JPH02124527A - 液晶表示素子 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、液晶表示素子に係り、特に背景色を無彩色化
した液晶表示素子に関する。

（従来の技術） 液晶表示素子は、動作モードによりＴＮ型。

ＤＳ型、ＧＨ型、ＤＡＰ型および熱書き込み型等があり
、なかでも電卓および計測機器等の表示素子としては、
ＴＮ型の液晶表示素子が多く用いられている。

ところで、近年、ワードプロセッサ、パーソナル・コン
ピュータ等において表示容量の増大化や表示面積の大型
化の要求が高まるにつれ、ＴＮ型の液晶表示素子では、
コントラスト不足や視角範囲の狭さ等の問題が出てきて
いるために、新しい動作モードによる液晶表示素子の開
発が急がれていた。

このような要求に応える液晶表示素子として、例えば特
開昭６０−１０７０２号公報に記載されているＳＢＥ　
（スーパーツィステッド・パイアフリジエンス・エフェ
クト）型の複屈折率制御型の液晶表示素子が注目されて
いる。このＳＢＥ型の液晶表示素子の構成としては、少
なくとも片面側に透明電極が形成された２枚の透明基板
を対向させ、周囲を封着してセルとし、このセル内にネ
マチック液晶を入れる。対向基板間の距離は、３〜１２
μｍ程度であり、ネマチック液晶としてはシクロヘキサ
ン系、エステル系、ビフェニール系およびピリミジン系
液晶等が使われている。ネマチック液晶の中にはカイラ
ル剤が添加され、液晶分子の分子軸が１８０〜３６００
の角度に一対の基板間で捩られている。また液晶分子は
、基板上の配向膜により、その分子軸が基板平面に対し
５°より大きい傾斜のチルト角θを有している。そして
、液晶セルのリタデーションＲ＝△ｎ番ｄ・ｃｏＳ２θ
は、０．６〜１．４　μｍである。

また、分子軸の捩れが２７０　’のＳＢＥ型液晶表示素
子では、好ましくは基板の外側の前面と背面に偏光板を
配しており、前面偏光板の透過軸が前面基板の分子配向
方向に対して右回りに約３０゜背面偏光板の透過軸が背
面基板の配向方向に対して左回りに約３０’あるいは右
回りに約６０°である場合か最もよい構成とされている
。このうち前者の構成は非選択状態で明るい黄色の表示
、選択状態で黒の表示が得られ（イエローモード）、後
者の構成は非選択状態で深い青色の表示が得られ、選択
状態で透過となる（ブルーモード）。

このような構成をしたＳＢＥ型液晶表示素子では、電圧
に対する透過光の変化が急峻であり、多桁のマルチプレ
ックス駆動をした場合においても、高コントラストで視
野角も広い。

一方、ラビング技術によりプレチルト角を小さくした液
晶表示素子の一例として、液晶の捩れ角を１００〜２０
０°とするいわゆるＳＴ（スーパーツイスト）型液晶表
示素子が知られている（ＳＩＤ　−８６ＤＩＧＥＴ、　
ｐ１２２）。

また、他の例として特開昭６０−７３５２５号公報には
、リタデーションＲが０．５〜０．８μ■で、液晶分子
の捩れ角が２７０°のセルに対し前後の偏光板の光軸が
ほぼ９０°とされ、かつ偏光板の光軸がディレクタを２
分する方向が良いとされた液晶表示素子が示されている
。

さて、このような液晶表示素子では、いづれも背景色は
無彩色ではなく色付きがある。このため、黄色の背景に
黒の表示、あるいは青色の背景に白の表示であり、観察
者の視感により視認性評価が異なり、人によってはその
背景色により視認性（コントラスト等）が低下している
と評価する者もいる。また、ＳＴ型およびＳＢＥ型液晶
表示索子は、ともに複屈折率性を利用しているため、透
明基板間の間隔の違いにより色むらが発生しやすく、視
野角方向からの色変化や温度が変化したときの色変化が
大きかった。

また、ＴＮ型液晶表示素子では、カラーフィルタを配設
することによりカラー化が容易であるのに対し、ＳＢＥ
型液晶表示素子では背景色に色付きがあるためカラー化
が不可能であった。

