JP2006106434A - Liquid crystal display element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a twisted nematic (TN) mode liquid crystal display element provided with characteristics such as an excellent black level, high contrast, a wide viewing angle, excellent steepness and the like. <P>SOLUTION: The liquid crystal display element has: a driving cell having upper side and lower side substrates equipped with electrodes, and a liquid crystal layer held in between and comprising liquid crystal molecules twist-aligned and having a helical structure in the state with no electric field; a compensating means disposed on a surface of one substrate of the driving cell and including upper side and lower side substrates, and a liquid crystal layer held in between and comprising liquid crystal molecules twist-aligned and having a helical structure, wherein, with respect to the liquid crystal layer, a twist direction of the helical structure is opposite to that of the helical structure in the driving cell, and the orientation direction of a liquid crystal molecule at the center of the liquid crystal layer and that in the driving cell vertically intersect with each other at right angles in surfaces of the upper side and lower side substrates; and two polarizing plates disposed on both sides of a structural body including the driving cell and the compensating means respectively in crossed Nicols, wherein both directions of transmission axes or absorption axes thereof are at 45° angle to the orientation direction of the liquid crystal molecule at the center of the liquid crystal layer of the driving cell in crossed Nicols disposition. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液晶表示素子に関し、特に、ツイストネマチック(TN)モードの液晶表示素子に関する。   The present invention relates to a liquid crystal display element, and more particularly to a twisted nematic (TN) mode liquid crystal display element.

図10は、従来のTNモード液晶表示素子の主要部の構成を示す概略的な分解斜視図である。   FIG. 10 is a schematic exploded perspective view showing a configuration of a main part of a conventional TN mode liquid crystal display element.

液晶表示素子は、液晶セル20及び偏光板50、51を含んで構成される。   The liquid crystal display element includes a liquid crystal cell 20 and polarizing plates 50 and 51.

液晶セル20は、上側基板11、上側基板11に略平行に対向配置される下側基板12、及び上側基板11と下側基板12との間に保持される液晶層15を含む。液晶層15には、90°のねじれ角を有するTN液晶である液晶分子15aが充填されている。   The liquid crystal cell 20 includes an upper substrate 11, a lower substrate 12 disposed to face the upper substrate 11 substantially in parallel, and a liquid crystal layer 15 held between the upper substrate 11 and the lower substrate 12. The liquid crystal layer 15 is filled with liquid crystal molecules 15a which are TN liquid crystals having a twist angle of 90 °.

上側基板11は、たとえば平板なガラス基板である透明基板11a、透明基板11a上にたとえばITO(Indium Tin Oxide)で形成された電極11b、及び電極11b上に形成された配向膜11cを含む。   The upper substrate 11 includes, for example, a transparent substrate 11a which is a flat glass substrate, an electrode 11b formed of, for example, ITO (Indium Tin Oxide) on the transparent substrate 11a, and an alignment film 11c formed on the electrode 11b.

下側基板12は、透明基板12a、透明基板12a上に形成された電極12b、及び電極12b上に形成された配向膜12cを含む。透明基板12a、電極12b及び配向膜12cを形成する材料は、上側基板11のそれらを形成する材料と同じである。   The lower substrate 12 includes a transparent substrate 12a, an electrode 12b formed on the transparent substrate 12a, and an alignment film 12c formed on the electrode 12b. The material for forming the transparent substrate 12a, the electrode 12b, and the alignment film 12c is the same as the material for forming them on the upper substrate 11.

上側基板11と下側基板12とは、配向膜11c、12cが向き合うように対向配置される。   The upper substrate 11 and the lower substrate 12 are arranged to face each other so that the alignment films 11c and 12c face each other.

図10における右方向を基準(0°)とし、下側基板12と平行な面内において反時計回りに回転した方位角θで液晶分子の配向方向(長軸方向)等を表す角度座標を定義する。   10 defines the angle coordinates representing the orientation direction (major axis direction) of the liquid crystal molecules at an azimuth angle θ rotated counterclockwise in a plane parallel to the lower substrate 12 with the right direction in FIG. 10 as a reference (0 °). To do.

上側基板11及び下側基板12の配向膜11c、12cには、ラビング処理が施されている。上側基板11の配向膜11cに施されたラビングの方向D1は方位角45°の方向であり、下側基板12の配向膜12cに施されたラビングの方向D2は方位角315°(−45°)の方向である。配向膜11c、12cに接触する液晶分子15aはラビング方向に平行に配向し、ラビング方向を示す矢印の先端側の端部が基板から持ち上がるようにチルトする。配向膜は対向配置されているので、下側基板12側の液晶分子15aの基板から持ち上がった方の端部が、上側基板11側の液晶分子15aの基板に接触する方の端部に対応するようにチルトする。   The alignment films 11c and 12c of the upper substrate 11 and the lower substrate 12 are rubbed. The rubbing direction D1 applied to the alignment film 11c of the upper substrate 11 is an azimuth angle of 45 °, and the rubbing direction D2 applied to the alignment film 12c of the lower substrate 12 is an azimuth angle of 315 ° (−45 °). ) Direction. The liquid crystal molecules 15a in contact with the alignment films 11c and 12c are aligned parallel to the rubbing direction and tilted so that the end portion on the tip side of the arrow indicating the rubbing direction is lifted from the substrate. Since the alignment films are arranged to face each other, the end of the liquid crystal molecules 15a on the lower substrate 12 side that is lifted from the substrate corresponds to the end of the liquid crystal molecules 15a on the upper substrate 11 side that contacts the substrate. Tilt so that.

液晶層15内の液晶分子15aが方位角方向にツイストし、ヘリカル構造を構成する。このヘリカル構造は左旋回となり、ねじれ角(ツイスト角、旋回角)は90°、厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方向の方位角θは270°になる。   The liquid crystal molecules 15a in the liquid crystal layer 15 are twisted in the azimuth direction to form a helical structure. This helical structure turns counterclockwise, the twist angle (twist angle, turn angle) is 90 °, and the azimuth angle θ in the alignment direction of the liquid crystal molecules located at the center in the thickness direction is 270 °.

偏光板50が、液晶セル20の上側基板11の外側の面に密着し、偏光板51が、下側基板12の外側の面に密着している。偏光板50の透過軸の方向D3の方位角θは45°であり、偏光板51の透過軸の方向D4の方位角θも45°である。偏光板50と51とは、平行ニコル配置されている。   The polarizing plate 50 is in close contact with the outer surface of the upper substrate 11 of the liquid crystal cell 20, and the polarizing plate 51 is in close contact with the outer surface of the lower substrate 12. The azimuth angle θ in the transmission axis direction D3 of the polarizing plate 50 is 45 °, and the azimuth angle θ in the transmission axis direction D4 of the polarizing plate 51 is also 45 °. The polarizing plates 50 and 51 are arranged in parallel Nicols.

電圧が印加されない状態では、液晶分子15aはTN配列している。偏光板51を透過して下側基板12に入射した光は、液晶分子15aのダイレクタに沿って偏光方向を旋回させながら液晶層15内を進み、90°旋回したところで上側基板11から出射するため、上側基板11側の偏光板50で遮られる。このため黒表示が実現される。   In a state where no voltage is applied, the liquid crystal molecules 15a are TN aligned. The light that has passed through the polarizing plate 51 and entered the lower substrate 12 travels in the liquid crystal layer 15 while rotating the polarization direction along the director of the liquid crystal molecules 15a, and is emitted from the upper substrate 11 when rotated 90 °. It is blocked by the polarizing plate 50 on the upper substrate 11 side. For this reason, black display is realized.

電圧印加時においては、液晶分子15aが基板(上側基板11及び下側基板12)に垂直に立つため、偏光板51を透過して下側基板12に入射した光は、そのまま液晶層15内を進み、上側基板11及び偏光板50から出射する。この場合、白表示が実現される。   When a voltage is applied, the liquid crystal molecules 15a stand perpendicular to the substrates (the upper substrate 11 and the lower substrate 12). Therefore, the light transmitted through the polarizing plate 51 and incident on the lower substrate 12 passes through the liquid crystal layer 15 as it is. Then, the light is emitted from the upper substrate 11 and the polarizing plate 50. In this case, white display is realized.

