JPH0215238A - 異方性補償ホメオトロピック液晶表示装置 - Google Patents

異方性補償ホメオトロピック液晶表示装置

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JPH0215238A
JPH0215238A JP63165072A JP16507288A JPH0215238A JP H0215238 A JPH0215238 A JP H0215238A JP 63165072 A JP63165072 A JP 63165072A JP 16507288 A JP16507288 A JP 16507288A JP H0215238 A JPH0215238 A JP H0215238A
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anisotropy
optical anisotropy
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crystal display
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Tatsuo Uchida
龍男 内田
Kazuo Ariga
有賀　数夫
Masahiro Kuniyasu
国安　誠祐
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    • G02F2413/14—Negative birefingence

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、液晶表示装置に関し、特にホメ第１ヘロピッ
ク配向したネマチック液晶層の異方性を補償しなホメ第
１・ロピック液晶表示装置に関する６［従来の技術］ ホメオトロピック液晶表示装置は鮮明な表示のできる液
晶表示装置として各種の利用、開発か進められている。
薄膜トランジスタを組み込んなホメオトロピック液晶表
示装置を例として、第６図（Ａ）、（Ｂ）を参照して、
説明する。
第６図中（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。薄膜
トランジスタホメ第１ヘロピック液晶装置は、第６図（
Ｂ）のように、２枚の偏光板１，６の間に液晶セルが挟
まれた構造を有している。液晶セルは、基板２と基板４
の間に負の誘電異方性を持つネマヂック液晶３か封入さ
れた構造を持つ。
第６図（Ａ）に示すように、一方の基板２上にはＴＦＴ
８と表示電極９か形成されている。他方の基板４には対
向共通電極が形成されている。
このホメオトロピック液晶表示装置の電界印加時である
ＯＮ時と無電界時であるＯＦＦ時の画素の状態を第７図
（Ａ）、（Ｂ）に示す。第７図中（Ａ）かＯＮ時、（Ｂ
）かＯＦＦ時を表す。
第７図（Ａ）、（Ｂ）に示す液晶表示方式はネカ型（電
圧印加時に明るくなる）ホメオトロピック方式であり、
２枚の偏光板１．６の偏光軸Ｐ１、Ｐ２は直交している
。
第７図（Ｂ）のＯＦＦ時には、液晶分子１０は基板表面
に垂直な方向に配向する。光軸方向から入射する入射光
は偏光板１で縦方向の直線偏光となり、基板２側から液
晶層３に入り、液晶層３を透過してそのまま基板４側か
ら縦方向の直線偏光として出射し、偏光板（検光子）５
に入射する。
偏光軸Ｐ２か横（水平）方向である偏光板５はこのＡｆ
Ｍ（ｍ光を阻止する。したかって、画素は「暗」状態で
ある。一方、第７図（Ａ＞のＯＮ時には、液晶分子１０
が基板の極近傍は別として電界によって方向を変える。
このため、入射光は複屈折することになり、後ろ側の偏
光板（検光子）６を透過する光が生ずる。液晶表示装置
の法線方向から観察した場合、画素は「明」状態となる
。
［発明が解決しようとする課題］ ＯＦＦ時の画素を法線方向から見た場合には、はぼ完全
な暗状態が得られるが、法線からずれた方向から入射す
る光に対しでは、完全な暗状態か得られない。
このために、視認角度がごく狭くなってしまう６一般に
液晶表示装置、特に透過型液晶表示装置の表示品位に最
も大きな影響を及ぼす因子はコントラストである。コン
トラストを高くするためには暗状態の光洩れをできるだ
け小さくすることが必要である。従って、上記のように
法線からずれた方向で十分な暗状態が得られないと表示
品位を著しく低下させてしまうことになる。
本発明の目的は、視認角度の広いホメオトロピック液晶
表示装置を提供することである。
［課題解決のために行った検討］ 上述の視認角度か狭い現象の理由を第８図を用いて解析
する。ホメオトロピック配向したネマチック液晶分子は
