JP2825902B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JP2825902B2 JP2017488A JP1748890A JP2825902B2 JP 2825902 B2 JP2825902 B2 JP 2825902B2 JP 2017488 A JP2017488 A JP 2017488A JP 1748890 A JP1748890 A JP 1748890A JP 2825902 B2 JP2825902 B2 JP 2825902B2
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【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関し、特に、正の誘電異方性
を有する液晶が液晶層の厚み方向に90゜以上ねじれた構
造を有するスーパーツイステッドネマティック(SNT)
型液晶表示素子を改良した液晶表示素子に関する。
〔従来の技術〕
従来主に用いられてきた液晶の表示モードはツイスト
ネマティック(TN)型と呼ばれ、このTN型の液晶表示素
子では、一対の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、電圧印加に
よるその効果の消失とを利用して表示を行っている。
このTN型表示モードは、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、
視角が狭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に対する50%変化する電圧V50の比
(V50/V10)で表される急峻度γをできるだけ小さくす
ることが必要である。
尚、上述のツイストネマティック(TN)型の場合、こ
のγ値は1.13程度である。
そこで、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、偏光軸を液晶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。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、STNモードの表示方式を用いたSTN型の
液晶表示素子では、複屈折による着色及びその電圧によ
る変化を利用するため、原理的に白黒表示を行うことは
困難であり、液晶セルの透過光または反射光には着色を
生じ、着色背景上への表示となってしまう。
そこで、STN型液晶表示素子の着色を解消する色補償
板として、複屈折性媒質を用いる方法が提案されている
が、この方法で多色表示を行うためには、液晶セルの各
ドットごとにカラーフィルターを設ける必要があり、表
示素子の作製工程が複数となるという欠点がある。ま
た、カラーフィルターによる光の吸収のため、表示が暗
くなるという欠点も有る。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、従
来の液晶表示素子にみられる欠点を解消し、容易に多色
表示を得ることができる液晶表示素子を提供することを
目的とする。
〔課題を解決するための手段及び作用〕
上記目的を達成するために、本発明による液晶表示素
子は、電極を備えた一対の基板と該基板間に挾持された
正の誘電異方性を有する液晶組成物からなる液晶層とを
有し該液晶層が電圧無印加時に基板に対して略水平に配
向し液晶層の厚み方向に120゜以上360゜以下のねじれた
構造を有するように構成された第1の液晶セルと、上記
第1の液晶セルを挾むようにして配設された一対の偏光
子と、上記第1の液晶セルと上記一対の偏光子との間の
少なくとも一方に配設されており、電極を備えた一対の
基板と該基板間に挾持された正の誘電異方性を有する液
晶組成物からなる液晶層とを有し該液晶層が電圧無印加
時にホモジニアス配向するように構成された第2の液晶
セルとを備え、上記第2の液晶セルは、その液晶層のホ
モジニアス配向方向が上記偏光子の透過軸に対して20゜
から70゜の範囲の角度を成すように設置され、該液晶層
に電圧を印加することによって多色表示を行なうことを
特徴とする。
以下、図面を参照して、本発明による液晶表示素子の
構成及び作用について詳述する。
第1図は、本発明による液晶表示素子の概略構成例を
示す断面図である。
第1図において、符号10は上記第1の液晶セルであ
り、STNセルによって構成されている。このSTNセル10の
一対の基板1,11は、夫々配向処理が施された配向膜3,13
と透明電極4,14を有し、離間、対向して配設されてお
り、その一対の基板1,11の間には液晶6が封入され、シ
ール剤5によって外気と遮断される。
また、符号20は上記第2の液晶セルであり、ホモジニ
アスセルで構成されている。このホモジニアスセル20の
一対の基板21,31は、夫々配向処理が施された配向膜23,
33と透明電極24,34を有し、離間、対向して配設されて
おり、その一対の基板21,31の間には液晶26が封入さ
れ、シール剤25によって外気と遮断される。
そして、第1図に示すように、この二つの液晶セル1
0,20を重ねあわせ、一対の偏光子2,12を二つの液晶セル
10,20を挾むように配設することで液晶表示素子が構成
される。
尚、第1図に示す構成の液晶表示素子は透過型の例で
あるが、一方の偏光子の外側に反射板を配設して、反射
型のものとして用いることもできる。また、第1図の構
