JPH03116014A - Ｓｔｎ型液晶表示素子 - 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ＳＴＮ型液晶表示素子に関するものである。

〔従来の技術〕

最近、テレビジョン画像等を表示するドツトマトリック
ス液晶表示素子は、大画面化および高解像度化のために
表示画素数が極めて多くなってきており、これにともな
って、高デユーテイでマルチプレックス駆動できること
が要求されているが、従来から広く使用されているＴＮ
型液晶表示素子は、高デユーテイでマルチプレックス駆
動すると動作マージンが低下し、そのために表示コント
ラストが低下するとともに視野角特性も悪くなるという
問題をもっている。

このため、最近では、マルチプレックス駆動特性をよく
するために、液晶分子を通常のＴＮ型液晶表示素子より
も大きなツイスト角（１，８０”〜２７０’　）でツイ
スト配列させたＳＴＮ型液晶表示素子が開発されている
。

しかし、このＳＴＮ型液晶表示素子は、一方の偏光板を
通って入射した直線偏光が液晶層の複屈折効果により楕
円偏光となり、この楕円偏光の長袖の方向が液晶層の屈
折率異方性Δｎの波長依存性により一致しないため、可
視光帯域の全波長域の光の透過率が等しくならず、その
ために表示に着色を生ずるという問題をもっている。

そこで従来から、上記ＳＴＮ型液晶表示素子の表示の着
色をなくすことが研究されており、その手段としては、
画像を表示する表示用液晶セルの光入射側または出射側
に、この表示用液晶セルの液晶分子のツイスト方向と逆
方向にかつ同じツイスト角で液晶分子をツイスト配列さ
せた色補償用液晶セルを配置し、この色補償用液晶セル
により表示の色づきをなくすことが考えられている。

この二層型の液晶表示素子は、表示用液晶セルと色補償
用液晶セルとの一方の液晶セルにおいて楕円偏光となっ
た光を、この一方の液晶セルとは逆方向に液晶分子をツ
イスト配列させた他方の液晶セルによって直線偏光に戻
してやるようにしたもので、この液晶表示素子によれば
、ＳＴＮ型液晶表示素子特有の表示の着色はなくなるか
ら、良好な白黒表示を得ることができる。

しかしながら、上記二層型の液晶表示素子は、液晶セル
として表示用と色補償用の２枚のセルが必要であるため
、価格が高くなってしまうという問題をもっている。

このため最近では、上記色補償用液晶セルに変えて位相
板を使用し、この位相板によって色補償を行なうことが
が考えられている。

第５図は位相板によって色補償を行なう従来のＳＴＮ型
液晶表示素子の断面図であり、ここでは、表示用液晶セ
ルの光出射側に位相板を配置したものを示している。

この液晶表示素子の構成を説明すると、第５図において
、１は画像を表示するＳＴＮ型の液晶セルである。この
液晶セル１は、枠状のシール材２を介して重合接着した
一対の透明基板３，４間にネマティック液晶５を封入し
たもので、側基板３゜４の対向面には、図示しないが、
表示用の透明電極が形成され、その上には配向処理が施
されている。また、６は上記液晶セル１の光出射側（上
基板３側）に配置された位相板であり、一対の偏光板７
，８は上記液晶セル１と位相板６とをはさんでその両側
に配置されている〇 第６図は上記液晶セル１の液晶分子配向方向と位相板６
の屈折率最大方向および偏光板７，８の偏光軸の方向を
示したもので、ここでは、液晶セル１の液晶分子配列の
ツイスト角を２４０’とした例を示している。第６図に
おいて３ａ、４ａは液晶セル１の上基板３面および下基
板４面の配向処理方向であり、上基板３面の配向処理方
向３ａと下基板４面の配向処理方向４ａとは、セル面の
横軸Ｘに対して３０”ずつ互いに逆方向にずれている。

