JP2749846B2

JP2749846B2 - 液晶表示素子

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Publication number: JP2749846B2
Application number: JP63325297A
Authority: JP
Inventors: 治雄飯村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1988-12-23
Publication date: 1998-05-13
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JPH02170121A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、一対の基板間で液晶層中の液晶分子が大き
くねじれた構造を持つ液晶表示素子に関する。

従来の技術近年、液晶表示素子の開発・研究は目覚ましいものが
あり、例えば、従来一般的なTN型（ツイステツド・ネマ
チツク型）に代わるものとして、STN型（スーパ・ツイ
ステツド・ネマチツク型）の液晶表示素子がある。この
STN型の液晶表示素子では、一対の基板間で液晶分子が
大きくねじれた構造を持ち、基板上の液晶分子配向方向
と各偏光子の透過軸（又は吸収軸）とを所定角ずらして
複屈折効果を持たせたものである。

このようなSTN型液晶表示素子によれば、閾値電圧近
傍で液晶配向方向が変化し、上記の複屈折効果によつて
駆動電圧により表示色が変化するので、電圧による輝度
変化が急峻で時分割特性に優れたものである。

ところが、STN型液晶表示素子は、液晶の複屈折効果
を利用しているため、液晶セルが着色し、カラー化が困
難である。また、液晶セル厚のわずかな変動によつて液
晶セル内の色調の不均一が生じてしまう。

このようなことから、最近では、さらに偏光板の角
度、リターデーシヨンの値を調整することにより、STN
型液晶表示素子を白黒化したOMI（オプチカル・モード
・インタフエアレンス）型液晶表示素子が開発・研究さ
れている（例えば、“SID 87 DIGEST"中の"20.1:The Op
tical Mode Interference Liquid−Crystal Display:De
pendence on Material and Cell Parameters"p372〜375
や、“20.6:High−Display Performance Black and Whi
te Supertwisted Nematic LCD"p391〜394参照）。

発明が解決しようとする課題ところが、このようなOMI型液晶表示素子もSTN型液晶
表示素子と同様に、液晶の複屈折性を利用しているた
め、液晶層の厚さｄと液晶の屈折率異方性Δｎとの積Δ
tn・ｄに応じて表示色が変化するものである。ここに、
Δｎ・ｄは視角方向、即ち、液晶表示素子を見る方向に
より、その見掛けの値が変化する。従つて、見る方向に
より、表示の色が異なつて見えるという問題がある。

課題を解決するための手段正の誘電異方性を有する液晶組成物からなる液晶層を
各々電極を備えた一対の基板間に挾持させ、前記液晶層
中の液晶分子を電圧非印加時に前記基板に対して略平行
となる状態に配向し、かつ、この液晶分子を一対の基板
間で液晶層の厚み方向に160度以上ねじれた構造とし、
前記液晶組成物の常温時の屈折率異方性Δｎと液晶層厚
ｄの積Δｎ・ｄをΔｎ・ｄ＝0.4〜0.9μｍとした液晶セ
ルを設け、この液晶セルの両側に一対の偏光子を設け、
前記液晶セルの一方の基板に近接した一方の偏光子の透
過軸から前記液晶セルの他方の基板に近接した他方の偏
光子の透過軸への角度を、一方の基板から他方の基板へ
の液晶分子のねじれの向きに対し60〜90度の範囲とし、
かつ、液晶層の厚みの中心における液晶分子の方向と一
対の偏光子の透過軸同士の二等分線とのなす角度を30〜
60度の範囲とした液晶表示素子において、少なくとも一
方の前記液晶層と偏光子との間に屈折率異方性及び透光
性を有する複屈折層を設け、この複屈折層に近接した偏
光子の透過軸又は吸収軸の方向に対して複屈折層面内の
最大屈折率の方向がなす角度を５度以内とした。

作用 STN型液晶表示素子をベースとした液晶表示素子で、
液晶分子のねじれ角、一対の偏光子に関連した透過軸等
の角度、Δｎ・ｄの値等を、上記の如く、所定値に設定
することにより、閾値近傍における電圧−透過率特性の
急峻性が確保されて時分割駆動時のコントラストが確保
されることになる。この時、複屈折層が存在することに
より、液晶セルの視角による色変化も小さいものとな
る。この際の表示コントラストの低下は、複屈折層に近
接した偏光子の透過軸又は吸収軸の方向に対して複屈折
層面内の最大屈折率の方向がなす角度が５度以内という
条件付けにより防止される。よつて、視角による色変化
が小さくて、視角特性がよく、高コントラストな表示が
なされることになる。

