JPH041330B2 - - Google Patents

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JPH041330B2
JPH041330B2 JP59143176A JP14317684A JPH041330B2 JP H041330 B2 JPH041330 B2 JP H041330B2 JP 59143176 A JP59143176 A JP 59143176A JP 14317684 A JP14317684 A JP 14317684A JP H041330 B2 JPH041330 B2 JP H041330B2
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angle
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Amusutatsutsu Heruman
Haimugarutonaa Deiitaa
Kaufuman Mainorufu
Jei Shefuaa Terii
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Asea Brown Boveri AB
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Publication of JPH041330B2 publication Critical patent/JPH041330B2/ja
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    • 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
    • G02F1/1396Devices 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 the liquid crystal being selectively controlled between a twisted state and a non-twisted state, e.g. TN-LC cell
    • G02F1/1397Devices 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 the liquid crystal being selectively controlled between a twisted state and a non-twisted state, e.g. TN-LC cell the twist being substantially higher than 90°, e.g. STN-, SBE-, OMI-LC cells

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、正の誘電異方性とツイスト構造を有
すると共に対掌性添加物が添加されたネマチイク
液晶からなり、さらにこの液晶に傾斜角を発生さ
せる配向層と少なくとも一つの偏光子とが組合わ
された液晶デイスプレイに関する。
(従来の技術) このようなデイスプレイは、英国特許第
2087583号によつて知られている。このデイスプ
レイの液晶は、360度ツイストされ、傾斜角が約
35度となつている。ツイストの度合いが高いと、
双安定効果が得られて、双安定領域内の保持電圧
が印加されたとき、二つの異なつた捩じれ状態を
とることができる。一方の状態から他方の状態へ
の切り換えは、双安定領域より高い電圧または低
い電圧を瞬間的に印加することによつて実現でき
る。光学特性の変化はSchadt−Helfrich効果
(Appl.Phys.Lett.1B(1971)127頁参照)を用いた
偏光子によつて可視化することができる。即ち、
液晶層表面における液晶分子の配向方向を偏光子
の振動方向に対して平行或いは垂直にし、液晶の
層厚dと複屈折度Δnとの積を光の波長に比べて
大きくすることによつて、可視化することができ
る。対掌性ドーピングは、層厚dのツイスト・ピ
ツチpに対する比d/pが約0.98になるように選
択される。この英国特許に開示された技術にとつ
て意味のある上記した比の範囲は0.95から1.10で
ある。1.15より上の領域では、双安定性が現れ
ず、0.95より下の領域では切り換え時間が長くな
りすぎてしまう。層厚は15μmである。この英国
特許に記載されている測定値はこの比が0.9であ
る。またこの比が0.75の場合も述べられており、
更に層の厚さが7μmの場合についても考慮され
ている。このような公知のデイスプレイは、ライ
ンから印加される電圧の制御によつて書込が行わ
れる。しかし、連続して更新しなければならない
ので、数本のラインしか書込を行うことができな
い。このことはマルチプレクシングの程度が低
く、大きなドツド・マトリツクス・デイスプレイ
を構成することができないことを意味している。
米国特許第4143947号に記載された液晶デイス
プレイにおいては、電気的に活性化された後の減
衰時間が減少されている。ここに記載の液晶はツ
イスト構造を呈し、この構造は、セル板上におい
て相互に90度回転した関係にある配向板によつて
もたらされるものである。対掌性ドーピングが用
いられて、通常のピツチpが層厚dとの関係でd
と4dとの間の値になつている。この結果、捩じ
れ角は90度或いは270度になる。誘導異方性は正
であり、印加電圧に応じた光学特性の変化は
Schadt−Helfrich効果を用いて可視化される。
液晶の層厚は12.5μmである。しかしながら、こ
の米国特許に記載されているデイスプレイは、マ
ルチプレクシング能力の点に関しては、Schadt
−Helfrich型の従来の液晶デイスプレイに比較し
て何ら優れていない。これらのデイスプレイは、
したがつて相対的に平坦な特性曲線を有し視角依
存度が高い。それゆえに、高情報密度の大型デイ
スプレイには適したものではない。
最後に、特開昭57−133438号公報に記載されて
いる液晶デイスプレイは捩じれ角が270度となつ
ている。印加電圧に応じた光学的な変化は、ゲス
ト−ホスト効果によつて可視化される。即ち液晶
は二色染料によつてドーピングされ、セルには入
射側偏光子が配置される。光の振動方向は配向層
とは平行になつている。この形式のものもコント
ラストが低すぎるので、マルチプレクシングの程
度の高いデイスプレイには適していない。
ゲスト−ポスト・デイスプレイはJ.Appl.
