JPH0254216A - 液晶表示素子およびその応用製品 - 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〕 本発明は液晶表示素子に係り、特に優れた時分割駆動特
性を有し、かつ真の白黒表示が可能でカラー表示にも好
適な電界効果型液晶表示素子およびその応用製品に関す
る。

〔従来の技術〕

優れた時分割駆動特性を有する液晶素子のうち、ツィス
テッドネマチックタイプは、ブルーモード時の背景色ま
たは表示色をＣＩＥ色度座標上に表わすと、第７図に従
来例として示すように、背景または表示部の少なくとも
一方に色が着き、真の白黒表示ができなかった。

近年、液晶表示素子の画質の改善と表示情報量の増大に
対する要求が厳しくなっており、要求仕様は、真の白黒
表示、さらにはカラー表示へと移行している状況である
。表面にフィルタマトリクスを形成し満足なカラー表示
を実現するには、そのベースとしての白黒表示が色度図
上Ｃ光源に極めて近くなければならない。

このため、セイコーエプソン社は、液晶表示を二層構造
とし、すなわち逆ねじり、同ツイスト角。

同Δｎ−ｄを持つ液晶素子を重ね、白黒表示を実現して
いる。（奥付、永田、和田：テレビジョン学会技術報告
、１１、Ｐ７９．１９８７）〔発明が解決しようとする
課題〕 上記従来技術は、液晶素子を二枚用いる必要があり、量
産性が低かった。また、真の白黒表示を実現するために
、二つの液晶素子間でΔｎ−ｄを正確に一致させる必要
があり、製造が難しかった。

ただし、Δｎは液晶材料の複屈折の大きさ、ｄ゛はセル
ギャップである。

本発明の目的は、背景と表示部との色が無彩色で真の白
黒表示が可能であり、カラー表示のベースとしても好適
な液晶表示素子およびその応用製品を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、正の誘電異方性
を有し旋光性物質を添加されたネマチック液晶と、前記
ネマチック液晶を挾んで対向し液晶をその厚さ方向に１
８０度から２７０度の範囲内のねじれたらせん構造とす
る上下一対の電極基板と、その電極基板に隣接し電極基
板の液晶分子配列方向に対し偏光軸または吸収軸を所定
角度に配置された上下一対の偏光板とを有する液晶表示
素子において、各波長において楕円率および方位角が異
なる入射光を直線偏光に変換する光変調素子を前記上下
一対の電極基板と上下一対の偏光板との間の少なくとも
１個所に設けた液晶表示素子を提案するものである。

前記光変調素子は、具体的には、複屈折性を有する１枚
の位相板、または、複屈折性を有する複数の位相板を光
軸方向をずらして積層した位相板により実現する。

前記光変調素子は、前記駆動用液晶素子のツイスト角と
異なる大きさのツイスト角を有する液晶素子の位相板と
することもできる。

いずれの場合も、駆動用液晶素子および位相板のΔｎ−
ｄとツイスト角とをそれぞれ（Δｎ　”　ａ）　ｘ＋０
１および（Δｎ　”　ｄ）　ｚ＋　０２とし、さらにｍ
を任意の整数としたとき、 θ１　＋　　Δｎ−ｄ　１・π／λ ＋　０２＋　　Δｎ−ｄ　２・π／λ　　＝０１＋０２
＋ｍπの関係を満たすことが望ましい。

また、前記光変調素子は、駆動用液晶素子の透過率の波
長依存性による干渉色の次数と概略等しい干渉色の次数
を有するようにする。

これらの液晶表示素子を応用すれば、真の白黒液晶テレ
ビが実現でき、上記液晶表示素子の上面にカラーマトリ
クスフィルタを形成したカラー液晶表示素子を用いると
、鮮やかな色を再現するカラー液晶テレビとなる。

さらに、見やすい白黒またはカラー表示のワードプロセ
ッサ、ラップトップコンピュータ、コントロールパネル
も製造できる。

〔作用〕

優れた時分割駆動特性を有する液晶素子のうちで、ツィ
ステッドネマチックタイプの素子は、背景または表示部
の少なくとも一方に色が着く。この背景または表示部の
少なくとも一方に着いた色に対し、複屈折性を有する位
相板を用いて位相補正すると、背景および表示部を無彩
色にできる。

