JP2003107476A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JP2003107476A
JP2003107476A JP2001300757A JP2001300757A JP2003107476A JP 2003107476 A JP2003107476 A JP 2003107476A JP 2001300757 A JP2001300757 A JP 2001300757A JP 2001300757 A JP2001300757 A JP 2001300757A JP 2003107476 A JP2003107476 A JP 2003107476A
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liquid crystal
crystal cell
display
optical compensation
polarizing plate
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JP2001300757A
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Yoshihiro Kumagai
吉弘 熊谷
Akira Masaki
明 正木
Tetsuya Kamisaka
哲也 上坂
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Nippon Oil Corp
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    • G02F2202/40Materials having a particular birefringence, retardation

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノーマリーブラックモードではコントラスト
が高くかつ明るさおよび色相の良好な白表示が得られ、
ノーマリーホワイトモードではペーパーホワイトで明る
い白表示かつ良好な黒表示が得られる液晶表示素子を提
供する。 【解決手段】 液晶セルと、その両側に配置された偏光
板と、前記液晶セルと前記偏光板の間の少なくとも一方
の側に光学補償素子を備えた液晶表示素子において、該
液晶セル内の液晶物質層のねじれ角が180°〜270
°に設定されており、該光学補償素子が前記液晶物質層
と逆向きのねじれ構造を有し、該液晶物質層と該光学補
償素子のねじれ角の絶対値の差が40〜100°であ
り、且つ波長λ=550nmにおけるリターデーション
の差が100〜250nmであり、前記液晶物質層と光
学補償素子の波長λ=400nm及びλ=550nmに
おけるリターデーションの差の絶対値の比が0.5〜
1.0の範囲にあることを特徴とする液晶表示素子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、透過モード、反射
モードおよび半透過モードで表示が可能な液晶表示素子
に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、液晶表示素子(以下、LCDとい
う)は、TN(Twisted Nematic)モー
ドやVA(Vertical Alignment)モ
ード、IPS(In−plane switchin
g)モード等の各種の液晶モードをTFT(Thin
Film Transistor)素子やTFD(Th
in Film Diode)素子でアクティブ・マト
リクス表示するTFT方式やTFD方式、およびSTN
(Super Twisted Nematic)モー
ドをパッシブ・マトリクス表示するSTN方式のものが
主に用いられている。
【0003】TFTやTFD方式は画質や応答速度に優
れるという特徴を有し、ノート型パソコンや液晶モニタ
ー、液晶テレビ等に使用されている。一方、STN方式
は画質や応答速度の点ではTFT方式に若干劣るもの
の、構造が単純なため安価に製造でき、また消費電力も
TFT方式よりも勝っていることから、携帯電話、携帯
情報端末、携帯型パソコン、携帯型テレビなどのディス
プレイとして広く用いられている。上記STN方式の液
晶表示素子は、一般的には液晶セルを一対の偏光板で挟
んだ構造を有し、反射型液晶表示素子の場合は、通常さ
らにその外側に反射板を配置している。
【0004】STN方式の液晶表示素子(以下、STN
−LCDということがある。)は、その表示原理上旋光
性と複屈折性を利用するため、表示色の着色は避けられ
ない。この着色を解消して白黒化、さらにカラー化する
ために、補償用の光学素子を使用する方法が広く普及し
ている。初期にはいわゆる二層液晶方式(D−STN=
Double−layer STN)と呼ばれる方法、
すなわち、駆動用の液晶セルとほぼ同等のリターデーシ
ョン(複屈折Δnと層厚dの積)をもち、ねじれ方向が
逆でねじれ角が等しい補償用液晶セルを、駆動用の液晶
セルと補償用液晶セルの隣接する配向軸が直交するよう
に配置して補償する方法が用いられた(奥村治、テレビ
ジョン学会技術報告、11,79(1987), K.Kat
ou,Jpn.J.Appl.Phys.,26,L17,784(198
7), Y.Nagase,1989 SID Diges
t)。
【0005】しかしながらこの方法は高コントラスト表
示を実現するものの、液晶セルを2枚使うためコスト高
になり、また、LCDを重く厚くしてしまう欠点があっ
たために短命に終わり、現在ではポリカーボネートなど
の高分子フィルムを精密延伸した位相差フィルムで擬似
的に補償する方法が用いられている。しかしながら、位
相差フィルムを用いる方法は、簡便でコストも安いもの
の、位相差フィルムは分子配向がねじれ構造を有しない
ために、本質的にはSTN−LCDの着色を完全には解
消できないという問題点がある。
【0006】第3の補償方法として、ねじれネマチック
液晶の配向を固定化した液晶フィルムを光学補償フィル
ムに用いる方法が提案されている(特開平3−8772
0号、特開平3−291620号、特開平3−2916
23号、特開平3−294821号、特開平4−003
