JPH05249457A - 液晶表示装置 - Google Patents
液晶表示装置Info
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- JPH05249457A JPH05249457A JP4293339A JP29333992A JPH05249457A JP H05249457 A JPH05249457 A JP H05249457A JP 4293339 A JP4293339 A JP 4293339A JP 29333992 A JP29333992 A JP 29333992A JP H05249457 A JPH05249457 A JP H05249457A
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- layer
- refractive index
- thickness
- crystal layer
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/01—Devices 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
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- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
- G02F1/13363—Birefringent elements, e.g. for optical compensation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL 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
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- G02F1/13363—Birefringent elements, e.g. for optical compensation
- G02F1/133634—Birefringent elements, e.g. for optical compensation the refractive index Nz perpendicular to the element surface being different from in-plane refractive indices Nx and Ny, e.g. biaxial or with normal optical axis
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- G—PHYSICS
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- G02F—OPTICAL 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
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- G02F2413/01—Number of plates being 1
-
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- G02F2413/00—Indexing scheme related to G02F1/13363, i.e. to birefringent elements, e.g. for optical compensation, characterised by the number, position, orientation or value of the compensation plates
- G02F2413/13—Positive birefingence
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- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 斜めの観察角度における表示装置の観察コン
トラストおよび色表現における著しい改良を可能にす
る。 【構成】 液晶表示装置は偏光子層４０２と、検光子層
４０４と、偏光子層と検光子層との間に設けられた液晶
層４０６と、液晶層の第１の主面に近接する第１の電極
４１２と、液晶層の第２の主面に近接する第２の電極４
１４とを含む。第１および第２の電極は、電極が電位源
に接続されるとき、電圧を液晶層に印加するように適用
される。多層薄膜補償器は偏光子層と検光子層との間に
設けられ、各々第１の屈折率および第１の厚さを有し、
かつ各々第２の屈折率および第２の厚さを有する第２の
複数の層と交互にされる第１の複数の層を含む。第１お
よび第２の屈折率ならびに厚さの値は、予め定められた
範囲の観察角度にわたるそのホメオトロピカルに整列さ
れた状態で、多層の位相遅れが液晶層の位相遅れと大き
さは等しいが、符号が正反対であるようなものである。
トラストおよび色表現における著しい改良を可能にす
る。 【構成】 液晶表示装置は偏光子層４０２と、検光子層
４０４と、偏光子層と検光子層との間に設けられた液晶
層４０６と、液晶層の第１の主面に近接する第１の電極
４１２と、液晶層の第２の主面に近接する第２の電極４
１４とを含む。第１および第２の電極は、電極が電位源
に接続されるとき、電圧を液晶層に印加するように適用
される。多層薄膜補償器は偏光子層と検光子層との間に
設けられ、各々第１の屈折率および第１の厚さを有し、
かつ各々第２の屈折率および第２の厚さを有する第２の
複数の層と交互にされる第１の複数の層を含む。第１お
よび第２の屈折率ならびに厚さの値は、予め定められた
範囲の観察角度にわたるそのホメオトロピカルに整列さ
れた状態で、多層の位相遅れが液晶層の位相遅れと大き
さは等しいが、符号が正反対であるようなものである。
Description
【０００１】
【発明の背景】この発明は液晶表示装置の設計に関する
ものであり、特定的にはそのような表示装置の視野を最
大にするための技術に関するものである。
ものであり、特定的にはそのような表示装置の視野を最
大にするための技術に関するものである。
【０００２】液晶は、液晶の薄膜を通過する光が膜の複
屈折に影響を受けるため、電子表示装置に有効であり、
これは膜に電圧を印加することによって制御され得る。
液晶表示装置は、周囲光を含む外部源からの光の透過、
または反射が他の表示装置に使用される発光材料で必要
とされたより、はるかに少ない電力で制御されることが
できたので、望ましくなった。デジタル時計、計算器、
ポータブル計算機、および多くの他の型の電子装置のよ
うな応用に現在共通に使用されている液晶表示装置は、
極めて低い電圧および低い消費電力で極めて長い寿命を
有し、かつ動作を行なうという利点を呈する。
屈折に影響を受けるため、電子表示装置に有効であり、
これは膜に電圧を印加することによって制御され得る。
液晶表示装置は、周囲光を含む外部源からの光の透過、
または反射が他の表示装置に使用される発光材料で必要
とされたより、はるかに少ない電力で制御されることが
できたので、望ましくなった。デジタル時計、計算器、
ポータブル計算機、および多くの他の型の電子装置のよ
うな応用に現在共通に使用されている液晶表示装置は、
極めて低い電圧および低い消費電力で極めて長い寿命を
有し、かつ動作を行なうという利点を呈する。
【０００３】多くの液晶表示装置の情報はパターンに配
列された多数の分割された電極によって発生される数
字、または文字の行の形で表わされる。このセグメント
は個々のリード線によって駆動電極へ接続され、この電
極は適当なセグメントの組合せへ電圧を与えて、セグメ
ントを透過される光を制御することによって所望の情報
を表示する。グラフィック情報、またはテレビジョン表
示は２組の垂直導体の間のＸ−Ｙ逐次アドレス指定機構
によって接続されるピクセルのマトリックスによって達
成されてもよい。より進歩したアドレス指定機構は個々
のピクセルで駆動電圧を制御するために薄膜トランジス
タのアレイを使用する。この機構は主に捩じれたネマチ
ック液晶表示装置に適用されるが、超捩じれ液晶表示装
置の高性能バージョンにおける使用も見られる。
列された多数の分割された電極によって発生される数
字、または文字の行の形で表わされる。このセグメント
は個々のリード線によって駆動電極へ接続され、この電
極は適当なセグメントの組合せへ電圧を与えて、セグメ
ントを透過される光を制御することによって所望の情報
を表示する。グラフィック情報、またはテレビジョン表
示は２組の垂直導体の間のＸ−Ｙ逐次アドレス指定機構
によって接続されるピクセルのマトリックスによって達
成されてもよい。より進歩したアドレス指定機構は個々
のピクセルで駆動電圧を制御するために薄膜トランジス
タのアレイを使用する。この機構は主に捩じれたネマチ
ック液晶表示装置に適用されるが、超捩じれ液晶表示装
置の高性能バージョンにおける使用も見られる。
【０００４】コントラストは液晶表示装置の品質を決定
する最も重要な属性の１つである。液晶表示装置におい
て達成可能なコントラストを限定する主な要因は、暗状
態の表示装置から漏れる光の量である。この問題は日光
のような明るい環境において悪化され、そのようなとこ