このようなノーマリブラック90°ねじれTNモードの液晶表示素子において、電圧無印加時に良好な黒レベル(光透過率の低い良好なオフ表示)を得るには、液晶層15の厚さd(μm)と、液晶層15を形成する液晶材料の複屈折率Δnの積Δnd(リタデーション、単位 μm)を適切に調整する必要がある。   In such a normally black 90 ° twisted TN mode liquid crystal display element, a thickness d (μm) of the liquid crystal layer 15 is used to obtain a good black level (good off display with low light transmittance) when no voltage is applied. ) And the product Δnd (retardation, unit μm) of the birefringence Δn of the liquid crystal material forming the liquid crystal layer 15 must be adjusted appropriately.

図11は、リタデーションΔndと電圧無印加時の光透過率との関係を表したグラフである。横軸は、リタデーションΔndを単位「μm」で示す。縦軸は、光透過率を単位「%」で示す。   FIG. 11 is a graph showing the relationship between retardation Δnd and light transmittance when no voltage is applied. The horizontal axis represents retardation Δnd in the unit “μm”. The vertical axis indicates the light transmittance in the unit “%”.

リタデーションΔndが、約0.49μm、及び約1μmのとき光透過率は極小値をとる。これはいわゆるGooch&Tarryの式に従う光透過率の変化を示すものである。リタデーションΔndが約1μmを超えると、光透過率の目立った増減はなく、また、リタデーションΔndが約1.9μm以上の範囲においては、光透過率は単調に減少している。したがって、少なくともある一定値以上のリタデーションΔndでは、リタデーションΔndが、約0.49μm(第1ミニマム条件)、及び約1μm(第2ミニマム条件)のときの光透過率より低い光透過率を与え、良好な黒表示を実現することができることがわかる。   When the retardation Δnd is about 0.49 μm and about 1 μm, the light transmittance takes a minimum value. This shows a change in light transmittance according to the so-called Gooch & Tarry equation. When the retardation Δnd exceeds about 1 μm, there is no noticeable increase or decrease in the light transmittance, and the light transmittance decreases monotonously in the range where the retardation Δnd is about 1.9 μm or more. Therefore, at least at a retardation Δnd of a certain value or more, the retardation Δnd gives a light transmittance lower than the light transmittance when the retardation Δnd is about 0.49 μm (first minimum condition) and about 1 μm (second minimum condition), It can be seen that a good black display can be realized.

ところが、リタデーションΔndの値を大きくとる(たとえば第2ミニマム条件以上のリタデーションΔnd)と、液晶層15の厚さが増大するため、液晶分子15aの応答速度が低速になる。また、駆動電圧が上昇するという問題が生じる。更に、リタデーションΔndを大きくすることによって良好な黒表示を得る方法は、液晶分子のねじれ角が90°の場合でのみ有効な方法である。   However, when the value of retardation Δnd is increased (for example, retardation Δnd equal to or higher than the second minimum condition), the thickness of the liquid crystal layer 15 increases, and the response speed of the liquid crystal molecules 15a becomes low. Moreover, the problem that a drive voltage rises arises. Further, the method of obtaining a good black display by increasing the retardation Δnd is an effective method only when the twist angle of the liquid crystal molecules is 90 °.

図11に示したグラフからわかるように、図10に示したノーマリブラック型TN液晶表示素子では、Gooch&Tarryのミニマム条件以外の、リタデーションΔndが小さい領域においては、良好な黒レベルを得るのは困難である。良好な黒レベルが得られるのは、Gooch&Tarryのミニマム条件のみとなるため、設計上の制約が大きい。しかも、ねじれ角が90°に設定された高速応答の液晶表示素子を作製するために、リタデーションΔndを約0.49μmにした場合であっても、通常は良好な黒レベルを得ることは難しく、また、ギャップ変動の影響が大きいため視角が狭くなり、更には、均一厚さのセルの製造が困難であるという問題点がある。このため、0.49μmというリタデーションは、実際にはほとんど用いられていないのが現状である。   As can be seen from the graph shown in FIG. 11, it is difficult to obtain a good black level in the normally black TN liquid crystal display element shown in FIG. It is. Since a good black level can be obtained only by the minimum condition of Gooch & Tarry, there is a great restriction on design. Moreover, it is usually difficult to obtain a good black level even when the retardation Δnd is about 0.49 μm in order to produce a high-speed response liquid crystal display element in which the twist angle is set to 90 °. In addition, since the influence of gap fluctuation is large, the viewing angle becomes narrow, and further, it is difficult to manufacture a cell having a uniform thickness. Therefore, in reality, the retardation of 0.49 μm is hardly used in practice.

現在、一般に用いられているノーマリホワイト型の液晶表示素子においては、黒表示を電圧印加時に実現するため、良好な黒表示を得るには比較的高い印加電圧(駆動電圧)設定を必要とする。更に、単純マトリクス駆動の液晶表示素子の場合は、明表示の透過率を重視して走査本数を増加させると、それに伴って黒レベルが上昇し、明瞭な表示コントラストを得られない場合が生じる。   In the normally white type liquid crystal display element that is currently used, since a black display is realized when a voltage is applied, a relatively high applied voltage (drive voltage) must be set to obtain a good black display. . Further, in the case of a liquid crystal display element driven by a simple matrix, if the number of scans is increased with an emphasis on the transmittance of bright display, the black level increases accordingly, and a clear display contrast may not be obtained.

「従来の単層型ツイステッドネマティック電界効果型液晶表示セルに給電手段を具備しないツイステッドネマティック液晶層を重畳した二層型構造」の液晶表示装置が発明されている。(たとえば、特許文献1参照。)
特許文献1に記載の二層型液晶表示装置は、「2枚の基板間に螺旋軸を基板面と垂直な方向にして基板間で液晶分子長軸を実質的に90°捩ったいわゆるツイステッドネマティック電界効果型液晶表示装置に関するものであり、特にその非活性時の表示の色付き現象を軽減化する技術に関するものである。」
A liquid crystal display device having a “two-layer structure in which a conventional single-layer twisted nematic field effect type liquid crystal display cell is superposed with a twisted nematic liquid crystal layer that does not have a power supply means” has been invented. (For example, see Patent Document 1.)
The two-layer type liquid crystal display device disclosed in Patent Document 1 is a so-called twisted type in which the major axis of the liquid crystal molecule is twisted by 90 ° between the substrates with the spiral axis in the direction perpendicular to the substrate surface. The present invention relates to a nematic field effect type liquid crystal display device, and particularly relates to a technique for reducing the coloring phenomenon of the display when it is inactive.

特開昭57−96315号公報JP-A-57-96315

本発明の目的は、高品質の液晶表示素子を提供することである。   An object of the present invention is to provide a high-quality liquid crystal display element.

本発明の一観点によると、それぞれ電極を備える上側基板及び下側基板と、その両者間に保持され、電界が発生していない状態で液晶分子がツイスト配列してヘリカル構造を示す液晶層とを有する駆動セルと、前記駆動セルの一方の基板面上に配置され、上側基板及び下側基板と、その両者間に保持され、液晶分子がツイスト配列してヘリカル構造を示す液晶層を含み、該液晶層は、ヘリカル構造の旋回方向が、前記駆動セルのヘリカル構造の旋回方向とは逆向きであり、該液晶層の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向と、前記駆動セルの液晶層の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向とが、前記上側及び下側基板の面内で直交する補償手段と、前記駆動セルと補償手段とを含む構造体の両側にそれぞれクロスニコルに配置された2枚の偏光板であって、透過軸または吸収軸の方向が、ともに、前記駆動セルの液晶層の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向と45°の角をなすようにクロスニコルに配置された2枚の偏光板とを有する液晶表示素子が提供される。   According to one aspect of the present invention, there are provided an upper substrate and a lower substrate each having an electrode, and a liquid crystal layer that is held between the two substrates and has a helical structure in which liquid crystal molecules are twisted in a state where no electric field is generated. A driving cell having a liquid crystal layer disposed on one of the substrate surfaces of the driving cell, held between the upper substrate and the lower substrate, and having a helical structure in which liquid crystal molecules are twisted and arranged, The liquid crystal layer has a helical structure swirling direction opposite to the driving cell helical structure swiveling direction, and the liquid crystal molecule alignment direction positioned in the center with respect to the thickness direction of the liquid crystal layer; Compensation means in which the alignment direction of the liquid crystal molecules located in the center with respect to the thickness direction of the liquid crystal layer is orthogonal in the planes of the upper and lower substrates, respectively, on both sides of the structure including the drive cell and the compensation means Black Two polarizing plates arranged in Nicol, the direction of the transmission axis or the absorption axis are both 45 ° angle with the alignment direction of the liquid crystal molecules located in the center with respect to the thickness direction of the liquid crystal layer of the drive cell There is provided a liquid crystal display element having two polarizing plates arranged in crossed Nicols so as to form the following.

