JPH043018A

JPH043018A - フルカラー液晶表示装置

Info

Publication number: JPH043018A
Application number: JP2104122A
Authority: JP
Inventors: Furederitsuku Kureeru Jiyan; ジャン　フレデリック　クレール
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 1990-04-19
Filing date: 1990-04-19
Publication date: 1992-01-08
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JP2892101B2

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】こ産業上の利用分野：本発明は液晶表示装置に関し、特に可視域全色のカラー
表示を行えるフルカラー液晶表示装置に関する。

こ従来の技術］カラースーパーホメオトロピック（Ｃ３Ｈ）技術におい
ては、基板に対して垂直なホメオトロビ・ンク配列の液
晶の複屈折現象を電気的に制御し、補償板を組み合わせ
て用いる。Ｃ３Ｈ技術はフルカラー、高多重度（表示面
内のライン数）、広い観察角度（表示を視認できる角度
範囲）の液晶表示を可能とする。Ｃ３Ｈｔｎ術は、従来
のねじれネマチック液晶表示装置等に用いられている液
晶分子か基板と平行な一定の方向に配列するブレーナ配
列と比較して、より実現と安定化が困難なホメオトロピ
ック配列を必要とする。

７発明か解決しようとする課題；ホメオトロピンク配列はブレーナ配列と比較して実現、
安定化か困雑な技術である。フルカラー表示を行うため
にＣＳＨ技術を採用すると、この困難なホメオトロピン
ク配列を用いざるを得ない。

本発明の目的は、特にフルカラー表示と広い観察角度に
関してＣ３Ｈ技術と比較できる性能を有し、かつブレー
ナ配列を用いて実現できる液晶表示装置を堤供すること
である。

二ｙ題を解決するためり）手段］液晶セルはブレーナ配列を有する。

液晶セルと組合わせて補償板を用いる。

液晶分子のプし−ナ配列の方向に治って補償板の最小の
光学定数を配置し、垂直入射にＨして液晶セルの光学的
リターデーションと逆の光学的リターデーションを呈さ
せる。

液晶セルは内部に色フィルタとブランクマスクを備えた
カラー型である。液晶セルのセルギャップは色毎に独立
に選択される６９作用；液晶セルかオフ状態にある時、液晶には電圧が印加され
ないか、間値以下の電圧しか印加されない。このオフ状
態で、全ての液晶分子はフ゛シーす方向に配列する。補
償板の補償の結果として、垂直入射時、液晶のリターデ
ーションは補償板の逆のリターデーションにより全体的
に補ｉされる。

さらに、補償板の光学定数と厚さを適当な値に選ぶこと
により、補償効果は広い観察角度に亘って広げられる。

たとえば、二８０度の方位角に及ぶ６従って、補償板を
設けた液晶セルのオフ状態は黒く見える。

液晶セルかオン状態にある時、液晶セルには開鎖以上の
電圧か印加される。液晶セルの光学的リターデーション
は変化するか、補償板の光学的リターデーションは変化
しない、従って、補償板を備えた液晶セルのオン状態は
透明に見える。透明度は印加電圧によって制御されるバ
ルク内の液晶分子のチルト角度によって制御される。

液晶の各光学定数とフィルムの各光学定数が波長に対し
て分散を有していても、液晶の光学的リターデーション
と補償板の光学的リターデーションが絶対値においてほ
ぼ等しくなるように液晶セルのセルギャップは色毎に独
立に選択される。このため、各色の補償は最適の状態で
行われ、フルカラー表示が実現される。

３実施例］第１図に本発明の実施例による液晶表示装置を概略的に
示す。図において、液晶セルは上から偏光子１、液晶セ
ル３、補償板５、検光子７か積層された構造を有する。

液晶セル３は一対のカラス基板１１．１２に液晶分子９
か挾まれた横道を有する。一方の透明基板１１の上には
、赤色フィルタ１３、緑色フィルタ１４、青色フィルタ
１５かブランクスドライブ１７で分離されて配置され−
カラー型表示装置を構成している。また、一方力透明基
板１１１１１１Ｊにはセグメント電極１６か複数本配置
され、他方の透明基板１２上にはコモン電極１８が配置
されている。偏光子１の偏光軸Ｐ１と検光子７の変光軸
Ｐ２は直交し、液晶の配列方向に対してそれぞれ４５度
の角度をなしている。

液晶セルはホモジニアスなブレーナ配列を有する。ネマ
チック液晶分子の長軸は異常光線に対する屈折率ｎ　に
対にする向きにあり、ＯＸ軸に平×ｅ行である。セグメント電極１６はカラーフィルタの表面
に堆積され、コモン電極１８は透明基板の上に堆積され
ている。補償板５は厚さｄを有する。

