JP3190857B2

JP3190857B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP3190857B2
Application number: JP19668497A
Authority: JP
Inventors: 將市石原; 勝治服部
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 2001-07-23
Anticipated expiration: 2017-07-23
Also published as: JPH1138450A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，高速応答で広視野
の表示性能を持つ液晶表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は薄型で軽量、かつ低消費
電力のディスプレイ素子であり、テレビやビデオなどの
画像表示装置や、モニター、ワープロ、パーソナルコン
ピュータなどのＯＡ機器に広く用いられている。従来、
液晶表示素子として例えば、ネマティック液晶を用いた
ツイステッドネマティック（ＴＮ）モ−ドの液晶表示素
子が実用化されているが、応答が遅い、視野角が狭いな
どの欠点がある。

【０００３】また、応答が速く、視野角が広い強誘電性
液晶（ＦＬＣ）、あるいは反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）
などの表示モ−ドもあるが耐ショック性、温度特性など
大きな欠点があり、広く実用化されるまでには至ってい
ない。また、光散乱を利用する高分子分散型液晶表示モ
−ドは偏光板を必要とせず、高輝度表示が可能である
が、本質的に位相板による視角制御ができず、それに加
えて応答特性が悪いという課題を有しており、ＴＮモー
ドに対する優位性は少ない。

【０００４】一方、最近応答が速く視野角が広い表示モ
ードとして光学補償ベンド（ＯＣＢ）モ−ドが提案され
ている（特開平７−８４２５４）。このモ−ドは、対向
する二枚の基板上の液晶分子を、平行かつ同一方向へ配
向処理してなる液晶セルに電圧印加することにより、セ
ル中央部にベンド配向あるいは捻れ配向を含んだベンド
配向を誘起させることと、低電圧駆動と視野角拡大のた
めに位相補償板を液晶セル外側に配設することを特徴と
したものであり、性能的には中間調表示域においても高
速応答が可能であると同時に広い視野角特性を有してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の光学補
償ベンド（ＯＣＢ）モ−ドの液晶セルでは、表示に際
し、例えば５０Ｖの高電圧を印加して、予めセル中央部
にベンド配向あるいは捻れ配向を含んだベンド配向を誘
起させておくこと（いわゆる初期化）が必要があるとい
う問題がある。

【０００６】また、ＯＣＢモ−ドの液晶セルは、表示特
性の視角依存性を液晶配列自身で補償する機能を有して
いるものの一方向の補償であり、全方位に渡って広い視
野角特性を得るためには負の二軸性補償層が必要であ
る。このような補償層の製造においては三軸方向の精密
な屈折率制御が必要であり、大画面にわたって均質な特
性を有する補償層を得ることは極めて難しい。通常、補
償層としては、フィルム補償板が多用されているが、こ
の場合には設計温度とは異なった環境での表示に対して
は充分補償できないという問題がある。

【０００７】更に、ＯＣＢモードの補償では、通常入射
偏光の偏波面の方向と入射光側液晶分子の配列方向とは
４５度、あるいは特定の角度ずれており、入射偏光は複
屈折モードで伝搬する。複屈折モードでは表示色相の視
野角依存性が避け難く、このことが本モード実用化の大
きなネックとなっている。

【０００８】本発明は、上記従来の課題を考慮したもの
であって、補償層が不要で、高速応答で広視野の表示性
能を有し、しかも、表示色相の視角依存性が極めて小さ
い高画質の表示が可能な液晶表示素子を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のうちの請求項１記載の発明は、一対の基板
間に液晶層を挟持した液晶セルと少なくとも１枚の偏光
板とを有する液晶表示素子であって、前記液晶層が色素
あるいは顔料を含むと共に、電圧印加時に前記液晶セル
の中央部にベンド配向が形成され、液晶捻れ角が１６０
度〜２００度であることを特徴とする。上記構成によれ
ば、ベンド配向液晶セルが使用されている点において、
従来のＯＣＢモードの液晶表示素子と同様である。しか
しながら、本発明では、液晶層が色素あるいは顔料を含
むことから、本発明の表示モードは、ゲストホスト効果
による表示モードとなる。従って、本発明では、従来の
ＯＣＢモードと同様に高速応答、及び広い視野角特性を
有すると共に、複屈折モードを採用する従来のＯＣＢモ
ードの課題である視角による表示色相の視野角依存性を
解消することができる。また、複屈折モードでないた
め、位相補償層を設ける必要がない。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
液晶表示素子において、前記液晶捻れ角が１８０度であ
ることを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明は、一対の基板間に液
晶層を挟持した液晶セルと少なくとも１枚の偏光板とを
有する液晶表示素子であって、前記液晶層が色素あるい
は顔料を含むと共に、電圧印加時に前記液晶セルの中央
部にベンド配向が形成され、液晶捻れ角がほぼ０度であ
ることを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１から３の
いずれかに記載の液晶表示素子において、偏光板の透過
軸方向が、液晶配列処理方向と略平行であることを特徴
とする。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項１または２
に記載の液晶表示素子において、液晶層がカイラル材料
を含んでいることを特徴とする。このような構成によ
り、初期の液晶分子の配向状態から捻れを含むベンド配
向状態に速やかに移行させることができる。

