JPH0224A - 液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

液晶表示素子及びその製造方法

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JPH0224A JP63244335A JP24433588A JPH0224A JP H0224 A JPH0224 A JP H0224A JP 63244335 A JP63244335 A JP 63244335A JP 24433588 A JP24433588 A JP 24433588A JP H0224 A JPH0224 A JP H0224A
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赤塚　實
Masao Ogawara
雅夫 大河原
Kazutoshi Sawada
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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、高密度表示に適した液晶表示素子に関するも
のである。
［従来の技術］ 従来、両電極間の液晶分子のツイスト角を大きくして、
鋭い電圧−透過率変化を起し、高密度のドツトマトリク
ス表示をする方法として、スーパーツイスト素子（Ｔ、
　Ｊ、　Ｓｃｈｅｆｆｅｒａｎｄ　　Ｊ、　Ｎｅｈｒｉ
ｎｇ、　　Ａｐｐ１．．　Ｐｈｙｓ−，Ｌｅｔｔ、　４
５（１０）　１０２１−１０２３　（１９８４）　）が
知られていた。
しかし、この方法は用いられる液晶表示素子の液晶の複
屈折率Δｎと液晶層の厚みｄとの積Δｎ−ｄの値が実質
的に０．８〜１．２μｍの間にあり（特開昭６０−１０
７２０号）、表示色として、黄緑色と暗青色、青紫色と
淡黄色等、特定の色相の組み合せでのみ、良いコントラ
ストが得られていた。
このようにこの液晶表示素子では白黒表示ができなかっ
たことにより、マイクロカラーフィルターと組み合せて
、マルチカラー又はフルカラー表示ができない欠点があ
った。
一方、同様な方式を使用し、液晶の複屈折率と厚みとの
積Δｎ−ｄを０．６μｍ付近と小さく設定することによ
り、ほぼ白と黒に近い表示が得られる方式が提案されて
いる、　　（Ｍ、Ｓｃｈａｄｔｅｔ　　ａｌ、　　Ａｐ
ｐ１．　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ−５０（５）、　　１９
ｇ？。
９．２３６　） しかし、この方式を使用した場合においては表示が暗く
、かつ、最大コントラストがあまり大きくなく、青味を
帯びるため、表示の鮮明度に欠ける欠点があった。
■発明の解決しようとする問題点１ 本発明の目的は、従来技術の有していた前述の特有色を
有する欠点を解消して、白黒に近い表示を実現するとと
もに、特に、視野角特性に優れた明るくコントラスト比
の高い液晶表示素子を得ることを目的とするものである
。
さらに、微細なカラーフィルターをセル内部またはセル
外部に形成して、従来通常の９０°ツイストのツイスト
ネマチック（ＴＮ）素子で実現されていた様な、モノカ
ラーまたはマルチカラーまたはフルカラー表示を実現し
ようとするものである。
【問題点を解決するための手段１ 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の基板
間に挟持された旋光性物質を含有した誘電異方性が正の
ネマチック液晶による第１の液晶層と、該第１の液晶層
を挟持する上下の基板の透明電極間に電圧を印加する手
段と、該第１の液晶層とは別に配向制御膜を有する一対
の基板間に挟持された旋光性物質を含有したネマチック
液晶による第２の液晶層とを有し、それらの液晶層の外
側に一対の偏光板を設置した液晶表示素子において、第
２の液晶層が色素を含有し、第１の液晶層での液晶の屈
折率異方性Δｎｔと液晶層の厚みｄ、との積Δｎ、・ｄ
。
が０．７〜２．０μｍとされ、第１の液晶層の第２の液
晶層に近接する液晶分子軸方向と第２の液晶層の第１の
液晶層に近接する液晶分子軸方向とがほぼ直交し、液晶
層を挟持する基板間での液晶分子のねじれ角が、第１の
液晶層では２００〜３００°とされ、第２の液晶層では
第１の液晶層とは逆向きであってほぼ等しいねじれ角と
され、かつそれら２つの液晶層の外側に配置された一対
の偏光板の偏光軸の交差角を６０〜１２０゜とするよう
に配置したことを特徴とする液晶表示素子を提供するも
のである。
本発明では液晶層が２層とされる。
まず、その１つの層である第１の液晶層を構成する第１
の液晶セルは、従来のスーパーツイスト液晶表示素子の
液晶セルと同じ構成のセルであり、電極群が対向してお
り、これにより各ドツト毎にオンオフを制御可能とされ
る。この第１の液晶層のツイスト角は約２００〜３００
°とされる。
具体的には、ほぼ平行に配置された一対の透明電極基板
間に旋光性物質を含有した誘電異方性が正のネマチック
液晶を挟持し、両電極間での液晶分子のツイスト角を２
００〜３００°とすれば良い。
本発明では、上記第１の液晶層に隣接して第２の液晶層
を積層する。この第２の液晶層は、第１の液晶層とほぼ
同じツイスト角で、かつそのらせん方向が逆であり、色
補正のために色素を含有したネマチック液晶層とされれ
ば良い。
この色素としては、黄緑〜黄色を吸収する色素、特に５
００ｎ鵬付近から長波長域に渡って吸収を有する色素を
（Ｃ１〜５ｗｔ％程度の範囲内で適量混合するのが好ま
しい。この第２の液晶層の両側の基板には、電極が形成
