JP3017966B2 - ダブルスーパーツイストネマチック型液晶表示素子 - Google Patents

ダブルスーパーツイストネマチック型液晶表示素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はダブルスーパーツイ
ストネマチック型(double super twisted nematic ：以
下、ＤＳＴＮという) 液晶表示素子( ＬＣＤ) に係り、
特に温度差により２つの液晶セルに含まれた液晶の屈折
率異方性の変動を配向膜でプリチルト角度を制御するこ
とにより補うダブルスーパーツイストネマチック型液晶
表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶分子のねじれ角度が９０°であるＴ
Ｎ(twisted nematic) 型液晶セルは低電圧、低消費電
力、長寿命などの特徴を有するので、小型表示器、例え
ば腕時計、計測機などの表示素子に幅広く用いられてき
た。一方、表示面積の大型化、高画質化のためには液晶
分子がねじれ始める臨界電圧範囲が狭く、ねじれ角度が
大きい液晶セルが必要である。スーパーツイストネマチ
ック型液晶表示素子は液晶分子のねじれ角度が１８０°
乃至２７０°で大きいために、電界であるかどうかに応
じて白黒ではなく、黄色、緑色または青色が表示され
る。
【０００３】図２に示したように、ダブルスーパーツイ
ストネマチック型液晶表示素子は、このような着色を取
り除いて表示色が白黒になるように光学的な補償を行う
ために、表示液晶セル１０と結びついた補償液晶セル２
０をさらに具備する。前記表示液晶セル１０と補償液晶
セル２０の外側には偏光板１１, ２１が取付けられる。
【０００４】前記補償液晶セルの一般的な条件は次の通
りである。
【０００５】表示液晶セル１０の第１液晶層１２に注入
された液晶分子のねじれ角度（ψ）に対して補償液晶セ
ル２０の第２液晶層２２の液晶分子はねじれ方向が反対
の（−ψ）のねじれ角度を有する。そして、各液晶層１
２, ２２の液晶分子が有する屈折率異方性がΔn でセル
ギャップがＤ１、Ｄ２の場合に次の式が成立しなければ
ならない。
【０００６】[ 式１] Δn ・Ｄ１＝Δn ・Ｄ２
【０００７】ここで、屈折率異方性Δn は異常屈折率と
正常屈折率との差を示す。また、表示液晶セル１０と補
償液晶セル２０とが接する部分における各液晶分子の配
向方向が相互直交するように配向膜１３, １４, ２３,
２４がラビングなどにより処理される。
【０００８】前記条件が充足されると、光源( 図示せ
ず) から出射された後に偏光板１１を通過しながらでき
た直線偏光は表示液晶セル１０を通過しながら液晶分子
の複屈折効果により楕円偏光に変わるが、次いで補償液
晶セル２０を通過しながら元の直線偏光に回復されるこ
とにより着色が解消される。したがって、白黒の表示色
が得られる。
【０００９】一般に、前記第１および第２液晶層１２,
２２の液晶分子が有する屈折率異方性は温度に応じて変
化する。バックライトタイプ表示素子の場合、動作時バ
ックライト（図示せず）に近い第１液晶層１２の液晶温
度が第２液晶層２２の液晶温度より高い。したがって、
第１液晶の屈折率異方性の変化量と第２液晶の屈折率異
方性の変化量が相異なるようになって、前述したような
第１液晶と第２液晶の最初の方向設定の意味を無駄にす
る。よって、従来にはセルギャップＤ１, Ｄ２を別々に
したり、各液晶層１２, ２２に注入される液晶の種類を
別々にして前記式１を充足させた。この時、前記Δn ・
Ｄ１およびΔn ・Ｄ２の値が設定値から外れると、非選
択状態の光漏れが大きくなってコントラストが急速に低
下するために、前記セルギャップＤ１, Ｄ２の差は製造
時通常的に±０. ０５μｍ以下に高精度で制御される。
【００１０】しかしながら、セルギャップＤ１, Ｄ２を
別々にするためには製作工程で相異なる大きさのスペー
サ(spacer)を別途に作らなければならず、注入圧力など
を考えた液晶注入および封入が複雑である。また、屈折
率異方性の差を補償できる多様な種類の液晶が現在十分
に開発されていない状態である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記のような
従来の問題点を解決するためになされたものであり、温
度差に起因する液晶分子の屈折率異方性変化に応じる光
学的位相差を容易に補償できて、製作が簡単なダブルス
ーパーツイストネマチック型液晶表示素子を提供するこ
とにその目的がある。
【００１２】
【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、請求項１の発明に係るダブルスーパーツイストネ
マチック型液晶表示素子は、並列で配置された第１およ
び第２透明基板と、前記第１および第２透明基板の対向
面に各々形成された第１および第２配向膜と、前記第１
および第２配向膜の間に密封された液晶と、前記第１お
よび第２透明基板の対向面に相互交差するように形成さ
れたＩＴＯ電極とを含む表示液晶セル及び、前記第２透
明基板上に取付けられる第３透明基板と、前記第３透明
基板と並列で配置される第４透明基板と、前記第３およ
び第４透明基板の対向面に各々形成された第３および第
４配向膜と、前記第３および第４配向膜の間に密封され
た液晶とを含む補償液晶セルを含み、前記表示液晶セル
の外側に光源が配置されるようになっており、前記第１
および第２配向膜の間にある液晶のプリチルト角度と前
記第３および第４配向膜の間にある液晶のプリチルト角
度が前記各液晶の屈折率異方性変化量の差を補償できる
ように、補償液晶セルの液晶分子のプリチルト角度が、
表示液晶セルの液晶分子のプリチルト角度より３°〜４
°小さいことを特徴とする。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【発明の実施の形態】図１を参照すれば、本発明による
