JP3000374B2

JP3000374B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP3000374B2
Application number: JP2077394A
Authority: JP
Inventors: 治雄飯村; 康之滝口; 明彦金本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 2000-01-17
Anticipated expiration: 2015-01-17
Also published as: JPH03276124A

Description

【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
を有するように液晶セルが構成されたSTN型液晶表示素
子に関するものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕

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、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を利用し
ている。この表示モードは、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、視角がせま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に近づくために、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）
で表わされる急峻度γをできるだけ小さくすることが必
要である。

ツイストネマティック型の場合、このγ値は1.13程度
である。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。

しかし、このような方式では、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。

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知られている（特開昭
64−519号公報）。しかし、複屈折層を用いて色補償し
たSTN型液晶表示素子は、その明るさ及び色が視角方向
に依存して変化してしまうという問題点がある。

本発明は、従来の液晶表示素子にみられる前記欠点を
解消し、容易に多色表示が得られ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、本発明によれば、正の誘
電異方性を有する液晶組成物からなる液晶層が、電極を
備えた一対の基板間で、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液晶セル
と、該液晶層を挾むようにして設けられた一対の偏光子
と、該液晶セルと該偏光子との間の少なくとも一方に、
複屈折層を設置した液晶表示素子であって、該複屈折層
が、分子長軸方向が厚み方向に分布を持つものであり、
該複屈折層の両面の分子長軸方向が該基板に平行な面に
対して傾斜しており、しかも該傾斜方向が該基板に平行
な面に対して対称となるように分布したものであること
を特徴とする液晶表示素子が提供される。

次に、図面を参照して、本発明の構成を詳述する。第
１図は、本発明の液晶表示素子の構成例を示す断面図で
ある。この図において、セル10はSTNセルで、基板１、1
1は、それぞれ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、その間に
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。この液晶セルが第１の偏光子２および第２の偏光子
12に挾まれ、基板１と偏光子２との間に複屈折層７が配
設されて、液晶表示素子を構成している。

この液晶表示素子は、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、本発明の液晶表示素子の別の構成例として、基板自
体が複屈折層をかねることもできる。この場合、素子の
層構成は従来のSTN型液晶表示素子と同じであるが、基
板１、11の内少なくとも一方が積層した二つの複屈折層
からなる点が異なる。本発明のさらに別の構成例とし
て、複屈折層を偏光板自体の構成要素として組み込むこ
ともできる。一般に用いられるヨウ素や色素の二色性を
利用する偏光子では、延伸フィルムにヨウ素や色素を吸
着させて偏光能をもたせ、さらにその保護のため他の二
枚のフィルムで該延伸フィルムをサンドイッチした構成
となっているが、複屈折層を液晶層側の該保護フィルム
と該延伸フィルムとの間に配することができるし、また
その液晶層側の保護フィルムを複屈折層で構成すること
もできる。以上のように、本発明で用いる複屈折層は、
液晶層と偏光子との間であればどこに配置してもよい。

本発明の液晶表示素子の構成例のように、基板と偏光
子との間に複屈折層を設ける場合、基板としては透光性
を有するガラス、プラスチックなどを用いる。プラスチ
ック基板を用いたときは、基板の厚さを0.2mm以下の薄
厚にすることが容易であり、そのため表示素子をきわめ
て薄く、かつ軽量に構成することができる。また、基板
が薄いため、表示が二重像とならず広視角の表示素子を
得ることができる。

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。この配向制御は、基板に
対して、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。本発明に使用する配向膜３、13としては、
ポリアミド、ポリイミドなどの高分子被膜等にラビング
処理したものや、SiO、MgO、MgF₂などを用いて斜め蒸着
したものが用いられる。

通常の複屈折フィルムは、第２図のように、基板に平
行な面内に最大屈折率方向ａがあり、方向ａ（屈折率
n_a）、同面内でａに直交する方向ｂ（屈折率n_b）、基板
な垂直な方向ｃ（屈折率n_c）の三方向の屈折率によって
特徴づけられる。

