JPH02308128A - 液晶表示素子及びそれを用いた装置 - 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】 ［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太き（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、　　Ａｐｐｌ、、Ｐｈｙｓ、、Ｌｅｔｔ、４５（
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６０−１
０７２０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一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、　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。

また、白黒表示でかつコントラストの高い液晶表示素子
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、１１（２７）、ｐ、７
９．　（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、液晶セルの薄く
軽いという特長を犠牲にしている欠点があった。

また、上述した２層セルの一方を１軸性の複屈折フィル
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）。

［発明の解決しようとする課題ｌ このような１軸性の複屈折フィルム方式のフィルム積層
型液晶表示素子では、液晶セルの補償を１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。このため、明るく、白黒度が良
（、かつ、視野角の広い液晶表示素子を、歩留り良く生
産することが困難であった。

明るく視野角の広い白黒表示素子は、単に特有な色付き
がなく見易いというだけでな（、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。

このため、コントラストがよく、明る（、かつ、視野角
の広い白黒表示素子を、歩留りよく生産できる液晶表示
素子が望まれていた。

］課題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（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、液晶層と偏光
板との間の片側に複数の複屈折板を積層配置した液晶表
示素子において、液晶層での液晶の屈折率異方性Δｎｌ
と液晶層の厚みｄ＋との積Δｎｌ　＠　ｃｔｌが０．４
〜１．５μｍとされ、前記複数の複屈折板は、その光軸
が面内にある正の一軸性複屈折板と、光軸が膜厚方向に
ある正の一軸性複屈折板とを夫々少なくとも１枚以上用
い、前記複数の複屈折板の厚みを考慮した３方向の総和
平均の主屈折率をｎ＋＋ｇ、ｎ□、ｎｆｆ１ｇとし、ｎ
ｘｇ、ｎｙｓを面内方向の屈折率としくｎｘｓ　＞ｎ□
）、ｎ！、を複屈折板の厚み方向の屈折率とした場合、
ｎｕｓ　＞　ｎ！ｇ　＞　ｎ□となるような複屈折板を
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。

本発明では、液晶層と偏光板との間の片側に、光軸が面
内にある正の一軸性複屈折板と、光軸が膜厚方向にある
正の一軸性複屈折板とを夫々少なくとも１枚以上積層し
て用いる。これらの複数の複屈折板の厚みを考慮した３
方向の総和平均の主屈折率をｎｘｇ、ｎｙｇ、ｎｚｇと
し、ｎＸｇ。

ｎｙａを複屈折板面内方向の屈折率としくｎ−〉’ｙｇ
　）　、ｎｚｍを複屈折板の膜厚方向の屈折率とした場
合、ｎｘｓ　＞　ｎｚｔ　＞　ｎ□となるような関係を
有する複屈折板を配置したものである。

このため、液晶層は１層でよく、生産性を下げたり、色
ムラを起こしやすい第２の液晶層を設けなくても、明る
い白黒表示の液晶表示素子が容易に得られる。さらに、
■軸性の複屈折板を単に１枚のみ用いた場合に比して、
斜め方向から見た場合の表示の品位の劣化が少な（、視
野角の広い白黒表示の液晶表示素子が容易に得られる。

この液晶層は従来のスーパーツイスト液晶表示素子の液
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。

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く、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。

また液晶層の液晶の屈折率異方性（Δｒ＋＋）とその液
晶層の厚み（ｄ、）との積Δｎ、・ｄｌが０．４〜１．
５μｍとされる。

これは、０．４μｍ未満では、オン時の透過率が低く、
青味がかった表示色になりやすく、また、　１．５μｍ
を越えると、オン時の色相が黄色から赤色を呈し、白黒
表示となりにくい。

特に、表示色の無彩色化が厳しく要求される用途では、
液晶層のΔｎ１・ｄｌは０．５〜１．０μｍとされるこ
とが好ましい。

なお、この△ｎ、・ｄｌ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、八〇、・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。

所望のパターンにパターニングをしたＩＴＯ（ＩｎｚＯ
ｓ−Ｓｎｏｗ）　、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、ＳｉＯ
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１６
０〜３００°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。

