JPH04153621A - 二軸性光学素子とその製造方法 - Google Patents
二軸性光学素子とその製造方法Info
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- JPH04153621A JPH04153621A JP2278308A JP27830890A JPH04153621A JP H04153621 A JPH04153621 A JP H04153621A JP 2278308 A JP2278308 A JP 2278308A JP 27830890 A JP27830890 A JP 27830890A JP H04153621 A JPH04153621 A JP H04153621A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/30—Polarising elements
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-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
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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。
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、光学異方性素子とその製造方法に関し、特に
液晶表示装置の液晶セルの光学的異方性を補償するのに
適した二軸性光学素子およびその製造方法に関する。
液晶表示装置の液晶セルの光学的異方性を補償するのに
適した二軸性光学素子およびその製造方法に関する。
液晶表示装置として利用されているものに、ホメオトロ
ピック配同形液晶表示装置かある。その構造と特性を第
６図、第７図および第８図を参照して説明する。
ピック配同形液晶表示装置かある。その構造と特性を第
６図、第７図および第８図を参照して説明する。
第６図は、従来のホメオトロピック配同形液晶表示装置
の１画素における表示原理説明図である。
の１画素における表示原理説明図である。
図において、−Ｚ方向が光透過方向で、ｘ、ｙ軸は互い
に直交し、かつそれぞれはＺ軸に直交する方向である。
に直交し、かつそれぞれはＺ軸に直交する方向である。
偏光板１０．４０はそれぞれの偏光軸（矢印Ａ、Ｂ）が
直交するように、かつＸ軸、ｙ軸と４５度の角度をなす
ように平行配置されている。両偏光板１０．４０の間に
ホメオト口ピッり配向形の液晶セル２０が挟まれて配置
される。
直交するように、かつＸ軸、ｙ軸と４５度の角度をなす
ように平行配置されている。両偏光板１０．４０の間に
ホメオト口ピッり配向形の液晶セル２０が挟まれて配置
される。
液晶セル２０は電極を備え、平行に配置された透明ガラ
ス基板２１．２３と、基板２１．２３に挟まれた液晶層
２２とからなる。
ス基板２１．２３と、基板２１．２３に挟まれた液晶層
２２とからなる。
液晶は２軸かられずかにＸ軸方向に傾いたチルト角を有
し、電圧を印加しない状態では液晶２２の分子２５は基
板にほぼ垂直な方向に配向している。偏光板１０で六方
向に偏光された光は液晶層２２で何の作用も受けず、も
う一方の偏光板４０に入射する。偏光板４０の偏光方向
Ｂは偏光板１０の偏光方向Ａと直交しているため、透過
光は阻止される。このため、画素を液晶表示装置の二軸
方向からみた場合暗状態となる。
