JPH0219830A

JPH0219830A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0219830A
Application number: JP63169015A
Authority: JP
Inventors: Tomiaki Yamamoto; 山本　富章; Hitoshi Hado; 羽藤　仁; Shinichi Kamagami; 信一鎌上; Susumu Kondo; 進近藤; Akio Murayama; 昭夫村山; Shoichi Matsumoto; 正一松本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-08
Filing date: 1988-07-08
Publication date: 1990-01-23

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
電車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５ＢＥ（
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、３〜１２μ
ｓ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−△ｎ−ｄ−ｃｏｓ２θは
、０．６〜１．４ｔ１！ｎ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１９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ｑ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、　
１）１２２）。

また、他の例として特開昭６０−７３５２５４公報には
、リタデーションＲが０．５〜０．８μｓ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（Ａｔ）Ｉ）１．　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、５
０（５）　１９８７　ｐ、２３６）。すなわち、液晶の
捩れ角が１８０°、リタデーションＲ＝△ｎｏｄ−ｃｏ
ｓ２θの値が０．５〜０．６／ｊ／Ｆｊ、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ＳＢ
Ｅ方式のＬＣＤで応用した例がＪＪＡＰ（２６，ＮＯＶ
、１１．Ｌ１７７８４（１９８７））　ｋ：記載サレテ
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。

即ら、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ておることである。

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±０．０５ｓＩ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、−力筒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
めった。

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、対向設酉された第１、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、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の偏光板の間に、第１の光学遅延板と第２の光学
遅延板とを積層して配置したことを特徴とする液晶表示
素子。

（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【プる液晶分子の捩れ角であるツイスト角ｔＶ、リタ
デーションＲ＝△ｎ−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、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、本発明は、１枚の液晶セルの片側に２枚の光学遅
延板を配置させた構成であり、その作用を第２図を用い
て説明する。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
。液晶セルの上側に光学遅延板ｉｏ、　ｉｉを置き、楕
円偏光１０１′を直線偏光１０２−にし、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、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
変換することでおる。

本発明者等の検討によれば、光学遅延板を２枚積層した
構造が良好であった。なお、光学遅延板を１枚だけ用い
た場合には、偏光１０２−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。

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
好であるが、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、２枚の光学遅延板の光学軸が３５度乃至６０度の
範囲の角度をなしていることを好ましい。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、ツイ
スト角は大きい方が良く、例えば１８０°から２７０°
の間が良い。また第１の光学遅延板は、第１の基板を兼
ねることもできる。

本発明者等の検討によれば、上述の作用を１ワるには、
光学遅延板を１枚だけ用いた場合には、偏光１０２°が
完全に直線偏光ではなく多少楕円でおり、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枚積層した本発明の構造が特に良好で
あった。また、光学遅延板の積層数を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あるが、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。

なお、第１および第２の光学遅延板のリタデーションを
値を種々に変化させ、特性を調べた結果を表に示す。表
中における数値は液晶セルのリタデーションＲ８に乗じ
る値を示す。駆動条件は１／２００デユーテイとした。

表中、「◎」はコントラスト比が８以上、「○」はコン
トラスト比が５〜８、「△」はコントラスト比が３〜５
、またｒｘＪは低コントラスト比または色付きがあった
ものを示す。

（以下余白）（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４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、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１．６度であり、セル
厚く基板間隔）ｄは６．６μｓである。

液晶セル５には液晶組成物として、ＺＬＩ３７１１（Ｅ
、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／Ｄ　ｔ（ｐｔ　：ピッチ）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０１１０４５であったので、リタ
デーションＲ＝Δｎ−ｄ・ＣＯ５２θは約０．７岸であ
った。

一方、延伸ポリビニルアルコールからなる厚さ約０．５
１１！ｒ１の第１の光学遅延板１０の延伸方向が水平方
向よりＡ、＝４５度となるように配置し、その上に第２
の光学遅延板１１の延伸方向が水平方向よりＡ、　＝　
６．５に配置した。またこのときの第１の光学遅延板１
０のリタデーション値Ｒは０．２９９μｓ、第２の光学
遅延板１１のリタデーション値Ｒは０．３９４脚であり
、また偏光板の角度はＰ、＝６９度、Ｐ２　＝−１７度
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・モードでめった。

た。また、この液晶セルを１／２００デユーテイでマル
ヂプレクス駆動したときのコントラストは１１：１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、液晶組成物としてＺＩＬＩ５７７　
（Ｅ、メルク社製）を用いた。この液晶組成物の複屈折
率△ｎＧ、ｔＯ，１１５であったので、リタデーション
Ｒ＝Δｎ−ｄ−ｃｏｓ２θは約０．７６ｔＩ！ＩＩであ
る。

このような液晶セルに実施例１と同様に２枚の光学遅延
板を配置した。第１の光学遅延板１０は延伸方向が水平
方向よりＡ、＝９０度となるように配置し、その上に第
２の光学遅延板１１の延伸方向が水平方向よりＡ２＝３
７度に配置だ。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Ｒ４，Ｌ０゜３６５卯、第２の光学遅
延板１１のリタデーション値Ｒは０．４９９卯であり、
また偏光板の角度はＰ、＝８２度、ｐ、、　＝１１５度
であった。

表示は、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。

（比較例）実施例１において、第２の光学遅延板１１を取除いた。

液晶素子の点灯時、非点等時の波長依存制を第７図に示
す。同図から明らかなような非点等時に黄色の色付きが
、また点灯時には白あるいは淡い黄色であった。

［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
用を説明りる図、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。渾ｒ刀茅〕、ｆ　σ　ｔ２了

Claims

【特許請求の範囲】

（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、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、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の基板と前記第１の偏光板の間に、第１の光学
遅延板と第２の光学遅延板とを積層して配置したことを
特徴とする液晶表示素子。
（２）前記第１の基板と前記第２の基板の間隔をｄ、前
記液晶組成物のチルト角をθ、前記液晶組成物の複屈折
率をΔｎとしたとき、前記液晶セルのリタデーシヨンＲ
０（＝Δｎ・ｄ・ｃｏｓ＾２θ）が０．４乃至１．３μ
ｍの範囲にあるとともに、前記第１の光学遅延板のリタ
デーションがＲ０×０．３８至Ｒ０×０．８の範囲にあ
り、かつ前記第２の光学遅延板のリタデーションがＲ０
×０．３８至Ｒ０×０．５１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）前記第１および第２の光学遅延板の光学軸が３５
度乃至６０度の範囲の角度をなしていることを特徴とす
る請求項２記載の液晶表示素子。