この点を改良した例としてＯＭＩ型液晶表示素子が知ら
れている（Ａｐｐｌ、　Ｐｂｙｓ、　Ｌｅｔｔ、５０（
５）１９８７　ｐ、２３Ｂ）。すなわち、液晶の捩れ角
力１８０’リタデーシヨンＲ−△ｎ−ｄ−ＣＯ８２θの
値が０．５〜０．８μｍ１偏光板はその一方の透過軸が
ラビング軸と平行とされ、２枚の偏光板の吸収軸の角度
は９０°とされている。

しかし、このＯＭＩ型液晶表示素子では、液晶の捩れ角
が１８０°であるため、電圧に対する透過光の変化はあ
まり急峻でなく、駆動デユーティ（ｄｕｔｙ）比を小さ
くすると、コントラスト不足。

視角の狭さ、背景の暗さ等の問題があった。

このような背景の暗さやコントラスト不足を解消するも
のとして特開昭５７−４６２２７号公報、特開昭５７−
９６３１５号公報、特開昭５７−１２５９１９号公報に
２枚の液晶セルを重ね、その両側に偏光板を置き、白黒
表示とした液晶表示素子が提案され、またこれをＳＢＥ
方式のＬＣＤで応用した例がＪ　Ｊ　Ａ　Ｐ　（２Ｇ、
ＮＯＶ、１１．ＬＬ７７８４（１９８７））に記載され
ている。これらの特徴は、２枚の液晶セルにおいて互い
のツイスト方向を逆方向とし、それぞれの液晶セルのリ
タデーションをほぼ等しくするものである。

即ち、第６図に示すように、偏光板３を通過した直線偏
光１０３は、第１の液晶セル５を通過することにより楕
円偏光１０１′となる。この楕円偏光は、第１の液晶セ
ル５とツイスト角が逆でほぼ等しく、またリタデーショ
ンもほぼ等しい第２の液晶セル６を通過することにより
、直線偏光１０２′となり、第２の偏光板４を通過し、
人間の目に感知される。

ここで重要なのは、第１の液晶セル５と第２の液晶セル
６とに光学的に相補な性質を持たせであることである。

これにより、第１の液晶セル５を通過後の楕円の形状の
波長依存性は、第２の液晶セル６による楕円の形状の波
長依存性と相補的となる。この結果、第１．第２の液晶
セル５，６の透過光は波長依存性がなく、色づきのない
無彩色表示が得られる。このことは、可視領域のすべて
の光が表示に使え、明るい表示が得られるということも
示す。

このとき、第１の液晶セル５と第２の液晶セル６とが光
学的に相補的になることが必要であるので、それぞれの
液晶セルのリタデーションが、例えば±０．０５μｍ以
内でほぼ同じであることが必要である。

なお、第１の液晶セル５の基板１．１′に電極を形成し
、通常のドツトマトリクス形液晶表示素子と同様に駆動
を行い、一方第２の液晶セル６の基板２，２−には電極
を形成せずに液晶を駆動しないで、単に楕円形状の補正
用として用いる。

このようにして、２層セル方式のＳＴ型液晶表示素子は
白黒表示で、かつ桁数を増すことができるという長所を
持つが、視野角がＳＢＥ型やＯＭＩ型に比べ狭く、また
２枚の液晶セルの歩留り等を含めると２枚の液晶セルを
使うことは大変高価になる。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、捩れ角が１８０°以上のいわゆるＳＴ型
液晶表示素子やＳＢＥ型液晶表示素子では背景に色付き
があり、また背景に色付きがない無彩色のＯＭＩ型液晶
表示素子場合においては高コントラストで背景が明るい
液晶表示素子を得ることができなかった。

