JPH04319914A - カラー液晶表示素子 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカラー液晶表示素子、特
に投写型のカラー液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大画面表示装置として、液晶プロ
ジェクターと呼ばれる投写型のディスプレイが注目され
ている。液晶プロジェクターは、従来のＣＲＴに比較し
て、軽量コンパクトで大画面の表示が可能であり、将来
の高精細ＴＶへの応用が期待されている。

【０００３】さて、液晶プロジェクター用のカラー液晶
表示素子としては、従来からツイステッドネマチックモ
ード（ＴＮモード）が広く用いられていた。ＴＮモード
にはノーマリブラックとノーマリホワイトという２つの
方式があるが、ノーマリブラック方式には旋光分散によ
る黒表示の着色という課題があるため、近年ではノーマ
リホワイト方式が主として用いられている。以下では、
このノーマリホワイト方式を従来のＴＮモードと呼ぶこ
とにする。

【０００４】従来のＴＮモードを用いたカラー液晶表示
素子の断面図を図２に示す。本図中、１は上側偏光板、
２は液晶セル、３は下側偏光板、４は液晶セルの上基板
、５は液晶セルの下基板、６は透明電極、７はネマチッ
ク液晶である。

【０００５】また、図９は従来のＴＮモードを用いたカ
ラー液晶表示素子の各軸の関係を示す図である。本図中
、１１は上側偏光板１の偏光軸（吸収軸）方向、１２は
液晶セルの上基板４の液晶配向方向、１３は液晶セルの
下基板５の液晶配向方向、１４は下側偏光板３の偏光軸
方向である。また、１５は上側偏光板の偏光軸方向１１
が液晶セルの上基板の液晶配向方向１２となす角度、１
６はネマチック液晶７のねじれ角、１７は下側偏光板の
偏光軸方向１４が液晶セルの下基板の液晶配向方向１３
となす角度である。

【０００６】ここで、上下２枚の偏光板は互いにほぼ直
交したクロスニコルの状態に配置されるため、角度１５
と１７はほぼ等しくなる。以下、この角度を偏光板のず
らし角θと呼ぶことにする。従来は、θを約０度あるい
は約９０度に、またねじれ角１６を約９０度に設定して
いた。

【０００７】こうしたＴＮモードは、ＴＦＴやＭＩＭ等
の能動素子と組み合わせることによって、明るくコント
ラストの高い表示が可能である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＴＮモードを利用したカラー液晶表示素子には、特に高
精細ＴＶへの応用を考えた場合２つの課題があった。１
つは高い飽和電圧であり、もう１つは光線入射角依存性
である。

【０００９】従来のＴＮモードは飽和電圧が高く、十分
に電圧を印加しないとコントラストが取れなかった。特
に高精細ＴＶの場合には、ドライバーＩＣの動作周波数
が高く、液晶に高い電圧を印加することが難しいので、
より低い飽和電圧が必要である。

【００１０】図８の７１に従来のＴＮモードの電気光学
特性を示すが、液晶プロジェクターとして十分な１：２
００といったコントラスト比を得るには４ボルト以上の
電圧印化が必要である。液晶材料の改良でこれに対応す
ることは、比抵抗値，信頼性，液晶温度範囲等の問題が
あって難しく、セル条件の面での改良が求められていた
。

【００１１】また、従来のＴＮモードは光線の入射角度
によって明るさやコントラストが変化する。高精細ＴＶ
のように画素数が多いと、必然的に液晶セルも大きくな
るため、光線入射角はセル中央部と周辺部で大きく異な
る。

【００１２】図１０に、従来のＴＮモードを用いたカラ
ー液晶表示素子の、光線入射角依存性を示す。本図の（
ａ）は光線入射角を上下方向に、（ｂ）は左右方向に変
えたときの電圧透過率特性の変化である。７１の曲線が
基板法線方向の特性であり、法線方向からの傾き角２度
ごとにその特性を図示した。７２が上１０度方向、７３
が下１０度方向、７４が左１０度方向、７５が右１０度
方向の特性になる。左右はほぼ対称であるため、７４と
７５の曲線は重なっている。ここで特に問題になるのは
、上方向のコントラスト比の低下と、下方向の中間調の
反転である。

