JP2615715B2

JP2615715B2 - 電気光学素子の製造方法

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Publication number: JP2615715B2
Application number: JP62313076A
Authority: JP
Inventors: 啓志和田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1987-12-10
Filing date: 1987-12-10
Publication date: 1997-06-04
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: JPH01154030A

Description

【発明の詳細な説明】イ．発明の目的〔産業上の利用分野〕本発明は電気光学素子、さらに詳しくは電界効果型液
晶の電気光学素子の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のスーパーツイステッドネマチック（以下「ST
N」という。）モードを利用した電気光学素子は波長に
対する透過率特性が平坦ではなく、そのため黄色や緑の
着色が避けられなかった。そこで表示用STN液晶パネル
の複屈折で生じた着色を色消し用の光学異方性（補償セ
ル）を通過させることにより補償し、着色を発生させな
いようにすることが考えられる。この原理を詳述する。
第３図は従来のSTNを利用した電気光学素子にさらに補
償セルを備えた電気光学素子である。１は検光子（出射
側の偏光板）であり、その偏光軸は方向19、２は補償セ
ル、３は表示セルであってSTNモードを利用した電気光
学素子、４は偏光子（入射側の偏光板）でありその偏光
軸は方向18である。入射光（白色）25には偏光はなく進
行方向の直角方向251のすべてに対し均一である。これ
が偏光子４を通過すると、各波長の光（例えば青261、
緑262、赤263）も直線偏光261、262、263、となり、そ
の偏光方向は方向18と同じ方向となる。そして直線偏光
26が表示セル３を通るとき、表示セル３には複屈折性が
あるため直線偏光261、262、263はいずれも楕円偏光27
1、272、273に変わり、楕円偏光の状態は波長（色）に
よって異なる。従って楕円偏光27がこのまま検光子１を
通るとすれば波長（色）によって透過光量に差が生じ、
透過光29は色付いて見えることになる。このような着色
の発生をなくすために、楕円偏光27を補償セル２に通過
させることにより、各波長につき元の直線偏光281、28
2、283に戻すことができる。検光子１の偏光方向19が直
線偏光28の偏光方向281、282、283と互いに直交してい
れば光はほとんど通らず、つまり黒色表示が得られるこ
とになる。

以上は表示セル３に電圧を印加しない場合であり、表
示セル３に電圧を印加した場合は、白色表示が得られ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の電気光学素子においては、着色のない完全
な白黒表示を得るためには、補償セルは表示セルと同じ
液晶材料、同じ層厚（セルギャップ）、同じねじれ角
（ねじれ配向角が同一でかつねじれ方向が逆向き）であ
る液晶でなければならない。厳密にいうならば液晶材料
の屈折率異方性Δｎと層厚ｄの積である複屈折の光路長
Δndを同一にするために、同一の液晶材料である場合
（Δｎが等しい）は、層厚ｄが同一でなければならな
い。

一方表示セルに使用される液晶は、良好な応答スピー
ド性能や良好な温度特性の要求から高価な添加剤等の添
加によって液晶材料を調整する必要があり、このため材
料費の高騰、製造工程の複雑化、製造時間の増大等をま
ねき、表示セルの液晶材料のコストは高い。上記従来の
電気光学素子においては、補償セルの液晶を表示セルの
液晶と同一のものを用いるので、材料コストの高騰にな
るばかりではなく、補償セルと表示セルの各層厚ｄを等
しくするための製造工程が不可欠となる欠点を有してい
る。

本発明は上記従来の欠点を解消し、補償セルの液晶材
料の選択の範囲を拡大し、さらにセルギャップ調整に係
わる工程が簡素化でき、かつ、着色のない白黒表示が可
能な電気光学素子の製造方法を提供することを目的とす
る。

ロ．発明の構成〔問題点を解決するための手段〕本発明による電気光学素子の製造方法は、屈折率分散
α１、液晶の屈折率異方性Δn1と液晶層の厚さd1の積Δ
n1・d1、液晶のねじれ角の値とをパラメータとして有す
る液晶セルと、該液晶セルに隣接して配置された補償手
段と、該補償手段と前記液晶セルとを挟むように配置さ
れた偏光板とを有する電気光学素子の製造方法であっ
て、前記液晶セルの屈折率分散α１とΔn1・d1の値と液
晶のねじれ角との値を決定し、その値に応じて視感透過
率が最小付近となるように前記補償手段が有する屈折率
分散α２とΔn2・d2の値とを設定することを特徴とす
る。

液晶材料の屈折率異方性Δｎは一般に波長λ（nm）に
対し依存性があり、その特定は一般的には波長λに対し
て負の傾向を有する。波長λ＝450nm及びλ＝59nmにお
けるそれぞれの屈折率異方性（以下「Δｎ（450）」、
「Δｎ（590）」と表す。）の比を屈折率分散α と定義する。αは液晶材料が全く同一ならば同一である
が、異なった液晶材料でも同一となることはある。

