JPH01271729A - 液晶表示装置 - 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 本発明は液晶表示装置、特にねじれネマティック（以下
ＴＮと表す）型の液晶表示装置に関するものである。

従来の技術 液晶表示装置には液晶テレビや、電子卓上計算機、時計
、計測機等があげられるが、それらのほとんどはＴＮ型
液晶表示装置である。

ＴＮ型液晶表示装置は電界によって液晶の旋光性を制御
するものである。例えば、一対の偏光素子で液晶パネル
を挟んだねじれ角９０度ＴＮ型液晶表示装置の場合、偏
光素子相互の偏光軸が平行（ノーマリ・ブラックモード
）ならば電圧無印加時は９０度の旋光性のため光は遮ら
れる。電圧を印加すると、液晶が傾き旋光能が失われ光
が透過する。偏光素子相互の偏光軸が直交（ノーマリ・
ホワイトモード）ならば、電圧無印加時には光が透過し
、電圧印加時には光は遮られる。

ＴＮ型液晶表示装置の光透過率はグーチとタリーにより
次式で示されることが知られている（ジャーナル　オブ
　フィジックス（Ｊ、　Ｐｈｙｓ、）　、　Ｄ８、１５
７５（１９７５））。

Ｔ＝（１＋ｕ２）−’　　・５ｉｎ２　［（π／２）　
・　（１４ｕ２）ｌ／２コｕ＝２Δｎｄ／λ Ｔはねじれ角９０度ｊＮセルの光透過率、Δｒ１は液晶
材料の屈折率異方性、ｄは液晶層の厚さ、λは入射する
光の波長を表している。この様に、ＴＮ型液晶表示装置
の光透過率は、入射する光の波長λが決まれば、Ａｎｄ
の値にのみ依存する。

いま、液晶材料としてΔｎ＝０．０９０の液晶材料を用
い、λ＝５４５ｎｍの光を用いた場合には、グーチとタ
リーの式によりｄ＝５．２１ｚｍの時、液晶パネルの光
透過率Ｔの値は最小となり（このときのＴの大きざが黒
レベルを決める）、最大透過率と最小透過率の比、つま
り、コントラストが最大になる。

発明が解決しようとする課題 液晶表示装置は通常一定の温度で使用されるものではな
く、使用される条件により液晶パネルの温度は変化する
。例えば、液晶テレビの場合には、より鮮明な画像を得
るためにバックライトを使用することも多く、そのとき
には液晶パネルの温度は使用開始時の温度より約１０℃
〜１５℃上昇する。更に投写型液晶テレビの場合にはス
クリーン上に十分な輝度を得名ために液晶パネルの後方
より強力な光束を入射するため、液晶パネルの温度は時
間の経過と共に上昇し、使用閏始時の温度よりも約２０
℃〜４０℃も高くなる。

そのため、ある温度においてコントラストが最大になる
ように最適化した液晶パネルを設計しても、液晶パネル
の温度が使用条件により変化し、十分なコントラストを
得られず鮮明な表示を得ることができない。

課題を解決するための手段 光透過率を測定するためのモニター部を有する液晶パネ
ルと、液晶パネルの表裏に設けられた一対の偏光素子と
、前記液晶パネルのモニター部の表裏に設けられた一対
のモニター部用偏光素子と、前記モニター部用偏光素子
の少なくとも一方を回転させて、偏光素子相互の偏光軸
の交差角を変化させるモニター部用偏光素子の駆動手段
と、前記モニター部の光透過率を測定する測定手段と、
前記測定手段からの信号と前記モニター部用駆動手段か
らの交差角信号を入力し、最小の光透過率を生じる交差
角度信号を出力する制御手段と、前記制御手段の信号に
基ついて前記液晶パネルの偏光素子の少なくとも一方を
駆動させて偏光素子相互の偏光軸の交差角度を変化させ
る駆動手段とを有する液晶表示装置に設ける。

作用 使用条件により液晶パネルの温度変化が生じると、液晶
材料の屈折率異方性Δｎや、液晶材料や液晶パネルに用
いる材料等の膨張、収縮による液晶層の厚みｄが変化し
、透過率特性の変化が起こり、十分なコントラストが得
られない。

