JPH06331979A - ノーマリ・ホワイト液晶ディスプレイ、およびその位相遅れを補償するための方法 - Google Patents

ノーマリ・ホワイト液晶ディスプレイ、およびその位相遅れを補償するための方法

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JPH06331979A
JPH06331979A JP6091009A JP9100994A JPH06331979A JP H06331979 A JPH06331979 A JP H06331979A JP 6091009 A JP6091009 A JP 6091009A JP 9100994 A JP9100994 A JP 9100994A JP H06331979 A JPH06331979 A JP H06331979A
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compensator
axis
analyzer
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Bruce K Winker
ブルース・ケイ・ウィンカー
Iii William J Gunning
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Donald B Taber
ドナルド・ビー・テイバー
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 広い視野角でハイコントラスト比を維持する
ことによりディスプレイの視野を最大限にする。 【構成】 ノーマリ・ホワイト液晶ディスプレイは垂直
方向の吸収軸を有する偏光子層４２２および検光子層４
２４を含む。液晶層４２６は偏光子層と検光子層との間
に配置され、当該層を介して方位の捩れを示す配向ベク
トルを有する。第１および第２の電極は液晶層の第１お
よび第２の主表面に近接する。第１の負の複屈折補償板
層は、その光軸がその駆動状態において液晶層の名目上
ホメオトロピックの中心領域内で光軸の平均方向に実質
的に平行に配向され、偏光子層と液晶層との間に配置さ
れる。第２の負の複屈折補償板層４５２は、複屈折が第
１の補償板層と実質的に同じであり、その光軸が第１の
補償板層と実質的に平行であるように配向され、検光子
層と液晶層との間に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】この発明は液晶ディスプレイの設計に関
し、より特定的に、広い視野角でハイコントラスト比を
維持することによってかかるディスプレイの視野を最大
限にするための技術に関する。
【０００２】液晶は電子ディスプレイに有用である。そ
の理由は薄膜の液晶を通過する偏光が膜の複屈折によっ
て影響を受け、複屈折は膜に電圧を印加することによっ
て制御可能であるからである。液晶ディスプレイが望ま
しいものになった理由は、周囲光を含む外部光源からの
光の透過または反射を、液晶装置を使用して、他のディ
スプレイで使用されるルミネセンス材料に必要とされる
よりずっと少ない電力で制御できたからである。結果と
して、液晶ディスプレイはデジタル時計、計算機、ポー
タブルコンピュータおよび多くの他のタイプの電子装置
などの応用で今日では一般に使用されており、これらの
応用において、軽重量および低消費電力で非常に長い寿
命および動作という利点を示している。
【０００３】多くの液晶ディスプレイの情報は数字また
は文字の行の形で表わされ、これらの数字または文字は
パターンに配列された数多くのセグメント電極によって
発生される。セグメントは個々のリードによって駆動電
子部品に接続され、それによりセグメントを透過する光
を制御することによって所望される情報を表示するよう
に適切なセグメントの組合わせに対して電圧を印加す
る。グラフィック情報またはテレビジョンディスプレイ
はマトリックス状のピクセルによって達成することがで
き、これらのピクセルは２組の直交導体の間のＸ−Ｙ逐
次アドレシング機構によって接続される。より進んだア
ドレシング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配列を使用する。後者の機構
は捩れネマチック液晶ディスプレイに圧倒的に適用され
ている。
【０００４】コントラストは液晶ディスプレイの品質を
決定する最も重要な属性の１つである。液晶ディスプレ
イで達成可能なコントラストを制限する主要なファクタ
は暗状態でディスプレイを通して漏れる光の量である。
この問題は直接日光のような高い周囲光環境でより悪化
し、このような環境ではかなりの量の反射光および散乱
周囲光が存在する。加えて、液晶装置のコントラスト比
はまた視野角にも依存する。典型的な液晶ディスプレイ
のコントラスト比は法線入射を中心とした狭い視野角の
範囲内でのみ最大値となり、視野角が大きくなるにつれ
落ちる。このコントラスト比の減少は大きな視野角で黒
状態ピクセルエレメントを通して光が漏れることによっ
て生じる。カラー液晶ディスプレイでは、このような漏
れはまた飽和およびグレースケールカラーの双方にとっ
て厳しい色ずれの原因となる。これらの制限は航空電子
工学のような非常に高品質のディスプレイを要求する応
用分野では特に重要であり、この分野では操縦士および
副操縦士の着席位置から航空電子工学ディスプレイが見
えることは重要である。広い視野にわたって高品質ハイ
コントラストイメージを表わすことのできる液晶ディス
プレイを提供することは当該技術分野において重要な改
良点であろう。
【０００５】イエー（Yeh ）他の「液晶ディスプレイの
ための補償板…（Compensator forLiquid Crystal Disp
lay…）」と題される米国特許第5,196,953 号は、その
ような液晶ディスプレイの補償板のための新規な構造を
開示しており、斜めの視野角におけるそのようなディス
プレイの視野コントラストおよびカラー表現の著しい改