なお、電極と配向制御膜との間に基板間短絡防止のため
にＴｉ（ｈ、５ｉＯｚ、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。

この液晶層の両外側に一対の偏光板を配置する。この偏
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。

本発明では、上記液晶層の片側に隣接して、光軸が面内
にある正の一軸性複屈折板と、光軸が膜厚方向にある正
の一軸性複屈折板とを夫々少なくとも１枚以上積層する
。これらの複屈折板は、液晶層と偏光板との間に設けれ
ばよく、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。また、これらの
複屈折板の積層する順序は、いずれが液晶層側に来ても
よい。

本発明の複屈折板は、後述の複屈折性を示す透明板であ
れば使用でき、プラスチックフィリレム、無機の結晶板
等が使用可能である。

この複屈折板の内、光軸が面内にある正の一軸性複屈折
板とは、その３個の主屈折率をｎＸｌ。

ｎｙ＋、ｎｘ＋　とじ、ｎｘ＋、ｎｙ＋を複屈折板面内
方向の屈折率としくｎｘ＋　＞ｎｙ＋　）　、ｎ□を複
屈折板の膜厚方向の屈折率とした場合、光軸がＸ軸方向
になり、ｎｘ＋　＞ｎｙ＋　：ｎ、、となるような複屈
折板である。

また、光軸が膜厚方向にある正の一軸性複屈折板とは、
その３個の主屈折率をｎＸｌ、ｎＸｌ、　ｎＸｌとし、
ｎｏ、ｎ□を複屈折板面内方向の屈折率としくｎＸｌ　
＝ｎｙ＊　）　、ｎａｇを複屈折板の膜厚方向の屈折率
とした場合、ｎｚｚ　＞　ｎｘｆｆｉ　＝＝　ｎｙｚと
なるような複屈折板である。

本発明では、この光軸が面内にある正の一軸性複屈折板
と光軸が膜厚方向にある正の一軸性複屈折板とを、夫々
少なくとも１枚積層して用い、その膜厚を考慮して総合
した平均の３方向の主屈折率をｎＸｌ、ｎ□、ｎ宜慮と
し％ｎｘｓ、　ｎｙｍを複屈折板面内方向の屈折率とし
くｎｘｓ＞ｎ□）、ｎ！、を複屈折板の膜厚方向の屈折
率とした場合に、ｎｘｚ　＞　ｎｚｌ　＞　ｎｙｓとな
るような複数の複屈折板を積層する。

ここで、ｎｘｇ、ｎ□、ｎ！１について説明する。

その光軸が面内のＸ軸方向にある正の一軸性複屈折板が
１枚あり、夫々の３方向の主屈折率をｎｘｉ１．ｎν目
、ｎ＊＋＋　（’χ目〉ｎν＋＋＝ｎｘ＋＋）とし−膜
厚をβ３．とする、また、同様に光軸が膜厚方向である
Ｘ軸方向にある正の一軸性複屈折板が５枚あり、夫々の
３方向の主屈折率を０．２４、ｎｙｉＪ、ｎ＊□　（ｎ
ＸｌＪ＞　ｎｘ＊Ｊ＝　ｎｙｚｔ）と、し、膜厚をＱ、
Ｊとする。この場合、これらの厚みを考慮した３方向の
屈折率の総和平均ｎｘｍ、ｎｙｓ、ｎｚ□は以下のよう
に表わせる。

ｎｘ＊＝　（Σｎｘｔ＋’ρ、ｌ＋Σｎｘ２Ｊ　＠　Ｉ
２１）　／　ｄｓｎｙ、＝（Σｎｙ＋ｔ”ｊ２＋＋＋Σ
ｎｙ２Ｊ　”　４２１）　／　ｄａｎｘｍ＝　（Σｎ＊
＋ｔ”Ｉ２＋＋＋Σｎｘｘｒ　・’２　ｉＪ）　／　ｄ
ａｄ、＝Σρ、＋ΣＩ２２Ｊ 所望の複屈折効果を得るためには、複屈折板のりタープ
−ジョンΔｎ２・ｄ２を調整して使用するが、夫々１枚
づつの複屈折板では調整できない場合には、上述したよ
うに同じ複屈折板または異なる複屈折板を積層して用い
、３個の主屈折率の方向が夫々一致するように複数枚組
合せて用いて、Δｎｉ　’　ｄｉ＝　（ｎｘｉ　−ｎｙ
ｍ　）　　”　ｄｌｌが条件を満足するように設定すれ
ばよい。