【００１４】請求項６記載の発明は、請求項１から５の
いずれかに記載の液晶表示素子が、透過型液晶表示素子
であることを特徴とする。

【００１５】請求項７記載の発明は、請求項１から５の
いずれかに記載の液晶表示素子が、反射型液晶表示素子
であることを特徴とする。

【００１６】請求項８記載の発明は、請求項１から７の
いずれかに記載の液晶表示素子において、一対の基板の
うちの一方の基板が、アクティブ素子を備えていること
を特徴とする。

【００１７】請求項９記載の発明は、一対の基板間に液
晶層を挟持した液晶セルと少なくとも１枚の偏光板とを
有し、電圧印加時に前記液晶セルの中央部にベンド配向
が形成される液晶表示素子であって、ゲストホスト効果
により表示を行うと共に、液晶捻れ角が１６０度〜２０
０度であることを特徴とする。

【００１８】請求項１０記載の発明は、請求項９に記載
の液晶表示素子において、前記液晶捻れ角が１８０度で
あることを特徴とする。

【００１９】請求項１１記載の発明は、一対の基板間に
液晶層を挟持した液晶セルと少なくとも１枚の偏光板と
を有し、電圧印加時に前記液晶セルの中央部にベンド配
向が形成される液晶表示素子であって、ゲストホスト効
果により表示を行うと共に、液晶捻れ角がほぼ０度であ
ることを特徴とする。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面にもとづいて説明する。（実施形態１）図１は本発明の実施形態１に係る液晶表
示素子の断面図である。本実施形態に係る液晶表示素子
Ａは、透過型液晶表示素子であり、一対のガラス基板
１，８間に液晶層５を挟持した液晶セル１０と、この液
晶セル１０の入射光側に設けられた偏光板９とを有す
る。各ガラス基板１，８の内側面には、透明電極２、７
が設けられており、この各透明電極２、７の内側面に
は、配向膜３，６が設けられている。また、偏光板９
は、その偏光軸が、前記一対の基板のうちの入射光側基
板８の界面近傍に存在する液晶分子の長軸方向とほぼ平
行となるように配置されている。

【００２９】前記液晶セル１０は、液晶層５内の液晶分
子が基板１，８間で捻られた配向状態とされている捻れ
液晶セルである。本実施形態では、液晶層５の液晶捻れ
角ω（図２参照）は１８０度とされている。また、液晶
層５は、液晶の他に黒色色素を含んだ構成とされてい
る。この黒色色素は、例えばアゾキシ系色素やアントラ
キノン系色素などの二色性色素であって、分子長軸方向
に偏光した光に対して吸収効果が大きく、逆に分子短軸
方向に偏光した光に対して吸収効果が小さい、いわゆる
ポジ型色素である。なお、液晶層５内の液晶は、カイラ
ル材料を添加してカイラルピッチが１２μｍになるよう
に予め調製されたものが用いられている。また、液晶表
示素子Ａは、スペーサ４を用いて基板間隔が６μｍに設
定されている。

【００３０】上記構成の液晶表示素子Ａは以下の製造方
法により製造した。透明電極２、７を有する２枚のガラ
ス基板１、８上に日産化学工業製配向膜塗料ＲＮ−４７
４をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０℃、１
時間硬化させる。その後、レーヨン製ラビング布を用い
て、図２に示す方向にラビング処理を施す。なお、図２
において、参照符号２１は出射光側基板１のラビング方
向を示し、参照符号２２は入射光側基板８のラビング方
向を示し、参照符号２３は偏光板９の偏光軸方向を示し
ている。この実施形態１では、液晶捻れ角ωを１８０度
とするため、基板１のラビング方向２１と基板８のラビ
ング方向２２は同一方向とされている。このようなラビ
ング処理の後、積水ファインケミカル（株）製スペーサ
４、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学
（株）製シール樹脂の商品名）を用いて基板間隔が６μ
ｍとなるように貼り合わせ、空の液晶セル１０を作成し
た。

【００３１】次に、カイラル材料としてコレステリルノ
ナノエートを添加してカイラルピッチが１２μｍになる
ように調製したメルク社製液晶ＺＬＩ−２４１１〔ネマ
テックアイソトロピック転移温度（ＮＩ点）＝６５度、
屈折率異方性（Δｎ）＝０．１４０〕１００重量部に三
菱化学製黒色色素Ｓ−４６６を１重量部混合した液晶組
成部を、真空注入法にて空の液晶セル１０に注入した。
その後、偏光板９を、図２の如く基板８のラビング方向
２２と偏光板９の偏光軸方向２３とが一致するよう液晶
セル１０に貼合し、液晶表示素子Ａを作成した。

【００３２】次に、液晶表示素子Ａの電圧−輝度特性を
３０Ｈｚ矩形波の電圧を印加しながら測定した。その結
果を図３及び図４に示す。なお、図４は図３の一部を拡
大したものである。図３から明らかなように、液晶表示
素子Ａの電圧−輝度特性は、大略的には、電圧が印加さ
れていないときには、輝度レベルがほぼ０レベルであ
り、電圧印加されるとフレデリックス閾値電圧Ｖthに達
するまでほぼ０レベルを維持し、更に電圧が上昇すると
輝度レベルが上昇していく。

