JP3046990B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可撓性基板を用いた液晶表示素子に関し、さ
らに詳しくは、可撓性基板を用いたスーパーツイステッ
ドネマティック型液晶表示素子に関する。
〔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表示素子の表示モード
は、ツイステッドネマティック(TN)型と呼ばれ、一対
の上下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時におけるそ
の効果の消失を利用している。この表示方式は、白黒表
示であるため優れたシャッター効果がありカラーフィル
ターを画素ごとに設けることにより比較的容易に多色表
示ができるという利点があるが、電圧−透過率特性のし
きい値特性が悪いため高時分割駆動が困難であるという
欠点あり、大容量表示ではコントラスト低下や視野角が
狭くなる等の問題があった。
そこで電圧−透過率特性の急峻性を改良すべく液晶分
子のねじれ角を大きくし、偏光板の偏光軸を液晶の配向
方向とすらすことにより液晶による複屈折効果を利用す
る方式が提案され、SBE(super twisted birefringence
effect)またはSTN(super twisted nematic)モード
と呼ばれている。この方式はしきい値特性に優れている
ため時分割駆動においてもコントラスト低下が少なく、
視野角も広いという優れた特性を持つ反面、複屈折効果
を利用するため着色表示となってしまい、さらにこのま
まではカラー化も困難であった。
最近になってSTNモードの着色現象を軽減化するため
に、液晶層が逆のねじれの向きを持つ液晶セルを2つ積
層し、一方を駆動用、もう一方を補償板として用い、複
屈折による色付きを補償して白黒表示を行わせる2層型
のSTN型液晶表示素子が開発された。しかしながらこの
2層方式は、液晶セルを2枚用いるために素子が厚くま
た重くなってしまう上、生産性が悪いという問題があ
る。
これらの問題は補償セルを複屈折性の高分子フィルム
に置き換えることにより改善することができる(位相板
型白黒表示STN液晶表示素子)。しかしながらこの位相
板方式では視野角が狭くなるという問題があった。
以上は基板にガラス板を用いた場合であるが、基板に
可撓性のプラスチック基板を用いることによって、薄型
化、軽量化を目指した液晶表示素子の開発も行われてい
る。この様なプラスチック基板を用いたSTN型液晶表示
素子では薄型、軽量という利点の反面、表示面への接触
による液晶層厚が変動するという問題、基板がガラスに
較べて平坦性が低いため表示面にうねりを生じてしま
い、外観を損ねるという問題があった。
本発明は以上のような従来技術の問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、高コントラストな白黒表
示を行え、かつ前記のプラスチック基板を用いたことに
起因する問題点が改良されたプラスチック基板液晶表示
素子を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明によれば、可撓性である一対の基板に挟持さ
れ、正の誘電異方性を有し、電圧無印加時に略水平配向
で厚み方向に160℃から360℃ねじれた配向構造する液晶
層と、基板の外側に配置された偏光板と、可撓性透光基
板と偏光板の間に設けられた剛性基板上に形成された液
晶性高分子膜とから構成されることを特徴とする液晶表
示素子が提供される。
〔作用〕
本発明では、高剛性の基板上に形成した液晶性高分子
膜からなる補償板が、液晶セル出射後の楕円偏光を再度
直線偏光を戻すように作用するため、素子の薄型化、軽
量化の実現とともに、高コントラストで良好な白黒表示
が可能となり、そのうえ表示面への接触による液晶層厚
の変動、表示面のうねり等が防止される。
〔実施例〕
以下本発明を実施例に基づき詳述する。
第1図は本発明の一実施例による液晶表示素子の構成
を示す断面図であり、第1の可撓性透過性基板11と第2
の可撓性透光性基板21とが離間、対向して配設され、両
基板11,21と外周シール14とによって形成された空間に
液晶が封入されて液晶層15をなし、液晶セル16が形成さ
れている。基板11,21はプラスティックフィルムで構成
されている。基板11と21の内面には液晶層15に電圧を印
加するための透明電極12,22と液晶を一定方向に配向さ
せるための配向膜13,23が形成されている。17,27は偏光
板である。液晶セル16と偏光板27の間には液晶性高分子
