JP2575445B2 - 液晶表示器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は複屈折制御型の液晶表示器に関する。

（従来の技術） 液晶表示器には動作モードによりTN型、DS型、GH型、
DAP型及び熱書き込み型のもの等多くの種類があるが、
腕時計、電卓及び計測器等を始め、ほとんど多くはTN型
液晶表示器が使われている。しかし表示容量の増大化や
表示面積の大型化の要求に伴ない、TN型液晶表示器では
コントラスト不足や視覚範囲の狭さ等の問題が出てきて
おり、新しい動作モードによる液晶表示器の開発が急が
れていた。

そして近年、このような要求に応える液晶表示器とし
て、例えば特開昭60−107020号公報に記載されているSB
E（スーパーツイステッド・バイリフリンジェンス・エ
フェクト）型等の複屈折制御型の液晶表示器が注目され
ている。これらの複屈折制御型液晶表示器の構成として
は、少なくとも片面側に透明電極が形成された透明基板
を２枚対向させ、周囲を封着してセルとし、セル内にネ
マティック液晶を入れている。対向基板間の距離は３〜
12μｍ程度であり、ネマティック液晶としてはシクロヘ
キサン系、エステル系、ビフェニール系及びピリジミン
系液晶等が使われている。ネマティック液晶の中にはカ
イラル剤が添加され、液晶分子の分子軸が180゜から360
゜の角度に、上下の基板間で捩られている。また液晶分
子は、基板上の配向層の働きにより、分子軸が基板平面
に対し５゜より大きい傾斜のプレチルト角を有してい
る。

そして分子軸の捩れが270゜のSBE型液晶表示器では、
好ましくは基板の外側の前面と後面に偏光板を配してお
り、前面偏光板の透過軸が前面基板の分子配向方向に対
して右回りに約30゜、背面偏光板の透過軸が背面基板の
配向方向に対して左回りに約30゜或いは右回りに約60゜
である場合が、最もよい構成とされている。このうち前
者の構成は非選択状態で明るい黄色の表示、選択状態で
黒の表示が得られ（イエローモード）、後者の構成は非
選択状態で深い青色の表示が得られ、選択状態で透過と
なる（ブルーモード）。またその他の複屈折型の液晶表
示器においても、背景色は無彩色でないものとなる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような黄色の背景に黒の表示、或
いは青色の背景に白の表示であると、観察者の視感によ
り視認性評価が異なり、人によって色により視認性（コ
ントラスト等）を低下していると評価する物がいた。ま
た複屈折性を利用しているため、透明基板間の間隔の違
いにより色むらが発生しやすく、視界方向からの色変化
や温度が変化したときの色変化が大きかった。更に従来
のTN方式では、カラーフィルターを配設することにより
カラー化が容易であるのに対し、この方式では表示が着
色しているためカラー化が不可能であった。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、複屈折型のポジ表示を行う液晶表示器で
あり、ネマティック液晶の層厚ｄ及び屈折率異方性Δｎ
と液晶分子のプレチルト角θに関係するＲ＝Δｎ・ｄ・
cos²θの値が0.3以上0.6未満であるとともに、２枚の基
板に被着された各々の偏光板の吸収軸（または偏光軸）
の成す角度Θが、150R−20（゜）から150R＋20（゜）の
範囲となるような構成としている。

また、この発明は上述の液晶表示器において、ポジ表
示に代えてネガ表示を行い、２枚の基板に被着された上
述の偏光板の一方が、その吸収軸（または偏光軸）を90
゜回転させた形になっている。

なお、ここでプレチルト角θの値は、液晶層全体にお
ける個々の液晶分子のプレチルト角を平均した値であ
る。また、ポジ表示とは、明るい背景“白”に対し暗い
表示“黒”のことであり、ネガ表示とは、逆に黒地に白
表示のことをいう。