【００３３】このような電圧−輝度特性が得られるの
は、以下の理由によるものと考えられる。即ち、印加電
圧がフレデリックス閾値Ｖth以下のときは、液晶分子が
基板に平行であり、これにより黒色色素の分子も液晶分
子に拘束され、色素の分子長軸が基板に平行となってい
る。そのため、偏光板９を通過した入射光２５（図１参
照）の大部分が黒色色素に吸収され、輝度レベルがほぼ
０レベルとなる。そして、フレデリックス閾値電圧Ｖth
以上の電圧領域では、液晶セル中央部から液晶分子が基
板に対して垂直方向に立ち上がってくる。この液晶分子
の動きに拘束されて色素分子も基板に対して垂直方向に
立ち上がってくる。そのため、黒色色素による光吸収が
低下することから、輝度レベルが上昇する。

【００３４】ところで、液晶表示素子Ａの電圧−輝度特
性は、フレデリックス閾値電圧Ｖth付近では、図４に示
すように、液晶セル１０への印加電圧がフレデリックス
閾値電圧Ｖthを超えると、輝度レベルが緩やかな第１の
勾配で上昇し、約２．５Ｖ以上になると、第１の勾配よ
りも急激な第２の勾配で上昇する。これは、後述する図
７及び図８から理解される。即ち、フレデリックス閾値
電圧Ｖthを超え２．５Ｖに達するまでの第１の電圧領域
では、液晶分子の傾き角及び配向方位に大きな変化がな
く、２．５Ｖ以上になると液晶分子の傾き角及び配向方
位に大きな変化が生じる。そのため、液晶分子の動きに
拘束されて黒色色素の分子も、第１の電圧領域では殆ど
変動がなく、２．５Ｖ以上になると大きく変動し始め、
これにより黒色色素による光吸収が前段階に比べて大き
く低下することから、輝度レベルの勾配が大きくなると
考えられる。

【００３５】そして、本発明に係る液晶表示素子は、主
にこのような電圧−輝度特性における勾配が急激に変化
する変化点における電圧値、即ち２．５Ｖよりも高電圧
側領域でもって表示を行うことを特徴とするものであ
り、以下に述べる実験結果により、中間調表示での高速
応答及び良好なコトラスト比が確認されている。

【００３６】先ず、本発明者は、液晶表示素子Ａを用い
て、駆動電圧を２．５Ｖから１１．０Ｖの領域で表示を
行ない、輝度を測定してコントラスト比を算出した。そ
の結果、コントラスト比が１３６：１であり、中間調表
示が可能なコントラスト比を有することが確認された。

【００３７】次に、液晶表示素子Ａの印加電圧を２．５
Ｖから順次３．７Ｖ、４．９Ｖ、６．１Ｖ、７．３Ｖ、
８．５Ｖ、９．７Ｖ、１０．９Ｖに変化させ、各変化時
の立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間を測定し
て、その和を求めた。その結果は、それぞれ４３ｍｓｅ
ｃ、３９ｍｓｅｃ、３７ｍｓｅｃ、３５ｍｓｅｃ、３５
ｍｓｅｃ、３０ｍｓｅｃ、３０ｍｓｅｃであった。な
お、通常の液晶表示素子の場合の応答時間としては、例
えば、２．５Ｖと３．７Ｖ間の立ち上がり応答時間と立
ち下がり応答時間の和は１５０ｍｓｅｃ程度であり、ま
た、９．７Ｖと１０．９Ｖ間の立ち上がり応答時間と立
ち下がり応答時間の和は３０〜４０ｍｓｅｃ程度である
ことが知られている。従って、上記実験結果から、液晶
表示素子Ａは応答特性が極めてよいことが確認された。

【００３８】よって、液晶表示素子Ａを用いて、駆動電
圧を２．５Ｖから１０．９Ｖの領域で表示を行なうこと
により、応答性の良好な中間調表示が可能であることが
理解される。なお、この実施形態では、８階調の表示に
ついて説明したけれども、本発明はこれに限定されるも
のではなく、８階調以上の複数階調の表示についても、
高速表示が可能であり、このことは、上記実験結果より
容易に推察することができる。

【００３９】このように本実施形態は、液晶捻れ角ωが
１８０度である捻れ液晶セルにゲストホスト型（ＧＨ
型）液晶組成物を封入したものであり、ＳＴＮモードの
液晶表示素子とは駆動電圧領域及び光の伝搬方式が異な
っている。また、本実施形態に従う電圧領域での表示に
より、ＯＣＢ表示モードと同様に中間調表示での高速応
答が確認された。さらに、本実施形態では黒色色素の吸
収により光の透過を制御しているため、光学補償層が必
要でなく、視角による黒色相の変化は全く起こらなかっ
た。

【００４０】従って、本実施形態に係る液晶表示素子
は、従来のＯＣＢモードと同様の高速応答性を有しなが
らも、視角による色変わりが本質的になく、その実用的
価値は極めて大きい。

【００４１】本実施形態では黒色色素を用いたが、用途
によっては他の色相の色素、あるいは顔料を用いても良
いことは言うまでもない。また、黒色色素を用いた場
合、黒表示時の輝度レベルをより下げるために、黒表示
の時にだけフレデリックス閾値電圧Ｖth以下の電圧を印
加して黒表示を行っても良い。

【００４２】なお、参考までに述べると、本実施形態で
は、偏光板の偏光軸と基板界面近傍の液晶分子の長軸と
がほぼ平行とされたけれども、平行でなく例えば２０
度、４５度等特定角度となるように偏光板を配置するこ
とも考えられる。しかし、このような偏光軸と液晶分子
の長軸とが平行でない構成では、十分な黒色レベルが得
られず、画質が低下する。

