依存する。そこで第5図に
おけるりがO〜45の範囲でのCRI。
CR2の最小値をCR・ とじ、それらのΔn・dl 
n 依存性を検討した。第6図にその結果を示す。表示装置
としてはコントラスト比は、最低10以上必要であるた
め、CR・ が1θ以上とすると、1 n この場合のΔn・dとしては0.3μmくΔn・d<1
.0μmの範囲が好ましいことになる。これらの結果は
、同じ傾向を示す。
上記表示の明るさと視角特性の検討結果を合わせ考える
と、液晶の屈折率異方性Δnとセル厚dの積を0.3μ
m<Δn・d<0.6μm とすることにより明るい表
示(無電界時)で広視角範囲しかも純度の高い色再現性
をもつカラー液晶表示方式を実現することができる。
この点について、以下さらに詳細に説明する。
例えばa−5i(アモルファスシリコン)を半導体とし
て用いた薄膜トランジスタでマトリックスアレイを構成
したガラス基板と赤、青、緑のカラーフィルタ層をモザ
イク状に設け、さらにその上に透明電極を形成したガラ
ス基板とで液晶セルを作製し、これにピフェニル系、フ
ェニルイクロヘキサン系、ピリミジン系液晶を主として
用いた液晶材料を注入した。さらにスペーサの厚さを変
化させることにより、Δn @ d (λ=550nm
)を0.2〜1.2μmまで変化させ、無電界時におけ
る透過光T。FF及びCR)20となる視角の範囲Δθ
のΔn・d依存性を調べた。その結果を表工に示す。ま
た第7図には、これらの液晶セルにおける色再現範囲を
示す。図中の数値符号はセル番号である。これらの結果
より、Δn11d=0.4μmのセルがコントラスト特
性、視角特性9色再現性に優れており、前述の検討結果
を裏付けていることがわかる。このセル構造により、中
間調表示の必要のないキャラクタ/グラフィックを表示
させたところ、品質の良い画像が得られた。
表工 ところで、上述のセル構造では、明るい表示と広い視野
角が得られるが、第4図に示すように透過率−印加電圧
曲線は視角方向θの値によって変化する。この視角によ
る表示特性の変化を表わす値をとり、gが大きくなるほ
ど視角による表示特性の変化は小さくなる。この現象は
、階調表示が必要となるカラーTV画像等の映像におい
て視角による階調表示の変化が生じる原因となる。
本発明は、上記の点に鑑みて創案されたものであり、高
コントラスト、広視角範囲及び視角による階調表示の変
化が生じない良好な色再現性を有するカラー液晶表示装
置を提供することを目的としている。
〈問題点を解決するための手段及びその解決原理〉 上記の目的を達成するため、本発明は、一方の基板にカ
ラーフィルタ層を設け、他方の基板にスイッチング素子
と連結された前記カラーフィルタ層に対応する絵素電極
を設け、かつ該両基板間に挿入される液晶の屈折率異方
性Δ とセル厚dの条件を0.3μmくΔn−d<0.
6μmとしたカラー表示用ツィステッド・ネマティック
型液晶表示装置において、上記の液晶の曲げ弾性定数に
33と広がり弾性定数k との比(k33/ Jl)が
1.0程度以下であり、かつ上記の液晶の曲げ弾性定数
に83とねじれ弾性定数に2゜との比(k33/に2□
)が2.0程度以上となすように構成している。
即ち、上記のようにgが大きくなるほど、視角による表
示特性の変化は小さくなり、この現象は、階調表示が必
要となるカラーTV画像等の映像において、視角による
階調表示の変化が生じる原因となるが、このような問題
点について検討した結に本発明者等は、各種の液晶材料
をこの観点より鋭意検討した結果、gを0.4以上にす
るためには第1図(a)に示すように液晶材料の弾性定
数比1(aa/kn (k3a: bend (曲げ)
  −kll : 5play(発散))を1.0程度
以下、より好ましくは1.0以下にする必要があること
を見出した。
ところで、本発明者等が先に提案した発明[カラー液晶
表示装置」(特願昭62−317760)に示した透過
率・−印加電圧曲線において、θの大きい範囲における
透過率の飽和電圧付近で透過率の持上り (T p e
 a k)が現われ、この現象が、階調表示が必要とな
るカラーTV画像等の映像において階調反転が生じる原
因となり、さらに、この問題を改善するためにはkaa
/に+tを大きくする必要があることを示した。そこで
ksa/kuを太きくすること以外の方法でTpeak
を改善するためには第8図に示すようにkaa/ k2
2(k22 : twist(ねじれ))を大きくすれ
ば、Tpeakは、小さくなることがわかった。さらに
実用的な観点から、Tpeakを4.5チ以下に抑える
ためには、液晶材料の弾性定数比k33/に22を2.
0程度以上、より好ましくは2.0以上にする必要があ
ることを見出した。
〈実施例〉 以下、本発明を実施例を挙げて詳細に説明する。
TN型液晶セルを構成する基板としては、マトリクス配
列された個々の表示絵素に印加される駆動電圧のスイッ
チング手段となるa−5iを用いた薄膜トランジスタを
絵素に対応してマトリクス状に配置して成るトランジス
タアレイを構成したガラス基板と、赤、青及び緑のカラ
ーフィルタ層を各表示絵素に対応してマトリクス状に設
け、さらにその上に透明電極を形成した他方のガラス基
板とを用いた。この2枚のガラス基板を対向させて一体
成型し、その間隙にTN配向させた液晶層を挿入する。
この液晶セルにおいてΔn・dの条件を0.4μm近辺
に設定し、絵素単位のカラー表示を実行する。上記液晶
パネルの構成条件で弾性定数比kaa/knがほぼ0.
5〜1.5程度である各種液晶材料のgとkaa/に+
+との関係を検討したところ、第1図(a)に示す結果
が得られた。この第1図(a)より明らかなように、k
aa/に1+の小さな液晶材料系を用いることによって
gを改善できることがわかる。前述したようにgの最大
値としては現理上lであることが明らかになっているが
、この点を考慮するとkaa/kl+の値は1.0以下
であることが望ましい。
また、上記液晶パネルの構成条件で弾性定数比に33/
に22がほぼ1.5〜2.7程度である各種液晶材料の
Tpeakと弾性定数比kga/に22との関係を検討
したところ、第1図(b)に示す結果が得られた。
この第1図(b)より明らかなように弾性定数比に8B
/に22の大きな液晶材料系を用いることによってTp
eakを改善できることがわかる。また前述したように
Tpeakの最大値としては実用上4.5チであること
が画像実験より明らかになっているが、この点を考慮す
ると弾性定数比に33/に22の値は20以上であるこ
とが望ましい。
従来、薄膜トランジスタ付加型TNセル用の材料に対し
