JPH0219829A - 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、Ｇ
Ｈ型、ＤＡＰ型および熱書き込み型等があり、なかでも
型中ｄ３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５ＢＥ（
スーパーツィステッド・パイアフリジェンス・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卯
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１８０〜３６０°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＝△ｎｅｄ＊ｃｏｓ”θは、
０．６〜１．４卯である。

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’、背向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”である場合が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（ＳＩ［）　−８６ＤＩＧＥＴ
、ｐ１２２）。

また、１世の例として特開昭６０−７３５２５号公報に
は、リタデーションＲが０．５〜０．８ＡＩＩｎ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おる。このため、黄色の背蹟に
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
表示素子は、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（Ａｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、５０（５
）　１９８７９．２３６）。すなわち、液晶の捩れ角が
１８０”　、リタデーションＲ＝△ｎ−ｄ−ｃｏｓ”θ
の値が０．５〜０．６ＩＪＩｌ＆、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ＪＪＡＰ（２Ｂ、ＮＯＶ、
１１．Ｌ１７７８４（１９８７））　ニ記載されテイル
。

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
ョンがほぼ等しくしておくものである。

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。この箔内偏光は、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を通過竣の楕円の形状の
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１ｑ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±０．０５／Ｊ！
＃Ｉ以内でほぼ同じであることが必要である。

なあ、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、一方策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］ （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、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、液晶セルの両側に配置された第１お
よび第２の偏光板とを有する液晶表示装置において、第
１の基板と第１の偏光板、もしくは第２の基板と第２の
偏光板との間に少なくとも１枚の光学遅延板を配置し、
電圧印加部を白色表示、電圧無印加部を黒色表示とした
た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、従来の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
１０３は液晶セル５を通過することにより一般に惰円偏
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ψ、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、△ｎ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
おる。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、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では、液晶セルの少なくと
も片側に、少なくとも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１０３は液
晶セル５を通過することにより楕円偏光１０１′となる
。液晶セル５の上側に光学遅延板１０を置き、楕円偏光
１０１′を直線偏光に近い楕円偏光１０２−にし、第２
の偏光板４を介して人間の目に感知させる。

このとき重要なのは、液晶セル５を通過した楕円偏光１
０１′を直線偏光、また直線偏光に近い偏光１０２′に
変換することである。これは第１の液晶セルのリタデー
ションＲ（＝Δｎ−ｄ）に対応したリタデーションの光
学遅延板を用いることにより得られる。これにより、液
晶セル５および遅延板１０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。また、光学遅延板を液晶セルの上
下にそれぞれ配置し′たり、また２枚以上重ね合せるこ
とにより、無彩色表示を行なうこともできる。

なお、光学遅延板を１枚だけ用いた場合には、偏光１０
２′が完全に直線偏光ではなく多少楕円であり、黒レベ
ルが完全に黒とならず灰色で、多少コントラストが劣る
。特に、光学遅延板を２枚積層した構造が特に良好であ
った。また、積層数を３枚以上とすると偏光１０２゛は
直線偏光に近くなり、コントラストが非常に高く視認状
態も良好でおるが、光学遅延板を３枚以上用いることは
、液晶表示素子を高価にする。

また、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、液晶組成物のツイスト角は大きい方が良く、１
８０°から２７０°の間が望ましい。

光学遅延板としては延伸有機フィルムが用いられる。こ
の光学遅延板は液晶セルの基板を兼ねることもできる。

（実施例） 〈実施例１〉 以下、本発明に係る液晶表示素子の実施例を第１図およ
び第４図を用いて詳細に説明する。

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′によって左回りにツイスト角Ｖ＝　２４０’
で捩れ配向しており、チルト角θは１．５度であり、セ
ル厚（基板間隔）ｄは６；６ＩＪＩＩＩである。

液晶セル５には液晶組成物として、ＺＬＩ２２９３（メ
ルク社製）に左回りのカイラル剤としてＳ−８１１（Ｅ
、メルク社製）をｄ／ｐｔ　（ｐｔ　：ビッヂ）が約０
．６になる様に添加したものを用いた。この液晶組成物
の複屈折率へ〇は０．１３２でめったので、リタデーシ
ョンＲ＝Δｎ−ｄ−００５２θは約０．９μｍであった
。

一方、遠心ポリビニルアルコールからなる厚さ約０．５
ｍの光学遅延板１０の延伸方向が液晶セル５の一辺に対
してＡ−４５度となるように配置した。

またこのときの光学遅延板１０のリタデーション値Ｒは
０．４９９庫であった。

このような液晶セルと光学遅延板１０の前後に第１、第
２の偏光板３，４としてＬＬＣ２−８１−１８（王立電
機社製）を、第１図に示す様に、それぞれｐ、＝１３５
°、　ｐ２＝９０°の偏光板角で設置した（第１図を参
照）。

この実施例において、第１の液晶セル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
き非点灯時には白、点灯時には黒の表示でいわゆるノー
マリホワイト・モードであった。また、この液晶セルを
１／２００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４：１と高く、また視野角も広かつた
。

〈実施例２〉 実施例１において、偏光板３，４の偏光板角をＰ、　＝
１３５°、Ｐ２　＝Ｏ”として液晶表示素子を作製した
。このときは、実施例１とネガ・ポジが反転し、非点灯
時は黒、点灯時は白の表示で、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５：１と高く、また視野角も広かった。

の良好な表示装置が得られた。

〈実施例３〉 実施例１の液晶セル５に液晶組成物として、ＺＬ、ｌ３
７１１（メルク社製）に左回りのカイラル剤としてＳ−
８１１（Ｅ、メルク社製）をｄ／ｐ１、が約０．６にな
る様に添加したものを用いた。この液晶組成物の複屈折
率△ｎは０．１０４．５であったので、リタデーション
Ｒ＝△ｎ−ｄ−ｃｏｓ”θは約０．７７ｍでめった。ま
た基板１としてリタデーション値Ｒが０．２９９ＩＪＩ
ｎ学遅延板１０を用い、Ａ−４５度に配置し、更にその
上にリタデーション値Ｒが０１３９４μｍの光学遅延板
を水平方向から６．５度に配置した。またそれぞれＰｌ
＝６９°　Ｐ、、　＝　−１７゜の偏光板角で偏光板を
設置した。

実施例１と同様に駆動した時、表示はノーマリ・ブラッ
クモードであり、コントラストは約１１：１と非常に高
く、また視野角も広かった。

〈比較例〉 実施例１において、光学遅延板を取去った。この液晶表
示素子の点灯時、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に、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、背崇が無彩色で明るく、高コントラス
ト、広視野角の液晶表示素子が安価に１９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 茅　ｌＱ ５１Ｅ、−１ｔｄｒｌｒｒ、コ 茶 １つ （ξ 才 ＠

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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
   とを有する液晶表示装置において、 前記第１の基板と第１の偏光板、もしくは前記第２の基
   板と第２の偏光板との間に少なくとも１枚の光学遅延板
   を配置し、電圧印加部を白色表示、電圧無印加部を黒色
   表示としたたことを特徴とする液晶表示素子。