JPH02285324A - 液晶表示素子 - Google Patents
液晶表示素子Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
のである。
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、 5chefferand J、 Nehri
ng、 Appl、、 Phys、、 Lett、
45(10) 1021−1023 (19841)が
知られていた。
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。
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。
積Δn−dを0.6μm付近と小さ(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、 5chadtet al、 App
l、 Phys、 Lett、 50(5)、 1
987゜p、236 ) しかし、この方式を使用した場合においては表示が暗(
、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。
として、互いに逆らせんの液晶セルを2層積層し、一方
のセルのみ電圧を印加し、他方のセルは単なる光学的な
補償板として使用する方式が提案されている。(奥付ば
か、テレビジョン学会技術報告、l 1 (27)、
p、 79. (1987))しかし、この方式は2層
セルでのΔn−dのマツチングが非常に厳しく、歩留り
の向上が困難な上、液晶セルが2層必要なため、液晶セ
ルの薄(軽いという特長を犠牲にしている欠点があった
。
ムで置き換え、白黒表示を可能にしたフィルム積層型液
晶表示素子も提案されている(特開昭63−27141
5号等)。
主屈折率をnx、 n、、n、とじ、nK、 n、を複
屈折板面内方向の屈折率とし(nx>ny) 、 nz
を複屈折板の厚み方向の屈折率とした場合に、n、>
n、:: n、という性質を備えている。このような1
軸性の複屈折フィルムを用いたフィルム積層型液晶表示
素子では、液晶セルの補償を上記したようなl軸性の複
屈折フィルムで行っているので、垂直方向では見栄えが
良いが、斜め方向から見た場合に色付いたり、白黒が逆
転したりする欠点があった。
液晶表示素子を、歩留り良く生産することが困難であっ
た。
がな(見易いというだけでなく、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
カラー表示を実現でき、薄く、軽く、低消費電力という
特長を発揮して、その市場が飛躍的に拡大すると予想さ
れる。
の広い白黒表示素子を、歩留りよ(生産できる液晶表示
素子が望まれていた。
り、ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の透明
電極付き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ねじれ角が160
〜300°の液晶層と、こ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駆動手段とを有し、こ
の液晶層の外側に一対の偏光板を設置し、液晶層の両件
側であって一対の偏光板の内側に一対の複屈折板を配置
した液晶表示素子において、液晶層での液晶の屈折率異
方性Δn1と液晶層の厚みdlとの積Δn1・d、が0
.4〜1.5μmとされ、前記複屈折板が3個の主屈折
率を08、n、、n、とじ、nx、 nyを複屈折板面
内方向の屈折率としくn、> ny) 、nxを複屈折
板の厚み方向の屈折率とした場合、nx=nよ>nyと
なるようなl軸性の複屈折板を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。
し、n、、n、を複屈折板面内方向の屈折率とし(nx
> ny) s nzを複屈折板の厚み方向の屈折率と
した場合、nX=n、> nyとなるような1軸性の複
屈折板を用いて、この1軸性の複屈折板を液晶層と一対
の偏光板との間の両側に配置したものである。
1軸性の複屈折板を用いた場合に比して、中心部におい
て同等のコントラスト比を有し、かつ、視野角が広(な
り、特に、白黒が反転してしまう領域が狭くなるという
利点を有している。
晶層と同じ構成の液晶層であり、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
。この液晶層のツイスト角は約160〜300°とされ
る。
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1