またＳＴ型液晶セルを２枚使った液晶表示素子は背景に
色付きのない白黒表示で高コントラストであるが高価で
あった。

本発明は、上記従来の問題点を解決しようとするもので
は、背景が無彩色で明るく、高コントラスト、広視野角
の液晶表示素子を安価に提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の液晶表示素子は、それぞれ対向面に電極が形成
され、対向設置された第１および第２の基板と、前記第
１の基板と第２の基板との間で捩れ配向された液晶組成
物からなる液晶セルと、前記液晶セルの両側に配置され
た第１および第２の偏光板と、前記第１の基板と第１の
偏光板との間に配置された第１の光学遅延板と、前記第
２の基板と第２の偏光板との間に配置された第２の光学
遅延板とを有する液晶表示装置において、前記第１と第
２の基板間隔をｄ１液晶組成物の複屈折率を△ｎ１液晶
組成物のチルト角をθとしたとき、前記液晶セルのリタ
デーションＲ０（＝Δｎ・ｄ・Ｃ０８２θ）が０．４乃
至０．８５μｍ　Ｏ）範囲にあることを特徴とする液晶
表示素子である。

（作　用） 本発明の液晶表示素子の作用を説明する。

第５図は、従来技術の複屈折効果により表示を行う、例
えばＳＢＥ型液晶表示素子やＳＴ型液晶表示素子の表示
原理を説明する図である。基板１゜１゛とその間に挟持
された液晶組成物とからなる液晶セル５の前後に偏光板
３，４が配設されている。偏光板３を通った直線偏光１
０３は液晶セル５を通過することにより一般に楕円偏光
１０１″となる。液晶セル５を通過した楕円偏光は、所
定の角度に置かれた偏光板４を通過し、人間の目に感知
される。このときの楕円の形状は、液晶セル５における
液晶分子の捩れ角であるツイスト角Ｗ１リタデーション
Ｒ−Δｎ−ｄ・ｃｏｓ２θおよび波長人によって決まる
。ここで、Δｎは液晶セル５中の液晶組成物の複屈折率
、ｄはセル厚（基板間隔）、θはチルト角である。

一般に、透過率は波長により変化し、透過光に色づきが
ある。液晶セルに電界を印加し、液晶分子の配向を変え
ることにより、複屈折率Δｎは実効的に変化し、これに
よりリタデーションＲが変化して透過率が変り、このこ
とを用いて表示を行なう。

前述の２層方式はこのような液晶セルを互いに光学的に
相補な性質を持たせた２枚のセルを用い１ま たことを基本構成としている。

さて、本発明の液晶表示素子の基本構成は、液晶セルの
両側に各々１枚の光学遅延板を配置させたものであり、
その作用を第２図を用いて説明する。第２図に示すよう
に、偏光板３を通過した直線偏光光１０３は第１の光学
遅延板１０を通り楕円偏光１０４となり、楕円偏光１０
４は液晶セル５を通り１０４とは形状の異なる楕円偏光
１０１−となり、１０１′は第２の光学遅延板１１を通
ることにより直線偏光に近い楕円偏光１０２−となり、
第２の偏光板４を介して人間の目に感知される。

このとき重要なのは、直線偏光又は直線偏光に近い楕円
偏光１０２−を得る方法である。本発明者等の検討によ
ると、特に液晶セルのリタデーション値をＲＯとしたと
き、ＲＯが０．４μｌ乃至０．８５μｌであることが必
要である。また、それぞれの光学遅延板のリタデーショ
ンをＲＯｘＯＪ乃至Ｒ０ｘ１．０の範囲にあるとき良好
な効果が得られ、高コントラストの白黒表示が得られた
。光学遅延板のリタデーション値がＲ０ｘ０．３より小
さい場合は、電圧印加時と電圧無印加時の分光透過率の
差が小さくなりコントラストが低下し、Ｒ０ｘ１．０を
越えるとある特定波長のみ分光透過率が大きくなり色付
きが生ずる。

なお、２つの光学遅延板のリタデーションは同一とする
ことが、量産上で好ましい。また、本発明では、電圧に
対して液晶分子の配向角が急激に変化するように、液晶
組成物の第１の基板と第２基板との間での捩れ角（ツイ
スト角）は大きい方が良く、例えば１８０＠から２７０
°の間にあることが望ましい。

なお、以下に説明する実施例では、光学遅延板と基板と
をそれぞれ個別に設けたが、それぞれの光学遅延板とそ
れぞれに対応する基板とを兼用させることできる。また
光学遅延板は例えば延伸有機フィルムからなる。