この手段によれば、優れた時分割駆動特性を有するが、
背景または表示部の少なくとも一方に色が着いていた従
来のツィステッドネマチック液晶表示装置において、背
景も表示部も色が着かないようになり、真の白黒表示が
可能になる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、本発明による液晶表示素子の実
施例を詳細に説明する。

第１図は本発明による液晶表示素子の第１実施例の素子
構造の斜視図である。第２図は第１図実施例の駆動用液
晶素子を上側から見た場合の液晶分子の配列方向（例え
ばラビング方向）、液晶分子のねじれ方向、偏光板の吸
収軸（または偏光軸）方向を示している。

これらの図において、１は上側偏光板、２はその偏光軸
、３は本発明による位相板、４は上側電極基板、５は液
晶分子、６は下側電極基板、７は下側偏光板、８はその
吸収軸（偏光軸）、９は光源（バックライト）、１０は
液晶表示素子、１１は上側ラビング軸方向、１２は下側
ラビング軸方向、１３は下側偏光軸、１４は液晶素子ね
じれ（ツイスト）角である。

液晶分子Ｓのねじれ方向とねじれ角αは、上側電極基板
４のラビング軸方向１１および下側電極基板６のラビン
グ軸方向１２とネマチック液晶に添加される旋光性物質
の種類および量とによって規定される。ねじれ角αは、
しきい値近傍の点灯状態が光を散乱する配向となること
から最大値が制限され、２７０度が上限であり、また、
下限はコントラストにより制限され、１８０度が限界で
ある。本実施例では、走査線数が２００本以上でも、十
分に満足できるコントラストの白黒表示が可能な液晶素
子を提供することを目的としたので。

ねじれ角αは２４０度とした。

本実施例では、偏光板として例えば日東電工製Ｇ１２２
９ＤｔＪを用い、上側偏光板１の偏光軸（あるいは吸収
軸）２と下側偏光板７の偏光軸（または吸収軸）８との
なす角β、は、概略垂直または平行とする。また、下側
偏光板７の偏光軸（または吸収軸）８と下側電極基板６
のラビング軸方向１２とのなす角β２はコントラスト、
明るさ２色等を考慮すると、３０度から６０度（または
１２０度から１５０度）の範囲が望ましい。本実施例で
はβ□を１３５度、β２を４５度とした。

また、本実施例の液晶表示素子は、顕著なΔｎ・ｄ依存
性を示し、コントラスト、明るさ９色の点から０．４μ
ｍ≦Δｎ−ｄ≦１．５μｍの条件を満足すると、特に良
好な特性となり、０．４μｍ以下では透過率が低く、１
．５μｍ以上ではコントラスト比が低いために表示特性
が低下する。ここで、複屈折の大きさΔｎの値について
は波長依存性があり、短波長側で大きく、長波長側で小
さくなる傾向がある。本明細書で使用しているΔｎの値
は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（波長６３２８人）を使用し、
２５℃で測定したものである。本実施例の液晶は、ビフ
ェニール系液晶とエステルシクロヘキサン系液晶とを主
成分とするネマチック液晶であり、旋光性物質としてメ
ルク社の８８１１を０．５重量％添加したものである。

また、Δｎ＝０．０８３の液晶を用い、液晶層の厚さは
６μｍとした。したがって、本実施例の液晶素子のΔｎ
・ｄは、０．８になるように設定した。

さらに、上記液晶表示素子と偏光板の構成では、前述の
ように背景と表示部とに色が着くので、本実施例では、
液晶表示素子４〜６と上側偏光板１との間に背景色と表
示色とを無彩色にするための位相板３を配置した。