本発明の電気光学素子としては、従来より周知の液晶
表示装置の他に光学シャッター等にも適用可能である。
また、用いられている液晶組成物は周知の配向処理によ
り、ねじれ配向されるものばかりではなく基板と平行に
配向（ねじれていない）するものでも適用できるので以
下に述べる実施例に限定されるものではない。さらに、
ねじれ配向させる場合には、そのねじれ角に制限がある
わけではないが、コントラストや表示特性また製造する
上から90゜〜360゜が望ましい範囲である。しかし、90
゜未満や360゜を超えるねじれ配向であっても本発明は
適用できるものである。（以下のことは補償セルと表示
セルの両方に適用できる。）次に、光学的異方体の配置に関しては、第１図では表
示セルの上方に配置したが、表示セルの下方に配置して
もよいし、表示セルの上方及び下方に配置してもよい、
さらに光学的異方体を積層しても同様の効果が得られ
る。

また、第１図では透過型の電気光学素子を示している
が、例えば下側偏光板４の下方に従来より周知の反射板
を設けて反射型の電気光学素子とすることもできる。

（実施例）第１図は、本発明の電気光学素子の一実施例の構造を
示した断面図である。１は上側偏光板は、２は光学的異
方体としての液晶セル（以下「Ａセル」という。）、３
は表示を行う液晶セル（以下「Ｂセル」のいう。）、４
は下側偏光板、５はＡセルの液晶、６はＢセルの液晶、
７、８はそれぞれＡセル２の上基板と下基板、９は配向
膜、10はスペーサー、11、12はそれぞれＢセル３の上基
板と下基板、13は透明電極である。配向膜９はＡセル２
とＢセル３のそれぞれの上基板７、11とそれぞれの下基
板８、12の対向する面上に形成され、それぞれラビング
処理（配向処理）されている。Ａセル２とＢセル３のそ
れぞれの層厚（セルギャップ）はスペーサー10によって
一定の間隔にされ、スペーサー10は上基板７、11と下基
板８、12に接着している。透明電極13はＢセル３の上基
板11と下基板12の対向する面上に形成され、Ｂセル３の
配向膜９は透明電極13上に形成されている。Ａセル２に
透明電極が形成されていてもよいが本実施例では形成し
なかった。Ａセル２の液晶５は、フェニルシクロヘキサ
ン系又はビフェニル系の液晶組成物にBDH社製CB−15が
適量添加され、右ねじれ（Ａセル２からＢセル３に向か
っての回転を示す。以下同じ）のらせん構造になってい
る。液晶５はスメクチック型あるいはコレスチック型の
液晶でもよいが本実施例においてはネマチック型であ
る。なお、本実施例ではネマチック型液晶組成物に光学
活性剤又はコレステリック型液晶等が添加混合されたも
のを総称してネマチック液晶と呼ぶことにする。本発明
においては、このネマチック液晶のみならず、複数のネ
マチック液晶の混合されたものやネマチック液晶に他の
物質を添加したものでもよい。Ｂセル３の液晶６はフェ
ニルシクロヘキサン系の液晶組成物にメルク社製の光学
活性剤Ｓ−811が適量添加され、左ねじれのらせん構造
になっている。偏光板１、４は三立電気社製LLC₂−81−
18を使用し、偏光軸（吸収軸）は、それぞれ隣接する基
板７、12のラビング方向（配向膜９のラビング方向）と
45゜の角度を有する。なお、この45゜の配置の仕方、即
ち基板のラビング方向を基準として右側か左側かは、本
実施例の電気光学素子をネガ状態で実施しているので、
常にネガ状態になる側に選択して配置した。Ａセル２の
下基板８におけるラビング方向とＢセル３の上基板11に
おけるラビング方向とは直交している。ただし、この下
基板８におけるラビング方向と上基板11におけるラビン
グ方向とのなす角度は70゜〜110゜の範囲が望ましく最
も望ましいのは90゜（直交）である。従って、本実施例
では90゜で行った。

第２図は本発明の電気光学素子の各軸の関係を示した
図である。14はＢセルの下基板のラビング方向、15はＢ
セルの上基板のラビング方向、16はＡセルの下基板のラ
ビング方向、17はＡセルの上基板のラビング方向、18は
下側偏光板の偏光軸の方向、19は上側偏光板の偏光軸の
方向、20は上側偏光板の偏光軸の方向とＡセルの上基板
のラビング方向とのなす角度、21はＡセルの液晶のねじ
れ角の大きさ、22はＡセルの下基板のラビング方向とＢ
セルの上基板のラビング方向とのなす角度、23はＢセル
の液晶のねじれ角の大きさ、24はＢセルの下基板のラビ
ング方向と下側偏光板の偏光軸とのなす角度を示す。