液晶表示素子は表示液晶セル３０と補償液晶セル５０が
相互並列で取付けられて構成される。表示液晶セル３０
及び補償液晶セル５０の外側には偏光板３１, ５１が各
々取付けられ、前記偏光板３１の下部には光源( 図示せ
ず) が具備される。
【００２０】前記表示および補償液晶セル３０, ５０は
各々所定のセルギャップ（Ｄ）を保ちながら並列で配置
された、例えば、ガラスのような一対の透明基板３５,
３６および５５, ５６を含み、前記透明基板３５, ３６
および５５, ５６の間には同種のネマチック状液晶がフ
リットガラス(frit glass)や有機接着剤などでできたシ
ール材３７, ５７により密封されている。ここで、前記
表示および補償液晶セル３０, ５０のセルギャップ
（Ｄ）は同一で、約５〜１５μｍ程度が望ましい。
【００２１】前記透明基板３５, ３６および５５, ５６
の対向面には液晶分子を一定な方向で整列させる配向膜
３３, ３４および５３, ５４が各々形成される。前記配
向膜３３のラビング方向は、最大の光透過率を得るよう
に液晶の特性に応じて前記配向膜３４のラビング方向と
所定角度をなす。前記配向膜５３, ５４のラビング処理
も同一な方式で行われる。
【００２２】また、前記透明基板３５, ３６の相互対向
面には所定パターンの第１および第２ＩＴＯ電極３８,
３９が相互交差して形成されている。透明基板３５と第
１ＩＴＯ電極３８との間にはカラーフィルタ層４０が形
成されている。
【００２３】本発明によれば、温度変化または周囲環境
による前記液晶層３２, ５２の液晶分子の屈折率異方性
（Δn ）変化量の相互差は前記各液晶分子のプリチルト
(pre-tilt)角度を異なるようにすることにより補償でき
る。望ましくは、補償液晶セル５０の配向膜５３, ５４
により配列される液晶のプリチルト角度は前記表示液晶
セル３０の配向膜３３, ３４により配列される液晶のプ
リチルト角度より３°〜４°小さい。なお、本実施形態
および請求項中で用いられる“プリチルト角度”は透明
基板に対する液晶分子の傾斜角度のことを示す。
【００２４】前記液晶のプリチルト角度は前記配向膜３
３, ３４および５３, ５４の材料選定または配向膜の処
理方法により所望の値で調節される。即ち、まず前記表
示液晶セル３０の配向膜３３, ３４と補償液晶セル５０
の配向膜５３, ５４を各々異なる材料で形成することに
より、屈折率異方性（Δn ）変化量の差を補償するため
に要求されるプリチルト角度の近接値を得た後、形成さ
れた配向膜３３, ３４および５３, ５４に対するラビン
グ条件、即ち、ラビング方向、ラビング圧力およびラビ
ング温度などを調節することにより所望のプリチルト角
度を得る。現在多用されているポリイミド系の配向膜材
料は硬化温度およびラビング圧力などに応じて比較的広
範囲のプリチルト角度を提供する。また、前記配向膜の
表面は蒸着ビームの傾斜角度を調整する傾斜蒸着法によ
り所望の方向に配向処理できる。
【００２５】望ましくは、前記配向膜５３のラビング方
向は配向膜３４のラビング方向と直角をなし、配向膜５
４のラビング方向は前記配向膜５３のラビング方向と、
例えば４５°で交差する。
【００２６】
【発明の効果】本発明による液晶表示素子は、動作時、
光源から照射される光量の差により発生した温度変化に
応じる液晶層３２の液晶分子の屈折率異方性変化量の差
は表示液晶セル３０と補償液晶セル５０の液晶分子のプ
リチルト角度の差により補償される。従って、ハイコン
トラストと明確な白黒の表示色が具現される。その上、
製造時、セルギャップ（Ｄ）の微細な調節が要らなくな
り、製作が容易で、工程再現性が向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるダブルスーパーツイストネマチッ
ク型液晶表示素子の垂直断面図。
【図２】従来のダブルスーパーツイストネマチック型液
晶表示素子の垂直断面図。
【符号の説明】
３０ 表示液晶セル ３１ 偏光板 ３３，３４ 配向膜 ３５，３６ 透明基板 ３７ シール材 ３８ 第１ＩＴＯ電極 ３９ 第２ＩＴＯ電極 ４０ カラーフィルタ層 ５０ 補償液晶セル ５１ 偏光板 ５３，５４ 配向膜 ５５，５６ 透明基板 ５７ シール材 Ｄ セルギャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/13363 G02F 1/1337 500 G02F 1/1347 G02F 1/1333

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 並列で配置された第１および第２透明基
    板と、前記第１および第２透明基板の対向面に各々形成
    された第１および第２配向膜と、前記第１および第２配
    向膜の間に密封された液晶と、前記第１および第２透明
    基板の対向面に相互交差するように形成されたＩＴＯ電
    極とを含む表示液晶セル及び、 前記第２透明基板上に取付けられる第３透明基板と、前
    記第３透明基板と並列で配置される第４透明基板と、前
    記第３および第４透明基板の対向面に各々形成された第
    ３および第４配向膜と、前記第３および第４配向膜の間
    に密封された液晶とを含む補償液晶セルを含み、前記表示液晶セルの外側に光源が配置されるようになっ
    ており、 前記第１および第２配向膜の間にある液晶のプリチルト
    角度と前記第３および第４配向膜の間にある液晶のプリ
    チルト角度が前記各液晶の屈折率異方性変化量の差を補
    償できるように、補償液晶セルの液晶分子のプリチルト
    角度が、表示液晶セルの液晶分子のプリチルト角度より
    ３°〜４°小さいことを特徴とするダブルスーパーツイ
    ストネマチック型液晶表示素子。
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