良を可能にしている。しかしながら、コントラストおよ
び視野角のさらなる改良がこのようなディスプレイには
望まれる。
【０００６】
【発明の概要】ノーマリ・ホワイト液晶ディスプレイは
吸収軸を有する偏光子層、および偏光子層の吸収軸に実
質的に垂直な吸収軸を有する検光子層を含む。液晶層は
偏光子層と検光子層との間に配置され、当該層を介して
方位の捩れを示す配向ベクトルを有する。第１の電極は
液晶層の第１の主表面に接近しており、第２の電極は液
晶層の第２の主表面に接近しており、第１および第２の
電極は電極が電位源に接続された場合に液晶層に電圧を
印加するようになっている。第１の負の複屈折補償板層
は、その光軸が駆動状態で液晶層の中央の公称的にホメ
オトロピックな領域内の光軸の平均方向に実質的に平行
である状態で配向され、偏光子層と検光子層との間に配
置される。第２の負の複屈折補償板層もまた含まれ、こ
の場合第１の補償板層は偏光子層と液晶層との間におか
れる。第２の補償板層は第１の補償板層の複屈折と実質
的に等しい複屈折を示し、その光軸が第１の補償板層の
光軸に実質的に平行な状態で配向され、検光子層と液晶
層との間に配置される。
【０００７】より特定的な実施例において、第１および
第２の補償板層は偏光子層および検光子層に実質的に平
行であり、液晶層は第１の補償板層の光軸がその駆動状
態で液晶層の中央の公称的にホメオトロピックな領域内
の光軸の平均方向に実質的に平行になるように、第１お
よび第２の補償板層に対して傾けられている。さらなる
実施例は第１および第２の補償板層を含み、これらの層
は第１の補償板層の光軸がその駆動状態で液晶層の中央
の公称的にホメオトロピックな領域内の光軸の平均方向
に実質的に平行になるように、偏光子層、検光子層およ
び液晶層に対して傾けられている。別の可能な実施例は
偏光子層および検光子層を含み、これらの吸収軸は第１
の補償板層の異常軸に対して実質的に垂直に配向され
る。
【０００８】
【好ましい実施例の詳細な説明】その教示がこの出願の
中に引用によって援用されている、イエーらによる米国
出願特許第5,196,935 号、「液晶ディスプレイのための
補償板…」に説明されるように、液晶ディスプレイは直
接見るときには高品質の出力を与えるが、その画像は広
い視野角では劣化し、弱いコントラストを呈する。これ
は、そのような材料がそれを通過する光に及ぼす位相遅
れ効果が、光の傾斜角によって本質的に異なり、それに
より広い視野角では画像がより品質の低いものとなるか
らである。しかし、液晶セルとともに光学補償エレメン
トを導入することによって、望ましくない角効果を補正
し、それによって、そうでない場合可能であるよりも広
い視野角で、より強いコントラストを維持することがで
きる。
【０００９】必要とされる光学補償の型は、使用される
ディスプレイの型、すなわちノーマリ・ブラックまたは
ノーマリ・ホワイトに依存する。ノーマリ・ブラックデ
ィスプレイでは、捩れネマチック液晶セルが偏光子の間
におかれ、それらの偏光子の透過軸は、互いに、かつセ
ルの後方（すなわちセルを見る人と反対側）における液
晶の配向ベクトルの配向に平行である。消勢状態（電圧
が印加されない状態）では、ディスプレイのバックライ
トからの法線入射光は、第１の偏光子によって偏光さ
れ、通過する際、セルがその捩れ角分、その偏光方向を
回転させる。これは、導波効果としても知られる断熱追
従によって生じる。捩れ角は９０°にセットされ、それ
によって光が出力偏光子によって阻止される。セルの部
分に電圧をかけると、液晶分子は強制的に電界とほぼ整
列させられ、捩れネマチック対称性を排除する。この配
向では、セルの平均配向ベクトルはセルの壁にほぼ垂直
である。すると、液晶層は法線入射光に対して等方に見
え、導波効果を除去し、それによって液晶層を介する伝
搬により偏光状態は不変となり、そのような光が出力偏
光子を通ることができる。照射されたように見えるディ
スプレイの部分に電圧を選択的に印加することによっ
て、ディスプレイにパターンを書込むことができる。
【００１０】しかし、広角で観察した場合、そのような
角度で液晶層を通過する光に対して角度に依存した遅れ
効果が現れるため、すなわち法線から外れた入射光が角
度に依存した屈折率の変化を感じるため、ノーマリ・ブ
ラックディスプレイの暗（消勢）域は明るく見えるであ
ろう。捩れセルと類似の光学対称性を有するが、その効
果が反転した補償エレメントを使用することによって、
コントラストを復元することができる。１つの補償方法
は、逆ヘリシティの捩れセルをディスプレイ構造に加え
て、アクティブ液晶層を模倣することである。別の方法
は、１つ、または複数のＡプレート遅れ補償板の使用を
教示する（Ａプレートはその異常軸（すなわちｃ軸）が
プレートの表面と平行な１軸性複屈折プレートであ
る）。各補償エレメントが捩れネマチックセルと光学対
称性を共用するので、すなわちいずれも法線光伝搬方向
と直交する異常軸を有するので、これらの補償方法が作
用する。これらの補償に対するアプローチは、必要とさ
れる光学対称性を有する材料が容易に利用できることか
ら広く利用されている。逆捩れセルは液晶逆捩れ層を使
用し、Ａプレート遅れ板はポリビニールアルコール（Ｐ
ＶＡ）のようなポリマを延ばすことによって容易に製造
される。
【００１１】クラーク（Clerc ）による米国特許第4,70
1,028 号はたとえば、垂直方向に整列したネマチック、
または電気的に制御された複屈折液晶ディスプレイの視
野角を改良するための補償方法を説明している。この方
法は、電界がない場合、液晶分子が実質的にホメオトロ
ピック方向（セル表面に垂直）に配向され、かつ一方の
セル表面から他方のセル表面へ均等に整列されたノーマ
リ・ブラックディスプレイに限定される。この補償板
は、主対称軸が液晶分子と平行である１つ、または複数
の１軸性または２軸性の負の複屈折プレートからなる。
補償されている黒状態の対称性は完全に均一である。そ
れは、その対称性が表面処理のみの結果であり、電界印
加の結果ではないからであり、また捩れがないからであ