されていてもよいし、されていなくてもよい。
ここで、第１の液晶層が観察者に対して手前側に設置さ
れていてもよいし、あるいは第２の液晶層が手前側に設
置されていてもよい。
もっとも、第１の液晶層を観察者側に配置すると、観察
者が液晶表示素子に触れた場合に、第１の液晶層の厚み
が変化して表示が色付いたり、第１の液晶層を挟持する
基板上の透明電極間に短絡が発生する等の不都合を生じ
ることがあるため、第２の液晶層を観察者側に配置する
ことが好ましい。
また、両液晶層の隣接した液晶分子軸をほぼ直交するよ
うに配置する。即ち、第１の液晶層の第２の液晶層に近
接する液晶分子軸方向と第２の液晶層の第１の液晶層に
近接する液晶分子軸方向とが、ほぼ直交するように配置
すればよい。具体的には、３枚基板で２層の液晶層を構
成する場合には、中央の基板の配向処理方向が両面で直
交するようにされればよい。また、４枚基板で構成する
場合には、積層される中間の２枚の基板の配向処理方向
が直交するようにされればよい。
この第２の液晶層に使用されるネマチック液晶は、第２
の液晶層を挟持する基板に電極が設けられない場合には
、電気的に分子配列方向を制御する必要がないので、液
晶の誘電異方性が正でなくても使用可能である。また、
液晶表示素子を使用時にこの第２の液晶層を挟持する基
板の電極に電圧を印加して使用する場合には、第２の液
晶層の液晶も、その誘電異方性が正のネマチック液晶を
使用する。
本発明では、これら第１の液晶層と第２の液晶層の液晶
の屈折率異方性（Δｎ）とその液晶層の厚み（ｄ）との
積Δｎ−ｄが次のようにされる。
第１の液晶層ではΔｎｌ　＊　ｄ＋＝　ｏ−ｙ〜２−０
μｍとされる。これは、０．７μｍ未満では、表示のネ
ガ／ポジが反転しない視野角の範囲が充分に得られない
からである。また、２．０μｍを越えると、第２の液晶
層に含有せしめた色素の吸光効果によっても、充分な補
正ができに（く、若干の黄色味が残り、また透過率も充
分に得られ　　−ないからである。
特に、広視野角及び表示色の無彩色化が厳しく要求され
る用途では、第１の液晶層のΔｎｌ・ｄｔは０．８〜１
．５μｍとされることが好ましい。
なお、このΔｎ＋　”　ｄｔの範囲は、その液晶表示素
子の使用温度範囲内で満足されるようにされることが好
ましく、使用温度範囲内で美しい表示が得られる。もっ
とも外の性能の要求のために、使用温度範囲の一部での
み、この関係を満足するようにされることもありうる。
この場合には、Δｎ＋”ｄｔの範囲が上記範囲からはず
れる温度範囲では、表示が色付いたり、視野角特性が低
下したりすることとなる。
第２の液晶層ではΔｎ２・ｄ２は第１の液晶層に時分割
駆動時の非選択電圧あるいは選択電圧を印加した際の液
晶分子の液晶層に平行な面に対する平均的傾き角θの液
晶層の厚み方向の平均θＸＩの余弦の２乗（ｃｏｓ”（
θＸ、））と第１の液晶層のΔｎｓ”ｄｔとの積Δｎｌ
　ｅ　ｄｔ−ｃｏｓ”（θｘｌ）と、使用時における第
２の液晶層の液晶分子の液晶層に平行な面に対する傾き
角θ２の液晶層の厚み方向の平均θｘ２の余弦の２乗（
ｃｏｓ”（θｘ２））と第２の液晶層のΔｎ！−ｄ此の
積Δｎ２・ｄ３・ｃｏｓ”（θｘｉ）とがほぼ等しくな
るようにされる。
即ち、 を満足するようにされる。
即ち、第１の液晶層に時分割駆動時の非選択電圧を印加
した際にほぼ等しくされると、この状態での第１の液晶
層での液晶層の厚み方向の平均的傾き角はθＩＩであり
、 を満足するようにされる。この状態で、この液晶表示素
子は第１の液晶層の選択電圧印加部分が白く光が透過し
、他の部分が黒くなる、所謂ネガ表示となる。
また。第１の液晶層に時分割駆動時の選択電圧を印加し
た際にほぼ等しくされると、この状態での第１の液晶層
での液晶層の厚み方向の平均的傾き角はθ２．であり、 を満足するようにされる。この状態で、この液晶表示素
子は第１の液晶層の選択電圧印加部分が黒（なり、他の
部分は白く光が透過し、所謂ポジ表示となる。
ここで、第２の液晶層に使用時に電圧が印加されないタ
イプの場合には、第２の液晶層の液晶分子はほぼ水平に
近く寝ているため、第２の・液晶層のΔｎ２・ｄ２は、
第１の液晶層のΔｎ、・ｄ。
・　ｃｏｓ”　（θＸＳ）とほぼ等しくなるようにされ
るようにされればよい。
即ち、ネガ表示の場合には、第２の液晶層のΔｎ＊　・
ｄａは、第１の液晶層のΔｎ１ｄｔ−ｃｏｓ”（θ、、
）　とほぼ等しくなるようにされるようにされればよい
。
具体的には、Δｎ＋−ｄｔが０．７〜２．０μｍの範囲
では、第１の液晶層を１７６００デエーテイ以下で駆動
する場合には、第２の液晶層のΔｎ２・ｄ３は第１の液
晶層のΔｎｕ　　ｄｔよりも１〜２０％小さくすること
が、表示品位の良い表示素子が得られるので好ましい、
特に、第３の液晶層のΔｎｘ・ｄｔを第１の液晶層のΔ
ｎ、・ｄｔよりも３〜１５％小さくすることが好ましい
。
逆に、ポジ表示の場合には、第２の液晶層のΔｎｚ”ｄ
ｘは、第１の液晶層のΔｎ＋　”　ｄｔ　”　　ＣＵＢ
”（０２ｍ）とほぼ等しくなるようにされるようにされ
ればよい。
具体的には、Δｎ、・ｄ、が０．７〜２．０μｍの範囲
では、第１の液晶層を１７６００デユーティ以下で駆動
する場合には、第２の液晶層のΔｎ２・ｄ２は第１の液
晶層のΔｎｌ”ｄｌよりも２５〜９０％小さくすること
が；表示品位の良い表示素子が得られるので好ましい、
特に、第２の液晶層のΔｎｌＩ・ｄ２を第１の液晶層の
Δｎｓ　　ｄａよりも３０〜７５％小さくすることが好
ましい。
また、第２の液晶層に使用時に電圧が印加されるように
して、使用することもできる。
このタイプの場合には、第２の液晶層に用いられるネマ