（実施例） 〈実施例１〉 第３図は本発明の液晶表示素子の断面図を示す。透明電
極７，７′とポリイミドからなる配向膜８．８′が形成
された基板１，１′とがほぼ平行に設置されており、こ
の間には液晶組成物９が封入されており、その周囲はエ
ポキシ接着剤からなるシール剤１２で封止固定されてお
り、液晶セル５となっている。この液晶セル５において
、液晶分子は基板１の配向方向ｒ、基板１゛の配向方向
ｒ′によって、基板１′から基板１に向って左回りにツ
イスト角マー２４０°捩れて配向しており、チルト角θ
は１．５°であり、セル厚（基板間隔）ｄは６．６μｌ
である。なお、ｒ、ｒ−の方向はそれぞれ水平方向から
＋３０’、−３０’とした。

液晶セル５には液晶組成物として、ＺＬＩ−１５７７（
Ｅ、メルク社製）に左回りのカイラル剤としてＳ−８１
１（Ｅ、メルク社製）を添加したものを用いた。この液
晶組成物の複屈折率Δｎは０．１１５であったので、リ
タデーションＲＯ−Δｎ・ｄ・ｃｏｓ２θは約０．７６
μｍであった。

一方、延伸ポリビニルアルコールからなる第１の光学遅
延板１０を光学軸（ポリビニルアルコルの延伸方向）が
水平方向よりＡｌ　−１２０’となるように液晶セルの
下に置き、また液晶セルの上に第２の光学遅延板１１を
光学軸が水平方向よりＡ２−５０°になるように配置し
た。またこのときの第１の光学遅延板１０のリタデーシ
ョン値Ｒは０．４００μｍ、第２の光学遅延板１１のリ
タデーション値Ｒは０．４００μｍであり、偏光板はそ
れぞれの吸収軸の方向がＰＬ−９０°、Ｐ２−−６゜と
した（第１図を参照）。

この実施例において、液晶セル５に電圧を印加し、液晶
を点灯、非点灯させたときの透過率の波長依存性を第４
図に示す。同図から分る様に非点灯時、点灯時の透過率
とも、はぼ波形に関係なく平坦で無彩色表示ができ非点
灯時には黒、点灯時には白の表示でいわゆるノーマリブ
ラック・モードであった。また、この液晶セルを１／２
００デユーテイでマルチプレクス駆動したときのコント
ラストは約１５：１と高く、また視野角も広かった。

〈実施例２〉 実施例１において、セル厚（基板間隔）ｄを６．０μｌ
とした。

液晶セル５には液晶組成物として、ＺＬＩ−２２９３（
Ｅ、　メルク社製）に左回りのカイラル剤としてＳ−８
１１（Ｅ、メルク社製）を添加したものを用いた。この
液晶組成物の複屈折率Δｎは０．１３２であったので、
リタデーシジンＲＯ−Δｎ・ｄ・ｃｏｓ２θは約０．７
９μｖであった。

一方、延伸ポリビニルアルコールからなる第１の光学遅
延板１０の光学軸が水平方向よりＡｌ−１３５°となる
ように液晶セルの下に置き、また液晶セルの上に第２の
光学遅延板１１の光学軸が水平方向よりＡ２＝４５’に
配置した。またこのときの第１の光学遅延板１０のリタ
デーション値Ｒは０．３００μ１１第２の光学遅延板１
１のリタデーション値Ｒは０．３６５μｍであり、偏光
板は吸収軸の方向をｐｔ＝ｏ°、Ｐ２−９０とした。

この液晶セルを１／２００デユーテイでマルチブレクス
駆動したときのコントラストは約３０：１と高く、また
視野角も広かった。

〈実施例３〉 実施例１において、液晶セルのセル厚を６．８μ１１液
晶組成物としてＮＲ４２４４（Ｆ、ホフマンラロッシュ
社製）を用いた。この液晶組成物の複屈折率△ｎは０．
０９３であったので、リタデーションＲＯ−△ｎ−ｄφ
Ｃ０８２θは約０．６１μｍである。