る。補償板は液晶層の片側または両側に位置付けられ、
ポリマまたは熱可塑性ポリマ材料から形成され得る。ク
ラークは概して、液晶分子、および従って補償板の異常
軸が「実質的に」ホメオトロピックである、すなわち正
確な角度がセル表面とほぼ垂直であることを許容する。
クラークは液晶分子および補償板の特定の斜め配向につ
いては何も言及していない。
【００１２】これらの補償技術の有効性にもかかわら
ず、ノーマリ・ブラック動作モードに関するこのアプロ
ーチには欠点がある。たとえば、ノーマリ・ブラックデ
ィスプレイの見た目はセルの間隙に対して極めて感度が
高い。したがって、見た目を均一な暗に維持するため
に、ノーマリ・ブラック液晶セルを極めて厚くすること
が必要であり、それによって液晶応答時間が許容不可能
なほど長くなる。また、グーチ−タリ（Gooch-Tarry ）
最小値でそのようなセルを作動することが必要である
（ジャーナル・オブ・フィジックス・Ｄ（Journal of P
hysics D）第８巻、１５７５頁（１９７５）のグーチ他
による「捩れ角≦９０°の捩れネマチック液晶構造の光
学的特性（The Optical Properties of Twisted Nemati
c Liquid Crystal Structures with Twist Angles ≦９
０°）」を参照）。しかし、このアプローチでは液晶セ
ルの間隙に達成困難な製造許容誤差が課される。さら
に、セルの間隙は多色ディスプレイにおいては各ピクセ
ルの色ごとに異ならねばならない。さらに、逆捩れ補償
技術は、第２の液晶セルを光学列に挿入することを必要
とし、これはディスプレイのコスト、重量および体積を
著しく増加させる。したがって、これらの欠点を回避す
るためにはノーマリ・ホワイトディスプレイを補償する
ことが極めて望ましい。
【００１３】ノーマリ・ホワイトディスプレイ構造で
は、９０°の捩れネマチックセルが交差した偏光子間に
おかれ、それによって各偏光子の透過軸が、偏光子に隣
接するセルの領域内における液晶分子の配向ベクトルと
平行または垂直のいずれかになる。これによって、ノー
マリ・ブラックディスプレイと明暗の感覚が逆転する。
消勢（電圧が印加されない）域はノーマリ・ホワイトデ
ィスプレイでは明るく見え、付勢域は暗く見える。明ら
かに暗い区域が広角で見ると明るく見えるという問題は
依然として生じるが、この問題の理由はノーマリ・ブラ
ック構造の場合とは異なり、その補正には別の型の光学
補償エレメントを必要とする。付勢域において、液晶分
子は印加電界と整列するように傾き、回転しやすい。こ
の整列が完全であったならば、セル内のすべての液晶分
子が、それらの長軸が基板ガラスに対して法線方向にあ
る状態に配向されるであろう。ホメオトロピック構造と
して知られるこの配列は、正の複屈折Ｃプレートが光学
対称性を示すであろう（Ｃプレートはその異常軸（すな
わちｃ軸）がプレートの表面に対して垂直である１軸性
複屈折プレートである）。付勢状態では、ノーマリ・ホ
ワイトディスプレイはしたがって、法線入射光に対して
等方に見え、これは交差した偏光子によって阻止される
であろう。
【００１４】ノーマリ・ホワイトディスプレイにおいて
広い視野角の場合コントラストが損失するのは１つに
は、ホメオトロピック液晶層が法線から外れた光に対し
て等方に見えないからである。法線から外れた角度で層
を介して伝搬する光は、層が複屈折を行なうため２つの
モードで現れる。位相遅延がそれらのモードの間に導入
され、光の入射角とともに増加する。このように位相が
入射角に依存することから、第２の偏光子によって不完
全に消されている偏光状態に楕円が導入され、光のリー
クが生じる。液晶層のＣプレートの対称性のため、（第
１の近似に対する）複屈折は方位に依存しない。この効
果を補正するのに必要とされるのは、同じくＣプレート
が対称であるが、複屈折が負（ｎe ＜ｎo ）である光学
補償エレメントである。このような補償板は、液晶層に
よって生じた遅延とは逆符号の位相遅延を導入し、それ
によってもとの偏光状態を復元し、層の付勢域を通過す
る光を出力偏光子によってより完全に阻止することがで
きる。このような補償板をより効果的なものとするため
に、補償エレメントの位相遅れは液晶の位相遅れと同じ
大きさを有さねばならず、かつ液晶の位相遅れの変化と
同じ割合で視野角の関数としてのその値を変化させねば
ならない。
【００１５】ディスプレイセル内の液晶分子の完全なホ
メオトロピック整列が、実際にセルにかけることができ
る電圧レベルによっては達成されないために、この状況
はさらに複雑なものとなる。液晶装置において、電界は
セルの表面と垂直方向に印加される。完全にホメオトロ
ピックなセルでは、このような印加電界によって液晶分
子がすべて表面と垂直な電界と整列される。しかし、基
板表面に液晶層を形成することによって、表面に隣接し
た液晶分子が、印加電界と完全に平行に整列するのに十
分な程傾くことが妨げられる。基板から遠方にある分子
は印加電界とより平行に整列されるが、印加電界と厳密
に平行に整列することを、弾力が妨げる。
【００１６】図１は、９０°の捩れネマチック液晶セル
における位置の関数として（水平軸に沿った深さの割合
ｚとして）の傾き角（垂直軸に沿った角度）の計算プロ
ットであり、電圧が印加されない場合（下部水平点線１
０２で表わされる）および約４．８Ｖの典型的な電圧が
印加された場合（曲線１０４で示される）における液晶
層全体にわたる分子傾き角の典型的分布を表わす。傾き
角は液晶分子の長分子軸（配向ベクトル）と基板ガラス
の平面との角度として規定される。
【００１７】図２は、セルの位置の関数として液晶分子
の計算された傾き角を示す同一セルの関連プロットであ
る。電圧が印加されない場合、セルの捩れは、点線２０
２で示されるように、セル全体にわたって均等に分布さ
れる。典型的な印加電圧（４．８Ｖ）下では、捩れ角は
曲線２０４で示されるように分布される。図１および２
に示されるように、印加電圧条件下では、液晶分子によ
って経験された捩れのほぼすべて、および分子によって