実施例本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

まず、本実施例の液晶セル１は、透明電極２と配向膜
３とが形成された基板４と、透明電極５と配向膜６とが
形成された基板７とを、互いに略平行に対向配置させ、
これらの配向膜3,6間に液晶を封入して液晶層８とした
構造からなる。ここに、液晶層８を挾持する一対の基板
4,7の内面側の電極2,5は、例えばドツトマトリツクスを
構成するように異なる方向に短冊状に形成されている。
また、９はキヤツプ材、10はシール材を示す。このよう
な液晶セル１の両側には一対の偏光子となる偏光板11,1
2が設けられている。これらの一対の偏光板11,12は互い
に略平行で、かつ、液晶セル１を挾むように配設されて
いる。

しかして、一方の偏光板11と液晶層８との間、本実施
例では、偏光板11と基板４との間に位置させて、複屈折
層13が設けられている。もつとも、これとは逆に、他方
の偏光板12と基板７との間、あるいは偏光板11と基板４
との間、及び偏光板12と基板７との間に各々１枚ずつ、
複屈折層を設けるようにしてもよい。

又は、第２図に示すように、一方の基板4Aが複屈折層
を兼ねる液晶セル1Aとしたものでもよい。この場合も、
基板７側を複屈折層を兼ねるものとして構成してもよ
く、両方の基板をともに複屈折層を兼ねるものとして構
成してもよい。さらには、液晶セル１の両側に複屈折層
を設ける場合であれば、一方を第１図に準じて基板とは
別体で設け、他方を第２図に準じて基板一体のものとし
て設けてもよい。

ここに、各構成要素の詳細を説明する。

まず、基板4,7としては、ガラス、プラスチツクフイ
ルム等の透光性基板が用いられる。配向膜3,6として
は、ポリアミド、ポリイミドなどの高分子皮膜等にラビ
ング処理を施した周知のものが用いられる。液晶層８を
構成する液晶としては、正の異方性を有する液晶組成物
からなるものが用いられる。代表的なものとして、ｐ型
ネマチツク液晶にカイラルネマチツク液晶又はコレステ
リツク液晶を混入した混合液晶がある。

また、複屈折層13は屈折率異方性及び透光性を有する
ものである。具体的には、ポリエステル、ポリカーボネ
イト、ポリアリレート、ポリエーテルエチルケトン、ポ
リスルホン、ポリエーテルスルホン等の芳香族高分子
や、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフイン
系高分子、塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポ
リスチレン、アクリル樹脂等のビニル系高分子、セルロ
ース及びその誘導体例えば再生セルロース（セロハ
ン）、トジアセチルセルロース、トリアセチルセルロー
ス等の各高分子の延伸又は押出し成形フイルム等が用い
られる。また、雲母、方解石、水晶等の結晶の薄片を光
学軸に平行な面で切り出したものでもよい。これらの
内、大面積のものが容易に得られるという点で、高分子
系のものが特に好ましい。このような複屈折層13は前述
したように基板と別体・一体のいずれでもよいが、一体
的な場合には蒸着等により基板上に形成してもよい。さ
らには、基板側でなく、偏光板の保護フイルムとして複
屈折層を有するフイルムを用いるようにしてもよい。

ところで、液晶層８の液晶分子は、基板4,7面に略平
行、即ち、分子構造が基板面に略平行となるように配向
されており、かつ、ねじれ構造をとつている。この点に
つき、第３図を参照してさらに説明する。この第３図
は、液晶表示素子に関する角度関係を、上の偏光板11側
から見た状態として示すものであり、下側、即ち、基板
７側から上方へ向かつて右回りの螺旋構造をとる場合を
示している。図中、4rは上側の基板４上の液晶分子の配
向方向、7rは下側の基板７上の液晶分子の配向方向、MP
は液晶層８の厚みの中心における液晶分子の方向、11a
は上側の偏光板11の透過軸、12aは下側の偏光板12の透
過軸、14は上下偏光板11,12の透過軸の二等分線を示
す。また、下側の基板７から上側の基板４への液晶分子
のねじれの向きを正とし、下側の偏光板12の透過軸12a
から上側の偏光板11の透過軸11aへの角度をβとし、二
等分線14から液晶層８の厚みの中心にける液晶分子の方
向MPへの角度をγ、液晶層８のねじれ角（ツイスト角）
をαと定義する。