液晶セルの上下に第１の光学遅延板としてリタデーショ
ンの値が０．２９９μ量のものを光学軸をＡｌ−１３５
°に配置し、第２の光学遅延板としてリタデーションの
値がｏ、ａｅｓμｌのものを光学軸をＡ２−４５°に配
置した。また偏光板はそれぞれの吸収軸の方向がｐｔ−
ｏｏ、Ｐ２−７５°とした。

実施例１と同様に駆動した時、コントラストが約６：１
と高く、また視野角も広い表示が得られた。

（実施例４） 実施例１の液晶セルに液晶組成物として、ＺＬＩ３６９
５−０００　（Ｅ、メルク社製）を用いた。この液晶組
成物の複屈折率△ｎは０．１２０であり、リタデーショ
ン値は０．７９μ厘である。

液晶セルの下側に第１の光学遅延板１０としてリタデー
ションＲが０．４００μｍのものを光学軸がＡｌ−１１
５°となるように配置し、液晶セルの上側に第２の光学
遅延板１１としてリタデーションＲが０．４００　ｐｒ
ｅのものを光学軸がＡ２−７０°となるように配置した
。また偏向板３．４の吸収軸の角度をＰＬ−８０＠、Ｐ
２−８°とした。

この液晶表示素子は、いわゆるノーマリブラック・モー
ドであり、実施例１と同様に駆動した時、コントラスト
が約２０：１と高く、また視野角も広い表示が得られた
。

（実施例５） 実施例１の液晶セルに液晶組成物として、ＺＬｌ−３７
４３（Ｅ、メルク社製）を用いた。この液晶組成物の複
屈折率Δｎは０．１２５で、リタデーション値は０．８
３μｌである。

液晶セルの下側に第１の光学遅延板１０としてリタデー
ションＲが０．４００μｌのものを光学軸がＡｌ−１０
７”となるように配置し、液晶セルの上側に第２の光学
遅延板１１としてリタデーションＲが０．４００μ■の
ものを光学軸がＡ２＝８６°となるように配置した。ま
た偏向板３．４の吸収軸の角度をＰＩ−６４°、Ｐ２＝
３０’とした。

この液晶表示素子は、いわゆるノーマリブラック・モー
ドであり、実施例１と同様に駆動した時、コントラスト
が約８：１と高く、また視野角も広い表示が得られた。

（実施例６） 実施例１の液晶セルに液晶組成物として、ＺＬｌ−１５
７７（Ｅ、メルク社製）を用いた。この液晶組成物の複
屈折率△ｎは０．１１５で、リタデーション値は０．７
６μｌである。

液晶セルの下側に第１の光学遅延板１０としてリタデー
ションＲが０．３Ｂ５μＷのものを光学軸がＡＩ　−１
１６’となるように配置し、液晶セルの上側に第２の光
学遅延板１１としてリタデーションＲが０．３６５　ｐ
ｍのものを光学軸がＡ２−７５°となるように配置した
。また偏向板３．４の吸収軸の角度をＰＩ−７３°、Ｐ
２−１３°とした。

この液晶表示素子は、いわゆるノーマリブラッり・モー
ドであり、実施例１と同様に駆動した時、コントラスト
が約１０＝１と高く、また視野角も広い表示が得られた
。

（実施例７） 実施例１の液晶セルに液晶組成物として、ＺＬｌ−３７
１１（Ｅ、メルク社製）を用いた。この液晶組成物の複
屈折率△ｎは０．１０４５で、リタデション値は０．６
９μｍである。

液晶セルの下側に第１の光学遅延板１０としてリタデー
ションＲが０．３６５μｍのものを光学軸がＡｌ−９０
°となるように配置し、液晶セルの上側に第２の光学遅
延板１１としてリタデーションＲが０．３００μ■のも
のを光学軸がＡ２＝６０°となるように配置した。また
偏向板３．４の吸収軸の角度をＰＬ＝４８°、Ｐ２＝１
９°とした。