チック液晶の誘電異方性は正とされる。さらに電圧非印
加時の第２の液晶層のΔｎ２・ｄ２が第１の液晶層のΔ
ｎｔ”ｄｍ”　　ｃｏｓ”（θｘ、）よりも大きくされ
る。
そして第２の液晶層に電圧を印加するために第２の液晶
層を挟持する上下の基板の液晶層に近接する面に透明電
極が形成され、これらの透明電極間に電圧を印加する手
段を設ける。
これら第２の液晶層の両側の透明電極間に電圧を印加す
ることにより、第２の液晶層の液晶分子をある程度立た
せる。この印加電圧は、通常は時分割駆動の非選択電圧
あるいは選択電圧が印加される。これは第１の液晶層の
駆動に使用される非選択電圧あるいは選択電圧が°容易
に得られるため、これを流用することができるためであ
り、液晶分子の所望の傾き角が得られれば、他の電圧で
あってもよい。
これにより、第２の液晶層の液晶分子がかなり立ち上が
り、液晶層に平行な面に対する傾き角θ２を生じる。
ポジ表示を行うためには、この液晶層の厚み方向の平均
θｘ２の余弦の２乗（ｃｏｓ”　（θｘ２））と第２の
液晶層のΔｎ２・ｄ２との積Δｎ２・ｄ２・　ｃ−ａｓ
”（θｘｔ）が、該第１の液晶層の選択電圧印加時のΔ
ｎ＋　”　ｄｒ・　ｃｏｓ”　（θ２．）にほぼ等しく
されるようにされればよい。
これにより、第１の液晶層に選択電圧を印加した場合に
、液晶表示素子に垂直に入射した直線偏光は、２層の液
晶層を通過した後においても波長によらずほぼ完全な直
線偏光として観察されることとなり、観察者側の偏光板
を透過光の偏光方向にほぼ直交して設置することにより
、その光の透過率をほぼ０とすることができる。この場
合、第２の液晶層に含有せしめた色素の吸光特性は、透
過率そのものが非常に小さいため、その効果はほとんど
現われない。
一方第１の液晶層に非選択電圧を印加した場。
合には、前述の関係のΔｎ、・ｄ、・　ｃｏｓ”（θｘ
＋）に関する関係が破れるため、透過光の偏光状態は波
長によって主軸方向が異なるだ円偏光となり、透過光が
観察される。
その際、第２の液晶層に色素が含有されていない場合に
は透過光は黄色味を帯びた色相を呈するが、黄色を吸収
する色素、特に好ましくはほぼ５００ｎｍ以上の長波長
域に吸収を有する色素を適量含有せしめたことにより、
白に近い色相に補正される。逆に言えば、色素の含有量
は、この状態での白ができるだけ白に近い色相になるよ
うに量を制御すれば良い。
もっとも、照明を併用する場合に、その照明の色温度を
考慮して補正したり、真っ白よりも他の色調、例えば、
青味を帯びた白を出すようにしてもよい。
このように選択時に透過率を０に近（することができ、
非選択時に光が透過してくるので、コントラスト比の大
きなポジ型液晶表示素子を得ることができる。さらに、
一対の偏光板−の偏光軸がほぼ直交していれば上記の関
係は満たされるので、一対の偏光板の偏光軸をほぼ直交
状態で、第１の液晶層に非選択電圧を印加した際の透過
光がより効果的に、無彩色化される向きに一対の偏光板
の偏光軸を設置するようにすることにより、ほぼ白黒の
表示が得られる。
同様にして、ネガ表示を行う場合には、第２の液晶層の
液晶分子の液晶層に平行な面に対する傾き角θ２の液晶
層の厚み方向の平均θｘＲの余弦の２乗（ｃｏｓ”（θ
ｘ、））と第２の液晶層のΔｎ３・ｄ２との積Δｎ２・
ｄｉ”　　ｃｏｓ”（θｘ、）が、該第１の液晶層の非
選択電圧印加時のΔｎＩ−ｄ１・ｃｏｓ”（θ、）にほ
ぼ等しくされるようにされればよい。
第１の液晶層のツイスト角は約２００〜３００゜とされ
る。これは、２００°未満では高デユーティでの時分割
駆動をした際のコントラストの向上が少なく、　３００
°を越えるとドメインを生じ易いためである。
第２の液晶層のツイスト角は、第１の液晶層のツイスト
角にほぼ等しく逆向きにされるが、±２０°程度の差で
あれば、特別な変更をしなくても、ほぼ同様の効果が得
られる。
なお、第１の液晶層のツイスト角と第２の液晶層のツイ
スト角とに差を付けた場合には、Δ１−６、中央の基板
の両面の配向方向の交差角、色素の種類、濃度、偏光板
の偏光軸の交差角等を調整して、白黒に近い表示にする
ことが可能である。具体的には、第２の液晶層のツイス
ト角を小さくした場合には、第２の液晶層のΔｎ８・ｄ
２をやや大き（、逆に第２の液晶層のツイスト角を大き
くした場合には、第２の液晶層のΔｎ２・ｄ２をやや小
さくし、かつ、中央の基板の両面の配向方向の交差角を
直交からずらしたり、色素の種類、濃度を変えたり、偏
光板の偏光軸の交差角を直交からずらしたりして、最適
化することにより、本発明よりは劣るが、本発明に近い
コントラストの白黒表示ができる。
さらに、第１の液晶層と第２の液晶層の液晶のネマチッ
ク−等方相相転移温度（Ｔ　、。）をほぼ等しくする・
ことにより、両方の液晶の屈折率異方性（Δｎ）の温度
異存性をほぼ等しくすることができ、広い温度範囲にわ
たってコントラスト比の高い臼黒表示が得られる。
この２層の液晶層は夫々別の基板に挟持されて、４枚の
基板を使用して２つの液晶セルを形成し、これを積層し
て用いてもよいし、３枚の基板を使用して２層の液晶層
を挟持するようにしてもよい。
本発明では、第２の液晶層は電極を形成しなくてもよい
し、形成したとしてもベタ電極で良いため、位置合わせ
等の問題を生じないので、容易に３枚の基板を使用して
２層の液晶層を挟持するようにすること−ができる。
本発明では、この２層の液晶層の外側に一対の偏光板が
配置される。
これら一対の偏光板の偏光軸は、ほぼ直交するように配
置されるが、最適な貼り付け角は第１及び第２の液晶層
のΔｎ−ｄの値及びそれらの整合度に依存するため、実
