JPH0296116A - 液晶表示器 - 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】 ［技術分野］ 本発明は、高時分割駆動に適し、表示の見易い液晶表示
器に関する。

［産業上の利用可能性］ 本発明による液晶表示器は、厚みが薄く、白黒の表示が
行え、高時分割駆動に適しているので、ドツトマトリク
スの大画面表示器や、ワードプロセサ、パーソナルコン
ピュータなどの表示器として利用できる。又、それらの
表示器において、カラーデイスプレィとしても利用でき
る。

［背景技術］ 近年、液晶分子が螺旋構造をとる電界効果型の液晶表示
器に於て、液晶分子の捩角が１８０〜３６０度をなすよ
うに配向することにより、コントラストの高い領域（視
野範囲）が広く、高時分割駆動できるようにした液晶表
示器が商品化され、そのような液晶表示器は例えば特開
昭６０−１０７０２０号公報（ＥＰＯ−０１３１２１６
Ａ３）などに開示されている。かかる液晶表示器におい
ては、液晶の複屈折性のために表示色が青または黄色に
着色して見える。そこで日経マイクロデバイス誌ｎｏ、
２８　（１９８７年１０月号）８４頁に記載されている
如く、いわゆる白黒の表示が行える高時分割駆動用の液
晶表示器が開発されるようになった。そしていくつかの
方法のうち、位相補償として液晶パネルを２桟積層する
方法（例えば特開昭５７−１２５９１９号公報［ＵＳＰ
４゜４４３．０６５］参照）が地の色相（背景色）を最
も白色に近付けるとされていた。

この原理を簡単に説明する。液晶の複屈折性のために観
察された色相は干渉色であり、これは液晶層で光線が楕
円偏向するから色呈が現れるのである。従って、ねじら
れた光をねじりかえすことにより無彩色にすることがで
きるというものである。この目的のために、駆動用の液
晶パネルと同じ特性の液晶パネルを色消用として積層す
る。

ところがこのような液晶パネルは、高時分割駆動に適し
ているので画素数が多く、それに伴い表水面積が大きく
なる。また干渉色は液晶層の厚みにも依存するので、液
晶の厚みの均一性や特性の安定性については厳密に管理
され、歩留まりも悪く高価である。さらに２枚の液晶セ
ルを積層することで表示器全体が厚くなり、視差（観察
方向）による表示位置のずれやコントラストの変化が生
じて好ましくない。

一方液晶表示器での色相を調節するという点では、２波
長板や位相板を用いるという考えが古くから存在し、例
えば特開昭５０−７２６４５号公報（ＵＳＰ４，２３２
，９４８）、特開昭５５６００号公報などがある。しか
し着色と色消しは一見逆の理論で簡単に考えられるが、
円偏向や％波長板による色消しは事実上困難である。特
に、表示が暗くなったり、コントラストが低くなった八
ほかの干渉色が現れるなど光学特性の調整が困難で、し
かも広い面積にわたって液晶層の特性が特定されていな
ければ表示品位がより低下してしまい好ましくない。

［発明の開示］ したがって、本発明の第１の目的は、上述した液晶分子
の捩角の大きい液晶セルに位相板を積層することで、簡
易に液晶の色干渉を位相補償した液晶表示器を提供する
ものである。

この発明によれば、液晶層のレターデイジョン（ｒｅｔ
ａｒｄａｔｉｏｎΔｎ−ｄ）をもとに位相板のレターデ
イジョンを調整することにより、高時分割駆動側駆動に
適し、いわゆる白黒の表示を行うことができる。

本発明の他の特徴は、位相板として光学的一軸性の薄板
を用いた液晶表示器を提供するものである。これにより
表示品位を高く維持するための光軸調整を容易に行うこ
とができる。

本発明は上記位相板として樹脂シートを一軸延伸させた
ものを用いる。これにより位相板の取扱は容易になり生
産性が向上し、大画面表示も行える。

このようにすることで白紙に熱印刷したような表示が行
え、コントラストも高い。この表示は白黒反転できるの
でネガ表示もポジ表示もできる。

さらに、液晶表示器全体を薄く構成できるので、視差に
よる表示位置のずれやコントラストの変化が生じない。

さらに表示が無彩色なので、色フィルターを用いてカラ
ー表示をすることができる。

この発明のその他の目的と特徴は、以下に図面を参照し
て行なう詳細な説明から一層明かとなろつ０ ［発明を実施するための最良の形態］ 現在実用化されている電界効果型の液晶表示器のうち、
高いコントラストを維持し、デユーティ比の大きい時分
割駆動に適した液晶表示器は、正の誘電異方性をもつカ
イラルネマティック液晶層（ｃｈｉｒａｌ　ｎｅｍａｔ
ｉｃ　１ｉｑｕｉｄ　ｃｒｉｓｔａｌ　１ａｙｅｒ）　
、すなわち液晶分子が１８０〜３００度の捩角の螺旋構
造を有した液晶層を、２枚の偏光子で挟持した構成をと
る。

