JP2943062B2 - 電気光学素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は電気光学素子に関す
る。さらに詳しくは、液晶を用いた電気光学素子に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】従来のスーパーツイステッドネマチック
（以下「ＳＴＮ」という。）モードを利用した電気光学
素子は波長に対する透過率特性が平坦ではなく、そのた
め黄色や緑の着色が避けられなかった。そこで表示用Ｓ
ＴＮ液晶パネルの複屈折で生じた着色を色消し用の光学
異方体（補償セル）を通過させることにより補償し、着
色を発生させないようにすることが考えられる。 【０００３】以下、この原理を詳述する。図３は従来の
ＳＴＮを利用した電気光学素子にさらに補償セルを備え
た電気光学素子である。１は検光子（出射側の偏光板）
であり、その偏光軸は方向１９、２は補償セル、３は表
示セルであってＳＴＮモードを利用した電気光学素子、
４は偏光子（入射側の偏光板）であり、その偏光軸は方
向１８である。 【０００４】入射光（白色）２５には偏光はなく進行方
向の直角方向２５１のすべてに対し均一である。これが
偏光子４を通過すると、各波長の光（例えば青２６１、
緑２６２、赤２６３）も直線偏光２６１、２６２、２６
３、となり、その偏光方向は方向１８と同じ方向とな
る。 【０００５】そして直線偏光２６が表示セル３を通ると
き、表示セル３には複屈折性があるため直線偏光２６
１、２６２、２６３はいずれも楕円偏光２７１、２７
２、２７３に変わり、楕円偏光の状態は波長（色）によ
って異なる。従って楕円偏光２７がこのまま検光子１を
通るとすれば波長（色）によって透過光量に差が生じ、
透過光２９は色付いて見えることになる。 【０００６】このような着色の発生をなくすために、楕
円偏光２７を補償セル２に通過させることにより、各波
長につき元の直線偏光２８１、２８２、２８３に戻すこ
とができる。検光子１の偏光方向１９が直線偏光２８の
偏光方向２８１、２８２、２８３と互いに直交していれ
ば光はほとんど通らず、つまり黒色表示が得られること
になる。 【０００７】以上は表示セル３に電圧を印加しない場合
であり、表示セル３に電圧を印加した場合は、白色表示
が得られる。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】上記従来の電気光学素
子においては、着色のない完全な白黒表示を得るために
は、補償セルは表示セルと同じ液晶材料、同じ層厚（セ
ルギャップ）、同じねじれ角（ねじれ配向角が同一でか
つねじれ方向が逆向き）である液晶でなければならな
い。厳密にいうならば液晶材料の屈折率異方性Δｎと層
厚ｄの積である複屈折の光路長Δｎｄを同一にするため
に、同一の液晶材料である場合（Δｎが等しい）は、層
厚ｄが同一でなければならない。 【０００９】一方、表示セルに使用される液晶は、良好
な応答スピード性能や良好な温度特性の要求から高価な
添加剤等の添加によって液晶材料を調整する必要があ
り、このため材料費の高騰、製造工程の複雑化、製造時
間の増大等をまねき、表示セルの液晶材料のコストは高
い。上記従来の電気光学素子においては、補償セルの液
晶を表示セルの液晶と同一のものを用いるので、材料コ
ストの高騰になるばかりではなく、補償セルと表示セル
の各層厚ｄを等しくするための製造工程が不可欠となる
欠点を有している。 【００１０】本発明は上記従来の欠点を解消し、着色の
ない電気光学素子を提供するとともに、より簡素化され
