JP2775823B2

JP2775823B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2775823B2
Application number: JP1073952A
Authority: JP
Inventors: 實赤塚; 祐二早田; 和利沢田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: JPH02253230A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、高密度表示に適した液晶表示素子に関する
ものである。

［従来の技術］従来、両電極間の液晶分子のツイスト角を大きくし
て、鋭い電圧−透過率変化を起し、高密度のドットマト
リクス表示をする方法として、スーパーツイスト素子
（T.J.Scheffer and J.Nehring,Appl.,Phys.,Lett.45
（10）1021−1023（1984））が知られていた。

しかし、この方法は用いられる液晶表示素子の液晶の
複屈折率Δｎと液晶層の厚みｄとの積Δｎ・ｄの値が実
質的に0.8〜1.2μｍの間にあり（特開昭60−10720
号）、表示色として、黄緑色と暗青色、青紫色と淡黄色
等、特定の色相の組み合せでのみ、良いコントラストが
得られていた。

このようにこの液晶表示素子では白黒表示ができなか
ったことにより、マイクロカラーフィルターと組み合せ
て、マルチカラー又はフルカラー表示ができない欠点が
あった。

一方、同様な方式を使用し、液晶の複屈折率と厚みと
の積Δｎ・ｄを0.6μｍ付近と小さく設定することによ
り、ほぼ白と黒に近い表示が得られる方式が提案されて
いる。（M.Schadtet al,Appl.Phys.Lett.50（５）,198
7,p.236）しかし、この方式を使用した場合においては表示が暗
く、かつ、最大コントラストがあまり大きくなく、青味
を帯びるため、表示の鮮明度に欠ける欠点があった。

また、白黒表示でかつコントラストの高い液晶表示素
子として、互いに逆らせんの液晶セルを２層積層し、一
方のセルのみ電圧を印加し、他方のセルは単なる光学的
な補償板として使用する方式が提案されている。（奥村
ほか、テレビジョン学会技術報告、11（27）,p.79,（19
87））しかし、この方式は２層セルでのΔｎ・ｄのマッチン
グが非常に厳しく、歩留りの向上が困難な上、液晶セル
が２層必要なため、液晶セルの薄く軽いという特長を犠
牲にしている欠点があった。

また、上述した２層セルの一方を１軸性の複屈折フィ
ルムで置き換え、白黒表示を可能にしたフィルム積層型
液晶表示素子も提案されている（特開昭63−271415号
等）。

［発明の解決しようとする課題］このような１軸性の複屈折フィルム方式のフィルム積
層型液晶表示素子でも、液晶セルの補償を１軸性の複屈
折フィルムで行っているので、垂直方向では見栄えが良
いが、斜め方向から見た場合に色付いたり、白黒が逆転
したりする欠点があった。このため、明るく、白黒度が
良く、かつ、視野角の広い液晶表示素子を、歩留り良く
生産することが困難であった。

明るく視野角の広い白黒表示素子は、単に特有な色付
きがなく見易いというだけでなく、カラーフィルターを
セル内部またはセル外部に形成して、従来通常の90゜ツ
イストのツイストネマチック（TN）素子で実現されてい
た様な、モノカラーまたはマルチカラーまたはフルカラ
ー表示を実現でき、薄く、軽く、低消費電力という特長
を発揮して、その市場が飛躍的に拡大すると予想され
る。

このため、コントラストがよく、明るく、かつ、視野
角の広い白黒表示素子を、歩留りよく生産できる液晶表
示素子が望まれていた。

［課題を解決するための手段］本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたもので
あり、ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の透
明電極付きの基板間に挟持された旋光性物質を含有した
誘電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が160
〜300゜の液晶層と、この液晶層を挟持する上下の基板
の透明電極間に電圧を印加する駆動手段とを有し、この
液晶層の外側に一対の偏光板を設置し、液晶層の両外側
であって一対の偏光板の内側に一対の複屈折板を配置し
た液晶表示素子において、液晶層での液晶の屈折率異方
性Δn₁と液晶層の厚みd₁との積Δn₁・d₁が0.4〜1.5μｍ
とされ、各複屈折板が３方向で屈折率が異なる複屈折板
であって、３個の主屈折率をn_x、n_y、n_zとし、n_x、n_yを
複屈折板面内方向の屈折率とし（n_x＞n_y）、n_zを複屈折
板の厚み方向の屈折率とした場合、n_x＞n_z＞n_yであるこ
とを特徴とする液晶表示素子を提供するものである。

