JP3114109B2 - グレイスケール液晶表示装置 - Google Patents

グレイスケール液晶表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置（ＬＣ
Ｄ）、特に、広い視角において中間遷移レベルを均一に
近くできるグレイスケールＬＣＤを実現する装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】「２レベル」ＬＣＤの視角を改善するた
めに、従来より知られている装置及び方法がある。ＬＣ
Ｄが、実質的な光透過状態と実質的な不透明状態との間
で切り替わる場合、このＬＣＤを２レベルと呼ぶ。な
お、「グレイスケール」ＬＣＤには、付加的な中間の光
透過状態がある。２レベルＬＣＤは、ポータブル・コン
ピュータ表示器に広く利用されている。一方、グレイス
ケールＬＣＤの視角が狭く、ポータブル・テレビジョン
受像器のような小さなスクリーン装置への利用に限定さ
れた。グレイスケールＬＣＤを大形スクリーン・テレビ
ジョンやカラー・コンピュータのアプリケーションに効
果的に利用するには、視角の改善が必要である。
【０００３】図７を参照して、視角について更に説明す
る。正面１２及び裏面１４を有するＬＣＤ１０を、光源
１６により裏面１４の後ろから照明する。ＬＣＤ１０の
視軸（視覚軸）１８を、このＬＣＤ１０の正面１２の中
心に垂直な点線で示す。視覚軸１８上の位置２０にある
観察者の目は、ＬＣＤ１０を「軸上」で見る。観察者の
目が視覚軸から離れて位置２２に移動すると、視覚軸１
８に対して視角２４で、ＬＣＤ１０を観察することにな
る。視覚円２６の円周上の任意の位置では、ＬＣＤ１０
を一定の視角２４で観察できる。視覚円２６の円周上の
位置は、この視覚円２６上の基準点３０に対する方位角
（本明細書では、アジマス角と呼ぶこともある）２８で
示せる。観察者は、種々の視角や方位角によりＬＣＤ１
０を観察するので、知覚した光の輝度、コントラスト比
又は色において変化する。ＬＣＤ１０の光学伝達特性及
びアプリケーションに応じて、この変化の度合いを受け
入れられない場合もある。
【０００４】図８、９及び１０は、従来のツイスト・ネ
マチックＬＣＤにおいて、軸上及び３０度の視角におけ
る視覚円２６の円周上での光伝達割合を示し、軸上での
伝達レベルが夫々０、３６及び１００パーセントであ
る。理想的なＬＣＤの光伝達割合の曲線は、総ての視角
において視覚軸１８の回りで同心円となる。図８及び１
０は、夫々０及び１００パーセント（２レベル）の伝達
レベルを表すほぼ理想的な光伝達曲線３２及び３４を示
している。しかし、図９は、３６パーセントの軸上光伝
達円３６において、３０度の視角における光伝達が、視
覚円２６の周囲で、２パーセントから９３パーセント伝
達に変化する非対称光伝達曲線３８となることを示して
いる。よって、黒及び白の間の任意の輝度に変化させる
と、求めようとする３６パーセントの伝達レベルの特性
が得られるが、それは、明らかに受け入れられない変化
である。
【０００５】図１１は、図８、９及び１０に示す光伝達
特性の従来のツイスト・ネマチック・セル４０を示す。
ツイスト・ネマチック・セル４０のディレクタ領域４１
内の非対称により、図９に示す軸から外れた光伝達の変
動が生じる。ディレクタ領域４１は、１対の平行な電極
４２Ａ及び４２Ｂ間に存在し、伸びた液晶ディレクタ４
３Ａ〜４３Ｇ（直線で示す）を含んでいる。これらディ
レクタの夫々は、直線の方向で示す。
【０００６】対称の仮想面４４（点線で示す）がツイス
ト・ネマチック・セル４０を２分すると仮定して、ディ
レクタ領域の対称又は非対称を確認する。なお、この仮
想面４４は、平行電極４２Ａ及び４２Ｂと平行であり、
同じ距離だけ離れている。対称となるディレクタ領域４
１では、電極４２Ａ及び対称面４４の間に配置されたデ
ィレクタは、電極４２Ｂ及び対称面４４の間に配置され
対応するディレクタに対して対称となる鏡像になるよう
に配置され、方向が定まる。電極４２Ｂ及び対称面４４
の間に配置されたディレクタ領域４１の半分が反転し、
電極４２Ａ及び対称面４４間に配置されたディレクタ領
域４４の半分と重なって、これら両方の半分領域内の対
応するディレクタが空間的に一致すれば、鏡像対称が存