020号など)。この光学補償フィルムは、分子間にね
じれ構造を有するため、補償用液晶セルを用いる方法の
利点である優れた補償効果と、位相差フィルムを用いる
方法の簡便さ、低価格の利点を合わせ持つ優れたもので
ある。
【0007】この補償方法はD−STNと原理的に同様
であり、電圧非選択時(ノンセレクト時)を光学補償し
ている。したがって、入射側偏光板、光学補償フィル
ム、駆動用の液晶セルを通過した光の偏光状態は、電圧
非選択時においてはすべての波長においてほぼ直線偏光
となるため、出射側偏光板吸収軸の配置によりノーマリ
ーブラックモード(電圧非選択時が黒)では、ほぼ完全
な黒表示が得られ、ノーマリーホワイトモード(電圧非
選択時が白)では、ほぼ完全な白表示が得られる。一
方、電圧選択時(セレクト時)においては、入射側偏光
板、光学補償フィルム、駆動用の液晶セルを通過した光
の偏光状態は、電圧非選択時のように直線偏光ではなく
楕円偏光であり、また波長によって楕円偏光の楕円率や
楕円の方位角が異なっている。したがって電圧選択時に
おいては、ノーマリーブラックモード、ノーマリーホワ
イトモードともそれぞれ電圧非選択時のような完全な白
表示、黒表示が得られているわけではなく、より好適な
光学設計を行う必要がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ノー
マリーブラックモードではコントラストが高くかつ明る
さおよび色相の良好な白表示が得られ、ノーマリーホワ
イトモードではペーパーホワイトで明るい白表示かつ良
好な黒表示が得られる液晶表示素子を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明の第1
は、電極を備える一対の透明基板間に液晶物質層が狭持
された液晶セルと、その両側に配置された偏光板と、前
記液晶セルと前記偏光板の間の少なくとも一方の側に光
学補償素子を備え、2値以上の電圧値が選択されて前記
液晶物質層に駆動電圧が印加される液晶表示素子におい
て、該液晶セルのねじれ角が180°〜270°に設定
されており、該光学補償素子が前記液晶セルと逆向きの
ねじれ構造を有し、該液晶セルと該光学補償素子のねじ
れ角の絶対値の差が40〜100°であり、且つ波長λ
=550nmにおけるリターデーションの差が100〜
250nmであり、前記液晶セルと光学補償素子の波長
λ=400nm及びλ=550nmにおけるリターデー
ションの差の絶対値をΔR(400)及びΔR(55
0)とし、それらの比Dを、 D=ΔR(400)/ΔR(550) と定義した場合、 D=0.5〜1.0 の範囲にあることを特徴とする液晶表示素子、に関す
る。また、本発明の第2は、光学補償素子が液晶フィル
ムであることを特徴とする本発明の第1に記載の液晶表
示素子、に関する。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の液晶表示素子は、液晶セ
ルと、その両側に配置された偏光板と、前記液晶セルと
前記偏光板の間の少なくとも一方の側に配置された光学
補償素子とから構成される。本発明を構成する液晶セル
は、電極を備える一対の透明基板間に狭持された液晶物
質層を有する。前記透明基板としては、前記液晶物質を
配向させる能力を有するものを用いることができ、具体
的には、透明基板自体が前記液晶物質を配向させる能力
を有している透明基板、又は液晶物質に対して配向させ
る能力を有する配向膜等を設けた透明基板が挙げられ
る。このような配向能力を有する透明基板2枚を、その
配向方向がねじれた関係になるよう保持し、その透明基
板の間に液晶物質からなる層(液晶物質層)を形成させ
ることにより、液晶物質層に、特定のねじれ角を与える
ことができる。また、透明基板上の電極は、通常、液晶
物質層が接する前記透明基板の面上に設けることがで
き、配向膜を有する透明基板を用いた場合は、透明基板
と配向膜との間に設けることができる。前記液晶物質と
しては、通常STN−LCDに用いられる各種のもの等
を用いることができる。
【0011】本発明の液晶表示素子においては、2値以
上の電圧値が選択されて前記液晶物質層に駆動電圧が印
加される。前記2値以上の電圧値としては、液晶表示を
行うために実効的な電圧値であれば特に限定されず、反
射率や透過率の急峻な変化が起こる前後の電圧値等とす
ることができる。これにより、前記液晶物質層が、白状
態(明状態)及び黒状態(暗状態)等の表示を与える能
動的な光学層として機能することができる。
【0012】前記液晶セルはねじれ構造を有する。液晶
セルにおける表示側の透明基板からもう一方の側の透明
基板への液晶セルのねじれ角θ1は、通常+180°〜
+270°の範囲にあることが望ましく、+220°〜
+260°であることがより望ましい。ねじれ角が+1
80°未満の場合、急峻な反射率・透過率変化が必要と
される高デューティー比で時分割駆動を行った際の液晶
状態の変化が少ない。また、+270°を超える場合、
ヒステリシスが生じやすくなる。なお、本発明において
は、角度の+方向及び−方向とは、相対的な角度の回転
方向を意味し、表示側の透明基板からもう一方の側の透
明基板に向かって反時計回り方向を+とすれば時計回り
方向は−となり、逆に時計回り方向を+とすれば反時計
回り方向が−となるが、どちらを+とした場合も、本発
明の範囲に包含され、同等の効果を得ることができる。
【0013】また液晶セルの波長λ=550nmにおけ
るリターデーションは、600nm以上1100nm以
下の範囲であることが望ましい。600nm未満では、
電圧を印加したときの液晶の状態変化が小さく、110
0nmを超えると、応答性が悪くなるといった恐れがあ
る。
【0014】本発明を構成する偏光板は、液晶セルの両
側に配置される。本発明で用いる偏光板は特に限定され
ず、液晶表示素子に通常用いられる偏光板を適宜使用す
ることができる。具体的には、ポリビニルアルコール
(PVA)や部分アセタール化PVAのようなPVA系
偏光フィルム、エチレン−酢酸ビニル共重合体の部分ケ
ン化物等からなる親水性高分子フィルムに、ヨウ素およ
び/または2色性色素を吸着して延伸した偏光フィル
ム、PVAの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理