更に、角度Θの定義は次の通りである。即ち、液晶分
子が左回り（反時計回り）のときは、観察者側の前面基
板に被着された前面偏光板の吸収軸（または偏光軸）か
らこれと反対側の背面基板に被着された背面偏光板の吸
収軸（または偏光軸）に向かって、右回り（時計回り）
の方向に成す角度を表し、また、液晶分子が右回りのと
きは、前面偏光板の吸収軸（または偏光軸）から背面偏
光板の吸収軸（または偏光軸）に向かって、左回りの方
向に成す角度を表すとする。

（作 用） 上述のＲの値は表示色と深く関係があり、実験によれ
ば例えば0.6以上であるとある特定の波長で高い分光反
射率及び分光透過率を有するようになり、また0.3より
小さいと電圧印加時と無印加時の分光反射率及び分光透
過率の差が小さくなってコントラストが低下する。

従って、ポジ表示のときはＲの値を0.3以上0.6未満に
し、更に、上述の角度Θを、150R−20（゜）から150R＋
20（゜）の範囲とすることにより、干渉現象による透過
光或いは反射光の背景色を可視光領域で実質的に均一に
して無彩色化を行い、選択電圧印加時に前面偏光板と背
面偏光板との組合わせで白地の背景に黒表示を行うこと
ができることが実験により確認された。

一方、ネガ表示のときはこのポジ表示での偏光板の配
置状態から前面或いは背面偏光板の一方の吸収軸（また
は偏光軸）を90゜回転させることにより、干渉現象によ
る透過光或いは反射光の背景色を可視光領域で実質的に
均一にして無彩色化を行い、選択電圧印加時に前面偏光
板と背面偏光板との組合わせで黒地の背景に白表示を行
うことができることが実験により確認された。

（実施例） 以下この発明の詳細を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図である。同
図において、例えばガラス基板である第１及び第２基板
（１），（２）の第１主面（1a），（2a）側には、それ
ぞれ例えばITO（Indium Tin Oxide）からなる導電電極
（３），（４）が形成されており、第１及び第２基板
（１），（２）は各々の第１主面（1a），（2a）が対向
するように約５μｍの間隔に保たれている。また第１及
び第２基板（１），（２）の第１主面（1a），（2a）側
には、導電電極（３），（４）を覆うように、それぞれ
例えばポリイミドからなる配向層（５），（６）が形成
されており、その周囲は例えば紫外線硬化型の接着剤か
らなる封着剤（７）により封止されている。そして第１
及び第２基板（１），（２）間には、カイラル剤が添加
されたネマティック液晶（８）が挟持されていて、その
分子軸はカイラル剤の働きにより第１及び第２基板
（１），（２）間で180゜から360゜の範囲例えば左回り
200゜の捩れをもつとともに、配向層（５），（６）の
働きにより第１及び第２基板（１），（２）の平面に対
し、１゜より大きい約２゜のプレチルト角θを有してい
る。また、ネマティック液晶（８）の屈折率異方性Δｎ
は約0.08で、ネマティック液晶（８）の屈折率異方性Δ
ｎと層厚ｄ、及びプレチルト角θの積としてのＲ＝Δｎ
・ｄ・cos²θの値は、0.3以上0.6未満の約0.4である。
そして、第１基板（１）の第２主面（1b）側にはニュー
トラルの偏光板（９）、第２基板（２）の第２主面（2
b）側にはニュートラルの偏光板（10）と反射板（11）
が被着されている。ここで、偏光板（９），（10）の配
置角度は、偏光板（９），（10）の偏光軸が第１基板
（１）の配向方向に対して、それぞれ右回りに約15゜、
右回りに約75゜となるように設定してある。また、偏光
板（９），（10）の吸収軸（または偏光軸）の成す角度
Θは、150R−20（゜）から150R＋20（゜）の範囲に存在
し、例えば約60゜である。こうして、ポジ表示を行う所
望の液晶表示器が得られる。

