JPH0196625A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH0196625A
JPH0196625A JP62253278A JP25327887A JPH0196625A JP H0196625 A JPH0196625 A JP H0196625A JP 62253278 A JP62253278 A JP 62253278A JP 25327887 A JP25327887 A JP 25327887A JP H0196625 A JPH0196625 A JP H0196625A
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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、液晶表示装置に関し、さらに詳しくは、コン
トラスト比を向上し且つ色づきのない白黒表示および良
好なカラー表示を行うことのできる液晶表示装置に関す
るものである。
〔従来の技術］ 液晶表示装置は、時計、電卓、コンビ二一夕の端末、ワ
ープロのデイスプレィ、ＴＶ等の広い分野にわたって利
用されている。さらに最近、液晶表示装置のマルチカラ
ー化、フルカラー化に対して大きな要求があり、すでに
グラフインク表示、画像表示の分野で実用化されている
。現在広く一般的に実用化されているカラー表示は、液
晶セルの内側にカラーフィルタ層を設け、液晶セルによ
って光のスイッチングを行い各色を出す方法である。こ
の際表示モードとしては、コントラスト等の点で液晶分
子を９０度ねじったＴｗｉｓｔｅｄ　Ｎａｍａｔｉｃ（
ＴＮ）表示が主流である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ＴＮ表示モードでは、表示特性が光の波長に依存する波
長依存性が大きく、可視光全域にわたって均等に光をス
イッチングすることができない。
特に、２枚の偏光子の吸収軸を平行としたノーマリーク
ローズタイプの場合、電圧を印加しない場合の光のもれ
、色づきが問題となる。
ところで、このようなカラーフィルタ層を設け、ＴＮ表
示を用いて光のスイッチングを行うカラＴ表示装置の場
合、その駆動方法は２つの方法に大別される。ひとつは
、液晶セルの各画素にダイオード等の非線形素子や薄膜
トランジスタ等のスイッチング素子を設けたもの（アク
ティブマトリックス駆動方式）であり、他のひとつは、
このような素子無しにダイレクトに液晶を駆動する方法
（デユーティ駆動方式）である。
後者の方法では、液晶の光学特性のしきい値付近の急峻
性が重要となり、現在行われているＴＮ表示表示では、
この点が問題となる。このしきい特性を改善するために
提案されているのは、液晶分子のねじれ角を１８０度〜
２７０度付近としたＳｕｐｅｒｔｗｉｓｔｅｄ　Ｂｉｒ
ｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ　Ｅｆｆｅｃｔ方式（ＳＢＥ方式
）である、このＳＢＥ方式は、しきい値付近の立上りが
鋭く、デユーティ比を上げた場合でも、高コントラスト
比が得られる。しかし、その反面、複屈折効果を利用す
るため原理的に波長による依存性がＴＮ表示よりさらに
大きく、フルカラー表示に通用する場合には上述の問題
点がさらに顕著になる。
従って、本発明の目的とするところは、高コントラスト
比で且つ色づきのない白黒表示および良好なカラー表示
を行うことができる液晶表示装置を提供することにある
。
ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明の液晶表示装置は、ツイステンドネマテインク液
晶セルを少な（とも２層に重ねた多層型の液晶表示装置
において１ 、第１層目と第２層目の前記各液晶セル内での液晶分子
のねじれ回転方向が互いに左右逆方向であり且つ第１層
目と第２層目の最近接する液晶分子相互間でその配向方