本発明は偏光素子相互の交差角を変え、コントラストの
黒レベルを最小とし、随時コントラストの補償を行おう
とするものである。液晶パネルのモニター部用偏光素子
相互の交差角を変え光透過率を測定し、黒レベルが最小
となる偏光素子相互の交差角信号を得る。この交差角度
信号を液晶パネルの偏光素子駆動手段に入力し、偏光素
子相互の偏光軸の交差角を回転させコントラストを最大
にする。そのため、屈折率異方性Δｎや液晶層の厚みｄ
の温度変化に関係なくコントラストを最適化し、常に鮮
明な表示を得ることができる実施例 本発明は駆動手段と測定手段と制御手段より構成されて
おり、駆動手段は偏光板を精度良く回転させるためにモ
ータや、バイメタル、バイモルフ等の張り合わせ型圧電
素子、形状記憶合金等を用いた回転装置を用いる。測定
手段は光源に合わせた波長領域、あるいは、中心波長等
の特定波長について光透通事測定装置を用いる。制御手
段は最小光透過率を生じるモニター部用偏光素子の交差
角度信号を出力するためのものであり、記憶手段と比較
手段と演算手段より構成されている。記憶手段は随時検
出した最小透過率を記憶する機能を有し、比較手段は測
定手段から入力された検出光透過率と記憶手段に記憶さ
れた最小光透過率とを比較し、検出光透過率が記憶され
た最小光透過率より大きいときモニター部用偏光素子を
回転させる信号を出力するものである。そして、演算手
段はモニター部用偏光素子の駆動に応じてモニター部用
駆動手段からの交差角信号を入力し、最小の光透過率を
生じる偏光素子相互の偏光軸の交差角度信号を表示画素
用の駆動手段に出力し、かつ、前記記憶手段に検出最小
光透過率を出力する機能を有するものであり、これらは
マイクロコンピュータや回路等で形成されている。

本発明の液晶パネルのモニター部は電極の有無に関係無
く、電圧無印加で光透過率を測定する。

また、モニター部は光透過率さえ検知できれば大きさに
制限はなく、通常パネル内には温度分布があるため複数
箇所設置することが好ましい。液晶パネルのモニター部
と表示画素は同じ構成であることが望ましく、表示画素
に用いる偏光素子や光源等とモニター部に用いる偏光素
子や光源等は同じであることが望ましい。偏光素子には
、偏光板、プリズム、または、ビームスプリッタ等があ
り、液晶パネル表裏２枚の偏光素子は少なくとも一方を
駆動させればよい。

本発明の液晶表示装置はそのままでも表示素子として用
いることができるが、スクリーン−Ｌに投影する投写型
液晶表示装置として用いることもできる。

以下に本発明の詳細な説明をする。

実施例１ 液晶材料としてチッソ（株）製Ｌ　Ｉ　Ｘ０Ｎ−９１５
０（Δｎ＝０．　０９２５　　（３０℃、　６１０ｎｒ
ｎ））を用い、光源波長６１０ｎｍを使用した時、３０
℃でコントラストが最適になるようグーチとタリーの式
より液晶パネルを設計し、次のように作成した。

゛表面にＩＴＯ電極を有するガラス基板上に日立化成製
ポリイミド樹脂ＰＩＸ−５４００をスピンコードし、２
５０℃にて１時間硬化させた。このときの乾燥膜厚は９
００Ａであった。ラビング処理後、このようにして得ら
れた２枚の基板を５゜７μｍのスペーサビーズを介して
張り合わせねじれ角９０度のＴＮ型パネル（Ａ）を作成
した。

その後、液晶材料Ｌ　Ｉ　Ｘ０Ｎ−９１５０をパネル内
に封入した。第１図に示すような液晶表示装置において
、液晶パネル１（Ａ）の入射光側のラビング方向と偏光
板の偏光軸の方向が平行になるよう２対の偏光板２．３
．４．５を表示画素とモニター部にそれぞれ設置した。

そして、モーターを組み込んだ偏光板回転機６．７によ
って２対の偏光板２．３．４．５をそれぞれ回転できる
ようにした。

モニター部の２枚の偏光板４．５は偏光板回転機６で矢
印の方向に一１０〜１０ｄｅｇ回転でき、光透通事測定
機８として用いた大塚電子（株）製ＭＣＤ−１００で６
１０ｎｍの光透過率を測定し、透過率が最小になる角度
を制御機９で求めた。制御機９は記憶、比較、演算機能
を有し、使用条件の変化に応じて、透過率が最小になる
角度を表示画素の偏光板回転機７にフィードバックし２
枚の偏光板２．３を回転させた。

上記の液晶表示装置において波長６１０ｎｍの光源１０
を用い、液晶表示装置の雰囲気温度を徐々に変えた。こ
のとき、制御機９が出力する表示画素の偏光板相互の偏
光軸の交差角を第２図ａに示す。常法に従い表示画素の
電圧−光透退学特性を測定し、コントラスト（最大透過
率と最小透過率の比）の温度依存性を求め、第２図すに
示す。

