JPH02150821A - 液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

液晶ディスプレイ装置

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JPH02150821A
JPH02150821A JP1260390A JP26039089A JPH02150821A JP H02150821 A JPH02150821 A JP H02150821A JP 1260390 A JP1260390 A JP 1260390A JP 26039089 A JP26039089 A JP 26039089A JP H02150821 A JPH02150821 A JP H02150821A
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liquid crystal
color
light
polarizers
cell
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JP1260390A
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English (en)
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Steven W Depp
ステイブン・ダブリユ・デイツプ
Hiap L Ong
ヒイープ・エル・オング
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International Business Machines Corp
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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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、多色液晶ディスプレイに関し、より具体的に
は、最小のカラーにじみ出しを示す多色液晶ディスプレ
イに関する。
Ｂ、従来技術 ねじれネマチック（ＴＮ）液晶（ＬＣ）及び検光子を用
いる従来技術の多色ディスプレイは、多数ある。提案さ
れている一般的なねじれネマチック液晶ディスプレイの
１例を、第３図に示す。このセル内で、液晶層は、直線
偏光光線をある方向から別の方向へ（０°から９０’　
へなど）回転させる働きをする。入射偏光子は、偏光ベ
クトル１０を有する光がねじれネマチック液晶溶液中に
入って行けるようにする。ねじれネマチック液晶の両側
に電圧が印加されていない場合には、光線の偏光ベクト
ルは、線１２と平行になるまで９０゛回転される。上部
偏光子シートが偏光ベクトル１０に平行な偏光方向１４
を有する場合には、理論的には、光は観測者に届かない
はずである。
換言すると、セルは「暗」くなるはずである。実際には
そうでないことが知られている。
実際には、第３図の構造は、様々なカラー波長の「にじ
み出し」を許している。これは、直線偏光光線が、ねじ
れネマチック液晶を通過する際に、旋光分散（ｒｏｔａ
ｔｉｏｎａｌ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）　　されるため
に起こる。具体的には、ある波長の直線偏光が液晶物質
によって楕円偏光に変換され、一部分が第２の偏光板を
通過する。この現象の単純化した解析が、Ｊ、　Ｐｈｙ
ｓ、　Ｄ　Ｂ、１）、１５７５、（１９７５年）所載の
Ｇｏｏｃｈ及び７ａｒｒＹの論文に出ている。
この現象のより一般化したより総合的な考察は、本願の
発明者の１人、Ｈ，Ｌ、Ｏｎｇの論文「一般ねじれネマ
チック液晶ディスプレイの光学的性質（Ｏｐｔｉｃａｌ
　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｔｗｉ
ｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ−Ｃｒｙｓｔａ
ｌ　Ｄｉｓｐｌａｙｓ）　Ｊ　Ｎ　ＡｐｐｌｉｅｄＰｈ
ｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓｓ　Ｖ　ｏ　ｌ　、　　５
１、Ｎｏ、１８（１９８７年）、ｐｐ、１３９８〜１４
００に示されている。
Ｇｏｏｃｈ、　Ｔａｒｒｙの式及びＯｎＨのより一般的
な式を解析すると、ねじれネマチック液晶の各厚さごと
に、透過率が最大になり旋光分散が最小になる好ましい
波長の存在することがわかる。その他の波長はすべて、
異なる分散を受け、平行な入射及び出射偏光フィルタに
かけると、液晶が「暗」状態すなわち「オフ」状態にあ
る場合、「にじみ出しくｂｌｅｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ）
　Ｊを起こすことになる。
第２ａ図及び第２ｂ図には、赤、青、緑の３原色につい
て、透過率Ｔをねじれネマチック液晶の厚さ（ミクロン
単位）に対してプロブトしたグラフを示す。第２ｂ図は
、第２ａ図の最下部領域の拡大部分図である。第２ａ図
と第２ｂ図の両図の検討（及びＯｎＨ式による解析）か
ら、透過率Ｔがセルの厚さ及び光線の波長に強く依存し
ていることが明らかである。つまり、液晶セルの厚さを
特定の色について最適化することはできるが、その他の
色は、暗状態で望ましくないにじみ出しを示すことにな
る。たとえば、常光線屈折率及び異常光屈折率がそれぞ
れ１．５０及び１．５９である液晶を用いるものと仮定
すると、最適のセル厚さは、波長が４，８００オングス
トローム（青）、５．５００オングストローム（緑）、
θ、６００オングストローム（赤）の場合に、それぞれ
４゜６２ミクロン、５．２９ミクロン、６．３６ミクロ
ンである。セルの厚さを緑について５．２９ミクロンと
最適化する場合には、青及び赤に対するオフ状態透過率
は、それぞれ、２．４％及び４゜５％となる。したがっ
て、緑については高いコントラスト比が得られるものの
、青及び赤について得られるコントラスト比は比較的低
くなる。
Ｏｇａｗａの米国特許第４８３２５１４号明細書は、セ
ルの厚さを各カラー画素に対して最適化したねじれネマ
チック型の液晶ディスプレイを提案して、この問題を解
決した。つまり、各赤色セルの厚さを赤色光に対して最
適化し、各緑色セルの厚さを緑色光に対して、各青色セ
ルの厚さを青色光に対して最適化した。この構造は上記
で論じた旋光分散の問題を克服しているものの、非常に
複雑な構造が必要であり、実現するのに費用がかかる。
Ｄｉｒの米国特許第４５０８９５８号明細書は、２色性
染料を液晶物質に加えて分散の問題を解決することを提
案した。染料混合物が、吸光比の高い偏光子とあいまっ
て、光のにじみ出しを防止し、液晶のコントラスト比を
向上させた。
Ｃ０発明が解決しようとする問題点 したがって、本発明の目的は、最小のカラーにじみ出し
を示す、ねじれネマチック液晶カラー・ディスプレイを
提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、一定の厚さの液晶セルを有
する、最適化したねじれネマチック液晶カラー・ディス
プレイを提供することにある。
本発明のさらにもう一つの目的は、単純な平面構成のね
じれネマチック液晶カラー・ディスプレイを提供するこ
とにある。
Ｄ０問題点を解決するための手段 所与の距離だけ離し、間に液晶物質を配置した、２枚の
透明シートを含む液晶ディスプレイ装置を記載する。隣
接する片方の透明シートは、各入射原色波長を別々に偏
光させる働きをする少なくとも３個の多色偏光子のスタ
ックである。少なくとも３個の多色偏光子の第２のスタ
ックが、第２透明シートに隣接しており、液晶構造から
出て来る原色偏光を選択するように配向されている。
Ｅ、実施例 本発明の説明に入る前に、液晶セルの幾何形状、表記法
、オフ状態透過率の計算式、最適偏光子配向の解析式の
定義を示しておく。
一般には、入射及び出射偏光子が、それぞれ液晶層の前
後に配置されている。＋２方向に伝播し、偏光が入射偏