示された傾きの実質的部分は、セルの中央領域１０６で
生じる。これらの現象のために、セル内の分子配向の連
続変化は３つの領域に分けられ、各々それ自体の光学対
称性を特徴とする。したがって、領域１０６はＣプレー
トの特性に近い名目上ホメオトロピックとして考えるこ
とができる。セルの各表面に近い領域１０８および１１
０はＡプレートとして作用し、各々その異常軸が近接し
た基板の擦り方向と整列する。領域１０８および１１０
の分子に捩れが本質的にない場合、それらの分子は液晶
層の両側でそれぞれの擦り方向と整列される。さらに、
領域１０８の分子の捩れ角が領域１１０の分子の捩れ角
と直角をなす傾向があるため、セルを通過する光に対す
るそれらの２つの領域の効果は相殺されやすく、真ん中
のＣプレート領域が大きな影響を及ぼす。
【００１８】図３は、液晶層における分子への強い印加
電界の傾きおよび捩れの組合わせ効果を示す概略断面図
である。分子の３次元配向が、電極３１２および３１４
の間の線の長さおよび傾きによって２次元で表わされ
る。たとえば、点３１６はセルの上面に近い分子を表わ
し、これはほとんど傾きがなく、かつ図面の平面に実質
的に垂直の捩れ配向を有し、線３１８は下面に近い分子
を表わし、これは同様に実質的にほとんど傾きがない
が、図面の平面に平行な捩れ配向を有する。セルの中心
の分子は、線３２０で表わされ、線３１６および３１８
で示されるものの中間、すなわち４５°の捩れを有し、
０でない傾きを有する。
【００１９】負のＣプレート補償板は、ほぼＣプレート
の中心領域を介する伝搬によって導入される角度に依存
した位相シフトを補正するように設計される。このよう
な補償板は、この領域の光学対称性が液晶セルの選択さ
れた状態を越える程度まで、すなわち分子が印加電界と
整列する程度まで有効である。このことは、強電界が付
勢状態に使用される場合、ホメオトロピック近似がより
正確になるので、負のＣプレート補償が最もうまく作用
するということを示す。
【００２０】カラーディスプレイを設計する場合、制約
がさらに加えられる。補償されないフルカラー液晶ディ
スプレイは、典型的には視野上の色度が大きく異なる。
したがって、法線入射で見ると一色に見える区域が、広
角で見るとより飽和されてい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。このような色
度の違いには２つの原因があり、１つは角度による明る
さ対電圧の電気光学応答曲線の変化であり、それによっ
てグレーレベル輝度においてシフトが生じ、もう１つは
非透過状態であるように選択されたピクセルからのリー
クである。コントラストの補償は明るさ−電圧特性に直
接影響を及ぼさないが、暗状態におけるリークを低減す
ることによって、飽和色に対する色度安定性が改良され
る。
【００２１】フルカラーディスプレイは、ディスプレイ
のピクセル上に赤、青および緑の透過フィルタをおくこ
とによって達成される。ノーマリ・ホワイト型のカラー
ディスプレイでは、赤域は、その区域内の青および緑の
ピクセルを選択して（それらに電圧を印加して）、非透
過性にし、赤のピクセルを選択せずにおくことによっ
て、示される。この機構は直接見るときは十分に機能す
るが、広角では青および緑のピクセルが透過を始め、そ
れによって赤が洗い流されたように見える。この効果
は、ノーマリ・ホワイトディスプレイではＣプレート補
償板によって抑制される。非飽和は、暗状態のリークを
抑制することによって排除される。
【００２２】すべての視野角に対して最も有効な補償を
行なうために、補償板層の組合わされた位相遅れは液晶
層の遅れと等しくされるべきである。しかし、液晶の名
目上ホメオトロピックの中心領域（すなわち図３のＣ対
称と表示された部分）の対応の長さは実験によって定め
られねばならないということを当業者は理解するであろ
う。したがって、補償板層の最適な遅れは、所与の液晶
セル設計および視野角の要件のための実験によって最も
うまく定められる。
【００２３】図４は、この発明に従って構成された捩れ
ネマチックの、透過型ノーマリ・ホワイト液晶ディスプ
レイ（ＬＣＤ）の概略的側断面図である。このディスプ
レイは、偏光子層４２２と検光子層４２４とを含み、そ
れらの間にはネマチック相の液晶材料からなる液晶層４
２６が位置付けられる。記号４２８（図面の平面内の偏
光方向を表わす）および４３０（図面の平面と直交する
偏光方向を表わす）で示されるように、偏光子および検
光子は、ノーマリ・ホワイトディスプレイではそうであ
るように、偏光方向が互いに９０°である状態で配向さ
れる。第１の透明電極４１２および第２の透明電極４１
４は液晶層の両側に隣接して配置され、それにより電源
４３６によって液晶層に電圧が印加される。液晶層はさ
らにガラスプレート対４３８および４４０の間に挟まれ
る。後で説明するように、液晶層４２６に近接したガラ
スプレート４３８および４４０の内表面は、バフ研磨法
によるように物理的または化学的に処理される。
【００２４】ＬＣＤ技術において周知のように（たとえ
ばフィジックス・トゥデー（Physics Today ）、６８頁
（１９８２年５月）のカーン（Kahn）による「液晶装置
の分子物理学（The Molecular Physics of Liquid-Crys
tal Devices ）」を参照）、液晶層４２６の材料がネマ
チック相であり、かつプレート４３８および４４０の内
表面（層４２６に隣接する面）がポリイミドで被覆さ
れ、バフ研磨され、それらのバフ研磨された方向と垂直
である状態で配向される場合、電圧印加されていない液
晶層の配向ベクトルｎは、プレート４３８および４４０
の各々と近接した層の領域においてバフ研磨された方向
（「擦り方向」として知られる）と整列する傾向があ
る。さらに、配向ベクトルは、プレート４３８に隣接す
る第１の主表面からプレート４４０に隣接する第２の主
表面まで、層４２６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。したがって、電界印加されな