在する。ディレクタ４３Ａ、４３Ｄ及び４３Ｇは、ほぼ
面４２Ａ、４４及び４２Ｂ内に夫々あり、互いに角度的
に捻れている。明らかに、鏡像対称が可能ではないの
で、ディレクタ領域４１が非対称である。
【０００７】ディレクタが一般には捻れていない同調可
能な複屈折型も、ＬＣＤアプリケーションに利用されて
いる。この場合、どちらかと言えば、ディレクタは、セ
ル電極と垂直方向の仮想断面に対して、大体、共面関係
にある。
【０００８】図１２は、かかる従来の同調可能な複屈折
型ＬＣＤセル６０の拡大した断面図であり、一般的には
共面で非対称のディレクタ領域６２が１対の透明電極６
４間に配置されている。透明電極６４に接触しているデ
ィレクタは、表面接触ディレクタ６６である。他のいか
なるディレクタもバルク・ディレクタ６８である。複屈
折の程度に応じたセル６０内の任意の点での光伝達は、
光線と隣接するディレクタとの間の角度の関数である。
隣接するディレクタと平行に光線が伝達するときに、最
小の複屈折が生じ、隣接するディレクタと垂直に光線が
伝達するときに、最大の複屈折が生じる。したがって、
セル６０の有効な複屈折及び光伝達は、このセル６０を
横切る際に通過する総てのディレクタに対して光線が作
る平均角度の関数である。
【０００９】例えば、電位を透明電極６４に与えて、デ
ィレクタ領域６２を充分な強さの電界内に維持し、セル
６０に中間の光伝達レベルを与える。角度７２でセル６
０を通過する光線７０は、最小の有効複屈折となる。こ
れは、光線７０の伝搬方向がディレクタ６６及び６８の
大多数とほぼ平行のためである。しかし、逆の角度７２
でセル６０を通過する光線７４は、大きな有効複屈折と
なる。これは、光線７４の伝搬方向がディレクタ６６及
び６８の大多数と幾分不平行のためである。
【００１０】１対の交差線形偏光子の間に配置された同
調可能な複屈折セルの光伝達度Ｔ（０．０から１．０の
範囲）は、次式から計算される。 Ｔ ＝ ［sin （πΔｎ’ｄ／λ）］**2 （Ｔは、sin （πΔｎ’ｄ／λ）の２乗という意味） 共面ディレクタを含む仮想面が線形偏光子の偏光軸に対
して４５度の角度の場合、λは伝達された光の波長であ
り、ｄは電極６４間の距離７６であり、Δn'はセルの有
効複屈折率である。
【００１１】図１３は、図１２の同調可能な複屈折セル
６０において、３０度の視角で５０％の軸上伝達レベル
における視覚円２６の円周上の光伝達変動曲線を示す。
視覚及びアジマス角（光線伝搬角でもある）の関数であ
るセル６０内の有効複屈折変動により、セル６０の光伝
搬の変動は受け入れがたい。
【００１２】再び図７を参照する。３０度の視角は、異
常ではない。例えば、ＬＣＤ１０の対角長４８が５３セ
ンチ（２１インチ）で、観察者の目が位置２０にあり、
ＬＣＤ１０からの距離５０が４６センチ（１８インチ）
ならば、ＬＣＤ１０の隅５２を見る角度５４は約３０度
である。よって、適切なコンピュータの視界条件におい
て、視角が３０度の表示領域外では、２１インチのＬＣ
Ｄ全体を見ることが可能ではない。もちろん、観察者が
常にＬＣＤ１０の視覚軸１８の中心にいて、視角が観察
者のグループ内の全員を覆うということは希である。こ
の条件により、大型スクリーン・コンピュータやテレビ
ジョン・アプリケーションにおいて、カラー及びグレイ
スケールＬＣＤの利用が妨げられる。カラー及びグレイ
スケールＬＣＤの利用は小型の携帯機器に限定されるの
で、多くの観察者が、グレイスケールの視角問題に直面
するわけではない。
【００１３】「ピクセル（画素）」は、ＬＣＤ上での最
小のアドレス可能な光伝達セルであり、典型的なＬＣＤ
は、数千のアドレス可能なピクセルを有する。各ピクセ
ルの視角特性は、ＬＣＤ全体にわたって同じである。多
くのアドレス可能なピクセルを有するＬＣＤにおいて、
各ピクセルは個別のＬＣＤセルと考えることができる。
しかし、いくつかのＬＣＤアプリケーションでは、表示
面全体をカバーする単一の大きなセルを用いる。よっ
て、ＬＣＤは、１個のように少ないセルか、数千の多く
のセルを有する。本発明は、かかるＬＣＤの総てに等し
く適用できる。
【００１４】従来、多次元ピクセルを用いて、グレイス
ケールＬＣＤの視角問題を解決しようとする試みがなさ
れてきた。ここでは、ピクセルの１領域内のディレクタ