基板垂直方向に向きを揃え、液晶層３は第８図に示す屈
折率楕円体のように水平方向の屈折率かそれと直交する
方向の屈折率よりも大きい一軸性である。
第８図において、 −ｎ１１ ｎ　　　’＝ｎ土 ｎ＞ｎ。
たたし、ｎＩＩ、ｎ土はそれぞれ液晶分子の長軸方向及
び短軸方法の屈折率である。
ここで、理想的な偏光板が使用されているとすれば、観
察される光強度（出射光強度）■は、近似的には、 ら １−’　Ｉ　ｏ　（１−ｃｏｓ（−ＬＵΔＲ））Ｓｌｎ
（２φ）４　　　　　　　　λ　　　　　　　　　（１
）ただし、 （ΔＲはリターデーションと呼ばれる量、λは波長、ｄ
は液晶層の厚さ、Ｉｏは入射光強度、θ、φは第７図（
Ｂ）に示す角度） と表される。
（１）式より、ΔＲに対応して光が洩れてくることがわ
かる。
たとえば、負の誘電異方性を有するホメオトロピック液
晶材料として、メルク社製のｚＬ■−２８０６を用いる
と、ｎ８＝ｎ１１−１．５２、ｎ。
ｎ上＝１．４７６である。
例として、φ＝４５°、ｎ１１−１．５２、ｎ土＝１．
４７６、ｄ＝１０μｍ、λ＝５５０ｎｍの場合、　θ＝
０°　（法線と一致）であれば（１）式においてΔＲ＝
Ｏとなるから ■（θ＝Ｏ）−〇　　　である。
しかし、θ−３０°の場合は、それぞれの値を（１）式
に代入すると、 ■（θ＝３０冒＝０．２Ｉ。
となる。
このようにして求まる観察方向（θ）と出射光（洩れ光
）強度の関係を第９図に示す。第９図において、横軸は
入射角度θ、縦軸は出射光量Ｔを表す、出射光量■は入
射角度θが１０度例近がら立」二かり、２０度位がら増
加し、約４２度周辺に０．５　Ｉ　　のピークを形成し
て再び下がり、約４５度以上て再ひ小さな値となる。
［課題を解決するための手段］ 負の誘電異方性を有するネマチック液晶を含むホメ第１
ヘロピック液晶セルと１対の偏光器のうちの少なくとも
１方との間に、少なくとも２枚の軸性フィルム等の異方
性フィルムを配置し、各−軸性フィルｌ＼の光軸を基板
に平行な面内て９０度の角度をなす方向に配置して全体
として基板に垂直な方向に負の光学異方性を形成し、電
極間に電圧が印加されずホメオトロピック配向したネマ
チック液晶か基板に垂直方向を軸とする正の光学異方性
を形成した時、その光学異方性を補償する負の光学異方
性を呈する異方性補償手段を挿入する。
［作用］ 無電界時にネマチック液晶か基板に垂直な方向を向いた
１軸性異方性媒体となって正の光学異方性を形成した時
、液晶セルの正の光学異方性を異方性補償手段の負の光
学異方性か補償することにより有限な入射角方向での洩
れ光を減じることかできる。
［実施例コ 本発明の実施例による液晶表示装置の構成を第１図（Ａ
）及び（Ｂ）に示す。
ここて偏光板（偏光器）１１．１６と基板１２１４及び
液晶層１３は、第６図（Ａ）、（Ｂ）に示す従来のもの
と同様の構成である。第１図（Ａ）に示ずように偏光板
１６と基板１４との間（あるいは第１図（Ｂ）に示すよ
うに偏光板１１と基板１２との間）に少なくとも２枚の
光学異方性を持つ一軸性フィルムを９０度相対的に回転
して重ね合わせ、全体として基板に垂直な方向に負の光
学異方性を形成した異方性補償手段１５か挿入されてい
る。なお、第１図（Ａ）、（Ｂ）を組み合わせな構成て
もよい。
電界印加時のＯＮ時と無電界時のＯＦＦ時の表示画素の
状態を第２図（Ａ）と（Ｂ）に示す６液晶分子の状態は
従来のホメ第１・ロピック構成の場合と同様、ＯＦＦ時
にはネマチック液晶分子の長軸方向が基板に垂直となる
配置となる。ＯＮ時には液晶分子か垂直方向から離れ、
複屈折か生ずる。
すなわち、オフ時には液晶セルは「暗」状態であり、オ
ン時には「明」状態となる。
異方性補償手段１５は、たとえば第３図（Ａ）に示すよ
うな２枚の光学異方性を持つ一軸性フィルム１．５　ａ
、１５ｂを、基板に平行な面内で第３図（Ｂ）に示すよ
うに液晶表示装置の光軸の周囲に相対的に９０度回転し
て第３図（Ｃ）に示すように重ね合せて配置したもので
ある。ここて１５ａ、１５ｂか同一特性のフィルムであ
るとし、屈折率を第３図（Ｂ）に示すようにすると、２
枚の一軸性フィルムが合せられた積層フィルムの形態の
異方性補償手段１５の実行的な屈折率は、第３図（Ｄ）
に示すように、 ｎｌ“−ｎ２・−ｎ１＋ｎ、２ ｎ３＝ｎ２ となる。
従って、第３図（Ｄ）に示すように異方性補償手段Ｊ５
は光軸に平行な一軸性てあり ｎ１’−＝ｎ２＞ｎ３ なる関係か成立する。すなわち光学的に負の屈折率楕円
体（負の光学異方性）を有する。
なお、第３図（Ｄ）に示す光学的に負の１軸性屈折率楕
円体は２軸性フイルムを２枚合せることによってもでき
ることは当業者に自明てあろう。
ＯＦＦ時の表示画素の光学系を第４図に示す。
図中、光軸上を左から右へ偏光子（偏光器）１１、液晶
