JPH0291612A - 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対
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、複屈折による素子の着色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。

〔従来の技術〕

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１時計や電卓等の低
時分割湘動では十分なものであったが１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ｌ原動になると、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
１変化する電圧■、。に対する５０％変化する電圧Ｖｓ
ｏの比（Ｖ、、、／Ｖ、。）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、　ＳＨＥ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、１／２００デユ一テイ程度の高
時分割暉動が可能になる。

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、着色背景への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。また、補償用液晶セルの
かわりに複屈折性フィルムを用いフィルム面内の最大屈
折率方向と、偏光板の偏光透過軸または吸収軸を傾けて
配することにより、同様な補償作用を持たせ、着色を解
消することもできる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のような複屈折補償手段を有する液
晶表示素子においては、ある特定の方向（通常は正面方
向）に関しては完全な補償をすることができ、白背景ま
たは黒背景を得ることができるが、見る角度によっては
補償が不完全となり、背景が着色したり、コントラスト
が低下するという問題があった。

本発明は以上の点に鑑み、液晶の複屈折による背景色の
着色を解消するための補償手段を有する液晶表示素子に
おける視角変化による色変化、コントラスト低下を改善
し、表示品質の高い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［１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、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
、前記複屈折による素子の着色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、前記補償手段の形成された側の偏光手段と前記補
償手段との間および前記補償手段の形成されていない側
の偏光手段と前記液晶層または前記基板との間のうちの
少なくとも一方に、複屈折性媒体を、その面内の最大屈
折率方向が前記偏光手段の偏光透過軸または吸収軸とほ
ぼ一致するように介在させた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述する。

第１図は従来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、■は第１基板、１１は第２基板で
あり、それぞれの基板１，１１は、配向処理が施された
配向膜３．Ｉ３と透明電極４，１４を有し。

両者の基板ｌ、１１は難問、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１と
第１の偏光手段２との間に液晶層６の複屈折による素子
の着色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。

第２図は本発明の液晶表示素子の構成例を示す断面図で
あり、層構成としては、補償手段７と第１の偏光手段２
との間に複屈折性媒体８が配設されている点で第１図の
ものと相違している。なお、本構成例では第２の偏光手
段１２側から光が入射するものとして以下説明する。

第２図の液晶表示素子において、基板１，１１は透光性
を有するガラス、プラスチック等の材料から構成される
。この基板１，１１には液晶層６へ電圧を印加するため
の透明電極４，１４が設けられ、さらに、電圧無印加時
に液晶層６の液晶分子を基板に対して略水平にかつ特定
の方向性をもって配向させるための配向膜３，１３が設
けられている。ここで略水平とは液晶分子と基板とがお
おむねＯ〜３０’の角度を成すことをｊ゛う。このよう
な配向制御は従来公知の斜方蒸着や、無機または有機被
膜を形成したのちに綿布などでラビングすることにより
行なうことができる。液晶分子は配向処理の方向によっ
て決まる方向に優先配向する。

液晶層６において液晶分子は電圧無印加時に上述のよう
に基板に対して略水平にかつ特定の方向性をもって配向
している。良好なしきい値特性を得るためには、さらに
液晶が厚み方向にねじれた構成をもっていることが好ま
しい。好適なねじれの角度は１２０’〜３６０″の範囲
である。１２０°以下では急峻なしきい値特性が得られ
ず１時分割駆動能力が低下してしまう。一方、３６０°
以上ねじれていると電圧−透過率特性にヒステリシスを
生じ、時分割込μ動能力が低下してしまったり、電圧印
加時に散乱組織を生じ、表示品質を損なうとともにコン
トラストが低下する。このような観点より本発明では、
液晶には、正の誘電異方性を有するネマティック液晶や
、該ネマティック液晶にコレステリック液晶やカイラル
ネマティック液晶を添加して適当なピッチに調整し、ね
じれの方向やねじれ角を制御するようにしたものを好ま
しく用いる。

基板１１における液晶の優先配向方向Ｄ２と入射側の第
２の偏光手段の偏光透過軸の軸方向Ｐ２とは平行以外ま
たは垂直以外の角度関係となるように、傾斜されて配置
されることが必要である。このような配置にすることに
より液晶層６による複屈折を誘起することができ、電圧
印加にともなうわずかな分子配向変化を複屈折の変化と
して光強度に変換することができる。Ｄ２とＰ２の成す
角β３の好ましい範囲は２０°〜７０”であり、より好
ましくは３０゜〜６０°である。また、第１の偏光手段
２は、その偏光透過軸の軸方向Ｐ１が補償手段７を通過
した直線偏光の振動方向ないし直線偏光に近い楕円偏光
の楕円長軸方向に平行または直交するように設けられる
。

