JPH0282217A - 液晶表示素子 - 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、基板間に挾持され、電圧無印加時に基板に付
して略水平に配向する液晶層と、液晶層または基板の外
側に液晶による複屈折が生ずるように配された偏光手段
と、複屈折を補償するための補償手段とを備えた液晶表
示素子に関するものである。

〔従来技術及び発明が解決しようとする課題〕従来主に
用いられてきた液晶の表示モードは。

ツィステッドネマチック（ＴＮ）型と呼ばれ、一対の上
下基板間で液晶分子が約９０”ねじれた構造をとってお
り、液晶による偏光面の回転と、電圧印加によるその効
果の消失を利用している。この表示モードは、時計や電
卓等の低時分割駆動では十分なものであったが、表示容
量を増大させるために高時分割駆動させると、コントラ
ストが低下したり、視角がせまくなるという欠点があっ
た。これは、高時分割駆動になると、選択点と非選択点
にかかる電圧の比が１に近づくためで、高コントラスト
、広視角の表示素子を得るためには、素子の相対透過率
が１０％変化する電圧ｖ１゜に対する５０％変化する電
圧Ｖ、。の比（ＶＳ。／Ｖ１゜）で表わされる急峻度γ
をできるだけ小さくすることが必要である。

ツィステッドネマチック型の場合、このγ値は１．１３
程度である。このγ値を小さくするために、液晶分子の
ねじれ角を大きくし、偏光軸を液晶配向方向とずらす方
式が提案されており、ＳＢＥモードやＳＴＮモードと呼
ばれている。このような方式によると、γ値を１．１以
下にすることができ、１／４００デユ一テイ程度の高時
分割駆動が可能になる。

しかし、このような方式では、複屈折による着色及びそ
の電圧による変化を利用するため、原理的に白黒表示を
行うことは困難であり、液晶セルの透過光又は反射光に
は着色を生じる。すなわち。

黄緑色背景上に濃紺、または青色背景上に黄色味を帯び
た白表示のごとく着色表示となってしまう。

このような着色を解消するために、　ＳＴＮ型液晶セル
にもう１枚液晶分子のねじれ方向が逆の色消し用の液晶
セルを重ねることも知られている。しかし、この場合に
は、液晶セルを２枚重ねることから、コスト高になる上
、全体の厚さ及び重量も大きくなり、さらに偏光板と表
示液晶層との距離が大きくなるため１表示文字に浮遊感
が発生する。

さらに、表示用の液晶層と補償用の液晶層の厚さがセル
内でわずかに異なるだけで、一部の光が偏光板を通過し
て背景の濃度むら、色むらを生じやすい等の欠点がある
。

また、ＳＴＮ型液晶表示素子において、背景色が青また
は紫となるように、液晶層の屈折率異方性Δｎと液晶層
厚ｄとの積Δｎｄの値や、上下偏光板の配置を選び、さ
らに、液晶中に青の補色である黄色系や黒色の２色性色
素を添加して背景色を黒に近づける方法（ゲストホスト
方式）も知られている。

しかし、この場合には、透過光をおさえるために２％以
上の高濃度の色素を添加しなければならず、そのため、
液晶の粘度が増加して応答速度が悪化する；電圧印加時
にも色素の吸収があるので暗く。

強力なバックライトが必要となる；ツイストディスクリ
ネーションや電圧印加時の散乱組織等の配向欠陥を生じ
やすくなる；等の欠点がある。

以上のような従来技術の欠点に鑑み１本発明者らは、先
に、延伸高分子フィルムのような複屈折性媒質層からな
る補償手段を、液晶層または基板と偏光板との間に設け
、白黒表示が可能なＳＴＮ型液晶表示素子を提案してい
る（特願昭６３−１５１９６３号）、この素子において
、補償手段が設定されていない側の偏光板から光が入射
し、他方の偏光板側へ透過する場合、先ず、前者の偏光
板を通過した直線偏光は液晶層を通過することにより、
波長によって異なる楕円率、方位角をもつ楕円偏光とな
る。補償手段はこの楕円偏光を再度直線偏光または直線
偏光に近い楕円偏光に戻すように作用する。そして該直
線偏光をそれと直角に配置された後者の偏光板を通過さ
せることにより、黒に近い背景色が得られる。ところが
、この場合、補償が完全であるとはいえず、一部の光が
偏光板を通過してしまい、若干着色したり、暗さが十分
でなかったりし、色調と黒背景の明るさ（暗さ）の点で
まだ改良すべきところがあった。