良好な白黒表示を行うためには、ある特定のツイスト角
とΔｎ、・ｄｌを持った液晶層に対し、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。

複屈折板のΔｎ２・ｄ２の大きさは、この複屈折板を液
晶層と偏光板の間の片側に配置するため、概略液晶層の
ΔｎＩ’　ｄｔの大きさとほぼ同じの値か、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０．１〜１．５μｍとされればよい。

そして、次に角度依存性を良くするために、ｎｏの調整
が必要である。

本発明では、（ｎｇｓ　−ｎＸｌ）／　（ｎｘｍ　−ｎ
ｙａ）の値を０．１以上にすることが好ましい。これは
、この値が０．１未満の場合には、−軸性の複屈折板を
１枚だけ使用した場合との効果の差が十分得られにくい
ためである。

以下図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

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図の上側の偏光板の偏光軸方向、光軸が面内方向に
ある正の一軸性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。

第１図において、　ｌ、２は一対の偏光板、３は文字や
図形を表示するためのΔｎｌ　＋　ｄ＋が０．４〜１．
５μｍ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はその上に積層された光軸が
面内方向にある正の一軸性の複屈折板、４Ｂは光軸が膜
厚方向にある正の一軸性の複屈折板、　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
は光軸が面内方向にある正の一軸性の複屈折板４Ａの光
軸の方向、９Ｂは光軸が膜厚方向にある正の一軸性の複
屈折板４Ｂの光軸の方向を示している。

本発明で用いる複屈折板の屈折率の定義について第３図
を参照して説明する。

先ず第３図のように座標軸をとる。第３図において、４
Ａは光軸が面内方向にある正の一軸性の複屈折板であり
、Ｘ軸方向を光軸方向とすると、その３個の主屈折率ｎ
ｘ＋、ｎｙ＋、ｎｚ＋に対し、ｎｘ＋　＞ｎｙ＋　＝ｎ
ｘ＋の関係がある。

また、４Ｂは光軸が膜厚方向にある正の一軸性の複屈折
板であり、ｎｚ２＞ｎｘ□＝ｎｙ２の関係がある。

また、本発明ではこれらの複屈折板の厚みを考慮した３
方向の屈折率の総和平均ｎｘｘ、ｎ□。

ｎｘｚに対し、ｎｘｇ　＞　ｎｘｇ　＞　ｎ□を満足す
ることが必要である。

即ち、第３図の場合には、 の関係を有することが必要となる。

第２図において、液晶層の上側の液晶分子７の長軸方向
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θ１、液晶層の上側の液晶分子７の長軸方向
からみた光軸が面内方向にある正の一軸性の複屈折板４
Ａの光軸の方向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θ、とす
る。本発明ではこのθ１、θ２、θ３を白黒表示となる
ように最適化すればよい。なお、光軸が膜厚方向にある
正の一軸性の複屈折板は、当然ながら挿入しさえすれば
良く、その方向には依存しない。

本発明の液晶表示素子をネガ型表示で使用する場合に、
例えば、液晶層のねじれ角を２４０゜程度とし、その八
〇Ｉ−ｄＩを０．８７μｍ程度とし、その上に配置した
複屈折板のΔｎ２・ｄ２を０．５８μｍ程度とすれば、
一対の偏光板の偏光軸をほぼ０〜６０°程度の角度で交
差するように配置することが好ましい。

また、同じ液晶層と複屈折板とを使用し、ポジ型表示で
使用する場合には、片側の偏光板の偏光軸をほぼ９０°
回転した状態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。

この場合、特にネガ表示については、４０°≦θ２≦１
４０°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。

特に、６０°≦θ、≦１２０′　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。

また、上記例では、液晶層を左らせんとしたが、らせん
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、光軸が面内方向にある正の一軸性の複
屈折板の光軸の方向との関係θ３、θ２、θ１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。