ては、k33/knはできるだけ小さい方が好ましいと
されていたが、カラーテレビジョン等のデイスプレィへ
適用する場合には従来の考えでは不完全であり、これと
全く逆行する要素を含む本実施例に基いて液晶セルを製
作しなければ、十分なカラー画像を得ることはできない
本発明を実施するに際して、弾性定数比に83/に++
<1.0で、しかも弾性定数比ksa / k22′2
2.0を有する液晶材料は、 R1C2H4()RCR,R、xハ F+  Ht  CN+  CnH2n+1+等〕等の
ピリミジン系液晶、ジオキサン系液晶、ビフヱニール系
i晶、エステル系液晶、シクロヘキサン系液晶等から適
宜選択して含有させることによって実現することができ
る。例えば、 C5HI In CN−−10w t%C5Ht Im
c81(7+++m 10 w t SC5)(+ 1
(x)CN−1o w t%c51(1、是coo()
C5Hll−25w t SC3H7e coo分OC
2R5−25w t %とすることによりkaa/kn
″−、0,9、k3a/ k22貴2.2となる。
前述のパネル構成条件で、上記液晶材料を用いカラー画
像を表示したところ視角による階調表示の変化や、階調
反転の少ない鮮やかなカラー表示品位が得られた。従っ
てs kaa/に++が1以下で、しかもkaa/kz
が2以上の材料であれば階調反転の問題は改善できる。
上記検討結果より、本実施例に添って得られた知見が良
好なカラー表示品位を得る上で極めて大きな効力を発揮
することを確認することができた。
〈発明の効果〉 本発明は高いコントラスト、広い視野角さらに視角によ
る階調表示の変化の小さい色再現性の優れたカラー表示
を得るのに極めて有用な技術であり、カラーTVのみな
らずカラーグラフィック/キャラクタ用デイスプレィへ
の適用に極めて大きな効力を発揮するものである。
尚、本実施例においては、薄膜トランジスタを用いた場
合について説明したが、MIMやダイオード等の能動素
子を用いた液晶表示装置と組合せても同等の効果が得ら
れることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)及び(b)はそれぞれ本発明の詳細な説明
に供する視角による表示特性の変化を表わす値g及び透
過率の持上り” peaρ弾性定数依存性を示す特性図
、$2図はTOFF + Tpeakの定義を示す説明
図、第3図はTOFFのΔn a d依存性を示す説明
図、第4図はCRI、CR2の定義を示す説明図、VJ
5図はCRI、CR2のθ依存性を示す説明図、第6図
はCRmioのΔ□・d依存性を示す説明図、第7図は
試料各セルの色再現範囲を示す色度説明図、第8図はT
peakの弾性定数依存性を示す説明図である。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)k33/に
22 第 l ■ (1)) O重ヱ 第2囚 θ(cleyee) @5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一方の基板にカラーフィルタ層を設け、他方の基板
    にスイッチング素子と連結された前記カラーフィルタ層
    に対応する絵素電極を設け、かつ該両基板間に挿入され
    る液晶の屈折率異方性Δ_nとセル厚dの条件を0.3
    μm<Δ_n・d<0.6μmとしたカラー表示用ツィ
    ステッド・ネマティック型液晶表示装置において、 前記液晶の曲げ弾性定数k_3_3と広がり弾性定数k
    _1_1の比(k_3_3/k_1_1)が1.0程度
    以下であり、かつ前記液晶の曲げ弾性定数k_3_3と
    ねじれ弾性定数k_2_2の比(k_3_3/k_2_
    2)が2.0程度以上であることを特徴とするカラー液
    晶表示装置。
JP7280588A 1988-03-24 1988-03-24 カラー液晶表示装置 Pending JPH01243019A (ja)

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JP7280588A JPH01243019A (ja) 1988-03-24 1988-03-24 カラー液晶表示装置

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JP (1) JPH01243019A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5124824A (en) * 1988-12-07 1992-06-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Liquid crystal display device comprising a retardation compensation layer having a maximum principal refractive index in the thickness direction
DE4212744A1 (de) * 1992-04-16 1993-10-28 Merck Patent Gmbh TN-Zelle mit verbesserter Graustufendarstellung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5124824A (en) * 1988-12-07 1992-06-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Liquid crystal display device comprising a retardation compensation layer having a maximum principal refractive index in the thickness direction
DE4212744A1 (de) * 1992-04-16 1993-10-28 Merck Patent Gmbh TN-Zelle mit verbesserter Graustufendarstellung
DE4212744C2 (de) * 1992-04-16 1994-10-13 Merck Patent Gmbh TN-Zelle mit d. DELTAn zwischen 0,15 und 0,70 mum

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