し、電圧を印加しない状態では液晶２２の分子２５は基
板にほぼ垂直な方向に配向している。偏光板１０で六方
向に偏光された光は液晶層２２で何の作用も受けず、も
う一方の偏光板４０に入射する。偏光板４０の偏光方向
Ｂは偏光板１０の偏光方向Ａと直交しているため、透過
光は阻止される。このため、画素を液晶表示装置の二軸
方向からみた場合暗状態となる。
一方、電圧印加状態では、液晶分子２５は特に液晶層の
中央部分でより大きなチルト角を示すようになる。この
状態で液晶は複屈折性を示す。偏光板１０を透過した光
は液晶層２２を通過する時、複屈折の作用を受け、偏光
板４０に入射する。複屈折の作用は、偏光軸Ａがチルト
角のあるＸ軸と４５度の角度をなす時最大である。この
ため、偏光板４０に入射する光の中、一部は透過する。
中央部分でより大きなチルト角を示すようになる。この
状態で液晶は複屈折性を示す。偏光板１０を透過した光
は液晶層２２を通過する時、複屈折の作用を受け、偏光
板４０に入射する。複屈折の作用は、偏光軸Ａがチルト
角のあるＸ軸と４５度の角度をなす時最大である。この
ため、偏光板４０に入射する光の中、一部は透過する。
このため、画素を液晶表示装置の二軸方向からみると明
状態となる。
状態となる。
以上、二軸に沿って光が進行する場合を説明したが、観
察者が二軸から離れると、オフ状態でも液晶が等方性媒
質として扱えなくなる。すなわち、オフ状態でも複屈折
を無視できなくなり、もれ光が生じる。このため視認角
度が制限される。
察者が二軸から離れると、オフ状態でも液晶が等方性媒
質として扱えなくなる。すなわち、オフ状態でも複屈折
を無視できなくなり、もれ光が生じる。このため視認角
度が制限される。
−軸性光学補償セル３０は、視認角を改善して二軸から
ずれた広い視角範囲で良好な表示ができるように、液晶
の光学的異方性を補償するためのものである。液晶層２
２と光学補償セル３０の光学的性質は、各軸方向ｘ、ｙ
、ｚの屈折率をそれぞれｎｘ、ｎｙ、ｎｚとｎ’ ｘ
、ｎ’ ｙ、ｎ’ ｚとすると、 液晶セル ｎ ｚ ＞ｎ ｘ＝ｎ ｙ光学補償セル
ｎ’ Ｚ＜ｎ’ ｘ＝ｎ’ ｙである。すなわ
ち、第６図の左側に示すように、液晶層２２の光学的（
屈折率）特性は二軸方向に細長いラグビーボール状の特
性であり、光学補償セル３０の光学的特性は、液晶層２
２と逆で二軸方向が短い平たい錠剤状の特性である。さ
らに、液晶層２２と光学補償セル３０のリターデーショ
ンを適当に調整することにより、良好な視認角をもつ液
晶表示装置か得られる。
ずれた広い視角範囲で良好な表示ができるように、液晶
の光学的異方性を補償するためのものである。液晶層２
２と光学補償セル３０の光学的性質は、各軸方向ｘ、ｙ
、ｚの屈折率をそれぞれｎｘ、ｎｙ、ｎｚとｎ’ ｘ
、ｎ’ ｙ、ｎ’ ｚとすると、 液晶セル ｎ ｚ ＞ｎ ｘ＝ｎ ｙ光学補償セル
ｎ’ Ｚ＜ｎ’ ｘ＝ｎ’ ｙである。すなわ
ち、第６図の左側に示すように、液晶層２２の光学的（
屈折率）特性は二軸方向に細長いラグビーボール状の特
性であり、光学補償セル３０の光学的特性は、液晶層２
２と逆で二軸方向が短い平たい錠剤状の特性である。さ
らに、液晶層２２と光学補償セル３０のリターデーショ
ンを適当に調整することにより、良好な視認角をもつ液
晶表示装置か得られる。
上に述べた従来の光学補償セルでは、電圧を印加しない
状態で、光漏れが生じ、黒レベルが悪化し、コントラス
トが低下して表示品質を悪くする。
状態で、光漏れが生じ、黒レベルが悪化し、コントラス
トが低下して表示品質を悪くする。