60〜300°とすれば良い。これは、 160°未満
では急峻な透過率変化が必要とされる高デーティでの時
分割駆動をした際のコントラストの向上が少な(、逆に
300°を越えるとヒステリシスや光を散乱するドメイ
ンを生じ易いためである。
層の厚み(d、)との積Δn1・dlが0,4〜1.5
μmとされる。
、青味がかった表示色になりやすく、また、 1.5μ
mを越えると、オン時の色相が黄色から赤色を呈し、白
黒表示となりに(い。
液晶層のΔn1・d、は0.5〜1.0μmとされるこ
とが好ましい。
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。もつとも
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、・d、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。
z−sno2) 、 5nOz等の透明電極を設けたプ
ラスチック、ガラス等の基板の表面にポリイミド、ポリ
アミド等の膜を設け、この表面をラビングしたり、Si
O等を斜め蒸着したりして配向制御膜を形成した透明電
極付きの基板を準備して、この透明電極付きの基板の間
に、前記した誘電異方性が正のネマチック液晶による1
60〜300°ツイストの液晶層を挟持するようにされ
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本のストライブ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 400ドツトのよ
うな表示がなされる。さらにこの640本のストライブ
状の電極を夫々 3本−組として1920本のストライ
ブ状の電極とし、RGBのカラーフィルターを配置して
フルカラーで640X 400ドツトの表示をすること
もできる。
にTLOz、SiO□、A1□03等の絶縁膜を設けた
り、透明電極にA1. Cr、Ti等の低抵抗のリード
電極を併設したり、カラーフィルターを電極の上もしく
は下に積層したりしてもよい。
光板自体もセルを構成する基板の外側に配置することが
一般的であるが、性能が許せば、基板自体を偏光板と複
屈折板で構成したり、基板と電極との間に複屈折層と偏
光層として設けてもよい。
率がn x ;n ! > nうどなるような1軸性の
複屈折板を配置する。
よ(、例えば、液晶層と電極の間に層状に設けたり、電
極と基板の間に層状に設けたり、基板自体を複屈折板と
したり、基板と偏光板との間に層状に設けたり、それら
を組み合わせて設けたりすれば良い。
れば使用でき、プラスチックフィルム、無機の結晶板等
が使用可能である。
2、n工とし、n8、n、を複屈折板面内方向の屈折率
とし(nx> ny) 、nxを複屈折板の厚み方向の
屈折率とした場合、n x ” n z > n yと
なるよりな1軸性の複屈折板である。
ny) ・d、を調整して使用するが、1枚の板で
は調整できない場合には、同じl軸性の複屈折板または
異なるl軸性の複屈折板を複数枚組合せて用いてもよい
。
とΔn1・d、を待った液晶層に対し、複屈折板のΔn
2・d2の大きさ及びそれらの貼り付は方向、さらに一
対の偏光板の偏光軸の方向を最適化することが重要であ
る。
晶層の両面に配置するため、概略液晶層のΔn1・dl
の大きさのほぼ半分の値か、それよりも少し小さめに設
定すれば良好な白黒表示を得易い。具体的には、約0.
1〜0.75μmとされればよい。また、この複屈折板
を複数枚重ねて使用する場合には、総合し、たΔn2・
d2の値が上記の範囲になるようにすれば良い。
斜視図である。第2図(A)(B)は、夫々上から見た
第1図の上側の偏光板の偏光軸方向、上側の複屈折板の
光軸方向及び液晶層の上側の液晶分子の長軸方向、並び
に、下側の偏光板の偏光軸方向、下側の複屈折板の光軸
方向及び液晶層の下側の液晶分子の長軸方向の相対位置
を示した平面図である。
図形を表示するためのΔn1・dlが0.4〜1.5μ
mの誘電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が
160〜300°の左らせん(上から見て反時計方向の
ねじれ)液晶層、4A、4Bはその上下に積層された複
屈折板、5は上側の偏光板の偏光軸、6は下側の偏光板
の偏光軸、7は液晶層の上側の液晶分子、8は液晶層の
下側の液晶分子、9Aは上側の複屈折板の光軸方向、9
Bは下側の複屈折板の光軸方向を示している。
図を参照して説明する。
屈折率の大きい方向をX軸方向とし、屈折率の小さい方
向をy軸方向とし、厚み方向を2軸方向とする。この夫