また、この複屈折板を液晶セルの下側に挿入した場合に
は、セルを下側から見て前述した関係と同様になるよう
にθ３、θ諺、θ３を選べば良い。

以上の説明は、液晶表示素子の垂直方向に対して得られ
た最適化であり、光軸が面内方向にある正の一軸性の複
屈折板のみを用いた場合と同様である。しかし、この−
軸性の複屈折板のみで補償した場合には、垂直方向では
うま（補償して高コントラストの白黒素子にできても、
斜め方向では補償がずれて色付いたり、白黒が逆転して
しまうことがある。

本発明では、ｎｘａ＞ｎ□〉ｎ□とすることにより、斜
め方向から見た場合の色付を防止し、見栄えを向上させ
ることができる。

このｎ、は、ｎｘ、より大き（でも、ｎ□より小さくて
も、角度依存性は低下し、斜め方向から見た場合の見栄
えが低下する。特に、（ｎ８゜−ｎｙ４　）　／　（ｆ
ｉｘｓ　−ｎｙｍ　）≧０．１とすることにより、斜め
方向から見た場合の見栄えの向上が大きい。

本発明における複屈折板としては、２種類の一軸性複屈
折板が必要である。光軸が面内にある正の一軸性複屈折
板としては、通常の一軸延伸フィルムや結晶板を用いる
ことができる。また、光軸が膜厚方向にある正の一軸性
複屈折板としては、特殊な製法による高分子フィルム、
例えば高分子液晶フィルムやＬＢ膜または結晶板等が用
いられる。また、これらの複屈折板は厚み方向の屈折率
が均一でなくても使用でき、厚み方向の平均の屈折率が
前記した条件を満足していればよい。

なお、本発明では、白黒表示に近（、視野角の広い表示
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、高デユーテイ駆動でも、コ
ントラスト比が高（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。

また、より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。

本発明は、このような構成の液晶セルに電極に電圧を印
加するための駆動手段を接続し、駆動を行う。

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。

なお、透過型で使用する場合には裏側に光源を配置する
。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。

本発明の液晶表示素子は透過型で使用することが多いが
、明るいため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。

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。

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
のマルチカラー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、パーソナルコンビューター、
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、この外液具テレビ、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。

［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。

まず、液晶表示素子を垂直方向から見た場合について考
察する。

第４図（Ａ）は、本発明の液晶表示素子と対比するため
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、Δｎ、・ｄｌ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。

このような構成の液晶表示素子の場合、液晶層に電圧が
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。

これに対して、本発明では第５図（Ａ）にその側面から
見た模式図を示すように、ねじれ角が１６０〜３００ｍ
で、Δｎｌ　ｅ　ｄ＋が０．４〜１．５ｇｍ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
上側に配置された光軸が面内にある正の一軸性の複屈折
板２４Ａ、光軸が膜厚方向にある正の一軸・性の複屈折
板２４Ｂ、さらに上下に配置された偏光板２１．２２と
を示している。

この例では、液晶層のねじれ角を２４０°、Δｎｌ　＠
　ｄ＋を０．８７μｍ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３０°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２種
類の複屈折板を液晶セル上面に１枚づつ配置して使用し
ているが、夫々２枚以上の複屈折板を３個の主屈折率の
方向が夫々一致するように積層して用いても良い。

この複屈折板は、それ自体を偏光板の間に挟持すると、
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。

即ち、液晶層に電圧が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２２を通してほぼ完全に直線偏光化
された光が、液晶層２３を透過するとだ円偏光状態とな
る。このだ円偏光となった光が複屈折板２４Ｂを通過す
るが、この複屈折板は光軸が膜厚方向にあるため、垂直
方向に進行する光に対しては同等影響を与えない。次に
、このだ円偏光は複屈折板２４Ａを通過するが、この複
屈折板は所謂普通の一軸性の複屈折板であるため、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しつ
る。

これは、光を赤緑青の３原色に分けて考えると、第５図
（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、かつ、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。

この例のように、その偏光軸を３０°程度交差して偏光
板を設置して、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
も小さくなり、黒（見えることとなる。これにより、ネ
ガ表示となる。なお、第５図（Ｂ）において２５．２６
は夫々偏光板２１．２２の偏光軸を示す。