これに対して、赤色、緑色、青色の角力ラーフィルタの
下の液晶層の厚さは、それぞれＧＲ，Ｇｏ、Ｇ８であり
、独立に選択されている。これは、液晶の光学定数は波
長と共に変化し、光学定数の変化と共に、複屈折性も波
長と共に変化することに対する解決策を与えている。

第２図（Ａ）は、液晶セルの複屈折性の波長変化を示す
グラフである。縦軸は異常光線に対する屈折率ｎ　と常
光線に対する屈折率ｎｘｏどの差Δｅｎ　を示し、横軸は波長λをμｍで示す、波長軸上の３
つのプロット０．４５．０．５５．０，６５はそれぞれ
第２図（Ｃ）に示すような、各カラーフィルタの透過帯
、すなわち青色帯、緑色帯、赤色帯の中心波長を示す、
青色から赤色間での波長変化によって生じる複屈折性の
変化は、平均値に対して約０．１の大きさを持つ。

補償板５も波長に対して光学定数を変化させる。

補償板５か、たとえばポリスチレンで形成された負の一
軸性を有する場合、常光線に対する屈折率ｎ　と異常光
線に対する屈折率ｎｃｅの差をΔｎｃＯとすると、その複屈折性ΔｎＣは、第２図（Ｂ）に示す
ように変化する。第２図（、八）と同様、縦軸は複屈折
性Δｎｃを表し、横軸は波長をμｍで示す。補償板の複
屈折性は液晶の複屈折性と比較−で約２桁小さい値を持
つ、また、波長変化による複屈折性の変化量も約ｏ、ｏ
ｏｉ以下である。

補償板５が一軸性である場合を説明したか、二軸性てあ
ってらよい、二軸性の場合屈折率はｎｌ、ｎ２．ｎ３と
なる。

一軸性の場合も、二軸性の場合も、補償板５の最ら屈折
率の低い軸を液晶分子の長軸方向である○Ｘ方向に沿わ
せる。

液晶層は正の誘ｒｊＬ率異方性を有する。すなわち、液
晶分子の長軸方向に平行な誘電率ε：：は長軸方向に垂
直な誘電率ε−よりも大きい、Δε〉○である。

このような液晶に対して負の一軸性の補償板を用いて良
好な補償を行うことかできる。ｉな、二軸性の補償板を
用いると、さらによい補償を行うことかできる。

以下、次の２つの場合について考察する。

第１＝　補償　か負の一軸性である場合補償板は負の一
軸性を有する。ここで負の一軸性とは、常光線に対する
光学定数ｎ。が異常光線に対する光学定数ｎ　よりも大
きいｎ□＞ｎｏことを意味する。補償板の主軸は、液晶
分子の配列方向に平行に配置する。すなわち、第１図に
おいて○Ｘに平行にｎ８軸を配置し、ｏｙ、ｏｚに平行
にｎ。を配置する。ここで、ｎ　ｅ　＜　ｎ。である。

液晶セルのキャンプＧは各色毎に次のように定める。

Ｇ　＝（ｎｃ　ｏ　　ｎ　ｃ　ｅ　）　ｄ　ｙ’　（ｎ
　ｘ　ｅ　　ｎ　Ｘ　Ｏ＞すなわち、補償板及び液晶の
屈折率は波長によって変化するので、液晶セルギャップ
は赤色、緑色、青色の各波長での屈折率を上式に代入し
て決定する。上式に従って液晶セルのギャップを各色に
対して選択することにより、各色で液晶を補償板のりタ
ーチージョンの大きさか等しく、符号か逆になる。好ま
しくは、液晶と補償板の常光線に対する屈折率はなるべ
く近接して選ぶ、常光線に対する屈折率をカラスの屈折
率１．５の近傍に選ぶと、屈折率界面における反射が減
少し、補償が改善される。

１上△ヱ皇Ｌ」一軸性フィルムは負の複屈折を有する高分子フィルム、
たとえばポリスチレンを一軸方向に引き伸ばすことによ
って得られる。

第３図は液晶セルかｎ　ｘ　ｏ　””　１、ヲ、ｎ　ｘ
　ｅ　””’　１−７、Ｇ＝５μｍ、を有し、補償板か
ｎ。。＝１．５、ｎ　　＝１．４９８、ｄ−ヲＯＯμｍ
である時の補ｅ償効果を示す、なお、考察した波長は０．５μｍて゛あ
る。