は、他の領域内のディレクタから１８０度だけ回転して
いる。よって、斜めの光線を受ける有効複屈折を平均化
して、かかるＬＣＤの視角特性を改善する。１９９１年
８月にＩＥＥＥが発行の国際表示研究会議の議事録でケ
イ・エッチ・ヤング著「アクティブ・マトリックス・ア
プリケーション用の２領域（ドメイン）ツイスト・ネマ
チック及び傾いたホームオトロピック液晶表示」は、水
平視覚軸における改善された視覚特性のツイスト・ネマ
チック２ドメイン・ピクセル表示を開示している。
【００１５】光線によりディレクタを配向する別のアプ
ローチが、１９９１年発行のエス・アイ・ディ・ダイジ
ェストの７５８〜７６１ページに記載されたジェイ・シ
ー・クレラク著の論文「垂直に配向された液晶表示」
や、１９９２年発行のエス・アイ・ディ・ダイジェスト
の４０５〜４０８ページに記載されたエッチ・エル・オ
ング著の論文「対称角度の光学性能の多ドメインホーム
オトロピックＬＣＤ」に開示されている。これら両方の
論文は、垂直に配向されたネマチック（ＶＡＮ）セル
（誘電体非異方性が負であり、ホームオトロピックに配
向された液晶ディレクタ）により視覚特性を改善するこ
とを開示している。かかるセルは、このセルの視覚軸に
ほぼ並行に配向されたディレクタに接触する面を有す
る。しかし、かかるセルのディレクタ領域は非対称であ
り、クレラク及びオングの論文では、かかるセルに対し
て許容できる視角を達成するには、多ドメイン・ピクセ
ルを必要とした。さらに、多ドメイン・ピクセルＬＣＤ
は、一般に高価であり、製造が困難であり、ピクセル・
ドメイン間に散乱壁があり、セルのコントラスト比を低
下させる。
【００１６】また、オングの論文は、負の複屈折率補償
板を用いて、２ドメインＶＡＮのＬＣＤ視角特性を改善
することを開示している。１９８７年９月４日に公告さ
れたクレラクらのフランス特許第２５９５１５６号「液
晶セルと共に用いる負複屈折率制御板」は、かかる補償
板の製法を開示している。しかし、オングの論文は、負
の複屈折補償板の利用がＬＣＤ視角特性を大幅に改善す
るものでなく、視認性の妥協であることを示している。
【００１７】図１４及び１５は、オングの論文から再現
したものであり、負の複屈折補償板がある場合とない場
合の光伝達を、２ドメインＶＡＮのＬＣＤの４つのグレ
イ伝達レベルの各々における水平軸の視角に対して夫々
示したものである。図１４の非補償セルの場合、４．３
ボルトの伝達曲線は、０度から３０度の視角変化にわた
って３５％（０．３５）から４６％（０．４６）まで変
化する（３１パーセントの変化）。一方、図１５の補償
したセルでは、４．３ボルトの伝達曲線は、６６％から
４９％まで変化する（２５パーセントの変化）。しか
し、１０．０ボルトの伝達曲線の場合、図１４の補償し
ないセルでは、０度から３０度の視角変化にわたって、
９５％から９０％に変化する（５パーセントの変化）
が、図１５の補償したセルでは、１０ボルトの伝達曲線
は９５％から８０％に変化する（１５パーセントの変
化）。よって、視角は、５０％未満の伝達レベルでは、
負の複屈折補償板により改善するが、５０％より大きい
伝達レベルでは、負の複屈折補償板により改善されずに
悪化している。
【００１８】従来の他の形式の複屈折セルは、１９８４
年発行の分子結晶及び液晶の第１１３巻の３２９〜３３
９ページのピー・ジェイ・ボス及びケー・アール・コエ
ラー／ベラン著「パイセル：高速液晶光学スイッチング
装置」に開示されている。この論文は、対称なディレク
タ領域を用いて、高速スイッチング２レベルＬＣＤに対
して広い視角を達成することを開示している。図１６
は、かかる対称ＬＣＤセル８０の拡大断面図である。光
学的な「自己補償」ディレクタ領域８２及び８２’は、
平行な１対の透明電極８４及び８４’間の中間にあるセ
ルの中心線８３に対して対称に配置されている。ディレ
クタ領域８２及び８２’は、夫々の表面接触ディレクタ
８６及び８６’と、バルク・ディレクタ８８及び８８’
とを各々含んでいる。
【００１９】図１７、１８及び１９は、対称ＬＣＤせる
８０において、軸上の伝達レベルが０、５０及び１００
％で、軸上及び視角が３０度における視覚円２６での光
伝達割合の変化を示す。図１７及び１９は、０及び１０
０％視覚円曲線９０及び９２の周囲での許容できる２レ
