JP2717731B2 - Liquid crystal display device - Google Patents

Liquid crystal display device

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JP2717731B2
JP2717731B2 JP3017404A JP1740491A JP2717731B2 JP 2717731 B2 JP2717731 B2 JP 2717731B2 JP 3017404 A JP3017404 A JP 3017404A JP 1740491 A JP1740491 A JP 1740491A JP 2717731 B2 JP2717731 B2 JP 2717731B2
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JP
Japan
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liquid crystal
electrode substrate
degrees
polarizing plate
angle
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保彦 神藤
民仁 中込
眞二 長谷川
良雄 花田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】本発明は液晶表示素子に係り、特
に優れた時分割駆動特性を有する電界効果型液晶表示素
子に関するものである。 【従来の技術】従来の液晶表示素子のツイステッドネマ
チックタイプと言われるものは、2枚の電極基板間に正
の誘電異方性を有するネマチック液晶による90度ねじ
れたらせん構造を有し、かつ両電極基板の外側には偏光
板をその偏光軸(あるいは吸収軸)が電極基板に隣接す
る液晶分子に対してほぼ平行になるように配置するもの
であった(特公昭51−13666号公報)。2枚の電
極基板間で液晶分子が90度ねじれたらせん状構造をな
すように配向させるには、例えば電極基板の、液晶に接
する表面を布などで一方向にこする方法、いわゆるラビ
ング法によってなされる。このときのこする方向、即ち
ラビング方向が液晶分子の配列方向となる。このように
して配向処理された2枚の電極基板をそれぞれのラビン
グ方向が互いにほぼ90度に交差するように間隙をもた
せて対向させ、2枚の電極基板をシール剤により接着
し、その間隙に正の誘電異方性をもったネマチック液晶
を封入すると、液晶分子はその電極基板間でほぼ90度
回転したらせん状構造の分子配列をする。このようにし
て構成された液晶セルの上下には偏光板が設けられる
が、その偏光軸あるいは吸収軸はそれぞれの電極基板に
隣接する液晶分子の配列方向とぼ平行にする。ここで、
以降の説明に必要な時分割駆動特性を表わす量の定義に
ついて簡単に説明する。図6は従来の90度ねじれた液
晶分子のらせん構造を持つ液晶表示素子の典型的な電圧
−輝度特性を示している。これは、印加電圧に対する反
射輝度の相対値をとったものであり、輝度の初期値(電
圧を印加しない状態)を100%、最終値(光の反射ま
たは透過が全くない状態)を0%にしている。実用上は
80%以上あれば画素は十分明るく液晶は非点灯状態、
20%以下であれば画素は十分暗く点灯状態としてよ
く、以下本明細書においては、相対輝度が、80%,2
0%になる電圧をそれぞれ、しきい値電圧Vth,飽和電
圧Vsatとする。さらに液晶表示素子の電気光学特性
は、見る方向によっても変り、この特性が、良好な表示
品質が得られる視野を制限している。ここで、視角φの
定義を図7によって説明する。図において、液晶表示素
子1の上側電極基板11のラビング方向を2、下側電極
基板12のラビング方向を3とし、液晶分子のねじれ角
を4とする。また液晶表示素子1の表面に直交座標XY
軸をとり、X軸方向を液晶分子のねじれ角4を2等分す
る方向に規定し、Z軸をXY面の法線方向に定め、観察
方向5がZ軸となる角を視角φとする。また、図7に示
されたφを正とし、このような方向から見た場合、コン
トラストが高くなるので、このような方向を視野方向と
いう。図6において、視度φ=10度における輝度が8
0%になる電圧をVth1、20%になる電圧をVsat1
し、視度φ=40度における輝度が80%になる電圧を
Vth2としたとき、立ち上がり特性γ,角度特性Δφ及
び時分割能mを次式のように定義する。 γ=Vsat1/Vth1 Δφ=Vth2/Vth1 m=Vth2/Vsat1 従来の液晶表示素子の時分割駆動特性は、液晶の屈折率
異方性をΔn,上下電極基板間間隙をdとした場合Δn
・dに依存しており、Δn・dが大きい場合(例えば
0.8μm以上)にはγが良く(小さく)、Δφが悪い
(小さい)。一方、Δn・dが小さい場合(例えば0.