これは、液晶層２２の分子２５の配向方向が二軸に対し
て、若干の角度（チルト角）をもって配向されているた
めに起こる。
て、若干の角度（チルト角）をもって配向されているた
めに起こる。
第７図に従来の液晶表示装置の電圧射光透過率特性を示
す。従来のものでは、電圧ｏｆｆ状態でも透過率が零に
ならない。
す。従来のものでは、電圧ｏｆｆ状態でも透過率が零に
ならない。
第８図に従来の液晶表示装置の入力電圧と透過率の時間
的変化を示す。電圧ｏｆｆ時の光漏れＴＯＦＦのため、
立ち上がり速度（１０％Ｔ ＯＦＦ〜９０％ＴＯＮ＝１
５０ｍｓｅｃ）が立ち下がり速度（ＴＯＮ−ＴＯＦＦ
＝ １００ｍ ｓ ｅ ｃ ）よりも遅くなる。
的変化を示す。電圧ｏｆｆ時の光漏れＴＯＦＦのため、
立ち上がり速度（１０％Ｔ ＯＦＦ〜９０％ＴＯＮ＝１
５０ｍｓｅｃ）が立ち下がり速度（ＴＯＮ−ＴＯＦＦ
＝ １００ｍ ｓ ｅ ｃ ）よりも遅くなる。
さらに、従来のこのような液晶表示装置では、視認角が
高い時にガラス界面で光の反射が起り、光の伝播モート
が変化し、視認角が左右で異なるという非対称性があっ
た。
高い時にガラス界面で光の反射が起り、光の伝播モート
が変化し、視認角が左右で異なるという非対称性があっ
た。
本発明の目的は、上記従来の問題点を解決して、電圧ｏ
ｆｆ時の光漏れを減少し、応答速度か早く、しかも視認
角の非対称性のない優れた表示品質の液晶表示装置を実
現するのに適した光学素子およびその製造方法を提供す
ることである。
ｆｆ時の光漏れを減少し、応答速度か早く、しかも視認
角の非対称性のない優れた表示品質の液晶表示装置を実
現するのに適した光学素子およびその製造方法を提供す
ることである。
本願発明の二軸性光学素子は、液晶分子の長軸方向が基
板にほぼ垂直な方向に配向するホメオトロピック配向を
用いた液晶セルと共に用いるのに適した二軸性光学素子
であり、アイオノマ樹脂材で形成される。
板にほぼ垂直な方向に配向するホメオトロピック配向を
用いた液晶セルと共に用いるのに適した二軸性光学素子
であり、アイオノマ樹脂材で形成される。
本発明の二軸性光学素子の製造方法は、アイオノマ樹脂
シートを延伸して光学異方性を与え、二枚の基板で延伸
したアイオノマ樹脂シートを挟み、アイオノマ樹脂シー
トを加熱し、アイオノマ樹脂シートが光学的に等方性と
なる前に加熱を停止して冷却する工程を含む。
シートを延伸して光学異方性を与え、二枚の基板で延伸
したアイオノマ樹脂シートを挟み、アイオノマ樹脂シー
トを加熱し、アイオノマ樹脂シートが光学的に等方性と
なる前に加熱を停止して冷却する工程を含む。
［作用］
延伸したアイオノマ樹脂材のシートを基板に挟んで加熱
することにより、二軸性光学素子が作成できる。
することにより、二軸性光学素子が作成できる。
この光学素子を用いてホメオトロピック液晶の光学補償
を好適に行なうことができる。
を好適に行なうことができる。
第１図に、二軸性光学補償セルを用いた液晶表示装置の
実施例の一画素における表示原理説明図を示す。
実施例の一画素における表示原理説明図を示す。
図において、二軸が光透過方向で、ｘ、ｙ軸は互いに直
交し、かつそれぞれは二軸に直交する方向である。偏光
板５０．８０はそれぞれの偏光軸（矢印Ａ、Ｂ）が直交
するように平行配置されている。両偏光板５０．８０に
ホメオトロピック配同形の液晶セルフ０が挟まれて配置
される。液晶セルフ０は電極を備え、平行に配置された
透明ガラス基板７１．７３と、基板７１．７３に挟まれ
た液晶層７２とからなる。第１図に示す電圧を印加しな
い状態では、液晶７２の分子７５はわずかなチルト角を