第１図はかかる液晶表示器を応用した本発明実施例の液
晶表示器の断面図である。（１）は、透明電極（１１）
と液晶分子の配向膜（１２）とを内面に有したガラス板
（１３）等からなる基板である。そのうち、透明電極（
１１）は例えばドツトマトリックス表示を行うよう上下
の基板で直交するように配置され、配向膜（１２）は液
晶分子をホモジニアス配向するように配向処理がされて
いる。これらの基板（１）はシール剤（５）により平行
に張り合わされ容器を形成している。（２）は基板（１
）に挟持された正の誘電異方性をもつカイラルネマティ
ック相の液晶層で、液晶分子が１８０〜３００度の捩角
の螺旋構造、例えば２４０度ツイストネマティック層と
なっている。（３）は液晶層（２）を挟持するように基
板（１）の外側に配置された２枚の偏光子である。そし
て（４）は液晶層（２）と偏光子（３）の間に挿入され
た耐脂性の位相板である。

より具体的に説明する。

液晶層（２）は基本的には従来の複屈折性を利用した液
晶分子の捩角の大きな表示モード（以下ＳＴモード（ｓ
ｕｐｅｒ　ｔｗｉｓｔｅｄ　ｍｏｄｅ）と呼ぶ）と同じ
条件を具備しているべきである。しかし、より詳細に検
討すると、液晶分子の複屈折性に基ずく光学特性と、螺
旋構造による旋光性とにより複雑な光学特性を示してい
ることが分かった。

これらの光学特性は、従来の液晶層を積層して楕円偏光
をねじり返すという方法では区別して考える必要はなか
った。しかし、これを位相板でおきかえるには、二軸延
伸特性の調整になるので、複屈折性と旋光性の各々につ
いて解析しなければならず、極めて難解な問題となった
。

そこでまず、直交ニコルの間にＳＴモードの液晶層を配
置し、液晶層の複屈折異方性Δｎと厚みｄの積、すなわ
ちレターデイジョンΔｎ−ｄ（ＬＣ）と着色の関係を調
べ、次いで直交ニコル間に位相板を配置して同等の着色
をするときの位相板の複屈折異方性Δｎと厚みｄの積、
すなわちレターデイジョンΔｎ−ｄ（ＰＨ）を調べ、そ
の後これらを積層して、どの程度の色呈になるかを調べ
た。

その結果、目視観察において、透過光に着色現象がなく
なるのは、以下の関係式（Ａ）を満たすときであった。

００〈Δ１１　ｄ（ＬＣ）−Δｎ−ｄ（ＰＨ）＜０．６
０　ｎｍさらに偏光軸や液晶分子の配向方向に於ても、
コントラストを高め、着色を少なくする領域があること
が分かった。それは、位相板の高分子の整列方向と近接
する液晶分子の配向方向とのなす角ｄ（反時計回り）が
ほぼ直交する様に配置することを前提として、位相板（
４）の高分子の整列方向と近接する偏光子（３）の偏光
軸（基点）となす角γ（反時計回り）が２０度以上６０
度以下、位相板（４）を設けない方の偏光子（３）の偏
光軸（基点）と近接する液晶分子の配向方向とがなす角
β（反時計回り）が２０度以上６０度以下、２枚の偏光
子（３）の偏光軸が互いになす角ψ（時計回り）が０度
より大きく３０度より小さくなる様に配置することであ
る。これらの数値から外れるにしたがって順次波長の異
なる干渉色が現れ、コントラストが低下し、大きく値が
ずれると濃い干渉色となりまた遮光効果が生じることに
よって表示が視認できなくなる。

そして一つの良好な表示形態において、一方の偏光子を
９０度回転させると、いわゆる表示のネガとポジが反転
する。従って角度は偏光子の偏光軸または吸収軸を基準
とることができる。