ベル伝達変動を示す。図１８では、５０％の視覚円曲線
９４が、従来のツイスト・ネマチック・セルの３６％の
視覚円曲線３８（図９）よりも一層対称である点を示し
ている。しかし、２０〜８２％の視角伝達変化は、依然
として許容できない。この点において、伝達視覚円曲線
は、２レベル伝達視角が許容できるが、中間の伝達レベ
ルでは視角が許容できないツイスト・ネマチックや多く
の他のセルに類似している。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】よって、低価格で、製
造が容易で、視角特性が広くて均一であり、コントラス
ト比が高いカラー及びグレイスケールのＬＣＤが望まれ
ている。かかるＬＣＤは、大スクリーンのカラー・テレ
ビジョン表示器に有用である。
【００２１】したがって、本発明の目的は、多ドメイン
のピクセルを必要とせずに、広範囲の視角にわたって中
間伝達レベルを均一に配分したグレイスケール液晶表示
装置の提供にある。
【００２２】本発明の他の目的は、グループで見るビデ
オや、コンピュータ表示器アプリケーションに用いるの
に好適なグレイスケール液晶表示装置の提供にある。
【００２３】本発明の更に他の目的は、簡単で、比較的
安価な製造方法により製造できるＬＣＤの提供にある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】本発明によるグレイスケ
ールＬＣＤセルは、光学的な自己補償対称ディレクタ領
域を有する液晶セルと、負の複屈折補償板とを組み合わ
せ、これらを１対の偏光子の間に配置する。対称ディレ
クタ領域では、対称であるが不均一なグレイスケールの
視覚円曲線を液晶セルにより生じる。負の複屈折補償板
の厚さ及び複屈折率の積が、液晶セルの隙間の距離及び
複屈折率の積の６０〜８５％であり、対称ディレクタ領
域及び負の複屈折補償板は、少なくとも３個の所定の光
伝達レベルの各々において、光軸に対する広範囲の視角
及びアジマス角の各々で、光伝達レベルを均一にする。
また、負の複屈折板は、グレイスケール又はカラーの視
角を均一にする。曲線を描く際、ＬＣＤを特徴付ける光
伝達比率曲線は、総てのアジマス角及び３０度以上の視
角に対して、光軸を囲むほぼ同心円である。
【００２５】本発明の他の目的及び利点は、添付図を参
照した好適な実施例に関する以下の詳細な説明より理解
できよう。
【００２６】
【実施例】本願出願人は、負の複屈折補償板を図１２の
同調可能な複屈折セル６０に付加して、この組み合わせ
の有効性を評価した。図２０は、視角が３０で、軸上の
伝達レベルが５０％における視覚円２６の円周上での光
伝達変動曲線９５を示す。図１３及び２０を比較する
と、負の複屈折補償板は、光伝達曲線の形をわずかした
改善しないので、かかるセルの組み合わせの有用性はわ
ずかである。
【００２７】上述のボス及びコエラー／ベランの論文で
は、同調可能な複屈折セルが対称なディレクタ領域を有
し、高速スイッチングの２レベルＬＣＤに対して広い視
角を達成したことを開示している。従来の知識では、対
称ディレクタ領域を用いたのでは、グレイスケールＬＣ
Ｄで広い視角を達成できなかった。このことは、図１８
からも判る。この図１８は、同調可能な複屈折セル８０
のグレイスケール視角特性が対称ディレクタ領域８２及
び８２’によっても許容できないことを示している。し
かし、セル８０を負の複屈折補償板と組み合わせること
により、予期できない視角の改善がある。
【００２８】図１は、本発明によるグレイスケールＬＣ
Ｄセルの分解図であり、液晶セルの光軸に沿った相対的
な配置を示している。この液晶セルは、対称なディレク
タ領域、負の複屈折補償板及び交差線形偏光子を具えて
いる。また、図２、３及び４は、図１の液晶セルを通過
する軸上光伝達レベルが０、５０及び１００％における
視覚円の円周上での軸上及び軸から３０度ずれた光伝達
レベルを夫々示す極座標図である。これらの図におい
て、コンピュータ・シミュレーション及び経験により、
負の複屈折補償板１１０を図１６のセル８０の如き対称
ＬＣＤセルと組み合わせ、これらを平行な１対の交差線
形偏光子１１２及び１１４間に配置することにより、伝
達レベルが１、５０及び１００％における理想に近い視
覚円曲線１２０、１２２及び１２４を有する改良セル１