物のようなポリエン配向フィルムなどからなる偏光フィ
ルムなどを使用することができる。
【0015】前記偏光板は、偏光フィルム単独で使用し
ても良いし、強度向上、耐湿性向上、耐熱性の向上等の
目的で偏光フィルムの片面または両面に透明保護層等を
設けたものであっても良い。透明保護層としては、ポリ
エステルやトリアセチルセルロース等の透明プラスチッ
クフィルムを直接または粘・接着剤層を介して積層した
もの、樹脂の塗布層、アクリル系やエポキシ系等の光硬
化型樹脂層などが挙げられる。これら透明保護層を偏光
フィルムの両面に被覆する場合、両側に同じ保護層を設
けても良いし、また異なる保護層を設けても良い。
【0016】本発明では液晶セルと偏光板の間の少なく
とも一方の側に光学補償素子を備える。そして、該光学
補償素子は、ねじれ構造を有する。すなわち該光学補償
素子は、TNモードやSTNモードの液晶セルと同様に
一方の面から他方の面にかけて分子の配向方向がねじれ
ている。前記光学補償素子としては、補償用液晶セルや
液晶フィルムが使用されるが、一軸延伸した位相差フィ
ルムの延伸軸の角度を少しづつずらして多数枚積層して
擬似的なねじれ構造を持たせたフィルムも使用すること
ができる。
【0017】本発明の液晶表示素子では光学補償素子と
してねじれ構造を有し、かつ光学パラメータの最適化さ
れたものを用いる。透過型STN−LCDをノーマリー
ブラックモードで駆動する場合、従来のD−STNでは
これらねじれ構造を有する光学補償素子のパラメータ
は、ねじれ角は液晶セルと絶対値が同じでありねじれ方
向は逆、またリターデーションは液晶セルとほぼ同等も
しくはやや小さい値であった。これに対して本発明で用
いる光学補償素子は、前記液晶セルと逆向きのねじれ構
造を有し、該液晶セルと該光学補償素子のねじれ角の絶
対値の差が40〜100°、より好ましくは45〜75
°であり、且つ波長λ=550nmにおけるリターデー
ションの差が100〜250nm、より好ましくは12
0〜200nmである。この範囲をはずれた場合、ある
程度の表示は可能であるものの、従来法と比較してコン
トラスト比が大きく低下する恐れがある。
【0018】上記パラメータを選定する理由について以
下に簡単に説明する。液晶セルと光学補償素子のねじれ
方向が逆向きであり、それぞれのヘリカルピッチがおお
よそ等しい場合、液晶セルと光学補償素子との隣接する
配向軸を略直交となるように配置すると、液晶セルと光
学補償素子を重ね合わせて、1枚のねじれた光学異方体
と見なすことができる。そしてその光学異方体のねじれ
角とリターデーションは、液晶セルと光学補償素子両者
のねじれ角とリターデーションの差と近似することがで
きる。これは2枚のリターデーションの異なる1軸位相
差フィルムをそれぞれの配向軸が直交するように配置す
ると、それらは重ね合わせて全体を1枚の光学異方体と
見なすことができ、そのリターデーションは、前記2枚
の1軸位相差フィルムのリターデーションの差と見なせ
ることと同様の考えである。したがって最適な補償条件
を見つけるためにこの重ね合わせた1枚の光学異方体を
利用する。
【0019】さて、1枚のねじれた光学異方体の両側に
偏光板を配置した場合、その透過率Tは、ジョーンズベ
クトルによる2×2マトリクス法から式(1)のように
求められる(E.P.Raynes,Mol.Crys
t.Liq.Cryst.Lett.,Vol.4,6
9(1987)、A.Lien,IEEE Tran
s.Electron Devices,Vol.3
6,No.9,1910(1989))。
【0020】
【数1】
【0021】ここで、偏光板、光学異方体の各軸の関係
は図1に示す通りとする。すなわち11は光学異方体の
入射側偏光板に隣接する側の配向軸、12は光学異方体
の出射側偏光板に隣接する側の配向軸、13は入射側偏
光板の吸収軸、14は出射側偏光板の吸収軸を示し、θ
は光学異方体のねじれ角、φは光学異方体の入射側偏光
板に隣接する側の配向軸11と入射側偏光板の吸収軸1
3のなす角度、γは光学異方体の入射側偏光板に隣接す
る側の配向軸11と出射側偏光板の吸収軸14のなす角
度とする。また、λは波長を、[Δnd]は光学異方体
のリターデーションをそれぞれ表すとすると、αおよび
βは次式で表される。
【0022】
【数2】
【0023】今、一例として光学異方体の入射側偏光板
に隣接する側の配向軸11と入射側偏光板の吸収軸13
のなす角度φの絶対値及び、光学異方体の入射側偏光板
に隣接する側の配向軸11と出射側偏光板の吸収軸14
のなす角度γの絶対値がそれぞれ45°の場合を考える
と、 φ=π/4 (2) γ=φ+θ+π/2 (3) または、 φ=π/4 (4) γ=φ+θ (5) であるから、これらを式(1)に代入すると、それぞ
れ、式(6)または式(7)となる。
【0024】
【数3】
【0025】ここでT=0となるのは、式(8)または
式(9)となる。
【0026】
【数4】
【0027】これより、式(10)または式(11)が
得られる。
【0028】
【数5】
【0029】すなわちこれらの式から、ある特定の波長
λにおいてT=0となるリターデーション[Δnd]と
ねじれ角θの関係式が得られる。今、式(11)につい
て、視感度の最も高い波長であるλ=550nmにおけ
る[Δnd]とねじれ角θの関係をm=0の場合につい
て図示すると図2のようになる。以上の結果から、λ=
550nmにおいて、光学異方体のねじれ角θと[Δn
d]の差が、図2の関係を満たせば、電圧非選択時にお
いて出射側偏光板を通過する直前の光は直線偏光にな
り、完全な補償を行うことができる。
【0030】以上の結果を踏まえて電圧選択時を含めた
最適な補償条件を実際の液晶セルと光学補償素子を用い
て検討した結果、前述のように光学補償素子が前記液晶
セルと逆向きのねじれ構造を有し、該液晶セルと該光学
補償素子のねじれ角の絶対値の差が40〜100°であ
り、且つ波長λ=550nmにおけるリターデーション
の差が100〜250nmとする場合、良好な補償状態
を実現できることが分かった。
【0031】また、図2の関係式を満たす時、式(7)
は式(12)となる。
【0032】
【数6】
【0033】式(12)から明らかなように、[Δn
d]と波長λの比が一定であれば、式(12)は全ての