phys.49(7)、1978年、4277−4279頁にも開示され
ている。このデイスプレイには入射側偏光子が配
置され、液晶は捩じれ構造となることもある。液
晶の層の厚さは9μmであり、デイスプレイはマ
ルチプレクシングアドレツシングによつて作動す
る。異なる量の対掌性添加物を添加して、異なつ
た比d/pの値を得ている。透過度の測定は捩じ
れ角が90度、270度及び450度のときの応答時間に
関して行つたものであり、伝達特性は90度の捩じ
れの場合に対して行つたものである。しかしなが
ら、このデイスプレイも、コントラストが低すぎ
るので、マルチプレクシングの程度の高い用途に
は不適当である。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明の目的は、従来慣用のマルチプレクシン
グプロセス、望ましくは、IEEE Trans.EI.Dev.
DE−21、146−155頁に開示の技術に従つて制御
でき、この制御によつてマルチプレクシングの度
合いを高めることができ、しかも光学的アピアラ
ンスを向上できる新規な液晶デイスプレイを提供
することにある。ここに、マルチプレクシングの
度合いを高めることができる、と言うことは信号
電圧供給ラインの本数を多くできる、と言うこと
であり、光学的アピアランスを向上する、と言う
ことは広い視野角でコントラスト及び輝度を高め
ることができると言うことである。
(問題点を解決するための手段) 上記の目的を達成するめに、本発明では縁部を
備えたセルを形成する二枚の面平行な支持板と、
対掌性添加物を含み正の誘電異方性を有してい
る、セル内に充填したネマチツク液晶と、前記支
持板の内側表面上の電極層と、少なくとも一つの
前方偏光子を有し、光がデイスプレイに入射して
そこから出射する間に少なくとも二回は偏光を施
す偏光手段と、前記電極層に重ね合わせた配向層
とを有し前記支持板に対して配向層における液晶
の光軸が所定の傾斜角を有するように、前記配向
層によつて隣接した位置にある液晶の分子が整列
されている多重化可能な液晶デイスプレイにおい
て、液晶の全捩じれ角φは180度に等しいかそれ
よりも大きく、かつ360度よりも小さくなつてお
り、液晶の層の厚さdとピツチpとの比のが0.5
に等しいか或いはそれよりも大きく、かつ0.95に
等しいかそれよりも小さくなるように対掌性添加
物のドーピングが行われており、液晶の層の厚さ
は10μmより小さく、少なくとも前方偏光子の振
動方向が前方配向層の配向方向と角度をなして、
直線偏光が液晶の全捩じれ角φと複屈折度Δnに
起因して、印加電極に応じて異なる度合いに楕円
偏光されてデイスプレイのコントラストが最適化
されるように構成される。電圧が第1の動作電圧
から第2の動作電圧に切り換えられたとき、通常
のマルチプレクシング制御におけると同時にデイ
スプレイの切り換えが行われる。このとき、これ
らの二つの動作電圧は、双安定現象が生じる条件
のもとでは双安定領域に入らないように選定され
る。また、液晶層の厚さを一定に保つためにスペ
ーサがデイスプレイの視野面全体に分散配置され
ている。
(作用) 液晶デイスプレイにおいて、マルチプレクシン
グ手段を設ける場合には、各画素における電圧オ
ン状態とオフ状態との間での電圧差がマルチプレ
クシングの度合いを高めるにつれて小さくなる、
と言う問題がある。本発明においては液晶の捩じ
れ角を180度乃至360度の範囲に定め、液晶層の厚
さdと捩じれピツチpとの比d/pを対掌性添加
物の添加により上述のように0.5乃至0.95に定め、
この状態を支持板の隣接部における液晶分子に傾
斜角を付与することにより安定させているので、
大きな捩じれ角を持つた液晶構造が得られる。こ
の大きな捩じれ角により、電圧オン状態とオフ状
態との間での電圧差が比較的小さくても液晶分子
に大きな傾斜角変化を与えることができる。即
ち、印加電圧と層の中央における液晶分子の傾斜
角との関係を示す第2図において、電圧変化によ
る傾斜角θの変化を比較的急峻にすることができ
る。
第2図は、電圧変化に対応する傾斜角の変化が
捩じれ角により異なることを示しており、曲線
