JPH03155522A - 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、高密度表示に適した液晶表示素子に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来、両電極間の液晶分子のツイスト角を大きくして、
鋭い電圧−透過率変化を起し、高密度のドツトマトリク
ス表示をする方法として、スーパーツイスト素子（Ｔ、
　Ｊ、　５ｃｈｅｆｆｅｒａｎｄ　　Ｊ、　Ｎｅｈｒｉ
ｎｇ、　　Ａｐｐｌ、、　Ｐｈｙｓ、、　Ｌｅｔｔ、　
４５（１０）　１０２１−１０２３　（１９８４）　）
が知られていた。

しかし、この方法は用いられる液晶表示素子の液晶の複
屈折率Δｎと液晶層の厚みｄとの積Δｎ−ｄの値が実質
的に０．８〜１．２μｍの間にあり（特開昭６０−１０
７２０号）、表示色として、黄緑色と暗青色、青紫色と
淡黄色等、特定の色相の組み合せでのみ、良いコントラ
ストが得られていた。

このようにこの液晶表示素子では白黒表示ができなかっ
たことにより、マイクロカラーフィルターと組み合せて
、マルチカラー又はフルカラー表示ができない欠点があ
った。

一方、同様な方式を使用し、液晶の複屈折率と厚みとの
積Δｎ−ｄを０．６μｍ付近と小さく設定することによ
り、ほぼ白と黒に近い表示が得られる方式が提案されて
いる。（Ｍ、　５ｃｈａｄｔ　ｅｔａｌ、　Ａｐｐｌ、
　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　５０（５）、　１９８７．
　ｐ、２３６）しかし、この方式を使用した場合におい
ては表示が暗く、かつ、最大コントラストがあまり大き
くなく、青味を帯びるため、表示の鮮明度に欠ける欠点
があった。

また、白黒表示でかつコントラストの高い液晶表示素子
として、互いに逆らせ・んの液晶セルを２層積層し、一
方のセルのみ電圧を印加し、他方のセルは単なる光学的
な補償板として使用する方式が提案されている。（奥付
はか、テレビジョン学会技術報告、１１（２７）、ｐ、
７９．　（１９８７））しかし、この方式は２層セルで
の△ｎ−ｄのマツチングが非常に厳しく、歩留りの向上
が困難な上、液晶セルが２層必要なため、液晶セルの薄
（軽いという特長を犠牲にしている欠点があった。

また、上述した２層セルの一方を１軸性の複屈折フィル
ムで置き換え、白黒表示を可能にしたフィルム積層型液
晶表示素子も提案されている（特開昭６３−２７１４１
５号等）。

［発明の解決しようとする課題］ このよりなｌ軸性の複屈折フィルム方式のフィルム積層
型液晶表示素子では、液晶セルの補償を１軸性の複屈折
フィルムで行っているので、垂直方向では見栄えが良い
が、斜め方向から見た場合に色付いたり、白黒が逆転し
たりする欠点があった。このため、明るく、白黒度が良
（、かつ、視野角の広い液晶表示素子を、歩留り良く生
産することが困難であった。

明るく視野角の広い白黒表示素子は、単に特有な色付き
がなく見易いというだけでな（、カラーフィルターをセ
ル内部またはセル外部に形成して、従来通常の９００ツ
イストのツイストネマチック（ＴＮ）素子で実現されて
いた様な、モノカラーまたはマルチカラーまたはフルカ
ラー表示を実現でき、薄く、軽（、低消費電力という特
長を発揮して、その市場が飛躍的に拡大すると予想され
る。

このため、コントラストがよく、明る（、かつ、視野角
の広い白黒表示素子を、歩留りよ（生産できる液晶表示
素子が望まれていた。

［課題を解決するための手段１ 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の透明
電極付きの基板間に挟持された旋光性物質を含有した誘
電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が１６０
〜３００＠の液晶層と、この液晶層を挟持する上下の基
板の透明電極間に電圧を印加する駆動手段とを有し、こ
の液晶層の外側に一対の偏光板を設置し、液晶層の両外
側であって一対の偏光板の内側に夫々１枚以上の複屈折
板を配置した液晶表示素子において、液晶層での液晶の
屈折率異方性△ｎ、と液晶層の厚みｄ＋との積Δｎ１・
ｄ、が０．４〜１．５μｍとされ、前記液晶層の両側に
配置された複屈折板の内少なくとも一方の複屈折板は、
その先軸が面内にある正の一軸性複屈折板と、光軸が膜
厚方向にある正の一軸性複屈折板とを夫々少なくとも１
枚以上用い、これらの積層した複数の複屈折板の厚みを
考慮した３方向の総加平均の主屈折率をｎ１ｌｌ、ｎｙ
＠、　ｎａｇとし、ｎｘａ、ｎｙｓを面内方向の屈折率
としくｒ＋ｇｓ＞ｎｙ、）、ｎａｇを複屈折板の厚み方
向の屈折率とした場合、０．１≦（ｎｚｍ−ｎｙｊ／　
（ｎｘｍ−ｎｙｊ≦１となるような複屈折板を配置した
ことを特徴とする液晶表示素子、及び、その液晶層の両
側であって一対の偏光板の内側に配置された複屈折板が
、夫々一対の光軸が膜厚方向にある正の１軸性複屈折板
の間に光軸が面内にある正の１軸性複屈折板を挾んだ構
成であり、これらの積層した複数の複屈折板の厚みを考
慮した３方向の総加平均の主屈折率をｎｘ、、ｎｙｍ、
ｎｚｇとし、ｎｘｉ、ｎｙｉを面内方向の屈折率としく
ｎｘｉ＞ｎｙｊ、ｎｉｌを複屈折板の厚み方向の屈折率
とした場合、０．１≦（ｎａｇ−ｎｙｓ）／　（ｎｘｓ
−ｎｙｉ）　＜　３となるような複屈折板を配置したこ
とを特徴とする液晶表示素子を提供するものである。