本発明では、液晶層と偏光板との間の両側に、３個の
主屈折率をn_x、n_y、n_zとし、n_x、n_yを複屈折板面内方向
の屈折率とし（n_x＞n_y）、n_zを複屈折板の厚み方向の屈
折率とした場合、n_x＞n_z＞n_yとなるような関係を有する
複屈折板を配置したものである。

このため、液晶層は１層でよく、生産性を下げたり、
色ムラを起こしやすい第２の液晶層を設けなくても、明
るい白黒表示の液晶表示素子が容易に得られる。さら
に、１軸性の複屈折板を用いた場合に比して、斜め方向
から見た場合の表示の品位の劣化が少なく、視野角の広
い白黒表示の液晶表示素子が容易に得られる。

この液晶層は従来のスーパーツイスト液晶表示素子の
液晶層と同じ構成の液晶層であり、電極群が対向してお
り、これにより各ドット毎にオンオフを制御可能とされ
る。この液晶層のツイスト角は約160〜300゜とされる。

具体的には、ほぼ平行に配置された一対の透明電極基
板間に旋光性物質を含有した誘電異方性が正のネマチッ
ク液晶を挟持し、両電極間での液晶分子のツイスト角を
160〜300゜とすれば良い。これは、160゜未満では急峻
な透過率変化が必要とされる高デューティでの時分割駆
動をした際のコントラストの向上が少なく、逆に300゜
を越えるとヒステリシスや光を散乱するドメインを生じ
易いためである。

また液晶層の液晶の屈折率異方性（Δn₁）とこの液晶
層の厚み（d₁）との積Δn₁・d₁が0.4〜1.5μｍとされ
る。

これが、0.4μｍ未満では、オン時の透過率が低く、
青味がかった表示色になりやすく、また、1.5μｍを越
えると、オン時の色相が黄色から赤色を呈し、白黒表示
となりにくい。

特に、表示色の無彩色化が厳しく要求される用途で
は、液晶層のΔn₁・d₁は0.5〜1.0μｍとされることが好
ましい。

なお、このΔn₁・d₁の範囲は、その液晶表示素子の使
用温度範囲内で満足されるようにされることが好まし
く、使用温度範囲内で美しい表示が得られる。もっとも
外の性能の要求のために、使用温度範囲の一部でのみ、
この関係を満足するようにされることもありうる。この
場合には、Δn₁・d₁の範囲が上記範囲からはずれる温度
範囲では、表示が色付いたり、視野角特性が低下したり
することとなる。

所望のパターンにパターニングをしたITO（In₂O₃−Sn
O₂）、SnO₂等の透明電極を設けたプラスチック、ガラス
等の基板の表面にポリイミド、ポリアミド等の膜を設
け、この表面をラビングしたり、SiO等を斜め蒸着した
りして配向制御膜を形成した透明電極付きの基板を準備
して、この透明電極付きの基板の間に、前記した誘電異
方性が正のネマチック液晶による160〜300゜ツイストの
液晶層を挟持するようにされる。この代表的な例として
は、多数の行列状の電極が形成されたドットマトリック
ス液晶表示素子があり、一方の基板に640本のストライ
プ状の電極が形成され、他方の基板にこれに直交するよ
うに400本のストライプ状の電極が形成され、640×400
ドットのような表示がなされる。さらにこの640本のス
トライプ状の電極を夫々３本一組として1920本のストラ
イプ状の電極とし、RGBのカラーフィルターを配置して
フルカラーで640×400ドットの表示をすることもでき
る。

なお、電極と配向制御膜との間に基板間短絡防止のた
めにTiO₂、SiO₂、Al₂O₃等の絶縁膜を設けたり、透明電
極にAl、Cr、Ti等の低抵抗のリード電極を併設したり、
カラーフィルターを電極の上もしくは下に積層したりし
てもよい。