本発明は、従来の液晶表示素子に見られる前記欠点を克
服し、薄型、軽量、低コストで、高速応答性を有し、か
つ表示品質に優れた白黒表示可能な液晶表示素子を提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明者らは、
前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を
完成するに至った。

すなわち１本発明によれば、基板間に挾持され、正の誘
電異方性を有する液晶組成物からなり、該液晶組成物は
電圧無印加時に基板に対して略水平に配向する液晶層と
、液晶による複屈折を生じさせるために、偏光透過軸ま
たは吸収軸が隣接する液晶の配向方向とずれるようにし
て液晶層または基板の外側に配置された一対の偏光手段
と、前記複屈折を補償するために液晶層または基板と少
なくとも一方の偏光手段との間に設けられた補償手段と
を具備して構成される液晶表示素子において、前記液晶
組成物中に、当該素子の非選択時または電圧無印加時に
透過する波長の光を吸収する２色性色素が添加されてい
ることを特徴とする液晶表示素子が提供される。

次に、本発明を図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明の液晶表示素子の構成例を示す断面図で
ある。この図において、１は第１基板、１１は第２基板
であり、それぞれの基板ｌ、１１は、配向処理が施され
た配向膜３，１３と透明電極４，１４を有し。

両者の基板１，１１は離間、対向して配設され、その間
に液晶層６が挾持され、液晶セルが形成されている。５
は外周シール材を示す。この液晶セルが第１の偏光手段
２および第２の偏光手段１２に挾まれ、かつ、基板ｌと
偏光手段２どの間に液晶層６の複屈折を補償するための
補償手段７が配設され、液晶表示素子を構成している。

本発明では、液晶として正の誘電異方性を有する液晶組
成物を用い、該液晶組成物中に２色性色素が添加され、
これによって液晶層６が形成されているところに特徴が
ある。添加する２色性色素としては、色素を添加しない
液晶表示素子の電圧無印加時または非選択電圧印加時に
透過する波長の光を吸収するものであって、正の２色性
（分子長軸方向が同短軸方向より大きな吸光係数を有す
る）を示すものを用いる。なお１本液晶表示素子は。

一方の偏光手段の外側に反射板を配設して、反射型のも
のとして用いるごともできる。

上記構成において、電圧無印加時または非選択電圧印加
時には、複屈折によるもれ光は、第２図（ａ）に示すよ
うに液晶とともに基板に対し水平に配向した色素によっ
て吸収されるので、より完全な黒色を得ることができる
。

第３図に２色性色素を添加した本発明による液晶表示素
子の電圧無印加時の透過スペクトル（図中実線で示す）
を、２色性色素を添加しない従来の液晶表示素子の透過
スペクトル（図中破線で示す）と対比させて示す、なお
、図中−点鎖線は２色性色素の透過スペクトルである。

本発明の液晶表示素子においては、補償手段７の作用に
よって、複屈折によるもれ光の強度は補償手段のないＳ
ＴＮ型液晶表示素子のもれ光の強度（第４図）に比べて
小さくなっているので、添加する２色性色素の量は、従
来のゲストホスト型液晶表示素子における添加量の３０
％程度の少ない量ですむ、そのため、高濃度の色素を添
加することによって生じた従来のゲストホスト型液晶表
示素子でみられた欠点を抑制することができる。

一方、電圧印加時には、正の誘電異方性をもつ液晶を用
いているため、液晶は基板に対して垂直または傾いて配
向する。このとき、２色性色素も第２図（ｂ）に示すよ
うに基板に対して垂直または傾いて配向する。本構成例
では正の２色性を有する色素を用いているため、色素に
よる光吸収は減少する。従って１選択電圧印加時の透過
率を色素を添加しない素子並みに高くすることができ、
高いコントラストを得ることができる。