第う図より明らかなように、本発明の液晶表示装置は液
晶パネル（Ａ）の使用条件が変動してもそのコントラス
トの変動は非常に小さくその実用性は高い。

比較例１ 実施例１で作成した液晶パネル（Ａ）に入射光側のラビ
ング方向と偏光板の偏光軸の方向が平行になるよう２枚
の偏光板を設置、固定した。

同様に波長６１０ｎｍの光源を用いて、常法に従いこの
液晶表示装置の電圧−光透過率特性を測定し、コントラ
ストの温度依存性を求めた。第２図すにプントラストの
温度依存性を破線で示す。

第２図の破線より明らかなように、比較例１の液晶表示
装置は３０℃でコントラストが最大になるが、液晶パネ
ル（Ａ）の温度が変動するとそのコントラストも大きく
変動してしまう。

実施例２ 液晶材料としてメルク（株）製ＺＬＩ−１５６５用い、
次のようにパネルの作成を行った。表面にＩＴＯ電極を
有するガラス基板上に日立化成製ポリイミド樹脂ＰＩＸ
−１４００をスピンコードし、２００℃にて２時間硬化
させた。このときの乾燥膜厚は１００ＯＡであった。ラ
ビング処理後、＝！ｌ− このようにして得られた２枚の基板を４．５μｍのスペ
ーサビーズを介して張り合わせねじれ角８８度のＴＮ型
パネル（Ｂ）を作成した。

その後、液晶材料ＺＬＩ−１５６５をパネル内に封入し
た。第１図に示すような液晶表示装置において液晶パネ
ル１（Ｂ）の入射光側のラビング方向と偏光板の偏光軸
の方向が平行になるよう２対の偏光板２．３．４．５を
表示画素とモニター部にそれぞれ設置した。そして、Ｆ
ｅ−Ｎｉ系バイメタルを組み込んだ偏光板回転機６．７
によって２対の偏光板２．３．４．５をそれぞれ回転で
きるようにした。モニター部の２枚の偏光板４．５は偏
光板回転機６で矢印の方向に−１５〜１５ｄｅｇ回転で
き、光透通事測定機８として用いた大塚電子（株）製Ｍ
ＣＤ−１００で４００〜７００ｎｍの光透過率を測定し
、透過率の積分値が最小になる角度を制御機９で求めた
。制御機９は記憶、比較、演算機能を有し、使用条件の
変化に応じて、透過率が最小になる角度を表示画素の偏
光板回転機７にフィードバックし２枚の偏光板２．３を
回転させた。

上記の液晶表示装置において白色光源９を用い、液晶表
示装置の雰囲気温度を徐々に変えた。常法に従い表示画
素の電圧−光透過率特性を測定し、コントラスト（最大
透過率と最小透過率の比）の温度依存性を求めた。第３
図にコントラストの温度依存性を示す。

第３図より明らかなように、本発明の液晶表示装置は液
晶パネル（Ｂ）の温度が変動してもそのコントラストの
変動は非常に小さくその実用性は高い。

比較例２ 実施例２で作成した液晶パネル（Ｂ）に入射光側のラビ
ング方向と偏光板の偏光軸の方向が平行になるよう２枚
の偏光板を設置、固定した。

同様に白色光源を用いて、常法に従いこの液晶表示装置
の電圧−光透過率特性を測定し、コントラストの温度依
存性を求めた。第３図にコントラストの温度依存性を破
線で示す。

第３図の破線より明らかなように、比較例２の液晶表示
装置は温度変化に伴いコントラストが大きく変動してし
まう。

実施例３ 第４図に示すような液晶表示装置において、５４５ｎｍ
の波長を反射するダイクロツクミラー２０を用いた。液
晶材料としてチッソ（株）製ＬＩＸＯＮ−９１５０（△
ｎ＝０−　０９７　（２０℃、５４５ｎｍ））を用い、
波長５４５ｎｍ、２０℃でコントラストが最適になるよ
うグーチとタリーの式より液晶パネルを設計し、次のよ
うに作成した。

表面にＩＴＯ電極を有するガラス基板上に日立化成製ポ
リイミド樹脂Ｐ　Ｉ　Ｘ−５４００をスピンコードし、
１７０℃にて２時間硬化させた。このときの乾燥膜厚は
８００Ａであった。ラビング処理後、このようにして得
られた２枚の基板を４゜９μｍのスペーサビーズを介し
て張り合わせねじれ角８７度のＴＮ型パネル（Ｃ）を作
成した。

その後、液晶材料Ｌ　ｌＸ０Ｎ−９１５０をパネル内に
封入した。第４図に示すような液晶表示装置において液
晶パネル１１（Ｃ）の入射光側のラビング方向と偏光板
の偏光軸の方向が平行になるよう２対の偏光板１２．１
３．１４．１５を表示画素とモニター部にそれぞれ設置
した。そして、入射光側の偏光板１２．１４は偏光板回
転機１６．１７で回転できるようにし、他方の偏光板１
３．１５は固定した。モニター部の偏光板１４を偏光板
回転機１６で矢印の方向に一１０〜１０ｄｅｇ回転でき
、光透通事測定機１８として用いた大塚電子（株）製Ｍ
ＣＤ−１００で５４５ｎｍの光透過率を測定し、透過率
が最小になる角度を制御機１９で求めた。制御機１９は
記憶、比較、演算機能を有し、使用条件の変化に応じて
、透過率が最小になる角度を表示画素の偏光板回転制御
機１７にフィードバックし偏光板１２を回転させた。