8μm以下)にはγが悪く(大きく)、Δφが良い(大
きい)。しかし、時分割能mで比較した場合には、Δn
・dの大小にかかわらず、ほぼ同じ値を示す。以上の具
体的な例を表1に示す。 【表1】 ここで時分割駆動について、ドットマトリクスディスプ
レイを例に取って簡単に説明する。図8に示すように図
7の下側電極基板12にストライプ状のY電極(信号電
極)13を、同様に上側電極基板11にX電極(走査電
極)14を形成し、文字等の表示は、X,Y両電極の交
点部の液晶を点灯あるいは非点灯にして行う。図におい
てn本の走査電極をX1,X2,・・・・・Xn,X1
2・・・・・Xnと繰り返し線順次走査を繰返して時
分割駆動する。ある走査電極が選択されたとき、その電
極上のすべての画素に、信号電極13であるY1,Y2
・・・・・Ymより、表示すべき信号に従い、選択また
は非選択の表示信号を同時に加える。このように、走査
電極と信号電極に加える電圧パルスの組合せで交点の点
灯、非点灯を選択する。この場合の走査電極Xの数nが
時分割数に相当する。 【発明が解決しようとする課題】従来の液晶表示素子で
は、表1に例示したような時分割駆動特性しか得られな
いために、時分割数32あるいは64が実用的には限界
であった。しかし、近年、液晶表示素子の画質の改善と
表示情報量の増大に対する要求が厳しくなっており、要
求仕様を満足できない状況に到っている。本発明の目的
は、従来の液晶表示素子と全く異なったセル構造をと
り、しかも、液晶のねじれらせんピッチと液晶層の厚み
を特定の範囲に制御することによって、極めて優れた時
分割駆動特性を持ち、時分割数100以上でも良好な画
質を持った液晶表示素子を提供することにある。 【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による液晶表示素子は、液晶材料のね
じれらせんピッチと液晶層の厚みを特定の関係に規定
し、液晶表示素子における液晶分子のらせん構造のねじ
れ角を140度から250度の範囲とし、この液晶分子
のらせん構造の前後に一対の偏光板を設け、それら偏光
板の吸収軸(あるいは偏光軸)を、電極基板に隣接する
液晶分子の配向方向に対し一定の角度ずらせて配設する
ことを特徴とするものである。 【作用】本発明の液晶表示素子においては、液晶分子の
らせん構造のねじれ角を140度から250度の範囲内
とし、この液晶材料のねじれらせんピッチと液晶層の厚
みとの比を特定の関係に規定し、かつ偏光板の吸収軸
(あるいは偏光軸)と液晶分子の配向方向とを特定の角
度関係に規定することにより、印加電圧−光透過率特性
カーブが急峻になり、かつ光散乱現象が防止出来るので
時分割駆動特性が大幅に向上し、かつ高コントラスト表
示が可能となる。 【実施例】次に、図面を用いて、本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は本発明になる液晶表示素子を上側か
ら見た場合の液晶分子の配列方向(ラビング方向)、液
晶分子のねじれ方向、偏光板の吸収軸(あるいは偏光
軸)方向を示している。この場合、液晶分子が上側電極
基板のラビング方向6を起点として、反時計回りに下側
電極基板のラビング方向7まで角度αだけねじれてい
る。また、上側電極基板のラビング方向6と上側偏光板
の吸収軸(あるいは偏光軸)8とのなす角度β1は、上
側電極基板のラビング方向6を起点として液晶分子のね
じれ方向10(この場合は反時計回り方向)と同じにと
り、下側電極基板のラビング方向7と下側偏光板の吸収
軸(あるいは偏光軸)9とのなす角度β2もβ1と同様に
定義する。ここで、β1あるいはβ2に180度の整数倍
の角度を加えたものは、β1およびβ2と等価であること
は言うまでもない。以降、β1とβ2の値は、等価な角度
群の最小値をもって代表する。さらに、液晶分子のねじ
れ方向10とねじれ角αは、上側電極基板のラビング方
向6と下側電極基板のラビング方向7及びネマチック液
晶に添加される施光性物質の種類と量によって規定され
る。以下、説明を簡略化するために、添加する施光性物
質としては、例えば下式で表わされるメルク社のS81
1 【化1】 のように、図1におけるねじれ方向10と同じ固有ねじ
れ方向を持ったものを考える。一般に、施光性物質を添
加したネマチック液晶は、施光性物質の種類と添加量に
応じたらせんピッチP(μm)を持つ。即ち、液晶分子
はらせん軸方向に距離Pを進む間に360度だけ自然に
ねじれる。ネマチック液晶に添加された施光性物質の濃
度をC(%)とすると、PC=一定なる関係がある。し
たがって、任意の距離d(μm)をとると、その間で液
晶分子は360d/P度だけねじれることになる。しか
し、実際の液晶表示素子では境界の液晶分子の配列方向
がラビング方向に強制的に規制されているため、上下の
ラビング方向によって決まるねじれしか許されない。こ
れについて図2を用いて説明する。図において、目的と
するねじれを10とし、ねじれ角をαとした場合、液晶
層の厚みをd(μm)とすると、液晶のらせんピッチP
がα≒360d/Pの関係を満足すれば、液晶分子は目
的のねじれ10になることは容易に分かる。しかし、d
/Pが非常に小さくなった場合のねじれは図においてね
じれ20になり、逆にd/Pが非常に大きくなった場合
のねじれは図においてねじれ30になる。このように実
際の液晶表示素子では、d/Pが連続的に変化してもね
じれはとびとびの状態しかとり得ない。ここではねじれ
10の場合をノーマルツイスト,ねじれ20の場合をア
ンダーツイスト,ねじれ30の場合をオーバーツイスト
ということにする。ここで、ねじれが20のアンダーツ
イストになる条件は d/P<(α−90)/360 であり、ねじれが30のオーバーツイストになる条件は d/P>(α+90)/360 である。したがって、ねじれが10のノーマルツイスト
になる条件は (α−90)/360≦d/P≦(α+90)/360 である。d/Pをこの範囲に保てば、液晶分子のねじれ
は目的としたものが得られる。しかし、種々の実験をす
るうちに、正常なねじれ(ノーマルツイスト)であって
も、電圧を印加すると、光を散乱する配向状態になるも
のがあることがわかった。光を散乱する配向状態にある
ときは表示のコントラストが著しく劣化するために、デ
ィスプレイとしては実用に耐えない。さらに詳細に実験
検討を加えた結果、正常なねじれ構造をとり、かつ電圧
を印加したときに光を散乱する配向状態を生じない条件
は、上,下側電極基板のラビング方向で規定される液晶
分子のねじれ角αとd/Pの関係が図3に斜線領域で示
す範囲を満たす必要があることを見出した。具体的には
d/Pの下限は(α−90)/360で与えられ、上限
はαによってわずかに変化するが、少なくとも0.6以
下である。図3から明らかなように、液晶分子のねじれ
角αの最大値も制限され、250度が限度であり、実用
的により安定に実現し得る上限は240度である。ま
た、液晶分子のねじれ角αの下限は、液晶表示素子の表
示色のねじれ角依存性及び時分割駆動特性によって制限
され、140度が限界である。したがって、d/Pの下
限もおのずから決まり0.14である。図中、領域A,
B,Cは夫々アンダー,ノーマル・オーバーツイスト領
域を示す。なお、図3の実験結果は、液晶分子の配列方
法として、ポリイミド等(例えば、ポリイミドイソイン
ドロキナゾリンジオン(特公昭58−23610号公