波長でT=0となることが分かる。これはすなわち、液
晶セルと光学補償素子のリターデーションの差が、理想
的には波長λと比例関係にあればよいことを示してい
る。実際には液晶セルと光学補償素子に使用する液晶材
料の制約上、そのような完全な理想状態にすることは困
難であるが、以上の知見をふまえて複屈折の波長分散ま
で考慮して検討を行ったところ、波長λ=400nm及
びλ=550nmにおける前記液晶セルと光学補償素子
のリターデーションの差の絶対値をそれぞれΔR(40
0)及びΔR(550)とし、それらの比Dを、 D=ΔR(400)/ΔR(550) と定義した場合、D=0.5〜1.0、より好ましく
は、D=0.7〜0.9である時に電圧非選択時におい
ては、D−STNとほぼ同等の補償状態が実現できるた
め、ノーマリーブラックモードにおいては良好な黒表示
が得られ、ノーマリーホワイトモードにおいてはペーパ
ーホワイトに近い良好な白表示が得られる。さらに電圧
選択時においてはD−STNを上回る補償状態を実現で
きることが分かった。Dの値が0.5未満または1.0
を超える時は電圧非選択時の補償状態が不十分となり好
ましくない。
【0034】本発明の液晶表示素子では以上に述べた関
係となるように、液晶セルと光学補償素子との光学パラ
メータ(ねじれ角、リターデーション、D値)を設定す
る。さらに本発明の液晶表示素子では、表示側偏光板の
吸収軸から光学補償素子の表示側偏光板側の配向軸への
角度θAの絶対値|θA|、光学補償素子の液晶セル側の
配向軸から液晶セルの光学補償素子側の配向軸への角度
θBの絶対値|θB|、並びに液晶セルの表示側とは反対
の偏光板側の配向軸と表示側とは反対の偏光板の吸収軸
への角度θCの絶対値|θC|を次のように調整すること
により、彩色が少なく、しかも良好なコントラストを実
現することが可能である。 35°≦|θA|≦55°かつ 80°≦|θB|≦90°かつ 35°≦|θC|≦55° なお、θA、θB、θCの角度に関しては、それぞれの角
度は時計回り方向または反時計回り方向で表記すること
が可能であるが、本発明ではその絶対値が0°以上90
°以下の値となる方向に表記し、プラス(+)またはマ
イナス(−)の符号を付して相対的な方向を区別する。
【0035】本発明の前記光学補償素子としては、補償
用液晶セルや液晶フィルムや、ポリカーボネート、ポリ
アリレート、ポリスチレン、脂環状炭化水素重合体等の
樹脂フィルムを一軸または二軸延伸して得られる位相差
フィルムを少しづつ延伸軸の角度をずらして多数枚積層
し擬似的にねじれ構造を持たせたフィルム等を挙げるこ
とができる。補償用液晶セルとしては、前記の液晶セル
と同様に、2枚の透明基板間に狭持された液晶物質層を
特定な方向に配向させてねじれ角を与えた液晶セルを例
示として挙げることができる。このとき、使用される透
明基板に電極を形成する必要はない。
【0036】また、前記液晶フィルムとは、1枚のフィ
ルム内で分子の配向方向が膜厚方向に対して連続的にね
じれた構造を有するフィルムを言う。この液晶フィルム
は、一般的には、ねじれ配向特性を有する液晶材料をフ
ィルム化することにより得ることができる。より具体的
には、ネマチック液晶性を示す液晶材料にカイラル剤を
配合した液晶性組成物やねじれネマチック液晶性を示す
液晶材料を、ねじれネマチック配向させた後、その配向
構造を、例えば光架橋、熱架橋により固定化するといっ
た方法や、冷却することでガラス状態として固定化する
といった方法で得ることができる。
【0037】前記の液晶材料としては、ネマチック液晶
性やねじれネマチック液晶性を示す液晶材料であれば特
に制限されず、各種の低分子液晶物質、高分子液晶物
質、またはこれらの混合物を当該材料とすることができ
る。液晶物質の分子形状は、棒状であるか円盤状である
かを問わず、例えば、ディスコチックネマチック液晶性
を示すディスコチック液晶も使用することができる。さ
らにこれらの混合物を液晶材料として使用する際には、
当該材料で最終的に所望のねじれ構造を形成することが
でき、その配向構造を固定化できるものであれば、当該
材料の組成や組成比等に何ら制限はない。例えば、単独
もしくは複数種の低分子および/または高分子液晶物質
と、単独もしくは複数種の低分子および/または高分子
の非液晶性物質や各種添加剤とからなる混合物を液晶材
料として使用することもできる。
【0038】前記低分子液晶物質としては、シッフ塩基
系、ビフェニル系、ターフェニル系、エステル系、チオ
エステル系、スチルベン系、トラン系、アゾキシ系、ア
ゾ系、フェニルシクロヘキサン系、ピリミジン系、シク
ロヘキシルシクロヘキサン系、トリメシン酸系、トリフ
ェニレン系、トルクセン系、フタロシアニン系、ポルフ
ィリン系分子骨格を有する低分子液晶化合物、またはこ
れら化合物の混合物等が挙げられる。
【0039】高分子液晶物質としては、各種の主鎖型高
分子液晶物質、側鎖型高分子液晶物質、またはこれらの
混合物等を用いることができる。主鎖型高分子液晶物質
としては、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリカーボ
ネート系、ポリイミド系、ポリウレタン系、ポリベンズ
イミダゾール系、ポリベンズオキサゾール系、ポリベン
ズチアゾール系、ポリアゾメチン系、ポリエステルアミ
ド系、ポリエステルカーボネート系、ポリエステルイミ
ド系などの高分子液晶、またはこれらの混合物等が挙げ
られる。これらの中でも液晶性を与えるメソゲン基とポ
リメチレン、ポリエチレンオキシド、ポリシロキサン等
の屈曲鎖とが交互に結合した半芳香族系ポリエステル系
高分子液晶や、屈曲鎖のない全芳香族系ポリエステル系
高分子液晶が合成の容易さ、配向性が良好で固定化も容
易などから本発明では望ましい。
【0040】また、側鎖型高分子液晶物質としては、ポ
リアクリレート系、ポリメタクリレート系、ポリビニル
系、ポリシロキサン系、ポリエーテル系、ポリマロネー
ト系、ポリエステル系等の直鎖状又は環状構造の骨格鎖
を有する物質に側鎖としてメソゲン基が結合した高分子
液晶、またはこれらの混合物等が挙げられる。これらの
中でも、骨格鎖に屈曲鎖からなるスペーサーを介して液
晶性を与えるメソゲン基が結合した側鎖型高分子液晶