一方、本発明の複屈折層７は、第３図のように、分子
長軸方向が厚み方向に分布を持ち、複屈折層７の両面の
分子長軸方向が基板に平行な面に対して傾斜している。
さらに、該傾斜方向は、基板に平行な面に対して対称と
なっている。複屈折層７の基板側の面を基準にした厚み
方向の距離をｚとすると、複屈折層７の分子長軸方向は
ｚの関数ａ（ｚ）となり、分子長軸方向に垂直な平面内
で基板に平行な方向をｂ（ｚ）、ａ（ｚ）方向およびｂ
（ｚ）方向に垂直な方向ｃ（ｚ）とする。また、ａ
（ｚ）、ｂ（ｚ）、ｃ（ｚ）方向の屈折率はｚによらず
一定で、それぞれn_a7、n_b7、n_c7とする。ａ（ｚ）方向
が基板に平行な面に対して成す角度をα（ｚ）とする。
また、複屈折層７の厚みをｄとすると、複屈折層７の両
面の分子長軸の傾斜方向は基板に平行な面に対して対称
なので、α（ｄ）＝−α（０）となる。この様な複屈折
層として、液晶分子を第３図のように配向するように配
向処理した液晶セル、高分子フィルムの両面を熱的、機
械的に変形させたものなどを例示することができる。

第４図は、本発明に関する角度の定義を示したもので
ある。D₁、D₂は、第１の基板１、第２の基板11上の液晶
分子を下側基板11上に射影した方向で、矢印は液晶分子
を射影するときに基板11に対してわずかに上を向いた方
の向きを示している。液晶層は、D₁とD₂との間で液晶分
子がω_１だけねじれた構造をとっている。なお、セル10
の液晶としては、正の誘電異方性を有するネマティック
液晶にキラル物質を添加し、適当なピッチに調整したも
のが好ましく用いられる。この場合、ω_１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
_１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_１
は120゜以上、360゜以下である必要がある。第４図で
は、セルを基板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、ｘ方向は、ａ（ｚ）を基板に平行な面に射
影した方向で、隣接する基板１上における液晶分子配向
方向D₁に対してδの角度を有している。また、複屈折層
７に隣接する偏光子２の透過軸P₁は、ｘ方向に対してβ
_１の角度を成して配設される。さらに、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_２の角度
を成す。なお、角度は液晶のねじれの向きを正とする。

複屈折層を偏光子で挾んだときに生じる色は、複屈折
層のリターデーション及び偏光板の方向によって決ま
る。また、色の視角方向による変化は、複屈折層のリタ
ーデーションの視角依存性によって左右される。複屈折
層のリターデーションの視角依存性が小さければ、色の
視角依存性も小さくなる。したがって、STN型液晶表示
素子の色補償に用いる複屈折層も、そのリターデーショ
ンの視角依存性が小さい方が、液晶表示素子の色の視角
依存性が小さくなる。

第５図に、通常の複屈折フィルム及び本発明を構成し
ている複屈折層のリターデーションの視角依存性の例を
示す。リターデーションは、複屈折層の垂直方向から見
たときのリターデーションで正規化している。また、視
角方向θは、複屈折層に垂直で最大屈折率方向を含む平
面内で、複屈折層に垂直な方向からの角度を示す。通常
の複屈折フィルムの屈折率は、n_a＝1.6、n_b＝1.5、n_c＝
1.45、本発明の複屈折層の屈折率及び傾斜角度は、n_a7
＝1.6、n_b7＝1.5、n_c7＝1.45、α（０）＝30゜である。

第５図のように、本発明を構成している複屈折層は、
通常の複屈折フィルムよりもリターデーションの視角依
存性が小さい。このため、本発明の液晶表示素子は、通
常の複屈折フィルムを用いて構成した液晶表示素子より
も色の視角依存性が小さくなり、視角特性が向上する。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を述べるが、本発明はこれらに
限定されるものではない。

（実施例１）透明電極を有し、上下ガラス基板間での液晶のねじれ
角ω_１が200゜であり、液晶層のリターデーション（液
晶分子の複屈折と液晶層の厚みの積）が0.92μｍである
STNセルを作製した。液晶は、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、配向処理は、ポリイミド膜のラビング処理により
行った。