この液晶表示素子は、いわゆるノーマリブラック・モー
ドであり、実施例１と同様に駆動した時、コントラスト
が約１０＝１と高く、また視野角も広い表示が得られた
。

（実施例８） 実施例１において、液晶セルのセル厚を６．６μ１１液
晶組成物としてＮＲ４２４４（Ｆ、ホフマンラロッシュ
社製）を用いた。この液晶組成物の複屈折率△ｎは０．
０９３であったので、リタデションＲＯ−△ｎ−ｄ−Ｃ
ｏＳ２θは約０．６１μｓである。

液晶セルに上下に第１の光学遅延板としてリタデーショ
ンの値が０．８３０μｍのものを光学軸がＡｌ−４５°
となるように配置し、第２の光学遅延板としてリタデー
ションの値が０．３００μ■のものを光学軸がＡ２−１
４５　＠となるようにに配置した。

また偏光板はそれぞれの吸収軸の方向がＰＬ−０、Ｐ２
−９０°とした。

実施例１と同様に駆動した時、コントラストが約２０＝
１と高く、また視野角も広い表示が得られた。

（比較例） 実施例１において、液晶組成物として、ＺＬＩ２２９３
（Ｅ、メルク社製）に左回りのカイラル剤としてＳ−８
１１（Ｅ、メルク社製）を添加したものを用いた。この
液晶組成物の複屈折率△ｎは０．１３２であったので、
リタデーションＲＯ−△ｎ−ｄ−ＣＯ８２θは約０．８
７．ｃｚｍであった。

一方、延伸ポリビニルアルコールからなるリタデーショ
ン値Ｒが０．２９９μｍの第１の光学遅延板１０を光学
軸が水平方向よりＡｌ−４５°となるように液晶セルの
下に置き、また液晶セルの上にリタデーション値Ｒが１
．１μｍの第２の光学遅延板１１を光学軸が水平方向よ
りＡ２−３０’となるようにに配置した。偏光板はそれ
ぞれの吸収軸の方向がＰＬ−０°、Ｐ２−７５°とした
。

この液晶素子の点灯時、非点灯時の波長依存性を第７図
に示す。同図から明らかなような非点灯時に黄色の色付
きがあった。

［発明の効果］ 本発明によれば、背景が無彩色で明るく、高コントラス
ト、広視野角の液晶表示素子が安価に得られる。

【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素子における配向
方向、偏光板の吸収軸の方向および光学遅延板の光軸方
向の関係を示す図、第２図は本発明の液晶表示素子の作
用を説明する図、第３図は本発明の一実施例の液晶表示
素子の断面図、第４図は本発明の液晶表示素子の透過率
の波長依存性を示す図、第５図および第６図は従来例の
液晶表示素子を作用をそれぞれ説明する図、第７図は比
較例の液晶表示素子の透過率の波長依存性を示す図であ
る。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　　　　竹　花　喜久男 〔・ｌ。〕 ｍＷ鼾

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれ対向面に電極が形成され、対向設置され
   た第１および第２の基板と、前記第１の基板と第２の基
   板との間で捩れ配向された液晶組成物からなる液晶セル
   と、 前記液晶セルの両側に配置された第１および第２の偏光
   板と、 前記第１の基板と第１の偏光板との間に配置された第１
   の光学遅延板と、 前記第２の基板と第２の偏光板との間に配置された第２
   の光学遅延板とを有する液晶表示装置において、 前記第１と第２の基板間隔をｄ、液晶組成物の複屈折率
   をΔｎ、液晶組成物のチルト角をθとしたとき、前記液
   晶セルのリタデーションＲ０（＝Δｎ・ｄ・ｃｏｓ＾２
   θ）が０．４乃至０．８５μｍの範囲にあることを特徴
   とする液晶表示素子。
2. （２）前記第１および第２の光学遅延板のリタデーショ
   ンがそれぞれＲ０ｘ０．３乃至Ｒ０ｘ１．０の範囲にあ
   ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。
3. （３）前記第１の光学遅延板と前記第２の光学遅延板と
   が同じリタデーション値をもつ請求項１記載の液晶表示
   素子。
4. （４）前記第１の基板と第１の光学遅延板と、或いは前
   記第２の基板と第２の光学遅延板とが兼用されている請
   求項１記載の液晶表示素子。