ろでは著しい量の周囲光が反射され、かつ散乱される。
さらに、液晶表示装置によって発生された画像の可読性
が、特に多数の走査電極を有するマトリックスアドレス
指定された装置において、観察角度に依存する。典型的
な液晶表示装置の画像コントラストは、垂直入射角を中
心とした狭い観察角度内においてのみ最大であり、観察
角度が大きくなるに伴い低下する。このコントラストの
損失は、広い観察角度において黒状態ピクセルエレメン
トから漏れる光によって生じる。カラー液晶表示装置で
は、漏れによって飽和色およびグレースケールの色の両
方の激しい色シフトも生じる。これらの限界は、パイロ
ットの表示装置のコピロット（copilot ）観察が重要で
ある航空電子工学への適用に特に重要である。広い視野
にわたって高品質の、かつ高コントラストの画像を呈示
することが可能な液晶表示装置を提供することが、当該
技術における著しい改良であろう。
する最も重要な属性の１つである。液晶表示装置におい
て達成可能なコントラストを限定する主な要因は、暗状
態の表示装置から漏れる光の量である。この問題は日光
のような明るい環境において悪化され、そのようなとこ
ろでは著しい量の周囲光が反射され、かつ散乱される。
さらに、液晶表示装置によって発生された画像の可読性
が、特に多数の走査電極を有するマトリックスアドレス
指定された装置において、観察角度に依存する。典型的
な液晶表示装置の画像コントラストは、垂直入射角を中
心とした狭い観察角度内においてのみ最大であり、観察
角度が大きくなるに伴い低下する。このコントラストの
損失は、広い観察角度において黒状態ピクセルエレメン
トから漏れる光によって生じる。カラー液晶表示装置で
は、漏れによって飽和色およびグレースケールの色の両
方の激しい色シフトも生じる。これらの限界は、パイロ
ットの表示装置のコピロット（copilot ）観察が重要で
ある航空電子工学への適用に特に重要である。広い視野
にわたって高品質の、かつ高コントラストの画像を呈示
することが可能な液晶表示装置を提供することが、当該
技術における著しい改良であろう。
【０００５】
【発明の概要】液晶表示装置に組込まれて、そのような
表示装置に固有の位相の遅れを補償するために特別に設
計された多層薄膜を与えることによって、この発明は斜
めの観察角度でのこのような表示装置の観察コントラス
トおよび色表現における著しい改良を可能にする。
表示装置に固有の位相の遅れを補償するために特別に設
計された多層薄膜を与えることによって、この発明は斜
めの観察角度でのこのような表示装置の観察コントラス
トおよび色表現における著しい改良を可能にする。
【０００６】この発明に従って製造された液晶表示装置
は偏光子層と、検光子層と、偏光子層および検光子層の
間に設けられた液晶層と、液晶層の第１の主面に近接す
る第１の電極と、液晶層の第２の主面に近接する第２の
電極とを含む。第１および第２の電極は、電位源に接続
されるとき、液晶層に電圧を印加するように適応され
る。多層薄膜補償器は偏光子層と検光子層との間に設け
られ、この多層補償器は各々第１の屈折率および第１の
厚さを有する第１の複数層を含み、これは各々第２の屈
折率および第２の厚さを有する第２の複数層と交互であ
る。第１および第２の屈折率ならびに厚さの値は、予め
定められた範囲の観察角度にわたりホメオトロピカル
（homeotropical ）に整列された状態において、多層の
位相遅れが液晶層の位相遅れと大きさにおいて等しい
が、符号において逆であるような値である。
は偏光子層と、検光子層と、偏光子層および検光子層の
間に設けられた液晶層と、液晶層の第１の主面に近接す
る第１の電極と、液晶層の第２の主面に近接する第２の
電極とを含む。第１および第２の電極は、電位源に接続
されるとき、液晶層に電圧を印加するように適応され
る。多層薄膜補償器は偏光子層と検光子層との間に設け
られ、この多層補償器は各々第１の屈折率および第１の
厚さを有する第１の複数層を含み、これは各々第２の屈
折率および第２の厚さを有する第２の複数層と交互であ
る。第１および第２の屈折率ならびに厚さの値は、予め
定められた範囲の観察角度にわたりホメオトロピカル
（homeotropical ）に整列された状態において、多層の
位相遅れが液晶層の位相遅れと大きさにおいて等しい
が、符号において逆であるような値である。
【０００７】より特定的な実施例において、液晶層は厚
さｄL および複屈折ΔｎL を有し、多層補償器は厚さｄ
C および複屈折ΔｎC を有し、かつ｜ΔｎL ｜ｄL ＝｜
Δｎ C ｜ｄC である。広範囲の観察角度にわたる最適な
補償を与えるように設計された実施例において、液晶層
は正常屈折率ｎoLおよび異常屈折率ｎeLを有し、多層は
正常屈折率ｎoCおよび異常屈折率ｎeCを有し、ｎeC＝ｎ
oLであり、ｎoC＝ｎeLであり、かつｄL ＝ｄC である。
さらに、同等の多層の屈折率は次の等式を満たしてもよ
い。
さｄL および複屈折ΔｎL を有し、多層補償器は厚さｄ
C および複屈折ΔｎC を有し、かつ｜ΔｎL ｜ｄL ＝｜
Δｎ C ｜ｄC である。広範囲の観察角度にわたる最適な
補償を与えるように設計された実施例において、液晶層
は正常屈折率ｎoLおよび異常屈折率ｎeLを有し、多層は
正常屈折率ｎoCおよび異常屈折率ｎeCを有し、ｎeC＝ｎ
oLであり、ｎoC＝ｎeLであり、かつｄL ＝ｄC である。
さらに、同等の多層の屈折率は次の等式を満たしてもよ
い。
【０００８】
【数４】
【０００９】ここでｎo は同等の多層の正常屈折率であ
り、ｎe は同等の多層の異常屈折率であり、ｎ1 は第１
の屈折率であり、ｎ2 は第２の屈折率であり、ｄ1 は第
１の厚さであり、ｄ2 は第２の厚さであり、かつΛ＝ｄ
1 ＋ｄ2 は多層の期間である。
り、ｎe は同等の多層の異常屈折率であり、ｎ1 は第１
の屈折率であり、ｎ2 は第２の屈折率であり、ｄ1 は第
１の厚さであり、ｄ2 は第２の厚さであり、かつΛ＝ｄ
1 ＋ｄ2 は多層の期間である。
【００１０】
【発明の説明】いくつかの型の液晶セルはフラットパネ
ル表示装置において広範囲に使用される。アクティブマ
トリックスアドレス指定はこのような表示装置が妥当な
リフレッシュ速度で高い解像度のフルカラー画像を呈示
することを許容する。直接観察されるとき、液晶表示装
置は高品質の出力を与えるが、大きい観察角度では、画
像は質を下げ、弱いコントラストを呈する。これは、多
数の異方性液晶分子を含む液晶媒体によって呈される複
屈折によって液晶セルが作動するためである。このよう
な材料は長分子軸の整列に関する異常屈折率で正の単軸
複屈折（ｎe ＞ｎ o 、すなわち異常屈折率ｎe が正常屈
折率ｎo より大きい）を行なうであろう。光がそれを通
過する際、そのような材料が有する位相遅れ効果は、光
の傾斜角度とともに本質的に変化し、ひいては広い観察
角度でより低品質の画像を生じる（たとえば「プロシー
ディング・オブ・ザ・・Ｓ．Ｉ．Ｄ（Proceeding of th
e S.I.D ）」１９巻４３頁（1978）のペンズ（Penz）に
よる「捩じれたネマチック表示装置の観察特性（Viewin
g Characteristics of the Twisted Nematic Displa
y）」、および「ジャーナル・オブ・ジ・オプティカル
・ソサエティ・オブ・アメリカ（Journal of the Optic
al Society of America ）」６６巻１００３頁（1976）
のグリーンバーグ（Grinberg）らによる「捩じれたネマ
チック液晶層の透過特性（Transmission Characteristi
cs of a Twisted Nematic Liquid-Crystal Layer）」を
参照）。しかし液晶セルに関連して光学的補償エレメン
トを導入することによって、所望されない角効果を補正
し、それによってそうでなければ可能であったであろう
より大きい観察角度でより高いコントラストを維持する
ことが可能である。
ル表示装置において広範囲に使用される。アクティブマ
トリックスアドレス指定はこのような表示装置が妥当な
リフレッシュ速度で高い解像度のフルカラー画像を呈示
することを許容する。直接観察されるとき、液晶表示装
置は高品質の出力を与えるが、大きい観察角度では、画
像は質を下げ、弱いコントラストを呈する。これは、多
数の異方性液晶分子を含む液晶媒体によって呈される複
屈折によって液晶セルが作動するためである。このよう
な材料は長分子軸の整列に関する異常屈折率で正の単軸
複屈折（ｎe ＞ｎ o 、すなわち異常屈折率ｎe が正常屈
折率ｎo より大きい）を行なうであろう。光がそれを通
過する際、そのような材料が有する位相遅れ効果は、光
の傾斜角度とともに本質的に変化し、ひいては広い観察
角度でより低品質の画像を生じる（たとえば「プロシー
ディング・オブ・ザ・・Ｓ．Ｉ．Ｄ（Proceeding of th
e S.I.D ）」１９巻４３頁（1978）のペンズ（Penz）に
よる「捩じれたネマチック表示装置の観察特性（Viewin
g Characteristics of the Twisted Nematic Displa
y）」、および「ジャーナル・オブ・ジ・オプティカル
・ソサエティ・オブ・アメリカ（Journal of the Optic
al Society of America ）」６６巻１００３頁（1976）
のグリーンバーグ（Grinberg）らによる「捩じれたネマ