報),またはポリイミドベンゾイミダゾピロロン(特開
昭54−133358号公報))の有機膜をラビングし
て得られたもので、その際チルト角が6度以下になる
が、少なくともこれと類似の液晶分子配列方法を用いた
液晶表示素子に適用できる。図1において上側偏光板の
吸収軸(あるいは偏光軸)8と上側電極基板のラビング
方向6とのなす角β1および下側偏光板の吸収軸(ある
いは偏光軸)9と下側電極基板のラビング方向7とのな
す角β2は、時分割駆動特性,表示明るさおよび色等を
考慮すると、好ましくはそれぞれ20度から70度の範
囲,より好ましくは30度から60度の範囲に設定する
ことが望ましい。なお、図1においては液晶分子のねじ
れ方向10を反時計回りとしてβ1およびβ2を定義した
が、液晶分子のねじれ方向が時計回りの場合であっても
β1とβ2のとり方を時計回り方向に合わせれば同様であ
ることは言うまでもない。また、本発明による液晶表示
素子は、顕著なΔn・d依存性を示し、時分割駆動特
性,コントラスト,明るさおよび色の点から、好ましく
は0.8μm≦Δn・d≦1.2μm、より好ましくは
0.9μm≦Δn・d≦1.1μmの条件を満足すると
特に良好な結果を示す。ここでΔnの値については一般
に波長依存性があり、短波長側で大きく、長波長側で小
さくなる傾向がある。本明細書で使用しているΔnの値
は、He−Neレーザ光(波長6328Å)を使用し、
25℃で測定したものであるから、他の波長で測定した
場合には本明細書におけるΔn・dの値は若干変化す
る。ここで、本発明による液晶表示素子の具体的な一実
施例について、その構造と測定結果を説明する。図4は
その構造、即ち電極基板のラビング方向,液晶分子のら
せん構造のねじれ方向および角度,偏光板の吸収軸の関
係を示し、液晶表示素子を上から見た図である。使用し
た液晶はフェニルシクロヘキサン(PCH)系液晶を主
成分とするネマチック液晶で、施光性物質してメルク社
のS811を液晶層の厚みに応じてd/Pがほぼ0.4
になるように、0.4重量%から0.9重量%添加した
ものである。この混合液晶のΔnは0.143である。
図4において、上側および下側電極基板のラビング方向
6,7のなす角度は180度であり、施光性物質S81
1によってねじれ方向は10,ねじれ角αは180度な
る。また、ラビング方向6,7と偏光板の吸収軸8,9
とのなす角β1,β2はいずれも45度である。以上のよ
うなセル構造で、液晶層の厚さdを変えてΔn・dを変
化させた液晶セルを作り、色および明るさを観察した。
その代表的な結果を表2に示す。 【表2】 この結果から、Δn・dが1μm近傍で明るさおよび色
ともに表示素子として問題のないレベルであることが分
かった。Δn・dのさらに詳細な検討から、Δn・dが
0.8μmから1.2μmの範囲においては実用上問題
ないことがわかった。次にΔn・d=1μmの液晶セル
の時分割駆動特性を測定した結果を表3に示す。表1に
示した従来の液晶表示素子に比較して、γ,Δφ,mの
いずれもが著しく改良されていることが分かる。 【表3】 なお、図4では偏光板の軸として吸収軸を使ったが、偏
光軸を使用してもほとんど同様の結果が得られた。また
実施例ではPCH系を主成分とする混合液晶を使用した
が、他の種類の正の誘電異方性を持つネマチック液晶で
も同様の効果が得られることは言うまでもない。さらに
コントラスト改良および色調整のために、液晶に色素を
添加することも可能であるが、本発明の基本的な作用効
果が変らないことは言うまでもない。なお、以上の例で
は、らせん構造のねじれ方向を反時計回りとして説明し
たが、図5に示す如く、時計回りのねじれ方向の場合も
全く同じ作用効果が得られることは勿論である。また施
光性物質についてもラビング方向とねじれ方向との関係
を図1,図4および図5の如く保てば、その種類を限定
するものではないことは言うまでもない。 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来全く不可能であった高時分割駆動特性を実現すること
ができ、時分割数100以上の高時分割駆動においても
高品質の表示特性を持つ液晶表示素子が得られる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a field effect type liquid crystal display device having excellent time division driving characteristics. 2. Description of the Related Art A conventional liquid crystal display element called a twisted nematic type has a 90-degree twisted helical structure formed by a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy between two electrode substrates. Outside the electrode substrate, a polarizing plate is arranged so that its polarization axis (or absorption axis) is substantially parallel to liquid crystal molecules adjacent to the electrode substrate (Japanese Patent Publication No. 51-13666). In order to orient the liquid crystal molecules so as to form a helical structure twisted by 90 degrees between two electrode substrates, for example, a method of rubbing the surface of the electrode substrate in contact with the liquid crystal in one direction with a cloth or a so-called rubbing method is used. Done. The rubbing direction at this time, that is, the rubbing direction is the alignment direction of the liquid crystal molecules. The two electrode substrates thus oriented are opposed to each other with a gap so that their rubbing directions cross each other at substantially 90 degrees, and the two electrode substrates are bonded with a sealant. When a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is enclosed, the liquid crystal molecules have a helical molecular arrangement rotated by approximately 90 degrees between the electrode substrates. Polarizing plates are provided above and below the liquid crystal cell thus configured, and their polarization axes or absorption axes are made substantially parallel to the arrangement direction of liquid crystal molecules adjacent to each electrode substrate. here,