補償手段７は光学的に一軸性または二軸性の異方性を有
し、かつ透光性のものより構成される。

このような補償手段７としては、液晶層６と同様に略水
平配向した液晶層およびこのような液晶層を有する液晶
セルが代表的である。液晶層６がねじれた構造を有して
いる場合には、補償手段７の液晶層もほぼ同じねじれ角
で逆向きにねじれていることが好ましい。また、補償手
段７として、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレ
ン、セロハン、ポリエーテルスルホン、トリアセチルセ
ルロース、ポリカーボネート、ポリプロピレン等の複屈
折性を有する高分子フィルムを用いることもできる。こ
れらの補償手段７は基板に平行な面内で屈折率に異方性
をもつことが必要である。言い換えれば、光軸が基板法
線から傾斜しているか、あるいは基板面に平行であるこ
とが必要である。

また、補償手段７の軸方向と液晶配向との角度関係につ
いては、補償手段７として液晶層もしくは液晶セルを用
いた場合には１表示用液晶Ｍ６の補償手段７に隣接する
基板上での配向方向０１（本例では基板１上での液晶の
配向方向）と、補償用液晶層の表示用液晶層６に隣接す
る基板上での配向方向 日２とをほぼ直交させることが好ましい。一方、補償手
段として複屈折性フィルムを用いた場合には、複屈折性
フィルムの面内の最大屈折率方向Ｂと上記液晶配向方向
Ｄ１とをほぼ直交させることが好ましい。

また、補償手段７の光軸と第１の偏光手段２の偏光透過
軸との角度関係については、補償手段７として液晶層も
しくは液晶セルを用いたときの該液晶層の偏光手段２側
の液晶優先配向方向Ｂいまたは補償手段７として複屈折
性フィルムを用いたときの該複屈折性フィルムの最大屈
折率方向Ｂと。

第１の偏光手段２の偏光透過軸方向Ｐ１とが、２０’〜
７０°の範囲の角度を成すのが好ましく、３０’−６０
’の範囲の角度を成すのがより好ましい。

さらに、液晶Ｍ６のレターデーション（Δｎｄ）と補償
手段７のレターデーションとは、補償手段がねじれた液
晶層または液晶セルである場合にはほぼ等しく設定する
ことが好ましく、複屈折性フィルムの場合には、両者が
ほぼ等しいか、補償板側を差が０．７μ腸以内となる範
囲で小さく設定することが好ましい。

複屈折性媒体８は、光学的に一軸性または二軸性の異方
性を有し、かつ、透光性のもので、基板に平行な面内で
屈折率に異方性をもち、面内の最大屈折率方向Ｃ１と、
隣接する第１の偏光手段２の偏光透過軸または吸収軸と
が略平行となるように配置することが必要である。この
場合の略平行とは工０°以内、好ましくは５°以内の角
度を成すことを言う。

このような配置とすることにより、コントラストを損う
ことなく視角依存性を低減することができる。仮にこの
角度が上記範囲外であるとコントラストは１／２以下と
なってしまう。

上記複屈折性媒体８としては、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２ポリプロピレ
ンなど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セ
ロハンで代表される再生セルロース、ジアセチルセルロ
ースやトリアセチルセルロース等のセルロース誘導体等
の各種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。雲母や水晶などの結晶を切り出した
ものも用いることができるが、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。

また、液晶を用いて複屈折性媒体８を構成することもで
きる。

上記構成の液晶表示素子によれば、第２の偏光手段１２
を通過した直線偏光は液晶層６を通過して一般に波長に
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７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。ここまでは、第
１図に示す従来の液晶表示素子の作用と同じであるが、
従来の液晶表示素子では、直線偏光またはそれに近い楕
円偏光に戻った光を第１の偏光手段２を通過させること
によって、無彩色の背景色を得ている。