や、主鎖および側鎖の両方にメソゲンを有する分子構造
の当該高分子液晶が本発明では望ましい。
【0041】液晶材料は、ねじれネマチック配向を誘起
するために、カイラル剤が配合されているか、少なくと
も1種のカイラルな構造単位を有する各種液晶物質また
は非液晶物質が配合されていることが特に望ましい。カ
イラルな構造単位としては、例えば、光学活性な2−メ
チル−1,4−ブタンジオール、2,4−ペンタンジオ
ール、1,2−プロパンジオール、2−クロロ−1,4
−ブタンジオール、2−フルオロ−1,4−ブタンジオ
ール、2−ブロモ−1,4−ブタンジオール、2−エチ
ル−1,4−ブタンジオール、2−プロピル−1,4−
ブタンジオール、3−メチルヘキサンジオール、3−メ
チルアジピン酸、ナプロキセン誘導体、カンファー酸、
ビナフトール、メントールあるいはコレステリル基含有
構造単位またはこれらの誘導体(例えばジアセトキシ化
合物などの誘導体)から誘導される単位を利用すること
ができる。上記のカイラルな構造単位は、R体、S体の
いずれでも良く、またR体およびS体の混合物であって
も良い。なおこれら構造単位は、あくまでも例示であっ
て本発明はこれによって何ら制限されるものではない。
【0042】液晶フィルムを調製するに際し、液晶状態
において形成した配向構造を熱架橋や光架橋で固定化す
る場合には、好ましくは液晶材料中に熱または光による
架橋反応等によって反応しうる官能基または部位を有し
ている各種液晶物質を配合することが望ましい。架橋反
応しうる官能基としては、例えば、アクリル基、メタク
リル基、ビニル基、ビニルエーテル基、アリル基、アリ
ロキシ基、グリシジル基等のエポキシ基、オキセタン
基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、アゾ
基、ジアゾ基、アジド基、ヒドロキシル基、カルボキシ
ル基、低級エステル基などが挙げられ、特にアクリル
基、メタクリル基、エポキシ基、オキセタン基が望まし
い。また架橋反応しうる部位としては、マレイミド、マ
レイン酸無水物、ケイ皮酸、ケイ皮酸エステル、アルケ
ン、ジエン、アレン、アルキン、アゾ、アゾキシ、ジス
ルフィド、ポリスルフィドなどの分子構造を含む部位が
挙げられる。これら架橋基および架橋反応部位は、液晶
材料を構成する各種液晶物質自身に含まれていてもよい
が、架橋基または部位を有する非液晶性物質を液晶相の
発現を妨げない範囲で、別途、液晶材料に添加しても良
い。
【0043】また液晶フィルムは、リターデーションが
温度によって変化する温度補償効果を有してもよい。こ
のような光学補償素子を用いることにより周囲温度が変
化しても、色の発色が変動し難く、良好な液晶表示素子
を提供することが可能となる。この場合、光学補償素子
のリターデーションの温度による変化は、液晶セルに使
用される液晶物質層のリターデーションの温度による変
化にほぼ等しいことが望ましい。
【0044】また液晶フィルムは、偏光板で使用される
ような透明保護層が設けられていても良い。前記透明保
護層としては、ポリエステルやトリアセチルセルロー
ス、アクリル樹脂等の透明フィルムを直接または粘・接
着剤層を介して積層したもの、樹脂の塗布層、アクリル
系やエポキシ系、オキセタン系等の重合性化合物や珪
素、アルミニウム、チタン等のアルコキシド誘導体の加
水分解物等の光及び/または熱硬化型樹脂層などが挙げ
られる。これら透明保護層を液晶フィルムの両面に設け
る場合、両側に同じ透明保護層を設けても良いし、また
異なる透明保護層を設けても良い。前記透明保護層を設
ける方法としては、液晶フィルムに悪影響を及ぼさない
前記化合物等の溶液を公知の塗布方法で塗布後、乾燥・
硬化させる方法や、特開平4−57017号、特開平5
−333313号等に例示のような転写法によって形成
してもよい。この透明保護層には自己支持性のあるもの
が好ましいが、本発明の液晶表示素子に組み込むことが
できるものであれば自己支持性は必ずしも必要ではな
く、液晶表示素子全体の厚みを薄くするために薄膜の透
明保護層なども使用することができる。
【0045】本発明の液晶表示素子は、反射モードで使
用する場合、反射機能を付与することが望ましい。反射
機能の付与の方法としては、表示側偏光板とは反対側の
偏光板に、反射板や半透過反射板が付与された反射板付
偏光板や半透過反射板付偏光板を使用することができ
る。前記反射板、半透過反射板としては、特定方向の反
射強度を高めた指向性反射タイプや反射特性に指向性の
ない無指向反射タイプ等を使用することができる。
【0046】また、前記偏光板はヨウ素や染料の吸収を
利用した通常の吸収型偏光板であるが、反射機能付与の
他の例として、表示側偏光板とは反対側の偏光板に、偏
光と反射の機能を持った反射型偏光板も使用することが
できる。反射型偏光板としては、2種類の薄膜を交互に
積層、多層化して延伸し、異方散乱特性をもたせたもの
や選択反射特性を示すコレステリック液晶性フィルムと
1/4波長板を組み合わせたもの等を使用することがで
きる。また、これら反射型偏光板と吸収型偏光板を組み
合わせた構成のものも使用することができる。その他の
反射板としてはホログラムを利用したものも使用するこ
とができる。
【0047】本発明の液晶表示素子は、液晶セル、偏光
板、光学補償素子を必須の構成部材とし、必要に応じて
反射機能を付与したものである。またこれらの他に、他
の構成部材を備えても良い。具体的には、例えば、カラ
ーフィルターをさらに備えることにより、色純度の高い
マルチカラー又はフルカラー表示が可能なカラー液晶表
示素子とすることができる。また、他にも必要に応じて
バックライト、フロントライト、光拡散層、光制御フィ
ルム、導光板、プリズムシート、反射防止層、防眩処理
層、接着剤層、粘着剤層、ハードコート層等を設けるこ
とも可能である。
【0048】
【発明の効果】本発明の液晶表示素子は、ノーマリーホ
ワイトモードでは明るくかつ色相の良好な白表示を与
え、ノーマリーブラックモードでは、高コントラストで
かつ明るい白表示を実現でき、従来の液晶表示素子に比
べ、大幅に高い表示品位を得ることができる。
【0049】
【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例によりさら