本実施例では、この背景色と表示色とを無彩色にするた
めの位相板３として、複屈折性を持つポリカーボネート
を材料とするプラスチックフィルムを用いた。なお、条
件によっては１枚のフィルムでもよいが、第３図に示す
ように、２枚以上のフィルムを積層し、フィルムの光軸
方向すなわち延伸軸方向をずらし、必要な旋光性を持た
せる。

第４図は、位相板３を上から見た図である。本実施例で
は、Δｎ−ｄがＱ、４１　μｍと０．４３　ｐｍのポリ
カーボネートフィルムを二枚用いていいる。フィルム１
１、２１の光軸すなわち延伸軸のなす角度は高いコント
ラスト比、高透過率を得るために０度から６０度の範囲
が望ましい。本実施例では、第５図の延伸軸とコントラ
スト比の関係および第６図の電圧を印加しないＯＦＦ状
態のＣＩＥ色度座標の関係から１両条件を満足する３０
度とした。また、下側フィルム２１の延伸軸２０と上側
基板４のラビング軸方向１１のなす角は概略９０″であ
る。

本実施例の背景および表示部の色をＣＩＥ色度座標に示
すと第７図のようになる。背景色も表示部の色もＣ光源
に近いところにあって無彩色になっており、従来例と比
較して真の白黒表示になっていることがわかる。このと
きの白表示時の輝度と黒表示時の輝度との比であるコン
トラスト比は１５対１である。

なお、本実施例では、バックライト光源９として冷陰極
管を用いたが、熱陰極管やＥＬパネルでもよく、また光
源を用いずに反射板を用いた外光利用型でも、同様の無
彩色が得られる。

次に本実施例の色度を偏光状態を使って説明する。第１
図の光源９からの白色光は、偏光板７を通過すると、第
８図の各波長例えばＲ（赤：６００ｎｍ）、　Ｇ　（緑
：　５５０ｒ＋＋＋＋）、　Ｂ　（青：　５００ｎｍ）
での光の強度と偏光角の傾き角である方位角とが等しい
直線偏光となる。しかし、液晶素子を通過した場合。

Δｎ−ｄとツイスト角による複屈折性とにより位相差を
生じ、第９図に示すように、楕円率と方位角とが各波長
において異なる楕円偏光となる。この偏光状態で第１図
の偏光板１を通過した場合。

各波長の光の強度が異なり、透過光は色着き、有彩色と
なる。そこで、第１図の液晶素子４〜６と偏光板１との
間に、第１１図に示す楕円偏光特性を持つ光変調素子（
または位相板）３を配置する。

この光変調素子３は、第９図に示す液晶素子の楕円偏光
と各波長における楕円率と方位角が等しく。

方位角の符号が逆の楕円偏光特性を有する。したがって
、液晶素子４〜６を通過し第９図に示す楕円偏光となっ
た透過光は、光変調素子３を通過すると、再び第１０図
に示す直線偏光となり、結局、透過光は無彩色となる。

本発明の第２実施例を第１２図に示す。図において、２
２は上側偏光板、２３はその偏光軸、２４は上側基板、
２５はそのラビング軸方向、２６は位相板用液晶、２７
は下側基板、２８はそのラビング軸方向、２９は上側基
板、３０はそのラビング軸方向、３１は色素、３２は液
晶分子、３３は下側基板、３４はそのラビング軸方向、
３５は下側偏光板、３６はその偏光軸（吸収軸）、３７
はバックライト光源である。

本実施例においては、位相板として、０度ツイストすな
わち平行配向の液晶素子２６を用い、駆動用液晶素子３
２の上側基板２９のラビング軸方向３０と位相補正用液
晶素子２６の下側基板２７のラビング軸方向２８のなす
角は、概略９０度とし、位相補正用液晶素子２６のΔｎ
−ｄは０．３６μｍとした。他の構成は第１図と同じで
ある。

本実施例の背景および表示部の色をＣＩＥ色度座標に示
すと第１３図のようになる。背景色も表示部の色もＣ光
源に近いところにあって無彩色になっており、真の白黒
表示になっていることがわかる。このときの白表示時の
輝度と黒表示時の輝度との比であるコントラスト比は１
５対１である。