この液晶層の両外側に一対の偏光板を配置する。この
偏光板自体もセルを構成する基板の外側に配置すること
が一般的であるが、性能が許せば、基板自体を偏光板と
複屈折板で構成したり、基板と電極との間に複屈折層と
偏光層として設けてもよい。

本発明では、上記液晶層の両側に隣接して、厚み方向
の屈折率が面内方向の屈折率と異なる複屈折板を積層す
る。この複屈折率は、液晶層と偏光板との間に設ければ
よい。

また、この複屈折板は液晶層と偏光板との間に設けれ
ばよく、例えば、液晶層と電極の間に層状に設けたり、
電極と基板の間に層状に設けたり、基板自体を複屈折板
としたり、基板と偏光板との間に層状に設けたり、それ
らを組み合わせて設けたりすれば良い。

本発明の複屈折板は、後述の複屈折性を示す透明板で
あれば使用でき、プラスチックフィルム、無機の結晶板
等が使用可能である。

この複屈折板とは、３個の主屈折率をn_x、n_y、n_zと
し、n_x、n_yを複屈折板面内方向の屈折率とし（n_x＞
n_y）、n_zを複屈折板の厚み方向の屈折率とした場合、n_x
＞n_z＞n_yとなるように複屈折板である。

所望の複屈折効果を得るためにΔn₂・d₂＝（n_x−n_y）
・d₂を調整して使用するが、１枚の板では調整できない
場合には、同じ複屈折板または異なる複屈折板を複数枚
組合せて用いてもよい。

良好な白黒表示を行うためには、ある特定のツイスト
角とΔn₁・d₁を持った液晶層に対し、複屈折板のΔn₂・
d₂の大きさ及びそれらの貼り付け方向、さらに一対の偏
光板の偏光軸の方向を最適化することが重要である。

複屈折板のΔn₂・d₂の大きさは、この複屈折板を液晶
層の両面に配置するため、概略液晶層のΔn₁・d₁の大き
さのほぼ半分の値が、それよりも少し小さめに設定すれ
ば良好な白黒表示を得易い。具体的には、約0.1〜0.75
μｍとされればよい。また、この複屈折板を複数枚重ね
て使用する場合には、総合したΔn₂・d₂の値が上記の範
囲になるようにすれば良い。

そして、次に角度依存性を良くするために、n_zの調整
が必要である。

本発明では、（n_z−n_y）／（n_x−n_y）の値を0.1以上
にすることが好ましい。これは、この値が0.1未満の場
合には、一軸性の複屈折板との効果の差が十分得られに
くいためである。

以下図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

第１図は本発明による液晶表示素子を模式的に現わし
た斜視図である。第２図（Ａ）（Ｂ）は、夫々上から見
た第１図の上側の偏光板の偏光軸方向、複屈折板の主屈
折率n_xの方向及び液晶層の上側の液晶分子の長軸方向、
並びに、下側の偏光板の偏光軸方向、複屈折板の主屈折
率n_xの方向及び液晶層の下側の液晶分子の長軸方向の相
対位置を示した平面図である。

第１図において、１、２は一対の偏光板、３は文字や
図形を表示するためのΔn₁・d₁が0.4〜1.5μｍの誘電異
方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が160〜300゜
の左らせん（上から見て反時計方向のねじれ）液晶層、
4A、4Bはその上下に積層された複屈折板、５は上側の偏
光板の偏光軸、６は下側の偏光板の偏光軸、７は液晶層
の上側の液晶分子、８は液晶層の下側の液晶分子、9Aは
上側の複屈折板の主屈折率n_xの方向、9Bは下側の複屈折
板の主屈折率n_xの方向を示している。