た構造の電気光学素子を提供することを目的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による電気光学素子は、以下の構成としたも
のである。 【００１２】すなわち、液晶の屈折率異方性Δｎ１と液
晶層の厚さｄ１の積Δｎ１・ｄ１、液晶のねじれ角の値
とをバラメータとして有する液晶セルと、該液晶セルに
隣接して配置され、屈折率異方性Δｎ２と厚さｄ２の積
Δｎ２・ｄ２をパラメータとして有する補償手段とを有
する電気光学素子において、前記液晶セルのΔｎ１・ｄ
１の値と液晶のねじれ角との値に応じた、前記Δｎ２・
ｄ２の値に対応する視感透過率の関係に基づき前記視感
透過率が最小付近となるように前記補償手段が有するΔ
ｎ２・ｄ２の値が設定されてなることを特徴とする。 【００１３】 【００１４】本発明の電気光学素子としては、従来より
周知の液晶表示装置の他に光学シャッター等にも適用可
能である。また、用いられている液晶組成物は周知の配
向処理により、ねじれ配向されるものばかりではなく基
板と平行に配向（ねじれていない）するものでも適用で
きるので以下に述べる実施例に限定されるものではな
い。さらに、ねじれ配向させる場合には、そのねじれ角
に制限があるわけではないが、コントラストや表示特性
また製造する上から９０°〜３６０°が望ましい範囲で
ある。しかし、９０°未満や３６０°を超えるねじれ配
向であっても本発明は適用できるものである（以上のこ
とは補償セルと表示セルの両方に適用できる。）。 【００１５】次に、光学的異方体の配置に関しては、図
１ではＢセルの上方に配置したが、Ｂセルの下方に配置
してもよいし、Ｂセルの上方及び下方に配置してもよ
い、さらに光学的異方体を積層しても同様の効果が得ら
れる。また、図１では透過型の電気光学素子を示してい
るが、例えば下側偏光板４の下方に従来より周知の反射
板を設けて反射型の電気光学素子とすることもできる。 【００１６】 【発明の実施の形態】図１は、本発明の電気光学素子の
一実施例の構造を示した断面図である。１は上側偏光
板、２は光学的異方体としての液晶セル（以下「Ａセ
ル」という。）、３は表示を行う液晶セル（以下「Ｂセ
ル」という。）、４は下側偏光板、５はＡセルの液晶、
６はＢセルの液晶、７、８はそれぞれＡセル２の上基板
と下基板、９は配向膜、１０はスペーサー、１１、１２
はそれぞれＢセル３の上基板と下基板、１３は透明電極
である。 【００１７】配向膜９はＡセル２とＢセル３のそれぞれ
の上基板７、１１とそれぞれの下基板８、１２の対向す
る面上に形成され、それぞれラビング処理（配向処理）
されている。Ａセル２とＢセル３のそれぞれの層厚（セ
ルギャップ）はスペーサー１０によって一定の間隔にさ
れ、スペーサー１０は上基板７、１１と下基板８、１２
に接着している。透明電極１３はＢセル３の上基板１１
と下基板１２の対向する面上に形成され、Ｂセル３の配
向膜９は透明電極１３上に形成されている。Ａセル２に
透明電極が形成されていてもよいが本実施例では形成し
なかった。 【００１８】Ａセル２の液晶５は、フェニルシクロヘキ
サン系又はビフェニル系の液晶組成物にＢＤＨ社製ＣＢ
−１５が適量添加され、右ねじれ（Ａセル２からＢセル
３に向かっての回転を示す。以下同じ）のらせん構造に
なっている。液晶５はスメクチック型あるいはコレスチ
ック型の液晶でもよいが本実施例においてはネマチック
型である。 【００１９】なお、本実施例ではネマチック型液晶組成
物に光学活性剤又はコレステリック型液晶等が添加混合
されたものを総称してネマチック液晶と呼ぶことにす
る。本発明においては、このネマチック液晶のみなら
ず、複数のネマチック液晶の混合されたものやネマチッ
ク液晶に他の物質を添加したものでもよい。Ｂセル３の