は捩じれ角が210゜、曲線,,,,はそ
れぞれ捩じれ角が240゜、270゜、300゜、330゜、360゜

おける特性を示すものである。第2図から知り得
るように、捩じれ角270゜において傾斜角変化は最
も急峻である。本発明における液晶の捩じれ角範
囲が180゜以下では傾斜角の変化は緩やかになり過
ぎ、360゜以上では液晶構造が不安定になるため
に、縞模様が現れる。
液晶構造の安定性には比d/pも影響する。本
発明においては、この比を0.95以下に設定して安
定性を高めている。配向層における好ましい傾斜
角は、捩じれ角に応じて異なり、捩じれ角が大き
いほど好ましい傾斜角は大きくなる。捩じれ角が
270゜の場合、好ましい傾斜角は表面上で5゜または
それより若干大きい値である。
このように、本発明の液晶構造は、マルチプレ
クシングに際して有利な条件を与えるものである
が、更に本発明においては、光学的検出の態様が
マルチプレクシングにとつて最適になるように定
められている。即ち、捩じれ角180゜乃至360゜のも
とで、前方偏光子の振動方向が前方配向層の配向
方向に対して所定の角度を有するように偏光子を
配置すると共に、液晶層の厚さを10μm以下に設
定することにより、液晶分子の複屈折軸の各々に
ついて楕円偏光を発生させることができる。電圧
オフ状態では、液晶層内を伝播し、液晶の捩じれ
構造により偏光軸が回転して射出部において互い
に重畳される。この重畳された光は、波長に応じ
て楕円率及び主軸の方向が異なつた楕円偏光を形
成する。その結果第2の偏光子を通過した光の強
さは光の波長に依存する。
電圧オン状態では、各複屈折軸における楕円偏
光は、入射側の支持板に隣接する液晶において生
じるが、液晶層の内部では正の誘電異方性のため
に液晶分子の配向がある程度変えられており、そ
の結果、この部分では光の状態は複雑になる。射
出側の支持板の付近では、液晶の配向の変化は少
なく、液晶分子の二つの複屈折軸の各々に沿つて
楕円偏光が生じる。液晶を通過した光は互いに重
畳されるが、この重畳により生じる楕円偏光は電
圧オフ状態のときに生じる楕円偏光とは著しく異
なる。即ち、楕円の幅が極めて小さく、楕円の長
軸の方向も電圧オフ状態の下での方向とは異なつ
ている。勿論、楕円の形状とこの長軸の方向は光
の波長により異なるが、入射光の同一波長につい
て比較すると、射出側偏光子を通過するときの干
渉の結果、射出光の強さは電圧オン状態とオフ状
態とで異なつたものとなる。したがつて、入射側
偏光子の振動方向と入射側配向層の配向方向との
間の角度により、コントラストを変えることがで
き、本発明においては、この角度がコントラスト
を最適にするように選定いされる。
更に、本発明においては、射出光の強さが液晶
層の厚さdを10μm以下とすることにより高めら
れる。現在実用的な液晶材料の複屈折率Δnの値
に対しては、この層の厚さにより射出光の強さを
高める効果が達成できる。また、光の波長と射出
光の強さとの関係は、波長に応じて周期的に変動
する形状の曲線となるが、液晶層の厚さdが大き
いとこの変動は頻繁になる。厚さdを10μm以下
に制限することにより、この変動周期を充分に大
きくでき、その結果、射出光の強さの変動が人眼
の可視感度に大きく影響しないようにすることが
できる。
液晶層の厚さdを10μm以下とすることによ
り、異なる視角のもとでの光の透過経路の差を減
少させることができるので、視野角を大きくする
ことが可能になる。電圧印加状態において、液晶
の捩じれ構造が変形させられたとき、デイスプレ
イの射出側における光の強さが非常に敏感に変化
する。この変化は液晶層の厚さdに影響されるの
で、本発明においては、スペーサを設けて液晶層
の厚さを均一にしている。
このように、本発明においては、前述した構成
により、通過光の強さは印加電圧に非常に敏感で
あり、比較的小さい電圧変化により敏感な液晶の
構造変化を生じる。そして光学的な検出を非常に
敏感に行うことができるようになる。
第2図に示すように、捩じれ角が270゜を越える
範囲では双安定が現れる。本発明においては、電
圧をこの双安定性領域の外で与えることにより切
り換え速度を高めることができる。