本発明で用いる複屈折板の主屈折率の定義について第
３図を参照して説明する。

本発明の複屈折板は、ｘ、ｙ、ｚの３方向で屈折率が
異なっている。このため、複屈折板の面内方向での屈折
率の大きい方向をｘ軸方向とし、屈折率の小さい方向を
ｙ軸方向とし、厚み方向をｚ軸方向とする。この夫々の
方向の屈折率をn_x、n_y、n_zとする。この場合、n_x＞n_yで
あり、Δn₂＝n_x−n_yであり、本発明では、n_x＞n_z＞n_yと
される。なお、ｄは複屈折板の厚みである。

第２図において、液晶層の上側の液晶分子７の長軸方
向からみた上側の偏光板の偏光軸５の方向を時計回りに
計ったものをθ_１、液晶層の上側の液晶分子７の長軸方
向からみた上側の複屈折板の主屈折率n_xの方向9Aを時計
回りに計ったものをθ_２、液晶層の下側の液晶分子８の
長軸方向からみた下側の偏光板の偏光軸６の方向を時計
回りに計ったものをθ_３、液晶層の下側の液晶分子８の
長軸方向からみた下側の複屈折板の主屈折率n_xの方向9B
を時計回りに計ったものをθ_４とする。本発明では、こ
のθ_１、θ_２、θ_３、θ_４を白黒表示となるように最適
化すればよい。

本発明の液晶表示素子をネガ型表示で使用する場合
に、例えば、液晶層のねじれ角を240゜程度とし、その
Δn₁・d₁を0.8μｍ程度とし、その上下に配置した一対
の複屈折板の夫々のΔn₂・d₂を0.4μｍ程度とすれば、
一対の偏光板の偏光軸をほぼ60〜120゜程度の角度で交
差するように配置することが好ましい。

また、同じ液晶層と複屈折板とを使用し、ポジ型表示
で使用する場合には、一対の偏光板の偏光軸をほぼ±30
゜程度の角度で交差するように配置することが好まし
い。これにより、この液晶表示素子は、視角特性に優れ
たコントラストの高い白黒表示が可能となる。

この場合、特にネガ表示については、５゜≦θ_２≦14
0゜、40゜≦θ_４≦170゜とすることにより、オフの透過
率が低く、オンの透過率が高い充分なコントラストを持
つ表示が実現できるため好ましい。

また、θ_１、θ_２、θ_３、θ_４に関しては、θ_１＜θ
_２とした場合にはθ_３＜θ_４とすることが好ましく、θ
_１＞θ_２とした場合にはθ_３＞θ_４とすることが好まし
い。

これにより、この液晶表示素子は、視野角特性に優れ
たコントラスト比の高い白黒表示が可能となる。

特に、40゜≦θ_２≦140゜かつ40゜≦θ_４≦140゜とす
るか、−20゜≦θ_２≦20゜でかつ−20゜≦θ_４≦20゜と
することにより、オフの透過率が低く、充分なコントラ
スト比が得られるため好ましい。

また、上記例では、液晶層を左らせんとしたが、らせ
んが逆の場合には、液晶層の液晶分子の長軸方向、偏光
板の偏光軸の方向、複屈折板の主屈折率n_xの方向との関
係θ_１、θ_２、θ_３、θ_４を反時計回りにして、同様に
選ぶことにより、上記例と同様に容易に白黒表示が得ら
れる。

以上の説明は、液晶表示素子の垂直方向に対して得ら
れた最適化であり、一軸性の複屈折板を用いた場合と同
様である。しかし、一軸性の複屈折板で補償した場合に
は、垂直方向ではうまく補償して高コントラストの白黒
表示にできても、斜め方向では補償がずれて色付いた
り、白黒が逆転してしまうことがある。

本発明では、n_x＞n_z＞n_yとすることにより、斜め方向
から見た場合の色付を防止し、見栄えを向上させること
ができる。

このn_zは、n_xより大きくても、n_yより小さくても、角
度依存性は低下し、斜め方向から見た場合の見栄えが低
下する。特に、（n_z−n_y）／（n_x−n_y）≧0.1とするこ
とにより、この効果が大きい。

このような複屈折板としては、２軸延伸フィルムや、
雲母、石膏、硝石等の２軸性結晶を用いれば良い。

また、以上の説明では簡単に説明するために、複屈折
板の厚み方向の屈折率n_zが厚み方向に対して均一である
と仮定しているが、必ずしも均一である必要はなく、厚
み方向の平均の屈折率が前記した条件を満足していれば
良く、厚み方向に対し、n_zが不均一でも同様な効果を生
じる。