この液晶表示素子は、良好な黒レベル、高コントラスト、広い視角、良好な急峻性等の特徴を備え得る液晶表示素子である。   This liquid crystal display element is a liquid crystal display element that can have characteristics such as a good black level, high contrast, a wide viewing angle, and good steepness.

本発明によれば、高品質の液晶表示素子を提供することができる。   According to the present invention, a high-quality liquid crystal display element can be provided.

本願発明者らは、先の提案(特願2003−287054号、[発明を実施するための最良の形態]の[0012]〜[0054]及び図1〜図11)において、「電界が発生していない状態で液晶分子がツイスト配列してヘリカル構造を示す液晶層を保持し、該液晶層に基板面内方向の電界を発生させる電極が形成された駆動セルと、前記駆動セルの一方の面上に配置され、液晶分子がツイスト配列してヘリカル構造を示す液晶層を含み、ヘリカル構造の旋回方向が、前記駆動セルのヘリカル構造の旋回方向とは逆向きであり、該液晶層の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向が、前記駆動セルの液晶層の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向と直交する補償手段と、前記駆動セルと補償手段とを含む構造体の両側にそれぞれ配置された偏光板とを有する液晶表示素子」(特願2003−287054号、[請求項1])等の発明を詳しく開示した。   In the above proposal (Japanese Patent Application No. 2003-287054, [Best Mode for Carrying Out the Invention] [0012] to [0054] and FIGS. 1 to 11), the inventors of the present application describe that an electric field is generated. A driving cell in which an electrode for generating an electric field in the in-plane direction of the substrate is formed on the liquid crystal layer, the liquid crystal layer holding a liquid crystal layer having a helical structure with twisted alignment of liquid crystal molecules, and one surface of the driving cell A liquid crystal layer having a helical structure in which the liquid crystal molecules are twisted and arranged in a twisted direction, and the rotational direction of the helical structure is opposite to the rotational direction of the helical structure of the drive cell, and the thickness of the liquid crystal layer Compensation means in which the alignment direction of the liquid crystal molecules located in the center with respect to the direction is orthogonal to the alignment direction of the liquid crystal molecules located in the center with respect to the thickness direction of the liquid crystal layer of the drive cell, and the drive cell and the compensation means On both sides of the body The liquid crystal display device "(Japanese Patent Application No. 2003-287054, [Claim 1]) and a polarizing plate disposed Re respectively disclosed in detail invention such.

本願においては、これに関連した液晶表示素子を提案する。   In the present application, a liquid crystal display element related to this is proposed.

図1は、実施例による液晶表示素子の主要部の構成を示す概略的な分解斜視図である。図1には、ねじれ角が90°の液晶表示素子の例を示した。実施例による液晶表示素子は、駆動セル30、補償セル40、駆動セル30側の偏光板53、及び補償セル40側の偏光板52を含んで構成される。   FIG. 1 is a schematic exploded perspective view showing a configuration of a main part of a liquid crystal display element according to an embodiment. FIG. 1 shows an example of a liquid crystal display element having a twist angle of 90 °. The liquid crystal display element according to the embodiment includes a driving cell 30, a compensation cell 40, a polarizing plate 53 on the driving cell 30 side, and a polarizing plate 52 on the compensation cell 40 side.

駆動セル30の構成は、図10に示した液晶セル20のそれと同一である。   The configuration of the drive cell 30 is the same as that of the liquid crystal cell 20 shown in FIG.

補償セル40は、上側基板31、下側基板32、及び両者に挟まれた液晶層35を含んで構成される。下側基板32が駆動セル30の上側基板21に接触している。上側基板31及び下側基板32の対向面上にそれぞれ配向膜31c、32cが形成され、ラビング処理が施されている。上側基板31の配向膜31cに施されたラビングの方向D7は方位角225°の方向であり、下側基板32の配向膜32cに施されたラビングの方向D8は方位角315°(−45°)の方向である。   The compensation cell 40 includes an upper substrate 31, a lower substrate 32, and a liquid crystal layer 35 sandwiched between them. The lower substrate 32 is in contact with the upper substrate 21 of the drive cell 30. Alignment films 31c and 32c are formed on the opposing surfaces of the upper substrate 31 and the lower substrate 32, respectively, and subjected to a rubbing process. The rubbing direction D7 applied to the alignment film 31c of the upper substrate 31 is an azimuth angle of 225 °, and the rubbing direction D8 applied to the alignment film 32c of the lower substrate 32 is an azimuth angle of 315 ° (−45 °). ) Direction.

液晶層35には、たとえば正の一軸光学異方性を有する液晶材料が充填されている。液晶層35内の液晶分子35aがツイストし、ヘリカル構造を構成する。このヘリカル構造は右旋回となり、ねじれ角は90°、厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方向の方位角θは0°になる。駆動セル30の液晶層25の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子25aの配向方向(270°)と、補償セル40の液晶層35の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子35aの配向方向(0°)とは、基板面内方向で相互に直交する。   The liquid crystal layer 35 is filled with, for example, a liquid crystal material having positive uniaxial optical anisotropy. The liquid crystal molecules 35a in the liquid crystal layer 35 are twisted to form a helical structure. This helical structure turns right, the twist angle is 90 °, and the azimuth angle θ in the alignment direction of the liquid crystal molecules located at the center in the thickness direction is 0 °. The alignment direction (270 °) of the liquid crystal molecules 25a positioned in the center with respect to the thickness direction of the liquid crystal layer 25 of the driving cell 30 and the alignment direction of the liquid crystal molecules 35a positioned in the center with respect to the thickness direction of the liquid crystal layer 35 of the compensation cell 40. (0 °) are orthogonal to each other in the in-plane direction of the substrate.

駆動セル30の場合も、補償セル40の場合も、液晶層の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向は、上側基板に施されたラビング処理の面内方向の単位ベクトルと、下側基板に施されたラビング処理の面内方向の単位ベクトルの合成ベクトルの向きと直交する方向である。したがって、駆動セルと補償セルの液晶層の厚さ方向に関する中央位置の液晶分子の配向方向が相互に直交するとは、駆動セル30における当該合成ベクトルの方向と、補償セル40における当該合成ベクトルの方向とが直交することを意味する。   In both the drive cell 30 and the compensation cell 40, the alignment direction of the liquid crystal molecules located in the center with respect to the thickness direction of the liquid crystal layer is determined by the unit vector in the in-plane direction of the rubbing treatment applied to the upper substrate, This is a direction orthogonal to the direction of the combined vector of the unit vectors in the in-plane direction of the rubbing process applied to the side substrate. Therefore, the orientation directions of the liquid crystal molecules at the central position with respect to the thickness direction of the liquid crystal layer of the driving cell and the compensation cell are orthogonal to each other when the direction of the synthetic vector in the driving cell 30 and the direction of the synthetic vector in the compensation cell 40 are. And are orthogonal to each other.

偏光板52が、補償セル40の上側基板31の外側の面に密着し、偏光板53が、駆動セル30の下側基板22の外側の面に密着している。偏光板52の透過軸の方向D9の方位角θは135°であり、偏光板53の透過軸の方向D10の方位角θは45°である。偏光板52と53とは、クロスニコル配置されている。   The polarizing plate 52 is in close contact with the outer surface of the upper substrate 31 of the compensation cell 40, and the polarizing plate 53 is in close contact with the outer surface of the lower substrate 22 of the driving cell 30. The azimuth angle θ in the transmission axis direction D9 of the polarizing plate 52 is 135 °, and the azimuth angle θ in the transmission axis direction D10 of the polarizing plate 53 is 45 °. The polarizing plates 52 and 53 are arranged in crossed Nicols.