【００４３】これは、以下の理由によると考えられる。
偏光軸と液晶分子の長軸とが平行でない場合の電圧−輝
度特性は、高電圧領域においては本質的に、偏光軸と液
晶分子の長軸とが平行である場合の電圧−輝度特性と同
様であるが、低電圧領域において相違する。即ち、偏光
軸と液晶分子の長軸とが平行でない場合、電圧無印加時
には色素分子と偏光板とが平行でないことから、平行な
場合に比べて光の吸収が小さく、ある一定の輝度レベル
を有する。電圧印加時には、フレデリックス閾値電圧Ｖ
thを僅かに超えても、電圧無印加時の輝度レベルとほぼ
同様な輝度レベルを維持する。そして、更に印加電圧が
大きくなると、液晶分子の傾き角及び配向方位と、偏光
板の配置とが或る相対的な位置に達し、輝度レベルが大
きく低下する。更に印加電圧を大きくすると、印加電圧
の増大に伴って輝度レベルも上昇していく。

【００４４】そして、輝度レベルが最も低下した時点で
の輝度レベルは、０レベルでなく、黒色表示として許容
できるレベル以上のレベルである。よって、このような
構成の液晶表示素子を使用した場合、十分な黒色レベル
が得られず、画質が劣とることになる。

【００４５】但し、偏光軸と液晶分子の長軸とがほぼ垂
直となるように偏光板を配置した場合は、輝度レベルが
最も低下した時点での輝度レベルは、０レベルでない
が、黒色表示として許容できる範囲内のレベルとなるこ
とが、本発明者の実験より得られている。従って、偏光
軸と液晶分子の長軸とがほぼ垂直となるように偏光板を
配置し、輝度レベルが最も低下した時点よりも高電圧側
領域でもって表示を行うようにしてもよい。

【００４６】（実施形態２）実施形態１では、液晶捻れ
角ωが１８０度であったけれども、本実施形態では、液
晶捻れ角ωが１６０度〜２００度の範囲内のいずれかの
角度とされ、その他の構成は実施形態１と同様である。
このような本実施形態おいても、実施形態１と同様な効
果が得られた。以下に、具体的に説明する。液晶材料と
して黒色色素Ｓ−４６６（三菱化学株式会社製色素の商
品名）を１重量％含有するメルク社製液晶ＺＬＩ−２２
９３（ＮＩ点＝８５度、Δｎ＝０．１４０）を用いたこ
と、液晶層厚を５μｍ、カイラルピッチを１０μｍとし
たこと、及び液晶捻れ角ωが異なること以外は実施形態
１の液晶表示素子Ａと同様な製造方法で、７個の液晶表
示素子Ｂ〜Ｈを作製した。

【００４７】なお、各液晶表示素子Ｂ〜Ｈの液晶捻れ角
ωは、表１に示すように１５０度、１６０度、１７０
度、１８０度、１９０度、２００度、２１０度とした。

【表１】

【００４８】次に、上記の各液晶表示素子Ｂ〜Ｈの応答
性について、以下の実験を行った。具体的には、各液晶
表示素子Ｂ〜Ｈの駆動電圧範囲（Ｖ１〜Ｖ２）を表２の
如く定義し、印加電圧をＶ１→Ｖ２およびＶ２→Ｖ１と
変化させた時の応答時間を測定し、それらの和で応答時
間を評価した。この実験結果を表３に示す。

【表２】

【表３】

【００４９】表３からも明らかなように、液晶表示素子
Ｂ，Ｈでは、応答時間が５０ｍｓｅｃ以上であり応答性
が悪いが、液晶表示素子Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇでは応答時
間が４０ｍｓｅｃ以下であり、その優れた高速応答性が
確認された。従って、高速応答可能な液晶捻れ角の範囲
は１６０度〜２００度であることが理解される。

【００５０】なお、液晶捻れ角が１６０度〜２００度の
範囲で応答性が良好となるのは、以下の理由によるもの
と考えられる。即ち、捻れ液晶セルと偏光板を備えた液
晶表示素子では、その応答性が液晶の捻れと偏光板との
相対的な角度に依存し、或る角度範囲で応答性が良好に
なることが知られている。そして、偏光板がその偏光軸
を入射光側基板界面に存在する液晶分子と平行になるよ
うに配置された条件下で、上記応答性が良好となる角度
範囲となる液晶捻れ角の範囲は、１６０度〜２００度の
範囲に対応するからである。従って、液晶捻れ角が１６
０度〜２００度の範囲内であれば、液晶分子の動きが、
駆動によって発生するバックフローに妨げられる程度が
可及的に抑えられ、ＯＣＢモードと同等の高速応答特性
を得ることができる。また、本実施形態に係る液晶表示
素子Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇについて、種々の輝度レベルに
おいて色相の視野角依存性を観察したが、殆ど変化がな
く、その有用性が実証された。

【００５１】なお、本実施形態では液晶材料のカイラル
ピッチを液晶層厚の２倍としたが、カイラルピッチは液
晶層厚の１倍〜３倍にするのが望ましい。これは、カイ
ラルピッチが液晶層厚よりも小さい場合には、液晶層の
捻れ角が所望の値よりも１８０度大きくなってしまうか
らである。また、カイラルピッチの値が液晶層厚の３倍
よりも大きい場合には、電圧無印加時での配向はスプレ
イ配向となっており、電圧を印加した場合、スプレイ配
向からベンド配向への転移がスムーズに起こらないから
である。