チック液晶層の透過特性（Transmission Characteristi
cs of a Twisted Nematic Liquid-Crystal Layer）」を
参照）。しかし液晶セルに関連して光学的補償エレメン
トを導入することによって、所望されない角効果を補正
し、それによってそうでなければ可能であったであろう
より大きい観察角度でより高いコントラストを維持する
ことが可能である。
【００１１】必要とされる光学的補償の型は表示装置の
型、すなわち正常黒、または正常白のいずれが使用され
るかによる。正常黒表示装置において、捩じれたネマチ
ックセルは偏光子の間に位置決めされ、それらの偏光子
の透過軸は互いに、かつセルの後部（すなわち観察者と
反対側のセルの側）の液晶の導波器の方向に並行であ
る。消勢（電圧が印加されない）状態において、バック
ライトからの垂直入射光は第１の偏光子によって偏光さ
れ、通過するときセルはその偏光方向をセルの捩じれ角
度だけ回転される。これは導波効果としても既知である
その後の断熱によって引起こされる。捩じれ角度は９０
゜にセットされ、それによって光は出力偏光子によって
阻止される。電圧がセルに印加されるとき、液晶分子は
電界とより近く整列するように強制され、捩じれたネマ
チック対称を除去する。この配向において、セルの光学
（ｃ軸）はセルの壁に垂直である。液晶層はその後垂直
入射光に対して等方に現れ、導波効果を除去して、それ
によって偏光状態は液晶層を介する伝搬によって不変で
あり、このような光は出力偏光子を通過することができ
る。パターンは照射されたように見える表示装置の部分
へ電圧を選択的に印加することによって表示装置内に書
込まれることができる。
型、すなわち正常黒、または正常白のいずれが使用され
るかによる。正常黒表示装置において、捩じれたネマチ
ックセルは偏光子の間に位置決めされ、それらの偏光子
の透過軸は互いに、かつセルの後部（すなわち観察者と
反対側のセルの側）の液晶の導波器の方向に並行であ
る。消勢（電圧が印加されない）状態において、バック
ライトからの垂直入射光は第１の偏光子によって偏光さ
れ、通過するときセルはその偏光方向をセルの捩じれ角
度だけ回転される。これは導波効果としても既知である
その後の断熱によって引起こされる。捩じれ角度は９０
゜にセットされ、それによって光は出力偏光子によって
阻止される。電圧がセルに印加されるとき、液晶分子は
電界とより近く整列するように強制され、捩じれたネマ
チック対称を除去する。この配向において、セルの光学
（ｃ軸）はセルの壁に垂直である。液晶層はその後垂直
入射光に対して等方に現れ、導波効果を除去して、それ
によって偏光状態は液晶層を介する伝搬によって不変で
あり、このような光は出力偏光子を通過することができ
る。パターンは照射されたように見える表示装置の部分
へ電圧を選択的に印加することによって表示装置内に書
込まれることができる。
【００１２】しかし広角で観察されるとき、正常黒表示
装置の暗（消勢）領域は、このような角度で液晶層を通
過する光の角度依存の遅れ効果によって明のように見え
るであろう、すなわち垂直から外れた入射光は角度依存
の偏光変化を感知する。コントラストは捩じれセルに類
似する光学対称を有するがその効果を反転する補償エレ
メントを使用することによって回復されることができ
る。１つの方法は逆へリシティの捩じれセルでアクティ
ブ液晶層を模倣することである。他の方法は１つ、また
はそれより多いＡプレート遅れ補償器を使用することで
ある。これらの補償方法は、補償エレメントが捩じれた
ネマチックセルと光学対称を共用するため作用し、これ
らはいずれも垂直光伝搬方向と直交する異常角を有する
単軸複屈折材料である。これらの補償へのアプローチ
は、必要とされる光学対称を有する材料の容易な利用可
能性のために幅広く使用されている。逆捩じれセルは液
晶を使用し、Ａプレート遅れ器はポリビニールアルコー
ル（ＰＶＡ）のようなポリマーを延ばすことによって容
易に製造される。
装置の暗（消勢）領域は、このような角度で液晶層を通
過する光の角度依存の遅れ効果によって明のように見え
るであろう、すなわち垂直から外れた入射光は角度依存
の偏光変化を感知する。コントラストは捩じれセルに類
似する光学対称を有するがその効果を反転する補償エレ
メントを使用することによって回復されることができ
る。１つの方法は逆へリシティの捩じれセルでアクティ
ブ液晶層を模倣することである。他の方法は１つ、また
はそれより多いＡプレート遅れ補償器を使用することで
ある。これらの補償方法は、補償エレメントが捩じれた
ネマチックセルと光学対称を共用するため作用し、これ
らはいずれも垂直光伝搬方向と直交する異常角を有する
単軸複屈折材料である。これらの補償へのアプローチ
は、必要とされる光学対称を有する材料の容易な利用可
能性のために幅広く使用されている。逆捩じれセルは液
晶を使用し、Ａプレート遅れ器はポリビニールアルコー
ル（ＰＶＡ）のようなポリマーを延ばすことによって容
易に製造される。
【００１３】これらの補償技術の利用可能性にも関わら
ず、正常黒動作モードに関するこのアプローチには欠点
がある。正常黒表示装置の外見はセルの間隙に極めて敏
感である。結果的に、均一な暗外見を維持するために、
液晶セルを極めて厚くして、それによって液晶応答時間
を許容不可能に長くするか、またはグーチ−タリ（Gooc
h-Tarry ）最小値（「ジャーナル・オブ・フィジックス
Ｄ（Journal of Rhysics D）」８巻１５７５頁（197
5）のグーチらによる「捩じれ角度≦９０゜の捩じれた
ネマチック液晶構造の光学特性（The Optical Properti
es of Twisced Nematic Liquid Crystal Structures wi
th Twist Angles ≦90゜）」を参照）で作動することが
必要である。しかしこのアプローチは達成困難な液晶セ
ルの間隙に製造許容誤差を課する。さらに、逆捩じれ補
償技術は光学列に第２の液晶セルの挿入することを必要
とし、これは表示装置のコスト、重量、および体積を著
しく増加させる。これらの理由で、これらの欠点を回避
するために正常白表示装置を補償することが極めて望ま
しい。
ず、正常黒動作モードに関するこのアプローチには欠点
がある。正常黒表示装置の外見はセルの間隙に極めて敏
感である。結果的に、均一な暗外見を維持するために、
液晶セルを極めて厚くして、それによって液晶応答時間
を許容不可能に長くするか、またはグーチ−タリ（Gooc
h-Tarry ）最小値（「ジャーナル・オブ・フィジックス
Ｄ（Journal of Rhysics D）」８巻１５７５頁（197
5）のグーチらによる「捩じれ角度≦９０゜の捩じれた
ネマチック液晶構造の光学特性（The Optical Properti
es of Twisced Nematic Liquid Crystal Structures wi
th Twist Angles ≦90゜）」を参照）で作動することが
必要である。しかしこのアプローチは達成困難な液晶セ
ルの間隙に製造許容誤差を課する。さらに、逆捩じれ補
償技術は光学列に第２の液晶セルの挿入することを必要
とし、これは表示装置のコスト、重量、および体積を著
しく増加させる。これらの理由で、これらの欠点を回避
するために正常白表示装置を補償することが極めて望ま
しい。
【００１４】正常白表示装置構成において、９０゜捩じ
れたネマチックセルは交差された偏光子の間に、各偏光
子の透過軸がそれに隣接するセルの領域内の液晶分子の
導波器の方位と並行になるように位置決めされる。これ
は正常黒表示装置のものから明および暗の感知を反転す
る。消勢（電圧を印加されない）領域は正常白表示装置
において明に見え、付勢された領域は暗に見える。表面
上の暗領域が広角で観察されるとき明に見える問題はま
だ生じるが、その理由は異なり、その補正は異なる型の
光学的補償エレメントを必要とする。付勢領域におい
て、液晶分子は印加された電界と整列する傾向がある。
もしこの整列が完全であれば、セル内のすべての液晶分
子はそれらの長軸を基板ガラスに垂直にするであろう。
ホメオトロピック構成として既知のこの配列は正の複屈
折Ｃプレートの光学対称を呈する。付勢状態において正
常白表示装置は垂直入射光に等方であり、これは交差し
た偏光子によって阻止される。
れたネマチックセルは交差された偏光子の間に、各偏光
子の透過軸がそれに隣接するセルの領域内の液晶分子の
導波器の方位と並行になるように位置決めされる。これ
は正常黒表示装置のものから明および暗の感知を反転す
る。消勢（電圧を印加されない）領域は正常白表示装置
において明に見え、付勢された領域は暗に見える。表面
上の暗領域が広角で観察されるとき明に見える問題はま
だ生じるが、その理由は異なり、その補正は異なる型の
光学的補償エレメントを必要とする。付勢領域におい
て、液晶分子は印加された電界と整列する傾向がある。
もしこの整列が完全であれば、セル内のすべての液晶分
子はそれらの長軸を基板ガラスに垂直にするであろう。
ホメオトロピック構成として既知のこの配列は正の複屈
折Ｃプレートの光学対称を呈する。付勢状態において正
常白表示装置は垂直入射光に等方であり、これは交差し
た偏光子によって阻止される。
【００１５】観察角度によるコントラストの損失は、ホ
メオトロピック液晶層が垂直から外れた光に対して等方
に見えないために生じる。垂直から外れた角度で向けら