【００１３】本発明のこのような課題を解決するもので
、その目的とするところは、偏光板のずらし角θを約４
５度とし、かつ液晶セルのリターデーションを表示色に
よって変えることによって、飽和電圧が低く、光線入射
角依存性の小さいカラー液晶表示素子を提供するところ
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の係るカラー液晶
表示素子は、一対の基板間に約９０度のねじれ配向をし
たネマチック液晶を挾持してなる液晶セルと、これを挟
んで両側にクロスニコル状態で配置された一対の偏光板
とを備えたカラー液晶表示素子において、前記２枚の偏
光板の偏光軸方向が各々隣接する液晶セル基板の液晶配
向方向と約４５度の角度をなすよう配置され、かつ前記
液晶セルの液晶の複屈折率Δｎとセル厚ｄとの積で表わ
されるリターデーションΔｎ×ｄが、各表示色に対応す
る液晶セルあるいは画素によって異なることを特徴とす
る。

【００１５】また、前記液晶セルのリターデーションが
、青，緑，赤の各表示色に対応する液晶セルあるいは画
素について、それぞれ０．３５μｍ〜０．４３μｍ，０
．４２μｍ〜０．５２μｍ，０．４７μｍ〜０．５７μ
ｍの範囲にあることを特徴とする。

【００１６】

【作用】上下の偏光板をクロスニコルの状態に保ったま
ま、偏光板のずらし角θを変化させると、しきい値電圧
が低下する。図４に偏光板のずらし角θとしきい値電圧
Ｖｓａｔの関係を示した。ここでＶｓａｔとは、液晶表
示素子の透過率が電圧無印加状態の透過率の１０％にな
る電圧で定義される。

【００１７】従来のＴＮモードではθは約０度あるいは
約９０度に設定されていた。しかし、θを４５度にする
と、Ｖｓａｔは従来よりも約０．５ボルト下がり、より
高いコントラストが期待できる。θは４５度ではなく１
３５度や−４５度であっても同様である。しかしながら
、単純にθだけを４５度にしたのでは、透過率の低下を
伴う。

【００１８】液晶セルのリターデーションΔｎ×ｄと偏
光板のずらし角θが、透過率Ｔとコントラスト比ＣＲへ
及ぼす影響を、図５の（ａ），（ｂ）にそれぞれ示した
。図５（ａ）で３１，３２，３３はそれぞれ透過率９０
％，７０％，５０％の等透過率曲線を、また図５（ｂ）
で４１，４２，４３，４４はそれぞれコントラスト比１
：１２５，１：１００，１：７５，１：５０の等コント
ラスト曲線を表わしている。

【００１９】従来のＴＮモードでよく用いられていたΔ
ｎ×ｄ＝０．４０μｍ，θ＝０度という条件では、Ｔ＝
９４％，ＣＲ＝１：９１となり、コントラスト比が十分
ではない。Δｎ×ｄ＝０．４０μｍのままθ＝４５度に
すると、Ｔ＝８４％，ＣＲ＝１：１６１になり、コント
ラスト比は良くなるが、透過率が低下する。

【００２０】そこで図５から透過率とコントラスト比を
両方満足する条件を探すと、Δｎ×ｄ＝０．４６μｍ，
θ＝４５度のとき、Ｔ＝９３％，ＣＲ＝１：１６３とな
り、これが最適条件であることがわかった。

【００２１】しかしながら、前記最適条件の液晶表示素
子は、明るく高コントラストではあるが表示の着色が大
きいという欠点がある。図６（ａ）は、この条件の液晶
表示素子の電気光学特性を色別に示したものであり、５
１，５２，５３はそれぞれ青色，緑色，赤色の光に対す
る特性である。このように、この条件は電圧無印加時に
著しい緑色の着色がある上、色ごとにしきい値電圧も異
なるため、中間調の色付きも大きい。