上下2枚の偏光板52、53の透過軸の方向は、ともに、駆動セル30の液晶層25の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子25aの配向方向と45°の角をなす。   Both the directions of the transmission axes of the upper and lower polarizing plates 52 and 53 form an angle of 45 ° with the alignment direction of the liquid crystal molecules 25 a located in the center with respect to the thickness direction of the liquid crystal layer 25 of the drive cell 30.

なお、実施例による液晶表示素子は、電圧無印加時に黒表示、電圧印加時に白表示を行う液晶表示素子である。   The liquid crystal display element according to the embodiment is a liquid crystal display element that performs black display when no voltage is applied and white display when a voltage is applied.

以下、実施例による液晶表示素子について、良好な表示状態が得られる条件を検討したシミュレーション結果を示す。シミュレーションは、すべてシンテック社製のLCD MASTER 6.02 1次元シミュレータを用いて行った。液晶材料は、メルク社製のZLI−4792を想定し、偏光板は日東電工製G1220U、またはポラテクノ製KN−18242Tを想定した。また、液晶材料にはカイラル剤が添加されているとし、液晶分子は配向膜により設定したツイスト方向と同じ方向にねじれるようにした。   Hereinafter, the simulation result which examined the conditions from which the favorable display state is obtained about the liquid crystal display element by an Example is shown. All simulations were performed using an LCD MASTER 6.02 one-dimensional simulator manufactured by Shintech. The liquid crystal material assumed was ZLI-4792 manufactured by Merck, and the polarizing plate assumed was G1220U manufactured by Nitto Denko, or KN-18242T manufactured by Polatechno. In addition, a chiral agent is added to the liquid crystal material, and the liquid crystal molecules are twisted in the same direction as the twist direction set by the alignment film.

ねじれ角が120°以下の場合は、セル厚dとカイラルピッチpの比d/pが0.1となるように調整した。ねじれ角がそれより大きい場合は、d/pが0.2となるように調整した。なお、配向膜には0.5°のプレティルト角を付与するものと設定した。   When the twist angle was 120 ° or less, the ratio d / p between the cell thickness d and the chiral pitch p was adjusted to 0.1. When the twist angle was larger than that, the d / p was adjusted to be 0.2. The alignment film was set to give a pretilt angle of 0.5 °.

図2は、ねじれ角を90°、リタデーションΔndを0.5μm(セル厚 5μm)に固定し、電圧無印加時における可視光領域の液晶表示素子正面観察時の分光スペクトルを計算した結果を示すグラフである。   FIG. 2 is a graph showing the results of calculating the spectrum of the liquid crystal display element in front of the visible light region when no twist is applied, with the twist angle fixed at 90 ° and the retardation Δnd fixed at 0.5 μm (cell thickness 5 μm). It is.

グラフの横軸は、波長を単位「nm」で示す。縦軸は、光透過率を、「任意単位」で示す。aの曲線は、図10に示した従来例による液晶表示素子、bの曲線は、図1に示した実施例による液晶表示素子についてのシミュレーション結果である。   The horizontal axis of the graph indicates the wavelength in the unit “nm”. The vertical axis indicates the light transmittance in “arbitrary units”. The curve a is the simulation result for the liquid crystal display element according to the conventional example shown in FIG. 10, and the curve b is the simulation result for the liquid crystal display element according to the embodiment shown in FIG.

aの曲線を参照する。従来例による液晶表示素子においては、約440nmをピークとする短波長側、及び、約570nm以上の長波長側において、光り抜けが生じていることがわかる。実際に、シミュレーションと同じ材料及び条件で、従来例による液晶表示素子のサンプルを作製し、観察を行ったところ、当該サンプルにおいて電圧無印加時の表示状態は紫色を呈しており、光り抜けが生じていることが確認された。   Refer to curve a. It can be seen that in the liquid crystal display element according to the conventional example, light leakage occurs on the short wavelength side having a peak of about 440 nm and on the long wavelength side of about 570 nm or more. Actually, a sample of a liquid crystal display element according to the conventional example was manufactured and observed using the same materials and conditions as in the simulation, and when the voltage was not applied in the sample, the display state was purple, and light leakage occurred. It was confirmed that

bの曲線を参照する。実施例による液晶表示素子では、すべての波長域において、ほとんど光り抜けが生じていないことがわかる。実際に、シミュレーションと同じ材料及び条件で、実施例による液晶表示素子のサンプルを作製し、観察を行ったところ、当該サンプルにおいては、電圧無印加時に良好な黒レベルが得られることが確認された。   Refer to curve b. It can be seen that in the liquid crystal display elements according to the examples, almost no light leakage occurs in all wavelength regions. Actually, a sample of the liquid crystal display element according to the example was manufactured and observed under the same materials and conditions as in the simulation, and it was confirmed that a good black level was obtained when no voltage was applied in the sample. .

なお、実施例による液晶表示素子においては、駆動セルと補償セルとの間のリタデーションΔndの差が0.3μm以内であれば、良好な黒レベルが得られることを確認した。   In addition, in the liquid crystal display element by an Example, if the difference of retardation (DELTA) nd between a drive cell and a compensation cell was less than 0.3 micrometer, it confirmed that a favorable black level was obtained.

次に、実施例による液晶表示素子について、電圧無印加時の黒レベル状態における視角特性のセル厚依存性についてシミュレーションを行った。   Next, for the liquid crystal display element according to the example, simulation was performed on the cell thickness dependence of the viewing angle characteristics in the black level state when no voltage was applied.

図3(A)〜(E)は、ねじれ角90°において、0.44μm以上0.8μm以下の5つのリタデーションの値に対する電圧無印加時等輝度曲線を示す。(A)は、リタデーションが0.44μm(セル厚が4.4μm)の場合、(B)は、0.55μm(セル厚が5.5μm)の場合、(C)は、0.65μm(セル厚が6.5μm)の場合、(D)は、0.75μm(セル厚が7.5μm)の場合、(E)は、0.8μm(セル厚が8μm)の場合の等輝度曲線である。駆動セルと補償セルのセル厚は等しいとしてシミュレーションを行った。なお、これ以降説明するシミュレーションにおいては、偏光板としてKN−18242Tを想定した。   3A to 3E show isoluminous curves when no voltage is applied to five retardation values of 0.44 μm or more and 0.8 μm or less at a twist angle of 90 °. (A) is when retardation is 0.44 μm (cell thickness is 4.4 μm), (B) is when 0.55 μm (cell thickness is 5.5 μm), and (C) is 0.65 μm (cell) When (thickness is 6.5 μm), (D) is an isoluminance curve when 0.75 μm (cell thickness is 7.5 μm) and (E) is 0.8 μm (cell thickness is 8 μm). . The simulation was performed assuming that the cell thickness of the driving cell and the compensation cell were equal. In the simulation described below, KN-18242T was assumed as the polarizing plate.

図3(A)〜(E)の等輝度曲線から、セル厚(リタデーション)の増加に伴い、視角を大きく振った場合の光り抜けが小さくなり、セル厚が約7.5〜8μm(リタデーションが約0.75〜0.8μm)で最も光り抜けが少ない状態が得られることがわかる。   From the isoluminance curves of FIGS. 3 (A) to (E), as the cell thickness (retardation) increases, the loss of light when the viewing angle is greatly shaken is reduced, and the cell thickness is about 7.5 to 8 μm (retardation is reduced). It can be seen that a state with the least light leakage is obtained at about 0.75 to 0.8 μm.