際には６０〜１２０゜の範囲で偏光軸の交差角を変化さ
せ、最適化すればよい。このため、第１及び第２の液晶
層のΔｎ−ｄとｃｏｓ”（θＸ）との積の値が整合して
いれば、一対の偏光板の偏光軸は直交するように配置さ
れることが好ましく、より白黒に近（、かつコントラス
ト比の高い表示が得られる。
さらに、観察者に対して手前側に設置された偏光板の偏
光軸の方向が観察者に最も近い液晶分子軸方向に対して
、３０〜６０°だけずらして設置されることが好ましい
、特に、３５〜５５＠ずらすことが好ましい。このため
他の偏光板は手前側の偏光板と、偏光軸の交差角が６０
〜１２０°となるように配置されることが好ましい、特
に、第１及び第２の液晶層のΔｎ−ｄとｃｏｓ”　（θ
Ｘ）との積の値が整合していれば、前述の如（、これら
の偏光板の偏光軸はほぼ直交するように配置されること
が好ましい。
これは、手前側の偏光板の偏光軸の方向の液晶分子軸方
向からのずれが３０°よりも小さい場合や、６０°を越
えた場合には非選択電圧を印加したセグメントの透過率
が充分に得られず、全体に暗い表示となるためである。
また、このような場合、表示の色相の黄色味が強（なり
、色素による色補正が充分にできなかったり、あるいは
青色味な帯びてきたりして無彩色にならないという問題
点を生じる。
このため、観察者に対して手前側に設置された偏光板の
偏光軸の方向が観察者に最も近い液晶分子軸方向に対し
て、３０〜６０°だけずらして設置されることが好まし
い。
本発明の液晶表示素子の電圧無印加時における液晶分子
軸、及び偏光板の偏光軸の相対位置を第１図及び第２図
に示した。
第１図は本発明による液晶表示素子を模式的に現わした
斜視図であり、第２図（Ａ）（Ｂ）は、夫々上から見た
第１図の上側の第２の液晶セル及び下側の第１の液晶セ
ルの液晶分子軸方向と隣接する偏光板の偏光軸の相対位
置を示した平面図である。
図において１層２は上下に貼付ける偏光板、３は電圧印
加をしないか、またはへ夕電極を設け全体に電圧を印加
する第２の液晶セル、４は電圧印加により具体的に文字
等を表示する第１の液晶セルを示している。５は上側の
偏光板１の偏光軸、６は下側の偏光板２の偏光軸、７は
第２の液晶セルの上側の液晶分子軸方向、８は第２の液
晶セルの下側の液晶分子軸方向、９は第１の液晶セルの
上側の液晶分子軸方向、１０は第１の液晶セルの下側の
液晶分子軸方向を示している。
本発明では、この両液晶層の隣接した液晶分子軸がほぼ
直交する、即ち、第２の液晶セルの下側の液晶分子軸方
向８と第１の液晶セルの上側の液晶分子軸方向９とのな
す角ψがほぼ９０゜とされる。
また、この例のように一対の偏光板の偏光軸５．６はほ
ぼ直交するようにされていることが好ましい。
さらにこの場合、上側の偏光板１の偏光軸５は、観察者
に最も近い液晶分子軸方向、即ち、上側の第２の液晶セ
ル３の上側の液晶分子軸方向７に対して時計回りに−α
、＝ほぼ４０＠の角をなす方向に配置され、下側の偏光
板２の偏光軸６は、この上側の偏光板１の偏光軸５とほ
ぼ直交する方向に配置される。即ち、下側の偏光板２の
偏光軸６は、観察者から最も遠い液晶分子軸方向１０に
対して同じく時計回りにα２＝ほぼ４０°だけずらした
方向に配置されることとなる。本発明では、この角度α
、及びα２が±３０〜６０°とされることが好ましい。
本発明では、この第１の液晶層と第２の液晶層とが、前
記（１）式を満足するようにされている。
これにより、この液晶表示素子は、視野角特性に優れた
コントラスト比の高い白黒表示が可能となる。
また、上記例では、上に配置した第２の液晶層を右らせ
んとし、下に配置した第１の液晶層を左らせんとしたが
、上下のらせんの組み合わせは、この逆としてもよい。
第３図及び第４図に本発明の具体的例の断面図を示す。
第３図は、第２の液晶層には電極が設けられていない例
を示している。
第３図において、　２１は電圧印加により具体的に表示
を行う２００〜３００°ツイストの第１の液晶セル、２
２はだ円偏光を補正する逆ねじれの第２の液晶セルを示
している。
２３ａ、　２３ｂは第１の液晶セルを構成するプラスチ
ック、ガラス等の基板、２４ａ、　２４ｂはその内面に
形成されたＩ　Ｔ　Ｏ（■ｎｚｏｓ−ｓｎｏｗ）　、Ｓ
ｎＯｚ等の透明電極、２５ａ、　２５ｂはポリイミド、
ポリアミド等の膜をラビングしたり、ＳｉＯ等を斜め蒸
着したりして形成した配向制御膜、２６ａ、　２６ｂは
透明電極と配向制御膜の間に基板間短絡防止のために必
要により設けられるＴｉＯ□、ＳｉＯ□、Ａｔｔｏ＊等
の絶縁膜、２７ａはこれら２枚の基板２４　ａ　、・２
４　ｂの周辺をシールするためのシール材、２８ａはそ
の間に封入された誘電異方性が正のネマチック液晶を示
しており、配向制御膜２５ａ、　２５ｂの配向処理方向
及び液晶のピッチは２００〜３００＠ツイストとなるよ
うにされている。
２３ｃ、　２３ｄは第２の液晶セルを構成する基板。
２５ｃ、　２５ｄは配向制御膜、２７ｂはシール材、　
２８ｂはその間に封入されたネマチック液晶を示してお
り、配向制御膜２５ｃ、　２５ｄの配向処理方向及び液
晶のピッチは第１の液晶層とは逆ねじれてほぼ同一の角
度のツイストとなるようにされている。この例において
は、第２の液晶セルには電圧が印加されないので、液晶
のしきい値特性を鋭（する必要がなく、通常のスパーツ
イスト液晶表示素子に要求されるような高ティルト角は
必要とされない。
この第１の液晶セルの第２の液晶セル側の液晶分子軸方
向と、第２の液晶セルの第１の液晶セル側の液晶分子軸
方向とはほぼ直交するように、夫々配向処理されている
。
これらの２つの液晶層の外側に一対の偏光板２９ａ、　
