JP2662672B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JP2662672B2 JP62234401A JP23440187A JP2662672B2 JP 2662672 B2 JP2662672 B2 JP 2662672B2 JP 62234401 A JP62234401 A JP 62234401A JP 23440187 A JP23440187 A JP 23440187A JP 2662672 B2 JP2662672 B2 JP 2662672B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は液晶表示素子に関するものである。 〔従来技術〕 従来主に用いられてきた液晶の表示モードは、ツイン
テッドネマチック(TN)型と呼ばれ、一対の上下基板間
で液晶分子が約90°ねじれた構造をとっており、液晶に
よる偏光面の回転と、電圧によるその効果の消失を利用
している。この表示モードは、時計や電卓等の低時分割
駆動では十分なものであったが、表示容量を増大させる
ために高時分割駆動させると、コントラストが低下した
り、視角がせまくなるという欠点があった。これは、高
時分割駆動になると、選択点と非選択点にかかる電圧の
比が1に近づくためで、高コントラスト、広視角の表示
素子を得るためには、素子の相対透過率が10%変化する
電圧V10と50%変化する電圧V50の比(V50/V20)で表わ
される急峻度γをできるだけ小さくすることが必要であ
る。 ツイステッドネマチック型の場合、このγ値は1.13程
度である。このγ値を小さくするために、液晶分子のね
じれ角を大きくし、偏光軸を配向方向とずらす方式が提
案されており、SBEモードやSTNモードと呼ばれている。
このような方式によると、γ値を1.1以下にすることが
でき、1/400デューティ程度の高時分割駆動が可能にな
る。しかし、このような方式では、複屈折による着色と
その電圧による変化を利用するため、液晶層厚精度に対
する要求が厳しく、例えば、±0.1μm以内でセルを作
成しなければならない。その結果、SBEやSTN型では、製
品生産に非常な困難が伴い、良品率が低下し、高コスト
となってしまう。また、これらのものは、複屈折により
着色及びその電圧による変化を利用しているため、着色
背景上への表示となってしまい、白黒表示を行なわせる
ことは困難であった。また、波長によっては光もれがあ
り、カラー表示の際の光シャッターとしての使用は困難
である。 〔目的〕 本発明は、前記従来技術に見られる欠点を克服し、高
時分割駆動特性を有し、白色背景上への黒表示または黒
色背景上への白表示ができ、色むらの少ないカラー表示
可能な液晶表示素子を提供することを目的とする。 〔構成、作用〕 本発明によれば、一対の基板に挟持され、基板に対し
て略水平に配向し、厚み方向に120°以上360°以下のね
じれた構造を有する第1の液晶層と、第1の液晶層とは
1枚ないし複数の透光性基板により仕切られ、基板に挟
持された第2の液晶層と、一対の偏光子とから構成され
る液晶表示素子であって、第2の液晶層と第1の液晶層
とを仕切る基板上における各層の液晶の配向方向のなす
角がほぼ平行であり、第2の液晶層が第1の液晶層と同
じ向きにねじれた構造を有することを特徴とする液晶表
示素子が、提供される。 次に、本発明を図面を参照して説明すると以下の通り
である。 第1図は、従来のSTN型の液晶表示素子の構成例を示
す断面図である。 この図において、配向膜15′が形成され、配向処理が
施された透明電極13′を有する第1の基板11′と、同様
の第2の基板21′とが離間、対向して配設され、その間
に液晶33′が封入され液晶セルが形成されている。23′
は透明電極、25′は配向膜、35′はシール剤を示す。こ
の液晶セルが第1の偏光子17′および第2の偏光子27′
に挟まれて、液晶表示素子を構成している。 第2図は、本発明の液晶表示素子の構成例を示す断面
図である。第1の液晶層16は、透明電極13が形成され、
配向処理が施された第1の基板11と、同様の処理がなさ
れた第2の基板21の間に形成されている。基板21の第1
の液晶層とは反対側には、第3の基板31との間に第2の
液晶層26が形成されている。第1の液晶層においては、
液晶は基板に対して、略水平に配向するように配向処理
がなされこの配向処理方向に沿って液晶分子が優先配向
する。この場合、液晶分子の配向に関していう略水平と
は、液晶分子の基板に対する傾き角がおおよそ0〜30°
の範囲にあることを言う。 基板としては、透光性を有するガラスやプラスチック
フィルム等を用いることができる。 第4図は、液晶の優先配向方向を示したもので、第1
の基板11での液晶分子の優先配向方向D1と第2の基板で
の優先配向方向D2との間で液晶分子はωだけねじれた