もってほぼ光透過軸方向（二軸）にそろうので、偏光板
５０でＡ方向に偏光された光は液晶層７２で何の作用も
受けず、もう一方の偏光板７３に入射する。偏光板８０
の偏光方向Ｂは偏光板５０の偏光方向Ａと直交するため
、入射光は阻止され、画素を液晶表示装置の２軸方向か
らみた場合暗状態となる。ここで、６０は二輪性光学補
償セルであり、その光学的性質は、各軸方向ｘ、ｙ、ｚ
の屈折率をそれぞれｎｘ、ｎｙ。
交し、かつそれぞれは二軸に直交する方向である。偏光
板５０．８０はそれぞれの偏光軸（矢印Ａ、Ｂ）が直交
するように平行配置されている。両偏光板５０．８０に
ホメオトロピック配同形の液晶セルフ０が挟まれて配置
される。液晶セルフ０は電極を備え、平行に配置された
透明ガラス基板７１．７３と、基板７１．７３に挟まれ
た液晶層７２とからなる。第１図に示す電圧を印加しな
い状態では、液晶７２の分子７５はわずかなチルト角を
もってほぼ光透過軸方向（二軸）にそろうので、偏光板
５０でＡ方向に偏光された光は液晶層７２で何の作用も
受けず、もう一方の偏光板７３に入射する。偏光板８０
の偏光方向Ｂは偏光板５０の偏光方向Ａと直交するため
、入射光は阻止され、画素を液晶表示装置の２軸方向か
らみた場合暗状態となる。ここで、６０は二輪性光学補
償セルであり、その光学的性質は、各軸方向ｘ、ｙ、ｚ
の屈折率をそれぞれｎｘ、ｎｙ。
ｎ’ ｚとすると
ｎ ｚ＜ｎ ｙ＜ｎ ｘ
となるように設定される。
液晶分子７５の長軸方向は電圧ｏｆｆ時には二軸方向と
は一致せず、二軸に対しｚ−ｙ平面内でθのチルト角を
もっている。なお、このチルト方向Ｃに対し、両偏光板
５０，８０の偏光軸は４５度の角度で配置される。また
、光学補償セル６０の最も屈折率の高い最長軸ｎ’
ｘの方向は液晶分子７５のチルト方向Ｃと直交するよう
に選ばれる。
は一致せず、二軸に対しｚ−ｙ平面内でθのチルト角を
もっている。なお、このチルト方向Ｃに対し、両偏光板
５０，８０の偏光軸は４５度の角度で配置される。また
、光学補償セル６０の最も屈折率の高い最長軸ｎ’
ｘの方向は液晶分子７５のチルト方向Ｃと直交するよう
に選ばれる。
第２図に、第１図に示す構成の液晶表示装置の印加電圧
対透過率特性を示す。なお、比較のため、実線で本発明
の実施例による特性を、点線で従来ものの特性を示す。
対透過率特性を示す。なお、比較のため、実線で本発明
の実施例による特性を、点線で従来ものの特性を示す。
図で明らかなように、従来のものでは印加電圧にたいす
る透過率か単調に立ち上がる。これに対し、実線の実施
例の二軸性光学補償セルを使用したものは、初期の透過
率は従来のものよりも高いが、その後の透過率は低下し
、次に再び増大する。この最小透過率になる電圧をＶ
ＯＦＦとする。Ｖ ＯＦＦ電圧で透過率は殆ど零となり
、その後、電圧増加に従って透過率が上昇する。
る透過率か単調に立ち上がる。これに対し、実線の実施
例の二軸性光学補償セルを使用したものは、初期の透過
率は従来のものよりも高いが、その後の透過率は低下し
、次に再び増大する。この最小透過率になる電圧をＶ
ＯＦＦとする。Ｖ ＯＦＦ電圧で透過率は殆ど零となり
、その後、電圧増加に従って透過率が上昇する。
従って、この透過率最小となる電圧を黒レベル（オフ）
時の電圧として液晶セルを駆動すれば光漏れは減少し、
コントラストも向上する。
時の電圧として液晶セルを駆動すれば光漏れは減少し、
コントラストも向上する。
また、第３図に印加電圧の時間経過に対する透過率変化
を実施例のもの（実線）と従来のもの（点線）の比較で