液晶６はフェニルシクロヘキサン系の液晶組成物にメル
ク社製の光学活性剤Ｓ−８１１が適量添加され、左ねじ
れのらせん構造になっている。 【００２０】偏光板１、４は三立電気社製ＬＬＣ₂ −８
１−１８を使用し、偏光軸（吸収軸）は、それぞれ隣接
する基板７、１２のラビング方向（配向膜９のラビング
方向）と４５°の角度を有する。なお、この４５°の配
置の仕方、即ち基板のラビング方向を基準として右側か
左側かは、本実施例の電気光学素子をネガ状態で実験し
ているので、常にネガ状態になる側に選択して配置し
た。 【００２１】Ａセル２の下基板８におけるラビング方向
とＢセル３の上基板１１におけるラビング方向とは直交
している。ただし、この下基板８におけるラビング方向
と上基板１１におけるラビング方向とのなす角度は７０
°〜１１０°の範囲が望ましく最も望ましいのは９０°
（直交）である。従って、本実施例では９０°で行っ
た。 【００２２】図２は本発明の電気光学素子の各軸の関係
を示した図である。１４はＢセルの下基板のラビング方
向、１５はＢセルの上基板のラビング方向、１６はＡセ
ルの下基板のラビング方向、１７はＡセルの上基板のラ
ビング方向、１８は下側偏光板の偏光軸の方向、１９は
上側偏光板の偏光軸の方向、２０は上側偏光板の偏光軸
の方向とＡセルの上基板のラビング方向とのなす角度、
２１はＡセルの液晶のねじれ角の大きさ、２２はＡセル
の下基板のラビング方向とＢセルの上基板のラビング方
向とのなす角度、２３はＢセルの液晶のねじれ角の大き
さ、２４はＢセルの下基板のラビング方向と下側偏光板
の偏光軸とのなす角度を示す。 【００２３】電気光学素子としての電界効果型液晶はネ
ガタイプ（電圧無印加状態で光が透過せず黒色、電圧印
加状態で光が透過して白色の表示をするものすなわち表
示文字が白、背景が黒）と逆の関係のポジタイプがあ
り、本発明はいずれかのタイプのものに限定されないが
本実施例においてはネガタイプのものである。 【００２４】〔実施例１〕Ｂセルは、液晶のねじれ角が
左ねじれの２４０°、α＝１．１０、Δｎ（５９０）ｄ
＝０．９μのものを用い、Ａセルは液晶のねじれが右ね
じれの角２４０°の液晶である。Δｎ（５９０）ｄは、
波長λ＝５９０ｎｍにおける屈折率異方性Δｎ（５９
０）と層厚ｄとの積である光路長を表す。 【００２５】図４はＡセルのαとΔｎ（５９０）ｄの視
感透過率Ｔに対する関係を示した図である。αは主成分
若しくは主成分以外の組成を変化させ又は添加物等の添
加によって適宜調整した。視感透過率Ｔは光がＢセル及
びＡセルを透過する時の透過率を測定し、各波長におけ
る透過率に視感度補正をしたものである。この値が小さ
いほど黒色の良好な状態すなわちＡセルによって着色の
補正が良好に行われたことを示す。例えば、α＝１．１
６の液晶のＡセルはΔｎ（５９０）ｄ＝０．８９μにお
いて視感透過率Ｔは最少になりその値Ｔ＝０．１４％と
なる。視感透過率Ｔが最少（その時の値をＴｍｉｎとす
る）となる点は下記表１の通りである。 【００２６】 【００２７】図５はαに対するＴｍｉｎの関係を示した
図であり、α＝１．１０の場合がＴｍｉｎが最少となり
最も良好な状態であることがわかる。本実施例は、Ａセ
ルとＢセルの液晶ねじれ角の大きさが同じで、方向が異
なる（右ねじれと左ねじれ）の場合、ＡセルとＢセルの
αを同じ値にすると（この場合ＡセルとＢセルの光路長
はΔｎ（５９０）ｄ＝０．９０μで同じ）最も良好な電
気光学素子が得られることを示す。 【００２８】図６及び図７はそれぞれ上記（Ｉ）、（I
I）の各状態の電気光学素子についての光透過率のスペ
クトラムを示したものである。波長（横軸）に対する透