出射する光の楕円率と光軸の程度が波長により
異なるために、印加電圧がオフ状態ではデイスプ
レイに色彩が現れ、そしてオン状態で暗或いは明
のそれぞれアピアランスがある。2つのアピアラ
ンス状態のコントラストは最適になる。
(実施例) 第1図に示した液晶デイスプレイは、縁部3を
含むセルを形成する2枚のガラス支持板1,2か
ら成る。通常のとおり、縁部3はガラスフアイバ
製のスペイサ4を含むエポキシセメントから成つ
ている。デイスプレイの全視角領域にわたつて支
持板1,2間に追加のスペーサ4がランダムに分
布される。対掌性添加物を含む正の誘電異方性の
ネマチツク液晶5がセル内に充填される。各支持
板1,2の内面はIn2o3電極層6,7の平行細片
を有し、一方の支持板1上の各細片の方向は別の
支持板2上の各細片の方向に対し垂直である。こ
のようにして、ドツトマトリツクス表示が形成さ
れる。しかし、例えば7セグメント構成等、その
他の電極形状も勿論可能である。配向層8,9が
電極層6,7及びこれら電極間のスペース上に設
けられる。シート状の直線偏光子10が前方支持
板1の外側に接合されている。また、直線偏光子
11が後方支持板2の外側に接合されている。更
に、光を反射させるために、メタル製外側反射器
12が偏光子11の後方に配置されている(第1
図中破線で示す)。こうした反射器は、例えば、
CH−B−618018として周知である。
第1a図には外側反射器の代わりに、例えば、
EP−B−060380として周知な内側反射器13を
用いた例が示してある。同断面図が示すように、
この反射器は電極層7と配向層9との間に配置さ
れる。その他の素子は、偏光子11を除けば第1
図と同じである。
第2図は代表的な液晶について、層中間におけ
る液晶の局部的な光学軸の傾斜角θと印加動作電
圧Uの間の理論的関係を表している。角度θは支
持板に対して測定される。両方の場合における支
持板上の液晶の傾斜角度は28゜である。デイスプ
イセル内の液晶の合計捩じれ角であるパラメータ
φは、角度210度(曲線)、240゜(曲線)、270゜
(曲線)、300゜(曲線)、330゜(曲線)及び36
0
度(曲線)をとる。この特定層厚dにおいて、
ピツチpはd/p比が次の式で表されるように選
ばれる。
(1) d/p=φ/360゜ これは、液晶層の捩じれ状態が安定で±180度
だけ余分に捩じれることがなく、デイスプレイが
光学的な妨害が生じないことを保証する。従つ
て、210゜、240゜、270゜、300゜、330゜及び360゜の各

はそれぞれ0.58、0.67、0.75、0.83、0.91および
1.0のd/p比に対応する。ピツチpは通常の使
用に従い、対掌性添加物を加えることによつて乱
されないネマチツク液晶中で生じる自然捩じれの
特有量として定義される。ピツチは、右手捩じれ
の場合系中で正、左手捩じれの場合系中で負と見
なされる。
本発明において、液晶のピツチpに対する層厚
dの比の大きさは0.50〜0.95の範囲、好ましくは
0.65〜0.85の間であることが重要である。即ち、
原則的には、φ=270゜の場合には、このd/pは
0.5〜1.0の範囲内の全ての値をとり得るが、この
d/pの値がより小さい値の側にあつたほうがデ
イスプレイの光学的アピアランスがよい。さらに
は、捩じれ角φが略360゜に近い場合には、d/p
の値が0.95を越えると、大きな捩じれ角での双安
定効果を伴う困難性が増大するとともに、光学的
アピアランスが低下してしまう。これらの理由に
より、0.95を越える部分を排除しているのであ
る。ピツチpは、ネマツチク液晶に対する対掌性
添加物の比重量%を変えることによつて調整でき
る。この重量%は、液晶と対掌性添加物の種類及
び層厚dに依存する。更に、配向層8,9の少な
くとも一方は5゜以上の傾斜角度、好ましくは約
10゜〜40゜で隣接する液晶分子を整列させることが
重要である。ここで、配向層8,9による整列は
対掌性添加物のドープされた液晶5の自然の回転
状態と一致することに注意しなければならない。
更に、層厚dは10μm以下で、デイスプレイセル
中の合計捩じれ角は180゜〜360゜の間、好ましく