【００２２】こうした着色は、液晶セルのリターデーシ
ョンを表示色によって変えることによって解決できる。 つまりΔｎ×ｄ／λが各色ごとに等しくなるようにΔｎ
×ｄを設定すればよい。ここでλは光の波長を意味して
いるが、例えば高精細テレビジョンの場合、青色，緑色
，赤色の中心波長はそれぞれ４６０ｎｍ，５５０ｎｍ，
６１０ｎｍであるから、緑色の液晶セル（あるいは画素
）のΔｎ×ｄ＝０．４６μｍであるならば、青色のΔｎ
×ｄ＝０．３８μｍ，赤色のΔｎ×ｄ＝０．５１μｍに
設定すれば着色は解消できる。具体的には、表示色によ
って液晶を変えるか、セル厚を変えれば良い。

【００２３】なお、Δｎ×ｄが上記の最適値からずれる
と、図７に示すように透過率が変化する。本図中の６１
は非選択電圧印加時の透過率を、６２は選択電圧印加時
の透過率を示す。透過率の低下５％以内を実用的と考え
ると、そのためにはΔｎ×ｄを最適値の−８％〜＋１２
％以内に抑える必要がある。

【００２４】図７は緑色についての図示であるが、この
結果は他の色も同様である。従って、青色についてはΔ
ｎ×ｄ＝０．３５μｍ〜０．４３μｍ、緑色については
Δｎ×ｄ＝０．４２μｍ〜０．５２μｍ、赤色について
はΔｎ×ｄ＝０．４７μｍ〜０．５７μｍに設定すれば
３色の特性がほぼ一致する。

【００２５】このように表示色によって最適化した本発
明の液晶表示素子は、また光線入射角依存性も小さい。 詳細は以下の実施例で述べる。

【００２６】

【実施例】（実施例１）本発明を適用したカラー液晶表
示素子の断面図を図２に示す。図中、１は上側偏光板、
２は液晶セル、３は下側偏光板、４は液晶セルの上基板
、５は液晶セルの下基板、６は透明電極、７はネマチッ
ク液晶である。

【００２７】また図１は、従来のＴＮモードを用いたカ
ラー液晶表示素子の各軸の関係を示す図である。本図中
、１１は上側偏光板１の偏光軸（吸収軸）方向、１２は
液晶セルの上基板４の液晶配向方向、１３は液晶セルの
下基板５の液晶配向方向、１４は下側偏光板３の偏光軸
方向である。また１５は上側偏光板の偏光軸方向１１が
液晶セルの上基板の液晶配向方向１２となす角度、１６
はネマチック液晶７のねじれ角、１７は下側偏光板の偏
光軸方向１４が液晶セルの下基板の液晶配向方向１３と
なす角度である。

【００２８】本実施例においては角度１５と１７をいず
れも４５度（すなわちθ＝４５度）、ねじれ角１６を９
０度に設定した。また、Δｎ＝０．０８０（４６０ｎｍ
），Δｎ＝０．０９３（５５０ｎｍ），Δｎ＝０．０９
７（６１０ｎｍ）という３つのネマチック液晶を用意し
て、それぞれセル厚５μｍのセルに注入し、青色用，緑
色用，赤色用の液晶表示素子とした。Δｎ×ｄはそれぞ
れ０．４００μｍ，０．４６５μｍ，０．４８５μｍで
ある。これら３色の液晶表示素子を用いて、１台の液晶
プロジェクターを構成した。

【００２９】図６（ｂ）にその色別の特性を示すが、青
色，緑色，赤色の特性５１，５２，５３がほぼ一致して
いる。また図８では本発明の液晶表示素子の電気光学特
性２１を従来の液晶表示素子の電気光学特性７１と比較
したが、従来よりも０．５ボルトは低い３．５ボルト程
度の電圧印加で１：２００のコントラスト比が取れるこ
とがわかる。