本発明に用いる２色性色素としては、アゾ系。

アントラキノン系、ナフトキノン系、ペリレン系。

スチレン系等の従来公知の正の２色性をもつものおよび
それらの混合物を例示することができる。

色素の添加量は色素の吸収係数を考慮して決められるが
、おおむね、０．１〜６％の範囲から選ぶことが好まし
い。

本構成例では色素を添加しないときの色調に対して補色
となるような色素を添加した例を示したが、黒色色素を
添加することもできる。この場合。

電圧印加時の明るさがやや低下するが、より白に近い表
示色を得ることができる。

液晶による複屈折を生じさせるためには、偏光手段１２
の透過軸または吸収軸と基板ｌｌ上での液晶配向方向と
が２０”−７０°、より好ましくは３０”−６０”の範
囲の角度を成すように構成する。液晶としては・、正の
誘電異方性を有するネマティック液晶や、該液晶にコレ
ステリック液晶を添加したものを有利に用いることがで
きる。

基板１，１１には、液晶を該基板に対して略水平にかつ
一方向に配向させるための配向膜３，１３が形成される
。ここで略水平とは液晶分子の基板に対する傾き角が０
−３０°の範囲であることを言う、配向処理は従来公知
の斜方蒸着法や無機、有機被膜を形成したのちに、綿布
等でラビングすることによって行なうことができる。液
晶は上下基板ｌ、１１間で厚み方向にねじ九た構造をと
っていることが好ましい、この場合、ねじれ角は例えば
添加されたコレステリック液晶によって誘起されるピッ
チと液晶層６の厚さ、上下基板１，１１の配向処理方向
の組み合わせによって規定される。

第５図は配向処理にラビング法を用いたときのラビング
方向とねじれ角の関係の一例を示したものであるａｄｚ
は基板ｌｌ側のラビング方向であり。

Ｄｌは基板１側のラビング方向、ωはねじれ角をあられ
す０本例は左まわりねじれを誘起するコレステリック液
晶を用いた場合の例である。Ｐ２は偏光手段１２の透過
軸方向、β２はＤ２とＰ２の成す角を示す、ωは１２Ｏ
°以上３６０°以下であることがより好ましく、この範
囲以下であると電圧透過率特性の急峻性が悪化し、時分
割駆動特性が低下する。また大きすぎた場合には、電圧
印加時にヒステリシス特性が発現したり、散乱組織が生
じたりするため。

コントラスト低下がおこる。

補償手段７としては１例えば複屈折性フィルム。

補償用液晶層等の複屈折性媒質の層が使用される。

高分子フィルムなどの複屈折性フィルムを用いる場合、
複屈折性フィルムの面内の最大屈折率方向Ｂは、隣接す
る基板１上の液晶配向方向０□と６０°−１２Ｏ°の角
度（図中のδ）を成すことが好ましい、また、液晶層を
補償手段７とする場合には１表示用液晶層６と補償用液
晶層の隣接する液晶配向方向を６０゜〜１２０°の角度
とすることが好ましい。この場合、補償用液晶層は表示
用液晶ｆｉ６と逆の向きにほぼ同じ角度ねじれているこ
とが好ましい。

補償用複屈折性フィルムの主屈折率方向Ｂまたは補償用
液晶層の偏光手段側の配向方向と、偏光手段２の透過軸
または吸収軸との成す角β１は好ましくは２０”−７０
°の範囲とし、さらに好ましくは３０゜〜６０°の範囲
とする。

液晶層を補償手段７とする場合、黒色背景を得るには、
さらに液晶層の屈折率異方性と液晶層厚の積Δｎｄを２
つの液晶層でほぼ等しくするとともに、Ｐ、とＰａのそ
れぞれＤｌ、Ｄ２に対する回転方向を同じにする必要が
ある。上記条件を満たさない場合には、色素を添加しな
い状態での黒色背景が得られない。

複屈折性フィルムを補償手段７とする場合には、下式で
定義されるΔＲ−０，５πをおおよそ０（ｒａｄ）また
は０．５　ｘ　（ｒａｄ）またはπ（ｒａｄ）とするこ
とが色補償を行なわせるために必要であり、さらに黒色
背景とするためにはＰｌとＰ２のそれぞれＤ□、Ｄ２に
対する回転方向を、ΔＲ＝０（ｒａｄ）またはπ（ｒａ
ｄ）の場合には同方向に、ΔＲｙ０．５π（ｒａｄ）ま
たは−０，５π（ｒａｄ）の場合には逆方向に設定する
。