１６が得られる。
【００２９】ＬＣＤセル８０、補償板１１０及び交差線
形偏光子１１２、１１４は、夫々光軸１３０に対して垂
直に配置されている。ＬＣＤセル８０、補償板１１０及
び交差線形偏光子１１２、１１４は、夫々平行な２次元
基準軸１３２、１３４、１３６及び１３８を有する。対
称ＬＣＤセル８０では、矢印１４０が表面接触ディレク
タ８６、８６’（図１６）の配向方向を示す。この配向
方向は、２次元基準軸１３２に対して垂直である。負の
複屈折補償板１１０の軸１４２は、この補償板１１０の
平面に垂直であり、光軸１３０と一致している。交差線
形偏光子１１２及び１１４の線形偏光軸１４４及び１４
６は、２次元基準軸１３８及び１３６に対して夫々プラ
ス４５度及びマイナス４５度の方向である。
【００３０】セル装置１１６を作るには、その光学部品
を上述の方向とし、これらを一体に組み合わせる。透明
電極８４及び８４’は、従来の電子制御回路１４７で駆
動し、ＬＣＤセル装置１１６により種々の所定の光伝達
レベルを達成する。
【００３１】負の複屈折補償板１１０（その表面に垂直
に対称な軸を有する負の光学異方性による単軸媒体）を
作る方法は、フランス特許第２５９５１５６号に開示さ
れている。この方法は、次のステップによる。すなわ
ち、（ａ）２個のガラス板の間に、デュポン製スレリン
（ＳＵＲＬＹＮ：商標）の如き初期複屈折熱可塑性ポリ
マー・フィルムのシートを薄層とし（ラミネート処理
し）、（ｂ）得られた複合薄層をプラスチック・バック
内に配置し、（ｃ）このバックの空気を抜いて封止し、
（ｄ）１気圧の均一な圧力を複合薄層に加え、（ｅ）ガ
ラス質から複屈折のない等方正状態に変化する温度に熱
可塑性ポリマーが達するまで、複合薄層を有するバック
を蒸し器の中で加熱し、（ｆ）バックを蒸し器から取り
出し、熱可塑性ポリマーを冷やし、ガラス板と垂直な方
向で、このガラス板で押さえ、（ｇ）ポリマーが冷えた
後に圧力を取り去る。熱可塑性ポリマーは、その複屈折
特性を回復するが、対称な軸は収縮の方向と垂直にな
る。適切な負の複屈折補償板は、東京都のスタンレー電
子株式会社が製造している。
【００３２】負の複屈折補償板１１０はその厚さ１４８
が適切になるように製造するが、この厚さは次のように
決める。すなわち、厚さ１４８と補償板１１０の複屈折
率の積が、セルの隙間の距離１４９と対称セル８０の複
屈折率との積の６０〜８５％になるように、厚さ１４８
を決める。
【００３３】補償板１１０及び対称セル８０の複屈折値
は、これらを伝搬する光の波長の関数であることが当業
者には理解できよう。好適な波長である５００ナノメー
タは、可視色スペクトルの中心に近い緑光の波長であ
る。可視スペクトルの青及び赤の端の方の他の波長は、
理想的に補償できず、ＬＣＤセル層１１６を通過して伝
搬されたときに、かなりの色シフトを表示する。かかる
色シフトは、色補償光源、適切に選択したカラー・フィ
ルタ、又は制御回路１４７と関連したルックアップ・テ
ーブルの如き従来の色データ補償手段により、簡単に補
正できる。
【００３４】図１６を参照して、対称ディレクタ領域の
光学的な自己補償効果を説明する。ディレクタ領域８２
及び８２’は、夫々の表面接触ディレクタ８６、８６’
と共にバルク・ディレクタ８８、８８’を有する。ＬＣ
Ｄセル内の任意の点における複屈折の程度は、セル内の
点を通過する光線と、この点に隣接したディレクタとの
間に形成される角度の関数である。光線が隣接ディレク
タと平行の時に最小の複屈折が生じ、光線が隣接ディレ
クタに垂直の時に最大の複屈折が生じる。セルの有効複
屈折は、このセルを通過中に横切った総てのディレクタ
に対して光線が作る平均角度の関数である。
【００３５】グレイスケール動作において、透明電極８
４、８４’は、供給電位を受ける。この電位は、十分な
長さの電界内で対称ディレクタ領域８２、８２’を維持
して、セル８０に中間の光伝達レベルを与える。角度９
８でセル８０を通過する光線９６には、ディレクタ領域
８２内で最小の有効複屈折が起こる。これは、光線９６
の伝搬方向が、ディレクタ８６及び８８の大部分といく
らか平行のためである。また、光線９６には、ディレク
タ領域８２’内でより大きな有効複屈折が起こる。これ
は、光線９６の伝搬方向がディレクタ領域８６’、８