The definition of the amount representing the time-division driving characteristic required for the following description will be briefly described. FIG. 6 shows typical voltage-luminance characteristics of a conventional liquid crystal display device having a helical structure of liquid crystal molecules twisted by 90 degrees. This is the relative value of the reflection luminance with respect to the applied voltage. The initial value of the luminance (when no voltage is applied) is set to 100%, and the final value (when no light is reflected or transmitted) is set to 0%. ing. In practice, if it is 80% or more, the pixels are sufficiently bright and the liquid crystal is not lit,
If it is 20% or less, the pixel may be in a sufficiently dark lighting state. Hereinafter, in this specification, the relative luminance is 80%, 2
The voltages that become 0% are referred to as a threshold voltage Vth and a saturation voltage Vsat, respectively. Furthermore, the electro-optical characteristics of the liquid crystal display element vary depending on the viewing direction, and this characteristic limits the field of view from which good display quality can be obtained. Here, the definition of the viewing angle φ will be described with reference to FIG. In the figure, the rubbing direction of the upper electrode substrate 11 of the liquid crystal display element 1 is 2, the rubbing direction of the lower electrode substrate 12 is 3, and the twist angle of liquid crystal molecules is 4. The surface of the liquid crystal display element 1 has rectangular coordinates XY.
Axis, the X-axis direction is defined as the direction that bisects the twist angle 4 of the liquid crystal molecules, the Z-axis is defined as the normal direction of the XY plane, and the angle at which the observation direction 5 is the Z-axis is defined as the viewing angle φ. . Further, when φ shown in FIG. 7 is positive and the contrast is high when viewed from such a direction, such a direction is referred to as a viewing direction. In FIG. 6, the luminance at diopter φ = 10 degrees is 8
When the voltage at which the voltage becomes 0% is Vth 1 , the voltage at which the voltage becomes 20% is Vsat 1, and the voltage at which the luminance at a diopter φ = 40 degrees becomes 80% is Vth 2 , the rising characteristic γ, the angle characteristic Δφ, and time division The function m is defined as follows. γ = Vsat 1 / Vth 1 Δφ = Vth 2 / Vth 1 m = Vth 2 / Vsat 1 The time-division driving characteristic of the conventional liquid crystal display element is as follows: the refractive index anisotropy of the liquid crystal is Δn, and the gap between the upper and lower electrode substrates is d. Δn
D is good (small) and Δφ is bad (small) when Δn · d is large (for example, 0.8 μm or more). On the other hand, when Δn · d is small (for example, 0.