過率（縦軸）の変化が平坦かつ低い値であるほど着色の
ない良好な黒色表示となる。Ａセルが（II）の場合（図
７）、すなわちＴｍｉｎの値が最も小さい場合が最も良
好な電気光学素子であることを裏づけている。 【００２９】本実施例において最も良好な電気光学素子
となるＡセルとＢセルの各液晶の特性をまとめると下記
表２の通りになる。 【００３０】 【００３１】〔実施例２〕図８はＢセルは前記実施例１
と同じものとし、Ａセルはねじれ角１６０°（右）の液
晶を用いた場合のＡセルのα、Δｎ（５９０）ｄとＴと
の関係を示した図である。Ｔが最少となる点は下記表３
の通りである。 【００３２】 【００３３】図９はαに対するＴｍｉｎの関係を示した
図である。図１０、図１１は上記（Ｉ）（II）（III）
の各スペクトラムを表したものであり、Ｔｍｉｎの値が
最も小さい（III）の状態が最も良好な電気光学素子で
あることがわかる。前記実施例１と同様に最も良好な電
気光学素子なるＡセルとＢセルの各液晶の特性をまとめ
ると下記表４のとおりになる。 【００３４】 【００３５】〔実施例３〕図１２は前記実施例２の実施
例につき、Δｎ（５９０）ｄがさらに高い範囲の電気光
学素子の例につき、Ａセルのα、Δｎ（５９０）ｄとＴ
との関係を示したものである。Ｔが最少となる点を例示
すれば、下記表５の通りである。 【００３６】 【００３７】図１３はαに対するＴｍｉｎの関係を示し
たものである。最も良好な電気光学素子が得られる場合
を示すと、下記表６の通りである。 【００３８】 【００３９】〔実施例４〕前記実施例１〜３と同様の方
法により、ねじれ角３００°（右）のＡセルについて最
も良好な電子光学素子を得た結果を示す。Ｔｍｉｎが得
られる点は下記表７の通りであった。 【００４０】 【００４１】図１４はαに対するＴｍｉｎの関係を示
す。最も良好な電気光学素子が得られる場合は下記表８
の通りである。 【００４２】 【００４３】〔実施例５〕前記実施例４につきΔｎ（５
９０）ｄがさらに高い範囲についての電気光学素子の例
を示す。Ｔｍｉｎが得られる点は、下記表９の通りであ
った。 【００４４】 【００４５】図１５はαに対するＴｍｉｎの関係を示
す。最も良好な電気光学素子が得られる場合は下記表１
０のとおりである。 【００４６】 【００４７】〔実施例６〕Ｂセルは液晶のねじれ角が左
ねじれの２７０°、α＝１．２０、Δｎ（５９０）ｄ＝
０．８μ、Ａセルは液晶のねじれ角が右ねじれの１４０
°とし、Ａセルのα、Δｎ（５９０）ｄとＴとの関係を
測定した結果、Ｔが最少となる点は下記表１１の通りで
あった。 【００４８】 【００４９】図１６はαに対するＴｍｉｎの関係を示
す。最も良好な電気光学素子が得られる場合は表１２の
通りである。 【００５０】 【００５１】〔実施例７〕図１７は、実施例１〜５で用
いられたＢセルに対し、Ａセルのねじれ角を変化させ、
実施例１〜５と同様に最も良好な電子光学素子を得た場
合のＡセルのねじれ角、α、Δｎ（５９０）ｄの関係を
プロットした図である。各点に記載された数値は最適な
αの値である。Ａ、Ｂ各点はそれぞれ前記実施例１、実
施例２のものである。 【００５２】〔実施例８〕図１８は実施例６で用いられ
たＢセルに対し、Ａセルのねじれ角を変化させ、最も良
好な電子光学素子を得た場合のＡセルのねじれ角、α、
Δｎ（５９０）ｄの関係をプロットした図である。 【００５３】図１７、図１８によれば、Ａセルのねじれ
角（但し回転方向は反対）、α、Δｎ（５９０）ｄがす
べてＢセルと相等しい場合最適な電気光学素子となるが
（図１７のＡ点、図１８のＣ点）、Ａセルのねじれ角が
Ｂセルと異なっていてもαとΔｎ（５９０）ｄを適宜選