【００３０】また、図３は本実施例におけるカラー液晶
表示素子の光線入射角依存性を示す図で、（ａ）は光線
入射角を上下方向に、（ｂ）は左右方向に変えたときの
電圧透過率特性の変化である。２１の曲線が基板法線方
向の特性であり、法線方向からの傾き角２度ごとにその
特性を図示した。２２が上１０度方向、２３が下１０度
方向、２４が左１０度方向、２５が右１０度方向の特性
になる。左右はほぼ対称であるため、２４と２５の曲線
は重なっている。

【００３１】従来のカラー液晶表示素子の光線入射角依
存性を示す図１０と比較してみると、左右方向こそコン
トラスト比の低下が見られるものの、上方向のコントラ
スト比が向上し、下方向の中間長の反転もほぼ解消され
ており、全体として光線入射角依存性は緩和されている
。

【００３２】（実施例２）上下２枚の偏光板は必ずしも
正確にクロスニコルに配置しなくてもよい。実施例１に
おいて、角度１５を４５度，角度１７を４３度とし、他
の条件は全て実施例１と同様にすると、しきい値電圧が
少し低下し、実施例１よりもさらに０．２ボルト低い３
．３ボルトの電圧印加で１：２００のコントラスト比が
とれるようになる。

【００３３】（実施例３）ツイスト角も必ずしも正確に
９０度に配置しなくてもよい。実施例１において、角度
１６を９５度とし、他の条件は全て実施例１と同様にす
ると、やはりしきい値電圧が低下し、実施例１よりもさ
らに０．２ボルト低い３．３ボルトの電圧印加で１：２
００のコントラスト比がとれるようになる。

【００３４】（実施例４）実施例１においては、液晶材
料のΔｎを変えて色ごとのΔｎ×ｄを変化させたが、セ
ル厚を変えることでも対応できる。Δｎ＝０．０８０９
（５５０ｎｍ）のネマチック液晶を用意する。液晶のΔ
ｎは一般に波長依存性を持っていて、この液晶のΔｎは
４６０ｎｍで０．０８４４、６１０ｎｍで０．０７９４
である。この液晶をセル厚４．６μｍ，５．７μｍ，６
．４μｍのセルに注入し、それぞれ青色用，緑色用，赤
色用の液晶表示素子とした。Δｎ×ｄはそれぞれ０．３
９μｍ，０．４６μｍ，０．５１μｍである。液晶プロ
ジェクターは、色別に複数の液晶表示素子を用いるので
、色ごとにセル厚を変えることは容易である。

【００３５】（実施例５）実施例４では液晶プロジェク
ターへの応用のため、３枚の液晶表示素子を用いてその
セル厚を変えたが、１枚の液晶表示素子でも色ごとにセ
ル厚を変えることができる。

【００３６】セル内に設けるカラーフィルターの厚みを
青色，緑色，赤色の順で薄くすると、それぞれの色に対
応するセル厚が青色，緑色，赤色の順で厚くなるが、こ
れをそれぞれ４．６μｍ，５．７μｍ，６．４μｍにな
るよう、カラーフィルタの厚みを調整すれば、実施例４
と同じ効果が１枚の液晶表示素子で実現できる。このよ
うな液晶表示素子は、投写型のみならず、直視型のディ
スプレイにも適している。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、偏光
板のずらし角θを約４５度とし、かつ液晶セルのリター
デーションを表示色によって変えることによって、飽和
電圧が低く、光線入射角依存性の小さいカラー液晶表示
素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるカラー液晶表示素子の
各軸の関係図である。

【図２】本発明の実施例および従来技術におけるカラー
液晶表示素子の断面図である。

【図３】本発明の実施例１におけるカラー液晶表示素子
の、（ａ）上下方向，（ｂ）左右方向の光線入射角依存
性を示す図である。

【図４】偏光板の偏光軸方向と隣接する液晶セル基板の
液晶配向方向がなす角度θが、ＴＮモードのしきい値電
圧に及ぼす影響を示す図である。

【図５】ＴＮモードのリターデーションΔｎ×ｄと角度
θが、（ａ）透過率Ｔと（ｂ）コントラスト比ＣＲに及
ぼす影響を示す図である。

【図６】本発明のカラー液晶表示素子において、（ａ）
液晶セルのリターデーションを一定にした場合と、（ｂ
）表示色によって変えた場合の電気光学特性を示す図で
ある。