第２図はこの実施例における波長と分光反射率との関
係を示す図であり、同図のＡは電圧無印加時、Ｂは電圧
印加時を表している。同図からわかるように、この実施
例では、干渉現象による反射光の背景色の分光反射率が
平坦に近づき無彩色化され、また選択電圧印加時には偏
光板（９），（10）が交差した分光反射率に近づき、無
彩色の背景色に黒の表示が可能になる。この結果、観察
者の視感の差による視認性評価のばらつきをなくすこと
ができ、また、背景色と表示色を無彩色にしているの
で、ネマティック液晶（８）の層厚ｄの変化に伴なう色
むらが発生しにくく、視界方向からの色変化や温度に対
する色変化を抑えられた。更に、カラーフィルターを偏
光板（９），（10）の前または後、或いは第１及び第２
基板（１），（２）の第１主面（1a），（2a）側に配置
することにより、色再現性のよいカラー表示が可能であ
る。

なお、この実施例と同様の構造を有する液晶表示器に
ついて、Ｒの値と表示品位とは次表に示すような関係が
ある。

第１表は第１図に示した実施例と同様な構成を有し、
ネマティック液晶（８）の層厚ｄと屈折率異方性Δｎ、
プレチルト角θを変えた場合の背景色の白色性と明る
さ、及びコントラスト比の変化の様子を示した表であ
る。同表からわかるように、Ｒを減少させ0.3程度にす
ると、背景色の白色性がよくなるが、コントラスト比が
低下するとともに明るさも暗くなり、液晶表示器の背後
からの照明が必要になってくる。一方、Ｒを増加させ0.
5程度にすると、白色性は少し悪くなるもののコントラ
スト比はよくなる。また、Ｒが0.65を超えると背景色の
白色性が悪くなるが、明るさは明るくなる。ただし、カ
ラー化を行う場合には、カラーフィルターや偏光板の暗
さ等により、反射型としては色再現性が悪いため、背後
からの照明が必要であり、液晶表示器の使用目的により
使い分けができる。

第３図は第１図に示した実施例と同様な構成を有する
液晶表示器に関し、温度25℃での反射スペクトルのＲに
対する依存性を表す図である。同図からわかるように、
Ｒを減少させていくと、波形は平坦になり無彩色に近づ
いて白色性は増すが、特に0.55以下になると極端に反射
率は下がる。逆に、Ｒを増加させていくと、反射率のピ
ークはしだいに長波長側に移動していき明るさを増す
が、0.65を超えると着色を呈するようになる。従って、
Ｒを0.55から0.65にすると、着色もなく十分に明るい液
晶表示器となる。

第４図は第１図に示した実施例と同様な構成を有する
液晶表示器に関し、温度25℃でのＬ^＊（Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表
色系）とＲの関係を示す図であり、Ｒの増加により明る
さが増していくことが示されている。

第５図は第１図に示した実施例と同様な構成を有し、
良好な白黒のポジ表示を行う液晶表示器に関するＲとΘ
関係を示す図である。同図において、良好な白黒のポジ
表示を行える範囲は、所定のＲの値に対し白丸を中心と
した実線部分であり、３本の破線は150R−20（゜）≦Θ
≦150R＋20（゜）を満足する範囲を表している。同図か
らわかるように、Ｒの値を0.3以上0.6未満にし、且つ角
度Θを上述の不等式を満足する範囲に規定することによ
り、良好な白黒のポジ表示を行う液晶表示器を得ること
ができる。

ここで、液晶表示器がネガ表示を行う場合は、ポジ表
示を行う場合と状況が異なる。この場合、第１図に示し
た実施例と同様な構成を有するときは、150R−20（゜）
≦Θ≦150R＋20（゜）を満足する角度Θを成している偏
光板（９），（10）の一方の吸収軸（または偏光軸）
を、更に元の状態から90゜回転させてやればよい。即
ち、例えば偏光板（９），（10）の配置角度は、偏光板
（９），（10）の吸収軸（または偏光軸）が第１基板
（１）の配向方向に対して、それぞれ右回りに約15゜、
右回りに約165゜となるように設定してある。この結
果、良好な白黒のネガ表示を行う液晶表示器を得ること
ができる。