い場合、入来する偏光光の偏光方向は、液晶層を通過す
る際９０°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４２８および検光子４３０のような交
差した偏光子間におかれる場合、光線４４６によって示
されるように、偏光子４２８によって偏光され、ディス
プレイを進む光はしたがって、検光子４３０の偏光方向
と整列し、検光子を通り抜けるであろう。しかし、電極
４１２および４１４に十分な電圧が印加された場合、印
加電界により液晶材料の配向ベクトルが電界と平行に整
列しやすくなる。液晶材料がこの状態にある場合、光線
４４８で示されるように、偏光子４２８を通過した光は
検光子４３０によって消される。したがって、付勢され
た電極対はディスプレイの暗領域を作り出し、印加電界
の影響を受けないディスプレイの領域を通過した光は照
明領域を作り出すであろう。ＬＣＤディスプレイ技術に
おいて周知のように、選択された組合わせで活性化され
た適切なパターンの電極はこの態様で利用して、アルフ
ァニューメリックグラフィック情報を表示することがで
きる。
【００２５】液晶の平均配向ベクトルが正確に９０°と
いうよりは、むしろ約８０°で斜めに配向されているの
で、負の複屈折Ｃプレートによって複屈折を補償しても
ディスプレイの残りの複屈折を完全に相殺することはで
きない。補償板層対４５０および４５２は広範囲の視野
角にわたってディスプレイの視覚特性を高める。第１の
補償板層４５０は負の複屈折補償板層であり、この層は
その光軸が、その駆動状態において液晶層の名目上ホメ
オトロピックの中心領域内において光軸の平均方向に実
質的に平行である状態で配向される。この層４５０は、
偏光子層４２８と液晶層４２６との間に配置される。第
２の補償板層４５２は、複屈折が第１の補償板層と実質
的に同じである負の複屈折層である。第２の補償板層４
５２は、その光軸が、第１の補償板層の光軸に実質的に
平行である状態で配向され、かつ偏光子層４３０と液晶
層４２６との間に配置される。
【００２６】補償板層の光軸が、液晶層の名目上ホメオ
トロピックの中心領域内において光軸の平均方向に実質
的に平行であることを確実にするために、液晶層と補償
板層と偏光子層および検光子層とは互いに対して様々な
配向が想定される。図５−８は可能な配向のいくつかを
示すために与えられる。図５は、この発明に従って構成
された液晶ディスプレイの様々な構成要素における光軸
（または偏光子および検光子の場合、吸収軸）の方向を
特定するのに使用される決まりを示す。光軸５５４の捩
れは、ｘｙ平面上のｘ軸５５６および光軸の投影５５８
の間の角度φで示される。光軸の傾きは、ｘｙ平面と光
軸との間の角度θで示される。
【００２７】一実施例において、たとえば、液晶層、補
償板層および偏光子および検光子の表面はすべて互いに
平行に配向される。この実施例は図６の概略的拡大図と
して示され、図５の方向上の決まりを使用した特定例を
示す。図７に示される第２の実施例では、補償板層の光
軸が、その駆動状態において液晶層の名目上ホメオトロ
ピックの中心領域内において光軸の平均方向に実質的に
平行であるように、液晶層が第１および第２の補償板
層、偏光子、および検光子層に対して傾けられる。別の
配置は、図８に示されるように、偏光子、検光子および
液晶層に対して補償板層を傾け、特定の整列を達成する
ものである。補償板軸ならびに偏光子および検光子軸の
両方を傾けることによって、どちらか一方だけを傾ける
よりも視野角が相乗効果的に改良される。低象限におけ
るコントラスト比を改良して、ディスプレイを反転する
こともでき、それによって捩れネマチックディスプレイ
の低象限における本質的に優れたグレースケール性能の
恩恵を受けることができる。
【００２８】この実施例の斜軸補償板は、ＳｉＯ2 を斜
めに堆積した直線マイクロプリズムアレイまたはプレテ
ィルトを呈する液晶整列表面のような傾いた表面構造を
有する基板上に、薄膜の負の複屈折Ｃプレートを成長さ
せることによって製造することができる。
【００２９】液晶セルの両側に各々同一の補償板層を使
用することによって、コントラスト比を水平方向に広い
視野角で改良することができる。視野角に対してセルの
両側に擦り方向を適切に配向することによって、左右両
方の視野角を同程度に改良することができ、垂直軸に対
して左右対称パターンのコントラスト比偏光顕微鏡を製
造することができる。この発明の二重補償板層設計は、
垂直方向の視野角を同様に改良するためにも使用するこ
とができる。
【００３０】この発明に利用される補償板層は、多数の
異なる方法で製造されることができる。使用され得る１
つのアプローチは、米国特許第5,196,593 号のイエーら
による「液晶ディスプレイのための補償板…」に説明さ
れた薄膜補償板である。それらの補償板層を製造するた
めの他の技術は、ハトー（Hatoh ）らによる「ウルトラ
スーパー捩れ液晶補償板を有するＴＮＬＣＤにおける視
野角拡大倍率（Viewing Angle Magnification in a TNL
CD with an Ultra-Super-Twisted Liquid Crystal Comp
ensator ）」（ウルトラスーパー捩れ液晶セル）、ＳＩ
Ｄ・９１・ダイジェスト（Digest）、７５８−７６１頁
（ソサエティー・フォー・インフォーメーション・ディ
スプレイ１９９１（Society for Information Display
1991））の、クラークによる「垂直方向に整列した液晶
ディスプレイ（Vertically Aligned Liquid-Crystal Di
splays）」（垂直方向に圧縮されたアイソマーフィル
ム）、ＳＩＤ・９１・ダイジェスト、７６２−７６５頁
の、ヤマモト（Yamamoto）らによる「フルコーンワイド
の視野角のマルチカラーＣＳＨ−ＬＣＤ（Full-ConeWid
e-Viewing-Angle Multicolor CSH-LCD ）」（２軸性の
延ばされたポリマフィルム）、日本国公開特許公報No.