８’の大部分といくらか垂直のためである。角度９８で
セル８０を通過する光線９６にとって、有効複屈折は、
セル８０の上半分（即ち、ディレクタ領域８２）で低下
するが、セル８０の下半分（即ち、ディレクタ領域８
２’）で増加する。正味の効果は、角度９８が変化する
につれて、光線９６の有効複屈折の変化を減らす。
【００３６】１９８６年４月２２日に発行された米国特
許第４８５３８２５号「視角が改善された電子光学表示
システム」は、対称ディレクタ領域８２、８２’をどの
ように作るかを開示している。透明電極８４上の表面フ
ィルム層１００は、表面接触ディレクタ８６が傾き角度
＋θで互いに平行に配向されるような状態である。な
お、この傾き角度は、表面フィルム層１００に対して反
時計方向に測定したものである。透明電極８４’上の表
面フィルム層１００’は、表面接触ディレクタ８６’が
傾き角度−θで互いに平行に配向されるような状態であ
る。なお、この傾き角度−θは、表面フィルム層１０
０’に対して時計方向に測定したものである。よって、
対称ＬＣＤセル８０は、透明電極８４、８４’の表面フ
ィルム層１００、１００’の対向表面の表面接触ディレ
クタ８６、８６’が逆方向に等しく傾斜するように作ら
れる。バルク・ディレクタ８８、８８’は、対称ディレ
クタ領域８２、８２’について一般的に図示するよう
に、表面接触ディレクタ８６、８６’と垂直に配向して
いる。
【００３７】表面接触ディレクタ８６、８６’の所望の
配向を行う第１の好適な方法は、夫々透明電極８４、８
４’上の表面フィルム層１００、１００’から成る材料
として、ポリアミドを用いることである。各表面フィル
ム層を摩擦して、好適な範囲である３〜５度の傾き角度
θを生じる。
【００３８】表面接触ディレクタ８６、８６’の所望の
配向を行う第２の好適な方法は、夫々透明電極８４、８
４’上の表面フィルム層１００、１００’から成る材料
として、一酸化シリコンを用いることである。電極表面
から好適には５度の角度で、且つ傾き角度θを１０度及
び３０度の間、好適な範囲としては１５〜２５度の間と
するのに十分な量で、この一酸化シリコン層を蒸発さ
せ、蒸着させる。
【００３９】図１において、対称セル８０のギャップの
距離１４９及びセル８０の複屈折の積が少なくとも０．
７５となるように、対称セル８０のギャップ距離１４９
が好適に作られる。首尾一貫した結果を確実にするため
に、図２〜４、１３、１７〜２０に関連してデータを集
めるためには、同じセルの厚さ及び液晶材料を用いる。
【００４０】グレイスケールＬＣＤセル装置１１６は、
任意のアジマス角で光軸１３０から少なくとも３０度以
上において、総てのグレイ・レベル及びカラーに対して
ほぼ完全な視角特性を与える。さらに、ＬＣＤセル装置
１１６は、多ドメイン・ピクセルを必要としないので、
比較的簡単に製造できる。
【００４１】本発明の他の実施例の部分では、例えば、
受動又は能動アドレス指定と、アナログ又はデジタル制
御回路との組み合わせを用いる。さらに、単一又は複数
セル、反射又は透過型、カラー又はモノクロ、携帯型又
は大スクリーン等の種々の表示変形及び組み合わせにお
いて、ＬＣＤセル装置１１６が有用である。
【００４２】対称セル８０は、同調可能な複屈折形式に
限定されるものではなく、偏光子１１２及び１１４は、
対称セルのいくつかの形式との組み合わせにおいて、線
形、交差又は平らである必要がないことが、当業者には
理解できよう。同様に、図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃに示す如
く、種々の対称ディレクタ領域構成が可能である。
【００４３】本発明は、特に平面スクリーンのカラー・
ビデオ表示アプリケーションに適する。図６は、本発明
による３組のカラー・セル１５０の一実施例を示す。
（原色の内の特定の色に関連した複数の同一の要素は、
以下、カラー識別サフィックス、即ち、原色であるＲ＝
赤、Ｇ＝緑、Ｂ＝青、が続く共通要素番号で識別す
る。）３組のカラー・セル１５０は、ＬＣＤセル装置１
１６を基本にしているが、更に対称ＬＣＤセル８０Ｒ、
８０Ｇ、８０Ｂと、１組の関連したカラー・フィルタ１
５２Ｒ、１５２Ｇ、１５２Ｂとを含んでいる。
【００４４】３組のカラー・セル１５０は、光源１６か