々の方向の屈折率をnx、ny、 n□とする。この場
合、nx>nyであり、Δn2=nx nyであり、
本発明では、n x =n z>n、とされる。この時
、複屈折板の光軸方向はy軸方向となる。なお、dは複
屈折板の厚みである。
からみた上側の偏光板の偏光軸5の方向を時計回りに計
ったものを01、液晶層の上側の液晶分子7の長軸方向
がらみた上側の複屈折板の光軸方向9Aを時計回りに計
ったものを02、液晶層の下側の液晶分子8の長軸方向
からみた下側の偏光板の偏光軸6の方向を時計回りに計
ったものを03、液晶層の下側の液晶分子8の長軸方向
からみた下側の複屈折板の光軸方向9Bを時計回りに計
ったものを04とする。
なるように最適化すればよい。
例えば、液晶層のねじれ角を24o。
の上下に配置した一対の複屈折板の夫々のΔn2・d2
を0.4μm程度とすれば、一対の偏光板の偏光軸をほ
ぼ60〜120°程度の角度で交差するように配置する
ことが好ましい。
偏光軸をほぼ±30°程度の角度で交差するように配置
することが好ましい。これにより、この液晶表示素子は
、視角特性に優れたコントラストの高い白黒表示が可能
となる。
50″’ −50”≦04≦80@ とすることによ
り、オフの透過率が低く、オンの透過率が高い充分なコ
ントラストを持つ表示が実現できるため好ましい。
とした場合にはθ3くθ4とすることが好ましく、θ1
〉θ2とした場合にはθ3〉θ4とすることが好ましい
。
4≦50°とすることにより、オフの透過率が低(、充
分なコントラスト比が得られるため好ましい。
が逆の場合には、液晶層の液晶分子の長軸方向、偏光板
の偏光軸の方向、複屈折板の光軸方向との関係θ1、θ
2、θ1、θ4を反時計回りにして、同様に選ぶことに
より、上記例と同、様に容易に白黒表示が得られる。
方向から見た場合の白黒が反転してしまう領域が狭くな
り、視野角を広くすることができる。
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、高デユーテイ駆動でも、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。
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。
色を補正するためのカラーフィルターや、カラー偏光板
を併用したり、液晶中に色素を添加したり、あるいは特
定の波長分布を有する照明を用いたりしてもよい。
加するための駆動手段を接続し、駆動を行う。
反射型でも適用可能であり、その応用範囲が広い。
。もちろん、これにも導光体、カラーフィルター等を併
用してもよい。
、明るいため反射型で使用することも可能である。
よる遮光膜で覆うこともできる。また、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。
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。
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
のマルチカラー液晶表示素子とすることも可能である。
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。
が、およそ次のように推定できる。
察する。
に複屈折板を使用しないスーパーツイスト液晶表示素子
の構成を示す側面から見た模式図であり、ねじれ角が1
60〜300°で、Δn1・d、が0.4〜1.5μm
の正の誘電異方性を有するネマチック液晶による液晶層
13、とその上下に配置された一対の偏光板11.12
とを示している。この例では上下に配置された一対の偏
光板11.12の偏光軸の交差角を90°としている。
印加されていない状態または非選択電圧のような低い電
圧が印加された状態において、入射側の下側の偏光板1
2を通してほぼ完全に直線偏光化された光が、この液晶
層13を透過すると、だ円偏光状態となる。このだ円偏
光の形や方向は光の波長により異なり、光を赤緑青の3
原色に分けて考えると、第4図(B)のようになる。こ
れらの形も方向も異なっただ円偏光が出射側の上側の偏
光板11を通過すると、赤緑青の光によって通過する光
の強度が夫々異なり、そのため特定の色に着色して見え
ることとなる。なお、第4図(B)において15.16
は夫々偏光板11.12の偏光軸を示す。
見た模式図を示すように、ねじれ角が160〜300°
で、Δnl * d+が0.4〜1.5μmの正の誘電
異方性を有するネマチック液晶による液晶層23、その
両側に配置された各1枚の1軸性の複屈折板24A、2
4B、さらにその上下に配置された一対の偏光板21.