逆に、上側の偏光板の偏光軸を９０＠回転して出射側の
偏光の方向とほぼ平行にしてあれば、これらの強度は大
きいこととなり白く見えることとなり、ポジ表示となる
。

なお、表示のネガ、ポジは、液晶層のねじれ角、そのΔ
ｎ、・ｄｌ、複屈折板のΔｎ２・ｄ２、それらと偏光板
との角度θ３、θ２、θ１等の構成用件を変えることに
より、変わる。

一方、この構成で液晶層に充分な電圧を印加した場合に
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。

そのため、複屈折板を通過した後のだ円偏光状態も異な
り、これによって透過率が変化し、表示が可能になる。

しかし、複屈折板の挿入により、電圧を印加しない状態
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、Δｎ、・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。

このように、液晶表示素子を垂直方向から見た場合には
、複屈折板として単に光軸が面内方向にある一軸性の複
屈折板のみを使用しても、条件を最適化すれば、良好な
白黒表示素子を得ることができる。

しかし、このような白黒表示素子を斜め方向から見た場
合には、表示が色付いて見えたり、白黒が逆転して見え
たりすることがある。

これは、もともと液晶分子自体は一軸性であるが、第６
図のように液晶セル内ではらせん構造を取っており、さ
らにマルチプレックス駆動のために、液晶セルに選択電
圧や非選択電圧を印加した場合には、中央付近の液晶分
子が立ち上がっているため、もはや−軸性の媒体とは見
なせなく、疑似的な二輪性の媒体と見なせるためである
。

また、この時、第６図のように、液晶セル中央付近の液
晶分子に着目し、この領域における平均的な主屈折率を
ｎＬｓ＋、ｎＬｙ、ｎＬｘ　　（ここでｎいは中央の液
晶分子の基板への投影方向における平均的屈折率、ｎＬ
ｙは基板面内にありｎＬｘと直角な方向の平均的屈折率
、ｎＬｚは膜厚方向の平均的屈折率）とすると、この領
域では液晶分子が少しらせん構造を取っており、かつ、
立ち上がっているので、ｎＬＩｌ＞ｎＬ、〉ｎＬ、とな
っていることが予想される。

このため、このような液晶セルを斜め方向からも補正す
るためには、同じような特性の複屈折板が好ましく１本
発明のｎａｇ　＞ｎａｇ　＞ｎｙｇとなるような複屈折
板を使用することが好ましいこととなる。

本発明では、第５図の複屈折板２４Ａ、２４Ｂの組み合
せによって、このような特性を持たせている。即ち、前
述したように、複屈折板２４Ｂは光軸が膜厚方向にある
正の一軸性複屈折板であるため、垂直方向に進行する光
に対しては同等影響を与えない。しかし、液晶セルに対
して斜めに進行する光に対しては、複屈折性が発生する
こととなる。このため、複屈折板２４Ａとの゛マツチン
グなうま（とることにより、ｎ＋＋ｓ　＞ｎａｇ　＞ｎ
Ｆｌｌ−となり、液晶層の２軸性をうまく補正すること
ができる。

［実施例１ 実施例１〜６ 第１の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯ透
明電極をストライブ状にバターニングし、蒸着法により
５ｉＯｉ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作成した。

第２の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯ透
明電極を第１の基板と直交するようにストライブ状にパ
ターニングし、Ｓｉｎ、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。

この２枚の基板の周辺をシール材でシールして、液晶セ
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２４０゜ねじれの液晶層となるよう
にし、注入口を封止した。この液晶層ではΔｎ１・ｄ、
は０．８７μｍであった。

この液晶セルの上面と上側の偏光板との間に第１表（実
施例１〜３）、第２表（実施例４〜６）及び第３表（比
較例１〜３）に示すような屈折率を持つ種々の複屈折板
を夫々貼り付けて視野角の広さを比較した。

この液晶表示素子の液晶分子の長軸方向、偏光板の偏光
軸方向及び光軸が面内にある正の一軸性の複屈折板の光
軸の方向との相対的な関係は、θ１＝４５°、θ２＝９
５°、０ｍ　＝　１３’５°とした。