ここに、液晶層８のツイスト角αが小さいと、閾値近
傍における電圧−透過率特性の急峻性が低下し、時分割
駆動時のコントラストが低下してしまうので、このツイ
スト角αは160度以上とすることが必要である。また、
液晶セルの色が非選択時に白色、選択時に黒色となり、
コントラストのよい表示を得るために、偏光板11,12に
関連する角度β，γ及びΔｎ・ｄの値は、各々、 60゜≦β≦90゜ 30≦｜γ｜≦60゜ 0.4μｍ≦Δｎ・ｄ≦0.9μｍのように設定する必要がある。

しかして、第４図に示すように、複屈折層13（若しく
は、複屈折層を有する基板4A）の層面内における最大屈
折率方向をｘ方向とし、複屈折層13について板面内でｘ
方向に直交する方向をｙ方向、これらのx,y方向に直交
する方向、即ち、複屈折層13の厚み方向をｚ方向とし、
これらの各方向における屈折率を各々n_x,n_y,n_zとする。
また、視角方向を第５図のように定義する。即ち、基板
平面に直交する方向をＮ、この方向Ｎと入射光方向のな
す角をθ、入射光の基板平面への射影と方向MPとのなす
角をφとする。従つて、視角方向はθとφとによつて定
まる。

本実施例のように、液晶層８と偏光板11との間に複屈
折層13を設けることにより、後述するように、液晶セル
１の視角による変化を小さくすることができるが、上記
の最大屈折率方向ｘと偏光板11の透過軸（又は、吸収
軸）とがずれると、表示のコントラストが低下してしま
うので、複屈折層13の最大屈折率方向ｘと偏光板11の透
過軸（又は、吸収軸）とのなす角度を５度以下に設定す
る必要がある。

ここで、従来のOMI型液晶表示素子の視角による色変
化の測定例を第７図の（u,v）色度図に示す。この液晶
表示素子のセルパラメータは、α＝240゜、β＝80゜、
γ＝45゜、Δｎ・ｄ＝0.67μｍである。図示結果のよう
に、従来のOMI型液晶表示素子は、視角方向によつて表
示色が変化するが、正面（θ＝０゜）における表示色と
の色の違いを次式により定義するΔEuv（θ）によつて
評価する。

Euv（θ）＝〔（ｕ（θ）−ｕ（０））^２＋（ｖ（θ）−ｖ（０））^２〕^1/2 ここに、（ｕ（θ）,v（θ））は視覚がθの時の（u,
v）色度座標で、（ｕ（０）,v（０））はθ＝０゜の時
の（u,v）色度座標で、ΔEuv（θ）が大きいほど、視角
による色変化が大きいことを示す。

一方、第１図や第２図のような、本実施例の構成によ
る液晶表示素子について、上記のようなΔEuv（θ）に
よる評価を行なつた結果を説明する。各液晶表示素子
は、複屈折層の配置（第１図のように液晶セル１と別体
か、第２図のように基板4Aを兼ねるか）の違いの他は、
同一のセルパラメータを有し、かつ、第７図に用いた液
晶表示素子のセルパラメータとも同一である。このよう
な条件下に、複屈折層13（複屈折層を有する基板4Aを含
む）のｘ方向と偏光板11の透過軸（又は、吸収軸）とを
一致させて配置させた場合と、複屈折層を持たない場合
との各々について、φ＝０゜,90゜の２例の、ΔEuv
（θ）のθ依存性を第６図に示す。ここに、複屈折層13
の屈折率は、n_x＝1.69、n_y＝1.59、n_z＝1.5207、Δｎ・
ｄ＝10μｍである。この図によれば、複屈折層13がある
場合のほうが、ない場合に比べ、視角による色変化が小
さいことがわかる。そして、複屈折層８の最大屈折率方
向ｘと偏光板11の透過軸（又は、吸収軸）とのなす角度
を５度以下に設定することにより、表示のコントラスト
の低下が防止される。