向のなす角が７０度以上１５０度以下に設定され、第１
層目の前記液晶セルは液晶分子の配向を変換する電圧印
加手段が具設され、第２層目の前記液晶セルは液晶分子
が配向変換されない液晶セルであることを構成上の特徴
とするものである。この場合、第２層目の液晶セルは第
１層目の液晶セルの表示パターンを鮮明化する補償板（
コンベンセータ）として機能する。
上記構成において、第１層目と第２層目の近接する液晶
分子の配向方向のなす角αは７０度以上８０度以下また
は１１０度以上１５０度以下望ましくは１２０度以上１
５０度以下に設定するのが好ましい。
上記構成において、第１層目と第一２層目の各液晶セル
の液晶ねじれ角θは１８ｏ°がら３６ｏ。
の間に設定するのが好ましい。
上記構成において、第１Ｎ目と第２層目の各液晶セルの
液晶ねじれ角θがほぼ同じとしたときに、第１層目の屈
折率異方性へｎｌとセル厚ｄ、の積ΔｎＩ−ｄｌと第２
層目の屈折率異方性Δｎ２とセル厚ｄ２の積Δｎ２　・
ｄ２が、 ０．７・Δｎ、・ｄ２ くΔｎ＋　　・ｄ＋　＜１．４　・Δｎ２　　・ｄ２な
る関係にあるようにするのが好ましい。
上記構成において、電圧印加手段を有する液晶セルの嘘
旋ピッチｐとセル厚ｄの関係が、θ／２π−１／４＜ｄ
／ｐ≦θ／２π の関係にあるようにするのが好まし°い。
上記構成において、少なくとも一方の液晶セルにカラー
フィルタ層を設けてもよいし、能動素子を各絵素ごとに
付設してもよい。
〔実施例〕
以下、図に示す実施例に基づいて本発明をさらに詳しく
説明する。ここに第１図は本発明の一実施例の液晶表示
装置の模式的構成断面図、第２図は液晶分子の左ねじれ
方向と右ねじれ方向の定義を示す説明図、第３図は第１
！目と第２屓目の近接する液晶分子の配向方向のなす角
αとコントラスト比の特性図、第４図は液晶ねじれ角θ
とコントラスト比の特性図、第５図はΔｎｌ　　・ｄ＋
／Δｎ２　・ｄ２の値とコントラスト比の特性図、第６
図ｆａ）は本発明の液晶表示装置の一興体側における電
圧−透過率特性図で、　（ｂｌは比較例における（ａ）
相当図、第７図ｉａｌは本発明の液晶表示装置の他の具
゛体側における電圧−透過率特性図で、（１））は比較
例における（ト））相当図である。なお、図に示す実施
例により本発明が限定されるものではない。
第１図に示す液晶表示装置１０において゛、１はガラス
、アクリル等の透明基板、２４；１ｌＴｏ、ネサ欣等の
透明導電性膜である。３は液晶分子に対する配向膜で具
体的には５ｉ０２．ＳｉＯ等の無機質膜又はポリイミド
、ポリビニ゛ルアルコール。
ナイロン、アクリル等の有機質膜がある。４１゜４トは
液晶層、５１は偏光子、５ｂは検出子、６はセルのシー
ル材である。
液晶分子のねじれ方向は第２図に示すように定義されて
おり、第２図＋８１に示す右ねじれと第２回申）に示す
左ねじれがある。液晶分子にねじれを与えるのは、一般
にネマティンク液晶に光学活性物質を添加することによ
り行われる。
右ねじれの場合、添加する物質として例えばメルク社製 Ｈ３ で示される物質が用いられる。
左ねじれの場合、例えばメルク社製コレステリールノナ
ノエイト、Ｓ−８１１等の添加剤が用いられる。
液晶層４．と４トとでは、液晶分子のねじれ方向が左右
逆にされている。
液晶層４ｂには透明導電１り２を介して駆動電圧が印加
され、液晶分子が配向変換される。この時、液晶層４．
には透明導電膜２がなく、従って液晶ＦＩ４．の液晶分
子は配向変換されることがない。
第３図は、液晶層４１と４トとが最も近接した位置での
両液晶層４ｍ＋４ｂの各液晶分子の配向方向のなす角α
とコントラスト比の関係を示したものである。但し、液
晶ねじれ角θ１＝θ、−２７０°、屈折率異方性とセル
厚の積ΔＩ’ｌｌ　　−ａ。
−Δｎ、・ｄ２−０．７としている。
図から理解されるように、最大コントラスト比のほぼ半
分以上のコントラスト比を得る条件としては、αを７０
′″〜１５０°に設定すべきである。
ここで、αが７０１〜８０°または１００°〜１５０°