Ｔは液晶分子配列のツイスト方向を示しており、液晶５
は、例えば左旋性の光学活性物質（カイラル液晶等）を
混入して左回りの旋光性をもたせたネマティック液晶と
され、この液晶５の分子は側基板３，４間において、光
入射側つまり下基板４側から見て（図を紙面の裏側から
見て）左回りに、２４０’のツイスト角でツイスト配列
されている。

また、第６図において、６ａは位相板６の屈折率最大方
向、７ａ、ｇａは一対の偏光板７．８の偏光軸方向を示
している。下偏光板８の偏光軸方向８ａはセル面の横軸
Ｘとほぼ平行であり、上偏光板７の偏光軸方向７ａは下
偏光板８の偏光軸方向８ａとほぼ直交している。また、
位相板６の屈折率最大方向６ａは、上偏光板７の偏光軸
方向７ａに対し、光入射側つまり液晶セル１側から見て
（図を紙面の裏側から見て）左回りに、８０″〜９０＠
ずれた方向にある。なお、この位相板６の屈折率最大方
向６ａは、液晶セル１のΔｎ−ｄ（液晶５の屈折率異方
性Δｎと液晶層厚ｄとの積）および液晶分子配列のツイ
スト角と、位相板６の位相差によって異なる。

このＳＴＮ型液晶表示素子は、高デユーテイでマルチプ
レックス駆動されるもので、その表示はいわゆるネガ表
示であり、液晶セル１の電極間に電圧を印加しないＯＦ
Ｆ状態では光が遮断され、電圧を印加したＯＮ状態では
光が透過する。

そして、この液晶表示素子においては、ＳＴＮ型液晶表
示素子特有の表示の着色が上記位相板６によって補償さ
れるから、ＯＮ状態での透過光の着色はほとんどなくな
るし、また、上記位相板６は液晶セルに比べればはるか
に安価であるから、この液晶表示素子は、表示用液晶セ
ルと色補償用液晶セルとを備えた二層型の液晶表示素子
に比べて低コストに寿ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の液晶表示素子は、白色の表示
にはほとんど着色はないが、黒色の表示が、青または紫
色になってしまうという問題をもっている。これは、１
枚の位相板６だけでは、液晶セル１を透過した楕円偏光
を完全な直線偏光にすることができないためであり、そ
のために、黒色の表示が青または紫色になってしまう。

なお、上記従来の液晶表示素子においても、位１ｎ板を
２枚にすれば、楕円偏光をほぼ完全な直線偏光にして黒
色の表示も良好にすることができ、また、反射板を備え
た反射型素子とすれば、表示全体を暗くして黒色表示の
色づきを目立たなくすることができるが、位相板を２枚
とするのでは液晶表示素子の価格が高くなってしまうし
、また、反射型素子としたのでは、表示輝度が極端に低
くなって画面が見づらくなってしまう。

本発明は上記のような実情にかんがみてなされたもので
あって、その目的とするところは、１枚の位相板だけで
ほぼ完全な色補償を行なうことができるようにした、低
コストに良好な白黒表示が得られ、しかも輝度の高い明
るい表示が得られるＳＴＮ型液晶表示素子を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のＳＴＮ型液晶表示素子は、液晶分子を一対の基
板間においてツイスト配列させた液晶セルと、この液晶
セルの一例に配置された３枚の位相板と、前記液晶セル
と位相板をはさんでその両側に配置された一対の偏光板
と、前記一対の偏光板のいずれか一方の外側に配置され
た反射板とからなり、かつ、前記液晶セルの液晶分子配
列のツイスト角を２２０°〜２６０’とし、液晶の屈折
率異方性Δｎと液晶層の層厚ｄとの積Δｎ−ｄの値を０
．７０ｎ〜（１，９０ａｖとするとともに、前記位相板
の位相差を０．２７ｇ〜０．３３ｍの範囲にしたことを
特徴とするものである。