なお、素子正面から観察したときの黒レベルはすべてのセル厚設定で等しく、一対の偏光板をクロスニコル配置したものと同等であった。更に、シミュレーションを繰り返した結果、方位0°または180°、極角60°(セルの法線を0°とした場合)から観察したとき、電圧無印加時透過率(黒レベル透過率)を約4%以下に抑制できる条件は、セル厚が6.3μm以上10μm以下であることもわかった。   Note that the black level when observed from the front of the element was the same for all cell thickness settings, and was equivalent to a crossed Nicol arrangement of a pair of polarizing plates. Furthermore, as a result of repeating the simulation, when observed from an azimuth of 0 ° or 180 ° and a polar angle of 60 ° (when the cell normal is 0 °), the transmittance when no voltage is applied (black level transmittance) is approximately It was also found that the cell thickness was 6.3 μm or more and 10 μm or less under the conditions that can be suppressed to 4% or less.

実施例による液晶表示素子は、Gooch&Tarryミニマム条件によるリタデーションΔndの制約なしに良好なオフ表示を実現可能なノーマリブラックTN液晶表示素子である。従来のGooch&Tarryの式に従うTNモード液晶表示素子に比べ、セル厚設定は任意であり、セル設計の自由度が大きい。広範なセル厚に渡って、電圧無印加時に正面観察による良好な黒レベルを得ることができる。   The liquid crystal display element according to the embodiment is a normally black TN liquid crystal display element capable of realizing a good off display without restriction of retardation Δnd due to the Gooch & Tarry minimum condition. Compared with the conventional TN mode liquid crystal display element according to the Gooch & Tarry equation, the cell thickness setting is arbitrary, and the degree of freedom in cell design is large. A good black level can be obtained by frontal observation when no voltage is applied over a wide range of cell thicknesses.

続いて、実施例による液晶表示素子について、素子正面から観察した場合の電気光学特性を計算し、印加電圧が5V時の光透過率、及び電気光学特性におけるカーブの急峻性(シャープネス)のセル厚依存について検討を行った。急峻性の評価は、印加電圧5Vにおける光透過率を100%としたとき、90%の透過率が得られる電圧を「V90」と定義し、また、5%の透過率が得られる電圧を「V5」と定義し、それらの比「V90/V5」を用いて行った。   Subsequently, for the liquid crystal display element according to the example, the electro-optical characteristic when observed from the front of the element is calculated, the light transmittance when the applied voltage is 5 V, and the cell thickness of the sharpness of the curve in the electro-optical characteristic. The dependence was examined. In the evaluation of the steepness, when the light transmittance at an applied voltage of 5 V is 100%, a voltage at which 90% transmittance is obtained is defined as “V90”, and a voltage at which 5% transmittance is obtained is defined as “V90”. V5 "and their ratio" V90 / V5 "was used.

図4は、印加電圧5V時の光透過率、及び、「V90/V5」のセル厚に対する変化を示すグラフである。横軸は、セル厚を単位「μm」で示し、縦軸は、透過率及び「V90/V5」を、それぞれ単位「%」、「任意単位」で示す。   FIG. 4 is a graph showing changes in light transmittance at an applied voltage of 5 V and cell thickness of “V90 / V5”. The horizontal axis indicates the cell thickness in the unit “μm”, and the vertical axis indicates the transmittance and “V90 / V5” in the units “%” and “arbitrary unit”, respectively.

aの曲線は、5V印加時の光透過率を示す曲線である。bの曲線は、「V90/V5」を示す。   The curve a is a curve showing the light transmittance when 5 V is applied. The curve of b shows “V90 / V5”.

aの曲線を参照する。セル厚が約8μmのとき、透過率が最も低くなっている。8μmのセル厚は、図3(A)〜(E)を参照して、黒レベルの視角特性が最も良好となる範囲に属すると説明した値である。   Refer to curve a. When the cell thickness is about 8 μm, the transmittance is the lowest. The cell thickness of 8 μm is a value described with reference to FIGS. 3A to 3E to belong to the range where the viewing angle characteristic of the black level is the best.

bの曲線を参照する。セル厚の増加に伴って、「V90/V5」の値も増加している。これは、急峻性がセル厚の増加に伴い、劣化することを示す。   Refer to curve b. As the cell thickness increases, the value of “V90 / V5” also increases. This indicates that the steepness deteriorates as the cell thickness increases.

2本の曲線より、電圧印加時の透過率を重視する場合は、セル厚を大きく設定することは好ましくないことがわかる。   From the two curves, it is understood that it is not preferable to set a large cell thickness when importance is attached to the transmittance at the time of voltage application.

電圧印加時光透過率の上昇、及び急峻性の改善のためには、ねじれ角の設定を変更することが有効であると考えられる。本願発明者らは、まず、いくつかのねじれ角(90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°及び160°)を設定し、各ねじれ角において、良好な電圧無印加時視角特性が得られるセル厚条件を調査した。視角特性の評価は、方位180°、極角60°における光透過率のセル厚依存性を、各ねじれ角について調べることにより行った。   It is considered effective to change the setting of the torsion angle in order to increase the light transmittance during voltage application and improve the steepness. The inventors first set several twist angles (90 °, 100 °, 110 °, 120 °, 130 °, 140 °, 150 °, and 160 °), and at each twist angle, a good voltage was set. The cell thickness conditions under which viewing angle characteristics were obtained when no voltage was applied were investigated. The viewing angle characteristics were evaluated by examining the cell thickness dependence of the light transmittance at an azimuth of 180 ° and a polar angle of 60 ° for each twist angle.

図5は、実施例による液晶表示素子、及びそれとはねじれ角だけが異なる液晶表示素子を、方位180°、極角60°から観察した場合の、電圧無印加時の光透過率を表すグラフである。   FIG. 5 is a graph showing light transmittance when no voltage is applied, when the liquid crystal display element according to the example and the liquid crystal display element that is different only in the twist angle are observed from an azimuth of 180 ° and a polar angle of 60 °. is there.

横軸はセル(駆動セル及び補償セル)の厚さを単位「μm」で示す。縦軸は、透過率を単位「%」で示す。駆動セルの液晶分子のねじれ角ごとに曲線を作成した。   The horizontal axis indicates the thickness of the cell (driving cell and compensation cell) in the unit “μm”. The vertical axis indicates the transmittance in the unit “%”. Curves were created for each twist angle of liquid crystal molecules in the driving cell.

白丸を実線でつないだ曲線は、ねじれ角が90°の場合、白丸を点線でつないだ曲線は、ねじれ角が100°の場合、白四角を実線でつないだ曲線は、ねじれ角が110°の場合、白四角を点線でつないだ曲線は、ねじれ角が120°の場合、白三角を実線でつないだ曲線は、ねじれ角が130°の場合、白三角を点線でつないだ曲線は、ねじれ角が140°の場合、バツ印を実線でつないだ曲線は、ねじれ角が150°の場合、バツ印を点線でつないだ曲線は、ねじれ角が160°の場合のシミュレーション結果を示す。   A curve with white circles connected by a solid line has a twist angle of 90 °, a curve with white circles connected by a dotted line has a twist angle of 110 °, and a curve with white circles connected by a solid line has a twist angle of 110 °. If the twist angle is 120 °, the curve connecting the white triangles with the solid line is the curve connecting the white triangles with the dotted line when the twist angle is 130 °. When the angle is 140 °, a curve in which the cross mark is connected by a solid line indicates a simulation result in the case where the twist angle is 150 °, and a curve in which the cross mark is connected by a dotted line shows a simulation result when the twist angle is 160 °.

90°以上150°以下のねじれ角の範囲において、透過率約4%以下が得られるセル厚条件は、6.5μm以上9.5μm以下であることがわかる。   It can be seen that the cell thickness condition for obtaining a transmittance of about 4% or less in the range of the twist angle of 90 ° or more and 150 ° or less is 6.5 μm or more and 9.5 μm or less.

また、たとえば、ねじれ角が90°の場合は、セル厚が約8μmで透過率が最小となり、その値(最低透過率)は、約1%である。この点について、本願発明者らは、更に、図5より、各ねじれ角における透過率の最小値(最低透過率)と、それを与えるセル厚とを求めグラフ化した。   For example, when the twist angle is 90 °, the cell thickness is about 8 μm and the transmittance is minimum, and the value (minimum transmittance) is about 1%. With respect to this point, the inventors of the present invention further obtained and graphed the minimum value (minimum transmittance) of the transmittance at each twist angle and the cell thickness that gives the minimum value from FIG.

