JP2982800B2 - 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。 【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STN
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S
TN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、263、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261、26
2、263はいずれも楕円偏光271、272、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△ｎと層
厚dの積である複屈折の光路長△ｎｄを同一にするため
に、同一の液晶材料である場合（△ｎ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、補償セ
ルの液晶材料の選択の範囲を拡大し、さらにセルギャッ
プ調整に係わる工程が簡素化でき、かつ、着色のない白
黒表示が可能な電気光学素子の製造方法を提供すること
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△ｎ１と液
晶層の厚さｄ１の積△ｎ１・ｄ１、液晶のねじれ角の値
とをパ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Δ
ｎ２・ｄ２をパラメータとして有する補償手段とを有す
る電気光学素子であって、前記補償手段が有する屈折率
分散のΔｎ２・ｄ２の値に対応する視感透過率の関係に
基づき、複数の屈折率分散が示す前記視感透過率の最小
となる値のうち最も小さい値を示す屈折率分散が選択さ
れてなることを特徴とする。 【００１３】液晶材料の屈折率異方性△ｎは一般に波長
λ（ｎｍ）に対し依存性があり、その特性は一般的には
波長λに対して負の傾向を有する。波長λ＝450ｎｍ及
びλ＝590ｎｍにおけるそれぞれの屈折率異方性（以下
「△ｎ（450）」、「△ｎ（590）」と表す。）の比を屈
折率分散α、すなわち、 α＝△ｎ（450）／△ｎ（590） と定義する。αは液晶材料が全く同一ならば同一である
が、異なった液晶材料でも同一となることはある。 【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LLC₂−81−18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、△ｎ（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。△ｎ（590）dは、波長λ＝590ｎｍにお
ける屈折率異方性△ｎ（590）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△ｎ（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＝1．16の液晶のA
セルは△ｎ（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】 【表１】 【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△ｎ（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）、（II）
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】 【表２】 【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、△ｎ（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】 【表３】 【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（II
I）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】 【表４】 【００３５】〔実施例3〕図12は前記実施例2の実施例に
つき、△ｎ（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、△ｎ（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】 【表５】 【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】 【表６】 【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】 【表７】 【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】 【表８】【００４３】〔実施例5〕前記実施例4につき△ｎ（59
0）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】 【表９】 【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10のとおり
である。 【００４６】 【表１０】 【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、△ｎ（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、△ｎ（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】 【表１１】 【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】 【表１２】 【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、△ｎ（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、△ｎ
（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、△ｎ（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△ｎ（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、かつ電気光学素子の外観が
電圧無印加状態で黒に近い色、電圧印加状態で白に近い
色となり、コントラストの良い白黒表示が可能な電気光
学素子が得られた。

【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、△ｎ（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、△ｎ（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、△ｎ（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、△ｎ（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、△ｎ（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△ｎ１と液晶層の厚さｄ１の積
   △ｎ１・ｄ１、液晶のねじれ角の値とをパラメータとし
   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であ
   って、 前記補償手段が有する屈折率分散のΔｎ２・ｄ２の値に
   対応する視感透過率の関係に基づき、複数の屈折率分散
   が示す前記視感透過率の最小となる値のうち最も小さい
   値を示す屈折率分散が選択されてなることを特徴とする
   電気光学素子。