は、240゜〜300゜の間とすべきである。層厚dは
10μm以下という制限について説明する。φの値
が270゜と同一或いはそれよりも小さく、透過率の
最大値が可視領域の中央(λが略0.55μm)にあ
る場合に、d<10μmのときには、実質的に可視
領域において最小値が生じることはない。しかる
に、270゜<φ<360゜の場合には、d>10μmにお
いて、可視領域において最小値が生じるが、光学
的アピアランスは許容できる範囲にある。しか
し、d>10μmのときには、このアピアランスは
低下しすぎてしまうのである。従つて、d<10μ
mという制限は、デイスプレイのアピアランスが
実用上支障のない範囲を規定しているのである。
この結果、デイスプレイのトランスフア特性、
即ち印加動作電圧を関数としたトランスフア曲線
は充分急勾配となり双安定挙動の範囲はこの範囲
外の動作電圧で通常のマルチプレクシング技術
(例えば、IEEE Trans.EI.Dev.,Vol.ED−21、
No.2、1974年2月、146〜155頁)によつてアドレ
ツシングが生じうるように挟められる。上記範囲
内におけるスイツチング時間は、その範囲外にお
けるよりも少なくとも100倍長いことが見出され
た。デイスプレイのトランスフア特性は第2図の
曲線における負の勾配(ここでは曲線〜)を
双安定領域(ヒステリシスループ)に置き換えら
れた形状となる点を除き、第2図の各曲線と同様
の形状を有する。
別の重要な点は、液晶の層厚dと複屈折度Δn
の積が0.6μm〜1.4μmの範囲、好ましくは、0.8μ
m〜1.2μmの間に位置することである。
本発明による液晶デイスプレイの透過度におけ
る動作を次に説明する。第1図において、直線偏
光子10によつて直線変更された光が支持板1を
透過し、配向層8上に整列された液晶に角度をな
して衝突する。液晶の合計捩じれ角φと複屈折の
ために、最初直線偏光であつた光は印加動作電圧
に応じて、様々に楕円偏光される。配向層9の配
向方向と後方直線偏光子11の振動方向の間にも
一定の角度が形成されている。ここで用いる配向
方向と言う用語は、配向層に直近した液晶の局部
的光学軸の方向の配向層面に対する投影方向であ
る。また、偏光子の振動方向は、偏光のベクトク
の振動方向を表わしている。液晶を出た楕円偏光
は、その主軸が偏光子11の振動方向に垂直か又
は平行であるかによつて、後方の偏光子11内で
完全に吸収されるか或いは吸収されない。最適の
コントラストは配向層8,9と偏光子10,11
間の上記角度を適当に選ぶことによつて達成され
る。この角度は時計方向又は反時計方向回りで、
20゜〜70゜の間、好ましくは30゜〜60゜の間の大きさ
を有している。時計方向回りは光の入射方向に対
して決められ、角度は配向層の配向方向を基準と
して計られる。
反射モードの動作も動作原理は透過モードの場
合と実質的に同じである。即ち、偏光子10が一
個だけ有する系における最適コントラストは、前
方直線偏光子10の振動方向と第1配向層8の配
向方向間の角度を適当に選択することによつて求
められる。
偏光子10,11の振動方向と配向層8,9の
配向方向間の上記角度は最適コントラスト比CR
を得る上で重要な役割を果たすため、この角度を
測る寸法を第4,5図の概略構成を参照して更に
詳しく説明する。
第4,5図は、偏光子10,11、配向層8,
9及びこれら層間に位置した液晶層5の構成を分
解斜視図の形で示している。層中における液晶の
合計角度φは、小さい長方形で概略的に表した一
連の液晶分子によつて明らかにしてある。図面を
見易くするため、支持板、縁部及び用いうる反射
器は省いてある。
セルの各要素は、入射光の伝播方向を向いた軸
に沿つて配置される。偏光子10,11の振動方
向と配向層8,9の配向方向は、セルの上記軸に
対して直角な対応面内に位置する矢印で示してあ
る。
上記軸(光の入射方向)が、時計回りで正、反
時計回りで負として角度が測られる右手座標系を
限定する。従つて、第4,5図の場合における液
晶分子の例は、前方配向層8から出るとき−270
度の捩じれ角φを持つた左ネジを形成する。
偏光子10,11の振動方向は、各偏光子面内