(8 μm or less), γ is poor (large) and Δφ is good (large). However, when compared with time division capability m, Δn
-Shows almost the same value regardless of the magnitude of d. Table 1 shows the above specific examples. [Table 1] Here, the time division driving will be briefly described by taking a dot matrix display as an example. As shown in FIG. 8, stripe-shaped Y electrodes (signal electrodes) 13 are formed on the lower electrode substrate 12 of FIG. 7, and X electrodes (scanning electrodes) 14 are formed on the upper electrode substrate 11 in the same manner. The liquid crystal at the intersection of the X, Y and Y electrodes is turned on or off. In the figure, n scanning electrodes are represented by X 1 , X 2 ,... Xn, X 1 ,
X 2 · · · · · Xn and repeated repeated line sequential scanning division driving time to. When a certain scanning electrode is selected, all the pixels on that electrode are applied to the signal electrodes 13 as Y 1 , Y 2 ,
········································································· Selected or non-selected display signals are added simultaneously according to the signal to be displayed. In this way, lighting or non-lighting of the intersection is selected by the combination of the voltage pulse applied to the scanning electrode and the signal electrode. The number n of the scanning electrodes X in this case corresponds to the number of time divisions. In a conventional liquid crystal display device, only the time-division driving characteristics as shown in Table 1 can be obtained, so that the number of time-division 32 or 64 is practically limited. However, in recent years, demands for improving the image quality of liquid crystal display elements and increasing the amount of display information have become severe, and the required specifications have not been satisfied. An object of the present invention is to achieve a very excellent time-division driving characteristic by taking a cell structure completely different from that of the conventional liquid crystal display element and controlling the twist pitch of the liquid crystal and the thickness of the liquid crystal layer to specific ranges. Another object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having good image quality even when the number of time divisions is 100 or more. In order to achieve the above object, a liquid crystal display device according to the present invention has a twisted helical pitch of a liquid crystal material and a thickness of a liquid crystal layer defined in a specific relationship. The helix angle of the helical structure of the liquid crystal molecules is in the range of 140 to 250 degrees, a pair of polarizing plates is provided before and after the helical structure of the liquid crystal molecules, and the absorption axes (or polarization axes) of the polarizing plates are attached to the electrode substrate. The liquid crystal molecules are arranged so as to be shifted by a certain angle with respect to the alignment direction of adjacent liquid crystal molecules. In the liquid crystal display device of the present invention, the helix angle of the helix structure of the liquid crystal molecules is set in the range of 140 to 250 degrees, and the ratio between the helix helix pitch of the liquid crystal material and the thickness of the liquid crystal layer has a specific relationship. And the absorption axis (or polarization axis) of the polarizing plate and the orientation direction of the liquid crystal molecules are defined in a specific angle relationship, the applied voltage-light transmittance characteristic curve becomes steep, and the light scattering phenomenon occurs. Can be prevented, so that the time-division driving characteristics can be greatly improved and a high-contrast display can be achieved. Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an arrangement direction (rubbing direction) of liquid crystal molecules, a twist direction of liquid crystal molecules, and an absorption axis (or polarization axis) direction of a polarizing plate when the liquid crystal display element according to the present invention is viewed from above. In this case, the liquid crystal molecules are twisted counterclockwise by an angle α from the rubbing direction 6 of the upper electrode substrate to the rubbing direction 7 of the lower electrode substrate. The angle β 1 between the rubbing direction 6 of the upper electrode substrate and the absorption axis (or polarization axis) 8 of the upper polarizer is defined by the twist direction 10 of the liquid crystal molecules (in this case, the rubbing direction 6 of the upper electrode substrate). taken same counterclockwise direction), similarly defined as the angle beta 2 also beta 1 and the absorption axis (or polarization axis) 9 of the lower rubbing direction 7 of the electrode substrate and the lower polarizing plate. Here, plus an angle of an integral multiple of beta 1 or beta 2 to 180 degrees, it goes without saying that equivalent to beta 1 and beta 2. Hereinafter, the values of β 1 and β 2 are represented by the minimum value of the equivalent angle group. Further, the twist direction 10 and the twist angle α of the liquid crystal molecules are defined by the rubbing direction 6 of the upper electrode substrate, the rubbing direction 7 of the lower electrode substrate, and the type and amount of the light-emitting substance added to the nematic liquid crystal. Hereinafter, in order to simplify the description, as the light-emitting substance to be added, for example, Merck S81 represented by the following formula:
1 As shown in FIG. 1, a case having the same intrinsic twist direction as the twist direction 10 in FIG. 1 is considered. Generally, a nematic liquid crystal to which a light-emitting substance is added has a helical pitch P (μm) according to the type and the amount of the light-emitting substance. That is, the liquid crystal molecules are naturally twisted by 360 degrees while traveling the distance P in the helical axis direction. Assuming that the concentration of the light-emitting substance added to the nematic liquid crystal is C (%), there is a relationship of PC = constant. Therefore, when an arbitrary distance d (μm) is taken, the liquid crystal molecules are twisted by 360 d / P degrees between them. However, in an actual liquid crystal display device, since the alignment direction of the liquid crystal molecules at the boundary is forcibly restricted by the rubbing direction, only the twist determined by the upper and lower rubbing directions is allowed. This will be described with reference to FIG. In the figure, when the target twist is 10 and the twist angle is α, and when the thickness of the liquid crystal layer is d (μm), the helical pitch P of the liquid crystal is obtained.