成例では、各セルごとに2枚ずつ基板を用いたが、基板
1と基板31を一枚の基板で構成し、第1の液晶セル10と
第2の液晶セル20の共通の基板として用い、液晶表示素
子を3枚の基板で構成してもよい。
さて、本発明の液晶表示素子の各基板における配向処
理は、液晶分子が電圧無印加時に略水平配向するように
行われ、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゜から
30゜の範囲にあることを言う。
ここで、第2図は本発明に関わる角度の定義を示した
ものである。
第1の液晶セルを構成するSTNセル10では、基板1で
の液晶分子の優先配向処理方向D1と、基板11での液晶分
子の優先配向処理方向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後
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。尚、STNセル10の液晶は、正の誘電異方性をするネ
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、適当なピッチに調整したものを好
ましく用いるが、この場合、ωが小さいと、急峻度が
悪化し時分割特性が低下してしまう。また、ωが大き
すぎると、電圧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。このことにより、ωは120
゜以上360゜以下である必要がある。
尚、第2図では、セル10を基板1側からみたときに、
基板11から基板1へ向けてツイスト方向が時計回りとな
るように構成したが、配向処理の方向や、コレステリッ
ク液晶またはカイラルネマティック液晶の選択により反
時計回りとすることもできる。
第2図おいて、D33は第2の液晶セル20の基板21及び
基板31の液晶分子の優先配向処理方向で、液晶分子がこ
の方向に上下基板間でホモジニアス配向している。この
セル20の液晶分子配向方向D3は、セル10の隣接する基板
1上での液晶分子配向方向D1とδの角度を有している。
また、セル20に隣接する偏光子2の透過軸P1とD3とはβ
の角度を成して配設される。さらに、セル10に隣接す
る偏光子12の透過軸P2は、基板11上での液晶分子配向方
向D2とβの角度を成す。尚、角度は液晶のねじれの向
きを正とする。
セル20の液晶分子配向方向D3は、隣接する偏光子の透
過軸P1と傾斜すること、すなわち、平行及び直交以外の
角度に保持することが必要である。D3が、偏光子の透過
軸と平行若しくは直交していると、本発明の効果は全く
発現せず、白黒表示及び多色表示を実現することはでき
ない。このことより、D3とP1との成る角度(βの絶対
値)の好ましい範囲は、20゜から70゜である。
〔実 施 例〕
次に、本発明による液晶表示素子の具体的な実施例に
ついて説明する。
尚、液晶表示素子の構成は第1図に示したものと同様
である。
実施例1. 先ず、第1の液晶セル10として、透明電極を有する上
下のガラス基板1,11間での液晶のねじれ角ωが200゜
であり、液晶層6のレターデーション(液晶分子の複屈
折と液晶層の厚みの積)が0.915μmであるSTNセルを作
製した。液晶6は、正の誘電異方性を有するネマティッ
ク液晶ZLI2293(メルク社製)にカイラルネマティック
液晶S811(メルク社製)を添加したものを用いた。ま
た、配向処理は、ポリイミド膜のラビング処理により行
った。
同様にして、第2の液晶セル20として、透明電極を有
する上下のガラス基板21,31間で液晶26がホモジニアス
配向しているホモジニアスセルを作製した。液晶層26の
レターデーションは0.825μm、液晶はZLI2293を用い
た。
次に、このホモジニアスセル20をSTNセル10の上に、
ホモジニアスセル20の液晶分子配向方向が、STNセル10
の上側基板1上の液晶分子配向方向と直交(δ=90゜)
するように配置した。
STNセル10の下部には、ニュートラルグレー偏光板12
をその透過軸が下側基板11上の液晶分子配向方向と45
゜、すなわちβ=45゜の角度を成すように配置した。
さらに、この偏光板の下には、冷陰極管を用いたバック
ライトを設置した。また、ホモジニアスセル20の上部に
は、ニュートラルグレー偏光板2をその透過軸がホモジ
ニアスセル20の液晶分子配向方向と−45゜、すなわちβ
=−45゜の角度を成すように配置した。
さて、このように構成された液晶表示素子において、
先ず、ホモジニアスセル20にしきい値電圧以上の電圧を
印加しない場合について述べる。
この場合、STNセル10にしきい値電圧以上の電圧を印
加しない場合は、ホモジニアス20による色補償によって
STNセル10の着色が解消され、表示素子の色は黒となっ
た。また、STNセル10にしきい値電圧以上の電圧を印加
する場合の表示素子の色は白となり、白黒表示を実現す
ることができた。
次に、ホモジニアスセル20にしきい値電圧以上の電圧
を印加する場合について述べる。
ホモジニアスセル20にしきい値電圧以上の電圧を印加
すると、液晶分子が基板に対して水平方向から傾いてく
るため、ホモジニアス20のレターデーションの実効値が
減少し、STNセル10の着色を完全に解消できなくなり、S
TNセル10にしきい値電圧以上の電圧を印加しない場合も
する場合も、表示素子は着色する。この表示素子の色
は、ホモジニアスセル20に印加する電圧によって様々に
変化するが、ホモジニアスセル20にしきい値電圧より十