示す。図により、立ち上がり初期の透過率は従来のもの
に比べ低く、立ち上がり時間すなわちＴｏｎに達する時
間が従来よりも短くなり、立ち下かり時間と同しになっ
ている。
を実施例のもの（実線）と従来のもの（点線）の比較で
示す。図により、立ち上がり初期の透過率は従来のもの
に比べ低く、立ち上がり時間すなわちＴｏｎに達する時
間が従来よりも短くなり、立ち下かり時間と同しになっ
ている。
次に、本発明による二軸性光学補償素子の製造方法の実
施例を説明する。
施例を説明する。
素子の材料としてアイオノマ樹脂を使用する。
これは、例えばエチレン−メタクリル酸共重合体を金属
イオンで架橋したもの（／１イミランあるいはサーリン
等）を使用できる。アイオノマ樹脂は延伸したンート状
のものを使用する。
イオンで架橋したもの（／１イミランあるいはサーリン
等）を使用できる。アイオノマ樹脂は延伸したンート状
のものを使用する。
まず、二枚の透明なガラス基板の間に延伸したアイオノ
マ樹脂シートを挟み、柔軟な袋に入れて排気して真空パ
ックする。なお、製造後に基板をそのまま残してもよい
し、一方あるいは両方の基板を取り除いてもよい。また
、両方の基板共取り除く場合には使用する基板は透明で
ある必要はない。
マ樹脂シートを挟み、柔軟な袋に入れて排気して真空パ
ックする。なお、製造後に基板をそのまま残してもよい
し、一方あるいは両方の基板を取り除いてもよい。また
、両方の基板共取り除く場合には使用する基板は透明で
ある必要はない。
次に、真空パックされたものを所定圧力下で加熱する。
加熱温度はアイオノマ樹脂の融点以上（バイアラミンあ
るいはサーリンの場合には８（℃以上）にする。このア
イオノマ樹脂は加熱前ｑシート状状態では延伸方向をＸ
（面内の他の方ｎをｙ）とすると屈折率はｎ’ ｘ＞
ｎ’ ｙである。
るいはサーリンの場合には８（℃以上）にする。このア
イオノマ樹脂は加熱前ｑシート状状態では延伸方向をＸ
（面内の他の方ｎをｙ）とすると屈折率はｎ’ ｘ＞
ｎ’ ｙである。
これを加熱することにより、ｎ’ ｘ＝ｎ’ ｙ
（＞ｎ’ ｚ）の−軸性に近付く。この加熱時間ある
（は加熱温度を適切に調整することにより、 ｎＸ＞ｎ
ｙ＝ｎ ｚとｎ’ ｘ＝ｎ’ ｙｅｎ’ Ｚ（１
’：中間の二軸性すなわちｎ’ Ｘ＞ｎ’ ｙ＞ｎ
’ ｚの特性を得ることができる。加熱することによ
りアイオノマ樹脂は柔軟になり、加圧することにより透
明基板との間に残る気泡は外部へ放出される。
（＞ｎ’ ｚ）の−軸性に近付く。この加熱時間ある
（は加熱温度を適切に調整することにより、 ｎＸ＞ｎ
ｙ＝ｎ ｚとｎ’ ｘ＝ｎ’ ｙｅｎ’ Ｚ（１
’：中間の二軸性すなわちｎ’ Ｘ＞ｎ’ ｙ＞ｎ
’ ｚの特性を得ることができる。加熱することによ
りアイオノマ樹脂は柔軟になり、加圧することにより透
明基板との間に残る気泡は外部へ放出される。
所定加熱後、圧力を除き、冷却する。冷却後、真空パッ
クから取り出す。なお、この冷却の際に樹脂が収縮して
Ｚ軸方向の屈折率ｎ’ ｚが最小になるものと考えら
れる。
クから取り出す。なお、この冷却の際に樹脂が収縮して
Ｚ軸方向の屈折率ｎ’ ｚが最小になるものと考えら
れる。
第４図に、本発明の実施例にょる二軸性光学補償セルの
シート形成時の延伸方向と処理後の屈折率との関係を示
す。
シート形成時の延伸方向と処理後の屈折率との関係を示
す。
さらに、第５図に示すように、光学補償セル６０ａの延
伸方向Ｄ（屈折率最大方向ｎ’ ｘ）を第１図のＸ軸
方向に対して４５°の角度に設定することにより、視認
角の左右非対称性を改善することができることが実験的