Satisfying the relationship of α ≒ 360 d / P, it can be easily understood that the liquid crystal molecules have the desired twist 10. But d
The torsion when / P becomes very small becomes torsion 20 in the figure, and the twist when d / P becomes very large becomes torsion 30 in the figure. As described above, in an actual liquid crystal display element, even if d / P continuously changes, the twist can only take a discrete state. Here, the case of the twist 10 is called a normal twist, the case of the twist 20 is called an under twist, and the case of the twist 30 is called an over twist. Here, the condition that the twist becomes 20 under twist is d / P <(α−90) / 360, and the condition that the twist becomes 30 over twist is d / P> (α + 90) / 360. Therefore, the condition that the twist becomes 10 normal twists is (α−90) / 360 ≦ d / P ≦ (α + 90) / 360. By keeping d / P within this range, the desired twist of the liquid crystal molecules can be obtained. However, during various experiments, it was found that, even with a normal twist (normal twist), when a voltage is applied, there is an alignment state that scatters light when a voltage is applied. When the display is in an alignment state that scatters light, the contrast of the display is significantly deteriorated, so that the display is not practical. As a result of more detailed experimental studies, the conditions under which the liquid crystal is defined by the rubbing directions of the upper and lower electrode substrates are determined to have a normal twisted structure and not produce an alignment state that scatters light when voltage is applied. It has been found that the relationship between the torsion angle α of the molecule and d / P needs to satisfy the range shown by the shaded region in FIG. Specifically, the lower limit of d / P is given by (α-90) / 360, and the upper limit slightly changes with α, but is at least 0.6 or less. As is apparent from FIG. 3, the maximum value of the twist angle α of the liquid crystal molecules is also limited, and is limited to 250 degrees, and the upper limit that can be realized more practically stably is 240 degrees. The lower limit of the twist angle α of the liquid crystal molecules is limited by the twist angle dependence of the display color of the liquid crystal display element and the time-sharing drive characteristic, and the lower limit is 140 degrees. Therefore, the lower limit of d / P is naturally determined to be 0.14. In the figure, area A,
B and C indicate under and normal overtwist areas, respectively. The experimental results shown in FIG. 3 indicate that the alignment method of the liquid crystal molecules is polyimide or the like (for example, polyimide isoindoloquinazolinedione (JP-B-58-23610)) or polyimide benzimidazopyrololone (JP-A-54-133358). JP-A-2002-209686), which is obtained by rubbing an organic film, in which the tilt angle becomes 6 degrees or less, and can be applied to a liquid crystal display element using a liquid crystal molecule alignment method similar to at least this method. In FIG. 1, the angle β 1 between the absorption axis (or polarization axis) 8 of the upper polarizer and the rubbing direction 6 of the upper electrode substrate, the absorption axis (or polarization axis) 9 of the lower polarizer and the rubbing of the lower electrode substrate. The angle β 2 formed with the direction 7 is preferably set in the range of 20 to 70 degrees, more preferably in the range of 30 to 60 degrees, in consideration of the time-sharing drive characteristics, display brightness, color, and the like. Is desirable. In FIG. 1, β 1 and β 2 are defined with the twist direction 10 of the liquid crystal molecules being counterclockwise. However, even when the twist direction of the liquid crystal molecules is clockwise, how to take β 1 and β 2 is clockwise. It goes without saying that it is the same if it is adjusted in the turning direction. Further, the liquid crystal display device according to the present invention exhibits a remarkable Δn · d dependency, and preferably 0.8 μm ≦ Δn · d ≦ 1.2 μm in terms of time-division driving characteristics, contrast, brightness and color. It is particularly preferable to satisfy the condition of 0.9 μm ≦ Δn · d ≦ 1.1 μm. Here, the value of Δn generally has wavelength dependence, and tends to be large on the short wavelength side and small on the long wavelength side. The value of Δn used in this specification is obtained by using a He—Ne laser beam (wavelength: 6328 °).
Since it was measured at 25 ° C., the value of Δn · d in the present specification slightly changed when measured at another wavelength. Here, the structure and measurement results of a specific example of the liquid crystal display device according to the present invention will be described. FIG. 4 shows the relationship between the structure, that is, the rubbing direction of the electrode substrate, the twist direction and angle of the helical structure of the liquid crystal molecules, and the absorption axis of the polarizing plate. The liquid crystal used is a nematic liquid crystal containing a phenylcyclohexane (PCH) liquid crystal as a main component, and has a d / P of about 0.4 depending on the thickness of the liquid crystal layer as a light-transmitting substance.
In this case, 0.4 to 0.9% by weight is added. Δn of this mixed liquid crystal is 0.143.
In FIG. 4, the angle between the rubbing directions 6 and 7 of the upper and lower electrode substrates is 180 degrees, and the light-emitting substance S81 is formed.
By 1, the twist direction is 10, and the twist angle α is 180 degrees. The rubbing directions 6 and 7 and the absorption axes 8 and 9 of the polarizing plate
Angle beta 1 with, beta 2 is 45 degrees either. With the above cell structure, a liquid crystal cell was formed in which Δn · d was changed by changing the thickness d of the liquid crystal layer, and the color and brightness were observed.