図6は、最低透過率のねじれ角依存性、及び、最低透過率を与えるセル厚のねじれ角依存性を表すグラフである。aの曲線は、前者の関係を表し、bの曲線は、後者の関係を表す。   FIG. 6 is a graph showing the twist angle dependency of the minimum transmittance and the twist angle dependency of the cell thickness giving the minimum transmittance. The curve a represents the former relationship, and the curve b represents the latter relationship.

横軸は、ねじれ角を単位「°」で示す。縦軸は、最低透過率、及び、最低透過率を与えるセル(駆動セル及び補償セル)厚を、それぞれ単位「%」及び「μm」で示す。   The horizontal axis indicates the twist angle in the unit “°”. The vertical axis indicates the minimum transmittance and the cell (driving cell and compensation cell) thickness giving the minimum transmittance in units of “%” and “μm”, respectively.

aの曲線を参照する。最低透過率は、ねじれ角が130°のとき最大となることがわかる。   Refer to curve a. It can be seen that the minimum transmittance is maximized when the twist angle is 130 °.

bの曲線を参照する。最低透過率が得られるセル厚は、ねじれ角の増加に伴い、ほぼ線形に増加することがわかる。   Refer to curve b. It can be seen that the cell thickness at which the minimum transmittance is obtained increases almost linearly as the twist angle increases.

上述の結果を踏まえ、本願発明者らは、実施例による液晶表示素子、及びそれとはねじれ角だけが異なる液晶表示素子の駆動セル(上下基板の電極間)に5Vの電圧を印加した場合の、各ねじれ角条件における正面観察時透過率のセル厚依存性を計算した。   Based on the above results, the inventors of the present application applied the voltage of 5 V to the liquid crystal display element according to the embodiment and the drive cell (between the electrodes of the upper and lower substrates) of the liquid crystal display element that differs only in the twist angle. The cell thickness dependence of the transmittance during frontal observation under each twist angle condition was calculated.

図7は、実施例による液晶表示素子、及びそれとはねじれ角だけが異なる液晶表示素子の駆動セルに5Vの電圧を印加し、液晶表示素子を正面から観察した場合の光透過率を表すグラフである。   FIG. 7 is a graph showing light transmittance when a voltage of 5 V is applied to the liquid crystal display element according to the example and the driving cell of the liquid crystal display element that is different only in the twist angle and the liquid crystal display element is observed from the front. is there.

横軸はセル(駆動セル及び補償セル)厚を単位「μm」で示す。縦軸は、透過率を単位「%」で示す。駆動セルの液晶分子のねじれ角(90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°)ごとに曲線を作成した。曲線の表示方法は、図5の場合と同じであり、たとえば、白丸を実線でつないだ曲線は、ねじれ角が90°の場合のシミュレーション結果を示す。   The horizontal axis indicates the cell (driving cell and compensation cell) thickness in the unit of “μm”. The vertical axis indicates the transmittance in the unit “%”. Curves were created for each twist angle (90 °, 100 °, 110 °, 120 °, 130 °, 140 °, 150 °) of liquid crystal molecules in the driving cell. The display method of the curve is the same as in the case of FIG. 5. For example, a curve in which white circles are connected by a solid line indicates a simulation result when the twist angle is 90 °.

100°以上130°以下(100°、110°、120°、130°)のねじれ角において、セル厚変化に対する透過率の変化が、ねじれ角90°の場合よりも小さいことがわかる。   It can be seen that at a helix angle of 100 ° to 130 ° (100 °, 110 °, 120 °, 130 °), the change in transmittance with respect to the change in cell thickness is smaller than that at a helix angle of 90 °.

以上の検討をもとに、良好な電圧印加時透過率が得られ、かつ、電圧無印加時における視角特性(黒レベルの視角特性)に優れた液晶表示素子のセル厚、及びねじれ角の条件を決定する。   Based on the above considerations, conditions for the cell thickness and twist angle of a liquid crystal display device that has good transmittance when a voltage is applied and has excellent viewing angle characteristics (black level viewing angle characteristics) when no voltage is applied. To decide.

図8は、セル厚とねじれ角で定められる条件における、5V印加時の透過率、及び電圧無印加時の方位180°、極角60°における透過率を示す図表である。   FIG. 8 is a chart showing the transmittance at the time of applying 5 V, the transmittance at an azimuth of 180 °, and a polar angle of 60 ° when no voltage is applied under the conditions determined by the cell thickness and the twist angle.

横軸は、セル厚を単位「μm」で示し、縦軸は、ねじれ角を単位「°」で示す。図中の各条件において、上段の数値は5V印加時の透過率を示し、下段の数値は電圧無印加時の透過率を示す。たとえば、セル厚6.5μm、ねじれ角90°の条件においては、5V印加時の透過率が27.1%、電圧無印加時の透過率が3.86%である。なお、図8には、5V印加時透過率が27%以上、かつ電圧無印加時透過率が4%以下となる条件についてのみ示してある。   The horizontal axis indicates the cell thickness in the unit “μm”, and the vertical axis indicates the twist angle in the unit “°”. In each condition in the figure, the upper numerical value indicates the transmittance when 5 V is applied, and the lower numerical value indicates the transmittance when no voltage is applied. For example, under the conditions of a cell thickness of 6.5 μm and a twist angle of 90 °, the transmittance when 5 V is applied is 27.1%, and the transmittance when no voltage is applied is 3.86%. FIG. 8 shows only the conditions under which the transmittance when applying 5 V is 27% or more and the transmittance when no voltage is applied is 4% or less.

図8より、セル厚が6.5μm以上9.5μm以下、ねじれ角が90°以上150°以下のとき、より好ましくは、セル厚が7.5μm以上9.5μm以下、ねじれ角が110°以上130°以下のとき、良好な表示性能を実現することができると考えられる。上記の好ましいセル厚の範囲を、リタデーションΔndで表すと、0.65μm以上0.95μm以下、より好ましくは、0.75μm以上0.95μm以下となる。   From FIG. 8, when the cell thickness is 6.5 μm or more and 9.5 μm or less and the twist angle is 90 ° or more and 150 ° or less, the cell thickness is preferably 7.5 μm or more and 9.5 μm or less and the twist angle is 110 ° or more. When the angle is 130 ° or less, it is considered that good display performance can be realized. When the preferable cell thickness range is expressed by retardation Δnd, it is 0.65 μm or more and 0.95 μm or less, and more preferably 0.75 μm or more and 0.95 μm or less.

上記の範囲でセル厚(もしくはリタデーション)またはねじれ角を設定することにより、電圧印加時の透過率を大きく減少させることなく(比較的高いオン透過率を保ったまま)、電圧無印加時の黒レベルの良好な、優れた表示性能をもつ液晶表示素子を得ることができる。   By setting the cell thickness (or retardation) or torsion angle within the above range, the transmittance when applying voltage is not significantly reduced (while maintaining a relatively high ON transmittance), and black when no voltage is applied. A liquid crystal display element having a good level and excellent display performance can be obtained.

なお、上記の好ましいリタデーションΔndは、従来の良好な黒レベルの得られるノーマリブラックTN液晶表示素子のそれよりも非常に小さい。このため液晶表示素子のセル厚を薄くすることができ、応答速度の低下を防止することができる。   The preferred retardation Δnd is much smaller than that of a normally black TN liquid crystal display element that can obtain a good black level. For this reason, the cell thickness of a liquid crystal display element can be made thin and the fall of a response speed can be prevented.

次に、本願発明者らは、「V90/V5」(正面観察時の電気光学特性における急峻性を表す尺度)の、各ねじれ角条件におけるセル厚依存性を調べた。「V90/V5」は、その値が大きい場合、印加電圧(駆動電圧)を低減させる原因となる。   Next, the inventors of the present application examined the cell thickness dependence of each twist angle condition of “V90 / V5” (a measure representing steepness in electro-optical characteristics during frontal observation). When “V90 / V5” is large, the applied voltage (drive voltage) is reduced.

図9は、「V90/V5」のセル厚依存性を示すグラフである。   FIG. 9 is a graph showing the cell thickness dependence of “V90 / V5”.