２９ｂが配置され、それらの偏光軸の交差角を６０〜１
２０＠、好ましくはほぼ直交するように配置する。特に
、観察者に対して手前側に設置された、即ち、この図に
おいては上側に設置された偏光板２９ａの偏光軸の方向
が観察者に最も近い配向制御膜２５ｃの液晶分子軸方向
に対して３０〜６０°だけずらして設置されるようにさ
れることが好ましい。この場合、一対の偏光板の偏光軸
がほぼ直交状態にされることにより、裏側の偏光板２９
ｂの偏光軸の方向が観察者に最も遠い配向制御膜２５ｂ
の液晶分子軸方向に対してやはり３０〜６０°だけずら
して設置されることとなる。
３０は第１の液晶セルに電圧を印加するための手段であ
る駆動回路、３１は光源である。
この例においては、第２の液晶セルには電圧を印加しな
いので、透明電極、絶縁膜が形成されていなく、駆動回
路も設けられていない。
この場合には、第２の液晶層に使用時に電圧が印加され
なしこので、第２の液晶層のΔｎ２・ｄ２は、第１の液
晶層の非選択電圧印加時（ネガ表示）あるいは選択電圧
印加時（ポジ表示）のΔｎｔ”ｄｔ・　ｃｏｓ”　（θ
ｘｍ）とほぼ等しくなるようにされるようにされればよ
い。
第４図は、第２の液晶層にも電極が設けられて、使用時
にある程度電圧が印加される例を示している。
第４図において、　４１は電圧印加により具体的に表示
を行う２００〜３００”ツイストの第１の液晶セル、４
２はだ円偏光を補正する逆ねじれの第２の液晶セルを示
している。
４３ａ、　４３ｂは第１の液晶セルを構成するプラスチ
ック、ガラス等の基板、４４ａ、　４４ｂはその内面に
形成されたＩ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎ＊Ｏｓ−ＳｎＯｘ）　、Ｓ
ｎｏｗ等の透明電極、４５ａ、　４５ｂはポリイミド、
ポリアミド等の膜をラビングしたり、ＳｉＯ等を斜め蒸
着したりして形成した配向制御膜、４６ａ、４６ｂは透
明電極と配向制御膜の間に基板間短絡防止のために必要
により設けられるＴ　ｚ　Ｏｚ、Ｓｉｎ、、Ａ１．０．
等の絶縁膜、４７ａはこれら２枚の基板４４ａ、　；４
ｂの周辺をシールするためのシール材、４８ａはその間
に封入された誘電異方性が正のネマチック液晶を示して
おり、配向制御膜４Ｓａ、　４５ｂの配向処理方向及び
液晶のピッチは２００〜３００＠ツイストとなるように
されている。
４３ｃ、　４３ｄは第２の液晶セルを構成する基板、４
４ｃ、　４４ｄは全面ベタの透明電極、４５ｃ、４５ｄ
は配向制御膜、４６ｃ、　４６ｄは必要に応じて設けら
れる絶縁膜、４７ｂはシール材、４８ｂはその間に封入
された適量の色素を含有した誘電異方性が正のネマチッ
ク液晶を示しており、配向制御膜４５Ｃ。
４５ｄの配向処理方向及び液晶のピッチは第１の液晶層
とは逆ねじれ、でほぼ同一の角度のツイストとなるよう
にされている。
本発明の場合、色素は白い部分でのみ色を補正するため
、液晶との相溶性が良いもので有れば通常の色素で良い
。
この例においては、第２の液晶セルには電圧が印加され
るが、細かくオンオフするのでないため、液晶のしきい
値特性が鋭いとΔｎ２・ｄ２・ｃｏｓ”（θｘｉ）を調
節する電圧マージンが小さくなるので、通常のスーパー
ツイスト液晶表示素子に要求され・るような高ティルト
角は必ずしも必要とされない。
この第１の液晶セルの第２の液晶セル側の液晶分子軸方
向と、第２の液晶セルの第１の液晶セル側の液晶分子軸
方向とはほぼ直交するように、夫々配向処理されている
。
これらの２つの液晶層の外側に一対の偏光板４９ａ、　
４９ｂが配置され、それらの偏光軸の交差角を６０〜１
２０′″、好ましくはほぼ直交するように配置する。こ
の例においても、観察者に対して手前側に設置された、
即ち、この図においては上側に設置された偏光板４９ａ
の偏光軸の方向が観察者に最も近い配向制御膜４５ｃの
液晶分子軸方向に対して３０〜６０°だけずらして設置
されるようにされることが好ましい。この場合、一対の
偏光板の偏光軸がほぼ直交状態にされることにより、裏
側の偏光板４９ｂの偏光軸の方向が観察者に最も遠い配
向制御膜４５ｂの液晶分子軸方向に対してやはり３０〜
６０°だけずらして設置されることとなる。
５０ａ、　５０ｂは夫々第１の液晶セル、第２の液晶セ
ルに電圧を印加するための手段である駆動回路、５１は
光源である。
この場合には、第２の液晶層に使用時に電圧が印加され
るので、電圧印加時の第２の液晶層のΔｎ２・ｄ８・　
ｃｏｓ”（θｘ、）が、ポジ表示の場合には選択電圧印
加時の第１の液晶層のΔｎ１・ｄＩ・　ｃｏｗ”　（０
２ｍ）にほぼ等しくされ、ネガ表示の場合には非選択電
圧印加時の第１の液晶層のΔｎ、・ｄｓ−ｃｏｓ”（θ
、。）にほぼ等しくされるようにされればよい。
この第２の液晶に印加される電圧は、Δｎ・ｄとｃｏＢ
”（θＸ）の積がほぼ等しくなるような電圧であれば良
く、実際にはセルの製造時のバラツキもあるので、各液
晶表示素子毎に適宜調整することが好ましい。
本発明において、液晶セルを構成する基板は光学的に等
方的な透明基板であればよく、ガラス、プラスチック等
が使用可能である。
この内、具体的な内容の表示を行う第１の液晶セルを構
成する基板には、電極が形成されており、所望の電極間
に電圧を印加することにより液晶をオンオフして表示を
行う。この電極としては通常ＩＴＯ，ＳｎＯ，等の透明
電極及びこれに必要に応じて組み合わされたＡｌ、　Ｃ
ｒ、　Ｔｉ等の低抵抗リードが使用でき、所望のバター
ニングがされる。この代表的な例としては、多数の行列
状の電極が形成されたドツトマトリックス液晶表示素子