Table 2 shows the representative results. [Table 2] From this result, it was found that both the brightness and the color were at a level that did not cause a problem as a display element when Δn · d was around 1 μm. From a more detailed study of Δn · d, it was found that there was no practical problem when Δn · d was in the range of 0.8 μm to 1.2 μm. Next, Table 3 shows the results of measuring the time-division driving characteristics of the liquid crystal cell having Δn · d = 1 μm. It can be seen that all of γ, Δφ, and m are significantly improved as compared with the conventional liquid crystal display element shown in Table 1. [Table 3] Although the absorption axis was used as the axis of the polarizing plate in FIG. 4, almost the same result was obtained even when the polarization axis was used. Further, in the embodiment, a mixed liquid crystal containing PCH as a main component was used, but it is needless to say that the same effect can be obtained with another kind of nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy. It is also possible to add a dye to the liquid crystal in order to improve the contrast and adjust the color, but it goes without saying that the basic effects of the present invention are not changed. In the above example, the twist direction of the helical structure is described as counterclockwise. However, as shown in FIG. 5, it is needless to say that the same effect can be obtained in the case of a clockwise twist direction. Needless to say, the type of the light-emitting substance is not limited as long as the relationship between the rubbing direction and the twisting direction is maintained as shown in FIGS. 1, 4 and 5. As described above, according to the present invention, it is possible to realize a high time-division driving characteristic which has never been possible in the past, and to achieve high quality even in high-time-division driving with 100 or more time divisions. A liquid crystal display element having display characteristics can be obtained.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明になる液晶表示素子の液晶分子の配列方
向,液晶のねじれ方向および偏光板の軸方向の関係を示
す説明図である。 【図2】液晶分子の起り得るねじれ角を示す説明図であ
る。 【図3】本発明におけるねじれ角αとd/Pの関係の許
容範囲を示す説明図である。 【図4】本発明による液晶表示素子の第一の実施例にお
ける液晶分子の配列方向,液晶のねじれ方向および偏光
板の軸方向の関係を示す説明図である。 【図5】本発明による液晶表示素子の第二の実施例にお
ける液晶分子の配列方向,液晶のねじれ方向および偏光
板の軸方向の関係を示す説明図である。 【図6】時分割駆動特性の定義に用いられる液晶表示電
子の電圧−輝度特性を示す説明図である。 【図7】時分割駆動特性の測定方向を定義する説明図で
ある。 【図8】時分割駆動を説明する図である。 【符号の説明】 1・・・液晶表示素子、2,6・・・上側電極基板のラ
ビング方向、3,7・・・下側電極基板のラビング方
向、4,10・・・液晶分子のねじれ方向(ノーマルツ
イスト)、8・・・上側偏光板の吸収軸あるいは偏光軸
方向、9・・・下側偏光板の吸収軸あるいは偏光軸方
向、11・・・上側電極基板、12・・・下側電極基
板、20・・・d/Pが小さい場合のねじれ(アンダー
ツイスト)、30・・・d/Pが大きい場合のねじれ
(オーバーツイスト)。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram showing the relationship among the alignment direction of liquid crystal molecules, the twist direction of liquid crystal, and the axial direction of a polarizing plate of a liquid crystal display element according to the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a possible twist angle of a liquid crystal molecule. FIG. 3 is an explanatory diagram showing an allowable range of a relationship between a twist angle α and d / P in the present invention. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship among the alignment direction of liquid crystal molecules, the twist direction of liquid crystal, and the axial direction of a polarizing plate in the first embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship among the arrangement direction of liquid crystal molecules, the twist direction of liquid crystal, and the axial direction of a polarizing plate in a second embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention. FIG. 6 is an explanatory diagram showing voltage-luminance characteristics of liquid crystal display electrons used for defining time-division driving characteristics. FIG. 7 is an explanatory diagram that defines a measurement direction of a time-division driving characteristic. FIG. 8 is a diagram illustrating time-division driving. [Description of Signs] 1 ... Liquid crystal display element, 2,6 ... Rubbing direction of upper electrode substrate, 3,7 ... Rubbing direction of lower electrode substrate, 4,10 ... Twist of liquid crystal molecules Direction (normal twist), 8: direction of absorption axis or polarization axis of upper polarizing plate, 9: direction of absorption axis or polarization axis of lower polarizing plate, 11: upper electrode substrate, 12: lower Twisting when the side electrode substrate, 20... D / P is small (under twist), and twisting when 30... D / P is large (over twist).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 眞二 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所茂原工場内 (72)発明者 花田 良雄 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日 立製作所茂原工場内 (56)参考文献 欧州公開131216(EP,A1)   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Shinji Hasegawa               3300 Hayano Mobara-shi, Chiba Sun               Inside the Mobara factory (72) Inventor Yoshio Hanada               3300 Hayano Mobara-shi, Chiba Sun               Inside the Mobara factory                (56) References European Publication 131216 (EP, A1)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.液晶層を介して相互に対向配置される上側電極基板