れた光は層の複屈折によって２つのモードで、光の入射
角度に伴って増加するこれらのモード間の位相遅延を伴
って伝搬する。この入射角への位相依存は偏光状態へ楕
円を導入し、これはその後第２の偏光子によって不完全
に消され、光の漏れを生じる。Ｃプレートの対称のた
め、複屈折は方位に依存しない。Ｃプレートの対称にお
いても明らかに必要とされるのは光学的補償エレメント
であるが、この場合負の（ｎe ＜ｎo ）複屈折を有する
ものである。このような補償器は液晶層によって生じる
ものとは符号が逆の位相遅延を導入し、それによって本
来の偏光状態を回復して、光が出力偏光子によって阻止
されるのを許容する。
メオトロピック液晶層が垂直から外れた光に対して等方
に見えないために生じる。垂直から外れた角度で向けら
れた光は層の複屈折によって２つのモードで、光の入射
角度に伴って増加するこれらのモード間の位相遅延を伴
って伝搬する。この入射角への位相依存は偏光状態へ楕
円を導入し、これはその後第２の偏光子によって不完全
に消され、光の漏れを生じる。Ｃプレートの対称のた
め、複屈折は方位に依存しない。Ｃプレートの対称にお
いても明らかに必要とされるのは光学的補償エレメント
であるが、この場合負の（ｎe ＜ｎo ）複屈折を有する
ものである。このような補償器は液晶層によって生じる
ものとは符号が逆の位相遅延を導入し、それによって本
来の偏光状態を回復して、光が出力偏光子によって阻止
されるのを許容する。
【００１６】この技術は、必要とされる光学対称を有す
るＣプレート補償器を構成することが困難であるか、ま
たは不可能であったために、過去において使用されてい
なかった。ポリマーを延ばすか、圧縮して負のＣプレー
ト光学対称、および必要とされる均一性を有する広範囲
の膜を得る方法がなく、かつサファイアのような負の複
屈折結晶から補償器を構成することが不可能であった。
このような補償器を有効にするために、このようなプレ
ートの位相遅れは液晶の位相遅れと同じ大きさを有すさ
ねばならず、かつ液晶の位相遅れの変化と同じ速度で観
察角度とともに変化せねばならないであろう。これらの
制約は、したがって負のプレートの厚さが１０μｍのオ
ーダであることを含み、このことはプレートの表面が並
行なままであることを確実にする一方で正確な（負の）
複屈折を有する極めて薄いプレートの研磨を必要とする
ので、このようなアプローチを達成することを極めて困
難にする。このような表示装置はサイズが相対的に大き
いので、十分な大きさの負の複屈折結晶を利用可能にす
ることも極めて困難であろう。補償技術が交差されたＡ
プレート補償器を使用して提案されている。しかしこの
ような配列は方位（Ｃプレート）対称を有する補償器を
作り出すことができない。これらの困難のため、もし適
当な補償器が利用可能であったならば正常白型が優良な
品質の表示装置を作り出すことができたであろうが、当
該技術における傾向は正常黒表示装置に依存することで
あった。この発明はまずこのような補償器の必要性への
実際的な解決法を提供することである。
るＣプレート補償器を構成することが困難であるか、ま
たは不可能であったために、過去において使用されてい
なかった。ポリマーを延ばすか、圧縮して負のＣプレー
ト光学対称、および必要とされる均一性を有する広範囲
の膜を得る方法がなく、かつサファイアのような負の複
屈折結晶から補償器を構成することが不可能であった。
このような補償器を有効にするために、このようなプレ
ートの位相遅れは液晶の位相遅れと同じ大きさを有すさ
ねばならず、かつ液晶の位相遅れの変化と同じ速度で観
察角度とともに変化せねばならないであろう。これらの
制約は、したがって負のプレートの厚さが１０μｍのオ
ーダであることを含み、このことはプレートの表面が並
行なままであることを確実にする一方で正確な（負の）
複屈折を有する極めて薄いプレートの研磨を必要とする
ので、このようなアプローチを達成することを極めて困
難にする。このような表示装置はサイズが相対的に大き
いので、十分な大きさの負の複屈折結晶を利用可能にす
ることも極めて困難であろう。補償技術が交差されたＡ
プレート補償器を使用して提案されている。しかしこの
ような配列は方位（Ｃプレート）対称を有する補償器を
作り出すことができない。これらの困難のため、もし適
当な補償器が利用可能であったならば正常白型が優良な
品質の表示装置を作り出すことができたであろうが、当
該技術における傾向は正常黒表示装置に依存することで
あった。この発明はまずこのような補償器の必要性への
実際的な解決法を提供することである。
【００１７】実際に、表示装置のセルにおける液晶分子
の完全なホメオトロピック整列は高電圧が印加される場
合でも達成されない。これは、基板ガラスへの液晶分子
の装着方法がガラスに隣接するこれらの分子が傾いて、
電界と整列することを妨げるからである。しかし基板か
ら離れて位置決めされた分子は印加された電界と本質的
に整列され、それによって液晶層の光学対称性全体は本
質的に正の複屈折Ｃプレートのものとして特徴付けられ
ることができる。図１は捩じれたネマチック液晶セルに
おける位置の関数としてのチルト角のプロットであり、
印加されない電界（太い点線で表わされる）、高電界
（実線で表わされる）、および理想的ホメオトロピック
（短い点線で表わされる）条件下における液晶層全体に
わたる分子チルト角の典型的分布を示す。チルト角は長
分子軸（検出器）と基板ガラスの平面との間の角であ
る。分子の大きい分画が高電界条件においてほとんどホ
メオトロピックに整列されることに注目されたい。
の完全なホメオトロピック整列は高電圧が印加される場
合でも達成されない。これは、基板ガラスへの液晶分子
の装着方法がガラスに隣接するこれらの分子が傾いて、
電界と整列することを妨げるからである。しかし基板か
ら離れて位置決めされた分子は印加された電界と本質的
に整列され、それによって液晶層の光学対称性全体は本
質的に正の複屈折Ｃプレートのものとして特徴付けられ
ることができる。図１は捩じれたネマチック液晶セルに
おける位置の関数としてのチルト角のプロットであり、
印加されない電界（太い点線で表わされる）、高電界
（実線で表わされる）、および理想的ホメオトロピック
（短い点線で表わされる）条件下における液晶層全体に
わたる分子チルト角の典型的分布を示す。チルト角は長
分子軸（検出器）と基板ガラスの平面との間の角であ
る。分子の大きい分画が高電界条件においてほとんどホ
メオトロピックに整列されることに注目されたい。
【００１８】図２は強電界が印加されたセルの間隙の液
晶検出器の方位の概略図である。連続変化は３つの液晶
領域に分析的に分割され得、各々それ自身の光学対称を
特徴とする。各基板ガラスに隣接して、その対称が、そ
の異常軸が基板を擦る方向と整列されるＡプレートのも
のである領域がある。これらの間に、正のＣプレート対
称を示すより大きい領域がある。負のＣプレート補償器
はこの領域を介する伝搬によって導入される角依存の位
相シフトについて補正するように設計される。これはこ
の領域の光学対称が液晶セルの選択された状態を上回る
程度まで、すなわち分子が印加された電界と整列する程
度まで有効である。このことは、これがホメオトロピッ
ク概算をより正確に近いものにするので、選択状態に強
電界が使用されるとき、それが作用するであろうという
ことを含む。
晶検出器の方位の概略図である。連続変化は３つの液晶
領域に分析的に分割され得、各々それ自身の光学対称を
特徴とする。各基板ガラスに隣接して、その対称が、そ
の異常軸が基板を擦る方向と整列されるＡプレートのも
のである領域がある。これらの間に、正のＣプレート対
称を示すより大きい領域がある。負のＣプレート補償器
はこの領域を介する伝搬によって導入される角依存の位
相シフトについて補正するように設計される。これはこ
の領域の光学対称が液晶セルの選択された状態を上回る
程度まで、すなわち分子が印加された電界と整列する程
度まで有効である。このことは、これがホメオトロピッ
ク概算をより正確に近いものにするので、選択状態に強
電界が使用されるとき、それが作用するであろうという
ことを含む。
【００１９】補償されないフルカラー液晶表示装置は典
型的に視野上の色度の大きな変化を示す。結果的に、垂
直入射角で観察されるとき１色に見える領域は、広角で
観察されるときより飽和されないように見えるか、また
はその補色として見えさえするであろう。これは、広角
で低下したコントラストによって生じる同じ物理的機
構、すなわち表面上の暗領域からの所望されない光の漏
れから生じる。
型的に視野上の色度の大きな変化を示す。結果的に、垂
直入射角で観察されるとき１色に見える領域は、広角で
観察されるときより飽和されないように見えるか、また
はその補色として見えさえするであろう。これは、広角
で低下したコントラストによって生じる同じ物理的機
構、すなわち表面上の暗領域からの所望されない光の漏
れから生じる。
【００２０】フルカラー表示装置は表示装置のピクセル
上に赤、青、および緑の透過フィルタを位置決めするこ
とによって達成される。正常白型のカラー表示装置にお
いて、赤領域はその領域の青および緑ピクセルを選択し
て（それらに電圧を印加して）、それらを非透過性に
し、赤ピクセルを選択されないままにすることによって
達成される。この機構は直接観察されるとき十分に機能
するが、広角では青および緑ピクセルが透過し始め、そ
れによって赤は洗い流されたように見える。この効果は