があり、一方の基板に６４０本のストライプ状の電極が
形成され、他方の基板にこれに直交するように４００本
のストライブ状の電極が形成され、６４０Ｘ　４０Ｇド
ツトのような表示がなされる。
液晶分子を配向させるための処理は、公知のラビング法
、斜め蒸着法等が使用でき、必要に応じて、電極上にＳ
ｉＯ□、ＴｉＯ□、Ａｌｔｏｚ等の無機材料の短絡防止
用の絶縁膜及び／又はポリイミド、ポリアミド等の有機
材料の膜を形成した後に配向処理されればよい。
なお、本発明では、臼黒表示に近い表示が得られるため
、カラーフィルターを併用してカラフルな表示が可能と
なる。特に、高デユーティ駆動でも、コントラスト比が
高く採れるため、フルカラーによる階調表示も可能であ
り、液晶テレビにも使用できる。
このカラーフィルターは、セル内面に形成することによ
り、視角によるズレな生じなく、より精密なカラー表示
が可能となる。具体的には、電極の下側に形成されても
よいし、電極の上側に形成されてもよい。
特に、本発明では明るい表示が可能なため、透過型でも
反射型でも適用可能であり、その応用範囲が広い。
ここで、上記説明で１よ、第２の液晶層を上に配置した
が、逆に下に配置してもよい。
また、上記説明では、２層の液晶層を構成するために４
枚の基板を使用したが、中間の２枚の基板を１枚の基板
で代用しても良いことは明らかである。
また、色を完全に白黒化する必要がある場合には、色を
補正するためのカラーフィルターを併用したり、特定の
波長分布を有する照明を用いたりしてもよい。
本発明の液晶表示素子は、ポジ表示を行う場合、白い背
景に黒色の表示となるため、反射型で使用されることが
多いが、透過型で使用することも可能である。
逆に、ネガ表示を行う場合、黒色の背景に白色の表示と
なるため、透過型で使用されることが多いが、反射型で
使用することも可能である。
透過型で使用する場合、画素以外の背景部分を印刷等に
よる遮光膜で覆うことにより、表示のコントラスト比を
高めることができる。さらに、遮光膜を用いるとともに
、表示したくない部分に選択電圧を印加するように、逆
の駆動をすることもできる。
本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内で、
通常の液晶表示素子で使用されている種々の技術が適用
可能である。
【作用１ 本発明の動作原理については、必ずしも明らかではない
が、およそ次のように推定できる。
即ち、第１の液晶層に選択電圧が印加されている状態に
おいて、偏光板を透過してほぼ完全に直線偏光化された
光が第１の液晶層を透過すると、だ円偏光の状態となる
が、このだ円偏光が第２の液晶層を透過することで、第
１の液晶層に入射する前の直線偏光の状態に近づけられ
る。
この場合、第１の液晶層と第２の液晶層とが、逆向きで
あってほぼ等しいねじれ角とされ、かつ第２の液晶層で
はΔｎ２・ｄ２は第１の液晶層に時分割駆動時の選択電
圧を印加した際のΔｎ、・ｄｌ・　ｃｏｓ”（θ２．）
と、使用時における第２の液晶層のΔｎｚ−ｄａ　・Ｃ
ｏｇ”（θｘｉ）とがほぼ等しくなるようにされること
により、は・ぼ完全に直線偏光に戻されることになる。
本発明に示されるような２層の液晶層を用いた場合のこ
のような効果は、光学的に一軸異方性を有する薄層など
の媒質を、その光軸が互いに直交するように積層させた
場合、見かけ上光学的異方性を失うという事実に基づい
ている。
このようにほぼ直線偏光に戻された出射光に対して、そ
の入射側の偏光板の偏光軸と直交する方向に出射側の偏
光板の偏光軸を設けることにより、透過光が吸収され、
黒色化する。
一方、第１の液晶層に非選択電圧が印加された状態また
は背景の電圧の印加されていない状態においては、第１
の液晶層の液晶分子の配列が変わり、出射側に配置され
た偏光板を両液晶層を通過し、さらに第２の液晶層によ
り色が補正された光が通過することとなるので、非選択
電圧印加部（電気的に非選択とされたセグメント部）ま
たは背景部が０色化し、結果として白と黒との表示色の
ポジ型表示とになる。
また、同様な原理により、第２の液晶層のΔｎｚ　”　
ｄｚ　”　Ｃｏｇ”（θｘｔ）が第１の液晶層の時分割
駆動時の非選択電圧を印加した際のΔｎ＊　　ｄｔ・　
ｃｏｓ”（θ、）と、使用時における第２の液晶層のΔ
ｎ２・ｄ２・ｃｏｓ”（θｘ２）とがほぼ等しくなるよ
うにすることにより、白黒のネガ表示が得られる。
また、本発明においては、第１の液晶層での液晶のΔｎ
、・ｄ、を０．７〜２．０μｍとすることにより、視野
角特性に優れた表示が得られる。
これにより、従来のスーパーツイスト液晶表示素子が黄
緑色と暗青色、青紫色と淡黄色等特定の色相の組み合せ
でのみ良好なコントラストを示したのに対し、本発明で
は、明る（鮮明な白黒表示でさらに視野角特性に優れた
高コントラスト比の表示が可能となる。
本発明では、色素を用いた色補正を行っているが、色素
は第２の液晶層に混入され、実際の時分割駆動による表
示は第１の液晶層で行われる。
従って、本発明では、時分割特性がスーパーツイスト液
晶表示素子と同程度であるうえ、前述したように明るく
鮮明な白黒表示が可能なため、赤、緑、青の三原色の微
細カラーフィルターをセル内面等に配置することにより
、高密度のマルチカラ一液晶表示素子とすることも可能
である。
本発明の液晶表示素子は、パーソナルコンピューター、
ワードプロセッサー、ワークステーション等の表示素子
として好適であるが、この外液晶テレビ、魚群探知器、
レーダー、オシロスコープ、各種民生用ドツトマトリッ
クス表示装置等白黒表示、カラー表示をとわず種々の用
途に使用可能である。