横軸はセル(駆動セル及び補償セル)厚を単位「μm」で示す。縦軸は、「V90/V5」を「任意単位」で示す。駆動セルの液晶分子のねじれ角(90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°、160°)ごとに曲線を作成した。曲線の表示方法は、図5の場合と同じであり、たとえば、白丸を実線でつないだ曲線は、ねじれ角が90°の場合のシミュレーション結果を示す。   The horizontal axis indicates the cell (driving cell and compensation cell) thickness in the unit of “μm”. The vertical axis indicates “V90 / V5” in “arbitrary units”. Curves were created for each twist angle (90 °, 100 °, 110 °, 120 °, 130 °, 140 °, 150 °, 160 °) of liquid crystal molecules in the driving cell. The display method of the curve is the same as in the case of FIG. 5. For example, a curve in which white circles are connected by a solid line indicates a simulation result when the twist angle is 90 °.

ねじれ角が大きくなるにつれ、「V90/V5」の値が減少し、急峻性が改善されていくことがわかる。また、ねじれ角が140°までは、セル厚の増加に伴い急峻性が劣化する傾向が見られるが、150°以上では、それとは反対の傾向が見られる。これよりねじれ角が150°未満の場合と、150°以上の場合とでは、液晶表示素子の光学的な動作原理は異なる傾向にあり、150°以上の範囲では、ねじれ角が180°以上のいわゆるスーパーツイストネマチック(STN)モードと同等な動作を示していると考えられる。STNモードは、一般的に、セル厚変化に対する表示特性変化が大きく製造上取り扱いにくい傾向がある。したがって、ねじれ角は150°未満に設定することが好ましいであろう。   It can be seen that as the twist angle increases, the value of “V90 / V5” decreases and the steepness is improved. Also, when the twist angle is up to 140 °, the steepness tends to deteriorate as the cell thickness increases, but when the twist angle is 150 ° or more, the opposite tendency is observed. From this, the optical operation principle of the liquid crystal display element tends to be different between the case where the twist angle is less than 150 ° and the case where the twist angle is 150 ° or more. In the range of 150 ° or more, the so-called twist angle is 180 ° or more. It is considered that the operation is equivalent to that in the super twist nematic (STN) mode. The STN mode generally tends to be difficult to handle due to a large change in display characteristics with respect to a change in cell thickness. Therefore, it may be preferable to set the twist angle to less than 150 °.

実施例による液晶表示素子は、視角が広く、高コントラストで、急峻性が良好なノーマリブラックTN液晶表示素子である。   The liquid crystal display element according to the embodiment is a normally black TN liquid crystal display element with a wide viewing angle, high contrast, and good steepness.

なお、実施例においては、駆動セル50の上側基板41と偏光板64との間に、駆動セル50のねじれ方向と逆のねじれ方向を有し、液晶層内の厚さ方向の中央における液晶ダイレクタ方位が互いに基板面内方向で直交する補償セル60を配置した。補償セル60の液晶層55内の液晶分子55aは、動作中にその配列状態を変化させないため、補償セル60の代わりに、同等の光学特性を有する液晶ポリマ等からなる光学フィルムやプラスチックフィルムを用いてもよい。たとえばポラテクノ製(Dejima製)Twistarフィルムなどの液晶性を有する光学フィルムを好ましく用いることができる。補償セル60に代えてTwistarフィルムを用いた液晶表示素子についてもシミュレーションを行い、上述の結果と同様な結果を得た。   In the embodiment, the liquid crystal director has a twist direction opposite to the twist direction of the drive cell 50 between the upper substrate 41 of the drive cell 50 and the polarizing plate 64 and in the center of the thickness direction in the liquid crystal layer. Compensation cells 60 whose orientations are orthogonal to each other in the in-plane direction of the substrate are arranged. Since the alignment state of the liquid crystal molecules 55a in the liquid crystal layer 55 of the compensation cell 60 does not change during operation, an optical film or a plastic film made of a liquid crystal polymer or the like having equivalent optical characteristics is used instead of the compensation cell 60. May be. For example, an optical film having liquid crystallinity, such as Polatechno (manufactured by Deima) Twistar film, can be preferably used. A simulation was also performed on a liquid crystal display element using a Twistar film instead of the compensation cell 60, and the same result as the above-mentioned result was obtained.

また、駆動セル50と補償セル60の配置を交換してもよい。   Further, the arrangement of the drive cell 50 and the compensation cell 60 may be exchanged.

実施例による液晶表示素子においては、駆動セルの液晶分子の配向を一様(モノドメイン配向)とした。駆動セルの液晶分子が場所により配向方向を異にする(液晶表示素子が場所により複数の配向方向を有する液晶層を備える)マルチドメイン構造を採用することも可能である。マルチドメイン構造は、駆動セルの配向膜に光配向による配向処理を施す方法、駆動セルにスリットを備える電極を用いて、液晶層に斜め電界を発生させる方法等により実現可能である。   In the liquid crystal display device according to the example, the alignment of the liquid crystal molecules in the driving cell was made uniform (monodomain alignment). It is also possible to adopt a multi-domain structure in which the liquid crystal molecules of the driving cell have different orientation directions depending on the location (the liquid crystal display element includes a liquid crystal layer having a plurality of orientation directions depending on the location). The multi-domain structure can be realized by a method of performing alignment processing by photo-alignment on the alignment film of the driving cell, a method of generating an oblique electric field in the liquid crystal layer using an electrode having a slit in the driving cell, and the like.

マルチドメイン構造を採用することにより、モノドメイン構造採用時よりも、一層、視角特性を改善することができる。殊に、明表示時の視角対称性を改善することができる。   By adopting the multi-domain structure, the viewing angle characteristics can be further improved as compared with the case of adopting the mono-domain structure. In particular, the viewing angle symmetry at the time of bright display can be improved.

更に、本願に係る液晶表示素子のうち、特に単純マトリクス駆動の液晶表示素子については、従来は困難であった低デューティ(1/4〜1/16デューティ)条件における良好な表示品位を得ることが可能である。従来のツイストネマチック液晶表示素子においては、良好な黒レベルを得る条件が少なく、電気光学特性における急峻性も悪いので、1/4duty未満程度しか実用化されていなかった。しかもねじれ角を90°以外に設定することができなかった。しかし、本願に係る液晶表示素子は、図9に示すように、ねじれ角を変えることによって急峻性を制御することができ、かつ、黒レベル、及びその視角特性も良好にすることが可能である。   Further, among the liquid crystal display elements according to the present application, particularly for a liquid crystal display element driven by simple matrix, it is possible to obtain a good display quality under a low duty (1/4 to 1/16 duty) condition, which has been difficult in the past. Is possible. In conventional twisted nematic liquid crystal display elements, there are few conditions for obtaining a good black level, and the steepness in electro-optical characteristics is poor, so that only about less than 1/4 duty has been put to practical use. Moreover, the twist angle could not be set to other than 90 °. However, as shown in FIG. 9, the liquid crystal display element according to the present application can control the steepness by changing the twist angle, and can also improve the black level and the viewing angle characteristics. .

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、実施例においては、上下2枚の偏光板の透過軸の方向が、ともに、駆動セルの液晶層の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向と45°の角をなすとしたが、偏光板の吸収軸の方向がこのようになるように、2枚の偏光板をクロスニコル配置してもよい。その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not restrict | limited to these. For example, in the examples, the transmission axis directions of the upper and lower polarizing plates are both at an angle of 45 ° with the alignment direction of the liquid crystal molecules located in the center with respect to the thickness direction of the liquid crystal layer of the driving cell. However, the two polarizing plates may be arranged in a crossed Nicol manner so that the direction of the absorption axis of the polarizing plate is as described above. It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

(i).スタティック駆動液晶表示素子、(ii).セグメント表示単純マトリクス駆動液晶表示素子、(iii).ドットマトリクス表示単純マトリクス駆動液晶表示素子、(iv).上記(ii)及び(iii)を1つの素子内に内蔵する液晶表示素子、(v).薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、TFT)駆動を含むアクティブマトリクス駆動液晶表示素子等に適用可能である。   (I). A statically driven liquid crystal display element, (ii). Segment display simple matrix drive liquid crystal display element, (iii). Dot matrix display simple matrix drive liquid crystal display element, (iv). A liquid crystal display element incorporating (ii) and (iii) in one element, (v). The present invention can be applied to an active matrix drive liquid crystal display element including a thin film transistor (TFT) drive.