【図７】本発明のカラー液晶表示素子において、リター
デーションが最適値からずれた場合の透過率の変化を示
す図である。

【図８】本発明のカラー液晶表示素子の電気光学特性と
、従来のカラー液晶表示素子の電気光学特性との比較図
である。

【図９】従来のカラー液晶表示素子の各軸の関係図であ
る。

【図１０】従来のカラー液晶表示素子の、（ａ）上下方
向，（ｂ）左右方向の光線入射角依存性を示す図である
。

【符号の説明】

１　　上側偏光板 ２　　液晶セル ３　　下側偏光板 ４　　液晶セル２の上基板 ５　　液晶セル２の下基板 ６　　透明電極 ７　　ネマチック液晶 １１　　上側偏光板１の偏光軸方向 １２　　液晶セルの上基板４の液晶配向方向１３　　液
晶セルの下基板５の液晶配向方向１４　　下側偏光板３
の偏光軸方向 １５　　上側偏光板の偏光軸方向１１が液晶セルの上基
板の液晶配向方向１２となす角度θ １６　　ネマチック液晶７のねじれ角 １７　　下側偏光板の偏光軸方向１４が液晶セルの下側
板の液晶配向方向１３となす角度θ ２１　　本発明のカラー液晶表示素子の基板法線方向の
電気光学特性 ２２　　本発明のカラー液晶表示素子の上１０度方向の
電気光学特性 ２３　　本発明のカラー液晶表示素子の下１０度方向の
電気光学特性 ２４　　本発明のカラー液晶表示素子の左１０度方向の
電気光学特性 ２５　　本発明のカラー液晶表示素子の右１０度方向の
電気光学特性 ３１　　透過率９０％の等透過率曲線 ３２　　透過率７０％の等透過率曲線 ３３　　透過率５０％の等透過率曲線 ４１　　コントラスト比１：１２５の等コントラスト曲
線４２　　コントラスト比１：１００の等コントラスト
曲線４３　　コントラスト比１：７５の等コントラスト
曲線４４　　コントラスト比１：５０の等コントラスト
曲線５１　　青色の光に対する電気光学特性５２　　緑
色の光に対する電気光学特性５３　　赤色の光に対する
電気光学特性６１　　非選択電圧印加時の透過率 ６２　　選択電圧印加時の透過率 ７１　　従来のカラー液晶表示素子の基板法線方向の電
気光学特性 ７２　　従来のカラー液晶表示素子の上１０度方向の電
気光学特性 ７３　　従来のカラー液晶表示素子の下１０度方向の電
気光学特性 ７４　　従来のカラー液晶表示素子の左１０度方向の電
気光学特性 ７５　　従来のカラー液晶表示素子の右１０度方向の電
気光学特性

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一対の基板間に約９０度のねじれ配向
   をしたネマチック液晶を挾持してなる液晶セルと、これ
   を挟んで両側にクロスニコル状態で配置された一対の偏
   光板とを備えたカラー液晶表示素子において、前記２枚
   の偏光板の偏光軸方向が各々隣接する液晶セル基板の液
   晶配向方向と約４５度の角度をなすよう配置され、かつ
   前記液晶セルの液晶の複屈折率Δｎとセル厚ｄとの積で
   表わされるリターデーションΔｎ×ｄが、各表示色に対
   応する液晶セルあるいは画素によって異なることを特徴
   とするカラー液晶表示素子。
2. 【請求項２】　　前記液晶セルのリターデーションが、
   青，緑，赤の各表示色に対応する液晶セルあるいは画素
   について、それぞれ０．３５μｍ〜０．４３μｍ，０．
   ４２μｍ〜０．５２μｍ，０．４７μｍ〜０．５７μｍ
   の範囲にあることを特徴とする請求項１記載のカラー液
   晶表示素子。