の破線で表した配向層8,9の配向方向からそれ
ぞれ角度β、γだけ回転されている。第4図の構
成において、角度β、γは共に正である。第5図
の構成ではβだけが正で、γは負である。以下、
角度の表示は常に第4,5図の約束に従う。
本発明は特に、層厚dが7.6μmで液晶の捩じれ
角φが−270゜の反射形デイスプレイセルで有用な
ことが実証された。この場合のd/p比は−0.75
である。第1の配向層8は板平面に対し5゜の角度
でSiOを斜め蒸着することによつて形成され、液
晶の配向層における局部的な光軸とこの光軸の板
平面に対する投影つまり配向方向間の傾斜角度が
28゜と成るように隣接する液晶分子を整列させる。
前方偏光子10の振動方向と配向層8の配向方向
は約30゜の角度を成す。第2の配向層9は研磨さ
れたポリマー層で、1゜の傾斜角度を与える。但
し、第1配向層と同様の配向層も可能である。液
晶5は西ドイツのMerck社製ネマツチク混合物
ZLI−1840から成り、2.05重量%の対掌性添加物
コレステリル・ノナノエートが含まれている。こ
の液晶は、+12.2の正の誘電異方性と0.15の複屈
折度を有する。温度範囲は258K〜365K、粘性は
273Kで1.18×10-4m2/s、293Kで3.1×10-3m2
sである。
上記のデイスプレイセルによれば、通常のマル
チプレクシング技術を使つて96本のラインがアド
レスできる。動作電圧は、非選択状態(暗)で
1.90V、選択状態(明)で2.10Vである。明状態
でデイスプレイは完全に無彩色となり、暗状態で
は暗青色となる。さらに、λ/4板等の光学的遅
延板を前方直線偏光子10と前方支持板1の間に
用いると、デイスプレイの色はそれに対応して変
化する。照射方向に関係なく、良好な範囲の視界
角度が得られる。デイスプレイのオン/オフスイ
ツチング時間は、296Kにおいて0.4秒である。
本発明の別の特に好ましい実施例は、0.7mm厚
の支持板1と0.5mm厚の支持板2を備えた反射形
デイスプレイセルから成る。層厚は6.5mm。デイ
スプレイセルは前方偏光子10、後方偏光子11
及び外側反射器12を有する。配向層8,9は共
に板平面に対して5゜の角度でSiOを斜め蒸着して
形成される。これらの層は、液晶の光軸が板平面
に対して28゜の傾斜角を成すように隣接する液晶
分子を配向させる。配向層8,9は合計捩じれ角
が−250℃の左方旋回を与えるように配置される。
液晶5としては、2.56重量%の対掌性添加物コレ
ステリル・ノナノエートを含むネマツチク混合物
ZLI−1840がセル中に満たされる。ZLI−1840の
複屈折度Δnは0.15なので、Δn×d=0.975とな
る。前方直線偏光子10の振動方向と対応する配
向層8の配向方向間の角度β及び後方直線偏光子
11の振動方向と対応する配向層9の配向方向間
の角度γは±45゜である。両方の角度が+45゜又は
−45゜の場合(曲線A)と一方の角度が+45゜で他
方の角度が−45゜或いはその逆の場合(曲線B)
におけるコントラスト曲線が第3図に示してあ
る。横軸は印加電圧をUボルトで、縦軸は明るさ
を任意単位でそれぞれ示す。第1のケース(曲線
A)では、非選択状態で明るい黄色の表示、選択
状態で黒の表示が得られる。このケースは、両方
の角度β、γが正又は負の同符号となるように選
ばれた第4図の構成に対応する(イエローモー
ド)。第2のケース(曲線B)では、非選択状態
で深い紫色の表示、信託状態で明るい表示が得ら
れる。このケースは、角度β、γが反対の符号を
持つように選ばれた第5図の構成に対応する(ブ
ルーモード)。測定はテクトロニクス製モデル
J6523の光度計を用い、垂直な入射光について行
つた。この光度計は人間の眼のスペクトル感度機
能を考慮したものである。電圧は30mv/sの速
度で掃引された。マルチプレクシング率100:1
における測定コントラスト比は次のとおりであ
る。
曲線A VS=1.580V コントラスト比=19.8 Vos=1.429V 曲線A VS=1.609V コントラスト比=11.8 Vos=1.456V 電圧VS、Vosは、前出のIEEE Trans.EL.Dev.