上記条件を満たさない場合には１色素を添加しない状態
で十分黒色に近づけることができず、そのため色素添加
量を増加させる必要が生じたり。

コントラストが得られなくなったりして不都合である。

また、良好なコントラストを得るためにはΔｎ　（ＬＣ
）ｄ　（ＬＣ）を０．４−１．１．の範囲に設定するこ
とが好ましい。

上記で言う複屈折性媒質とは、面内で屈折率異方性を有
するもので、かつ透光性を有することが必要である。具
体的には、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアク
リレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン
、ポリエーテルスルホン等の芳香族系高分子や、ポリエ
チレン、ポリプロピレンなとのポリオレフィン系高分子
、塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリスチレ
ン、アクリル樹脂等のビニル系高分子、セルロース及び
その誘導体たとえば再生セルロース（セロハン）、ジア
セチルセルロース、トリアセチルセルロース等の各高分
子の延伸または押し出し成形フィルムを例示することが
できる。また、雲母、方解石、水晶などの結晶の薄片を
光学軸に平行な面で切り出したものを例示することもで
きる。大面積のものが容易に得られるという点で高分子
系のものを特に有利に用いることができる。

上記のように２色性色素の添加とともに、補償手段７と
して複屈折性フィルムを用いた場合には以下のような利
点がある。

（イ）あらかじめ複屈折性フィルムによってもれ光を減
少させ、わずかなもれ光を２色性色素によって吸収させ
ることにより、高コントラストで、表示品質にすぐれた
白黒表示の液晶表示素子が得られる。

（ロ）色素添加量が少ないので、従来のゲストホスト型
液晶表示素子にみられる粘度増加による応答性の悪化が
きわめて少ない。

（ハ）色素添加量が少ないため、電圧印加時の透過率を
改善することができ、ＥＬ等の低消費電力バックライト
で十分である。すなわち低消費量電力化が図れる５ （ニ）補償用の複屈折性フィルムが極めて薄い（１００
声以下）ため、重量と厚さの増加がほとんどない。

（ホ）補償用の複屈折性フィルムが安価であるので。

白黒化にともなうコスト上昇がほとんどない。

（へ）可視波長全域にわたってすぐれた光シヤツター効
果を有するので、カラーフィルターを設けることにより
、カラー表示を行なうこともできる。

また、２色性色素の添加とともに、補償手段７として補
償用液晶層を用いた場合には、液晶層厚の変動による背
景色の濃度むら１色むらを低減させることができるので
、色調と黒背景の明るさ（暗さ）の問題が解決されると
ともに歩留りが向上する。

〔実施例〕

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１ 透明電極を有し、上下ガラス基板間での液晶のねじれ角
が２００度であり、Δｎ（ＬＣ）・ｄ（ＬＣ）が０　、
９２　ｐｍである液晶セルを作製した。この場合、液晶
としては正の誘電異方性を有するネマティック液晶ＺＬ
Ｉ２２９３にカイラルネマティック液晶５８１１を添加
し、さらに日本化薬層の緑色の２色性色素ＬＣＤ４２１
を１．５重量％添加したものを用いた。基板の配向処理
は、ポリイミド膜のラビング処理により行った。

このセルの下部にはニュートラルグレー偏光板（王立電
機層ＬＬＣ２８２−１２）をその透過軸が下基板のラビ
ング方向と４５度の角度を成すように配置した（β２＝
４５’　）、上基板上には、５５趨の厚さのポリプロピ
レン延伸フィルム〔Δｎ（ＢＭ）・ｄ（ＢＭ）＝０．９
００１ｔｍ〕をその主屈折率方向と上側基板のラビング
方向とが直交するように配置しくδ＝９０’　）、さら
にその上に偏光板をその透過軸がフィルムの主屈折率方
向と一４５度の角度（β２＝４５’）を成すように配置
した。