Ｃプレート補償器によって正常白表示装置において抑制
される。脱飽和は暗状態の漏れを抑制することによって
除去される。
上に赤、青、および緑の透過フィルタを位置決めするこ
とによって達成される。正常白型のカラー表示装置にお
いて、赤領域はその領域の青および緑ピクセルを選択し
て（それらに電圧を印加して）、それらを非透過性に
し、赤ピクセルを選択されないままにすることによって
達成される。この機構は直接観察されるとき十分に機能
するが、広角では青および緑ピクセルが透過し始め、そ
れによって赤は洗い流されたように見える。この効果は
Ｃプレート補償器によって正常白表示装置において抑制
される。脱飽和は暗状態の漏れを抑制することによって
除去される。
【００２１】図３は広角で観察される典型的正常白の捩
じれたネマチックセルについて印加電圧に対する光の透
過を示すグラフのプロットである。この例は水平面にお
いて４０゜垂直からずらされた観察角度、および垂直面
において垂直入射角から８゜ずれた観察角度について得
られたデータを示す。透過曲線は補償されない（実線）
表示装置、およびＣプレート補償された（太い実線）表
示装置の両方について示される。補償された表示装置に
おいて、透過は電圧とともに単調に減少し、一方補償さ
れない表示装置においてはその傾向は逆であり、それに
よって高圧での透過は中間電圧での透過を上回り得る。
これは、中間電圧を使用して明るい領域を駆動すること
によって低い輝度レベルを表示するための技術であるグ
レースケールモードで動作されるとき、特に厄介であ
る。電圧がそれらの明るい領域が極めて低い輝度を有す
るように選択されるとき、正常暗ピクセルの透過は明る
いピクセルの透過を上回り得る。この補償されない状況
において、単に洗い流す変わりに、グレースケール色は
補色を呈する。たとえば垂直入射角で暗赤色である領域
は１角度から観察されるときシアンに見えるであろう。
透過曲線におけるこの傾向の反転を除去することによっ
て、Ｃプレート補償は正常白表示装置におけるこの色反
転を抑制する。
じれたネマチックセルについて印加電圧に対する光の透
過を示すグラフのプロットである。この例は水平面にお
いて４０゜垂直からずらされた観察角度、および垂直面
において垂直入射角から８゜ずれた観察角度について得
られたデータを示す。透過曲線は補償されない（実線）
表示装置、およびＣプレート補償された（太い実線）表
示装置の両方について示される。補償された表示装置に
おいて、透過は電圧とともに単調に減少し、一方補償さ
れない表示装置においてはその傾向は逆であり、それに
よって高圧での透過は中間電圧での透過を上回り得る。
これは、中間電圧を使用して明るい領域を駆動すること
によって低い輝度レベルを表示するための技術であるグ
レースケールモードで動作されるとき、特に厄介であ
る。電圧がそれらの明るい領域が極めて低い輝度を有す
るように選択されるとき、正常暗ピクセルの透過は明る
いピクセルの透過を上回り得る。この補償されない状況
において、単に洗い流す変わりに、グレースケール色は
補色を呈する。たとえば垂直入射角で暗赤色である領域
は１角度から観察されるときシアンに見えるであろう。
透過曲線におけるこの傾向の反転を除去することによっ
て、Ｃプレート補償は正常白表示装置におけるこの色反
転を抑制する。
【００２２】異なる屈折率を有する材料の交互の薄膜か
らなる層にされた媒体を使用することによって必要な補
償を達成することは、この発明のきわだった特徴であ
る。このように層にされた構造は人工的な複屈折の薄い
プレートとして動作し得る。この対応で製造された多層
補償器は負の複屈折を呈するようにされ得、さらに多層
構造の所望の複屈折は適切な層の厚さおよび材料を選択
することによって正確に適合され得る。この薄膜構造は
液晶表示装置内のホメオトロピカルに整列された状態の
所望されない位相遅れを効率的に補償するための強力な
技術を提供する。
らなる層にされた媒体を使用することによって必要な補
償を達成することは、この発明のきわだった特徴であ
る。このように層にされた構造は人工的な複屈折の薄い
プレートとして動作し得る。この対応で製造された多層
補償器は負の複屈折を呈するようにされ得、さらに多層
構造の所望の複屈折は適切な層の厚さおよび材料を選択
することによって正確に適合され得る。この薄膜構造は
液晶表示装置内のホメオトロピカルに整列された状態の
所望されない位相遅れを効率的に補償するための強力な
技術を提供する。
【００２３】この発明のための光学的基礎にこれより転
じて、例証的に６０゜の垂直からずらされた観察角度に
おいて液晶材料の正の複屈折により、概して位相遅れΓ
が次のようになることを検討されたい。
じて、例証的に６０゜の垂直からずらされた観察角度に
おいて液晶材料の正の複屈折により、概して位相遅れΓ
が次のようになることを検討されたい。
【００２４】
【数５】
【００２５】ここでｎeLおよびｎoLはホメオトロピカル
に整列された液晶の屈折率であり、ｄL は液晶セルの厚
さであり、λは透過光の波長である（ｎeLは観察角度の
関数として変化することに注目されたい）。たとえばｄ
L ＝６μｍおよびｎeL−ｎoL＝０．１の仮定の液晶を与
えると、位相の遅れは０．６μｍの波長λについてπに
等しいであろう。この大きさの位相遅れ値はそのような
斜めの観察角度で液晶からひどい光の漏れを生じ得る。
に整列された液晶の屈折率であり、ｄL は液晶セルの厚
さであり、λは透過光の波長である（ｎeLは観察角度の
関数として変化することに注目されたい）。たとえばｄ
L ＝６μｍおよびｎeL−ｎoL＝０．１の仮定の液晶を与
えると、位相の遅れは０．６μｍの波長λについてπに
等しいであろう。この大きさの位相遅れ値はそのような
斜めの観察角度で液晶からひどい光の漏れを生じ得る。
【００２６】周期的に層状にされた媒体はＣプレート対
称を有する複屈折を呈するであろう。光学的伝搬のため
に、このような媒体は同次の単軸複屈折材料のように作
用するであろう。層の厚さよりはるかに大きい波長の場
合について引き出される同等の屈折率ｎo およびｎe は
次の式によって二つの材料の多層について与えられる。
称を有する複屈折を呈するであろう。光学的伝搬のため
に、このような媒体は同次の単軸複屈折材料のように作
用するであろう。層の厚さよりはるかに大きい波長の場
合について引き出される同等の屈折率ｎo およびｎe は
次の式によって二つの材料の多層について与えられる。
【００２７】
【数６】
【００２８】ここでｎ1 およびｎ2 は第１および第２の
層材料の屈折率であり、ｄ1 は第１の材料の層の厚さで
あり、ｄ2 は第２の材料の層の厚さであり、Λ＝ｄ1 ＋
ｄ2は多層の期間である（イエー（Yeh ）による「層に
された媒体における光学波（Optical Waves in Layered
Media）」１３５頁（ウィリー（Wiley ）（1988））か
ら）。等式２）および３）は、これらの式が１／４波長
帯からの分散を説明するものではないので、透過された
光についてλ／４構造の主反射帯からから離れた波長だ
けに適用される概算を与えることに注目されたい。この
ような周期的構造の複屈折は波長よりはるかに短い期間
で常に負である（すなわちｎo ＞ｎe ）ということが示
され得る。適切な屈折率および厚さを有する層材料を選
択することによって、複合多層についてのｎo およびｎ
e はいずれも正確に適合され得る。
層材料の屈折率であり、ｄ1 は第１の材料の層の厚さで
あり、ｄ2 は第２の材料の層の厚さであり、Λ＝ｄ1 ＋
ｄ2は多層の期間である（イエー（Yeh ）による「層に
された媒体における光学波（Optical Waves in Layered
Media）」１３５頁（ウィリー（Wiley ）（1988））か
ら）。等式２）および３）は、これらの式が１／４波長
帯からの分散を説明するものではないので、透過された
光についてλ／４構造の主反射帯からから離れた波長だ
けに適用される概算を与えることに注目されたい。この
ような周期的構造の複屈折は波長よりはるかに短い期間
で常に負である（すなわちｎo ＞ｎe ）ということが示
され得る。適切な屈折率および厚さを有する層材料を選
択することによって、複合多層についてのｎo およびｎ
e はいずれも正確に適合され得る。
【００２９】このような層にされた媒体が液晶表示装置
に加えられるとき、ホメオトロピカルに整列された液晶
によって導入される位相遅れが補償され得る。もしｎoL
およびｎeLがホメオトロピカルに整列された液晶の正常
および異常屈折率であれば、最適な補償について層材料
が、液晶層の複屈折およびその厚さの積が等しく、かつ
多層の補償器の複屈折およびその厚さの積と反対になる
ように選択されるべきである。すべての角度における位
相の遅れの最良の補償を与えるために、次の式のように
Ｃ補償器の屈折率を適合させることが望ましい。
に加えられるとき、ホメオトロピカルに整列された液晶
によって導入される位相遅れが補償され得る。もしｎoL
およびｎeLがホメオトロピカルに整列された液晶の正常
および異常屈折率であれば、最適な補償について層材料
が、液晶層の複屈折およびその厚さの積が等しく、かつ
多層の補償器の複屈折およびその厚さの積と反対になる
ように選択されるべきである。すべての角度における位
相の遅れの最良の補償を与えるために、次の式のように
Ｃ補償器の屈折率を適合させることが望ましい。
【００３０】ｎeC＝ｎoL かつ ｎoC＝ｎeL ４） ここでｎeCおよびｎoCは補償器の異常および正常屈折率