光子によって定義される入射光場が、液晶媒体に垂直に
入射する。セル中では、厚さｄの液晶層が直角座標系の
２＝０平面及びｚ＝ｄ平面の間に局限されている。両表
面は、ｘｙ平面内にある表面に対して定義された予傾斜
角θ、の−様な配向を与えるように処理されている。入
射面にある液晶導光子（ｄｉｒｅｃｔｏｒ）はＸ軸方向
に向き、出射面では、液晶はＸ軸に対して方位角φの方
向に向いている。φは液晶のねじれ角、φＥｎｔは入射
偏光子角、φＥｘｉｔは出射偏光子角と呼ばれる。
すべての方位角（φ、φ　　　φ　、）は、反時Ｅｎｔ
’　　Ｅｘｌｔ 計回り（右手）方向が負、時計回り（左手）方向が正で
ある。
式での表記法は、次の通りである。
λは入射光の波長、 ■５は入射光の強度、 ｄはセルの厚さ、 予傾斜角θ、は表面に対して定義される。
φはねじれ角を表す。
φＥｎｔは入射偏光子角、 φＥｘｉｔは出射偏光子角、 ｎ及びｎは常光線及び異常光屈折率である。
Ｏｅ オフ状態透過率の計算式は、次の通りである。
−様にねじれたネマチック・セルでは、垂直入射の場合
のオフ状態透過強度は、次式で表される。
■＝■ｏ［ｃｏｓ２（Φ−ΦＥｘｉｔ＋ΦＥｎｔ）”５
ｉｎ２（Φ９）　ｓｉｎ　２（Φ−ΦＥｘｉｔ）５ｉｎ
２ΦＥｏｔ”２．７ ｓｉｎ（２Φ　ｐ）ｓｉｎ２（Φ−ΦＥｘｉｔ＋ΦＥｎ
ｔ）−」−５ｉｎ”（Φ訂＋ｕ”）ｃｏｓ２（Φ−ΦＥ
ｘｉｔ）１＋ｕ２ ｃｏｓ　２ΦＥｎｔ　］ θ３＝０、φ　　＝０、φＥｘｉｔ”φのねじれネマｎ
ｔ チック・セルでは、透過率の式はＧｏｏｃｈ及びＴａｒ
ｒｙの式に還元される。つまり、 ！　＝　Ｉｏ　（１−［５ｉｎ（２Φ＼吊７）］／（１
＋ｕ２）　）最適の偏光子の向きの計算式は、次の通り
である。
各液晶セルごとに、波長λでの最適出射偏光子角は、次
式で与えられる。
ただし、ｎ＝ｏ、１．２．３．、、、。
波長λでの最適入射偏光子角は、次式で与えられる。
式１〜４により、任意の液晶について、オフ状態光透過
率が最小となる波長λの光線についての最適の偏光子の
向きを計算することができる。これらの式を用いて、第
２ａ図及び第２ｂ図に示した曲線を導いた。上記のよう
に、これらの図は、（所与の波長に対して）最小の光透
過率を実現するセルの厚さが実際には１つしか存在しな
いことを示している。透過率が最小となる、より大きな
厚さが存在するものの、そうした厚さのセルでは切替え
が遅すぎて実用的でない傾向がある。
第１図には、第３図に示した１個の入射及び出射偏光子
をそれぞれ複合多色偏光子２０及び２２で置き換えた、
ねじれネマチック液晶セルを示す。
各複合偏光子は、それぞれある波長の光を偏光させ、そ
の他のあらゆる波長の光を偏光されずに通過させる、１
連の３枚の重ね合わせた偏光シートから構成されている
。入射面及び出射面２４及び２６がそれぞれ、赤色、青
色、緑色の波長（すなわち、６６００Ａ、５５００Ａ１
４８００Ａ）を偏光させる３枚の異なるシートを含む複
合偏光子がある。つまり、緑色用偏光シートは、５５０
０Ａの光だけを偏光させ、その他の光は偏光させず、他
も同様である。このような選択的偏光シートは、東京都
板橋区の王立電機株式会社から市販されている。
入射側及び出射側の赤色、青色、緑色用偏光シートの各
選択対ごとに、所与の色に対して液晶がオフ状態のとき
透過が最小となるように、偏光の向きを選ぶ。最適の偏
光子の向き（φ１０、φＥｘｉｔ）は、主として、液晶
の屈折率、ねじれ角、セルの厚さ、予傾斜角、及び光の
波長に依存している。
偏光子の向きを各液晶セル構造ごとに最適化するときオ
フ状態透過率がゼロとなる、２組の偏光子の向き（φ　
　　φ　、）が存在する。これは、Ｅｎｔ’　　Ｅｘｒ
ｔ あらゆる色について成立する。ねじれ角が９０゜のねじ
れネマチック液晶の場合、及びｎ”１゜５０、ｎ　＝１
．５９、θ、＝１°かつセルの厚さがｄ＝５．５ミクロ
ンの液晶の場合、オフ状態透過率がゼロのとき、青色で
は（φＥｎｔ＝６．１゜φＥｘｉｔ”−６”°）または
（φＥｎｔ＝９６．　１’φ　、＝８３．９°）、緑色
では（φＥｎｔ””ｘｉｔ ３゛　　φ　、＝−１，３°）または（φＥｎｔ＝９Ｅ