本実施例で用いた２色性色素は液晶中で第３図中−点鎖
線で示すような分光透過率特性を有している。

このようにして構成された液晶表示素子は、電圧無印加
時には第３図中実線で示すように黒色で、電圧印加によ
って白色となり、白黒表示が可能であった。

また、電圧−透過率特性の急峻度γは１．０３以下であ
り、すぐれた時分割駆動特性を有していた。

また応答速度は１／１００デユーテイの時分割駆動にお
いて２５０＋５ｓｅｃで、実用上十分なものであった。

実施例２ ２色性色素として黒色の３４１６（三井東圧化学製）を
用いたほかは実施例１と同様にして液晶表示素子を作製
した。この素子も実施例１と同様純黒色となり、可視波
長全域にわたってもれ光の透過率は１．５％以下であっ
た。急峻度、応答速度も実施例１と同様すぐれたもので
あった。

実施例３ まず、実施例１と同様にして表示用の液晶セルを作製し
た０次に、液晶セルとしてＺＬＩ２２１３にＳ−８１１
とは逆まわりのねじれを誘起するコレステリック液晶Ｃ
Ｂ−１５を添加したものを用いて、２色性色素を含まな
い逆ねじれの補償用セル（Δｎｄ＝０．９００７ｍ）を
作製した。これらの２つの液晶セルを、互いに重なる基
板面でのラビング方向が直交するように重ねあわせ、積
層セルの上下にニュートラルグレー偏光板を、その透過
軸が隣接する基板のラビング方向と４５°の角度を成し
、上下偏光板の透過軸が直交するように配した。このよ
うにして構成された液晶表示素子は、０．２．程度の液
晶層厚変動によっても、背景むらは目視されなかった。

比較例１ 実施例１において、ポリプロピレンの補償用複屈折性フ
ィルムを用いずに液晶表示素子を作製した。この素子に
おいて実施例１と同等の透過率特性を得るためには３％
程度の２色性色素を添加する必要があった。また電圧印
加時の透過率は実施例１の約半分で暗い表示となってし
まった。応答速度は３００ｍ５ｅｃ以上であった。

比較例２ 実施例３において、２色性色素を用いずに２Ｍ型のＳＴ
Ｎ型液晶表示素子を作製した。この素子は、０゜２ｐｍ
の液晶層厚の変動によって背景色に濃淡のむらがみとめ
られた。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば、従来のＳ
ＴＮ型液晶表示素子が有していた着色、暗さの不十分さ
の問題を解決し、表示品質にすぐれた白黒表示可能な液
晶表示素子の提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示素子の構成例を示す断面図、
第２図は電圧無印加時及び電圧印加時における液晶と色
素の配向を示す図、第３図は２色性色素を添加した本発
明による液晶表示素子の電圧無印加時の分光透過率特性
を、２色性色素を添加しない従来の液晶表示素子と対比
させて示すグラフ、第４図は補償手段のないＳＴＮ型液
晶表示素子における分光透過率特性を示すグラフ、第５
図は本発明による液晶表示素子の液晶配向方向、偏光軸
方向等の角度関係の説明図である。 １．１１・・・基板、　２．１２・・・偏光手段、３，
１３・・・配向膜、４．１４・・・透明電極、５・・・
外周シール材、６・・・液晶層、７・・・補償手段。 特許出願人　株式会社　リ　　コ 第４図 第２図 （ａ） （・ｂ） 第３図 第５図 製表（面）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板間に挾持され、正の誘電異方性を有する液晶
   組成物からなり、該液晶組成物は電圧無印加時に基板に
   対して略水平に配向する液晶層と、液晶による複屈折を
   生じさせるために、偏光透過軸または吸収軸が隣接する
   液晶の配向方向とずれるようにして液晶層または基板の
   外側に配置された一対の偏光手段と、 前記複屈折を補償するために液晶層または基板と少なく
   とも一方の偏光手段との間に設けられた補償手段とを具
   備して構成される液晶表示素子において、前記液晶組成
   物中に、当該素子の非選択時または電圧無印加時に透過
   する波長の光を吸収する２色性色素が添加されているこ
   とを特徴とする液晶表示素子。