である。さらに、全観察角度にわたる最も有効な補償の
ために、Ｃ補償器の厚さは液晶層の厚さに等しいべきで
ある。しかしながら、当業者は液晶のホメオトロピカル
に整列された部分の同等の長さ（すなわち図２において
Ｃ対称の標識を付けられた部分）が経験的に決定されね
ばならないことを理解するであろう。結果的に、Ｃ補償
器の多層の最適な厚さは、与えられた液晶セル設計につ
いての実験によって最適に定められる。
である。さらに、全観察角度にわたる最も有効な補償の
ために、Ｃ補償器の厚さは液晶層の厚さに等しいべきで
ある。しかしながら、当業者は液晶のホメオトロピカル
に整列された部分の同等の長さ（すなわち図２において
Ｃ対称の標識を付けられた部分）が経験的に決定されね
ばならないことを理解するであろう。結果的に、Ｃ補償
器の多層の最適な厚さは、与えられた液晶セル設計につ
いての実験によって最適に定められる。
【００３１】図４はこの発明に従って構成された捩じれ
たネマチック、透過性型正常白液晶表示装置（ＬＣＤ）
の断面概略側面図である。この表示装置は偏光子層４０
２と検光子層４０４とを含み、それらの間に液晶層４０
６が位置決めされ、これはネマチック相の液晶材料から
なる。偏光子および検光子は符号４０８（図面の平面に
おける偏光方向を表わす）および４１０（図面の平面に
直交する偏光方向を表わす）によって示されるように、
正常白表示装置の場合におけるように、互いに９０゜で
それらの偏光方向を配向される。第１の透明電極４１２
および第２の透明電極４１４は液晶層の両面に隣接して
位置決めされ、それによって電圧が電圧源４１６によっ
て液晶層に印加され得る。液晶層はさらに１対のガラス
プレート４１８および４２０の間に挟まれる。後に説明
されるように、ガラスプレート４１８および４２０の内
面は液晶層４０６に近接し、バフ研磨法によるように物
理的に処理される。基板４２２および４２４は表示装置
の前述の層のために支持構造を与える。
たネマチック、透過性型正常白液晶表示装置（ＬＣＤ）
の断面概略側面図である。この表示装置は偏光子層４０
２と検光子層４０４とを含み、それらの間に液晶層４０
６が位置決めされ、これはネマチック相の液晶材料から
なる。偏光子および検光子は符号４０８（図面の平面に
おける偏光方向を表わす）および４１０（図面の平面に
直交する偏光方向を表わす）によって示されるように、
正常白表示装置の場合におけるように、互いに９０゜で
それらの偏光方向を配向される。第１の透明電極４１２
および第２の透明電極４１４は液晶層の両面に隣接して
位置決めされ、それによって電圧が電圧源４１６によっ
て液晶層に印加され得る。液晶層はさらに１対のガラス
プレート４１８および４２０の間に挟まれる。後に説明
されるように、ガラスプレート４１８および４２０の内
面は液晶層４０６に近接し、バフ研磨法によるように物
理的に処理される。基板４２２および４２４は表示装置
の前述の層のために支持構造を与える。
【００３２】ＬＣＤ技術において周知であるように（た
とえば「フィジックス・トゥデー（Physics Today
）」、６８頁（1982.5月）のカーン（Kahn）による
「液晶装置の分子物理学（The Molecular Physics of L
iquid-Crystal Devices ）」を参照）、液晶層４０６の
材料がネマチック相にあり、かつプレート４１８および
４２０の内面（層４０６に隣接する面）がバフ研磨さ
れ、かつそれらのバフ研磨された方向に垂直に配向され
るとき、電圧印加されていない液晶材料の導波器ｎはプ
レート４１８および４２０の各々に近接する層の領域で
バフ研磨方向と整列される傾向があるであろう。さら
に、導波器はプレート４１８に隣接する第１の主面から
プレート４２０に隣接する第２の主面まで層４０６内の
経路に沿って９０゜の角度で滑らかに捩じれるであろ
う。結果的に印加された電界がないと、入ってくる偏光
の偏光方向は液晶層を通過する際９０゜だけ回転される
であろう。ガラスプレートおよび液晶層が偏光子４０８
および検光子４１０のような交差された偏光子の間に位
置決めされるとき、光線４２６によって例示されるよう
な、偏光子４０８によって偏光され、表示装置を横切る
光はこのように検光子４１０の偏光方向と整列され、し
たがって検光子を通過するであろう。しかし十分な電圧
が電極４１８および４２０に印加されるとき、印加され
た電界によって液晶材料の導波器は電界に並行に整列す
る傾向になるであろう。この状態の液晶材料によって、
光線４２８によって示されるように偏光子４０８によっ
て通される光は検光子４１０によって消されるであろ
う。したがって付勢された電極の対は表示装置の暗領域
を作り出し、印加された電界の影響を受けない表示装置
の領域を通過する光は照射された領域を作り出すであろ
う。ＬＣＤ表示装置技術において周知であるように、選
択された組合せで活性化された適当なパターンの電極は
この態様で使用され、アルファニューメリック、または
グラフィック情報を表示することができる。
とえば「フィジックス・トゥデー（Physics Today
）」、６８頁（1982.5月）のカーン（Kahn）による
「液晶装置の分子物理学（The Molecular Physics of L
iquid-Crystal Devices ）」を参照）、液晶層４０６の
材料がネマチック相にあり、かつプレート４１８および
４２０の内面（層４０６に隣接する面）がバフ研磨さ
れ、かつそれらのバフ研磨された方向に垂直に配向され
るとき、電圧印加されていない液晶材料の導波器ｎはプ
レート４１８および４２０の各々に近接する層の領域で
バフ研磨方向と整列される傾向があるであろう。さら
に、導波器はプレート４１８に隣接する第１の主面から
プレート４２０に隣接する第２の主面まで層４０６内の
経路に沿って９０゜の角度で滑らかに捩じれるであろ
う。結果的に印加された電界がないと、入ってくる偏光
の偏光方向は液晶層を通過する際９０゜だけ回転される
であろう。ガラスプレートおよび液晶層が偏光子４０８
および検光子４１０のような交差された偏光子の間に位
置決めされるとき、光線４２６によって例示されるよう
な、偏光子４０８によって偏光され、表示装置を横切る
光はこのように検光子４１０の偏光方向と整列され、し
たがって検光子を通過するであろう。しかし十分な電圧
が電極４１８および４２０に印加されるとき、印加され
た電界によって液晶材料の導波器は電界に並行に整列す
る傾向になるであろう。この状態の液晶材料によって、
光線４２８によって示されるように偏光子４０８によっ
て通される光は検光子４１０によって消されるであろ
う。したがって付勢された電極の対は表示装置の暗領域
を作り出し、印加された電界の影響を受けない表示装置
の領域を通過する光は照射された領域を作り出すであろ
う。ＬＣＤ表示装置技術において周知であるように、選
択された組合せで活性化された適当なパターンの電極は
この態様で使用され、アルファニューメリック、または
グラフィック情報を表示することができる。
【００３３】表示装置において偏光子層と検光子層との
間に位置決めされる多層薄膜補償器４３０を提供して、
広範囲の観察角度にわたって液晶表示装置の観察特性を
向上させることがこの発明の際立った特徴である。この
補償器は第２の屈折率を有する第２の連続層と交互の第
１の屈折率を有する第１の連続層を含む。第１および第
２の屈折率の値は、第１および第２の連続する層の厚さ
と同様、多層の位相遅れが液晶層の位相遅れと大きさに
おいて等しいが、正反対の符号であるように選択され
る。多層４３０の拡大図が図５の断面側面図に示され
る。この図は第１の厚さｄ1 を有する第１の連続する４
３２、４３４、４３６の層と、第２の厚さｄ 2 を有する
第２の連続する４３８、４４０、４４２の層とを示す。
光学薄膜の当業者が理解するであろうように、この発明
の概念を効果的に示すために、層の厚さは実際の多層の
寸法に関して誇張され、かつ示される層の数は多層の中
間の点線によって示されるように、実際の多層において
典型的に使用されるであろうより少ない。
間に位置決めされる多層薄膜補償器４３０を提供して、
広範囲の観察角度にわたって液晶表示装置の観察特性を
向上させることがこの発明の際立った特徴である。この
補償器は第２の屈折率を有する第２の連続層と交互の第
１の屈折率を有する第１の連続層を含む。第１および第
２の屈折率の値は、第１および第２の連続する層の厚さ
と同様、多層の位相遅れが液晶層の位相遅れと大きさに
おいて等しいが、正反対の符号であるように選択され
る。多層４３０の拡大図が図５の断面側面図に示され
る。この図は第１の厚さｄ1 を有する第１の連続する４
３２、４３４、４３６の層と、第２の厚さｄ 2 を有する
第２の連続する４３８、４４０、４４２の層とを示す。
光学薄膜の当業者が理解するであろうように、この発明
の概念を効果的に示すために、層の厚さは実際の多層の
寸法に関して誇張され、かつ示される層の数は多層の中
間の点線によって示されるように、実際の多層において
典型的に使用されるであろうより少ない。
【００３４】ここに図示される好ましい実施例は第１お
よび第２の光学材料を含む２つの連続する交互層を有す
る多層補償器を含むが、当業者は多層補償器の概念が特
定の材料の異なる層が厚さにおいて変化する多層と同
様、３つまたはそれより多い材料の周期的層構造を含む
より複雑な多層にも当てはまることを認識するであろ