なお、本発明では、白黒表示に近く、視野角の広い表
示が得られるため、カラーフィルターを併用してカラフ
ルな表示が可能となる。特に、高デューティ駆動でも、
コントラスト比が高く採れるため、フルカラーによる階
調表示も可能であり、液晶テレビにも使用できる。

このカラーフィルターは、セル内面に形成することに
より、視角によるズレを生じなく、より精密なカラー表
示が可能となる。具体的には、電極の下側に形成されて
もよいし、電極の上側に形成されてもよい。

また、より色を完全に白黒化する必要がある場合に
は、色を補正するためのカラーフィルターや、カラー偏
光板を併用したり、液晶中に色素を添加したり、あるい
は特定の波長分布を有する照明を用いたりしてもよい。

本発明は、このような構成の液晶セルに電極に電圧を
印加するための駆動手段を接続し、駆動を行う。

特に、本発明では明るい表示が可能なため、透過型で
も反射型でも適用可能であり、その応用範囲が広い。

なお、透過型で使用する場合には裏側に光源を配置す
る。もちろん、これにも導光体、カラーフィルター等を
併用してもよい。

本発明の液晶表示素子は透過型で使用することが多い
が、明るいため反射型で使用することも可能である。

透過型で使用する場合、画素以外の背景部分を印刷等
による遮光膜で覆うこともできる。また、遮光膜を用い
るとともに、表示したくない部分に選択電圧を印加する
ように、逆の駆動をすることもできる。

本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内
で、通常の液晶表示素子で使用されている種々の技術が
適用可能である。

本発明では、時分割特性がスーパーツイスト液晶表示
素子と同程度であるうえ、前述したように明るく鮮明な
白黒表示が可能なため、赤、緑、青の三原色の微細カラ
ーフィルターをセル内面等に配置することにより、高密
度のマルチカラー液晶表示素子とすることも可能であ
る。

本発明の液晶表示素子は、パーソナルコンピュータ
ー、ワードプロセッサー、ワークステーション等の表示
素子として好適であるが、この外液晶テレビ、魚群探知
器、レーダー、オシロスコープ、各種民生用ドットマト
リックス表示装置等白黒表示、カラー表示をとわず種々
の用途に使用可能である。

［作用］本発明の動作原理については、必ずしも明らかではな
いが、およそ次のように推定できる。

まず、液晶表示素子を垂直方向から見た場合について
考察する。

第４図（Ａ）は、本発明の液晶表示素子と対比するた
めに複屈折板を使用しないスーパーツイスト液晶表示素
子の構成を示す側面から見た模式図であり、ねじれ角が
160〜300゜で、Δn₁・d₁が0.4〜1.5μｍの正の誘電異方
性を有するネマチック液晶による液晶層13、とその上下
に配置された一対の偏光板11、12とを示している。この
例では上下に配置された一対の偏光板11、12の偏光軸の
交差角を90゜としている。

このような構成の液晶表示素子の場合、液晶層に電圧
が印加されていない状態または非選択電圧のような低い
電圧が印加された状態において、入射側の下側の偏光板
12を通してほぼ完全に直線偏光化された光が、この液晶
層13を透過すると、だ円偏光状態となる。このだ円偏光
の形や方向は光の波長により異なり、赤を赤緑青の３原
色に分けて考えると、第４図（Ｂ）のようになる。これ
らの形も方向も異なっただ円偏光が出射側の上側の偏光
板11を通過すると、赤緑青の光によって通過する光の強
度が夫々異なり、そのため特定の色に着色して見えるこ
ととなる。なお、第４図（Ｂ）において、15、16は夫々
偏光板11、12の偏光軸を示す。

これに対して、本発明では第５図（Ａ）にその側面か
ら見た模式図を示すようになる。第５図（Ａ）、ねじれ
角が160〜300゜で、Δn₁・d₁が0.4〜1.5μｍの正の誘電
異方性を有するネマチック液晶による液晶層23、その両
側に配置された各１枚の２軸性の複屈折板24A、24B、さ
らにその上下に配置された一対の偏光板21、22とを示し
ている。