【００５２】（実施形態３）上記実施形態２では、液晶
捻れ角ωが１６０度〜２００度の範囲内のいずれかの角
度であったけれども、この実施形態３の液晶表示素子で
は、液晶捻れ角ωが２５０度〜２９０度の範囲内のいず
れかの角度とされ、その他の構成は実施形態１に係る液
晶表示素子Ａと同様である。このような本実施形態に係
る液晶表示素子の代表例として、液晶捻れ角ωが２７０
度とされた液晶表示素子Ｌの電圧−輝度特性を図５及び
図６に示す。なお、図６は図５の一部を拡大したもので
ある。

【００５３】この図５及び図６から明らかなように、本
実施形態の液晶表示素子の電圧−輝度特性は、上記の液
晶捻れ角ωが１８０度とされた液晶表示素子Ａの電圧−
輝度特性と本質的には同様である。そして、本実施形態
に係る液晶表示素子は、上記実施形態１及び実施形態２
と同様に電圧−輝度特性における勾配が急激に変化する
変化点における電圧値（図５及び図６に示す３．６Ｖ）
よりも高電圧側領域でもって表示を行うことを特徴とす
るものであり、以下に述べる実験結果により、中間調表
示での高速応答及び良好なコトラスト比が確認されてい
る。以下に、具体的に説明する。

【００５４】液晶材料として黒色色素Ｓ−４６６（三菱
化学株式会社製色素の商品名）を１重量％含有するメル
ク社製液晶ＺＬＩ−２２９３（ＮＩ点＝８５度、Δｎ＝
０．１４０）を用い、液晶層厚を２０μｍ、カイラルピ
ッチを２４μｍとし、液晶捻れ角ωが異なること以外は
上記実施形態１の液晶表示素子Ａと同様な製造方法で、
７個の液晶表示素子Ｉ〜Ｏを作製した。

【００５５】なお、各液晶表示素子Ｉ〜Ｏの液晶捻れ角
ωは、表４に示すように２４０度、２５０度、２６０
度、２７０度、２８０度、２９０度、３００度とした。

【表４】また、各液晶表示素子Ｉ〜Ｏの駆動電圧範囲（Ｖ１〜Ｖ
２）を表５の如く定義し、印加電圧をＶ１→Ｖ２および
Ｖ２→Ｖ１と変化させた時の応答時間の総和を表６に示
す。

【００５６】

【表５】

【表６】本実施形態では液晶捻れ角ωが大きく、液晶層厚が大き
い。そのため、表６からも明らかなように、応答特性は
若干悪いが、階調間駆動時の応答特性の低下は認められ
なかった。また液晶表示素子Ｌにつき、１０．５Ｖを印
加した時の輝度と４．５Ｖを印加した時の輝度の比でも
ってコントラスト比を定義したところ、１９６の値が得
られた。Ｉ〜Ｏの他の液晶表示素子についても同様にコ
ントラストを算出した結果を併せて表６に示す。表６よ
り明らかなように、捻れ角２５０度〜２９０度の領域で
実用的なコントラストと応答特性が得られることが理解
される。なお、応答性に関して、液晶捻れ角が２５０度
〜２９０度の範囲の場合が、２５０度以下の場合および
２９０度以上の場合に比べて良好であるのは、前述した
液晶捻れ角が１６０度〜２００度の範囲で応答性が良好
となるのと同様な理由による。また、液晶捻れ角が２５
０度〜２９０度の範囲において、良好なコントラストが
得られるのは、以下の理由によると考えられる。即ち、
液晶捻れ角が２９０度以上であれば、液晶捻れ角が大き
すぎて、液晶層内の光の伝搬が捻れに追従できず、光損
失が大きくなって、十分なコントラストが得られないか
らである。また、液晶表示素子Ｊ〜Ｎにつき、種々の輝
度レベルにおいて、色相の視野角依存性を観察したが、
殆ど変化せず、その有用性が実証された。

【００５７】本実施形態では液晶材料のカイラルピッチ
を液晶層厚の１．２倍としたが、液晶層厚の１倍〜２倍
が適格である。カイラルピッチが液晶層厚よりも小さい
場合には、液晶層の捻れ角が所望の値よりも１８０度大
きくなってしまうからである。また、逆にカイラルピッ
チが液晶層厚の２倍よりも大きい時には、液晶層の捻れ
角が所望の値よりも１８０度小さくなってしまう場合が
あるからである。

【００５８】（実施形態４）上記実施形態１〜実施形態
３では、液晶表示素子の駆動電圧領域を、電圧−輝度特
性から規定したが、この実施形態では、液晶分子の平均
傾き角で規定する。即ち、液晶表示素子への電圧印加に
より輝度レベルが変化するが、これは、液晶分子の傾き
角の変化に伴う色素の傾き角の変化に起因したものであ
る。従って、駆動電圧領域を、電圧−輝度特性から規定
する他に、液晶分子の平均傾き角によっても規定するこ
とが可能である。そこで、本実施形態では、液晶表示素
子の駆動電圧領域を、液晶分子の平均傾き角により規定
した。以下、具体的に説明する。