電気光学素子としての電界効果型液晶はネガタイプ
（電圧無印加状態で光が透過せず黒色、電圧印加状態で
光が透過して白色の表示をするものすなわち表示文字が
白、背景が黒）と逆の関係のポジタイプがあり、本発明
はいずれかのタイプのものに限定されないが本実施例に
おいてはネガタイプのものである。

（１）Ｂセルは、液晶のねじれ角が左ねじれの240゜、
α＝1.10、Δｎ（590）ｄ＝0.9μのものを用い、Ａセル
はねじれ角が右ねじれの240゜の液晶である。Δｎ（59
0）ｄは、波長λ＝590nmにおける屈折率異方性Δｎ（59
0）と層厚ｄとの積である光路長を表す。第４図はＡセ
ルのαとΔｎ（590）ｄの視感透過率Ｔに対する関係を
示した図である。αは主成分若しくは主成分以外の組成
を変化させ又は添加物等の添加によって適宜調整した。
視感透過率Ｔは光がＢセル及びＡセル透過する時の透過
率を測定し、各波長における透過率に視感度補正をした
ものである。この値が小さいほど黒色の良好な状態すな
わちＡセルによって着色の補正が良好に行われたことを
示す。例えばα＝1.16の液晶のＡセルはΔｎ（590）ｄ
＝0.89μにおいて視感透過率Ｔは最少になりその値Ｔ＝
0.14％となる。視感透過率Ｔが最少（その時の値をTmin
とする）となる点は、 α Δｎ（590）ｄ（μ） Tmin（％）（ｉ） 1.04 0.91 0.15 （ii） 1.10 0.90 0.03 （iii）1.16 0.89 0.14 である。第５図はαに対するTminの関係を示した図であ
り、α＝1.10の場合がTminが最少となり最も良好な状態
であることがわかる。本実施例は、ＡセルとＢセルの液
晶ねじれ角の大きさが同じで、方向が異なる（右ねじれ
と左ねじれ）の場合、ＡセルとＢセルのαを同じ値にす
ると（この場合ＡセルとＢセルの光路長はΔｎ（590）
ｄ＝0.90μで同じ）最も良好な電気光学素子が得られる
ことを示す。

第６図及び第７図はそれぞれ上記（ｉ）、（ii）の各
状態の電気光学素子についての光透過率のスペクトラム
を示したものである。波長（横軸）に対する透過率（縦
軸）の変化が平坦かつ低い値であるほど着色のない良好
な黒色表示となる。Ａセルが（ii）の場合（第７図）、
すなわちTminの値が最も小さい場合が最も良好な電気光
学素子であることを裏づけている。本実施例において最
も良好な電気光学素子となるＡセルとＢセルの各液晶の
特性をまとめると表１のとおりになる。（以下表におい
てΔｎ（）ｄはΔｎ（590）ｄを意味する。）（２）第８図は、Ｂセルは前記（１）と同じものとし、
Ａセルはねじれ角160゜（右）の液晶を用いた場合のＡ
セルのα、Δｎ（590）ｄとＴとの関係を示した図であ
る。Ｔが最少となる点は α Δη（590）ｄ（μ） Tmin（％）（ｉ） 1.04 0.75 0.39 （ii） 1.10 0.74 0.12 （iii）1.16 0.73 0.06 である。第９図はαに対するTminの関係を示した図であ
る。第10図、第11図は上記（ｉ）（ii）（iii）の各ス
ペクトラムを表したものであり、Tminの値が最も小さい
（iii）の状態が最も良好な電気光学素子であることが
わかる。前記（１）と同様に最も良好な電気光学素子な
るＡセルとＢセルの各液晶の特性をまとめると表２のと
おりになる。

（３）第12図は前記（２）の実施例につき、Δｎ（59
0）ｄがさらに高い範囲の電気光学素子の例につき、Ａ
セルのα、Δｎ（590）ｄとＴとの関係を示したもので
ある。Ｔが最少となる点を例示すれば、 α Δｎ（590）ｄ Tmin 1.02 1.07 0.20 1.08 1.06 0.56 1.12 1.05 1.02 である。第13図はαに対するTminの関係を示したもので
ある。最も良好な電気光学素子が得られる場合を示す
と、表３のとおりである。

（４）前記（１）乃至（３）と同様の方法により、ねじ
れ角300゜（右）のＡセルについて最も良好な電気光学
素子を得た結果を示す。Tminが得られる点は α Δｎ（590）ｄ Tmin 1.08 0.73 1.04 1.12 0.72 0.78 1.18 0.71 0.52 であった。第14図はαに対するTminの関係を示す。最も
良好な電気光学素子が得られる場合は表４のとおりであ
る。