〔作用〕

すなわち、本発明のＳＴＮ型液晶表示素子は、反射板を
備えた反射型のものとすることによって、１枚の位相板
だけでほぼ完全な色補償を行なえるようにしたものであ
り、上記反射板は安価に得られるから、このＳＴＮ型液
晶表示素子によれば、低コストに良好な白黒表示を得る
ことができるし、また、液晶セルの一対の基板間におけ
る液晶分子配列のツイスト角を２２０’〜２６０’とし
、Δｎ・ｄの値を０．７０ｔｒｍ〜Ｄ、９ＤＩ＃とする
とともに、前記位相板の位を目玉を０．２７．ｎ−１，
３３ｎの範囲にしておけば、反射型のものであっても、
輝度の高い明るい表示を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図を参照して説
明する。

第１図は本実施例のＳＴＮ型液晶表示素子の断面を示し
ており、このＳＴＮ型液晶表示素子は、画像を表示する
ＳＴＮ型の液晶セル１１と、この液晶セル１１の上側に
配置された１枚の位相板１６と、前記液晶セル１１と位
相板１６をはさんでその両側に配置された一対の偏光板
１７．１８と、下偏光板１８の外側（下側）に配置され
た反射板１９とからなっている。上記の液晶セル１１は
、枠状のシール材１２を介して重合接着した基板１３．
１４間にネマティック液晶１５を封入したもので、両基
板１３．１４の対向面には、図示しないが、表示用の透
明電極（例えば単純マトックス型の液晶セルの場合は走
査電極と信号電極、ＴＰＴアクティブマトリックス型の
液晶セルの場合は画素電極と対向電極）が形成されると
ともに、その上には配向処理が施されており、両基板１
３゜１４間に封入された液晶１５の分子は、両基板１３
．１４間においてツイスト配列されている。

そして、上記液晶セル１１の液晶分子配列のツイスト角
は２２０’〜２６０ａとされ、液晶の屈折率異方性Δｎ
と液晶層の層厚ｄとの積Δｎ−ｄの値を０．７０ｔｓ〜
０．９０ρとされており、また前記位相＾て１６の位相
差は０゜２７μｍ〜０．３３μｍの範囲に設定されてい
る。

第２図は上記液晶セル１１の液晶分子配向方向と位相板
１６の屈折率最大方向および偏光板１７゜１８の偏光軸
の方向を示したもので、ここでは、液晶セル１１の液晶
分子配列のツイスト角を２４０ａ　とした例を示してい
る。第２図において１３ａ、１４ａは液晶セル１の上基
板１３面および下基板１４面の配向処理方向であり、上
基板１３面の配向処理方向１３ａと下基板１４面の配向
処理方向１４ａとは、セル面の横軸Ｘに対して３０″ず
つ互いに逆方向にずれている。Ｔは液晶分子配列のツイ
スト方向を示しており、液晶１５は、例えば左旋性の光
学活性物質（カイラル液晶等）を混入して左回りの旋光
性をもたせたネマテイ・ツク液晶とされ、この液晶１５
の分子は側基板１３゜１４間において、下基板１４側か
ら見て（図を紙面の裏側から見て）左回りに、２４０°
のツイスト角でツイスト配列されている。また、第２図
において、１６ａは位相板１６の屈折率最大方向、１７
ａ、１８ａは一対の偏光板１７．１８の偏光軸方向を示
しており、両偏光板１７．１８の偏光軸方向１７ａ、１
８ａは互いにほぼ平行で、かつセル面の横軸Ｘに対して
、９００±θ°〜２０°の角度で交差（図ではほぼ直交
）している。また、位相板１６の屈折率最大方向１６ａ
は、上偏光板１７の偏光軸方向１７ａ−に対し、液晶セ
ル１側から見て（図を紙面の裏側から見て）左回りに、
はぼ７５＠ずれた方向にある。

このＳＴＮ型液晶表示素子は、高デユーテイ（例えば１
／　２００デユーテイ）でマルチプレ・ノクス駆動され
るもので、その表示はいわゆるポジ表示であり、液晶セ
ル１１の電極間に電圧を印加しないＯＦＦ状態では光が
透過し、電圧を印加したＯＮ状態では光が遮断される。