以下、具体例を説明する。

具体例１ストライプ状のITO透明電極をガラス板上に形成し、
この透明電極上にポリアミドにより配向膜を形成し、こ
の配向膜にラビング処理を施したものを、基板4,7と
し、これらの基板4,7間にネマチツク液晶にカイラルネ
マチツク液晶を混合してなる液晶を封入して液晶セル１
とした。この液晶セル１の両側に偏光板11,12を配設し
た。セルパラメータはα＝240゜、β＝80゜、γ＝45
゜、Δｎ・ｄ＝0.67μｍである。しかして、複屈折層13
として、１軸延伸PETを液晶セル１と偏光板11との間
に、１軸延伸PETの面内最大屈折率方向と偏光板11の透
過軸とを一致させた状態で設け、第１図に示すような構
造の液晶表示素子を作製した。複屈折層13をなす１軸延
伸PETの屈折率及びΔｎ・ｄの値は、n_x＝1.6922、n_y＝
1.5903、n_z＝1.5207、Δｎ・ｄ＝10μｍである。このよ
うに作製された液晶表示素子は、複屈折層13をなす１軸
延伸PETを設けない場合に比して、視角による色変化が
小さくなつた。

具体例２ストライプ状のITO透明電極を形成した１軸延伸PETの
フイルム上にポリアミドにより配向膜を塗布形成し、こ
の配向膜をラビング処理して基板4A,7Aとした。これら
の基板4A,7A間にネマチツク液晶にカイラルネマチツク
液晶を混合してなる液晶を封入して液晶セル1Aとした
（即ち、第２図において、基板７側も１軸延伸PETのフ
イルムにより構成したものに相当し、7Aとして示すもの
である）。この液晶セル１の両側に偏光板11,12を配設
した。セルパラメータは、α＝220゜、β＝80゜、γ＝4
5゜、Δｎ・ｄ＝0.65μｍである。また、基板用の１軸
延伸PETフイルムの屈折率は、上記具体例１の複屈折層1
3用の１軸延伸PETの場合と同じである。このように作製
された液晶表示素子は、ガラス基板により構成したOMI
型の液晶表示素子（セルパラメータは同じ）の場合に比
して、視角による色変化が小さくなつた。

発明の効果本発明は、上述したように液晶表示素子において、少
なくとも一方の液晶層と偏光子との間に屈折率異方性及
び透光性を有する複屈折層を設け、この複屈折層に近接
した偏光子の透過軸又は吸収軸の方向に対して複屈折層
面内の最大屈折率の方向がなす角度を５度以内としたの
で、複屈折層が存在することにより、液晶セルの視角に
よる色変化を小さいものとすることができ、この際の表
示コントラストの低下は、複屈折層に近接した偏光子の
透過軸又は吸収軸の方向に対して複屈折層面内の最大屈
折率の方向がなす角度が５度以内という条件付けにより
防止でき、よつて、視角による色変化が小さくて、視角
特性がよく、高コントラストなる高品質の表示を行なわ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は液晶表
示素子の断面構造図、第２図は複屈折層の液晶セル一体
化構成例を示す液晶表示素子の断面構造図、第３図は各
部の角度関係を示す説明図、第４図は複屈折層について
の方向定義を示す斜視図、第５図は視角方向についての
定義を示す斜視図、第６図は複屈折層の有無によるΔEu
v（θ）のθ依存性を示す測定結果の特性図、第７図は
従来のOMI型液晶表示素子の視角による色変化特性図で
ある。 1,1A……液晶セル、２……電極、３……配向膜、４……
基板、4A……基板を兼ねた複屈折層、５……電極、６…
…配向膜、７……基板、８……液晶層、11,12……偏光
子、13……複屈折層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】正の誘電異方性を有する液晶組成物からな
る液晶層を各々電極を備えた一対の基板間に挾持させ、
前記液晶層中の液晶分子を電圧非印加時に前記基板に対
して略平行となる状態に配向し、かつ、この液晶分子を
一対の基板間で液晶層の厚み方向に160度以上ねじれた
構造とし、前記液晶組成物の常温時の屈折率異方性Δｎ
と液晶層厚ｄの積Δｎ・ｄをΔｎ・ｄ＝0.4〜0.9μｍと
した液晶セルを設け、この液晶セルの両側に一対の偏光
子を設け、前記液晶セルの一方の基板に近接した一方の
偏光子の透過軸から前記液晶セルの他方の基板に近接し
た他方の偏光子の透過軸への角度を、一方の基板から他
方の基板への液晶分子のねじれの向きに対し60〜90度の
範囲とし、かつ、液晶層の厚みの中心における液晶分子
の方向と一対の偏光子の透過軸同士の二等分線とのなす
角度を30〜60度の範囲とした液晶表示素子において、少
なくとも一方の前記液晶層と偏光子との間に屈折率異方
性及び透光性を有する複屈折層を設け、この複屈折層に
近接した偏光子の透過軸又は吸収軸の方向に対して複屈
折層面内の最大屈折率の方向がなす角度を５度以内とし
たことを特徴とする液晶表示素子。