【実施例１ 次に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例１ １枚目の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯ
透明電極をストライプ状にバターニングし、蒸着法によ
りＳｉｎｇによる短絡防止用の絶縁膜を形成し、ポリイ
ミドのオーバーコートをスピンコードし、これをラビン
グして配向制御膜を形成した基板を−使用した。
２枚目の基板として、１枚目の基板とガラス基板上に設
けられたＩＴＯ透明電極を１枚目の基板と直交するよう
にストライプ状にバターニングし、Ｓｉｎｇの絶縁膜を
形成し、ポリイミドのオーバーコートをし、これを１枚
目の基板のラビング方向と交差角６０＠どなるようにラ
ビングして配向制御膜を形成するとともに、電極の形成
されていないその裏側にもポリイミドのオーバーコート
をし、これを表側のラビング方向と直交するようにラビ
ングして配向制御膜を形成した基板を使用した。
３枚目の基板として、電極の形成されていない単なるガ
ラス基板を使用し、ポリイミドのオーバーコートをし、
これをラビングして配向制御膜を形成した基板を使用し
た。
この３枚の基板の周辺をシール材でシールして、液晶を
注入する層を２つ形成した。
これらストライプ状にバターニングされたＩＴＯ電極が
対向する第１の液晶層及び対向する電極が形成されてい
ない第２の液晶層に互いに逆ねじれの誘電異方性が正の
ネマチック液晶を注入して、注入口を封止した。
ただし、第２の液晶層に注入する液晶には、アゾ系の色
素Ｇ−２４１（日本感光色素社製）、アントラキノン系
色素Ｇ−３７５（日本感光色素社製）、ＬＳＢ−２７８
（三菱化成社製）　、ＬＳＢ−３３５（三菱化成社製）
を夫々０．２ｗｔ％、０．５ｗｔ％、０．５ｗｔ％、０
、５ｗｔ％（全体として赤紫色）混入させた。
この時、第１の液晶層は２４０°ねじれの右らせん、第
２の液晶層は２４０°ねじれの左らせんとした。そのΔ
ｎ−ｄは、第１の液晶層ではΔｎ、・ｄ、＝１．００μ
ｍとされ、第２の液晶層ではΔｎ、　−ｄ、＝　０．９
５ｇ　ｍとした。
この液晶セルの両面に一対の偏光板を、その偏光軸が互
いに直交するように配置した。その際、観察者に対して
手前側に設置された偏光板の偏光軸は、観察者に最も近
い液晶分子の長袖方向に対して時計回りに４５°だけず
らして配置した。
この液晶表示素子を裏側に冷陰極放電管付のバックライ
トを配置して、　１／２００デエーテイ、１／１５バイ
アスで駆動した場合、視野角特性に優れた鮮明な白黒表
示が得られた。
この時、非選択電圧に相当するセグメントは黒色、選択
電圧に相当するセグメントは白色であり、いわゆるネガ
表示であり、コントラスト比は約３０であった。
さらに、この液晶表示素子の第１の液晶層に印加する電
圧波形をｌ（ｌＯＨｚの矩型波として、電圧対透過率を
測定したところ、選択電圧を印加した状態における透過
率が２６％であり、比較的白黒に近い表示が可能である
ＯＭＩ素子について測定した結果である１９％よりもか
なり高いものであり、本発明の実施例の液晶表示素子が
明るい表示が可能であることがわかった。
また、比較例として、第２の液晶層に色素を混入してい
ない液晶を用いた外は、実施例１と同様にして液晶表示
素子を作成し、同様に駆動させたところ、黄色味な帯び
た色相を示したほかは実施例１と同様な表示が得られた
。このように、本発明によって、表示の色相を無彩色化
し、視野角特性に優れた白黒表示が得られることがわか
った。
実施例２ 実施例１の液晶表示素子において、第１の液晶層は２４
０°ねじれの左らせん、第２の液晶層は２４０°ねじれ
の右らせんとする以外は同様の液晶表示素子を作成し、
同様に駆動したところ、実施例１と同様の白黒表示が得
られた。
実施例３ 実施例２において、第２の液晶層に注入する液晶にはア
ゾ系の色素Ｇ−２４１（赤紫色、日本感光色素社製）を
Ｌ　０８ｗｔ％混入し、そのΔｎ−ｄは第１の液晶層で
八〇、・ｄ、＝０．８６μ■、第２の液晶層でΔｎ２・
ｄ、＝０．８１μｌとした以外は同様の液晶表示素子を
作成した。
この液晶表示素子を裏側に冷陰極放電管付きのバックラ
イトを配置して、ｌ／２００デユーティ、ｌ／１５バイ
アスで駆動した場合、視野角特性、コントラスト、白黒
表示共、実施例１に遜色ない結果が得られた。
実施例４ 実施例２において、第２の液晶層に注入する液晶にはア
ゾ系の色素Ｇ−２０４（赤紫色、日本感光色素社製）を
０．０９ｗｔ％混入し、そのΔｎ−ｄは第１の液晶層で
Δｎ　Ｉ−ｄ　＋　＝　０．８２μｍ１第２の液晶層で
Δｎ２・ｄ、＝０．７７μ園とした以外は同様の液晶素
子を作成した。
この液晶表示素子を裏側に冷陰極放電管付きのバックラ
イトを配置して、ｌ／２００デユーティ、１／１５バイ
アスで駆動した場合、視野角特性、コントラスト、白黒
表示共、実施例１に遜色ない結果が得られた。
実施例５ 実施例１の液晶表示素子において、第２の液晶層の両面
にも透明電極なベタ電極で形成し、そのΔｎ−ｄは、第
１の液晶層ではΔｎ＋　　ｄ＋＝０．８７μｍとされ、
第２の液晶層ではΔｎ２・ｄ、＝１００μｍとした。
使用時には、この第２の液晶層にも電圧を印加するよう
にし、第１の液晶層の非選択電圧を印加した状態のΔｎ
ｌ　ａ　ｄｌ　ａ　　ｃｏｓ”（０１１）と、第２の液
晶層に電圧を印加した状態のΔｎ２・ｄ２・ｃｏｓ”（
θ、２）とがほぼ等しくなるようにした。
この結果、実施例１と同様の白黒表示が得られた。
また。第２の液晶層に印加する電圧栃上げ、第１の液晶
層の選択電圧を印加した状態のΔｎｌ・（Ｌ−ｃｏｓ”