【００５９】実施形態１の液晶表示素子Ａを用いて、液
晶表示素子Ａのダイレクター分布を測定した。印加電圧
は、０Ｖから１０Ｖまで１Ｖごと変化させた。実験結果
を、図７及び図８に示す。なお、図７は基板平面に対す
る液晶分子の傾き角を表し、図８は液晶配向方位を表し
ている。図７において、ラインＸ０は、印加電圧０Ｖを
印加した場合を示し、以下同様に、ラインＸ１，Ｘ２，
Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５，Ｘ６，Ｘ７，Ｘ８，Ｘ９，Ｘ１０
は、それぞれ印加電圧１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ、４Ｖ、５Ｖ、
６Ｖ、７Ｖ、８Ｖ、９Ｖ、１０Ｖを印加した場合を示
す。また、図８において、ラインＹ０は、印加電圧０Ｖ
を印加した場合を示し、以下同様に、ラインＹ１，Ｙ
２，Ｙ３，Ｙ４，Ｙ５，Ｙ６，Ｙ７，Ｙ８，Ｙ９，Ｙ１
０は、それぞれ印加電圧１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ、４Ｖ、５
Ｖ、６Ｖ、７Ｖ、８Ｖ、９Ｖ、１０Ｖを印加した場合を
示す。

【００６０】この図７及び図８から、印加電圧が２Ｖま
では、液晶分子の傾き角及び液晶配向方位の変化は極め
て小さく、３Ｖ以上になると、液晶分子の傾き角及び液
晶配向方位の変化が大きいことが理解される。このよう
な印加電圧に対応する液晶分子の傾き角及び液晶配向方
位の変化の相違に起因して、液晶表示素子Ａの電圧−輝
度特性が、図４に示すように、２．５Ｖの前後で輝度レ
ベルの勾配が変化するすることになると考えられる。従
って、駆動電圧領域を規定するに当たって、電圧−輝度
特性から規定する場合の電圧領域と同一の電圧領域を、
液晶分子の平均傾き角によっても規定することが可能で
あることが理解される。

【００６１】そこで、上記考えに基づき本発明者は、各
印加電圧に対する液晶分子の平均傾き角を計算した。そ
の結果を図９に示す。図３及び図９より、印加電圧２．
５Ｖに対応する液晶分子の平均傾き角は１０度である。
従って、液晶捻れ角が１６０度〜２００度の液晶表示素
子においては、液晶分子の平均傾き角が１０度以上の領
域で表示が可能であることが分かる。１０度未満の場合
には充分な輝度が得られず、実用的なコントラスト比が
得られない。

【００６２】（実施形態５）上記実施形態４では、液晶
捻れ角ωの範囲が１６０度〜２００度の液晶表示素子に
おいて、駆動電圧領域を液晶分子の平均傾き角により規
定したけれども、この実施形態５では、液晶捻れ角ωの
範囲が２５０度〜２９０度の液晶表示素子において、駆
動電圧領域を、液晶分子の平均傾き角により規定した。
このような実施形態５に係る液晶表示素子においても、
実施形態４と同様な効果を得られた。以下に、具体的に
説明する。

【００６３】実施形態３で作成した液晶表示素子Ｌにお
けるダイレクター分布を、印加電圧を０Ｖから１０Ｖま
で１Ｖごと変化させて計算した結果を図１０及び図１１
に示す。図１０は基板平面に対する液晶分子の傾き角を
表し、図１１は液晶配向方位を表している。また、図１
２は各印加電圧に対する液晶分子の平均傾き角を計算し
たものである。図５及び図１２より、印加電圧３．６Ｖ
に対応する液晶分子の平均傾き角は２０度である。従っ
て、液晶捻れ角が２５０度〜２９０度の液晶表示素子に
おいては、液晶分子の平均傾き角が２０度以上の領域で
表示が可能であることが分かる。２０度未満の場合には
十分な黒表示ができなく、実用的なコントラスト比が得
られない。

【００６４】（実施の形態６）上記実施形態１〜５で
は、捻れ液晶セルが用いられたけれども、この実施形態
６では、液晶捻れ角ωが０度のスプレイ配向液晶セルを
用いることを特徴とするものであり、その他の構成は、
実施形態１の液晶表示素子Ａと同様である。従って、こ
の実施形態６の液晶表示素子Ｐは、従来のＯＣＢモード
の液晶セルに黒色色素を封入した液晶セルが用いられる
点と、偏光軸が基板のラビング方向とほぼ平行になるよ
うに偏光板を配置した点において相違する。また、本実
施形態は、ゲストホスト効果による表示モードであっ
て、従来のＯＣＢモードで採用されている複屈折モード
でない点において相違する。この実施形態６に係る液晶
表示素子Ｐを、以下の方法で作製した。

【００６５】透明電極２、７を有する２枚のガラス基板
１、８上に日本合成ゴム（株）製配向膜塗料ＡＬ−５０
６２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０℃、
１時間硬化させる。その後、レーヨン製ラビング布を用
いて、図１３に示す方向にラビング処理を施す。なお、
図１３において、参照符号２１は出射光側基板１のラビ
ング方向を示し、参照符号２２は入射光側基板８のラビ
ング方向を示し、参照符号２３は偏光板９の偏光軸方向
を示している。この実施形態６では、液晶捻れ角ω＝０
度とするため、基板１のラビング方向２１と基板８のラ
ビング方向２２は同一方向とされている。。このような
ラビング処理の後、積水ファインケミカル（株）製スペ
ーサ４、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化
学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて基板間隔が１
４μｍとなるように貼り合わせ、空の液晶セル１０を作
成した。