分高い電圧を印加した場合、ホモジニアスセル20の液晶
分子は基板に対してほぼ垂直に配向し、ホモジニアスセ
ル20のレターデーションの実効値はほぼ0となる。した
がって、この場合の表示素子の色は、STNセル10にしき
い値電圧以上の電圧が印加されない時は黄色、しきい値
電圧以上の電圧が印加された時は青になった。
以上のように、ホモジニアスセル20に印加する電圧を
制御することにより、本実施例の液晶表示素子は、白黒
表示及び多色表示を容易に実現することができた。
次に、本発明による液晶表示素子の第2の実施例につ
いて述べる。
実施例2. 先ず、第1の液晶セル10として、透明電極を有する上
下のプラスチック基板1,11間での液晶のねじれ角ω
240゜であり、液晶層6のレターデーションが0.82μm
であるSTNセルを作製した。液晶6は、正の誘電異方性
を有するネマティック液晶ZLI2293にカイラルネマティ
ック液晶S811を添加したものを用いた。また、配向処理
は、ポリイミド膜のラビング処理により行った。
同様にして、第2の液晶セル20として、透明電極を有
する上下のプラスチック基板21,31間で液晶26がホモジ
ニアス配向しているホモジニアスセルを作製した。液晶
層26のレターデーションは0.825μm、液晶はZLI2293を
用いた。
次に、このホモジニアスセル20をSTNセル10の上に、
ホモジニアス20の液晶分子配向方向が、STNセル10の上
側基板1上の液晶分子配向方向と直交(δ=90゜)する
ように配置した。
上記STNセル10の下部には、反射板付ニュートラルグ
レー偏光板12をβ=45゜となるように配置した。ま
た、ホモジニアスセル20の上部には、ニュートラルグレ
ー偏光板2をβ=45゜の角度を成すように配置した。
さて、このように構成された液晶表示素子において、
先ず、ホモジニアスセル20にしきい値電圧以上の電圧を
印加しない場合、表示素子の色は、STNセル10にしきい
値電圧以上の電圧を印加しない時は白、また、STNセル1
0にしきい値電圧以上の電圧を印加した時は黒となり、
白黒表示を実現することができた。
また、ホモジニアスセル20にしきい値電圧以上の電圧
を印加した場合は、ホモジニアスセル20に印加する電圧
によって表示素子の色は様々に変化し、特に、しきい値
電圧よりも十分高い電圧を印加した場合は、STNセル10
にしきい値電圧以上の電圧を印加しない時は青、しきい
値電圧以上の電圧を印加した時は黄色になった。
以上のように、本実施例の液晶表示素子では、ホモジ
ニアスセル20に印加する電圧を制御することにより、白
黒表示及び多色表示を容易に実現することができた。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明による液晶表示素子で
は、STN型液晶表示素子のSTNセルと偏光子の間に第2の
液晶セルとしてホモジニアスセルを設置した構成とし、
ホモジニアスセルに印加する電圧を制御することによ
り、容易に多色表示を行うことができる。
したがって、本発明によれば、容易に多色表示を行う
ことができ、しかも、比較的低コストで製造も容易な新
規な液晶表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による液晶表示素子の概略構成例を示す
断面図、第2図は本発明による液晶表示素子の液晶分子
配向や偏光板の方向等の角度関係の説明図である。 1,11,21,31……基板、2,12……直線偏光子、3,13,23,33
……配向膜、4,14,24,34……透明電極、5,25……シール
剤、6,26……液晶層、10……第1の液晶セル(STNセ
ル)、20……第2の液晶セル(ホモジニアスセル)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−78231(JP,A) 特開 平1−147430(JP,A) 特開 平3−163583(JP,A) 特開 昭64−44418(JP,A) 特開 昭64−44417(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02F 1/133 500 G02F 1/1347

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極を備えた一対の基板と該基板間に挾持
    された正の誘電異方性を有する液晶組成物からなる液晶
    層とを有し該液晶層が電圧無印加時に基板に対して略水
    平に配向し液晶層の厚み方向に120゜以上360゜以下のね
    じれた構造を有するように構成された第1の液晶セル
    と、上記第1の液晶セルを挾むようにして配設された一
    対の偏光子と、上記第1の液晶セルと上記一対の偏光子
    との間の少なくとも一方に配設されており、電極を備え
    た一対の基板と該基板間に挾持された正の誘電異方性を
    有する液晶組成物からなる液晶層とを有し該液晶層が電
    圧無印加時にホモジニアス配向するように構成された第
    2の液晶セルとを備え、上記第2の液晶セルは、その液
    晶層のホモジニアス配向方向が、上記偏光子の透過軸に
    対して20゜から70゜の範囲の角度を成すように設置さ
    れ、該液晶層に電圧を印加することによって多色表示を
    行なうことを特徴とする液晶表示素子。
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