では、２層目の液晶の複屈折性のため、１層目が無電算
時では透過率が高く、電界印加時では透過率が低くなる
（ポジ型表示）、一方、αが８０°〜１００°では逆の
表示（ネガ型表示）になる。
反射型の液晶表示装置では、ポジ型表示が好ましいので
、Ｔｏ”〜８０°または１００＠〜１５０°とするのが
好ましい、さらに、製作上の観点等を加味すれば、１２
０゛〜１５０″、とするのが好ましい。
液晶ねじれ角θが９０°、１８０°、２１０’。
３６０°の中より任意に組み合わせた場合においても、
上記と同様のα−コントラスト比の特性が得られた。但
し、第１ｒｆ４目の液晶層４１における屈折率異方性Δ
ｎｌ＋　セル厚ｄｌ＋液晶ねじれ角０皿と、第２層目の
液晶層４−における屈折率異方性Δｎ２．セル厚ｄ２．
液晶ねじれ角θ２の間に、 ０．７＜ （Δｎｌ　　・ｄｌ　　・θ２）／（Δｎ２　　・ｄ２
　　・θ資）〈１．５ の関係が成立する範囲内に最大コントラスト比となる点
があるので、この条件を充たすように液晶セルを構成し
た。
次に、第４図は、液晶ねじれ角θとコントラスト比の関
係を示したものである。この図の関係および液晶ねじれ
角θ−３６０゛以上になれば電圧印加時にドメインが発
生するためコントラストが得られなくなるので、液晶ね
じれ角θを１８０゜から３６０°の間に設定するのが好
ましい。
次に、第５図は、第１層目の液晶層４１における屈折率
異方性Δｎｌとセル厚ｄ、の積Δｎ１　・ｄ−を、第２
層目の液晶層４トにおける屈折率異方性Δｎ２とセル厚
ｄ２の積Δｎ２　・ｄ２で除した値（ΔｎＩ　’ｄｉ）
／（Δｎ２　・ｄ２）とコントラスト比の関係を示した
ものである。但し、α−１ｌＧ”、　　０皿−０２”２
７０°としている。
図から理解されるように、最大コントラスト比のほぼ半
分以上のコントラスト比を得るためには、０．７＜（Δ
ｎ＋−ｄｔ）／（Δｎ２・ｄ＊）＜１．４とするのが好
ましい、なお、Δｎ１−ｄｌ、　Δｎ。
・ｄ２の絶対値は、０．３以上３．０以下とするのが好
ましい。
次に、液晶をデユーティ−駆動方式で駆動する場合、液
晶の光学特性のうちしきい値付近の急峻１性が重要とな
るが、そのためには液晶ねじれ角θと、セル厚ｄと、螺
旋ピッチｐの間に、θ／２π−１／４＜ｄ／ｐ≦θ／２
π の関係が成立するようにｄ／ｐを設定するのが好ましい
ことが実験的に確認された。但し、上記条件は液晶のプ
レティルト角が約１０°以下の場合であり、プレティル
ト角が１０゛以上になるとこの範囲も異なる。
次に、具体例について説明する。但し、構造は第１図に
示す通りである。
透明基板１はガラスとした。透明導電性膜２は、ＩＴＯ
をスパッタ蒸着し、所望めパターンにエツチングするこ
とにより作製した。膜厚は約１５００人である。配向１
５１３は高分子配向膜で、ポリイミド膜をスピンナーで
コートしたものである。配向は、この高分子配向膜３上
を布でラビングすることにより得た。αは１３５°とし
た。液晶Ｎ４，５４しの液晶材料として、ＺＬＩ−３２
８１（メルク社製）を用い、光学活性物質として、第１
Ｎ目の液晶層４１にコレステリールノナノエイトを１．
１−ｔ％、第２層目め液晶層４ＬにＣＢ−１５を０．９
４ｗｔ％添加した０両液晶ＩＷ４ａ、４Ｉ、のねじれ方
向は逆方向である。液晶ねじれ角θは、θ１＝θ。
＝２７０’である。セル厚ｄは、ｃｌ、　＝（＋２　＝
Ｅ１μｍである。液晶のピンチは約８μ糟であり、基板
上のプレティルト角は約８°である。偏光子５８゜検出
子５＋、は、通常のヨウ素系偏光板であり、両者のなす
角は約４５°にした。
上記具体例の液晶表示装置の電圧−透過率特性図を第６
図（酌に示す、測定波長は、Ｒ（赤；λ＝６１０ｎｍ）
、Ｇ（緑；λ＝５５０ｎｍ）　、　Ｂ　（青；λ−４５
Ｏｎ１１）とした、また、比較のために１層型セルの特
性を山）に示す。
図から理解されるように、Ｒ，Ｇ、Ｂによる特性の変化
が１層型セルに比べて極めて少ないため、色づきのない
良好なポジ表示型の白黒表示が得られ、しかも、しきい
値付近で光学的変調特性が急峻性を呈するため、高コン