以下の第１表に、上述した実験はかかる代表的な例を示
す。

第１表 このロットの代表的表示特性を第２図に、またレターデ
イジョンの関係を第３図に示す。

なお、比較対象のために好ましくない例を以下に掲げる
。

β＝γ＝４５度 Δｎ−ｄ　（ＰＨ）＝２００ｎｍ Δｎ−ｄ　（ＬＣ）　＝８５０ｎｍ コントラスト　１．０ 上述した位相板（４）は、ポリビニルブチロール、ポリ
ビニルアルコール、ポリエステル、酢酸セルロース、酪
酸セルロース、ポリプロピレン、ポリカーボネートなど
の高分子樹脂板を一軸延伸し、シート状として一枚若し
くは複数枚を積層して用いることが出来る。

さて、上述した液晶表示器においては、各々の光軸の設
定がずれるとコントラストや着色に影響する。又、これ
らの領域の中で、Δｎ−ｄ（ＬＣ）が小さくなればなる
ほど表示が暗く、淡青色となり、かつ、コントラストが
低くなる。一方、大きくなると黄色味をおび、さらに大
きくなると、複屈折率干渉色の色相波長がずれて、つい
には高次干渉を生じる。

そこで、　液晶層の干渉色が補償しゃすい色量て、高い
コントラストを再現性良く得る条件について検討を加え
た。その手法として、上記の実験結果を踏まえて、ＳＴ
モードにおいて実用的なコントラストが得られるレター
デイジョンΔｎ−ｄ（■、Ｃ）が５５０ｎｍ以上の液晶
層を、光学的一軸性異方体に近似することとした。

これを第４図を用いて説明する。−軸性異方体（ｕｎｉ
−ａｘｉａｌ　５ｕｂｓｔａｎｃｅ）を直交ニコル（ｏ
ｒｔｈｏｇ。

ｎａｌ　Ｎ１ｃｏｌ）で挟持すると、その積層体を通し
て肉眼に達する光の強さ、即ち明るさは次の式で表され
る。

１　＝　Ｉ　、ｓｉｎ’（２θ）ｓｉｎ”ｔ（ｙｒ　／
λ）Δｎｄｌここに Ｉ；透過光強度 １０：入射光強度 θ、光学的一軸性異方体の光軸と一方の偏光軸のなす角 観察に使用する光の波長 Δｎ：光学的一軸性異方体の屈折率異方性ｄ：光学的一
軸性異方体の厚さ である。単色光で観察する場合の明るさの変化は上式か
らθだけに依存する。即ち光学的一軸性異方体を３６０
度回転させる間に、明暗を４回繰り遇す。しかし白色光
又はそれに近い色の光で観察する場合５ｉｎ２１（π／
λ）Δｎｄｌは波長λによって変化するため、透過光強
度Ｉは波長依存性を生ずる。そして光学的一軸性異方体
としての最大コントラストを得るには、よく知られた様
に、偏光板の偏光軸（Ｐ）と光学的一軸性異方体の光軸
（Ｓ）を第４図ａの如く４５度ずらした状態となり、上
式と一致する。尚、図中、Ｆ、　　Ｂは各々前面側、後
面側を示す。

しかし、液晶層の場合には、液晶分子が螺旋構造（ねじ
れ角φ）をとっているので旋光性が生じ、光軸がねじれ
に沿って回転するため上式の通りにならない。そこで再
びＳＴモードの液晶表示器について、一方の偏光子の偏
光軸と近接する液晶分子の配向方向とのなす角βを４５
度に設定し、もう一方の偏光子を回転させて、透過光の
分光スペクトルを調べた。それによると、可視光領域に
おいて上式に対応する透過光強度特性を示す角度が２つ
あることが分かった。そしてこの時、回転させた偏光子
の偏光軸（Ｐ）とそれに近接する液晶分子軸（１７）と
のなす角αが液晶分子軸を基点として液晶分子のねじれ
と同じ方向に、はぼ４５度と１３５度となった。この状
態を模式的に図示すると第４図すのような配置になる。

従って第４図においてａとｂとはほぼ等価な状態と言え
る。

これが螺旋構造による旋光性のみに着目した光学特性で
あり、これに基すいて、液晶層と位相板の積層体が光学
的一軸性異方体となるように位相板の光学特性を調整す
る。

係る原理に基すいて導いた実験式によると、液晶分子が
１８０〜３００度の捩角の液晶表示器に於て、液晶層の
レターデイジョンΔｎ−ｄ（ＬＣ）と位相板のレターデ
イジョンΔｎ−ｄ（ＰＨ）が０．６×Δｎ　　ｄ（ＬＣ
）＋６０ 〈Δｎ　ｄ（ＰＨ） ＜０．６ＸΔｎ　−ｄ　（Ｌ　Ｃ）＋２１０　ｎｍの関
係（Ｂ）を満たすとき、位相板と液晶層の透過光の光路
長がほぼ等しくなる。