ここで視角依存性の説明のために第７図に示すように角
度の定義を行う。すなわち、液晶セル手回（ｘｙ平面）
に垂直な２方向とａｍ方向ＶＷとの成す角度（視角方向
）を０、液晶層６全体の厚さの中心の位置での液晶分子
長軸の向きをｙ軸、ａ察方向ＶＶの液晶セル平面への斜
影方向とｙ軸方向の成す角をデとする。さらに、第８図
に逆ねじれの液晶セルを補償手段７としたときの配向処
理方向、ねじれ角、座標軸のとり方を示す。図中８□は
補償用液晶層の第１の偏光手段２側の配向方向、８２は
補償用液晶層の表示用液晶層６に隣接する基板上での配
向方向、Ｄｌは表示用液晶層６の基板１上での配向方向
、Ｄ２は表示用液晶層６の基板ｌｌ上での配向方向、ω
１は表示用液晶層６のねじれ角、ω２は補償用液晶層の
ねじれ角であり、ｙ軸はω、の２等分線にとっである。

第１図に示す従来の液晶表示素子におけるω□＝２００
″’　、　　ω、＝−２００’　、　Δｎ、ｄ□＝Δｎ
、ｄ２＝０．９４、　β１＝β２＝４５°、θ＝０°、
　９　＝０°のときの透過スペクトルを第９図に示す、
なお、ΔｎＬ、ｄ□はそれぞれ補償用液晶層の屈折率異
方性および厚さ、Δｎｚ＋ｄｚはそれぞれ表示用液晶層
６の屈折率異方性および厚さ、β、はＢ工と第１の偏光
手段２の偏光透過軸Ｐ□との成す角、β８はＤ２と第２
の偏光手段１２の偏光透過軸Ｐ２の成す角である。同図
に示すように、従来の液晶表示素子では、観察方向ＶＷ
が特定方向たとえば液晶セルに対して正面方向では無彩
色の背景色を得ることができる。しかし、ｆｉｔａ方向
ｖｖが正面からずれるにしたがって補償が不完全になっ
てしまい、光抜けや色づきが生じてしまう。

これに対し１本発明による液晶表示素子では。

補償手段７と第１の偏光手段２との間に設けた複屈折性
媒体８が上記のような視角依存性を低減させるように作
用する。したがって、コントラストを損うことなく補償
を完全に行うことができ、視角依存性が低減した高品質
な液晶表示素子が実現される。

以上、第２図の構成例にしたがって本発明を説明してき
たが、本発明によればこの構成側以外にも種々の変形、
変更が可能である。その変形、変更の例を第３図ないし
第６図に示す、これらの図において、第２図と同様な要
素には同一符号を付し。

また、図面の簡潔性のため透明電極および配向膜は図示
を省略しである。

第３図は複屈折性媒体８を第２基板１１と第２の偏光手
段１２の間に設けた例である。第４図は複屈折性媒体８
を補償手段７と第１の偏光手段２の間及び第２基板１１
と第２の偏光手段１２の間にそれぞれ設けた例である。

第５図は複屈折性媒体８が、表示用液晶層６を挟持して
いる基板のうち偏光手段に隣接している側の基板を兼ね
た例であり、第６図は補償手段である補償用液晶層１６
を挾持する基板のうち偏光手段に隣接する側の基板を兼
ねた例である。

以上のような構成としても上記と同様な効果を得ること
ができる。

〔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 透明電極を有するガラス基板上に配向膜としてポリイミ
ド膜を成膜し、綿布で一方向にラビング処理をほどこし
た。同様処理をほどこした同様のガラス基板と、前記基
板を第１０図（ｂ）のようにラビング方向が２０°の角
度を成すようにかつ配向処理面が対向するように貼り合
わせた。両基板の間にはギャップ制御材として粒径７Ｉ
ＪＪａのプラスチック製の球体を分散させた。また、基
板の外周はエポキシ系の接着剤で封止し、このようにし
て形成された空間にイー・メルク（Ｅ　、　Ｍａｒｃｋ
　）社製のネマティック液晶ＺＬＩ−２２９３にコレス
テリック液晶であるＣＢ−１５（Ｂ回礼製）を１．０５
重量％添加した液晶組成物を充填し、第１の液晶セルを
作製した。上記構成によって、液晶は電圧無加時に基板
に対して略水平に配向し、上下基板の配向処理方向Ｄ２
．Ｄ１の間で２００６ねじれた構造をとった。

また、別の２枚のガラス基板を用い、各基板のラビング
方向が第１０図（ａ）のようになるようにし、かつ、液
晶としてイー・メルク（Ｅ、Ｍｅｒｃｋ）社製のネマテ
ィック液晶ＺＬＩ−２２９３にコレステリック液晶であ
るＳ−８１１（同社製）を０．７６重址％添加したもの
を用いたほかは第１のセルの場合と同様にして補償用の
第２の液晶セルを作製した。上記構成によって、液晶は
第１のセルとは逆向きに２００°ねじれた構成をとった
。