第３図（Ａ　）は、その右側に第１図に示した液晶表示
装置の法線方向からの角度である頂角の０度から８０度
まて゛の変化に対する補償板を備えた液晶セルの直交偏
向子を通した透過率Ｔを示す。

なお、液晶分子の配列方向である方向からの方位角は０
度に固定しである。すなわち、入射面はＯＸ軸とＯＺ軸
を含む面である。

第３図（Ａ）の左側は、上述の第３図（Ａ）の右側と同
じ条件でのリターデーションの大きさの変化を示す。こ
こで、ｌターデージヨシは、複屈折の屈折率差に厚さを
乗算し、波長て゛除！したものを度で表したものである
。リターデーションの量は、液晶と補償板について良く
一致した値を示している。

＠３図（Ｂ）の右側は、方７ｆｆ角を９０度に周定し、
頂角を０度から８０度まで変化させた時の透過率の変化
を示すグラフである。すなわち、入射面はＯＹとＯＺを
含む面である。

笛３図（Ｂ）の左側は、第３図（Ｂ）の右側と同じ条件
でのリターデーションの大きさを示す。

液晶と補償板のリターデーションが頂角か大きくなるに
従って広がっている。このため、透過率も頂角か増加す
るに従い増加している。透過率は、第３図（Ａ＞の場合
よりも高くなっているが、それでも頂角８０度で２５％
以下である。なお、透過率１００％は平行ポーラライザ
ーを通した時の透過率に相当する。

第３図（Ｃ）の右側は、方位角を４５度に固定した時の
頂角０度から８０度の変化に対する透過率ノ）変（ヒを
示すグラフである６第３図（Ｃ）の左側は、同一の条件下でのりターデー５
ヨシを示す。リターデーション力量は液晶と補償板につ
いて頂角が大きくなるに従って胃なる値を有する。

一方、第３図（Ｃ））の右側の区内に示すように液晶と
補償板の伝播モードは、正確には平行ではない（入射角
８０度の場合を図示する）。しかし、そカジフトは極め
て小さく１度以内である。結果として得られる透過率は
蜘めて低く、入射角８０度てら３　Ｑ。以下である。

第２．　補償板が二軸性の場合補償板が二軸性である。これは、補償板の三軸方向の光
学定数が異なることを意味する。この場合、光学媒体に
主軸はない。二軸性フィルムの最ム小さい屈折率の軸は
、液晶分子の配向方向に平行に配置される。中間の屈折
率を有する軸は、０２軸に治って配置される。すなわち
、補償板に垂直な方向である。最ら大きな屈折率は、補
償板の面内方向てかつ液晶分子の配向方向と直交する方
向に配置される。すなわち、ｎｃｌ＜ｒｈｃ３＜ｎＣ２
の時、ｎ　ｃ　１　　：ｌ　ＯＸ　＋　ｎ　ｃ　２１：
　ＯＹ、　ｎ　ｃ　３１１０Ｚである。液晶層の厚さは
、各色においてＧ＝　（ｎＣ２−ｎｃｌ）　ｄ／　（ｎ
ｘｅ−ｎｘｏ＞に選定される。なお、屈折率は波長と共
に変化するので、赤色フィルタ、緑色フィルタ、青色フ
ィルタに対してはそれぞれの波長での屈折率の値に対応
させて液晶セルのギャップを選択する。

好ましくは、液晶の常光線に対する屈折率と補償板のｎ
。２はできるだけ近い値に選ぶ。液晶の常光線に対する
屈折率と、補償板のｎ。２とかカラスの屈折率的１．５
に近い値に選択されると、補償は改善され、屈折率界面
における反射は低下する。

補償板の第３の屈折率ｎｃ３は、補償板の法線方向に配
置され、ｎＣ２に極めて近い値に、かつ僅かに低い値に
選択される。補償の均一性はｎ。３をｎ、２よりも僅か
に低い値にした時、大きく改善される。この結果は極め
て驚異的なものである。

プレーナ配列を有し、正の一軸性を有する液晶層を補償
する媒質は、液晶分子の配列方向に沿つて主軸を有する
負の一軸性媒質に限らない。ｎＣ２よりも瓜かに低い屈
折率ｎ。３を有する二軸性媒質は二め補償効果に優れて
いる。

第２の場合ｌニア″１例一軸性フィルムは、完全には一軸性で・ない引き伸ばし
によって得ることかで・きる、すなわち、ある方向に強
く引き伸ばし、直交する方向に弱く引き伸ばすことによ
って、二軸性ａ、質を形成することかてきる。たとニば
ポリスチレンにより負の複屈折を有する高分子フィルム
を形成することかて゛さる、第４図（、Ａ　）〜（Ｃ）は、二軸性の場合の補償効果
をリターデーションＲＴと屈折率Ｔで示す。