22とを示している。
lを0.82μmとし、上下に配置された一対の偏光板
21.22の偏光軸の交差角を90°としている。なお
、この例では説明を簡単にするために本発明の1軸性の
複屈折板を両側に各1枚配置して使用しているが、両側
に2枚以上の1軸性の複屈折板を用いても良い。
垂直方向から見た場合、この複屈折板のΔn2・d2の
値によって、入射直線偏光を任意のだ円偏光にしたり、
円偏光にしたり、あるいは直線偏光に戻したりできる性
質がある。そのため、適当なΔn2・d2の複屈折板を
液晶層に重ねることにより、第5図(B)のようにする
ことができる。
択電圧のような低い電圧が印加された状態において、入
射側の下側の偏光板22を通してほぼ完全に直線偏光化
された光が、この下の複屈折板24Bで適当なだ円偏光
となる。このだ円偏光が、液晶層23を透過すると、ま
た別のだ円偏光状態となる。このだ円偏光となった光を
さらに複屈折板24Aを通過させることにより、条件に
よってはだ円偏光を再度直線偏光に近い状態に戻せる場
合がある。
(B)のようになる。この例のように、赤緑青の偏光軸
の方向がほぼ揃い、がっ、ほぼ直線偏光に戻っている場
合、出射側の偏光軸の向きにかかわらず、通過する光強
度の波長依、存性をな(すことができる。即ち、無彩色
化することができることとなる。
設置して、出射側での偏光が出射側である上側の偏光板
の吸収軸と一致している場合には、透過光強度は最も小
さ(なり、黒(見えることとなる。これにより、ネガ表
示となる。
1.22の偏光軸を示す。
ほぼ平行にしてあれば、これらの強度は大きいこととな
り白(見えることとなり、ポジ表示となる。
n1・d l s複屈折板のΔn2・d2、それらと偏
光板との角度θ3、θ2、θ3、θ4等の構成用件を変
えることにより、変わる。
は、液晶層を透過しただ円偏光の形や方向が電圧印加前
と異なってくる。
り、これによって透過率が変化し、表示が可能になる。
でうまくだ円偏光の形や方向を揃えられて黒または白の
状態ができたとはいえ、かならずしも電圧印加状態で白
または黒の状態になるとは限らない。このため、液晶層
のツイスト角、Δn1・dl等のパラメータにより、複
屈折板のΔn2・d2、その光軸方向、偏光板の偏光軸
方向等を実験的に最適化することが好ましい。
明電極をストライプ状にバターニングし、蒸着法により
Sin、にょ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作成した。
明電極を第1の基板と直交するようにストライブ状にバ
ターニングし、5in2の絶縁膜を形成し、ポリイミド
のオーバーコートをし、これを第1の基板のラビング方
向と交差角60°となるようにラビングして配向制御膜
を形成した基板を作成した。
ルを形成し、この液晶セル内に誘電異方性が正のネマチ
ック液晶を注入して24o。
の実施例1の液晶層のΔn、 * d、はo、82μm
であった。
及び第2表(実施例4.5及び比較例1)に示すような
屈折率を持つ種々の1軸性の複屈折板を貼り付け、さら
にその上下に一対の偏光板を積層した。
軸方向及び複屈折板の光軸方向との相対的な関係は、θ
I = 150” 612 =−5゜θ3 = 12
0°、θ4=01とした。
X方向になるので、実施例の場合と90°ずれ、θg=
80” θ4う90” となる。
べた結果、第6図に示すような良好なしきい値電圧特性
が得られ、マルチプレックス駆動を行った場合に良好な
コントラスト比が得られることが分かった。
して、 l/200デユーテイ、1/15バイアスで駆
動してオン状態、オフ状態での色相を観察した。この結
果を第7図に示す。
緑色っぽい良好な白レベルが得られ、オフで透過率が低
いため、充分に黒(見えるようなネガ型の白黒表示が得
られた。
分のみ)を測定したところ、約50であり、従来の単な
るスーパーツイスト液晶表示素子に比してはるかに高い
コントラスト比が得られた。その上、オンにおける透過
率も27%程度が得られ、OMI素子よりも明るいため
、反射型でも使用することも充分可能であった。
画素部分のみ)を測定したところ、全て40以上であっ
た。
第9図に示す。これらの図においては、セルの観察方向
を極座標表示し、その角度を(θ、ψ)と表わした場合
、この(θ、ψ)により、液晶セルのコントラスト比が
どのように変化しているかなθをO〜50°で変化させ
、ψを0〜360°変化させて示したものである。
回りに0〜360°とし、θは中心を0°とし、同心円
状に0〜50°とした。コントラスト比の曲線は1.1
O150のみを示した。
、第9図は比較例1である。
nz> nyとなるような複屈折板を使用しているので
、従来の単なる1軸性の複屈折板の場合(nx> Q、
= n、、比較例1、第9図)より、斜線で示したコン
トラスト比が1以下、即ち、白黒のコントラストが逆転
してしまう領域が小さくなり、視野角が広く高コントラ
スト比の素子が可能になった。
、偏光板の偏光軸方向及び複屈折板の光軸方向との相対
的な関係のみを変更して液晶表示素子を作成した。即ち
、θ、=60゜θ2 =−5@、θ、=30° θ =
011 とした。