う。さらに、この発明の概念は透過型液晶表示装置と同
様反射型にも適用可能である。
よび第２の光学材料を含む２つの連続する交互層を有す
る多層補償器を含むが、当業者は多層補償器の概念が特
定の材料の異なる層が厚さにおいて変化する多層と同
様、３つまたはそれより多い材料の周期的層構造を含む
より複雑な多層にも当てはまることを認識するであろ
う。さらに、この発明の概念は透過型液晶表示装置と同
様反射型にも適用可能である。
【００３５】この発明から恩恵を被ることができる別の
型の液晶表示装置は超捩じりネマチックセルであり、こ
れはそれが単なる多重化によってアドレス指定されるこ
とを許容する電圧応答特性を示し、それによってアクテ
ィブマトリックスアドレス指定に関する費用および製造
の困難を回避する。超捩じり構成はキラル（chiral）添
加物でネマチック液晶材料をドープして、２７０゜の総
捩じりをセルに与えることによって達成される。超捩じ
りネマチックセルは、正常黒表示装置のために前述の補
償技術をしばしば使用する正常黒構成において典型的に
使用される。しかしこのようなセルは正常白モードにお
いても動作し得、このような正常白超捩じり表示装置も
視野の向上のためにこの発明の多層補償器を加えること
から恩恵を被るであろう。さらに、この発明の補償機構
はその動作の一部としてホメオトロピカルに整列された
状態を使用するいかなる液晶表示装置にも広く適用可能
である。たとえば強誘電のような他の型の液晶表示装置
が、Ｃ軸対称を示す整列状態においてより広い視野を獲
得することによってこの発明で改良され得る。
型の液晶表示装置は超捩じりネマチックセルであり、こ
れはそれが単なる多重化によってアドレス指定されるこ
とを許容する電圧応答特性を示し、それによってアクテ
ィブマトリックスアドレス指定に関する費用および製造
の困難を回避する。超捩じり構成はキラル（chiral）添
加物でネマチック液晶材料をドープして、２７０゜の総
捩じりをセルに与えることによって達成される。超捩じ
りネマチックセルは、正常黒表示装置のために前述の補
償技術をしばしば使用する正常黒構成において典型的に
使用される。しかしこのようなセルは正常白モードにお
いても動作し得、このような正常白超捩じり表示装置も
視野の向上のためにこの発明の多層補償器を加えること
から恩恵を被るであろう。さらに、この発明の補償機構
はその動作の一部としてホメオトロピカルに整列された
状態を使用するいかなる液晶表示装置にも広く適用可能
である。たとえば強誘電のような他の型の液晶表示装置
が、Ｃ軸対称を示す整列状態においてより広い視野を獲
得することによってこの発明で改良され得る。
【００３６】この発明の好ましい実施例が上記のように
図示され、かつ説明されてきた。しかし修正および追加
の実施例が当業者には疑いなく明白であろう。たとえば
別の可能な実施例が表示装置の構造における基板の１つ
として層にされた媒体を使用するであろう。この発明は
カラーフィルタが表示装置内の電極のアレイに関連され
るカラー表示装置にも同様に適用可能である。さらに、
同等のエレメントがこの中に図示され、かつ説明される
ものに代用されてもよく、部分、または接続が反転され
るか、さもなければ交換されてもよく、かつこの発明の
ある特徴が他の特徴と関係なく使用されてもよい。さら
に、アクティブマトリックス回路のような液晶表示装置
の詳細は、このような詳細が液晶表示装置の技術におい
て周知であるため提示されない。結果的に、例証的実施
例は包括的というよりも例証的に検討されるべきであ
り、添付の請求項はこの発明の全領域をよりよく示すも
のである。
図示され、かつ説明されてきた。しかし修正および追加
の実施例が当業者には疑いなく明白であろう。たとえば
別の可能な実施例が表示装置の構造における基板の１つ
として層にされた媒体を使用するであろう。この発明は
カラーフィルタが表示装置内の電極のアレイに関連され
るカラー表示装置にも同様に適用可能である。さらに、
同等のエレメントがこの中に図示され、かつ説明される
ものに代用されてもよく、部分、または接続が反転され
るか、さもなければ交換されてもよく、かつこの発明の
ある特徴が他の特徴と関係なく使用されてもよい。さら
に、アクティブマトリックス回路のような液晶表示装置
の詳細は、このような詳細が液晶表示装置の技術におい
て周知であるため提示されない。結果的に、例証的実施
例は包括的というよりも例証的に検討されるべきであ
り、添付の請求項はこの発明の全領域をよりよく示すも
のである。
【００３７】この中に引用される次の論文の教示は引用
によって援用される。 「ジャーナル・オブ・フィジックス・Ｄ」８巻１５７５
頁（1975）のグーチらによる「捩じり角度≦９０゜を有
する捩じれたネマチック液晶構造の光学特性」 「ジャーナル・オブ・ジ・オプティカル・ソサエティ・
オブ・アメリカ」６６巻、１００３頁（1976）のグリー
ンバーグらによる「捩じれたネマチック液晶層の透過特
性」 「フィジックス・トゥデー」６８頁（1982.5月）のカー
ンによる「液晶装置の分子物理学」 「アドバンシズ・イン・イマージ・ピックアップ・アン
ド・ディスプレイ（Advances in Image Pickup and Dis
play）」４巻、２−８６頁（1981．Ｂ．カザン（Kazan
）編集）のカネコ（Kaneko）による「液晶マトリック
ス表示装置（Liquid-Crystal Matrix Displays）」 「プロシーディング・オブ・ジ・Ｓ．Ｉ．Ｄ」１９巻、
４３頁（1978）のペンズによる「捩じれたネマチック表
示装置の観察特性」 イエーによる「層にされた媒体における光学波」（198
8. ウィリー（Wiley ））
によって援用される。 「ジャーナル・オブ・フィジックス・Ｄ」８巻１５７５
頁（1975）のグーチらによる「捩じり角度≦９０゜を有
する捩じれたネマチック液晶構造の光学特性」 「ジャーナル・オブ・ジ・オプティカル・ソサエティ・
オブ・アメリカ」６６巻、１００３頁（1976）のグリー
ンバーグらによる「捩じれたネマチック液晶層の透過特
性」 「フィジックス・トゥデー」６８頁（1982.5月）のカー
ンによる「液晶装置の分子物理学」 「アドバンシズ・イン・イマージ・ピックアップ・アン
ド・ディスプレイ（Advances in Image Pickup and Dis
play）」４巻、２−８６頁（1981．Ｂ．カザン（Kazan
）編集）のカネコ（Kaneko）による「液晶マトリック
ス表示装置（Liquid-Crystal Matrix Displays）」 「プロシーディング・オブ・ジ・Ｓ．Ｉ．Ｄ」１９巻、
４３頁（1978）のペンズによる「捩じれたネマチック表
示装置の観察特性」 イエーによる「層にされた媒体における光学波」（198
8. ウィリー（Wiley ））
【図１】さまざまな条件の液晶セルにおける位置の関数
としての液晶分子のチルト角のプロットの図である。
としての液晶分子のチルト角のプロットの図である。
【図２】強電界を与えられた液晶セルの間隙を通る液晶
導波器の方位を示す概略図である。
導波器の方位を示す概略図である。
【図３】広角で観察される典型的正常白の捩じれたネマ
チックセルの印加電圧に対する光透過を示すグラフのプ
ロット図である。
チックセルの印加電圧に対する光透過を示すグラフのプ
ロット図である。
【図４】捩じれたネマチック、透過型液晶表示装置の断
面概略側面図である。
面概略側面図である。
【図５】図４に示される表示装置の多層部分の拡大図で
ある。
ある。
４０２：偏光子層 ４０４：検光子層 ４０６：液晶層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・ジェイ・ガニング アメリカ合衆国、カリフォルニア州、 91320 ニューベリー・パーク、カレ・バ レ・ビスタ、3924 (72)発明者 ジョン・ピー・エブレン・ジュニア アメリカ合衆国、カリフォルニア州、 91320 ニューベリー・パーク、ルドル フ・ドライブ、1324 (72)発明者 モーセン・コーシュネビサン アメリカ合衆国、カリフォルニア州、 91320 ニューベリー・パーク、エドガ ー・コート、４
Claims (12)
- 【請求項１】 液晶表示装置であって、 偏光子層と、 検光子層と、 偏光子層と検光子層との間に設けられた液晶層と、 液晶層の第１の主面に近接する第１の電極と、 液晶層の第２の主面に近接する第２の電極とを含み、 第１および第２の電極は、電極が電位源に接続されると
き、液晶層に電圧を印加するように適用され、この表示
装置はさらに、 偏光子層と検光子層との間に設けられた多層薄膜補償器
を含み、この補償器は各々第１の屈折率および第１の厚
さを有し、かつ各々第２の屈折率および第２の厚さを有
する第２の複数層と交互にされる第１の複数層を含み、
第１および第２の屈折率ならびに厚さの値は予め定めら
れた範囲の観察角度にわたるそのホメオトロピカルに整
列された状態において多層の位相遅れが液晶層の位相遅
れと大きさにおいて等しいが符号において正反対である
ような値である、液晶表示装置。 - 【請求項２】 液晶層は厚さｄL および複屈折ΔｎL を
有し、 多層はｄC および複屈折ΔｎC を有し、かつ ｜ΔｎL ｜ｄL ＝｜ΔｎC ｜ｄC である、請求項１に記
載の表示装置。 - 【請求項３】 液晶層は正常屈折率ｎoLおよび異常屈折
率ｎeLを有し、 多層は正常屈折率ｎoCおよび異常屈折率ｎeCを有し、 ｎeC＝ｎoL、 ｎoC＝ｎeL、かつｄL ＝ｄCである、請求項２に記載の