膜18を主たる機能成分とする補償板30が配置される。19
は液晶性高分子膜18が形成された基板であり、ガラス等
の剛性で透明性が高い材料が採用される。31は必要に応
じて設けられるバックライトである。本例では補償板が
液晶セルの上部に配設される場合について説明するが、
この上下関係は逆でもよい。
ここで用いる可撓性のプラスチック基板としては、補
償板に隣接する基板21にはポリスルホン、ポリカーボネ
ート、ポリアリレート等の光学的に等方性の基板を特に
好ましく用いる。基板11としては上記等方性基板の他、
ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケ
トなどの光学異方性を有する基板をも用いることができ
るが、これらの場合、特に一軸延伸されたフィルムを特
に好ましく用いる。これらのフィルムは100μm前後の
厚さの物で容易に液晶セルを作製することが可能である
ので、液晶セルの厚さは200から300μmときわめて薄い
ものである。なお、本実施例に基づき作成した一例の液
晶表示素子(以下作成例という)では100μm厚のポリ
エーテルエーテルスルホンにポリビニルアルコールによ
るオーバーコートを施したものを上下基板とした。
ここで用いる液晶は誘電異方性が正であるネマティッ
クまたはコレステリック液晶である。液晶分子は上下基
板間で電圧無印加時に厚み方向に160゜から360゜の範囲
のねじれた構造をとり、いわゆるSTN型のセルを形成し
ていることが好ましい。ねじれ角が小さい場合、例えば
ねじれの無い場合には電圧−透過率特性の急峻性が多少
低下する。また、ねじれが大きい場合には、電圧印加時
に液晶に散乱組織を生し、表示品質を損ねてしまう。本
作成例の液晶表示素子においてはねじれ角は220゜(左
ねじれ)とした。
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。具体的にはポリアミド、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
斜め蒸着したものを好適に用いる。本作成例ではポリイ
ミドのラビングにより、3゜のプレティルト角を得てい
る。
バックライト31を発した光は偏光板17により直線偏光
になって液晶セル16に入射するが、液晶のねじれと複屈
折によってセル出射後は楕円偏光となる。補償板30はこ
の楕円偏光を再度直線偏光に戻す作用を行う。本発明で
は補償板30は基本的には、高剛性の基板19と液晶性高分
子膜18により構成される。観察者側にある補償板30と偏
光板27は粘着剤や接着剤等で密着されていることが好ま
しい。この様な構成をとることにより、外光の反射は平
坦化された偏光板面からが主となり、プラスチック基板
に特有の基板の非平坦性に起因する外観の不具合(外光
が素子表面からの反射する際の反射角の違いによる反射
増の歪)はほとんど見られなくなる。また、液晶セルの
上面に高剛性の基板が存在するため、素子表面に接触す
る事によるセル変形や、ギャップ変動などを抑えること
ができる。表示の明るさ点からは液晶セルと補償板の間
も接着されていることが好ましい。
補償板に用いる基板としては、透光性のガリスが代表
的である。他に、スチロール板、アクリル板等の剛性を
持った樹脂板を用いることができる。本作成例では0.5m
m厚のガラス板を用いた。
本発明の補償板においては液晶性高分子が楕円偏光を
直線偏光に戻すように作用する。この様な機能を持たせ
るために、液晶性高分子は基板に対してほぼ水平で、基
板上で特定の方向に配向している必要がある。液晶性高
分子の基板19上での配向方向は隣接する液晶セル基板21
上での液晶の配向方向とおおむね30゜から150゜の範囲
の角度を成して配置されることが好ましい。特に好まし
い範囲は45゜から135℃である。液晶性高分子のレター
デーションは液晶セルのレターデーションとほぼ等しい
か、僅かに小さく設定することが好ましい。この様な条
件を満たし、かつ上下の偏光板を適切に配置することに
より白黒表示が可能となる。
液晶性高分子は、特に高温の液晶相を呈する温度で配
向させたのち室温付近に急冷する事により固相で配向し
た膜を得ることができる。これを利用することにより液
相性高分子層を前記高剛性基板上に、本構成例のような
片面のみ基板に接する形で形成する事ができるため、2
層方式のように2枚の基板を用いてセルを形成する必要
が無くなる。そのため補償板を薄く、軽量に作製するこ
とができる。この様な理由により液晶性高分子の液晶相
を呈する温度は室温より高いことが特に好ましく、60℃