ら白色光を受ける。この白色光は、光路１５４Ｒ、１５
４Ｇ、１５４Ｂに沿って、線形偏光子１１２を通過し、
対称ＬＣＤセル８０Ｒ、８０Ｇ及び８０Ｂに伝搬する。
制御回路１４８は、透明電極対８４Ｒ／８４’Ｒ、８４
Ｇ／８４’Ｇ及び８４Ｂ／８４’Ｂを独立に駆動して、
セル８０Ｒ、８０Ｇ及び８０Ｂの有効複屈折を制御す
る。セル８０Ｒ、８０Ｇ及び８０Ｂの有効複屈折により
決まる楕円偏光の量に、線形に偏光された白色光を変化
させる。楕円に偏光された白色光が残り、光路１５４
Ｒ、１５４Ｇ及び１５４Ｂに沿ったセル８０Ｒ、８０Ｇ
及び８０Ｂを、負の複屈折補償板１１０により、線形偏
光に再生する。線形偏光子１１２の偏光軸１４４に対す
る偏光の白色角度は、セル８０Ｒ、８０Ｇ及び８０Ｂが
白色光に加えた楕円偏光の程度の関数である。線形偏光
し、光路１５４Ｒ、１５４Ｇ及び１５４Ｂに沿って伝搬
する白色光は、線形偏光軸１４６に対する偏光角度に
て、線形偏光子１１４に達する。光路１５４Ｒ、１５４
Ｇ及び１５４Ｂの各々に沿って線形偏光子１１４を通過
する白色光の量は、それらの各偏光角度と線形偏光軸１
４６との間の組み合わせに比例する。
【００４５】よって、所定量の白色光は、光路１５４
Ｒ、１５４Ｇ及び１５４Ｂの各々に沿って、カラー・フ
ィルタ１５２Ｒ、１５２Ｇ及び１５２Ｂの各々を介して
伝達できる。なお、これらカラー・フィルタは、偏光子
１１２及び１１４の外側に明瞭に図示する。３組のカラ
ー・セル１５０を見る観察者は、光路１５４Ｒ、１５４
Ｇ及び１５４Ｂの各々に沿って伝搬される光の量に応じ
て、種々の所定の色の内の任意のものを知覚する。
【００４６】カラー・フィルタ１５２Ｒ、１５２Ｇ及び
１５２Ｂの好適実施例では、対称セル８０の透明電極８
４Ｒ、８４Ｇ及び８４Ｂを形成する酸化錫インジウム層
と統合する。好適な実施例は、製造が容易であり、広い
視角において、カラー視差の可能性を防ぐ。
【００４７】カラーＬＣＤを実施するには、３組のカラ
ー・セル１５０が数千個必要である一方、単一の光源、
負の複屈折補償板１１０及び１対の交差線形偏光子１１
２、１１４が必要であることが、当業者には理解できよ
う。同様に、カラー・フィルタ１５２Ｒ、１５２Ｇ及び
１５２Ｂを独立に各光路に適用するか、共通の色に関連
した光路の行又は列に配列したカラー・フィルタ・スト
リップとしてもよい。かかるカラーＬＣＤの光軸は、典
型的には、光路１５４と平行であり、複数の３組のカラ
ー・セル１５０が作る表示スクリーン領域上の中心とす
る。
【００４８】本発明の要旨を逸脱することなく、本発明
の上述の実施例の細部に対して多くの変形が可能であ
る。また、本発明は、コンピュータ及びテレビジョン受
像器以外の画像表示アプリケーションにも適用できる。
【００４９】
【発明の効果】上述の如く、本発明のグレイスケール液
晶表示装置によれば、負の複屈折補償板の厚さ及び複屈
折率の積が、液晶セルの隙間の距離及び複屈折率の積の
６０〜８５％であり、対称ディレクタ領域及び負の複屈
折補償板は、少なくとも３個の所定の光伝達レベルの各
々において、光軸に対する広範囲の視角及びアジマス角
の各々で、光伝達レベルを均一にする。すなわち、多ド
メインのピクセルを必要とせずに、広範囲の視角にわた
って中間伝達レベルを均一に配分できる。また、本発明
の液晶表示装置は、簡単で、比較的安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるグレイスケールＬＣＤセルの分解
図であり、液晶セルの光軸に沿った相対的な配置を示し
ている。
【図２】図１の液晶セルを通過する軸上光伝達レベルが
０％における視覚円の円周上での軸上及び軸から３０度
ずれた光伝達レベルを夫々示す極座標図である。
【図３】図１の液晶セルを通過する軸上光伝達レベルが
５０％における視覚円の円周上での軸上及び軸から３０
度ずれた光伝達レベルを夫々示す極座標図である。
【図４】図１の液晶セルを通過する軸上光伝達レベルが
１００％における視覚円の円周上での軸上及び軸から３
０度ずれた光伝達レベルを夫々示す極座標図である。
【図５】本発明を用いるのに適切な対称ディレクタ領域
構造の別の実施例を示す図である。
【図６】本発明を適用した３組のカラーＬＣＤセルの拡
大した図である。
【図７】ＬＣＤの視角及び視覚円を含む幾何学的なパラ