ＪＰ ０３０２８８２２ Ａ２（１９９１年２月７日）
の、イイエダ（Iieda ）らによる「液晶ディスプレイの
ための色補償プレート（Color Compensation Plate for
Liquid-Crystal Display ）」（光学的にアクディブの
ビフェニレンポリエステルフィルム）に説明される。さ
らに、この発明の概念は透過型液晶ディスプレイと同様
反射型にも適用可能である。
【００３１】この発明から改良される別の型の液晶ディ
スプレイは、超捩れネマチックセルであり、それは簡単
なマルチプレクスによってそれが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シングに関わる費用および製造
上の困難を避けることができる。超捩れ構造は、キラル
添加物で液晶材料をドープして、セルに総捩れ９０°な
いし２７０°を与えることによって達成される。超捩れ
ネマチックセルは典型的にはノーマリ・ブラック構造に
使用され、ノーマリ・ブラックディスプレイのための上
述の補償技術を使用することが多い。しかし、そのよう
なセルはノーマリ・ホワイトモードでも作動させること
ができ、そのようなノーマリ・ホワイト超捩れディスプ
レイは、視野の向上のためにこの発明の多層補償板を加
えることによっても改良されることができる。さらに、
この発明の補償機構は、その動作の一部として実質的に
ホメオトロピックに整列した黒状態を使用するどのよう
な液晶ディスプレイ装置にも広く適用可能である。
【００３２】この発明の好ましい実施例が上に示され、
説明されてきた。しかし、修正およびさらなる実施例が
当業者には疑いなく明らかであろう。たとえば、別の可
能な実施例は、ディスプレイ構造に１つまたは複数の基
板として補償板層を利用する。この発明は、カラーフィ
ルタがディスプレイ内の電極配列と接続されるカラーデ
ィスプレイにも同様に適用可能である。さらに、この中
に示され説明されたものと同等のエレメントが置換えら
れてもよく、部分または接続を逆にしても、交換しても
よく、この発明のある特徴を他の特徴と独立的に利用し
てもよい。さらに、アクティブマトリックス回路のよう
な液晶ディスプレイの詳細は、液晶ディスプレイの技術
において周知であるため提示されない。したがって、典
型的実施例は包括的というよりはむしろ例示的と考えら
れるべきであり、添付のクレームのほうがこの発明の請
求の範囲全体を示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】捩れネマチック液晶セルにおける位置の関数
（水平軸に沿った深さの割合ｚ）としての傾き角（垂直
軸に沿った角度）のプロット図である。
【図２】セルにおける位置の関数としての液晶分子の捩
れ角を表わす同一セルの関連プロット図である。
【図３】印加された高電界の、液晶層中の分子に対する
傾きおよび捩れの組合わせ効果を示す概略的断面図であ
る。
【図４】この発明に従って構成された捩れネマチック、
透過型ノーマリ・ホワイト液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
の概略的側断面図である。
【図５】図６−図８における光軸（または偏光子および
検光子の場合、吸収軸）の方向を特定するのに使用され
る決まりを示す図である。
【図６】この発明に従って構成された液晶ディスプレイ
の特定の実施例におけるエレメント間の関係を示す概略
的拡大図である。
【図７】この発明に従って構成された液晶ディスプレイ
の特定の実施例におけるエレメント間の関係を示す概略
的拡大図である。
【図８】この発明に従って構成された液晶ディスプレイ
の特定の実施例におけるエレメント間の関係を示す概略
的拡大図である。
【符号の説明】
４２２：偏光子層 ４２４：検光子層 ４２６：液晶層 ４５０，４５２：補償板層
───────────────────────────────────────────────────── 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・ザ・サー ド アメリカ合衆国、カリフォルニア州、ニュ ーベリー・パーク、カレ・バレ・ビスタ、 3924 (72)発明者 ドナルド・ビー・テイバー アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サウ ザンド・オークス、ファーゴ・ストリー ト、562

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ノーマリ・ホワイト液晶ディスプレイで
    あって、 吸収軸を有する偏光子層と、 前記偏光子層の前記吸収軸に実質的に垂直な吸収軸を有
    する検光子層と、 前記偏光子層と検光子層との間に配置される液晶層とを
    備え、前記液晶層は当該層を介して方位の捩れを示す配
    向ベクトルを有し、 前記液晶層の第１の主表面に近接する第１の電極と、 前記液晶層の第２の主表面に近接する第２の電極とを含
    み、前記第１および第２の電極は前記電極が電位源に接
    続された場合に前記液晶層に電圧を印加するようにさ
    れ、さらに第１の負の複屈折補償板層を含み、前記補償
    板層はその光軸がその駆動状態で前記液晶層の中央の公
    称的にホメオトロピックな領域内の前記光軸の平均方向
    に実質的に平行な状態で配向され、前記偏光子層と前記
    検光子層との間に配置される、液晶ディスプレイ。
  2. 【請求項２】 前記液晶層は、前記第１の補償板層の前
    記光軸がその駆動状態で前記液晶層の前記中央の公称的
    にホメオトロピックな領域内の前記光軸の平均方向に実
    質的に平行になるように、前記第１の補償板層、前記偏