実施例による液晶表示素子の主要部の構成を示す概略的な分解斜視図である。It is a schematic exploded perspective view which shows the structure of the principal part of the liquid crystal display element by an Example. ねじれ角を90°、リタデーションΔndを0.5μm(セル厚 5μm)に固定し、電圧無印加時における可視光領域の液晶表示素子正面観察時の分光スペクトルを計算した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the spectrum at the time of liquid crystal display element front observation of the visible light area | region at the time of fixing a twist angle to 90 degrees and retardation (DELTA) nd to 0.5 micrometer (cell thickness 5 micrometers), and no voltage application. (A)〜(E)は、ねじれ角90°において、0.44μm以上0.8μm以下の5つのリタデーションの値に対する電圧無印加時等輝度曲線を示す。(A) to (E) show isoluminance curves when no voltage is applied to five retardation values of 0.44 μm to 0.8 μm at a twist angle of 90 °. 印加電圧5V時の光透過率、及び、V90/V5のセル厚に対する変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change with respect to the light transmittance at the time of applied voltage 5V, and the cell thickness of V90 / V5. 実施例による液晶表示素子、及びそれとはねじれ角だけが異なる液晶表示素子を、方位180°、極角60°から観察した場合の、電圧無印加時の光透過率を表すグラフである。It is a graph showing the light transmittance at the time of no voltage application at the time of observing the liquid crystal display element by an Example, and the liquid crystal display element from which only a twist angle differs from azimuth | direction 180 degrees and polar angles 60 degrees. 最低透過率のねじれ角依存性、及び、最低透過率を与えるセル厚のねじれ角依存性を表すグラフである。It is a graph showing the twist angle dependency of the minimum transmittance, and the twist angle dependency of the cell thickness giving the minimum transmittance. 実施例による液晶表示素子、及びそれとはねじれ角だけが異なる液晶表示素子の駆動セルに5Vの電圧を印加し、液晶表示素子を正面から観察した場合の光透過率を表すグラフである。It is a graph showing the light transmittance at the time of applying the voltage of 5V to the liquid crystal display element by an Example, and the drive cell of the liquid crystal display element from which only a twist angle differs, and observing a liquid crystal display element from the front. セル厚とねじれ角で定められる条件における、5V印加時の透過率、及び電圧無印加時の方位180°、極角60°における透過率を示す図表である。It is a graph which shows the transmittance | permeability at the time of 180 degrees of azimuth | direction at the time of no application of a voltage, and a polar angle of 60 degrees at the time of 5 V application in the conditions defined by cell thickness and a twist angle. 「V90/V5」のセル厚依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the cell thickness dependence of "V90 / V5". 従来のTNモード液晶表示素子の主要部の構成を示す概略的な分解斜視図である。It is a schematic exploded perspective view which shows the structure of the principal part of the conventional TN mode liquid crystal display element. リタデーションΔndと電圧無印加時の光透過率との関係を表したグラフである。It is a graph showing the relationship between retardation Δnd and light transmittance when no voltage is applied.

符号の説明Explanation of symbols

11、21、31 上側基板
12、22、32 下側基板
11a、12a、21a、22a、31a、32a 透明基板
11b、12b、21b、22b 電極
11c、12c、21c、22c、31c、32c 配向膜
15、25、35 液晶層
15a、25a、35a 液晶分子
20 液晶セル
30 駆動セル
40 補償セル
50、51、52、53 偏光板
D1〜D10 方向
11, 21, 31 Upper substrate 12, 22, 32 Lower substrate 11a, 12a, 21a, 22a, 31a, 32a Transparent substrate 11b, 12b, 21b, 22b Electrode 11c, 12c, 21c, 22c, 31c, 32c Alignment film 15 , 25, 35 Liquid crystal layer 15a, 25a, 35a Liquid crystal molecule 20 Liquid crystal cell 30 Drive cell 40 Compensation cell 50, 51, 52, 53 Polarizing plate D1-D10 direction

Claims (9)

それぞれ電極を備える上側基板及び下側基板と、その両者間に保持され、電界が発生していない状態で液晶分子がツイスト配列してヘリカル構造を示す液晶層とを有する駆動セルと、
前記駆動セルの一方の基板面上に配置され、上側基板及び下側基板と、その両者間に保持され、液晶分子がツイスト配列してヘリカル構造を示す液晶層を含み、該液晶層は、ヘリカル構造の旋回方向が、前記駆動セルのヘリカル構造の旋回方向とは逆向きであり、該液晶層の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向と、前記駆動セルの液晶層の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向とが、前記上側及び下側基板の面内で直交する補償手段と、
前記駆動セルと補償手段とを含む構造体の両側にそれぞれクロスニコルに配置された2枚の偏光板であって、透過軸または吸収軸の方向が、ともに、前記駆動セルの液晶層の厚さ方向に関して中央に位置する液晶分子の配向方向と45°の角をなすようにクロスニコルに配置された2枚の偏光板と
を有する液晶表示素子。
A driving cell having an upper substrate and a lower substrate each provided with an electrode, and a liquid crystal layer that is held between the liquid crystal layers and has a helical structure in which liquid crystal molecules are twisted in a state where no electric field is generated;
A liquid crystal layer disposed on one of the substrate surfaces of the driving cell, held between the upper substrate and the lower substrate, and having a helical structure in which liquid crystal molecules are twisted, and the liquid crystal layer has a helical structure; The turning direction of the structure is opposite to the turning direction of the helical structure of the drive cell, and the orientation direction of the liquid crystal molecules located in the center with respect to the thickness direction of the liquid crystal layer and the thickness of the liquid crystal layer of the drive cell Compensation means in which the alignment direction of the liquid crystal molecules located in the center with respect to the direction is orthogonal in the plane of the upper and lower substrates,
Two polarizing plates disposed in crossed Nicols on both sides of the structure including the driving cell and the compensation means, both of which have a transmission axis or an absorption axis in the thickness of the liquid crystal layer of the driving cell A liquid crystal display element having two polarizing plates arranged in a crossed Nicol so as to form an angle of 45 ° with an alignment direction of liquid crystal molecules located in the center with respect to the direction.
前記駆動セルのヘリカル構造の旋回角の大きさと、前記補償手段のヘリカル構造の旋回角の大きさとが等しい請求項1に記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the magnitude of the turning angle of the helical structure of the drive cell is equal to the magnitude of the turning angle of the helical structure of the compensation means. 前記駆動セル及び補償手段のヘリカル構造の旋回角の大きさが、90°以上150°以下である請求項1または2に記載の液晶表示素子。 3. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein a magnitude of a turning angle of the helical structure of the driving cell and the compensation means is 90 ° or more and 150 ° or less. 前記駆動セル及び補償手段のヘリカル構造の旋回角の大きさが、110°以上130°以下である請求項1または2に記載の液晶表示素子。 3. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the rotational angle of the helical structure of the driving cell and the compensating means is 110 ° or more and 130 ° or less. 前記駆動セルの液晶層のリタデーションが、0.65μm以上0.95μm以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the retardation of the liquid crystal layer of the driving cell is 0.65 μm or more and 0.95 μm or less. 前記駆動セルの液晶層のリタデーションが、0.75μm以上0.95μm以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the retardation of the liquid crystal layer of the driving cell is 0.75 μm or more and 0.95 μm or less. 前記駆動セルの液晶層のリタデーションと前記補償手段の液晶層のリタデーションの差が0.3μm以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display element according to claim 1, wherein a difference between the retardation of the liquid crystal layer of the driving cell and the retardation of the liquid crystal layer of the compensation means is 0.3 μm or less. 前記駆動セルがマルチドメイン構造である請求項1〜7のいずれか1項に記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the driving cell has a multi-domain structure. 前記補償手段の液晶層が、正の一軸光学異方性を有する液晶材料で形成されている請求項1〜8のいずれか1項に記載の液晶表示素子。 The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the liquid crystal layer of the compensation means is formed of a liquid crystal material having positive uniaxial optical anisotropy.
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