JPH01187530A - 液晶電気光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は液晶電気光学素子に関する。

［従来の技術］ 従来のニューツィステッドネマチックモード（以下ＮＴ
Ｎモードと呼ぶ）は、従来のスーパーツィステッドネマ
チックモードに特有の、素子の外観の色づきを解消した
もので、特願昭６２−１２１７０１のように、一対の偏
光板の間に、表示を行う液晶セル（以下表示セルと呼ぶ
）の他に、少なくとも−層の光学的異方体を備えること
により、白黒表示を可能にした。

第９図と第１０図に、それぞれ従来のＮＴＮモードを利
用した液晶電気光学素子の断面図と各軸の関係図を示す
。

第９図において、１は上側偏光板、２は表示セル、３は
光学的異方体、４は下側偏光板である。

３の光学的異方体として、ここでは液晶セル（以下補償
セルと呼ぶ）を用いたが、高分子フィルム等を用いて同
様の効果を持たせることもできる。

また第１０図において、角度２０を左２１０度、角度２
２を右２１０度、角度１９を左４５度、角度２１を９０
度、角度２３を左１３５度に設定する。以上はノーマリ
ー・オープンの場合であるが、ノーマリ−・クローズド
の場合には角度２３を左４５度に設定すれば良い。

なお、本発明において、ノーマリー・オープンとは、オ
フ状態で光を透過し、オン状態で光をブロックする表示
を意味し、逆にノーマワー・クローズドとは、オフ状態
で光をブロックし、オン状態で光を透過する表示を意味
する。またここで用いたオフ状態とは、電圧無印加状態
ないし、電圧印加状態であってもほぼ無印加状態の分子
配向が維持されている状態を意味し、オン状態とは、光
学的変化を引き起こすのに充分な程、液晶の分子配向に
変化が生じている状態を意味する。

表示セル及び補償セルには、同じ液晶組成物を用い、カ
イラルドーパントでツイスト角を調整する。表示セルと
補償セルは液晶層厚ｄも等しくし、両者のΔｎＸｄがい
ずれも０．９μｍになるようにする。

以上の条件のもとての、従来のＮＴＮモードを利用した
液晶電気光学素子の電気光学特性を、第１１図と第１２
図に示した。第１１図と第１２図は、各々ノーマリ−・
クローズドおよびノーマリー・オープンの電気光学特性
である。ここで、２４．２５．２６の各曲線は、各々波
長４５０ｎｍ（青）、５５０ｎｍ（緑）、６５０ｎｍ（
赤）の光に対する電圧透過率曲線を示している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来のＮＴＮモードを利用した液晶電気
光学素子は、白黒表示とは云うものの、実際にはオン時
に若干の色づきが見られた。

例えばノーマワー・クローズドの場合には、第１１図の
各色ごとの電圧透過率曲線に見られるように、オン時が
青っぽくなり、ノーマリー・オープンの場合には、第１
２図に見られるようにオン時が紫色になる。ノーマリ−
・クローズドの場合は、オフ時にほぼ完全に光がブロッ
クされて、充分なコントラスト比が得られるため、実用
上の問題は少ない。ところがノーマリー・オープンの場
合は、オン時の光漏れのために、たかだか１：４程度の
コントラスト比しか得られない。従って、従来は主とし
てノーマリ−・クローズドによる表示が用いられており
、ノーマリー・オープンによる表示が用いられることは
まれであっに０ところが、ノーマリー・オープンによる
表示には、ノーマリ−・クローズドによる表示にはない
２つの利点がある。一つは、白地に黒のいわゆるポジテ
ィブ表示を行う場合、ノーマリ−・オーダどだと、ノー
マリ−・クローズドのように画素と画素の間の電圧が印
加されない領域が黒くなることがないために、表示がす
っきりと明るくなるという点である。もう一つは、時分
割駆動を行う場合、ノーマリー・オープンの方がノーマ
リ−・クローズドに比較して駆動電圧が高くなるために
、応答速度が速くなるという点である。

そこで本発明では、ＮＴＮモードのノーマリー・オープ
ン表示の色づき及びコントラストの問題を解決すること
によって、明るく応答速度の速い液晶電気光学素子を提
供することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の液晶電気光学素子は、対向する２枚の電極基板
間にねじれ配向したネマチック液晶を挟持してなる液晶
素子と、少なくとも一層の光学的異方体と、それらを挟
んで両側に配置された一対の偏光板とを備えた液晶電気
光学素子において、前記光学的異方体のリターデーショ
ン△ｎ、ＸｄＮが、前記液晶素子のリターデーション△
ｎ５Ｘｄｓよりも小さいことを特徴とする。