層１３、異方性補償手段１５、検光子（偏光器）１６が
配置されている。
ここで 。　　ＩＩ　　（液晶分子の長軸方向の屈折率）。　　
□　（液晶分子の短軸方向の屈折率）ｄ　：液晶層厚 ｄ゛　：異方性補償手段の２枚のフィルムの厚さの和 とすれば、基板に平行な面内で垂直から４５度傾いた方
向で、法線（光軸）からθ傾いた方向から入射する光の
出射光強度Ｉ“は近似的には、■゛−上１ｏ［１−ｃｏ
ｓ（λ工（ΔＲ十ΔＲ’））］５ｉｎ（２φ）４　　　
　　　　　　　　λ ・　・　・　　（２） たたし、 と表される。
（２）式において、ΔＲ十八へ’　−〇となるように、
異方性補償手段の特性を設定すれば、Ｉ。
０となる。
この条件下ではＯＦＦ時の洩れ光はどの視認方向からで
も零になる。したがって広い視認角度で高いコントラス
トの得られる表示となる。
（２）式において　Ｉ゛を小さくする条件は近似的には （ｎ　　−ｎ　　）ｄ十（ｎ３°　ｎ　１’　）　ｄ’
−ＯＯ すなわち （ｎ　　−ｎ　　）　ｄ＋（ｎ２−ｎｌ　）ｄ”　＝Ｏ
（３）Ｏ ここでｄ”（−ｄ’／２）は１５ａないし１５ｂの厚さ
、 とすればよい。
例えば、ホメオトロピック配向するネマチック液晶材料
としてメルク社製ＺＬ■−２８０６を使用すると、 ｎ＝１．５２、　ｎ　　’＝１．　４７６ｅ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　Ｏである。液晶層の特性が ｎ　　＝１．５２（−ｎ　１１）　、ｎｏ−１，４７６
（−ｎ土）、ｄ−１０μｍである時。
異方性補償手段を構成する御粘性フィルムがｎ　　＝１
．６５、ｎ２　＝　１　、６４であれば、ｄ　”　＝　
　（１，５２−１，４７６）ｘ１０／（１，６５−１，
６４）＝４４μｍとすれは良い。
このような−軸性フィルムには、たとえは、適当に一軸
延伸されたポリエーテルサルフォンフィルムかある。こ
のほかにも、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテ
ルイミド、ポリエーテル・エーテル・ケトン等の透過率
の高いプラスチックフィルムにて同様の特性を持つ異方
性補償手段を構成することができる。
この時の視認方向と洩れ光Ｉ“との関係を第５図に示す
。横軸に入射角度θ、縦軸に出射光強度■を表す。出射
光（洩れ光）の強度が小さいため、第９図と比較して縦
軸を１００倍に拡大して示す。
入射角約１０度かられずかに出射光強度■が増加するが
約４５度付近でもたかだか０．０００９　Ｉ　　程度で
しかない。ピーク値で約０．５ＩＯであった第９図に比
べて大きく改善されていることがわかる。
［発明の効果］ 広い視認角度をもつホメオトロピック液晶表示装置が得
られる。
【図面の簡単な説明】
第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例による液晶表示
装置の２配置例を示す断面図である。 第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図（Ａ＞の液晶表示装置の
動作を説明するための概略斜視図であり、（Ａ）はＯＮ
時、（Ｂ）はＯＦＦ時を表す。 第３図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ＞は第１図（Ａ）
、（Ｂ）の光学補償手段を説明するための図であり、（
Ａ）は部品図、（Ｂ）は屈折率の分布を示す図、（Ｃ）
は組立図、（Ｄ）は（Ｃ）における合成屈折率楕円体の
斜視図である。 第４図は第２図（Ｂ）のＯＦＦ時の動作を説明する概略
斜視図であり、液晶層と異方性補償手段とを屈折率楕円
体て示す。 第５図は第４図の光学系による入射角度θ対出射光強度
のグラフである。 第６図（Ａ）、（Ｂ）は従来技術による液晶表示装置を
示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。 第７図（Ａ）、（Ｂ）はホメオｌ−ロピック液晶表示装
置の動作を説明する概略斜視図であり、（Ａ）はＯＮ時
、（Ｂ）はＯＦＦ時を表す。 第８図は第７図（Ｂ）のＯＦＦ時の動作を説明するだめ
の概略斜視図であり、液晶層を屈折率楕円体で示す。 第９図は第７図（Ｂ）、第８図に示すＯＦＦ時の入射角
度に対する洩れ光のグラフである。 符号の説明 １．６　　　　　偏光板 ２．４　　　　　基板 ３　　　　　　　液晶層 ｎｏ　　　　　　　常光線に対する屈折率ｅ Ｐ　１　、　Ｐ２ １１　、１６ １２、１４ ０１　・　ｎ２ ｎ　１　・ｎ２ 　ｎ 異常光線に対する屈折率 偏光軸 偏光板（偏光器） 基板 ホメ第１〜ロピック液晶層 異方性補償手段 １軸性フイルムの屈折率 ３°異方性補償手段の合成屈折 率