第６図は第１図に示した実施例と同様な構成を有する
液晶表示器に関し、ツイスト角と背景色の明るさ
（Ｌ^＊）との関係を示す図である。同図において、背景
色の明るさはツイスト角240゜以上でよくなり、270゜以
上で飽和している。また、ツイスト角270゜以上で動作
させたときは、ヒステリシス特性を有するようになるた
め、表示画面の書き換えを考えると問題が生じる。従っ
て、今まで述べた実施例は、液晶分子のツイスト角は18
0゜〜360゜の範囲としたが、この中では240゜〜270゜の
範囲、特に270゜近辺が望ましいことがわかる。

なお今までは、液晶表示器が反射型である場合につい
て述べたが、透過型であってもよいことは言うまでもな
い。

［発明の効果］ この発明は、複屈折による干渉色を利用したポジ表面
の液晶表示器であり、Ｒ＝Δｎ・ｄ・cos²θの値を0.3
以上0.6未満にし、２枚の基板に被着された各々の偏光
板の吸収軸（または偏光軸）の成す角度Θが、150R−20
（゜）≦Θ≦150R＋20（゜）を満足するような構成とし
ている結果、干渉現象による反射光或いは透過光の背景
色が白色で表示色が黒色となる。また、この発明は、複
屈折による干渉色を利用したネガ表示の液晶表示器であ
り、Ｒの値を0.3以上0.6未満にし、150R−20（゜）≦Θ
≦150R＋20（゜）を満足する角度Θを成している前面及
び背面の偏光板の一方の吸収軸（または偏光軸）を、更
に90゜回転させることにより、干渉現象による反射光或
いは透過光の背景色が黒色で表示色が白色となる。

この結果、液晶表示器としては理想的な白黒表示が実
現でき、視感による視認性の差がなくなる。また、液晶
表示器の面内での色むらが減り、歩留りが向上するとと
もに、視角方向や温度に対する色変化が少なく、カラー
表示も行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図はこ
の発明における波長と分光反射率との関係の一例を示す
図、第３図はこの発明における反射スペクトルのＲに対
する依存性の一例を示す図、第４図はこの発明における
Ｌ^＊とＲの関係の一例を示す図、第５図はこの発明にお
けるポジ表示の場合のＲとΘの関係の一例を示す図、第
６図はこの発明におけるツイスト角と背景色の明るさの
一例を示す図である。 （１）……第１基板 （２）……第２基板 （３），（４）……導電電極 （８）……ネマティック液晶 （９），（10）……偏光板

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１主面側に導電電極が形成された第１及
   び第２基板と、分子軸が前記第１及び第２基板の平面に
   対し１゜より大きい傾斜のプレチルト角θを有し且つ前
   記第１及び第２基板間で180゜から360゜の範囲の捩れを
   もって挟持されているネマティック液晶と、前記第１及
   び第２基板の第２主面側に被着された偏光板とを備えた
   ポジ表示を行う液晶表示器において、 前記ネマティック液晶の屈折率異方性Δｎと層圧ｄ（μ
   ｍ）、及び前記プレチルト角θ（゜）の積としてのＲ＝
   Δｎ・ｄ・cos²θの値が0.3以上0.6未満であり、 前記第１及び第２基板に被着された各々の偏光板の吸収
   軸（または偏光軸）の成す角度Θ（゜）が150R−20
   （゜）から150R＋20（゜）の範囲にあることを特徴とす
   る液晶表示器。
2. 【請求項２】請求項１記載の液晶表示器において、ポジ
   表示に代えてネガ表示を行い、前記第１及び第２基板に
   被着された偏光板の一方における吸収軸（または偏光
   軸）を90゜回転させてあることを特徴とする液晶表示
   器。