メータを示す図である。
【図８】従来のツイスト・ネマチック液層セルによる０
％の軸上光伝搬レベルに対する視覚円の軸上及び軸から
３０度ずれた光伝搬レベルの極座標の図である。
【図９】従来のツイスト・ネマチック液層セルによる３
６％の軸上光伝搬レベルに対する視覚円の軸上及び軸か
ら３０度ずれた光伝搬レベルの極座標の図である。
【図１０】従来のツイスト・ネマチック液層セルによる
１００％の軸上光伝搬レベルに対する視覚円の軸上及び
軸から３０度ずれた光伝搬レベルの極座標の図である。
【図１１】非対称ディレクタ領域及び対称仮想板を示す
従来のツイスト・ネマチック液晶セルの図である。
【図１２】非対称ディレクタ領域を通過する光線を示す
従来の同調可能な複屈折液晶セルの拡大断面図である。
【図１３】図１２の同調可能な複屈折セルを通過する５
０％軸上光線の視覚円での軸から３０度ずれた光伝達レ
ベルを示す極座標の図である。
【図１４】従来の垂直配向ネマチック液晶セルにおい
て、視角及び種々のセル駆動電圧の関数として変化する
光学伝達を示す図である。
【図１５】負の複屈折板により光学的に補償した図１４
の従来の液晶セルにおいて、視角及び種々のセル駆動電
圧の関数として変化する光学伝達を示す図である。
【図１６】対称ディレクタ領域を通過する光線を示す従
来の同調可能な複屈折液晶セルの拡大断面図である。
【図１７】図１６の同調可能な複屈折セルを通過する０
％軸上光伝達レベルでの視覚円のでの軸上及び軸から３
０度ずれた光伝達レベルを示す極座標の図である。
【図１８】 図１６の同調可能な複屈折セルを通過する
５０％軸上光伝達レベルでの視覚円のでの軸上及び軸か
ら３０度ずれた光伝達レベルを示す極座標の図である。
【図１９】図１６の同調可能な複屈折セルを通過する１
００％軸上光伝達レベルでの視覚円のでの軸上及び軸か
ら３０度ずれた光伝達レベルを示す極座標の図である。
【図２０】負の複屈折板により光学的に補償された図１
２の同調可能な複屈折セルを通過する５０％軸上光伝達
レベルにおける視覚円での軸から３０度ずれた光伝達レ
ベルを示す極座標の図である。
【符号の説明】
８０ ＬＣＤセル ８４、８４’ 透明電極 １１０ 複屈折補償板 １１２、１１４ 交差線形偏光子 １１６ ＬＣＤセル装置 １４７ 制御回路
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−306217（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−210423（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−139402（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−257138（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−23133（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/1335 510

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １対の光学的に透明な電極間に設けら
    れ、制御可能で光学的な自己補償対称ディレクタ領域構
    造にされた液晶材料を有する液晶セルと、 該液晶セルと光学的に関連して配置した負の複屈折補償
    板と、 上記透明な電極間に電界を与えて、上記対称ディレクタ
    領域構造を別の方向とし、上記液晶セルを通過する外部
    からの所定レベルの光の伝達を制御する制御回路とを具
    え、上記負の複屈折補償板の厚さ及び複屈折率の積が、上記
    液晶セルの隙間の距離及び複屈折率の積の６０〜８５％
    であり、 上記対称ディレクタ領域及び上記負の複屈折補
    償板は、少なくとも３個の所定の光伝達レベルの各々に
    おいて、光軸に対する広範囲の視角及びアジマス角の各
    々で、光伝達レベルを均一にすることを特徴とするグレ
    イスケール液晶表示装置。
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