また、このＳＴＮ型液晶表示素子は反射板１９を０１え
た反射型のものであるため、入射光は、上偏光板１７、
位相板１６、液晶セル１１．下偏光板１８を通って反射
板１９で反射され、さらに上記と逆の経路を経て上偏光
板１７から出射する。

そして、このＳＴＮ型液晶表示素子は、反射型のもので
あるから、１枚の位相板１６を備えるだけで、液晶セル
１１における透過光の着色をほぼ完全に補償し、良好な
白黒表示を得ることができる。

すなわち、第３図は、上記実施例のＳＴＮ型液晶表示素
子について、液晶セル１１の液晶分子配列リのツイスト
角を２４０°　Δｎ−ｄの値を０．７８ｎ〜０．１１５
ｇ、位相板１６の位相差を０．２９−としたものの表示
色の色度を示したもので、ＯＦＦ状態での表示色は、Δ
ｎ−ｄの値を０．７６ｎ　〜０．８５ｘのいずれにした
ものも全て白色点（無彩色点）に近く、はとんど着色の
ない良好な白色表示となる。また、ＯＮ状態を見ると、
上記実施例から反射板１９をなくして透過型素子とした
場合は、透過光が若干黄色を帯びるが、反射型とした上
記実施例では、Δｎ−ｄの値を０．７６ａ〜０．８５．
のいずれにしたものもの、透過光の黄色味はほとんど目
立たなくなり、目視上は、表示色はほぼ完全な黒色とな
る。

したがって、上記実施例のＳＴＮ型液晶表示素子によれ
ば、１枚の位相板１６だけでほぼ完全な色補償を行なっ
て良好な白黒表示を得ることができる。また、このＳＴ
Ｎ型液晶表示素子は、位相板１６が１枚だけでよく、ま
た反射板１９は位相板に比べて極めて安価に得られるた
め、色補償用液晶セルによって色補償を行なう二層型の
液晶表示素子に比べれば勿論、２枚の位相板を備えて色
補償を行なう液晶表示素子に比べても、はるかに低コス
トに得ることかできる。

しかも、上記実施例のＳＴＮ型液晶表示素子では、液晶
セル１１の液晶分子配列のツイスト角を２２０″〜２６
０°とし、Δｎ−ｄの値を０．７０μ＋ｓ〜０．９０ｍ
とするとともに、位相板１６の位相差を０．２７１〜０
．３３−の範囲にしているから、反射型のものであって
も、輝度の高い明るい表示を得ることができる。

第４図は、上記実施例のＳＴＮ型液晶表示素子について
、液晶セル１１の液晶分子配列のツイスト角を２４０°
　Δｎ−ｄの値を０．７ｔｌｉａ　〜０．８５．ｃｍ、
位相板１６の位相差を０．２９ｍとしたもののＯＮ。

ＯＦＦ状態のＹ値とコントラストを、使用する（Ｑ先板
１７．１８の種類を変えて測定した結果を示したもので
、Ａは透過率の低い高偏光度タイプの偏光板、Ｂは透過
率の高い高偏光度タイプの偏光板、Ｃは透過率の高い低
偏光度タイプの偏光板である。この第４図に示すように
、上記実施例のＳＴＮ型液晶表示素子は、いずれのタイ
プの偏光板を使用するものも、表示素子として十分なＹ
値とコントラストをもっている。すなわち、Ｙ値をみる
と、ＢおよびＣタイプの偏光板を使用したものは、ＯＦ
Ｆ時のＹ値がそれぞれ約２３％、約２４％と非常に高く
、十分明るい画面を得ることができる。なお、Ａタイプ
の偏光板を使用したものは、ＯＦＦ時のＹ値が約１７％
と若干低いが、これでも画面の明るさは第５図に示した
従来の素子を反射型としたものに比べればはるかに高く
、十分な白黒表示を得ることができる。また、コントラ
ストをみると、ＡおよびＢタイプの偏光板を使用するも
のは、ＯＮ時のＹ値がそれぞれ約２％以下であり、コン
トラストは１１〜１３と十分高い。また、Ｃタイプの偏
光板を使用したものは、この偏光板が低偏光度であるた
め、コントラストは約７であり、ＡおよびＢタイプの偏
光板を使用するものに比べてコントラストが若干低いが
、これでも十分な白黒表示を実現することができる。た
だし、表示画面はできるだけ明るくするのが好ましく、
したがって、偏光板としては、高透過率のＢまたはＣタ
イプが望ましく、特にＢタイプの偏光板を使用すれば、
高輝度でかつコントラストも高い表示を得ることができ
る。