に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるもの
ではない。なお、本実施例においては、表示側の透明基
板側からもう一方の透明基板側に向かって反時計回り方
向を+、時計回り方向を−として液晶表示素子を作成し
て実験を行った。しかしながら、これとは逆に、表示側
の透明基板側からもう一方の透明基板側に向かって時計
回り方向を+、反時計回り方向を−として同様に実験を
行っても全く同等の結果が得られる。
【0050】本実施例において、液晶セルや光学補償素
子に使用する材料の複屈折の波長分散は、平行配向また
は垂直配向させたサンプルを用意し、アッベ屈折計によ
る測定及びセナルモンの方法を用いた測定を行い、測定
データをCauchyの式でフィッティングさせること
で求めた。また、本実施例における液晶セルや光学補償
素子のリターデーションは、前記式(10)を利用して
求めた。すなわち、図1における光学異方素子を液晶セ
ルや光学補償素子とし、式(2)及び(3)の関係とな
るように入射側及び出射側偏光板の吸収軸方向を配置す
る。その時の透過スペクトルを観察して透過率が最も小
さくなる波長λminを探し、式(10)にλminとねじれ
角θを代入して波長λminにおけるリターデーションを
求め、さらに上述した複屈折の波長分散を考慮して各波
長におけるリターデーションを求めた。
【0051】実施例1 図3に模式的に示される透過型STN−LCDを作製し
た。図3に示される通り、液晶セル31は、対向する一
対の透明基板31Cと、それらの内側の面上に設けられ
た電極31Bと、それらの上に印刷形成され、配向処理
が施された配向膜31Eとを備える。配向膜31Eと、
基板周辺に印刷塗布形成したシール剤31Dにより規定
される空間内に液晶物質が封入され、液晶物質層31A
が形成される。液晶物質としてZLI−2293(メル
ク社製)を用い、配向膜31Eの配向処理方向を調節す
ることにより液晶物質層31Aを所定の方向に配向さ
せ、θ1=+250度にツイストさせた。また、液晶セ
ル31の波長λ=400nm及びλ=550nmにおけ
るリターデーションR1(400)及びR1(550)は
それぞれ970nm及び850nmであった。
【0052】液晶セル31の表示面側(図の上側)に偏
光板33(住友化学工業(株)製SR1862AP)を
配置し、偏光板33と液晶セル31との間に液晶ポリエ
ステルを使用したねじれ構造を形成させた液晶フィルム
からなる光学補償素子32を配置した。光学補償素子3
2のねじれ角はθ2=−180度であり、波長λ=40
0nm及びλ=550nmにおけるリターデーションR
2(400)及びR2(550)はそれぞれ810nm及
び660nmであった。なお、本光学補償素子の複屈折
の波長分散は、波長分散値の大きい液晶ポリエステルと
波長分散値の小さな液晶ポリエステルとの混合割合を変
えることで制御した。以上の結果から、D=0.84で
あった。また、偏光板34(住友化学工業(株)製SR
1862AP)を表示側から見て液晶セルの後方に配置
した。偏光板33、光学補償素子32、液晶セル31お
よび偏光板34の間は通常の透明なアクリル系粘着剤層
で接着した。
【0053】上記STN−LCDの各構成部材における
角度θ1、θ2、θA、θB、θCの関係を図4に示す。な
お、図4は表示側から見た場合の各構成部材の軸配置関
係を示している。図4において、偏光板33の吸収軸3
31から光学補償素子32の偏光板33側の配向軸32
1への角度θA=−40°、光学補償素子32の液晶セ
ル31側の配向軸322から液晶セル31の光学補償素
子32側の配向軸311への角度θB=−85°、液晶
セル31の偏光板34側の配向軸312から偏光板34
の吸収軸341への角度θC=−45°である。なお、
角度に関しては例えばθAであればθA=+135°と表
記することもできるが、前記のようにθAの絶対値が9
0°以下となる方向の数値を選択した。θB、θCも同様
であり、以下全ての実施例、比較例も同様に表記した。
【0054】上記の液晶表示素子に、駆動回路(図示せ
ず)から電極31Bに駆動電圧を印加し(1/160デ
ューティー、最適バイアスで駆動)、光源を配置してノ
ーマリーブラックモードにて光学特性を調べたところ、
図5に示すような分光透過特性が得られた。すなわち、
電圧非選択時には比較例1に示すようにD−STN方式
と同等の良好な黒表示が得られ、電圧選択時には特に長
波長側の透過率が向上するため、D−STN方式よりも
明るくかつよりニュートラルな色相の白表示が得られ、
高コントラスト比の表示を達成できた。本実施例では、
カラーフィルターの無い形態で実験を行ったが、液晶表
示素子中にカラーフィルターを設ければ、良好なマルチ
カラー、またはフルカラー表示ができる。また、偏光板
34に半透過反射板付き偏光板(住友化学工業(株)製
SR1862AS−011)を使用した場合、光源使用
時の良好な透過表示に加えて、外光利用時には良好な反
射表示も達成できた。
【0055】実施例2 液晶セル31のねじれ角θ1=+250度、液晶セル3
1の波長λ=400nm及びλ=550nmにおけるリ
ターデーションR1(400)及びR1(550)をそれ
ぞれ910nm及び800nmとし、実施例1と同様に
して液晶ポリエステルから作製した光学補償素子32の
ねじれ角θ2=−180度、波長λ=400nm及びλ
=550nmにおけるリターデーションR2(400)
及びR2(550)をそれぞれ770nm及び620n
mとし、θA=−40°、θB=+90°、θC=−40
°とした以外は実施例1と同様の液晶表示素子を作製し
た。また、この時のD値はD=0.78である。
【0056】上記の液晶表示素子に、駆動回路(図示せ
ず)から電極31Bに駆動電圧を印加し(1/160デ
ューティー、最適バイアスで駆動)、光源を配置してノ
ーマリーブラックモードにて光学特性を調べたところ、
図6に示すような分光透過特性が得られた。すなわち、
電圧非選択時には実施例1と同様に良好な黒表示が得ら
れ、電圧選択時には明るくニュートラルな色相の白表示
が得られ、高コントラスト比の表示を達成できた。本実
施例では、カラーフィルターの無い形態で実験を行った
が、液晶表示素子中にカラーフィルターを設ければ、良
好なマルチカラー、またはフルカラー表示ができる。ま