表示装置。 - 【請求項４】 同等の多層の屈折率は関係 【数１】 を満たし、 ここでｎo は同等の多層の正常屈折率であり、ｎe は同
等の多層の異常屈折率であり、ｎ1 は第１の屈折率であ
り、ｎ2 は第２の屈折率であり、ｄ1 は第１の厚さであ
り、ｄ2 は第２の厚さであり、かつΛ＝ｄ1 ＋ｄ2 は多
層の期間である、請求項２に記載の表示装置。 - 【請求項５】 偏光子層と、検光子層と、偏光子層と検
光子層との間に設けられた液晶層と、液晶層の第１の主
面に近接する第１の電極と、液晶層の第２の主面に近接
する第２の電極とを含み、第１および第２の電極は電極
が電位源に接続されるとき、液晶層に電圧を印加するよ
うに適用される型の液晶表示装置であって、その改良
は、 偏光子層と検光子層との間に設けられ、各々第１の屈折
率および第１の厚さを有し、かつ各々第２の屈折率およ
び第２の厚さを有する第２の複数層と交互にされる第１
の複数層を含む多層薄膜補償器を含み、第１および第２
の屈折率ならびに厚さの値は予め定められた範囲の観察
角度にわたるそのホメオトロピカルに整列された状態に
おいて多層の位相遅れが液晶層の位相遅れと大きさにお
いて等しいが、符号において正反対であるようなもので
ある、液晶表示装置。 - 【請求項６】 液晶層は厚さｄL および複屈折ΔｎL を
有し、 多層は厚さｄC および複屈折ΔｎC を有し、かつ ｜ΔｎL ｜ｄL ＝｜ΔｎC ｜ｄC である、請求項５に記
載の表示装置。 - 【請求項７】 液晶層は正常屈折率ｎoLおよび異常屈折
率ｎeLを有し、 多層は正常屈折率ｎoCおよび異常屈折率ｎeCを有し、 ｎeC＝ｎoLであり、 ｎoC＝ｎeLであり、かつｄL ＝ｄCである、請求項６に
記載の表示装置。 - 【請求項８】 同等の多層の屈折率は関係 【数２】 を満たし、 ここでｎo は同等の多層の正常屈折率であり、ｎe は同
等の多層の異常屈折率であり、ｎ1 は第１の屈折率であ
り、ｎ2 は第２の屈折率であり、ｄ1 は第１の厚さであ
り、ｄ2 は第２の厚さであり、かつΛ＝ｄ1 ＋ｄ2 は多
層の期間である、請求項６に記載の表示装置。 - 【請求項９】 偏光子層と、検光子層と、偏光子層と検
光子層との間に設けられた液晶層と、液晶層の第１の主
面に近接する第１の電極と、液晶層の第２の主面に近接
する第２の電極とを含み、第１および第２の電極は電極
が電位源に接続されるとき、液晶層に電圧を印加するよ
うに適用される型の液晶表示装置における位相遅れを補
償する方法であって、この方法は、 偏光子層と検光子層との間に多層薄膜補償器を位置決め
するステップを含み、多層は各々第１の屈折率および第
１の厚さを有し、かつ各々第２の屈折率および第２の厚
さを有する第２の複数層と交互にされる第１の複数層を
含み、第１および第２の屈折率ならびに厚さの値は予め
定められた範囲の観察角度にわたりそのホメオトロピカ
ルに整列された状態において多層の位相遅れが液晶層の
位相の遅れと大きさにおいて等しいが、符号において正
反対であるような値である、方法． - 【請求項１０】 液晶層は厚さｄL および複屈折ΔｎL
を有し、 多層は厚さｄC および複屈折ΔｎC を有し、かつ ｜ΔｎL ｜ｄL ＝｜ΔｎC ｜ｄC である、請求項９に記
載の方法。 - 【請求項１１】 液晶層は正常屈折率ｎoLおよび異常屈
折率ｎeLを有し、 多層は正常屈折率ｎoCおよび異常屈折率ｎeCを有し、 ｎeC＝ｎoLであり、 ｎoC＝ｎeLであり、かつｄL ＝ｄCである、請求項１０
に記載の表示装置。 - 【請求項１２】 第１および第２の屈折率および厚さの
値は関係 【数３】 を満たすようにさらに選択され、ここでｎo は同等の多
層の正常屈折率であり、ｎe は同等の多層の異常屈折率
であり、ｎ1 は第１の屈折率であり、ｎ2 は第２の屈折
率であり、ｄ1 は第１の厚さであり、ｄ2 は第２の厚さ
であり、かつΛ＝ｄ1 ＋ｄ2 は多層の期間である、請求
項１０に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US786621 | 1991-11-01 | ||
| US07/786,621 US5196953A (en) | 1991-11-01 | 1991-11-01 | Compensator for liquid crystal display, having two types of layers with different refractive indices alternating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05249457A true JPH05249457A (ja) | 1993-09-28 |
| JP3162210B2 JP3162210B2 (ja) | 2001-04-25 |
Family
ID=25139126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29333992A Expired - Lifetime JP3162210B2 (ja) | 1991-11-01 | 1992-10-30 | 液晶表示装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5196953A (ja) |
| EP (1) | EP0539847B1 (ja) |
| JP (1) | JP3162210B2 (ja) |
| DE (1) | DE69215332T2 (ja) |
| TW (1) | TW287243B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004004150A (ja) * | 2002-05-13 | 2004-01-08 | Sumitomo Chem Co Ltd | 積層位相差フィルム及びそれを用いた液晶表示装置 |
| WO2005088362A1 (en) * | 2004-03-11 | 2005-09-22 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Optical compensatory element, manufacturing method thereof, liquid crystal display and liquid crystal projector |
| US7522238B2 (en) | 2004-04-26 | 2009-04-21 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Laminate polarizing plate, a method of producing the same and a liquid crystal display |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP3250853B2 (ja) * | 1992-11-09 | 2002-01-28 | 松下電器産業株式会社 | 液晶表示装置およびそれを用いた投写型表示装置 |
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| US5580950A (en) * | 1993-04-21 | 1996-12-03 | The University Of Akron | Negative birefringent rigid rod polymer films |
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| JP3401049B2 (ja) * | 1993-05-26 | 2003-04-28 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 階調液晶表示パネル |
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| US5576861A (en) | 1993-12-15 | 1996-11-19 | Ois Optical Imaging Systems, Inc. | Liquid crystal display having a retarder with 100-200nm retardation and having high contrast viewing zone centered in positive or negative vertical region |
| US5594568A (en) * | 1993-12-15 | 1997-01-14 | Ois Optical Imaging Systems, Inc. | LCD with a pair of retardation films on one side of normally white liquid crystal layer |
| US5657140A (en) | 1993-12-15 | 1997-08-12 | Ois Optical Imaging Systems, Inc. | Normally white twisted nematic LCD with positive and negative retarders |
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