この例では、液晶層のねじれ角を240゜、Δn₁・d₁を
0.82μｍとし、上下に配置された一対の偏光板21、22の
偏光軸の交差角を90゜としている。なお、この例では説
明を簡単にするために本発明の複屈折板を両側に各１枚
配置して使用しているが、両側に２枚以上の複屈折板を
用いても良い。

この複屈折板は、それ自体を偏光板の間に挟持する
と、垂直方向から見た場合、この複屈折板のΔn₂・d₂の
値によって、入射直線偏光を任意のだ円偏光にしたり、
円偏光にしたり、あるいは直線偏光に戻したりできる性
質がある。そのため、適当なΔn₂・d₂の複屈折板を液晶
層に重ねることにより、第５図（Ｂ）のようにすること
ができる。

即ち、液晶層に電圧が印加されていない状態または非
選択電圧のような低い電圧が印加された状態において、
入射側の下側の偏光板22を通してほぼ完全に直線偏光化
された光が、この下の複屈折板24Bで適当なだ円偏光と
なる。このだ円偏光が、液晶層23を透過すると、また別
のだ円偏光状態となる。このだ円偏光となった光をさら
に複屈折板24Aを通過させることにより、条件によって
はだ円偏光を再度直線偏光に近い状態に戻せる場合があ
る。

これは、光を赤緑青の３原色に分けて考えると、第５
図（Ｂ）のようになる。この例のように、赤緑青の偏光
軸の方向がほぼ揃い、かつ、ほぼ直線偏光に戻っている
場合、出射側の偏光軸の向きにかかわらず、通過する光
強度の波長依存性をなくすことができる。即ち、無彩色
化することができることとなる。

この例のように、その偏光軸を90゜交差して偏光板を
設置して、出射側での偏光が出射側である上側の偏光板
の吸収軸と一致している場合には、透過光強度は最も小
さくなり、黒く見えることとなる。これにより、ネガ表
示となる。なお、第５図（Ｂ）において25、26は夫々偏
光板21、22の偏光軸を示す。

逆に、上側の偏光板の偏光軸を下側の偏光板の偏光軸
とほぼ平行にしてあれば、これらの強度は大きいことと
なり白く見えることとなり、ポジ表示となる。

なお、表示のネガ、ポジは、液晶層のねじれ角、その
Δn₁・d₁、複屈折板のΔn₂・d₂、それらと偏光板との角
度θ_１、θ_２、θ_３、θ_４等の構成要件を変えることに
より、変わる。

一方、この構成で液晶層に充分な電圧を印加した場合
には、液晶層を透過しただ円偏光の形や方向が電圧印加
前と異なってくる。

そのため、複屈折板を通過した後のだ円偏光状態も異
なり、これによって透過率が変化し、表示が可能にな
る。

しかし、複屈折板の挿入により、電圧を印加しない状
態でうまくだ円偏光の形や方向を揃えられて黒または白
の状態ができたとはいえ、かならずしも電圧印加状態で
白または黒の状態になるとは限らない。このため、液晶
層のツイスト角、Δn₁・d₁等のパラメータにより、複屈
折板のΔn₂・d₂、その光軸方向、偏光板の偏光軸方向等
を実験的に最適化することが好ましい。

このように、液晶表示素子を垂直方向から見た場合に
は、複屈折板として単に一軸性の複屈折板を使用して
も、条件を最適化すれば、良好な白黒表示素子を得るこ
とができる。

しかし、このような白黒表示素子を斜め方向から見た
場合には、表示が色付いて見えたり、白黒が逆転して見
えたりすることがある。

これは、もともと液晶分子は自体は一軸性であるが、
第６図のような液晶セル内ではらせん構造を取ってお
り、さらにマルチプレックス駆動のために、液晶セルに
選択電圧や非選択電圧を印加した場合には、中央付近の
液晶分子が立ち上がっているため、もはや一軸性の媒体
とは見なせなく、疑似的な二軸性の媒体と見なせる。