例えばΔｎ−ｄ（ＰＨ）が６００ｎｍの位相板を用いた
第４図ａの積層体と、Δｎ−ｄ（ＬＣ）が８００　ｎｍ
のＳＴモードの液晶セルを配置した第４図すの積層体の
透過スペクトルは第５図ａ。

ｂに示すようにほぼ一致する。従って上述の関係式（Ｂ
）を満たすような位相板をその液晶セルに相殺的に積層
すれば、透過光の位相差はゼロとなり、複屈折干渉色の
ないいわゆる白黒のネガ表示が行える。

また、その状態で一方の偏光子を９０度回転させればポ
ジ表示となる。

この様な条件に従った代表的な実施例を下記の第２表に
示す。

更に、第２表のレターデイジョンの関係を第３図に示す
。図に於て、左上り斜線を施しＢの記号を付した部分が
、関係式（Ｂ）の領域である。またこのロットの代表的
な表示器について、１　／２００デユーティマルチプレ
ックス駆動のときの特性図を第６図に示す。

第２表 この様な好ましい実施例において、位相板の光軸方向と
近接する液晶分子の配向方向とのなす角δが７０度以上
１１０度以下であり、また偏光子の偏光軸と近接する液
晶分子の配向方向とがなす角βは３０度以上６０度以下
の場合に高いコントラストを示した。また、液晶のレタ
ーデイジョンΔｎ−ｄ（ＬＣ）の調整ムラや温度依存性
をを吸収するには、δは９０度よりいずれかの方向にず
らすと良い。

しかしながら、関係式（Ｂ）はネガ表示をベースにした
もので、この関係式を満足するΔｎ−ｄ（ＰＨ）は６０
０ｎｍ前後と非常に大きい。一般にネガ表示の場合はコ
ントラストの高さと見易さが対応しているが、ポジ表示
の場合にはコントラストが高いという事と表示が見やす
い（判別し易く、目が疲れない）ということとは対応し
ない。

また、Δｎ−ｄ（ＰＨ）が大きければ大きいほど延伸ム
ラ、厚みムラなどが生じやすく、光学特性の均一性が保
ち難くくなる。

そこで上述した原理において、液晶セルの光路差よりも
可視光領域のほぼ％波長だけ光路差の少ない位相板を用
いることを検討し、表示を無彩色にするための実験式を
求めた。

その結果、 （７，５Ｘ１０−４）（Δｎ　　ｄ（ＬＣ）　−４００
）”　＋　１５０くΔｎ−ｄ（ＰＩ４） ＜　（７，５Ｘ　１０−４）（Δｎ　−ｄ　（ＬＣ）　
−４００）”＋３００　ｎｍの関係式（Ｃ）を見いだし
た。この関係式は波長依存性があるので２次関数となり
、白黒概念が反転するのでポジ表示がベースとなる。

例えばΔｎ−ｄ（ＰＨ）が４００ｎｍの位相板を用いた
第４図ａの積層体とΔｎ−ｄ（ＬＣ）が８００ｎｍの液
晶セルを配置した第４図すの積層体の透過スペクトルは
第７図ａ、　　ｂに示すようにほぼ一致する。従って上
述の関係式（Ｃ）を満たすような位相板をその液晶セル
に相殺的に積層すれば、透過光の位相差は可視光領域で
はπ　となり、複屈折干渉色のない、いわゆる白黒のポ
ジ表示が行える。又、その状態で一方の偏光子を９０度
回転させればネガ表示となる。

この様な条件に従った代表的な実施例を下記の第３表に
示し、　これらの関係を再び第３図に示す。図に於て、
左上り斜線を施し、Ｃの記号を付した部分が関係式（Ｃ
）の領域である。またこのロットの代表的な表示器につ
いて、１　／２００デユーティマルチプレックス駆動の
ときの特性図を第８図に示す。

第３表 さらに、これらの領域の中においても、Δｎ・ｄ　（Ｌ
　Ｃ）が小さくなればなるほど表示が暗く、かつ、コン
トラストが低くなる。一方大きくなると複屈折率モ渉色
の色相波長がずれて、ついには高次干渉を生じる。