【００６６】次に、カイラル材料を含まないチッソ
（株）製液晶ＬＩＸＯＮ−５０５２（ＮＩ点＝１０４
度、Δｎ＝０．１０２）１００重量部と三井東圧化学株
式会社製黒色色素Ｓ−４６６１重量部を、真空注入法に
て空の液晶セル１０に注入した。その後、偏光板９を、
図１３の如く基板のラビング方向２１，２２と偏光板の
偏光軸方向２３とが一致するよう液晶セル１０に貼合
し、液晶表示素子Ｐを作成した。

【００６７】次に、定法に従い、本発明の液晶表示素子
Ｐの電圧−輝度特性を３０Ｈｚ矩形波を印加しながら測
定した。その結果を図１４に示す。電圧無印加状態では
液晶層はスプレイ配向を示しているが、約２．３Ｖ付近
でベンド配向に転移した。図１４において、駆動電圧が
１．８Ｖから１２Ｖの領域で表示を行った時のコントラ
スト比は８０：１であった。また２．３Ｖから２．８Ｖ
に電圧を変化させた時の立ち上がり応答時間と立ち下が
り応答時間の和は３０ｍｓｅｃであった。

【００６８】次に、１０Ｖと１．８Ｖで駆動した時の輝
度比（コントラスト比）が５：１以上となる視野角範囲
を図１５に示す。図１５から明らかなように本実施形態
の液晶表示素子Ｐは上下１２０度、左右１６０度以上の
の広い視野角特性を有しており、その実用的価値は非常
に大きい。また、本実施形態の液晶表示素子Ｐを２Ｖ〜
８Ｖの領域で駆動させた時の表示特性の視野角依存性を
観察したところ、階調反転は全く認められなかった。こ
のように本実施形態では、電圧印加により液晶層がベン
ド配向をとるスプレイ配向液晶セルを使用し、かつ、液
晶層に色素を封入することにより、従来のＯＣＢモード
と同様に高速応答、及び広い視野角特性を有すると共
に、複屈折モードを採用する従来のＯＣＢモードの課題
である視角による表示色相の視野角依存性を解消するこ
とができ、また、複屈折モードでないため、位相補償層
を設ける必要がない等の優れた利点を有する。

【００６９】本実施形態においては、黒表示の時のみフ
レデリックス閾値電圧以下の電圧を印加したが、高コン
トラスト表示がそれ程要求されない場合には、図１４に
おける２．３Ｖ付近よりも高電圧側のみで表示を行って
も良い。

【００７０】（実施形態７）図１６は本発明の実施形態
７に係る液晶表示素子の断面図である。本実施形態に係
る液晶表示素子Ｑは、反射板４０を備えた反射型液晶表
示素子である。図１６において、図１に示す液晶表示素
子Ａと共通の構成要素には同一の参照符号を付す。この
液晶表示素子Ｑは、基本的には、実施形態６の構成に反
射板４０を設けたものである。但し、液晶表示素子Ｑの
液晶層５には、カイラル材料が添加されている点におい
て、実施形態６の液晶表示素子Ｐと相違する。このよう
にカイラル材料を添加することにより、初期の液晶分子
の配向状態から捻れを含むベンド配向状態に速やかに移
行させることができ、応答性をより高めることができ
る。なお、この場合、液晶は中央部に捻れ配向が存在す
るベンド配向となるが、視野角の拡大に関して、実施形
態６と同様な効果が得られる。このような液晶表示素子
Ｑは、以下の方法で作製した。

【００７１】透明電極２，７を有する２枚のガラス基板
１，８上に日本合成ゴム（株）製配向膜塗料ＡＬ−５０
６２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０度、
１時間硬化させる。その後、レーヨン製ラビング布を用
いて液晶捻れ角ωが０度とすべく、基板１と基板８のラ
ビング方向を同一方向にしてラビング処理を施し、積水
ファインケミカル（株）製スペーサ４、およびストラク
トボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の
商品名）を用いて基板間隔が１０μｍとなるように貼り
合わせ、空の液晶セル１０を作成した。

【００７２】次に、カイラルピッチが２０μｍとなるよ
う調製したチッソ（株）製液晶ＬＩＸＯＮ−５０５２
（ＮＩ点＝１０４度、Δｎ＝０．１０２）１００重量部
と三井東圧化学株式会社製黒色色素Ｓ−４６６１重量部
を、真空注入法にて空の液晶セル１０に注入た。その
後、その後、偏光板９を、基板のラビング方向と偏光板
の偏光軸方向とが一致するよう液晶セル１０に貼合し、
更に反射板４０を液晶セル１０に貼合し、液晶表示素子
Ｑを作成した。

【００７３】次に、定法に従い、本発明の液晶表示素子
Ｑの電圧−輝度特性を３０Ｈｚ矩形波を印加しながら測
定したところ、正面でのコントラスト比３０：１が得ら
れた。また、液晶表示素子Ｑを８階調表示した時の階調
間応答は全て３０ｍｓｅｃ以下であり、かつ、色相の視
角依存性も認められなかった。また、実施形態６と同様
にしてコントラスト比が５：１以上の視野角領域を測定
したところ上下１００度、左右１１５度の広い視野角特
性が得られ、その有用性が確認された。