次に、第１のセルの上に第２のセルを積層した。

このとき、第１のセルの上側基板の配向処理方向Ｄ１と
第２のセルの下側基板の配向処理方向Ｂ２とが直交する
ようにした。この積層セルの下側にはニュートラルグレ
ーの偏光板を２透過軸Ｐ２が第１０図（ｂ）のように第
１のセルの下側基板の配向処理方向Ｄ２と４５°の角度
を成すように設け、上側には一軸延伸ポリエステルフィ
ルムをフィルム面内に最大屈折率方向Ｃ工が第１０図（
ａ）のように第２のセルの上側基板の配向処理方向Ｂ１
と４５°の角度を成すように設け、さらにその上にニュ
ートラルグレー偏光板を透過軸Ｐ１がＣ１と平行となる
ように設けた。用いた一軸延伸ポリエステルはＣユ方向
の屈折率が１．６１で、Ｃ１に直交する面内の屈折率が
１．５９で、厚み方向の屈折率が１．５２のものであっ
た。また偏光板は王立電機製のＬＬＣ，８２−１２を用
いた。

上記のようにして作製した本実施例の液晶表示素子は、
電圧無印加時に黒色で、第１のセルに電圧を印加するこ
とによって白表示となった。

また、この液晶表示素子に波長が４６０ｎｍ（Ｂ）、５
５０ｎｍ（Ｇ）、　６４０ｎｍ（Ｒ）の単色光を入射さ
せ、各波長の透過率を視角方向０を変化させて測定した
。角度θでの透過率Ｔ。を各波長の垂直入射時の透過率
Ｔｏで割って規格化し、視角による色変化、明るさ変化
を見積もった。その結果を第１１図に示す。

第１１図中（ａ）はφ：９０°の場合の測定結果を示し
たもので、θが４０’までの範囲で透過率の変化は最大
のＲの光に対しても約１．５倍以下にすぐれたものであ
った。また目視でもθが４０°以下の範囲では色変化や
明るさ変化は認められなかった。

さらに、１／１２８デユーテイの時分割駆動時のコン１
−ラストは１０以上で、十分な時分割祁動特性を示した
。

比較例 一軸延伸ポリエステルフィルムを設けないほかは上記実
施例と同様にして液晶表示素子を作製した。この素子の
単色光に対する透過率の視角依存性は第１１図中（ｂ）
のようになり、上記実施例の素子にくらべて大きな光抜
けがみられた。時に赤色光に対してはθが４５°で、透
過率が約２倍になってしまった。また目視でもθが４０
°では赤味がかって１＆１察された。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明によれば。

複屈折性媒体をその面内の最大屈折率方向が偏光手段の
偏光透過軸または吸収軸とほぼ一致するように配設した
ので、複屈折による素子の着色を解消するため補償手段
を有する液晶表示素子における視角による色変化、コン
トラスト低下を改善することができ、表示品質の高い液
晶表示素子の提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液晶表示素子の構成を示す断面図、第２
図は本発明による液晶表示素子の構成例を示す断面図、
第３図ないし第６図はそれぞれ本発明による液晶表示素
子の別の構成例を示す断面図、第７図は視角依存性の説
明のための角度の定義を示す図、第８図は逆ねじれ液晶
セルを補償手段としたときの配向処理方向、ねじれ角、
座標軸のとり方を示す図、第９図は従来の液晶表示素子
の０＝ｙ＝ｏ’のときの透過スペクトルを示すグラフ、
第１０図は本発明の実施例における配向処理方向Ｂ１　
ｔ［３ｚ　ＩＤ、　、Ｄ、　、偏光板の透過軸方向ｐ、
、ｐ２、ねじれ角ω２および複屈折性媒体の面内最大屈
折率方向Ｃ１の関係を示す図、第１１図は本発明の実施
例における透過率の視角方向依存性を比較例とともに示
すグラフである。 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　　　　８・・・複屈折性媒質第５図 第２図 １と 第３図 １と 第９図 第４図 シ皮表（ｎｍ） 第７図 第８図 第１０図

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、 前記複屈折による素子の着色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、 前記補償手段の形成された側の偏光手段と前記補償手段
   との間および前記補償手段の形成されていない側の偏光
   手段と前記液晶層または前記基板との間のうちの少なく
   とも一方に、複屈折性媒体を、その面内の最大屈折率方
   向が前記偏光手段の偏光透過軸または吸収軸とほぼ一致
   するように介在させたことを特徴とする液晶表示素子。