ｔ＋ｔ １．３゛　　φ　、＝８８．７’　）、赤色ではｘｌｔ （φ　　＝−５，Ｏｏ　　φ　、＝５．０’　）またＥ
ｎｔ　　　　　　　　　　　　　　Ｅｘｘｔは（φ　＝
８５．　Ｏ”　φ　、　＝９５．０’　）Ｅｎｔ　　　
　　　　　　　　　　Ｅｘｘｔとなる。こうして、各入
射及び出射カラー偏光子セットを当該の色について最適
化した複合偏光子構成により、ねじれネマチック液晶デ
ィスプレイにおける旋光分散を最小にすることが可能で
ある。
第４図は、上記で計算したような１組の偏光子の向きを
示す。青色及び緑色用の入射偏光子は６゜１°及び１．
３°に向けた偏光軸を有し、赤色の入射偏光軸は−５，
０°である。さらに、出射偏光軸は、０°軸に関して対
称である。式１〜４の計算の結果がそうなるので、実際
にそうである必要はない。
第５図には、赤色、青色、緑色用の偏光シート３０．３
２，３４を含む複合多色偏光子の分解図を示す。各シー
トは、カラー波長に敏感であり、吸収材の軸に垂直な特
定の色の偏光だけを通過させる吸収材を含む。他の色は
、偏光されずに通過する。図かられかるように、入射光
３６がシート３０．３２．３４を通過すると、各原色が
それぞれ所望の偏光角でカラー・フィルタ・シート３８
に入射する。フィルタ３８は、偏光された光の一つ（た
とえば赤色光）が液晶物質中に入り、適当に偏光された
、（式３で指示されるように向けた）出射複合偏光シー
トに達するようにする。
１個の色フィルタ３８だけが示しであるものの、当業者
なら知っているように、フルカラー・ディスプレイでは
、ＲｌＢまたはＧで表した各セクションがそれぞれ赤色
光、青色光または緑色光だけを通過させる、第６図に示
したタイプの複合フィルタが必要である。このようなフ
ィルタを、第３図に示した構造に含める。
上記の複合多色偏光子構成を用いたフルカラー液晶ディ
スプレイは、オフ状態で、あらゆる色に対して等しく完
全な暗状態を有するはずである。
しかし、偏光子の向きが異なるために、オン状態での光
透過率が僅かに異なることがある。光源及びカラー・フ
ィルタのスペクトル分布を調節することによって、あら
ゆるカラーについて等しい透過強度が得られる。透過型
の液晶の応用分野では、輝度は背面照明によって妥当な
範囲内で調節できるので、高い輝度よりもむしろ高いコ
ントラスト比の方が重要である。
好ましいセルの幾何形状を得るには、平行な偏光子を使
って緑色のオフ状態透過率がゼロになるようにまずセル
の厚さを選定する。これは、５５００Ａの場合、セルの
厚さをｄ＝５．２９ミクロンにすると、実現できる。こ
れは、φｇＥｎｔ　”φｇＥｘｉｔ”０″　または９０
°　を与える。次いで、青色及び赤色の場合にも透過率
がゼロになるように、青色及び赤色用の偏光子を最適化
する。すなわち、青色の場合はφｂＥｎｔ＝４．６°　
または９４゜６°　　φ　　、−−４，６°　または８
５．４゜Ｅｘ＋を 赤色の場合はφ’Ｅｎｔ＝−６，５°　または８３．５
’φ’Ｅｘｉｔ＝　６　、５　’　または９６．５°　
　この幾何形状を用いると、３色すべてのオフ状態透過
率がゼロになり、オン状態では、緑色が最大の透過率を
示すものの、はとんど同じ透過率になる。青色、緑色、
赤色の比透過率は０．９７：に〇、９５である。したが
って、オン状態ですべての色の強度を等しくするのに、
光源及びカラー・フィルタの調整がほとんどまたは全く
不要である。
本発明を、９０゛ねじれネマチック液晶セルに関して説
明したが、本発明は、様々なセルの厚さ、予傾斜角、ね
じれ角、液晶物質を有する、ねじれゲスト・ホスト液晶
ディスプレイ、２７０°超ねじれゲスト・ホスト液晶デ
ィスプレイ、超ねじれ複屈折効果液晶ディスプレイ、光
学モード干渉効果液晶ディスプレイを含めて、あらゆる
ねじれネマチック液晶ディスプレイに適用できることを
了解されたい。
本発明は、正の液晶ディスプレイ及び負の液晶ディスプ
レイ（オフ状態が明であり、オン状態が暗である）、９
０°ねじれネマチック・ゲスト・ホスト液晶ディスプレ
イ及び２７０°ねじれネマチック・ゲスト・ホスト液晶
ディスプレイを含めて２色性染料を含むねじれネマチッ