また、この時、第６図のように、液晶セル中央付近の
液晶分子に着目し、この領域における平均的な主屈折率
をn_Lx、n_Ly、n_Lz（ここでn_Lxは中央の液晶分子の基板へ
の投影方向における平均的屈折率、n_Lyは基板面内にあ
りn_Lxと直角な方向の平均的屈折率、n_Lzは厚み方向の平
均的屈折率）とすると、この領域では液晶分子が少しら
せん構造を取っており、かつ、立ち上がっているので、
n_Lx＞n_Lz＞n_Lyとなっていることが予想される。

このため、このような液晶セルを斜め方向からも補正
するためには、同じような特性の複屈折板が好ましく、
本発明のn_x＞n_z＞n_yとなるような複屈折板を使用するこ
とが好ましいこととなる。

［実施例］実施例１、２第１の基板として、ガラス基板上に設けられたITO透
明電極をストライプ状にパターニングし、蒸着法により
SiO₂による短絡防止用の絶縁膜を形成し、ポリイミドの
オーバーコートをスピンコートし、これをラビングして
配向制御膜を形成した基板を作成した。

第２の基板として、ガラス基板上に設けられたITO透
明電極を第１の基板と直交するようにストライプ状にパ
ターニングし、SiO₂の絶縁膜を形成し、ポリイミドのオ
ーバーコートをし、これを第１の基板のラビング方向と
交差角60゜となるようにラビングして配向制御膜を形成
した基板を作成した。

この２枚の基板の周辺をシール材でシールして、液晶
セルを形成し、この液晶セル内に誘電異方性が正のネマ
チック液晶を注入して240゜ねじれの液晶層となるよう
にし、注入口を封止した。この液晶層ではΔn₁・d₁は0.
82μｍであった。

この液晶セルの両面に一枚ずつ第１表に示すような屈
折率を持つ種々の複屈折板を貼り付けて視野角の広さを
比較した。

この液晶表示素子の液晶分子の長軸方向、偏光板の偏
光軸方向及び複屈折板の主屈折率n_xの方向との相対的な
関係は、θ_１＝150゜、θ_２＝80゜、θ_３＝115゜、θ_４
＝90゜とした。

また、評価は、1/200デューティ、1/15バイアスで駆
動したオン状態、オフ状態でのコントラスト比で行っ
た。

その結果を第７図〜第11図に示す。第７図〜第11図
は、等コントラスト曲線と呼ばれるもので、セルの観察
方向を極座標表示し、その角度を（θ、Ψ）と表わした
場合、この（θ、Ψ）により、液晶セルのコントラスト
比がどのように変化しているかをθを０〜50゜で変化さ
せ、Ψを０〜360゜変化させて示したものである。な
お、Ψは図の主視角方向（下方）を０゜とし、反時計回
りに０〜360゜とし、θは中心を０゜とし、同心円状に
０〜50゜とした。コントラスト比の曲線は１、10、50の
みを示した。

第９図、第10図が、本発明による液晶表示素子の実施
例であり、第７図、第８図、第11図は比較例である。

本発明では、第１表に示すように、n_x＞n_z＞n_yとなる
ような複屈折板を使用しているので、従来の単なる一軸
性の複屈折板の場合（n_x＞n_y＝n_z、比較例２、第８図）
より、斜線で示したコントラスト比が１以下、即ち、白
黒のコントラストが逆転してしまう領域が非常に小さく
なった。また、コントラスト比が高い領域（10以上）も
広くなり、視野角が広く高コントラスト比の素子が可能
になった。

一方、本発明以外の二軸性複屈折板を用いた場合、即
ち、比較例１（n_x＞n_y＞n_z）及び比較例３（n_z＞n_x＞
n_y）の場合には、夫々第７図及び第11図のように、やは
り本発明のものよりも視野角が狭く、かつ、コントラス
ト比の高い領域も狭いことがわかった。