た、偏光板34に半透過反射板付き偏光板(住友化学工
業(株)製SR1862AS−011)を使用した場
合、光源使用時の良好な透過表示に加えて、外光利用時
には良好な反射表示も達成できた。
【0057】実施例3 液晶セル31のねじれ角θ1=+250度、液晶セル3
1の波長λ=400nm及びλ=550nmにおけるリ
ターデーションR1(400)及びR1(550)をそれ
ぞれ1025nm及び900nmとし、実施例1と同様
にして液晶ポリエステルから作製した光学補償素子32
のねじれ角θ2=−180度、波長λ=400nm及び
λ=550nmにおけるリターデーションR2(40
0)及びR2(550)をそれぞれ830nm及び70
0nmとし、θA=−40°、θB=+90°、θC=−
40とした以外は実施例1と同様の液晶表示素子を作製
した。また、この時のD値はD=0.98である。
【0058】上記の液晶表示素子に、駆動回路(図示せ
ず)から電極31Bに駆動電圧を印加し(1/160デ
ューティー、最適バイアスで駆動)、光源を配置してノ
ーマリーブラックモードにて光学特性を調べたところ、
図7に示すような分光透過特性が得られた。すなわち、
電圧非選択時には実施例1と同様に良好な黒表示が得ら
れ、電圧選択時には明るくニュートラルな色相の白表示
が得られ、高コントラスト比の表示を達成できた。本実
施例では、カラーフィルターの無い形態で実験を行った
が、液晶表示素子中にカラーフィルターを設ければ、良
好なマルチカラー、またはフルカラー表示ができる。ま
た、偏光板34に反射板付き偏光板(住友化学工業
(株)製SR1862AU)を使用した場合、外光利用
時に良好な反射表示も達成できた。
【0059】比較例1 実施例1で作製した液晶セルに対して、D−STN方式
の補償条件とするため、光学補償素子32として、ZL
I−2293(メルク社製)を狭持した液晶セル31と
同様のものを補償用液晶セル(電極未形成)として用意
し、補償用液晶セルのねじれ角θ2=−250度、波長
λ=400nm及びλ=550nmにおけるリターデー
ションR2(400)及びR2(550)をそれぞれ91
0nm及び800nmとし、θA=+45°、θB=+9
0°、θC=−45とした以外は実施例1と同様の液晶
表示素子を作製した。上記の液晶表示素子に、駆動回路
(図示せず)から電極31Bに駆動電圧を印加し(1/
160デューティー、最適バイアスで駆動)、光源を配
置してノーマリーブラックモードにて光学特性を調べた
ところ、図8に示すような分光透過特性が得られた。す
なわち、電圧非選択時には良好な黒表示が得られ、高コ
ントラスト比の表示となったが、電圧選択時については
実施例1よりも白表示の色相が劣ることが分かった。
【0060】比較例2 実施例1で作製した液晶セルに対して、光学補償素子3
2として、ZLI−2293(メルク社製)を狭持した
液晶セル31と同様のものを補償用液晶セル(電極未形
成)として用意し、補償用液晶セルのねじれ角θ2=−
180度、波長λ=400nm及びλ=550nmにお
けるリターデーションR2(400)及びR2(550)
をそれぞれ750nm及び660nmとした以外は実施
例1と同様の液晶表示素子を作製した。この時のD値は
D=1.16である。上記の液晶表示素子に、駆動回路
(図示せず)から電極31Bに駆動電圧を印加し(1/
160デューティー、最適バイアスで駆動)、光源を配
置してノーマリーブラックモードにて光学特性を調べた
ところ、図9に示すような分光透過特性が得られた。す
なわち、電圧非選択時には実施例1と比較して黒表示の
補償状態が十分ではなく、コントラスト比の低い表示と
なった。
【0061】実施例4 液晶セル31のねじれ角θ1=+240度、液晶セル3
1の波長λ=400nm及びλ=550nmにおけるリ
ターデーションR1(400)及びR1(550)をそれ
ぞれ910nm及び800nmとし、光学補償素子32
のねじれ角θ2=−190度、波長λ=400nm及び
λ=550nmにおけるリターデーションR2(40
0)及びR2(550)をそれぞれ780nm及び63
0nmとし、θA=−40°、θB=+90°、θC=+
45とし、偏光板34に反射板付き偏光板(住友化学工
業(株)製SR1862AU)を使用した以外は実施例
1と同様の液晶表示素子を作製した。また、この時のD
値はD=0.76である。
【0062】上記の液晶表示素子に、駆動回路(図示せ
ず)から電極31Bに駆動電圧を印加し(1/160デ
ューティー、最適バイアスで駆動)、ノーマリーホワイ
トモードにて光学特性を調べたところ、図10に示すよ
うな分光反射特性が得られた。すなわち、電圧非選択時
には良好なペーパーホワイトの白表示が得られ、電圧選
択時には視感度の高い550nmで透過率が小さくなっ
ていることから良好な黒表示が得られ、高コントラスト
比の反射表示を達成できた。本実施例では、カラーフィ
ルターの無い形態で実験を行ったが、液晶表示素子中に
カラーフィルターを設ければ、良好なマルチカラー、ま
たはフルカラー表示ができる。また、偏光板34に半透
過反射板付き偏光板(住友化学工業(株)製SR186
2AS−011)を使用した場合、良好な反射表示に加
えて光源使用時には良好な透過表示も達成できた。
【0063】実施例5 液晶セル31のねじれ角θ1=+250度、液晶セル3
1の波長λ=400nm及びλ=550nmにおけるリ
ターデーションR1(400)及びR1(550)をそれ
ぞれ970nm及び850nmとし、光学補償素子32
のねじれ角θ2=−190度、波長λ=400nm及び
λ=550nmにおけるリターデーションR2(40
0)及びR2(550)をそれぞれ800nm及び67
0nmとし、θA=−45°、θB=+90°、θC=−
45°とし、偏光板34に反射型偏光板(住友スリーエ
ム(株)製RDF−C)を使用した以外は実施例1と同
様の液晶表示素子を作製した。また、この時のD値はD
=0.94である。
【0064】上記の液晶表示素子に、駆動回路(図示せ
ず)から電極31Bに駆動電圧を印加し(1/160デ
ューティー、最適バイアスで駆動)、ノーマリーホワイ
トモードにて光学特性を調べたところ、図11に示すよ
うな分光反射特性が得られた。すなわち、電圧非選択時
には良好なペーパーホワイトの白表示が得られ、電圧選