なお、波長５５０ｎｍの光に対する、前記液晶素子と光
学的異方体とのリターデーションの差△ｎ５Ｘｄｓ−Δ
ｎＮＸｄ、が、０．２０．ｃｚｍよりも小さくなると、
オフ時の透過率が低くなって実用性を損なう。また、△
ｎ５Ｘｄｓ−ΔｎＮＸｄＮが、０．４５μｍよりも大き
くなると、オン時に光漏れを生じて、コントラストが悪
くなる。従って、△ｒｌｓＸｄｓ−△ｎ、、Ｘｄ、、の
値は、０．２０μｍ以上、０．４５μｍ以下の範囲にあ
ることが望ましい。

以下、実施例により本発明の詳細を示す。

［実施例１］ 第１図と第２図に、それぞれ本発明の実施例１における
液晶電気光学素子の断面図と各軸の関係図を示す。

本発明の構成は、従来のＮＴＮモードを利用した液晶電
気光学素子と同様であり、第１図において、１は上側偏
光板、２は表示セル、３は補償セル、４は下側偏光板で
ある。

第２図において、角度２０を左２１０度、角度２２を右
２１０度、角度１９を左４５度、角度２１を９０度、角
度２３を左４５度に設定した。この軸関係は、従来のノ
ーマリ−・クローズドの場合と全く同じであり、上下一
対の偏光板の偏光軸方向が互いに直交している。本発明
においては、この軸関係でノーマリー・オープンとなる
。

本発明が従来のＮＴＮモードと異なるのは、液晶層のリ
ターデーションである。従来は、液晶セルのリターデー
ション△Ｈ，ｘｄ、を、補償セルのリターデーションΔ
ｎＮｘｄＮと概ね等しくなるようにしていた。本発明に
おいては、表示セルと補償セルに同じ液晶ＺＬＩ−１８
４’０　（Ｍｅｒｃｋ社製）を用いて、△ｎｓ＝ΔｎＮ
＝０．１４３とした上で、表示セルの液晶層厚ｄ、＝６
．３μｍ、補償セルの液晶層厚ｄＮ＝３．８μｍとして
、△ｎ５Ｘｄｓ：０．９０μｍ、ΔｎＮｘｄＮ＝０．５
４μｍに設定した。表示セルと補償セルのリターデーシ
ョンの差は０．３６μｍである。

第３図に本発明の実施例１における液晶電気光学素子の
電気光学特性を測定した結果を示す。この素子は、前述
のように従来のＮＴＮモードのノーマリ−・クローズド
の場合と全く同じ軸関係でありながら、ノーマワー・オ
ープンとなっているところに特徴がある。

第３図を第１２図と比較すると、本発明の液晶電気光学
素子は、従来のノーマリー・オープン表示のＮＴＮモー
ドに比較して、オン時にかなりの程度まで黒くなること
ができる。従って分割比４００の時分割駆動を行ったと
きのコントラスト比は、１：３２と充分に大きい。オフ
時に若干の色づきがあるが、これは偏光板や光源の分光
特性を調整することによって、容易に補正できる。

立ち上がり応答と立ち下がり応答を加えた応答速度は、
従来のＮＴＮモードのノーマリ−・クローズドの場合８
３０ｍ５．であったが、本発明では５７０ｍ５．となり
、約３０％速くなった。これは、駆動電圧が約０．１ｖ
高くなって、従来よりも液晶分子が立ち上がった状態で
オン・オフするようになったためである。

［実施例２、 特許請求の範囲■において、液晶素子と光学的異方体と
のリターデーションの差△ｎ５Ｘｄｓ−ΔｎＮｘｄＮを
、０．２０μｍ以上と限定したが、その根拠となる実験
データを示す。

実施例２における液晶電気光学素子の構成は、実施例１
と同様であり、断面図を第１図に、各軸の関係図を第２
図に示した。表示セルおよび補償セルには、実施例１と
同じ液晶ＺＬＩ−１８４０を用い、表示セルの液晶層厚
ｄ、＝６．３μｍ、補償セルの液晶層厚ｄＮ＝４．９μ
ｍとして、Δｎｓ×ｄ５＝０．９０μｍ、ΔｎＮｘｄＮ
＝　０．７０　μｍに設定した。表示セルと補償セルの
りターデージョンの差は０．２０μｍである。

第４図に本発明の実施例２における液晶電気光学素子の
電気光学特性を測定した結果を示す。

比較例として、実施例２において、補償セルの液晶層厚
ｄ、（＝５．２μｍ、ΔｎＮＸｄＮ＝０．７４μｍとし
た場合の、電気光学特性を測定した結果を第５図に示す
。この場合の表示セルと補償セルのリターデーションの
差は０．１６μｍである。