（５）前記（４）の実施例につきΔｎ（590）ｄがさら
に高い範囲についての電気光学素子の例を示す。Tminが
得られる点は α Δｎ（590）ｄ Tmin 1.02 1.12 0.05 1.04 1.11 0.04 1.10 1.10 0.24 であった。第15図はαに対するTminの関係を示す。最も
良好な電気光学素子が得られる場合は表５のとおりであ
る。

（６）Ｂセルは液晶のねじれ角が左ねじれの270゜、α
＝1.20、Δｎ（590）ｄ＝0.8μ、Ａセルは液晶のねじれ
角が右ねじれの140゜とし、Ａセルのα、Δｎ（590）ｄ
とＴとの関係を測定した結果、Ｔが最少となる点は α Δｎ（590）ｄ Tmin 1.08 0.78 0.36 1.14 0.77 0.30 1.18 0.76 0.38 であった。第16図はαに対するTminの関係を示す。最も
良好な電気光学素子が得られる場合は表６のとおりであ
る。

（７）第17図は、（１）乃至（５）の実施例で用いられ
たＢセルに対し、Ａセルのねじれ角を変化させ、（１）
乃至（５）と同様に最も良好な電気光学素子を得た場合
のＡセルのねじれ角、α、Δｎ（590）ｄの関係をプロ
ットした図である。各点に記載された数値は最適なαの
値である。Ａ、Ｂ各点はそれぞれ前記（１）、（２）の
各実施例のものである。

（８）第18図は（６）の実施例で用いられたＢセルに対
し、Ａセルのねじれ角を変化させ、最も良好な電気光学
素子を得た場合のＡセルのねじれ角、α、Δｎ（590）
ｄの関係をプロットした図である。

第17図、第18図によれば、Ａセルのねじれ角（但し回
転方向は反対）、α、Δｎ（590）ｄがすべてＢセルと
相等しい場合最適な電気光学素子となるが（第17図Ａ
点、第18図Ｃ点）、Ａセルのねじれ角がＢセルと異なっ
ていてもαとΔｎ（590）ｄを適宜選択すれば最適な電
気光学素子が得られることを示す。

また、第17図、第18図の各点以外の領域に関しては、
白黒表示が得られないというものではなく、各点を中心
として、ある範囲において実用上支障のない条件として
存在する。その範囲は、白黒として要求されるレベル
（例えば黒さ加減といったもの）により電気光学素子の
用途や使用者側の基準により許容範囲が広くなったりす
るので変動する。

（９）第19図は、本発明の他の実施例として反射側の電
気光学素子の構造を示した断面図である。１乃至13は第
１図と同じであり、30は反射板である。本実施例におい
ては、上側偏光板１から入射し下側偏光板４を通過した
光は反射板30によって反射され上側偏光板１から出射さ
れる。反射板30につき、偏光機能を有する反射板を用い
ると、反射板が偏光機能と反射機能を兼ね備えているの
で下側偏光板４は不要となり、より簡素化された構造の
電気光学素子となる。

ハ．発明の効果本発明は前記の構成であるから、前記従来技術の問題
点が解消され、かつ電気光学素子の外観が電圧無印加状
態で黒に近い色、電圧印加状態で白に近い色となり、コ
ントラストの良い白黒表示が可能な電気光学素子が得ら
れた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気光学素子を説明した断面図、第２
図は本発明の電気光学素子の各軸の関係を示した図、第
３図は従来技術の原理を簡単に説明した図、第４図、第
８図、第12図は本発明の実施例につき、α、Δｎ（59
0）ｄとＴとの関係を示した図、第５図、第９図、第13
図、乃至第16図は本発明の実施例につきαとTminとの関
係を示した図、第６図、第10図はスペクトラムの比較
図、第７図、第11図は本発明の実施例のスペクトラム
図、第17図、第18図はいずれも、Ａセルのねじれ角を変
えたときの最適な電気光学素子となるα、Δｎ（590）
ｄの関係をプロットした図、第19図は反射型の電気光学
素子を説明した断面図である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折率分散α１、液晶の屈折率異方性Δn1
と液晶層の厚さd1の積Δn1・d1、液晶のねじれ角の値と
をパラメータとして有する液晶セルと、該液晶セルに隣
接して配置された補償手段と、該補償手段と前記液晶セ
ルとを挟むように配置された偏光板とを有する電気光学
素子の製造方法であって、前記液晶セルの屈折率分散α１とΔn1・d1の値と液晶の
ねじれ角との値を決定し、その値に応じて視感透過率が
最小付近となるように前記補償手段が有する屈折率分散
α２とΔn2・d2の値とを設定することを特徴とする電気
光学素子の製造方法。