本発明の第３実施例を第１４図および第１５図に示す。

第１４図は位相板用液晶素子、第１５図は駆動用液晶素
子の構成を上から見た図である。

第１４図から明らかなように、位相板にはねじれ角αが
１８０度でΔｎ−ｄが０．７１μｍ液晶素子を用い、他
の構成は第１図と同じである。

本実施例の背景および表示部の色をＣＩＥ色度座標に示
すと第１６図のようになる。背景色も表示部の色もＣ光
源に近いところにあって無彩色になっており、真の白黒
表示になっていることがわかる。このときの白表示時の
輝度と黒表示時の輝度との比であるコントラスト比は３
０対１である。

本発明の第４実施例を第１７図および第１８図に示す。

第１７図は位相板用液晶素子、第１８図は能動用液晶素
子の構成を上から見た図である。

第１７図から明らかなように、位相板にはねじれ角αが
２７０度でΔｎ−ｄが０．８５μｍ液晶素子を用い、他
の構成は第１図と同じである。

本実施例の背景および表示部の色をＣＩＥ色度座標に示
すと第１９図のようになる。背景色も表示部の色もＣ光
源に近いところにあって無彩色になっており、白黒表示
になっていることがわかる。

このときの白表示時の輝度と黒表示時の輝度との比であ
るコントラスト比は３０対１である。

従来技術では、軛動用素子と位相補正用素子とのツイス
ト角が等しい（ただし逆ねじり）ことが条件であったが
、上記実施例よりツイスト角が等しくない場合でも、白
黒表示が可能である。第２０図は、駆動用液晶素子のツ
イスト角が２４０度。

Δｎ−ｄが０．８μｍの時、白黒表示を実現する位相補
正用素子のΔｎ−ｄとツイスト角との実肋により求めた
関係である。一方、数値計算によりその条件を求めると
、駆動用液晶素子のΔｎ−ｄを（Δｎ−ｄ）、、ライス
８角をθ、とし、位相板のΔｎ−ｄを（Δｎ”ｄ）’＋
ｔツイスト角を０２゜さらｉこｍを任意の整数とした時
、 θ、＋　　Δｎ−ｄ　エ・π／λ ＋　０５＋　　Δｎ−ｄ　２・π／λ　　＝θ、＋θ、
　＋　ｍ　ｘ（ただしθ□と０２の単位はラジアン）の
関係式を満たす時に白黒表示が可能である。

上記の関係式は、ツイスト角がＯ＠の場合も成立し、θ
よ二〇の時、 θ□＋　Δｎ−ｄ　１・π／λ ＋（Δｎ−ｄ）２・π／λ＝θ、＋ｍπ　となる。

第２１図は、ポリカーボネートフィルムとツイスト角２
４０°の液晶素子の白黒表示が可能となるΔｎ−ｄの関
係を示す。白黒表示を実現するΔｎ−ｄの解は一つでな
く、周期性を持ち、２π・Δｎ−ｄ／λ±ｍπ／２を満
たし、ｍが整数の時に白黒表示となる。たとえば、ツイ
スト角２４０’Δｎ−ｄ＝０．８０μｍの液晶素子にお
いて、ポリカーボネートフィルムのΔｎ−ｄは、偏光板
を直行ニコルとした時は、０．３８μｍと０．８５μｍ
で、平行ニコルの時は、０．５６μｍの時に白黒表示と
なる。

なお、位相板として用いる複屈折性のプラスチックフィ
ルムは、上記ポリカーボネートフィルムの他、ポリビニ
ルアルコール、トリアニルシアル−トフィルムでもよく
、同様の結果が得られる。

また、位相板として用いる液晶素子または複屈折性のプ
ラスチックフィルムを、ねじれ角αが１８０度から２７
０度の範囲の液晶表示素子と上側偏光板との間に配置し
た構成について説明したが。

位相板として用いる液晶素子または複屈折性のプラスチ
ックフィルムをねじれ角αが１８０度から２７０度の範
囲の液晶表示素子と下側偏光板との間に配置しても、同
様に背景色および表示色を無彩色にでき、真の白黒表示
が得られる。