（θ８．）と、第２の液晶層に電圧を印加した状態のΔ
ｎ２・ｄ２・ｃｏｓ”（θ２．）とがほぼ等しくなるよ
うにしたところ、表示のネガ／ポジが反転し、広視野角
特性を有するポジ型の白黒表示が得られた。
実施例６，７ 実施例１及び実施例５のツイスト角を２６０゜とした外
は、実施例１及び実施例５と同様にして液晶表示素子を
作成し、駆動したところ、コントラスト比がやや増加し
たことを除き、実施例１と同様の白黒表示が得られた。
実施例８．９ 実施例１及び実施例５の液晶層を夫々別の基板で挟持す
るように４枚の基板を使用して構成した外は、実施例１
及び実施例５と同様にして液晶表示素子を作成し、駆動
したところ、コントラスト比がやや低下したことを除き
、実施例１と同様の白黒表示が得られた。
実施例１０ 実施例１の液晶表示素子の電極上にストライプ状に３色
のカラーフィルター層を形成して駆動したところ、フル
カラーの階調駆動が可能であった。
【発明の効果１ 以上に説明したように本発明は、従来のスーパーツイス
ト液晶表示素子と比べてより優れたコントラスト比を持
つ白黒表示が可能となり、鮮明で表示品位の高いポジ型
あるいはネガ型の表示が得られる。
また、時分割表示特性も従来のスーパーツイスト液晶表
示素子と同等であり、より優れた視野角特性を有する等
の効果を有する。
また、表示が白黒に近いということから、カラーフィル
ターと組み合わせることにより、カラフルな表示が可能
となり、特に、赤、緑、青のカラーフィルターを画素ご
とに配置することにより、マルチカラーやフルカラーの
表示も実現できるという効果も認められ、より多様性の
ある応用が開ける。
特に、本発明では白黒表示が可能であるにもかかわらず
、明るい表示可能であり、透過型のみならず、反射型の
表示も可能であり、その応用範囲が広いものである。
本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で今後とも種
々の応用が可能なものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による液晶表示素子を模式的に現わした
斜視図である。 第２図（Ａ）（Ｂ）は、夫々上から見た第１図の上側の
第２の液晶セル及び下側の第１の液晶セルの液晶分子軸
方向と隣接する偏光板の偏光軸の相対位置を示した平面
図である。 第３図及び第４図は、本発明の液晶表示素子の例の断面
図。 １．２は偏光板、 ３は電圧印加をしない第２の液晶セル、４は電圧印加を
する第１の液晶セル、 ５は上側の偏光板１の偏光軸、 ６は下側の偏光板２の偏光軸、

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の基
    板間に挟持された旋光性物質を含有した誘電異方性が正
    のネマチック液晶による第１の液晶層と、該第１の液晶
    層を挟持する上下の基板の透明電極間に電圧を印加する
    手段と、該第１の液晶層とは別に配向制御膜を有する一
    対の透明電極を有するか、又は有しない基板間に挟持さ
    れた旋光性物質を含有したネマチック液晶による第２の
    液晶層とを有し、それらの液晶層の外側に一対の偏光板
    を設置した液晶表示素子において、第２の液晶層が色素
    を含有し、第１の液晶層での液晶の屈折率異方性Δｎ＿
    １と液晶層の厚みｄ＿１との積Δｎ＿１・ｄ＿１が０．
    ７〜２．０μｍとされ、第１の液晶層の第２の液晶層に
    近接する液晶分子軸方向と第２の液晶層の第１の液晶層
    に近接する液晶分子軸方向とがほぼ直交し、液晶層を挟
    持する基板間での液晶分子のねじれ角が、第１の液晶層
    では２００〜３００゜とされ、第２の液晶層では第１の
    液晶層とは逆向きであってほぼ等しいねじれ角とされ、
    かつそれら２つの液晶層の外側に配置された一対の偏光
    板の偏光軸の交差角を６０〜１２０゜とするように配置
    したことを特徴とする液晶表示素子。
  2. （２）第２の液晶層の屈折率異方性と液晶層の厚みとの
    積Δｎ＿２・ｄ＿２は第１の液晶層に時分割駆動時の選
    択電圧または非選択電圧を印加した際の液晶分子の液晶
    層に平行な面に対する平均的傾き角θの液晶層の厚み方
    向の平均θ＿１＿１の余弦の２乗（ｃｏｓ＾２（θｘ＿
    １））と第１の液晶層のΔｎ＿１・ｄ＿１との積Δｎ＿
    １・ｄ＿１・ｃｏｓ＾２（θｘ＿１）と、使用時におけ
    る第２の液晶層の液晶分子の液晶層に平行な面に対する
    傾き角θ＿２の液晶層の厚み方向の平均θｘ＿２の余弦
    の２乗（ｃｏｓ＾２（θｘ＿１））と第２の液晶層のΔ
    ｎ＿２・ｄ＿２との積Δｎ＿２・ｄ＿２・ｃｏｓ＾２（
    θｘ＿２）とがほぼ等しくなるようにされる特許請求の
    範囲第１項記載の液晶表示素子。
  3. （３）色素が黄色を吸収する色素であり、０．１〜５ｗ
    ｔ％混合されている特許請求の範囲第１項又は第２項記
    載の液晶表示素子。
  4. （４）色素が５００ｎｍ以上の長波長域に吸収を有する
    色素であり、０．１〜５ｗｔ％混合されている特許請求
    の範囲第３項記載の液晶表示素子。
  5. （５）カラーフィルターを各電極に対応してセル内部に
    形成した特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか一項
    記載の液晶表示素子。
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