トラスト比が得られることが分かる。
次に他の具体例として、液晶Ｎ４＆へのコレステリール
ノナノエイトの添加量を０．８４ｗｔ％、液晶層４Ｉ、
へのＣＢ’−１５の添加量を０．７５ｗｔ％。
液晶ねじれ角θをθ１＝θ２＝２４０°とし、それ以外
は上記具体例と同じものを製作した。
その電圧−透過率特性図を第７図ｆａｔに示す、また、
比較のためにＩＮ型セルの特性を伽）に示す。
図から理解されるように、Ｒ，Ｇ、Ｂの特性が合致して
いるため、色づきのない良好なポジ表示型の白黒表示が
得られ、しかも、しきい値付近で急峻性を有するため、
高コントラスト比が得られることが分かる。
なお、上記２つの具体例において、透明導電性！！！Ｉ
２を設けた液晶セルの内側に、ゼラチン膜によりＲＧＢ
のカラーフィルター層を形成し、デユーティ−駆動方式
でカラー画像表示を行ったところ、極めて鮮明なカラー
画像が得られた。
また、上記２つの具体例において、能動素子を各絵素ご
とに付設して、カラーフィルター付加型のＴＰＴ液晶パ
ネル構成とし、アクティブマトリクス駆動方式でカラー
画像表示を行ったところ、極めて鮮明なカラー画像が得
られた。
上記説明では、２層型の液晶表示装置を例にとったが、
３層型、４層型、６層型等の多層型の液晶表示装置にも
本発明を適用できる。なお、多層型の液晶表示装置では
、上下分割表示等がなされることが多い。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ツィステッドネマテインク液晶セルを
少なくとも２層に重ねた多層型の液晶表示装置において
、第１層目と第２層目の前記各液晶セル内での液晶分子
のねじれ回転方向が互いに左右逆方向であり且つ第１層
目と第２層目の最近接する液晶分子相互間でその配向方
向のなす角が７０度以上１５０度以下に設定され、第１
層目の前記液晶セルは液晶分子の配向を変換する電圧印
加手段が具設され、第２Ｎ目の前記液晶セルは液晶分子
が配向変換されない液晶セルであることを特徴とする液
晶表示装置が提供され、これによりコントラスト比を向
上し且つ色づきのない白黒表示および良好なカラー表示
を行うことが出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の液晶表示装置の模式的構成
断面図、第２図は液晶分子の左ねじれ方向と右ねじれ方
向の定義を示す説明図、第３図は第１層目と第２層目の
近接する液晶分子の配向方向のなす角αとコントラスト
比の特性図、第４図は液晶ねじれ角θとコントラスト比
の特性図、第５図はΔｎ１　・ｄ、／Δｎ２　・ｄ２の
値とコントラスト比の特性図、第６図ｔａ＋は本発明の
液晶表示装置の一具体側における電圧−透過率特性図で
。 Ｃｂｌは比較例における＋ａｌ相当図、第７図ｆａｔは
本発明の液晶表示装置の他の具体例における電圧−透過
率特性図で、　（ｂｌは比較例における（萄相当図であ
る。 〔符号の説明〕 １・・・透明基板　　　２・・・透明導電性膜３・・・
配向膜　　　　４ｍ、４ｈ・・・液晶層５□・・・偏光
子　　　５ト・・・ヰ★光子６・・・シール材　　１０
・・・液晶表示装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ツイステッドネマティック液晶セルを少なくとも２
    層に重ねた多層型の液晶表示装置において、 第１層目と第２層目の前記各液晶セル内での液晶分子の
    ねじれ回転方向が互いに左右逆方向であり且つ第１層目
    と第２層目の最近接する液晶分子相互間でその配向方向
    のなす角が７０度以上１５０度以下に設定され、第１層
    目の前記液晶セルは液晶分子の配向を変換する電圧印加
    手段が具設され、第２層目の前記液晶セルは液晶分子が
    配向変換されない液晶セルであることを特徴とする液晶
    表示装置。
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