テイ、l/15バイアスで駆動したところ、実施例1と
ほぼ同様なネガ型の白黒表示が得られ、コントラスト比
(画素部分のみ)も約50″であった。
して、基板上にストライブ状に3色のカラーフィルター
層を形成し、その上に電極を形成した電極付基板を用い
てセルを構成し、駆動したところ、フルカラーの階調駆
動が可能であった。
ツイスト液晶表示素子または従来の1軸性複屈折板を積
層したスーパーツイスト液晶表示素子と比べて、広い視
野角及び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。
イスト液晶表示素子と遜色がない等の優れた効果を有す
る。
、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。
、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。
第2の液晶層を設けな(でも明るい白黒表示が可能なも
のであり、液晶表示素子の生産性が極めて高いという利
点も有する。
々の応用が可能なものである。
斜視図である。 第2図(A)(B)は、夫々上から見た上側及び下側の
液晶分子の長軸方向、偏光板の偏光軸方向及び複屈折板
の光軸方向の相対位置を示した平面図である。 第3図は、複屈折板の主屈折率の定義を示す斜視図。 第4図(A)(B)は、単なるスーパーツイスト液晶表
示素子の構成を示した模式図及びその偏光の状態を説明
する平面図。 第5図(A)(B)は、本発明の液晶表示素子の構成を
示した模式図及びその偏光の状態を説明°する平面図。 第6図は、実施例1のしきい値電圧特性を示すグラフ。 第7図は、実施例1のオン、オフ状態での色相を示す色
相図。 第8図及び第9図は、実施例1及び比較例1の等コント
ラスト曲線を示した図。 1.2.11.12.21.22は偏光板、3.13.
23は液晶層、 4A、4B、24A、24Bは複屈折板、5.6.15
,16.25.26は偏光軸、7.8は液晶分子の長軸
方向、 9A、9Bは複屈折板の光軸方向 第1図 巾 多1 第 図 第 図 印 加 電 圧 (V) 第 図 0.1 0.3 0.5 第 図
Claims (3)
- (1)ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の透
明電極付き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ねじれ角が16
0〜300°の液晶層と、こ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駆動手段とを有し、
この液晶層の外側に一対の偏光板を設置し、液晶層の両
外側であって一対の偏光板の内側に一対の複屈折板を配
置した液晶表示素子において、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0.4〜1.5μmとされ、前記複屈折板が3
個の主屈折率をn_x、n_y、n_zとし、n_x、
n_yを複屈折板面内方向の屈折率とし(n_x>n_
y)、n_zを複屈折板の厚み方向の屈折率とした場合
、n_x=n_z>n_yとなるような1軸性の複屈折
板を配置したことを特徴とする液晶表示素子。 - (2)請求項1記載の液晶表示素子において、液晶分子
軸と複屈折板の光軸との交差角を−50°≦θ_2≦5
0°で、かつ、−50°≦θ_4≦50°となるように
配置されたことを特徴とする液晶表示素子。 - (3)請求項1または2記載の液晶表示素子において、
セル内面にカラーフィルターが形成されていることを特
徴とする液晶表示素子。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US5526150A (en) * | 1991-07-19 | 1996-06-11 | Nippon Oil Company, Limited | Liquid crystal polymer viewing angle compensator for liquid crystal display having its largest refractive index in the thickness direction |
KR100294198B1 (ko) * | 1993-12-22 | 2001-09-17 | 김순택 | 액정표시소자 |
Citations (1)
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-
1989
- 1989-04-27 JP JP1105865A patent/JP2915430B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
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JP2915430B2 (ja) | 1999-07-05 |
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