なお、第３図および第４図には、液晶セル１１の液晶分
子配列のツイスト角を２４０°　Δｎ−ｄの値を０．７
６μｍ〜０．８５ｐ、位相板１６の位相差を０．２９ａ
とした素子の色度およびＹ値とコントラストを示したが
、液晶セル１１の液晶分子配列のツイスト角を２２０”
〜２８０’の範囲とし、このツイスト角に応じて、Δｎ
−ｄの値を０．７０ρ〜０．９０．ｍの範囲で、また位
相板１６の位相差を０．２７１〜０．３３ｐの範囲で調
整すれば、同様な効果を得ることができる。

また、上記実施例では、位相板１６を液晶セル１１の上
側に配置しているが、この位相板１６は液晶セル１１の
上側すなわち反射板１９側の偏光板１８と液晶セル１１
との間に配置してもよい。

〔発明の効果〕

本発明のＳＴＮ型液晶表示素子は、反射板を備えた反射
型のものとすることによって、１枚の位相板だけでほぼ
完全な色補償を行なえるようにしたものであり、上記反
射板は安価に得られるから、このＳＴＮ型液晶表示素子
によれば、低コストに良好な白黒表示を得ることができ
るし、また、液晶セルの一対の基板間における液晶分子
配列のツイスト角を２２０６〜２６ｏ０とし、Δｎ−ｄ
の値を０．７０．〜０，９０ρとするとともに、前記位
相板の位相差を０．２７ｍ〜０．３３ｇの範囲にしてお
けば、反射型のものであっても、輝度の高い明るい表示
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示したもので、第
１図はＳＴＮ型液晶表示素子の断面図、第２図は液晶セ
ルの液晶分子配向方向と位相板の屈折率最大方向および
偏光板の偏光軸の方向を示す平面図、第３図は表示色の
色度図、第４図はＯＮ、ＯＦＦ状態のＹ値とコントラス
トを示す図である。第５図は位相板により色補償を行な
う従来のＳＴＮ型液晶表示素子の断面図、第６図は同じ
くその液晶セルの液晶分子配向方向と位相板の屈折率最
大方向および偏光板の偏光軸の方向を示す平面図である
。 １１・・・液晶セル、１３・・・上基板、１４・・・下
基板、１５・・・液晶、１６・・・位相板、１７川上偏
光板、１８・・・下偏光板、１９・・・反射板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液晶分子を一対の基板間においてツイスト配列させた液
   晶セルと、この液晶セルの一側に配置された１枚の位相
   板と、前記液晶セルと位相板をはさんでその両側に配置
   された一対の偏光板と、前記一対の偏光板のいずれか一
   方の外側に配置された反射板とからなり、かつ、前記液
   晶セルの液晶分子配列のツイスト角を２２０°〜２６０
   °とし、液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層の層厚ｄとの
   積Δｎ・ｄの値を０．７０μｍ〜０．９０μｍとすると
   ともに、前記位相板の位相差を０．２７μｍ〜０．３３
   μｍの範囲にしたことを特徴とするＳＴＮ型液晶表示素
   子。