    光子層、および前記検光子層に対して傾けられている、
    請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
  3. 【請求項３】 前記第１の補償板層は前記第１の補償板
    層の前記光軸がその駆動状態で前記液晶層の前記中央の
    公称的にホメオトロピックな領域内で前記光軸の平均方
    向に実質的に平行になるように、前記偏光子層、前記検
    光子層および前記液晶層に対して傾けられている、請求
    項１に記載の液晶ディスプレイ。
  4. 【請求項４】 前記偏光子層の前記吸収軸は前記第１の
    補償板層の異常軸に対して実質的に垂直に配向され、さ
    らに前記検光子層の前記吸収軸は前記第１の補償板層の
    異常軸に対して実質的に垂直に配向される、請求項１に
    記載の液晶ディスプレイ。
  5. 【請求項５】 第１の負の複屈折補償板層は前記偏光子
    層と前記検光子層との間にさらに配置され、前記第１の
    補償板層の前記複屈折と実質的に同一の複屈折を有し、
    その光軸が前記第１の補償板層の前記光軸に実質的に平
    行な状態で配向され、前記検光子層と前記液晶層との間
    に配置される第２の負の複屈折補償板層をさらに含む、
    請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
  6. 【請求項６】 前記補償板層の前記光軸は前記液晶層の
    前記第１の主表面に対して実質的に垂直に配向される、
    請求項５に記載の液晶ディスプレイ。
  7. 【請求項７】 前記液晶層は前記補償板層の前記光軸が
    その駆動状態で前記液晶層の前記中央の公称的にホメオ
    トロピックな領域内の前記光軸の平均方向に実質的に平
    行になるように、前記第１および第２の補償板層、前記
    偏光子層、ならびに前記検光子層に対して傾けられてい
    る、請求項５に記載の液晶ディスプレイ。
  8. 【請求項８】 前記第１および第２の補償板層は前記補
    償板層の前記光軸がその駆動状態で前記液晶層の前記中
    央の公称的にホメオトロピックな領域内の前記光軸の平
    均方向に実質的に平行になるように、前記偏光子層、前
    記検光子層、および前記液晶層に対して傾けられてい
    る、請求項５に記載の液晶ディスプレイ。
  9. 【請求項９】 前記偏光子層の前記吸収軸は前記補償板
    層の異常軸に対して実質的に垂直に配向され、さらに前
    記検光子層の前記吸収軸は前記補償板層の異常軸に対し
    て実質的に垂直に配向される、請求項５に記載の液晶デ
    ィスプレイ。
  10. 【請求項１０】 吸収軸を有する偏光子層と、前記偏光
    子層の前記吸収軸に対して実質的に垂直な吸収軸を有す
    る検光子層と、前記偏光子層と前記検光子層との間に配
    置される液晶層とを備え、前記液晶層は当該層を介して
    方位の捩れを示す配向ベクトルを有し、前記液晶層の第
    １の主表面に近接する第１の電極と、さらに前記液晶層
    の第２の主表面に近接する第２の電極とを含み、前記第
    １および第２の電極は前記電極が電位源に接続された場
    合に前記液晶層に電圧を印加するようにされたタイプの
    ノーマリ・ホワイト液晶ディスプレイであって、その改
    良点はその光軸が駆動状態で前記液晶層の中央の公称的
    にホメオトロピックな領域内の前記光軸の平均方向に実
    質的に平行な状態で配向され、前記偏光子層と前記検光
    子層との間に配置される第１の負の複屈折補償板層を含
    む、液晶ディスプレイ。
  11. 【請求項１１】 前記液晶層は前記補償板層の前記光軸
    がその駆動状態で前記液晶層の前記中央の公称的にホメ
    オトロピックな領域内の前記光軸の平均方向に実質的に
    平行になるように、前記第１の補償板層、前記偏光子
    層、および前記検光子層に対して傾けられている、請求
    項１０に記載の液晶ディスプレイ。
  12. 【請求項１２】 前記第１の補償板層は前記第１の補償
    板層の前記光軸がその駆動状態で前記液晶層の前記中央
    の公称的にホメオトロピックな領域内の前記光軸の平均
    方向に対して実質的に平行になるように、前記偏光子
    層、前記検光子層および前記液晶層に対して傾けられて
    いる、請求項１０に記載の液晶ディスプレイ。
  13. 【請求項１３】 前記偏光子層の前記吸収軸は前記第１
    の補償板層の異常軸に対して実質的に垂直に配向され、
    さらに前記検光子層の前記吸収軸は前記第１の補償板層
    の異常軸に対して実質的に垂直に配向される、請求項１
    ０に記載の液晶ディスプレイ。
  14. 【請求項１４】 前記第１の負の複屈折補償板層は前記
    偏光子層と前記検光子層との間にさらに配置され、前記
    第１の補償板層の前記複屈折と実質的に同一の複屈折を
    有し、その光軸が前記第１の補償板層の前記光軸に対し
    て実質的に平行な状態で配向され、前記検光子層と前記
    液晶層との間に配置される第２の負の複屈折補償板層を
    さらに含む、請求項１０に記載の液晶ディスプレイ。
  15. 【請求項１５】 前記補償板層の前記光軸は前記液晶層
    の前記第１の主表面に対して実質的に垂直に配向され
    る、請求項１４に記載の液晶ディスプレイ。
  16. 【請求項１６】 前記液晶層は前記補償板層の前記光軸
    がその駆動状態で前記液晶層の前記中央の公称的にホメ
    オトロピックな領域内の前記光軸の平均方向に実質的に
    平行になるように、前記第１および第２の補償板層、前