上記の液晶表示装置において雰囲気温度を徐々に変えた
。そして、波長５４５ｎｍを反射するダイクロツクミラ
ー２０、光源２１と投写レンズ２２を用いてスクリーン
２３上に投影させ、常法に従いスクリーン上の電圧−光
透過率特性を測定し、＝１５− コントラスト（最大透過率と最小透過率の比）の温度依
存性を求めた。

第５図にコントラストの温度依存性を実線で示す。これ
より明らかなように、本発明の液晶表示装置は液晶パネ
ル（Ｃ）の雰囲気の温度が変動してもそのコントラスト
の変動は非常に小さくその実用性は高い。

比較例３ 実施例３で作成した液晶パネル（Ｃ）に入射光側のラビ
ング方向と偏光板の偏光軸の方向が平行になるよう２枚
の偏光板を設置、固定した。

同様にクリーン上に投影させ、常法に従いこの液晶表示
装置のスクリーン上の電圧−光透過率特性を測定し、コ
ントラストの温度依存性を求めた。

第５図にコントラストの温度依存性を破線で示す。

これより明らかなように、比較例３の液晶表示装置は２
０℃でコントラストが最大になるが、温度が変動すると
そのコントラストも大きく変動してしまう。

発明の効果 ＝１６− 本発明の液晶表示装置は、使用する環境温度や条件が変
動しても、随時透過率をモニターしそれに応じて偏光素
子の偏光軸の交差角を回転させ、コントラスト、透過率
特性を自動的に補償し、最適化させることができ、常に
鮮明な表示を得ることができる。

【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
の概略を示す斜視図、第２図は実施例１の温度依存性を
示すグラフ、第３図は実施例２のコントラストの温度依
存性を示すグラフ、第４図は本発明の他の実施例におけ
る投写型液晶表示装置の構成の概略を示す斜視図、第５
図は実施例３のコントラストの温度依存性を示すグラフ
である。 １・・・・ＴＮ型液晶パネル、２．３．４．５・・・・
偏光素子、６・・・・モニター部の偏光素子回転機、７
・・・・表示画素の偏光素子回転機、８・・・・光透通
事測定装置、９・・・・制御機、１０・・・・光源、１
１・・・・ＴＮ型液晶パネル、１２．１３．１４．１５
・・・・偏光素子、１６・・・・モニター部の偏光素子
回転機、１７・・・・表示画素の偏光素子回転機、１８
・・−・光透通事測定機、１９・・・・制御機、２０・
・・・ダイクロツクミラー、２１・・・・光源、２２・
・・・投写レンズ、２３・・・・スクリーン。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名ヘ　　　　
（ｆｇｐ戸ｆｖｖ迄某豐 ′　　　　　ａ （Ｙ　４　（４０ 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光透過率を測定するためのモニター部を有する液
   晶パネルと、液晶パネルの表裏に設けられた一対の偏光
   素子と、前記液晶パネルのモニター部の表裏に設けられ
   た一対のモニター部用偏光素子と、前記モニター部用偏
   光素子の少なくとも一方を回転させて、偏光素子相互の
   偏光軸の交差角を変化させるモニター部用偏光素子の駆
   動手段と、前記モニター部の光透過率を測定する測定手
   段と、前記測定手段からの信号と前記モニター部用駆動
   手段からの交差角信号を入力し、最小の光透過率を生じ
   る交差角度信号を出力する制御手段と、前記制御手段の
   信号に基づいて前記液晶パネルの偏光素子の少なくとも
   一方を駆動させて偏光素子相互の偏光軸の交差角度を変
   化させる駆動手段とを有する液晶表示装置。
2. （２）制御手段が、随時検出した最小透過率を記憶する
   記憶手段と、測定手段から入力された検出光透過率と前
   記記憶手段に記憶された光透過率を比較し、検出光透過
   率が記憶された光透過率より大きいときモニター部用偏
   光素子を回転させる信号を出力する比較手段と、モニタ
   ー部用駆動手段からの交差角信号を入力し、最小の光透
   過率を生じる偏光素子相互の偏光軸の交差角度信号を出
   力し、かつ、前記記憶手段に検出最小光透過率を出力す
   る演算手段とより構成した請求項１記載の液晶表示装置
   。