コントラストがよく、液晶層の干渉色が補償しゃすい色
量となる条件としては液晶層の厚みが、１０μｍ以下で
、複屈折異方性Δｎと厚みｄの積Δｎ−ｄ（ＬＣ）が６
００　ｎｍ−９００ｎｍの範囲にある１８０〜３００度
の捩角の螺旋構造をなしたネマティック液晶層に対し、
△ｎ−ｄ（ＰＨ）が好ましくは２５０〜８００　ｎｍの
樹脂製の位相板を液晶層と偏光子の間に挿入すればよい
。これにより背景が無彩色の表示器を量産性良く得るこ
とができる。また位相板を複数枚にして、液晶層の前後
に配置してもよい。

以上の如くにより、液晶パネルにより複屈折旋光された
光線を光学的一軸性異方体として補償することによって
、着色されない光線（これにより地の色を白色にできる
）と遮光された黒色で表示を行うことができる。これに
より、白紙に黒色印刷されたような表示品位の高い表示
ができ、コントラストも高い。この表示は白黒反転でき
るので２゜ ネガ表示もポジ表示もできる。また表示が無彩色なので
、色フィルターを用い、カラー表示を行うことができる
。

そして液晶パネルは一枚しか用いないし、位相板は成形
によって製造できるので生産性がよく廉価となり、表示
面積を大きく構成できる。

更に、液晶表示器全体を薄く構成できるので、視差によ
る表示位置のずれやコントラストの変化が生じない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の液晶表示器の断面図、第２図は
代表的な本発明条件Ａに係る液晶表示器の表示特性図、
第３図は本発明の複屈折異方性に関する特性図、第４図
ａｂは本発明の詳細な説明する光軸説明図、第５図は条
件Ｂにかかる光学積層体の透過スペクトル図、第６図は
代表的な本発明条件Ｂに係る液晶表示器の表示特性図、
　第７図は条件Ｃにかかる光学積層体の透過スペクトル
図、第８図は代表的な本発明条件Ｃに係る液晶表示器の
表示特性図である。 液晶層、 （３）・ 偏光子、 （１）・・・位相板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）基板と、正の誘電異方性を有し液晶分子が１８０
   〜３００度の捩角（φ）の螺旋構造をするようにホモジ
   ニアス配向されて前記基板の間に挟持されたネマティッ
   ク液晶層と、該液晶層を挟んで配置された偏光子を具備
   した液晶表示器に於て、液晶層と偏光子の間に挿入され
   た位相板を具備し、液晶層の複屈折異方性Δｎと厚みｄ
   の積Δｎ・ｄ（ＬＣ）と位相板の複屈折異方性Δｎと厚
   みｄの積Δｎ・ｄ（ＰＨ）が ０．０＜Δｎ・ｄ（ＬＣ）−Δｎ・ｄ（ＰＨ）＜６００
   ｎｍの関係を満たすことを特徴とする液晶表示器。 （２）基板にホモジニアス配向され、複屈折性を呈する
   カイラルネマティック液晶層と、その液晶層を挟むよう
   にして配置された偏光子と、液晶層と偏光子の間に挿入
   された位相板とを具備し、液晶層の複屈折異方性Δｎと
   厚みｄの積Δｎ・ｄ（ＬＣ）と位相板の複屈折異方性Δ
   ｎと厚みｄの積Δｎ・ｄ（ＰＨ）が Δｎ・ｄ（ＬＣ）≧５５０ｎｍに対して ０．６Δｎ・ｄ（ＬＣ）＋６０＜Δｎ・ｄ（ＰＨ）＜０
   ．６Δｎ・ｄ（ＬＣ）＋２１０ｎｍ または （７５×１０＾−＾４）（Δｎ・ｄ（ＬＣ）−４００）
   ＾２＋１５０＜Δｎ・ｄ（ＰＨ）＜（７．５×１０＾−
   ＾４）（Δｎ・ｄ（ＬＣ）−４００）＾２＋３００ｎｍ
   の関係を満たす事を特徴とする液晶表示器。 （３）前記位相板は一軸延伸された樹脂製シートであり
   、その延伸方向は、近接する偏光子の偏光軸または吸収
   軸となす角が２０度以上６０度以下で、近接する液晶分
   子の配向方向とはほぼ直交する事を特徴とする特許請求
   の範囲１項または２項記載の液晶表示器。 （４）前記位相板は光学的一軸性を有し、その光軸方向
   と近接する液晶分子の配向方向とのなす角が７０度以上
   １１０度以下で、前記偏光子の偏光軸と近接する液晶分
   子の配向方向とがなす角は３０度以上６０度以下である
   事を特徴とする特許請求の範囲１項または２項記載の液
   晶表示器。