構造をとっている。このようにωは配向処理によって
決まるツイスト角であり、この配向制御は従来公知の斜
方蒸着や、無機または有機被膜を形成したのちに綿布な
どでラビングすることにより行うことができる。なお、
本発明では、液晶はネマティック液晶にコレステリック
液晶やカイラルネマティック液晶を添加したものを好ま
しく用いる。この場合、ωが小であると、急峻度が悪
化し、時分割駆動特性が低下してしまう。また、ω
大きすぎると電界印加時に散乱組織を生じ、表示品質が
低下するため好ましくない。 第2図では、第1の基板から第2の基板へ向けてツイ
スト方向が左回りとなるように構成したが、配向処理の
方向やコレステレック液晶、カイラルネマティック液晶
の選択により右回りとすることもできる。 第2図において、第1の液晶層16の偏光子17と反対側
には、第2の液晶層26が基板21と第3の基板31との間に
形成される。両基板の液晶と接する側には、液晶分子を
略水平に優先配向させる配向処理がなされている。配向
処理は、第1の液晶層を配向させるのと同様な方法を用
いることができるが、必ずしも同じ方法を用いる必要は
ない。液晶としては、ネマティック液晶またはネマティ
ック液晶にコレステリック液晶やカイラルネマティック
液晶を添加したものを有利に用いることができる。第4
図に示されるように、第2の基板21での液晶分子の優先
配向方向D3と、第3の基板31での優先配向方向D4との間
で液晶はωだけねじれた構造をとっている。ねじれの
向きはωと同じである。 第2図では、第2の液晶層を構成する基板表面にも透
明電極33,43を設けて示したが、これらを省略すること
もできる。また、両液晶層を仕切る基板は、第3図のよ
うに2枚またはそれ以上で構成されていても良い。この
ような構成において、さらに、下記に示す如き特定条件
を用いることにより、表示品質にすぐれ、色むらの少な
い表示素子を提供することができる。 〔条件〕 (1)第1の液晶層と第2の液晶層とを仕切る基板上に
おける各層の液晶の配向方向D2およびD3がほぼ平行であ
ること。さらに好ましい条件として、 (2)第1の液晶層の屈折率異方性Δn1とd1の積Δn1d1
と、第2の液晶層の屈折率異方性Δn2と液晶厚層d2の積
Δn2d2の和(Δn1d1+Δn2d2)が、0.5μm以上、1.0μ
m以下であり、かつ偏光子に隣接する基板上での液晶の
優先配向と該偏光子の透過軸または吸収軸のなす角の絶
対値(|β|)が20°以下であるか、またはΔn1d1+Δ
n2d2が0.8μm以上3.0μm以下であり、|β|が30°以
上60°以下であること。 (3)ω+ωが240°以上720°以下であること。 STN型の液晶表示素子では、ねじれ角が大きくなるほ
ど、液晶層厚の変化による色変化が小さくなる。ところ
が、ねじれ角が大きくなると、電圧印加により、散乱組
織を生ずるため、従来の方式では270°ないし360°以上
のねじれ角を実現することは困難であった。本発明によ
れば、セル全体として、270°ないし360°以上のねじれ
角を実現できる。さらに、電圧が印加される液晶層は36
0°以下のねじれ角であるので、散乱組織を生ずること
はない。 また、本発明では、第2の液晶層に透明電極を設け
て、第1の液晶層と同時または別に駆動することもでき
る。この場合、散乱組織を防止するため、第2の液晶層
のねじれ角は360°が上限となる。 以上のような原理から、本発明では、D2とD3のなす角
δは、−30°〜+30°または150°〜210°である必要が
ある。セルの背景色は、第1の液晶層の屈折率異方性Δ
n1と液晶層厚d1の積Δn1d1と第2の液晶層の屈折率異方
性Δn2と液晶厚層d2の積Δn2d2の和(Δn1d1+Δn2d2
および偏光子の透過軸または吸収軸と偏光子に隣接する
基板上での液晶の優先配向方向のなす角βおよびねじれ
角によって決定される。 βおよびΔn1d1+Δn2d2は、Δn1d1+Δn2d2が0.8〜
3.0μmの範囲では、コントラストの観点から、第1の
偏光子、第2の偏光子それぞれの場合とも30°〜60°が
好ましく、Δn1d1+Δn2d2が0.5μm〜1.0μmの範囲で
は20°以下が好ましい範囲となる。 ω+ωは240°以上であることが好ましい。ω
+ωが小であるとねじれ角が大きくなった効果は発現
しない。 Δn1d1は、0.4〜1.3μmの範囲から選ぶことが好まし
い。この範囲外であるとコントラストが低下する。 以上の条件において、Δn1d1+Δn2d2とセルの背景色
の関係を例示すると、表−1のようになる 表−1は、ω=ω、β=45°、β=45°の場
合について示した。Δn1d1+Δn2d2は背景色が緑〜黄緑
または紫〜青または白または黒となるように選ぶことが
好ましい。このようになるΔn1d1+Δn2d2は、ω+ω
によって変わるが、前記範囲内に含まれる。 なお、表−1では、β=β=45°の場合を示した