第４図および第５図の縦軸は、視感度補正フィルターを
介して測定した透過率で、Ｘ７２表色系におけるＹ値に
相当している。実施例２と比較例とでオフ時の透過率を
比較すると、実施例２の場合およそ５０％である（第４
図参照）のに対し、比較例の場合３０％と低い（第５図
参照）。透過率が低いとその分強力なバックライトが必
要となり、実用性が損なわれる。本発明においては、−
応透過率５０％を実用性の有無の目安と考えて、液晶素
子と光学的異方体とのリターデーションの差を、０．２
０μｍ以上と限定した。

［実施例３］ 特許請求の範囲■において、液晶素子と光学的異方体と
の１ツタ−デージョンの差△ｎ５ｘｄｓ−ΔｎＮＸｄＮ
を、０．４５μｍ以下と限定したが、その根拠となる実
験データを示す。

実施例３における液晶電気光学素子の構成は、実施例１
と同様であり、断面図を第１図に、各軸の関係図を第２
図に示す。表示セルおよび補償セルには、実施例１と同
じ液晶ＺＬＩ−１８４０を用い、表示セルの液晶層厚ｄ
、＝６．３μｍ１補償セルの液晶層厚ｄＮ＝３．１５μ
ｍとして、△ｎｓ×ｄｓ＝０．９０μｍ、ΔｎＮｘｄＮ
＝　０．４５　μｍに設定した。表示セルと補償セルの
リターデーションの差は０．４５μｍである。

第６図に本発明の実施例３における液晶電気光学素子の
電気光学特性を測定した結果を示した。

比較例として、実施例３において、補償セルの液晶層厚
ｄＮ＝２．８．ｃｚｍ、ΔｎＮｘｄ、＝０．４０μｍと
した場合の、電気光学特性を測定した結果を第７図に示
す。この場合の表示セルと補償セルのリターデーション
の差は０．５０μｍである。

実施例３と比較例とで、分割比４００の時分割駆動を行
ったときのコントラスト比を比較すると、実施例３の場
合１：１３取れる（第６図参照）のに対して、比較例で
は１：６しか取れず（第７図参照）、実用上不十分であ
る。これは、表示セルと補償セルのリターデーションの
差がある程度以上大きくなると、オン時に光漏れを生じ
るためである。従って本発明においては、液晶素子と光
学的異方体とのリターデーションの差を、０．４５μｍ
以下と限定した。

［実施例４］ 実施例１〜３では、補償セルの液晶のねじれ角２２を、
表示セルの液晶のねじれ角２０と、逆ねじれて同じ大き
さになるように設定していたが、必ずしもその必要は無
い。

実施例４における液晶電気光学素子の断面図を第１図に
、各軸の関係図を第２図に示した。第２図において、角
度２２を右１８０度に、角度２３を左１５度に設定した
点を除けば、その構成は実施例１と同様である。表示セ
ルおよび補償セルには、実施例１と同じ液晶ＺＬＩ−１
８４０を用い、表示セルの液晶層厚ｄＳ＝６．３μｍ、
補償セルの１２一 液晶層厚ｄ、、＝３．５μｍとして、△ｎ５ＸｄＳ＝０
．９０μｍ、ΔｎＮｘｄＮ＝　０．５０　μｍに設定し
た。

表示セルと補償セルのリターデーションの差は０．４０
μｍである。

第８図に本発明の実施例４における液晶電気光学素子の
電気光学特性を測定した結果を示す。分割比４００の時
分割駆動を行ったときのコントラスト比は１：２４であ
り、実施例１に及ばないが、オン時の色づきは、むしろ
実施例４の方が小さくなる。

以上述べた実施例においては、表示セルと補償セルに同
一の液晶を用いて△ｎを等しくした上で、液晶層厚ｄを
変えてリターデーション△ｎＸｄに差をつけた。しかし
、より一般的に表示セルと補償セルに各々異なる液晶を
用いても、あるいは補償セルの代わりに高分子フィルム
を用いても、リターデーション△ｎｘｄの差に応じて、
同等の効果を得ることができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明は、ＮＴＮモードのノＴマリ−
・オープン表示の色づきを解消し、表示コントラストを
高くするという効果を有する。従って、本発明によって
、従来よりも明るく応答速度の速い液晶電気光学素子を
提供することが可能となった。