以上、２４０度ツイストの液晶素子について説明したが
、液晶素子のΔｎ−ｄの範囲が０．４μｍから１．５μ
ｍの時、ツイスト角ねじれ角αが１８０度から２７０度
の範囲、さらに、それ以上の範囲でも同様に背景色およ
び表示色を無彩色にできる。

これらの位相板は、上下一対の電極基板と上下一対の偏
光板との間のどこに設置してもよく、複数個所に分割配
置することも可能である。

さらに、この表示素子をベースとし、カラーマトリクス
フィルムをその上面に形成すれば、ブルー等に偏らない
鮮やかなカラー液晶表示パネルを実現できる。

これらの白黒表示素子またはカラー表示素子を応用すれ
ば、真に白黒の表示画面または自然色のカラー表示画面
を備えた小型軽量の液晶テレビ。

ポータブルーードプロセッサ、ラップトップコンピュー
タ、コントロールパネル等が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、液晶表示素子と複屈折性を有する部材
とを組合わせることにより、背景も表示部も無彩色にし
た真の白黒表示が可能な液晶表示素子が得られる。

この液晶表示素子をベースとし、カラーマトリクスフィ
ルムをその上面に形成すれば、ブルー等に偏らない鮮や
かなカラー液晶表示パネルを実現できる。

したがって、児やすい白黒表示画面または自然な色のカ
ラー表示画面を備えた小型軽量の液晶テレビ、ポータプ
ルワードプロセッサ、ラップトップコンピュータ、コン
トロールパネル等が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶表示素子の第１実施例の素子
構造の斜視図、第２図は第１図実施例の駆動用液晶素子
を上側から見た場合の液晶分子の配列方向（例えばラビ
ング方向）、液晶分子のねじれ方向、偏光板の吸収軸（
または偏光軸）方向を示す図、第３図は第１図実施例に
位相板として用いるプラスチックフィルムに旋光性を持
たせるための積層例を示す図、第４図は第１図実施例の
位相板を上から見た構成を示す図、第５図は第１図実施
例の２枚の位相板の光軸のなす角とコントラスト比との
関係を示す図、第６図は第１図実施例の２枚の位相板の
光軸のなす角と背景色のＣＩＥ色度座標との関係を示す
図、第７図は第１図実施例の背景および表示部の色をＣ
ＩＥ色度座標上に示す図、第８図は第１図実施例におい
て光源側偏光板を通過した直後の偏光状態を示す図、第
９図は同じく駆動用液晶素子を通過した直後の偏光状態
を示す図、第１０図は同じく出射側偏光板を通過した直
後の偏光状態を示す図、第１１図は同じく直線偏光が位
相板のみを通過した直後の偏光状態を示す図、第１２図
は本発明による液晶表示素子の第２実施例の構造を示す
斜視図、第１３図は第１２図実施例の背景および表示部
の色をＣＩＥ色度座標上に示す図、第１４図は本発明に
よる液晶表示素子の第３図実施例の位相板として用いた
液晶素子を上から見た図、第１５図は同じく駆動用液晶
１子を上から見た図、第１６図は第３実施例の液晶表示
素子の背景および表示部の色をＣＩＥ色度座標上に示す
図、第１７図は本発明の第４実施例の位相板として用い
た液晶素子を上から見た図、第１８図は第４実施例の駆
動用液晶素子を上から見た図、第１９図は第４実施例の
液晶表示素子の背景および表示部の色をＣＩＥ色度座標
上に示す図、第２０図は白黒表示を実現する位相板補正
用液晶素子のツイスト角とΔｎ−ｄとの関係を示す図、
第２１図は白黒表示を実現するためのポリカーボネ・−
トフィルム位相板のΔｎ−ｄと駆動用液晶素子のΔｎ−
ｄとの関係を示す図である。 １・・・上側偏光板、２・・・偏光軸、３・・・本発明
の位相板、４・・・上側電極基板、５・・・液晶分子、
６・・・下側電極基板、７・・・下側偏光板、８・・・
吸収軸（偏光軸）、９・・・光軸（バックライト）、１
０・・・液晶表示素子、１１・・・上側ラビング軸方向
５１２・・・下側ラビング軸方向、１３・・・下側偏光
軸、１４・・・液晶素子ねじれ（ツイスト）角、１５゜