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）、電極を備えた一対の平行基板間に負の誘電異方
    性を有するネマチック液晶層を挾み、電極間に電圧を印
    加しない状態では液晶分子がほぼ基板に垂直な方向に配
    向し、電極間に電圧を印加した状態では液晶分子が垂直
    方向から離れた方向に配向するホメオトロピック配向液
    晶セルと、ホメオトロピック配向液晶セルを挾み、互い
    に直角に交差する偏光軸方向を有する一対の直交偏光器
    と、 液晶セルと少なくとも１つの偏光器との間に配置され、
    光軸が基板に平行な面内で互いに９０度の角度をなす方
    向に配置された少なくとも２枚の異方性フィルムを有し
    、全体として基板に垂直な方向を軸とした負の光学異方
    性を形成し、液晶分子がホメオトロピック配向を取る時
    、その正の光学異方性を補償する負の光学異方性を呈す
    る異方性補償手段 を有するホメオトロピック液晶表示装置。
JP63165072A 1988-07-04 1988-07-04 異方性補償ホメオトロピック液晶表示装置 Pending JPH0215238A (ja)

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US07/374,751 US5039185A (en) 1988-07-04 1989-07-03 Homeotropic liquid crystal display device
EP19890401901 EP0350382A3 (en) 1988-07-04 1989-07-03 Homeotropic liquid crystal display device

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JP63165072A JPH0215238A (ja) 1988-07-04 1988-07-04 異方性補償ホメオトロピック液晶表示装置

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JP (1) JPH0215238A (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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