実施例１、２の液晶表示素子の電極付の基板の一方の
基板として、基板上にストライプ状に３色のカラーフィ
ルター層を形成し、その上に電極を形成した電極付基板
を用いてセルを構成し、駆動することにより、フルカラ
ーの階調駆動が可能である。

［発明の効果］以上に説明したように本発明は、従来の２層型スーパ
ーツイスト液晶表示素子または一軸性複屈折板を積層し
たスーパーツイスト液晶表示素子と比べて、広い視野角
及びより優れたコントラスト比を持つ白黒表示が可能と
なり、鮮明で表示品位の高いポジ型あるいはネガ型の表
示が得られる。

また、時分割表示特性や視野角特性も従来のスーパー
ツイスト液晶表示素子と遜色がない等の優れた効果を有
する。

また、表示が白黒に近く、かつ、広視野ということか
ら、カラーフィルターと組み合わせることにより、カラ
フルな表示が可能となり、特に、赤、緑、青のカラーフ
ィルターを画素ごとに配置することにより、マルチカラ
ーやフルカラーの表示も実現できるという効果も認めら
れ、より多様性のある応用が開ける。

特に、本発明では白黒表示が可能であるにもかかわら
ず、明るい表示可能であり、透過型のみならず、反射型
の表示も可能であり、その応用範囲が広いものである。

さらに、本発明では、単に複屈折板を配置するのみ
で、第２の液晶層を設けなくても明るい白黒表示が可能
なものであり、液晶表示素子の生産性が極めて高いとい
う利点も有する。

本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で今後とも
種々の応用が可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶表示素子を模式的に現わした
斜視図である。第２図（Ａ）（Ｂ）は、夫々上から見た上側及び下側の
液晶分子の長軸方向、偏光板の偏光軸方向及び複屈折板
の主屈折率n_xの方向の相対位置を示した平面図である。第３図は、複屈折板の主屈折率の定義を示す斜視図。第４図（Ａ）（Ｂ）は、単なるスーパーツイスト液晶表
示素子の構成を示した模式図及びその偏光の状態を説明
する平面図。第５図（Ａ）（Ｂ）は、本発明の液晶表示素子の構成を
示した模式図及びその偏光の状態を説明する平面図。第６図は、液晶セルの分子配列を示した図。第７図〜第11図は、液晶表示素子の等コントラスト曲線
を示した図。１、２、11、12、21、22は偏光板、３、13、23は液晶層、 4A、4B、24A、24Bは複屈折板、５、６、15、16、25、26は偏光軸、７、８は液晶分子の長軸方向、 9A、9Bは複屈折板の主屈折率n_xの方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1335 G02F 1/133 500

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一
対の透明電極付きの基板間に挟持された旋光性物質を含
有した誘電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角
が160〜300゜の液晶層と、この液晶層を挟持する上下の
基板の透明電極間に電圧を印加する駆動手段とを有し、
この液晶層の外側に一対の偏光板を設置し、液晶層の両
外側であって一対の偏光板の内側に一対の複屈折板を配
置した液晶表示素子において、液晶層での液晶の屈折率
異方性Δn₁と液晶層の厚みd₁との積Δn₁・d₁が0.4〜1.5
μｍとされ、各複屈折板が３方向で屈折率が異なる複屈
折板であって、３個の主屈折率をn_x、n_y、n_zとし、n_x、
n_yを複屈折板面内方向の屈折率とし（n_x＞n_y）、n_zを複
屈折板の厚み方向の屈折率とした場合、n_x＞n_z＞n_yであ
ることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】各複屈折率が２軸延伸フィルムであること
を特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
【請求項３】n_x＞n_z＞n_y≧1.5818であることを特徴とす
る請求項１または２記載の液晶表示素子。
【請求項４】各複屈折板の屈折率が（n_z−n_y）／（n_x−
n_y）≧0.1とされることを特徴とする請求項１、２また
は３記載の液晶表示素子。
【請求項５】各複屈折板の屈折率異方性Δn₂とその厚み
d₂との積Δn₂・d₂が、液晶層のΔn₁・d₁の大きさのほぼ
半分の値か、それよりも少し小さめであることを特徴と
する請求項１、２、３または４記載の液晶表示素子。