が、一方の偏光板を90°回転させると、色は補色の関係
にある色調となる。 本発明のもう一つの特徴は、表−1のように、セルの
背景色を白または黒とすることができる点にある。従来
のSTN型液晶表示素子においても、Δn・dを1.8程度と
することにより背景色を白または黒とすることは可能で
あるが、その電圧−透過率特性は、第5図で点線で示す
ようなピークとなってしまい、実用上コントラストの低
下をまねく。これに対し、本発明の液晶表示素子におい
ては、第5図の実線のように、このようなことはなく、
良好なコントラストを与えることができる。 なお、本発明の液晶表示素子の電圧−透過率特性の急
峻度は、1.05以下とすることができ、すぐれた時分割駆
動特性を付与することができる。 〔効果〕 本発明の液晶表示素子では、セル厚変化による色変化
が少ないため、色むらを生じにくい。また、急峻度にす
ぐれているために大表示容量の液晶表示素子として用い
ることができ、かつ白黒表示ができる上に、波長による
光もれが少ないため、カラー表示の光シャッターとして
使用できる。 〔実施例〕 次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。 実施例1 透明電極を有するガラス基板にポリイミドを塗布、ラ
ビングし、ツイスト角が180°となるように上下基板を
はり合わせた。上下基板の間隔は、スペーサーにより8.
25μmとなるように構成した。 上下基板間にΔn=0.115なるネマティック液晶に左
まわりのねじれを誘起するネマティック液晶を添加した
ものを充填し、第1の液晶セルとした。 Δn1d1=0.95μm。 同様に作製した第2の液晶セル(Δn2d2=0.95μm)
と第1の液晶セルを、重なり合う基板面でのラビング方
向が一致するように重ねあわせ、さらに、セルの上下を
ニュートラスグレーの偏光板ではさみ、液晶表示素子と
した。偏光板の偏光軸は、偏光板の隣接する基板上での
ラビング方向と45°の角度をなすように配置した。 このようにして得た液晶表示素子は、背景色が白色
で、第1のセルへの電圧印加により黒色の表示が可能で
あった。また、0.3μm程度のセル厚変動でも色むらは
認められなかった。電圧−透過率特性の急峻度度は1.03
で、1/200dutyの時分割駆動でも十分なコントラストが
認められた。 実施例2 実施例1と同様にして、ツイスト角が240°であり、
Δn1d1=0.80である第1の液晶セルとΔn2d2=0.40で、
ツイスト角が200°である第2の液晶セルを実施例1と
同様に重ねあわせ、偏光板ではさんで液晶表示素子とし
た。 このものは、背景色が黄緑色で電圧印加により紺色の
表示がされた。また、0.3μm程度のセル厚変動でも色
むらは認められず、色峻度は1.02とすぐれた特性を示し
た。 実施例3 実施例1と同様にしてツイスト角が230°であり、Δn
1d1=0.55μmである第1の液晶セルとツイスト角が40
°であり、Δn2d2が0.10μmである液晶セルを実施例1
と同様に重ねあわせ、偏光板ではさんだ液晶表示素子と
した。偏光板の透過軸はラビング方向と一致させた。こ
のものは、背景色がほとんど白色であり、電圧印加によ
り濃紺の表示がされた。また、急峻度は1.07とすぐれた
特性を示した。
【図面の簡単な説明】 第1図は従来の液晶表示素子の構成例を示す断面図、第
2図は本発明の液晶表示素子の構成例を示す断面図、第
3図はその変更例である。第4図は、本発明液晶表示素
子の角度関係の説明図であり、第5図は、電圧と透過率
との関係を示すグラフである。 11′,21′,11,21,31,41……基板、15′,25′,15,25,35,
45……配向膜、13′,23′,13,23,33,43……電極、17′,
27′,17,27……偏光子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−43428(JP,A) 特開 昭62−187326(JP,A) 特開 昭62−153832(JP,A) 特開 昭60−107020(JP,A)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.一対の基板に挟持され、基板に対して略水平に配向
    し、厚み方向に120°以上360°以下のねじれた構造を有
    する第1の液晶層と、第1の液晶層とは1枚ないし複数
    の透光性基板により仕切られ、基板に挟持された第2の
    液晶層と、一対の偏光子とから構成される液晶表示素子
    であって、第2の液晶層と第1の液晶層とを仕切る基板
    上における各層の液晶の配向方向がほぼ平行であり、第
    2の液晶層が第1の液晶層と同じ向きにねじれた構造を
    有することを特徴とする液晶表示素子。
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