第　　１　　表 第　　２　　表 第　　３　　表 また、評価は、　ｌ／２００デユーテイ、ｌ／１５バイ
アスで駆動してオン状態、オフ状態でのコントラスト比
で行った。

その結果を第７図〜第１５図に示す。第７図〜第１５図
は、等コントラスト曲線と呼ばれるもので、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０〜５０”で変化
させ、ψをＯ〜３６０＠変化させて示したものである。

なお、甲は図の主視角方向（下方）を０゜とし、反時計
回りに０〜３６０′とし、θは中心な０°とし、同心円
状に０〜５０°とした。コントラスト比の曲線はｌ、　
１０．５０のみを示した。

第７図〜第１２図が、本発明による液晶表示素子の実施
例であり、第１３図〜第１５図は比較例である。

本発明では、第１表、第２表に示すように、ｎａｇ　＞
ｎ！ｇ　＞ｎ□となるような複屈折板を使用しているの
で、従来の単なる一軸性の複屈折板のみの場合（ｎ、１
ｇ　＞　ｎｙｍ　＝　ｎａｇ　、比較例１、第１３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非常に小さく
なった。また、コントラスト比が高い領域（１０以上）
も広（なり、視野角が広（高コントラスト比の素子が可
能になった。　　　− 一方、本発明以外の複屈折板を用いた場合、即ち、比較
例２　（ｎａｇ　＞ｎ□〉ｎｏ）及び比較例３　（ｎｚ
ｇ　＞　ｎｘｍ　＞　ｎｙｉ　）の場合には、夫々第１
４図及び第１５図のように、やはり本発明のものよりも
視野角が狭く、かつ、コントラスト比の高い領域も狭い
ことがわかった。

実施例７〜１２ 実施例１〜６の液晶表示素子の電極材の基板の一方の基
板として、基板上にストライブ状に３色のカラーフィル
タ一層を形成し、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。

［発明の効果］ 以上に説明したように本発明は、従来の２層型スーパー
ツイスト液晶表示素子または一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。

また、時分割表示特性や視野角特性も従来のスーパーツ
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。

また、表示が白黒に近く、かつ、広視野ということから
、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
、明るい表示が可能であり、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。

さらに、本発明では、単に複屈折板を配置するのみで、
第２の液晶層を設けなくて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。

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９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光軸が面
内方向にある正の一軸性の複屈折板の光軸の方向の相対
位置を示した平面図である。 第３図は、本発明に使用する２種類の複屈折板の主屈折
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、液晶セルの分子配列を示した図。 第７図〜第１５図は、液晶表示素子の等コントラスト曲
線を示した図。 ｌ、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は複屈折板の光軸の方向 第１図 第５図 第６図 第８図 第１４図

Claims (3)

【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、液晶層と偏
   光板との間の片側に複数の複屈折板を積層配置した液晶
   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、前記複数の複屈折板は、その
   光軸が面内にある正の一軸性複屈折板と、光軸が膜厚方
   向にある正の一軸性複屈折板とを夫々少なくとも１枚以
   上用い、前記複数の複屈折板の厚みを考慮した３方向の
   総加平均の主屈折率をｎ＿ｘ＿ｓ、ｎ＿ｙ＿ｓ、ｎ＿ｘ
   ＿ｓとし、ｎ＿ｘ＿ｓ、ｎ＿ｙ＿ｓを面内方向の屈折率
   とし（ｎ＿ｘ＿ｓ＞ｎ＿ｙ＿ｓ）、ｎ＿２＿ｓを複屈折
   板の厚み方向の屈折率とした場合、ｎ＿ｘ＿ｓ＞ｎ＿ｚ
   ＿ｓ＞ｎ＿ｙ＿ｓとなるような複屈折板を配置したこと
   を特徴とする液晶表示素子。
2. （２）請求項１記載の液晶表示素子において、複屈折板
   の屈折率が（ｎ＿ｚ＿ｓ−ｎ＿ｙ＿ｓ）／（ｎ＿ｘ＿ｓ
   −ｎ＿ｙ＿ｓ）≧０．１とされることを特徴とする液晶
   表示素子。
3. （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。