に掲載された論文に示されているような通常の選
択及び非選択用アドレツシング電圧である。従つ
て、多重化率100:1の場合、VS/Vos比は1.106
となる。
第4,5図のように配向方向に対し、それぞれ
角度β、γを有する2個の偏光子を用いる場合、
最適なコントラスト比を得るために満たされるべ
き2つの一般的条件が見出された。これらの条件
は次のように表せる。
(2) β+γ±90゜(第4図) (3) β+γ±0゜(第5図) 角度の範囲はどちらの場合にも、20゜≦|β|
≦70゜及び20゜≦|γ|≦70゜が成り立つように制限
される。条件(2)が満たされれば(例えば、β=γ
=±45゜)、非選択状態(イエローモード)で明る
い黄色の表示が得られる(第3図の曲線A)。一
方条件(3)が満たされれば、非選択状態(ブルーモ
ード)で深い紫色の表示が得られる(第3図の曲
線B)。
しかし、条件(2)と(3)は最適なコントラスト比を
得る上で充分な条件でないことが、第6,7図の
曲線から見てとれよう。これらの曲線は2個の直
線偏光子を有するセルの透過モード動作について
条件(2)又は(3)下の測定コントラスト比CRを角度
βを関数として示したものである。
上記の測定では、95.6重量%のZLI−2392
(Merck製)、2.5重量%のS811(Merck製)及び
1.9重量%のCB15(BDH製)が使われた。合計の
層捩れ角は−270゜、表面の傾斜角は24゜、層厚は
6.3μm、複屈折度は0.15であつた。
第6図に示した結果はイエローモード(β+γ
±90゜)に対応し、第7図の結果はブルーモー
ド(β+γ0゜)に対応している。イエローモー
ドの場合約22:1の最適コントラスト比を生ずる
角度βは約32゜で、0゜から明らかに外れているの
が認められる。
ブルーモード(第7図)の場合、最大コントラ
スト比CRは約6.5:1で明らかに低い。ここでβ
も約38゜と、予期しなかつた角度範囲に属する。
最適なコントラスト比CRに関連した角度βに
ついて驚くべき値が、次の理論的計算によつて確
認された。これらの結果は層厚dと複屈折度Δn
の積及び角度βを関数とし一定のコントラストの
ラインとして第8〜10図に示してある。
上記計算のため、マルチプレクシング比100:
1、層厚d=6.2μm、正常屈折率n0=1.5、液晶
の弾性定数比k33/k22=2.5、k33/k11=1.5、誘
電定数の比(ε11−ε1)/ε1=2.5、捩れ角−270゜、
ピツチ対層厚の比d/p=−0.75と仮定した。
第8図によれば、1個の偏光子を含み反射モー
ドで動作するセルの場合、角度βが約20゜でΔn×
dが約1.13μmのときのみ約3.6:1の最大コント
ラスト比CRが得られることが明らかである。こ
の場合、表面傾斜角度は28゜と仮定した。
2個の偏光子を含みブルーモードの反射動作時
におけるデイスプレイセル(第9図)では、β
45゜、Δn×d0.78μmで対応する値が得られる。
同様のイエローモード(第10図)では最大コ
ントラスト比がβ32.5゜、Δn×d0.84μmにお
ける値まで達する。上記した後の2例では、表面
傾斜角度を20゜と仮定している。
理論的に計算されたコントラスト比50及び150
は、測定値よりも明らかに高い。これは、偏光子
の2重使用のため、透過モードより優れたコント
ラスト比を与える反射モードでの動作を計算では
仮定したからである。
(発明の効果) 全体として本発明は、広い範囲の視界角度を持
ち、高マルチプレクシング、高コントラスト、高
速の液晶デイスプレイでしかも従来のTN(捩じ
れネマチツク)デイスプレイセルで実証された技
術を用いて製造できる液晶デイスプレイを可能と
するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるデイスプレイの断面図、
第1a図は内側反射器を備えた液晶デイスプレイ
の部分断面図、第2図は動作電圧U及び層中間の
捩じれ角θを変数とし、更に液晶の合計捩じれ角
φをパラメータとした曲線を示すグラフ、第3図
は2個の偏光子を備えた反射形液晶セルのコント
ラスト曲線を示すグラフ、第4図は第1図の液晶
デイスプレイにおける偏光子の概略構成図で、第
1モード動作(イエローモード)の場合を示す
図、第5図は第2モード動作(ブルーモード)の
場合における第4図と対応した構成図、第6図は
第4図による構成で偏光子の配向を関数として測
定コントラスト比CRを示すグラフ、第7図は第
5図による構成の場合の第6図と対応した結果を
示すグラフ、第8図は偏光子1個及び反射器1個
の構成について、偏光子の配向と積Δn×dを関
数とした一定コントラスト比の計算曲線を示すグ
ラフ、第9図は第5図による構成の場合の第8図
に対応した曲線を示すグラフ、及び、第10図は
第4図による構成の場合の第8図に対応した曲線
を示すグラフである。 1,2……支持板、3……縁部、4……スペー
サ、5……ネマチツク液晶、6,7……電極層、
8,9……配向層、10……前方偏光子、11…
…後方偏光子、12……外側反射器、13……内
側反射器、φ……デイスプレイセル内の液晶の合
計捩じれ角、θ……層中間における液晶の傾斜
角、U……印加動作電圧、d……液晶の特定層
厚、p……液晶層のピツチ、β……第1角度、γ