１９．２０・・・フィルムの光軸、１６，１８゜２１・
・・位相板用フィルム、１７・・・上側偏光軸、２２・
・・上側偏光板、２３・・・偏光軸、２４・・・上側基
板、２５・・・ラビング軸方向、２６・・・位相板用液
晶、２７・・・下側基板、２８・・・ラビング軸方向、
２９・・・上側基板、３０・・・ラビング軸方向、３１
・・・色素、３２・・・液晶分子、３３・・・下側基板
、３４・・・ラビング軸方向、３５・・・下側偏光板。 ３６・・・偏光軸、３７・・・光源（バックライト）、
３１、４８・・・位相板用液晶素子、３９．４９・・・
上側ラビング軸、４０．５０・・・下側ラビング軸、４
１．５１・・・液晶素子ツイスト角、４２．５２・・・
上側偏光軸、４３，５３・・・駆動用液晶素子、４４．
５４・・・上側ラビング軸、４５．５５・・・下側ラビ
ング軸、４６．５６・・・液晶素子ツイスト角、４７．
５７・・・下側偏光軸。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、正の誘電異方性を有し旋光性物質を添加されたネマ
   チック液晶と、前記ネマチック液晶を挾んで対向し前記
   液晶をその厚さ方向に１８０度から２７０度の範囲内の
   ねじれたらせん構造とする上下一対の電極基板と、前記
   電極基板に隣接し当該電極基板の液晶分子配列方向に対
   し偏光軸または吸収軸を所定角度に配置された上下一対
   の偏光板とを有する液晶表示素子において、各波長にお
   いて楕円率および方位角が異なる入射光を直線偏光に変
   換する光変調素子を前記上下一対の電極基板と上下一対
   の偏光板との間の少なくとも１個所に設けたことを特徴
   とする液晶表示素子。 ２、請求項１に記載の液晶表示素子において、前記光変
   調素子が、複屈折性を有する１枚の位相板からなること
   を特徴とする液晶表示素子。 ３、請求項１に記載の液晶表示素子において、前記光変
   調素子が、複屈折性を有する複数の位相板を光軸方向を
   ずらして積層した位相板からなることを特徴とする液晶
   表示素子。４、請求項１に記載の液晶表示素子において
   、前記光変調素子が、前記駆動用液晶素子のツイスト角
   と異なる大きさのツイスト角を有する液晶素子の位相板
   からなることを特徴とする液晶表示素子。 ５、請求項１〜４のいずれか一項に記載の液晶表示素子
   において、 前記光変調素子が、前記駆動用液晶素子および前記位相
   板のΔｎ・ｄとツイスト角とをそれぞれ（Δｎ・ｄ）＿
   １、θ＿１および（Δｎ・ｄ）＿２、θ＿２とし、さら
   にｍを任意の整数としたとき、▲数式、化学式、表等が
   あります▼ の関係を満たす位相板からなることを特徴とする液晶表
   示素子。 ６、請求項１に記載の液晶表示素子において、前記光変
   調素子が、駆動用液晶素子の透過率の波長依存性による
   干渉色の次数と概略等しい干渉色の次数を有することを
   特徴とする液晶表示素子。 ７、請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶表示素子
   を備えたことを特徴とする白黒液晶テレビ。 ８、請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶表示素子
   の上面にカラーマトリクスフィルタを形成したカラー液
   晶表示素子を備えたことを特徴とするカラー液晶テレビ
   。 ９、請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶表示素子
   を備えたことを特徴とするワードプロセッサ。 １０、請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶表示素
   子を備えたことを特徴とするラップトップコンピュータ
   。 １１、請求項１〜６のいずれか一項に記載の液晶表示素
   子を備えたことを特徴とするコントロールパネル。