【００７４】この実施形態では、反射型液晶表示素子に
ついて説明したけれども、反射板を省略した透過型液晶
表示素子についても好適に実施することができる。また
上記実施形態１〜６では、透過型液晶表示素子について
説明したけれども、各実施形態１〜６においてそれぞれ
反射板を設け反射型液晶表示素子としても本発明は好適
に実施することができる。また上記実施形態１〜７にお
ける一方の基板をアクティブ素子を有するようにして、
アクティブマトリック型液晶表示素子に用いるようにし
てもよい。このようにすれば、より高品位の表示が得ら
れる。

【００７５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、１６０度
〜２００度に捻れた液晶表示素子、２５０度〜２９０度
に捻れた液晶表示素子、あるいはＯＣＢモード液晶表示
素子に、色素または顔料を封入することにより、補償層
が不要で、高速応答で広視野の表示性能を有し、しか
も、表示色相の視角依存性が極めて小さい高画質の表示
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る液晶表示素子Ａの断
面図である。

【図２】本発明の実施形態１に係る液晶表示素子Ａにお
ける各光学要素の配置方向を説明するための図である。

【図３】本発明の実施形態１に係る液晶表示素子Ａの電
圧−輝度特性を示す図である。

【図４】図３の一部を拡大した図である。

【図５】本発明の実施形態３に係る液晶表示素子Ｌの電
圧−輝度特性を示す図である。

【図６】図５の一部を拡大した図である。

【図７】液晶表示素子Ａにおける液晶分子ダイレクター
の極角方向の傾き角をシミュレーションにより算出した
図である。

【図８】液晶表示素子Ａにおける液晶分子ダイレクター
の方位をシミュレーションにより算出した図である。

【図９】液晶表示素子Ａにおける液晶分子ダイレクター
の極角方向の傾き角と印加電圧との関係を説明するため
の図である。

【図１０】液晶表示素子Ｌにおける液晶分子ダイレクタ
ーの極角方向の傾き角をシミュレーションにより算出し
た図である。

【図１１】液晶表示素子Ｌにおける液晶分子ダイレクタ
ーの方位をシミュレーションにより算出した図である。

【図１２】液晶表示素子Ｌにおける液晶分子ダイレクタ
ーの極角方向の傾き角と印加電圧との関係を説明するた
めの図である。

【図１３】本発明の実施形態６に係る液晶表示素子Ｐに
おける各光学要素の配置方向を説明するための図であ
る。

【図１４】本発明の実施形態６に係る液晶表示素子Ｐの
電圧−輝度特性を示す図である。

【図１５】本発明の実施形態６に係る液晶表示素子Ｐの
視野角特性を示す図である。

【図１６】本発明の実施形態７に係る液晶表示素子Ｑの
断面図である。

【符号の説明】

１，８ …ガラス基板２，７ …透明電極３，６ …配向膜５ …液晶層９ …偏光板１０ …液晶セル２１ …基板１のラビング方向２２ …基板８のラビング方向２３ …偏光板９の偏光軸方向４０ …反射板Ａ，Ｑ …液晶表示素子 ω …液晶捻れ角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/137 G02F 1/139

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間に液晶層を挟持した液晶セル
と少なくとも１枚の偏光板とを有する液晶表示素子であ
って、前記液晶層が色素あるいは顔料を含むと共に、電
圧印加時に前記液晶セルの中央部にベンド配向が形成さ
れ、液晶捻れ角が１６０度〜２００度であることを特徴
とする液晶表示素子。
【請求項２】前記液晶捻れ角が１８０度であることを特
徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】一対の基板間に液晶層を挟持した液晶セル
と少なくとも１枚の偏光板とを有する液晶表示素子であ
って、前記液晶層が色素あるいは顔料を含むと共に、電
圧印加時に前記液晶セルの中央部にベンド配向が形成さ
れ、液晶捻れ角がほぼ０度であることを特徴とする液晶
表示素子。
【請求項４】偏光板の透過軸方向が、液晶配列処理方向
と略平行であることを特徴とする、請求項１から３のい
ずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項５】液晶層がカイラル材料を含んでいることを
特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項６】透過型液晶表示素子であることを特徴とす
る、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項７】反射型液晶表示素子であることを特徴とす
る、請求項１から５のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項８】一対の基板のうちの一方の基板が、アクテ
ィブ素子を備えていることを特徴とする請求項１から７
のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項９】一対の基板間に液晶層を挟持した液晶セル
と少なくとも１枚の偏光板とを有し、電圧印加時に前記
液晶セルの中央部にベンド配向が形成される液晶表示素
子であって、ゲストホスト効果により表示を行うと共
に、液晶捻れ角が１６０度〜２００度であることを特徴
とする液晶表示素子。
【請求項１０】前記液晶捻れ角が１８０度であることを
特徴とする請求項９に記載の液晶表示素子。
【請求項１１】一対の基板間に液晶層を挟持した液晶セ
ルと少なくとも１枚の偏光板とを有し、電圧印加時に前
記液晶セルの中央部にベンド配向が形成される液晶表示
素子であって、ゲストホスト効果により表示を行うと共
に、液晶捻れ角がほぼ０度であることを特徴とする液晶
表示素子。