……第2角度。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 縁部3を備えたセルを形成する二枚の面平行
    な支持板1,2と、 対掌性添加物を含み、正の誘電異方性を有して
    いる、セル内に充填したネマチツク液晶5と、 前記支持板1,2の内側表面上の電極層6,7
    と、 少なくとも一つの前方偏光子10を有し、光が
    デイスプレイに入射してそこから出射する間に少
    なくとも二回は偏光を施す偏光手段と、 前記電極層に重ね合わせた配向層8,9とを有
    し、 前記配向層は該配向層における液晶の光軸が前
    記支持板に対して所定の傾斜角を有するように、
    該配向層に隣接した位置にある液晶の分子を整列
    させるようにしたマルチプレクシングが可能な液
    晶デイスプレイにおいて、 セル内における液晶の全捩じれ角φの絶対値が
    180度に等しいかそれよりも大きく、かつ360度よ
    りも小さい値であり、 液晶の層厚dとピツチpとの比の絶対値が、
    0.5に等しいか或いはそれよりも大きく、かつ
    0.95よりも小さいか或いはその値に等しく、前記
    支持板1,2間の液晶の層厚dが10μmよりも小
    さく、 非選択状態での動作電圧印加時に元々が直線偏
    光であつたものを液晶の全捩じれ角φと複屈折度
    Δnに起因して楕円偏光にし、該楕円偏光がデイ
    スプレイを出射する際に特定の色を発生するよう
    にすると共に、コントラスト・レシオ(CR)を
    最適とするように、支持板に隣接した偏光子の振
    動方向と該支持板上の配向層の配向方向との角度
    の絶対値が20度に等しいかそれより大きく、かつ
    70度に等しいかそれより小さい値に構成されてお
    り、 トランスフア特性の双安定領域の外で、動作電
    圧が印加されたデイスプレイのスイツチングを行
    うためのマルチプレクシング手段が配置されてお
    り、 デイスプレイの視野領域の全面にわたつて、ス
    ペーサが分散されていることを特徴とする液晶デ
    イスプレイ。 2 特許請求の範囲第1項に記載の液晶デイスプ
    レイにおいて、複屈折度Δnと層厚dとの積が、
    0.60μmと1.40μmとの間の値であることを特徴と
    するデイスプレイ。 3 特許請求の範囲第2項に記載の液晶デイスプ
    レイにおいて、前記の積の値は、0.80μmと1.20μ
    mとの間の値であることを特徴とするデイスプレ
    イ。 4 特許請求の範囲第1項に記載の液晶デイスプ
    レイにおいて、セル内の液晶5の捩じれ角の絶対
    値は、240度と300度との間の値であることを特徴
    とするデイスプレイ。 5 特許請求の範囲第4項に記載の液晶デイスプ
    レイにおいて、前記捩じれ角の絶対値は約270度
    であることを特徴とするデイスプレイ。 6 特許請求の範囲第1項に記載の液晶デイスプ
    レイにおいて、前記液晶5の誘電異方性は5に等
    しいかそれよりも大きいことを特徴とするデイス
    プレイ。 7 特許請求の範囲第1項に記載の液晶デイスプ
    レイにおいて、少なくとも一つの配向層における
    傾斜角は5度以上であることを特徴とするデイス
    プレイ。 8 特許請求の範囲第1項に記載の液晶デイスプ
    レイにおいて、単一の前方偏光子10を有し、後
    方支持板2には、メタル製拡散反射器12,13
    が配置されていることを特徴とするデイスプレ
    イ。 9 特許請求の範囲第8項に記載の液晶デイスプ
    レイにおいて、前方偏光子10の振動方向と前方
    配向層8の配向方向とのなす角βが約30度である
    ことを特徴とするデイスプレイ。 10 特許請求の範囲第1項に記載の液晶デイス
    プレイにおいて、二つの偏光子10,11を備
    え、前方偏光子10の振動方向と前方配向層8の
    配向方向との間に所定の角度βがついているだけ
    でなく、後方偏光子11と後方配向層9の配向方
    向との間にも所定の角度γがついていることを特
    徴とするデイスプレイ。 11 特許請求の範囲第10項に記載の液晶デイ
    スプレイにおいて、角度の絶対値が30度と60度と
    の間の値であることを特徴とするデイスプレイ。 12 特許請求の範囲第10項に記載の液晶デイ
    スプレイにおいて、メタル製の拡散反射用反射器
    12が後方偏光子11の後ろに配置されているこ
    とを特徴とするデイスプレイ。 13 特許請求の範囲第10項に記載の液晶デイ
    スプレイにおいて、入射光の方向にそつて時計回
    りの方向を正とした場合に、第1番目の角度βと
    第2番目の角度γの合計が、±90度に略等しいか、
    或いは零度に略等しいことを特徴とするデイスプ
    レイ。
JP59143176A 1983-07-12 1984-07-10 液晶デイスプレイ Granted JPS60107020A (ja)

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