以上であることが特に好ましい。本発明で用いる液晶性
高分子の構造は特に限定されるものでは無い。一般的に
知られるアクリル系やポリシロキサン系の側鎖にイソー
ゲンを導入し側鎖型の液晶性高分子や、主鎖にビフェニ
ル、安息香酸フェニルエステルなどのイソーゲンを主鎖
に含む主鎖形の液晶性高分子が代表的である。液相性高
分子を前記基板上で配向させるには、液相性高分子に液
晶状態でずり応力を加える方法、基板にポリイミド等の
配向剤を塗布したのちに液晶性高分子膜を形成し、液晶
温度で熱処理する方法などが挙げられる。本作成例にお
いては後者の方法を用い、基板21上の液晶配向方向に対
して基板18上の液晶性高分子が90゜の角度を成すように
構成した。液晶性高分子はその相系列にネマティック相
またはコレステリック相を有するものが好ましい。本作
成例で用いた液晶性高分子はポリシロキサン系の側鎖形
液晶性高分子で、100℃で液相相に転移し、140℃から17
5℃の範囲でコレステリック相を呈するものである。
コントラストが高く、良好な白黒表示を行うためには
液晶性高分子膜18は液晶層15と逆の向きにねじれた構造
をとることが好ましい。ねじれの角度の絶対値は液晶層
15のねじれの角度とほぼ等しいことが特に好ましい。ね
じれ角は液晶性高分子膜18のピッチと膜厚を制御するこ
とにより容易に調節することができる。本作成例では右
ねじれの220゜とした。液晶セル16と液晶性高分子膜18
のレターデーションは0.4μmから1.5μmの範囲である
ことが高いコントラストを得るために好ましい。本作成
例では液晶層15のレターデーションを0.92μm、液晶性
高分子膜18のレターデーションを0.9μmとした。
上下の偏光板17,27が直交するように、かつ、偏光板1
7と基板11上の液晶配向方向とが45゜の角度を成すよう
に偏光板17,27を配置し、本作成例の液晶表示素子を得
た。この液晶表示素子を観察したところ、1/200デュー
ティの時分割駆動において30:1以上のコントラストをも
って良好な白黒表示が行えることが確認できた。またこ
の液晶表示素子の表面に1mm2当り500gの圧力を加えても
ギャップむらにともなう色斑はほとんど発生しなかっ
た。さらにこの液晶表示素子の外観には反射光の歪はま
ったく見られなかった。
〔発明の効果〕
本発明の液晶表示素子は、上記の如き構成としたので
以下のような効果を奏する。
高剛性の基板上に形成した液晶性高分子膜を構成要素
として含むため、可撓性のプラスチック基板を用いたに
も関わらず、外力に対してギャップ斑を生ずることがな
くきわめて高信頼性である。また、表示素子の外観が優
れたものとなる。
液晶性高分子膜を補償板として用いるため、コントラ
ストが高く、良好な白黒表示が可能で、表示品質が優れ
たものとなる。また、補償板が薄いため、表示素子がき
わめて薄く、軽量となる。
液晶セルの基板に可撓性プラスチック基板を用いたた
め、素子がきわめて薄く、軽量となる。また基板が薄い
ため2重像が防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による液晶表示素子の構成を
示す断面図である。 11,21……可撓性透光性基板 15……液晶層 16……液晶セル 17,27……偏光板 18……液晶性高分子膜 19……基板 30……補償板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榎本 孝道 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 平2−167526(JP,A) 特開 昭63−149624(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/133 G02F 1/1335

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可撓性である一対の基板に挟持され、正の
    誘電異方性を有し、電圧無印加時に略水平配向で厚み方
    向に160℃から360℃ねじれた配向構造する液晶層と、基
    板の外側に配置された偏光板と、可撓性透光基板と偏光
    板の間に設けられた剛性基板上に形成された液晶高分子
    膜とから構成されることを特徴とする液晶表示素子。
  2. 【請求項2】液晶性高分子膜が略水平配向しており、厚
    み方向に液晶層とは逆方向にねじれた配向構造を有する
    ことを特徴とする請求項1記載の液晶表示素子。
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