次に、SiOの斜め蒸着により上下両基板の配向処理を
行い、両基板上の液晶分子長軸方向が基板に対して約30
゜になるようにし、液晶分子長軸が厚み方向に第３図の
ように配向するように液晶セル（セル１）を作製し、本
発明の複屈折層とした。そしてセル１を上側基板と上側
偏光板の間に、ｘ方向がSTNセルの上側基板上の液晶分
子配向方向と直交する（δ＝90゜）ように設置した。セ
ル１の基板に垂直な方向における液晶層のリターデーシ
ョンは0.834μｍ、使用した液晶はZLI2293である。

一方、STNセルの下部には、ニュートラルグレー偏光
板をその透過軸が下側基板上の液晶分子配向方向に対し
て45゜の角度を成す（β_２＝45゜）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、セル１の上部には、ニュートラ
ルグレー偏光板をその透過軸がセル１のｘ方向に対して
−45゜の角度を成す（β_１＝−45゜）ように配置した。

前記のように構成された液晶表示素子は、電圧無印加
時には黒色で、電圧印加によって白色となり、視角方向
による色変化が小さく、優れた視角特性を有しているこ
とが確認された。

（実施例２）透明電極を有し、上下ガラス基板間での液晶のねじれ
角ω_１が240゜であり、液晶層のリターデーションが1.0
μｍであるSTNセルを作製した。液晶は、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。配向処理は、ポリイミド膜のラビング
処理により行った。

次に、キャスティングされたポリマーフィルムの片面
を熱ロールで延伸し、次にもう片面を熱ロールで同一方
向に延伸して、ポリマーフィルムの両面の分子長軸方向
をフィルム面に対して斜めに、かつフィルム面に対して
対称となるように配向させて本発明の複屈折層とした。
該複屈折層の傾斜角度α（０）は約25゜、該ポリマーフ
ィルムに垂直な方向における該複屈折層のリターデーシ
ョンは0.94μｍとなるように、延伸条件及びフィルムの
厚みを調整した。このポリマーフィルムはSTNセルの上
にδ＝90゜となるように設置した。

一方、STNセルの下部には、反射板付ニュートラルグ
レー偏光板をβ_２＝45゜となるように配置した。また、
ポリマーフィルムの上部には、ニュートラルグレー偏光
板をβ_１＝−45゜となるように配置した。

前記のように構成された液晶表示素子も、電圧無印加
時には白色で、電圧印加によって黒色となり、実施例１
と同様に、視角方向による色変化が小さく、優れた視角
特性を有していることが確認された。

〔発明の効果〕

本発明によれば、上記構成としたので、複屈折層を用
いて色補償をしたSTN型液晶表示素子の視角特性を改良
することができ、表示品質の優れた白黒表示液晶表示素
子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶表示素子の構成例の断面図であ
る。第２図は、通常の複屈折フィルムの屈折率の方向を
示す図である。第３図は、本発明の液晶表示素子を構成
する複屈折層の説明図である。第４図は、本発明の液晶
表示素子の液晶分子配向方向、偏光板の方向等の角度関
係の説明図である。第５図は、通常の複屈折フィルム及
び本発明を構成している複屈折層のリターデーションの
視角依存性の例を示す図である。 10……STNセル、2,12……直線偏光子 1,11……基板、3,13……配向膜 4,14……透明電極、５……シール剤６……液晶、７……複屈折層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−308128（ＪＰ，Ａ) 特開平２−62513（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/133 G02F 1/1335

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
る液晶層が、電極を備えた一対の基板間で、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
成された液晶セルと、該液晶層を挾むようにして設けら
れた一対の偏光子と、該液晶セルと該偏光子との間の少
なくとも一方に、複屈折層を設置した液晶表示素子であ
って、該複屈折層が、分子長軸方向が厚み方向に分布を
持つものであり、該複屈折層の両面の分子長軸方向が該
基板に平行な面に対して傾斜しており、しかも該傾斜方
向が該基板に平行な面に対して対称となるように分布し
たものであることを特徴とする液晶表示素子。