と下側電極基板と、上記上側電極基板の外側に配置され
た上偏光板と、上記下側電極基板の外側に配置された下
偏光板とから構成される液晶表示素子であって、 上記上側電極基板の上記液晶層側に形成されたストライ
プ状の走査電極と上記下側電極基板の上記液晶層側に形
成されたストライプ状の信号電極とは交差するように対
向配置され、100以上の時分割数の時分割駆動により
繰り返し線順次走査される上記走査電極が選択のための
表示信号が印加された時に、表示内容に応じた表示信号
が該当する信号電極に印加されるようにし、 上記液晶層の液晶は正の誘電異方性を有し、施光性物質
が添加されたフェニルシクロヘキサン系混合ネマチック
液晶が、その厚さ方向に下限として140度から安定駆
動のための上限としての240度近傍の角度αねじれた
螺旋構造を形成しており、更に、上記液晶の上記上側電
極基板界面の液晶分子配列及び上記下側電極基板界面の
液晶分子配列は全てラビング配向処理によってチルト角
が6度以下で配向するように規定され、 かつ、上記液晶層の厚みd(μm)と上記液晶のらせん
ピッチP(μm)との比であるd/Pの値が、(α−9
0)/360≦d/P≦0.6の範囲に設定され、 上記上偏光板の偏光軸あるいは吸収軸の方向と該上偏光
板に隣接する上記上側電極基板界面の液晶分子配列方向
とがなす角度を20〜70度の範囲とし、 かつ、上記下偏光板の偏光軸あるいは吸収軸の方向が該
下偏光板に隣接する上記下側電極基板界面の液晶分子配
列方向からずれる角度を、上記上偏光板の偏光軸あるい
は吸収軸の方向が該上偏光板に隣接する上記上側電極基
板界面の液晶分子配列方向となす角度の方向と平面的に
みて同一方向に20〜70度の範囲とし、 上記液晶層の厚みd(μm)と上記液晶の屈折率異方性
Δnとの積Δn・dが0.8〜1.2μmの範囲にある
ことを特徴とする液晶表示素子。 2.前記上偏光板の偏光軸あるいは吸収軸の方向と該上
偏光板に隣接する前記上側電極基板界面の液晶分子配列
方向との角度を30〜60度の範囲内でずらし、かつ、
前記下偏光板の偏光軸あるいは吸収軸の方向と該下偏光
板に隣接する前記下側電極基板界面の液晶分子配列方向
との角度を30〜60度の範囲内でずらしたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の液晶表示素子。
(57) [Claims] An upper electrode substrate and a lower electrode substrate that are arranged to face each other via a liquid crystal layer, an upper polarizer disposed outside the upper electrode substrate, and a lower polarizer disposed outside the lower electrode substrate And a striped scanning electrode formed on the liquid crystal layer side of the upper electrode substrate and a striped signal electrode formed on the liquid crystal layer side of the lower electrode substrate. When a display signal for selection is applied to the scanning electrodes which are arranged opposite to each other so as to intersect and are repeatedly line-sequentially scanned by time division driving of 100 or more time divisions, a display signal corresponding to display contents Is applied to the corresponding signal electrode, the liquid crystal of the liquid crystal layer has a positive dielectric anisotropy, and a phenylcyclohexane-based mixed nematic liquid crystal to which a light-emitting substance is added has a lower limit in the thickness direction. As one It forms a spiral structure twisted at an angle α in the vicinity of 240 degrees as an upper limit for stable driving from 0 degrees, and furthermore, a liquid crystal molecule arrangement of the liquid crystal at the upper electrode substrate interface and the liquid crystal at the lower electrode substrate interface. All the molecular arrangements are defined by the rubbing alignment treatment so as to be oriented at a tilt angle of 6 degrees or less, and d / is the ratio of the liquid crystal layer thickness d (μm) to the liquid crystal helical pitch P (μm). When the value of P is (α-9)
0) /360≦d/P≦0.6, and the direction of the polarization axis or absorption axis of the upper polarizing plate and the liquid crystal molecule alignment direction at the interface of the upper electrode substrate adjacent to the upper polarizing plate are set. The angle formed is in the range of 20 to 70 degrees, and the angle at which the direction of the polarization axis or the absorption axis of the lower polarizing plate deviates from the liquid crystal molecule alignment direction at the interface of the lower electrode substrate adjacent to the lower polarizing plate, The direction of the polarization axis or the absorption axis of the upper polarizer is 20 to 70 degrees in the same direction when viewed in a plane with the direction of the angle formed by the liquid crystal molecule alignment direction at the interface of the upper electrode substrate adjacent to the upper polarizer, A liquid crystal display device characterized in that the product Δnd · d of the thickness d (μm) of the liquid crystal layer and the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal is in the range of 0.8 to 1.2 μm. 2. The angle between the direction of the polarization axis or absorption axis of the upper polarizing plate and the liquid crystal molecule alignment direction at the interface of the upper electrode substrate adjacent to the upper polarizing plate is shifted within a range of 30 to 60 degrees, and
The angle between the direction of the polarization axis or absorption axis of the lower polarizing plate and the liquid crystal molecule alignment direction at the interface of the lower electrode substrate adjacent to the lower polarizing plate is shifted within a range of 30 to 60 degrees. The liquid crystal display device according to claim 1.
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