    記偏光子層、ならびに前記検光子層に対して傾けられて
    いる、請求項１４に記載の液晶ディスプレイ。
  17. 【請求項１７】 前記第１および第２の補償板層は前記
    補償板層の前記光軸がその駆動状態で前記液晶層の前記
    中央の公称的にホメオトロピックな領域内の前記光軸の
    平均方向に実質的に平行になるように、前記偏光子層、
    前記検光子層および前記液晶層に対して傾けられてい
    る、請求項１４に記載の液晶ディスプレイ。
  18. 【請求項１８】 前記偏光子層の前記吸収軸は前記補償
    板層の異常軸に対して実質的に垂直に配向され、さらに
    前記検光子層の前記吸収軸は前記補償板層の異常軸に対
    して実質的に垂直に配向される、請求項１４に記載の液
    晶ディスプレイ。
  19. 【請求項１９】 吸収軸を有する偏光子層と、前記偏光
    子層の前記吸収軸に実質的に垂直な吸収軸を有する検光
    子層と、前記偏光子層と前記検光子層との間に配置され
    る液晶層とを含み、前記液晶層は当該層を介して方位の
    捩れを示す配向ベクトルを有し、前記液晶層の第１の主
    表面に近接する第１の電極と、さらに前記液晶層の第２
    の主表面に近接する第２の電極とを含み、前記第１およ
    び第２の電極は前記電極が電位源に接続された場合に前
    記液晶層に電圧を印加するようにされるタイプのノーマ
    リ・ホワイト液晶ディスプレイの位相遅れを補償するた
    めの方法であって、 第１の負の複屈折補償板層を前記偏光子層と前記検光子
    層との間におくステップと、さらにその光軸が駆動状態
    で前記液晶層の中央の公称的にホメオトロピックな領域
    内の前記光軸の平均方向に実質的に平行である状態で、
    前記第１の補償板層を配向するステップとを含む、方
    法。
  20. 【請求項２０】 前記第１の補償板層の前記光軸がその
    駆動状態で前記液晶層の前記中央の公称的にホメオトロ
    ピックな領域内の前記光軸の平均方向に実質的に平行に
    なるように、前記第１の補償板層、前記偏光子層、およ
    び前記検光子層に対して前記液晶層を傾けるステップを
    さらに含む、請求項１９に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記第１の補償板層の前記光軸がその
    駆動状態で前記液晶層の前記中央の公称的にホメオトロ
    ピックな領域内の前記光軸の平均方向に実質的に平行に
    なるように、前記偏光子層、前記検光子層および前記液
    晶層に対して前記第１の補償板層を傾けるステップをさ
    らに含む、請求項１９に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記偏光子層の前記吸収軸を前記第１
    の補償板層の異常軸に対して実質的に垂直に配向するス
    テップと、さらに前記検光子層の前記吸収軸を前記第１
    の補償板層の異常軸に対して実質的に平行に配向するス
    テップとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 第１の負の複屈折補償板層をおくステ
    ップはさらに前記第１の負の複屈折補償板層を前記偏光
    子層と前記液晶層との間におくステップを含み、前記方
    法はさらに前記第１の補償板層の前記複屈折と実質的に
    同一の複屈折を有する第２の負の複屈折補償板層を前記
    検光子層と前記液晶層との間におくステップと、さらに
    前記第２の補償板層をその光軸が前記第１の補償板層の
    前記光軸に実質的に平行な状態で配向するステップとを
    含む、請求項１９に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記第１の補償板層を配向するステッ
    プは、前記第１の補償板層をその光軸が前記液晶層の前
    記第１の主表面に実質的に垂直な状態で配向するステッ
    プをさらに含み、前記第２の補償板層を配向するステッ
    プは前記第２の補償板層をその光軸が前記液晶層の前記
    第１の主表面に実質的に垂直な状態で配向するステップ
    をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記補償板層の前記光軸がその駆動状
    態で前記液晶層の前記中央の公称的にホメオトロピック
    な領域内の前記光軸の平均方向に実質的に平行になるよ
    うに、前記第１および第２の補償板層、前記偏光子層、
    ならびに前記検光子層に対して前記液晶層を傾けるステ
    ップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記補償板層の前記光軸がその駆動状
    態で前記液晶層の前記中央の公称的にホメオトロピック
    な領域内の前記光軸の平均方向に実質的に平行になるよ
    うに、前記第１および第２の補償板層を前記偏光子層、
    前記検光子層および前記液晶層に対して傾けるステップ
    をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記偏光子層の前記吸収軸を前記補償
    板層の異常軸に対して実質的に垂直に配向するステップ
    と、さらに前記検光子層の前記吸収軸を前記補償板層の
    異常軸に対して実質的に垂直に配向するステップとをさ
    らに含む、請求項２３に記載の方法。
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