セルはｎｘｏ＝１．５、ｎｘｅ＝１．７、Ｇ＝５μｍで
あり、補償板はｎ　　−１，４９８、ｎ　ｃ　２　＝１
−５、ｎ　ｏ３−１−４９９８７５、ｄ”５００μｍで
ある。波長は第３図同様０．５μｍとする。

第４図（Ａ）の右側は、二軸性補償板を伽えた液晶セル
の方位角０度、頂角０〜８０度における透過率を示す、
すなわち、入射面はｏＸとＯＺを含む面て゛ある。

第４図（Ａ　）の左側は、箭４図（、Ａ）の右側と同一
の条件におけるリターデーションを示す。リターデーシ
ョンの量は、正確には同一ではない。

結果として生じる透過率は２つの直交偏光子における透
過率に近い、入射角８０度において、透過率は１６？み
て′あり、直交偏光子における１２％と比較される。

第４図（Ｂ）の右側は、方位角を９０度にした場合（入
射面はＯＸとｏＺと含む面となる）の頂角０〜８０度に
対する二軸性補償板を備えた液晶セルの透過率を示す。

第４図（Ｂ）の左側は、同一条件におけるリターデーシ
ョンを示す。リターデーションの量は、正確には一致し
ていないが、極めて近い値を持ち、結果として生じる透
過率はどの入射角に対しても低いものとなっている。−
軸性媒質を用いた第３図（Ｂ）の場合と比べて、透過率
は入射角８０度の場合に２２％から１３％と著しく減少
していることが判る。

第４図（Ｃ）の右側は、方位角を６４５度とした場合の
頂角０〜８０度に対する補償板を備えた液晶セルの透過
率を示す。

第４図（Ｃ）の左側は、同−条件におけるリターデーシ
ョンの量を示す。ワタ−デージヨシは正確には一致して
いないが、極めて近い値を有する。

伝播モードは第４図（Ｃ）の右側区内に示すように液晶
セルと補償板において、完全には平行て゛はないがその
シフトは極めて侠いも力であり、１度よりかなり小さい
。

一乾員の場合と比Ｂ＋で、透過率は入射角８０度の場合
に３％からＩ　Ｆ’Ｏに減少している。

二のように、−軸性補償板を用いて観察角度の広い液晶
表示装置か得られ、二軸性媒質を用いるとさらに改良さ
れた液晶表示装置が得られる。

以上実施例に沿って本発明を説明しなか、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１組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう
。

二発明力効果：以上説明したように、本発明によれば、ブレーナ配列を
有する液晶を用いて、フルカラーの優れた液晶表示装置
か得ちれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視図、第２図（、八）
、（Ｂ）、（Ｃ）は、フルカラー液晶表示装置における
液晶の複屈折性の色分散、補償板の複屈折性の色分散、
および色フィルタの透過帯を示すグラフ− 第３図（Ａ）〜（Ｃ）は、−軸性の補償板を用いた時の
透過率とリターデーションを示すグラフ、第４図（Ａ）
〜（Ｃ）は、二軸性補償板を用いた時の透過率とリター
デーションを示すグラフである。１ヲ１６．１８】７補償板検光子液晶分子透明基板赤色フィルタ緑色フィルタ膏色フィルタ電極ブラックストライプ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、一対の透明基板の間にネマチック液晶をプレー
ナ配列で収容する液晶セルであって、一方の透明基板上
にはフルカラー表示のためのカラーフィルタが備えられ
、液相層は色毎に選択された厚さを有する液晶セルと、前記液晶セルと平行に配置され、前記プレーナ配列の方
向に最小の屈折率を有し、液晶セルの有する光学的リタ
ーデーションと逆の光学的リターデーションを示す補償
板とを有するフルカラー液晶表示装置。
（２）、前記補償板が負の光学的異方性を有する一軸性
であり、主軸が液晶分子の配列方向に平行に設置され、
液晶分子のリターデーションと補償板のリターデーショ
ンが各色においてほぼ等しい大きさを持つ請求項１記載
のフルカラー液晶表示装置。
（３）、前記補償板が二軸性であり、最小の屈折率の軸
が液晶分子の配列方向と平行であり、中間の屈折率の軸
が補償板の法線に沿っており、最大の屈折率軸が補償板
の面内で液晶分子の配列方向にほぼ垂直であり、液晶分
子のリターデーションが各色において補償板のリターデ
ーションとほぼ等しい大きさを持つ請求項１記載のフル
カラー液晶表示装置。