ク液晶ディスプレイ、透過モード、反射モード、透過反
射モードの液晶ディスプレイに適用できる。また、標準
の青色、緑色、赤色に限らず、（白を含めて）任意の色
の組合せ、及びフィールド順次カラー・ディスプレイに
も適用できる。
本発明は、また、（不均一なねじれネマチック液晶ディ
スプレイのフィールド・オフ状態及びフィールド・オン
状態など）異なる液晶の向きでカラーねじれネマチック
液晶ディスプレイを最適化するのに使用できる。また、
高度に予傾斜させた、超ねじれ複屈折効果液晶ディスプ
レイ・セルにとっても重要である。また、カラーねじれ
ネマチック液晶ディスプレイが、ある選定した斜めの入
射角で最適化されるように、偏光子の向きを選定するこ
ともできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に従って作成した９０゛　ねじれネマ
チック左手液晶セルの概略図である。 第２ａ図及び第２ｂ図は、赤色光、青色光、緑色光の波
長について透過率をセルの厚さに対してプロットしたグ
ラフである。 第３図は、従来技術の９０゛ねじれネマチック左手液晶
セルの概略図である。 第４図は、本発明を取り入れた９０’　ねじれネマチッ
ク液晶セルについて、入射及び出射偏光角をプロットし
たグラフである。 第５図は、複合偏光シートとカラー・フィルタの拡大概
略図である。 第６図は、本発明で使用可能なカラー・フィルタ・シー
トの概略図である。 出願人　　インターナシ日ナル・ビジネス・マシーンズ
・コーボレーシゴン 代理人　　弁理士　　頓　　宮　　孝 （外１名） 厚さ　（μｍ） 第２ａ図 厚二　（μｍ） 第２ｂ図 ト粕 従来技、ｆ行 Ｆ　９０ｏ　ＴＮ　　ＬＣＤ　） 第３図 鄭刷

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）所定の距離だけ隔置した２枚の透明シートを有す
    るセルと、 上記２枚の透明シートの間に配置されたねじれネマチッ
    ク液晶手段であって、光線が上記ねじれネマチック液晶
    手段中を所与の距離だけ走行する際に異なる色の光線の
    偏光ベクトルを異なる量だけ回転させるねじれネマチッ
    ク液晶手段と、上記透明シートの第１のものに隣接して
    配置された少なくとも３枚の色特異性偏光子板であって
    、上記ねじれネマチック液晶手段が上記各色の光線の偏
    光ベクトルを上記所定距離にわたって既知量だけ回転さ
    せるように、上記各偏光子板が、特定の色の光に既知の
    入射偏光を与えるように配向された、色特異性偏光子板
    と、 上記透明シートの第２のものに隣接する、出力偏光子手
    段と、 を含む液晶ディスプレイ装置。
  2. （２）平坦な形状及び一定の厚さを有する液晶セルであ
    って、 上記セルの片側に隣接する、赤、青及び緑の重なり合っ
    た偏光板と、 上記セルの他の側に隣接する、赤、青及び緑の重なり合
    った偏光板とを有する 液晶セル。
  3. （３）各々、特定波長帯の光を偏光にし且つ他の波長帯
    の光には影響を与えない偏光子を、複数枚、重ねて配置
    した偏光子構造体を有し、上記各波長帯ごとの上記偏光
    子の偏光方向を、暗状態における光の漏洩が最小限にな
    るように選定した液晶セル。
JP1260390A 1988-10-28 1989-10-06 液晶ディスプレイ装置 Pending JPH02150821A (ja)

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US07/263,822 US4968120A (en) 1988-10-28 1988-10-28 Multicolor liquid crystal display
US263822 1988-10-28

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ID=23003368

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