択時には良好な黒表示が得られ、高コントラスト比の反
射表示を達成できた。本実施例では、カラーフィルター
の無い形態で実験を行ったが、液晶表示素子中にカラー
フィルターを設ければ、良好なマルチカラー、またはフ
ルカラー表示ができる。
【0065】比較例3 実施例4で作製した液晶セルに対して、D−STN方式
の補償条件とするため、光学補償素子32として、ZL
I−2293(メルク社製)を狭持した液晶セル31と
同様のものを補償用液晶セル(電極未形成)として用意
し、補償用液晶セルのねじれ角θ2=−240度、波長
λ=400nm及びλ=550nmにおけるリターデー
ションR2(400)及びR2(550)をそれぞれ85
5nm及び750nmとし、θA=+45°、θB=+9
0°、θC=+45°とした以外は実施例4と同様の液
晶表示素子を作製した。上記の液晶表示素子に、駆動回
路(図示せず)から電極31Bに駆動電圧を印加し(1
/160デューティー、最適バイアスで駆動)、光源を
配置してノーマリーホワイトモードにて光学特性を調べ
たところ、図12に示すような分光反射特性が得られ
た。すなわち、電圧選択時である黒表示において、視感
度の高い550nmで光が抜けてしまい、コントラスト
比の低い反射表示となった。
【0066】比較例4 液晶セル31のねじれ角θ1=+240度、液晶セル3
1の波長λ=400nm及びλ=550nmにおけるリ
ターデーションR1(400)及びR1(550)をそれ
ぞれ910nm及び800nmとし、光学補償素子32
のねじれ角θ2=−190度、波長λ=400nm及び
λ=550nmにおけるリターデーションR2(40
0)及びR2(550)をそれぞれ850nm及び63
0nmとした以外は実施例4と同様の液晶表示素子を作
製した。この時のD値はD=0.35である。上記の液
晶表示素子に、駆動回路(図示せず)から電極31Bに
駆動電圧を印加し(1/160デューティー、最適バイ
アスで駆動)、光源を配置してノーマリーホワイトモー
ドにて光学特性を調べたところ、図13に示すような分
光反射特性が得られた。すなわち、電圧選択時の黒表示
において、短波長側の光抜けが非常に大きく、実施例4
と比較すると不十分な表示であった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の概念を説明するための偏光板と光学異
方体の各軸の関係を示した図である。
【図2】式(11)について、λ=550nm、m=0
におけるリターデーション〔Δnd〕とねじれ角θの関
係を示した図である。
【図3】実施例1〜5及び比較例1〜4でそれぞれ作製
した液晶表示素子の構成を示す模式的断面図である。
【図4】実施例1〜5及び比較例1〜4の液晶表示素子
における表示側偏光板吸収軸、液晶セル、光学補償素
子、偏光板吸収軸(実施例5のみ反射軸)の軸角度関係
を説明する平面図である。
【図5】実施例1の液晶表示素子における分光透過率特
性を示す図である。
【図6】実施例2の液晶表示素子における分光透過率特
性を示す図である。
【図7】実施例3の液晶表示素子における分光透過率特
性を示す図である。
【図8】比較例1の液晶表示素子における分光透過率特
性を示す図である。
【図9】比較例2の液晶表示素子における分光透過率特
性を示す図である。
【図10】実施例4の液晶表示素子における分光反射率
特性を示す図である。
【図11】実施例5の液晶表示素子における分光反射率
特性を示す図である。
【図12】比較例3の液晶表示素子における分光反射率
特性を示す図である。
【図13】比較例4の液晶表示素子における分光反射率
特性を示す図である。
【符号の説明】
11 光学異方体の入射側偏光板に隣接する側の配向軸
方向 12 光学異方体の出射側偏光板に隣接する側の配向軸
方向 13 入射側偏光板の吸収軸 14 出射側偏光板の吸収軸 31 液晶セル 31A 液晶物質層 31B 電極 31C 透明基板 31D シール剤 31E 配向膜 32 光学補償素子 33 偏光板(表示側) 34 偏光板 331 表示側偏光板33の吸収軸 321 光学補償素子の偏光板33側の配向軸 322 光学補償素子の液晶セル31側の配向軸 311 液晶セル31の光学補償素子32側の配向軸 312 液晶セル31の偏光板34側の配向軸 341 偏光板34の吸収軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上坂 哲也 神奈川県横浜市中区千鳥町8番地 日石三 菱株式会社中央技術研究所内 Fターム(参考) 2H049 BA02 BA06 BA42 BB03 BC22 2H089 HA25 HA30 QA16 RA10 SA04 SA07 TA14 TA15 2H091 FA11X FA11Z FB02 FB12 GA16 HA10 KA02 KA03 LA17 LA20

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電極を備える一対の透明基板間に液晶物
    質層が狭持された液晶セルと、その両側に配置された偏
    光板と、前記液晶セルと前記偏光板の間の少なくとも一
    方の側に光学補償素子を備え、2値以上の電圧値が選択
    されて前記液晶物質層に駆動電圧が印加される液晶表示
    素子において、 該液晶セルのねじれ角が180°〜270°に設定され
    ており、 該光学補償素子が前記液晶セルと逆向きのねじれ構造を
    有し、該液晶セルと該光学補償素子のねじれ角の絶対値
    の差が40〜100°であり、且つ波長λ=550nm
    におけるリターデーションの差が100〜250nmで
    あり、 前記液晶セルと光学補償素子の波長λ=400nm及び
    λ=550nmにおけるリターデーションの差の絶対値
    をΔR(400)及びΔR(550)とし、それらの比
    Dを、 D=ΔR(400)/ΔR(550) と定義した場合、 D=0.5〜1.0 の範囲にあることを特徴とする液晶表示素子。
  2. 【請求項2】 光学補償素子が液晶フィルムであること
    を特徴とする請求項1記載の液晶表示素子。
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