また本発明においては、従来のように表示セルと補償セ
ルの９タープ−ジョンを厳密に一致させる必要がなくな
ったため、製造上の難点であったセル厚の制御を容易な
ものにした。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における液晶電気光学素子の断面図で
ある。 第２図は、本発明における液晶電気光学素子の各軸の関
係図である。 第３図は、本発明の実施例１における液晶電気光学素子
の電気光学特性を示す図である。 第４図は、本発明の実施例２における液晶電気光学素子
の電気光学特性を示す図である。 第５図は、本発明の実施例２で示した比較例における液
晶電気光学素子の電気光学特性を示す図である。 第６図は、本発明の実施例３における液晶電気光学素子
の電気光学特性を示す図である。 第７図は、本発明の実施例３で示した比較例における液
晶電気光学素子の電気光学特性を示す図である。 第８図は、本発明の実施例４における液晶電気光学素子
の電気光学特性を示す図である。 第９図は、従来技術における液晶電気光学素子の断面図
である。 第１０図は、従来技術における液晶電気光学素子の各軸
の関係図である。 第１１図は、従来技術のノーマリ−・クローズド表示に
おける液晶電気光学素子の電気光学特性を示す図である
。 第１２図は、従来技術のノーマリー・オープン表示にお
ける液晶電気光学素子の電気光学特性を示す図である。 １．上側偏光板 ２、表示を行う液晶セル（表示セル） ３、光学的異方体、あるいは光学的異方体としての液晶
セル（補償セル） ４、下側偏光板 ５、表示セルの上側基板 ６６透明電極 ７、配向層 ８、表示セルの液晶 ９、表示セルの下側基板 １０、補償セルの上側基板 １１、補償セルの液晶 １２゜補償セルの下側基板 １３、上側偏光板１の偏光軸（吸収軸）の方向１４、表
示セルの上側基板５のラビング方向１５、表示セルの下
側基板９のラビング方向１６、補償セルの上側基板１０
のラビング方向１７、補償セルの下側基板１２のラビン
グ方向１８、下側偏光板４の偏光軸（吸収軸）の方向１
９、上側偏光板の偏光軸の方向１３が、表示セルの上側
基板のラビング方向１４となす角度。 ２０、表示セルの液晶８のねじれ角。 ２１、表示セルの下側基板のラビング方向１５と、補償
セルの上側基板のラビング方向１６とのなす角度。 ２２、補償セルの液晶１１のねじれ角。 ２３、下側偏光板の偏光軸の方向１８が、補償セルの下
側基板のラビング方向１７となす角度。 ２４、波長４５０ｎｍの光（青色光）に対する電圧透過
率曲線。 ２５、波長５５０ｎｍの光（緑色光）に対する電圧透過
率曲線。 ２６、級長６５　’Ｏｎ　ｍの光（赤色光）に対する電
圧透過率曲線。 ２７、視感度補正された光に対する電圧透過率曲線。 以　　上 ２ろ 第　　６　　図 ｅｐ　　ｐ口　　電　　７Ｅ　　（、Ｖ＞帥加電圧ＣＶ
） 第５凹 印　２７０１　　反　＜Ｖ＞ 印力ロ電圧＜Ｖ＞ 第７図 １タ　　　　　　　　　　２．０　　　　　　　　　　
２．Ｓ印　ｎ０　＠　　ｈ　　　（Ｖ） 第　８　凹 −４７＋　＋　　　　式でｉ 欣　　１０　　膣カ ー弔　　ＩＩ　　　ｌａ 刊う　　１ム　　ばコ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向する２枚の電極基板間にねじれ配向したネマ
   チック液晶を挟持してなる液晶素子と、少なくとも一層
   の光学的異方体と、それらを挟んで両側に配置された一
   対の偏光板とを備えた液晶電気光学素子において、前記
   光学的異方体の複屈折率Δｎ＿Ｎと層厚ｄ＿Ｎの積で定
   義されるリターデーションΔｎ＿Ｎ×ｄ＿Ｎが、前記液
   晶素子のリターデーションΔｎ＿Ｓ×ｄ＿Ｓよりも小さ
   いことを特徴とする液晶電気光学素子。
2. （２）波長５５０ｎｍの光に対する、前記液晶素子と光
   学的異方体とのリターデーションの差Δｎ＿Ｓ×ｄ＿Ｓ
   −Δｎ＿Ｎ×ｄ＿Ｎが、０．２０μｍ以上、０．４５μ
   ｍ以下の値を持つことを特徴とする特許請求の範囲第一
   項記載の液晶電気光学素子。
3. （３）前記光学的異方体が、対向する２枚の基板間に挟
   持され、ねじれ配向したネマチック液晶であることを特
   徴とする特許請求の範囲第一項記載の液晶電気光学素子
   。
4. （４）前記一対の偏光板の偏光軸方向（吸収軸方向）が
   互いに直交し、かつノーマリー・オープンで表示を行う
   ことを特徴とする特許請求の範囲第一項記載の液晶電気
   光学素子。