に確認された。
伸方向Ｄ（屈折率最大方向ｎ’ ｘ）を第１図のＸ軸
方向に対して４５°の角度に設定することにより、視認
角の左右非対称性を改善することができることが実験的
に確認された。
補償板か左右非対称になることか有効であるように思わ
れる。
れる。
以上、本発明を実施例に沿って説明したが、本発明はこ
れらに制限されるものではない。たとえば、種々の変更
、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であ
ろう。
れらに制限されるものではない。たとえば、種々の変更
、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であ
ろう。
本発明によれば、オフ時に光漏れが少なく、コントラス
トの高い光表示品質の液晶表示素子が提供できる。
トの高い光表示品質の液晶表示素子が提供できる。
さらに、応答性が高く、視認角の非対称性のない液晶表
示装置も得られる。
示装置も得られる。
第１図は、本発明の〜実施例の液晶表示装置の構造を示
す図、 第２図は、本発明の実施例による液晶表示装置の印加電
圧対透過率の特性を示すグラフ、第３図は、本発明の実
施例の透過率の時間変化を示す図、 第４図は、本発明の実施例の光学補償セルのシート延伸
方向と屈折率との関係を示す図、第５図は、本発明の他
の実施例を示す液晶表示装置の部分的構造を示す図、 第６図は、従来の技術による液晶表示装置の構成を示す
図、 第７図は、従来の技術による液晶表示装置の印加電圧対
透過率の特性を示すグラフ、 第８図は、従来の技術による液晶表示装置の印加電圧と
透過率の時間変化を示すグラフである。 図において、 １０．４０，５０．８０ 偏光板 ２２゜ ２５゜ ２３゜ 液晶セル 従来の光学補償素子 実施例の光学補償素子 基板（電極） 液晶層２５．７５ 液晶分子 特許出願人 スタ／レー電気株式会社
す図、 第２図は、本発明の実施例による液晶表示装置の印加電
圧対透過率の特性を示すグラフ、第３図は、本発明の実
施例の透過率の時間変化を示す図、 第４図は、本発明の実施例の光学補償セルのシート延伸
方向と屈折率との関係を示す図、第５図は、本発明の他
の実施例を示す液晶表示装置の部分的構造を示す図、 第６図は、従来の技術による液晶表示装置の構成を示す
図、 第７図は、従来の技術による液晶表示装置の印加電圧対
透過率の特性を示すグラフ、 第８図は、従来の技術による液晶表示装置の印加電圧と
透過率の時間変化を示すグラフである。 図において、 １０．４０，５０．８０ 偏光板 ２２゜ ２５゜ ２３゜ 液晶セル 従来の光学補償素子 実施例の光学補償素子 基板（電極） 液晶層２５．７５ 液晶分子 特許出願人 スタ／レー電気株式会社
Claims (3)
- （１）液晶分子の長軸方向が基板にほぼ垂直な方向に配
向するホメオトロピック配向を用いた液晶セルと共に用
いるのに適した二軸性光学素子であり、アイオノマ樹脂
材で形成された二軸性光学素子。 - （２）アイオノマ樹脂シートを延伸して光学異方性を与
え、二枚の基板で延伸したアイオノマ樹脂シートを挟み
、 前記アイオノマ樹脂シートを加熱し、 前記アイオノマ樹脂シートが光学的に等方性となる前に
加熱を停止して冷却する 工程を含む二軸性光学素子の製造方法。 - （３）前記アイオノマ樹脂は、エチレン−メタクリル酸
共重合体を金属イオンで架橋したものである請求項２記
載の二軸性光学素子の製造方法。
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