択すれば最適な電子光学素子が得られることを示す。 【００５４】また、図１７、図１８の各点以外の領域に
関しては、白黒表示が得られないというものではなく、
各点を中心として、ある範囲において実用上支障のない
条件として存在する。その範囲は、白黒として要求され
るレベル（例えば黒さ加減といったもの）により電気光
学素子の用途や使用者側の基準により許容範囲が広くな
ったりするので変動する。 【００５５】〔実施例９〕図１９は、本発明の他の実施
例として反射型の電気光学素子の構造を示した断面図で
ある。図中の符号１〜１３は図１と同じであり、３０は
反射板である。本実施例においては、上側偏光板１から
入射し下側偏光板４を通過した光は反射板３０によって
反射され上側偏光板１から出射される。反射板３０につ
き、偏光機能を有する反射板を用いると、反射板が偏光
機能と反射機能を兼ね備えているので下側偏光板４は不
要となり、より簡素化された構造の電気光学素子とな
る。 【００５６】 【発明の効果】本発明は前記の構成であるから、前記従
来技術の問題点が解消され、着色のない、しかもコント
ラストのよい電気光学素子を容易・安価に得ることがで
きる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の電気光学素子を説明した断面図。 【図２】本発明の電気光学素子の各軸の関係を示した
図。 【図３】従来技術の原理を簡単に説明した図。 【図４】本発明の実施例につき、α、Δｎ（５９０）ｄ
とＴとの関係を示した図。 【図５】本発明の実施例につきαとＴｍｉｎとの関係を
示した図。 【図６】スペクトラムの比較図。 【図７】本発明の実施例のスペクトラム図。 【図８】本発明の実施例につき、α、Δｎ（５９０）ｄ
とＴとの関係を示した図。 【図９】本発明の実施例につきαとＴｍｉｎとの関係を
示した図。 【図１０】スペクトラムの比較図。 【図１１】本発明の実施例のスペクトラム図。 【図１２】本発明の実施例につき、α、Δｎ（５９０）
ｄとＴとの関係を示した図。 【図１３】本発明の実施例につきαとＴｍｉｎとの関係
を示した図。 【図１４】本発明の実施例につきαとＴｍｉｎとの関係
を示した図。 【図１５】本発明の実施例につきαとＴｍｉｎとの関係
を示した図。 【図１６】本発明の実施例につきαとＴｍｉｎとの関係
を示した図。 【図１７】Ａセルのねじれ角を変えたときの最適な電子
光学素子となるα、Δｎ（５９０）ｄの関係をプロット
した図。 【図１８】Ａセルのねじれ角を変えたときの最適な電子
光学素子となるα、Δｎ（５９０）ｄの関係をプロット
した図。 【図１９】反射型の電気光学素子を説明した断面図。 【符号の説明】 １ 上側偏光板 ２ 補償手段（光学的異方体） ３ 液晶セル ４ 下側偏光板 ５、６ 液晶 ３０ 反射板

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．液晶の屈折率異方性Δｎ１と液晶層の厚さｄ１の積
   Δｎ１・ｄ１、液晶のねじれ角の値とをバラメータとし
   て有する液晶セルと、該液晶セルに隣接して配置され、
   屈折率異方性Δｎ２と厚さｄ２の積Δｎ２・ｄ２をパラ
   メータとして有する補償手段とを有する電気光学素子に
   おいて、 前記液晶セルのΔｎ１・ｄ１の値と液晶のねじれ角との
   値に応じた、前記Δｎ２・ｄ２の値に対応する視感透過
   率の関係に基づき前記視感透過率が最小付近となるよう
   に前記補償手段が有するΔｎ２・ｄ２の値が設定されて
   なることを特徴とする電気光学素子。 ２．請求項１において、偏光機能と反射機能とを兼ね備
   えた反射手段が配置されてなることを特徴とする電気光
   学素子。