本発明では、液晶層と一対の偏光板との両方の間に、夫
々少なくとも１枚以上の一軸性複屈折板を配置する。さ
らに、その少なくとも一方には少なくとも２枚の一軸性
複屈折板が配置される。この２枚以上の積層された一軸
性複屈折板は、光軸が面内にある正の一軸性複屈折板と
、光軸が膜厚方向にある正の一軸性複屈折板とを夫々少
なくとも１枚以上用いる。さらに、これらの複数の複屈
折板の厚みを考慮した３方向の総加平均の主屈折率をｎ
ｘｓ、　ｎｙｓ、　ｎｚｓとし、ｎｉｌ、　ｎｙ、を複
屈折板面内方向の屈折率としくｎｘｃ〉ｎ、）、ｎｘｇ
を複屈折板の膜厚方向の屈折率とした場合、　０．１≦
（’１１−　ｎｙＪ／　（ｎｘｓ　−ｎｙｓ）≦１とな
るような複屈折板を配置したものである。

これにより、本発明では液晶表示素子全体としては少な
くとも３枚の一軸性複屈折板が用いられることになる。

具体的には、合計して少なくとも２枚の光軸が面内にあ
る正の一軸性複屈折板と、少なくとも１枚の光軸が膜厚
方向にある正の一軸性複屈折板とが用いられる。

また、一対の光軸が膜厚方向にある正の１軸性複屈折板
の間に光軸が面内にある正の１軸性複屈折板を挟んだ構
成の複屈折板を液晶層の両側に配置する場合には、この
範囲が広（なり、０．１≦（ｎｚｍ−ｎｙｉ）／　（ｎ
＋＋１−ｎｙ、）≦３となる。この場合には少なくとも
６枚の一軸性複屈折板が用いられることになる。

このため、液晶１は１層でよく、生産性を下げたり、色
ムラを起こしやすい第２の液晶層を設けなくても、明る
い白黒表示の液晶表示素子が容易に得られる。さらに光
軸が面内にある正の一軸性複屈折板のみを用いた場合に
比して、斜め方向から見た場合の表示の品位の劣化が少
なく、視野角の広い白黒表示の液晶表示素子が容易に得
られる。

この液晶層は従来のスーパーツイスト液晶表示素子の液
晶層と同じ構成の液晶層であり、電極群が対向しており
、これにより各ドツト毎にオンオフを制御可能とされる
。この液晶層のツイスト角は約１６０〜３００°　とさ
れる。

具体的には、ほぼ平行に配置された一対の透明電極基板
間に旋光性物質を含有した誘電異方性が正のネマチック
液晶を挟持し、両電極間での液晶分子のツイスト角を１
６０〜３００°とすれば良い。これは、　１６０°未満
では急峻な透過率変化が必要とされる高デーティでの時
分割駆動をした際のコントラストの向上が少なく、逆に
３００”を越えるとヒステリシスや光を散乱するドメイ
ンを生じ易いためである。

また液晶層の液晶の屈折率異方性（Δｎ、）とその液晶
層の厚み（ｄ、）との積Δｎ１・ｄｌが０．４〜１．５
μｍとされる。

これは、０．４ＬＬｍ未満では、オン時の透過率が低（
、青味がかった表示色になりやすく、また、　１．５μ
ｍを越えると、オン時の色相が黄色から赤色を呈し、白
黒表示となりに（い。

特に、表示色の無彩色化が厳しく要求される用途では、
液晶層のΔｎ、・ｄｌは０．５〜１．０μｍとされるこ
とが好ましい。

なお、このΔｎ１・ｄ、の範囲は、その液晶表示素子の
使用温度範囲内で満足されるようにされることが好まし
く、使用温度範囲内で美しい表示が得られる。もっとも
外の性能の要求のために、使用温度範囲の一部でのみ、
この関係を満足するようにされることもありうる。この
場合には、Δｎ＋　”　ｄ＋の範囲が上記範囲からはず
れる温度範囲では、表示が色付いたり、視野角特性が低
下したりすることとなる。

所望のパターンにパターニングをしたＩＴＯ（Ｉｎ２０
ｍ−３ｎ０２）　、Ｓｎｏｗ等の透明電極を設けたプラ
スチック、ガラス等の基板の表面にポリイミド、ポリア
ミド等の膜を設け、この表面をラビングしたり、ＳｉＯ
等を斜め蒸着したりして配向制御膜を形成した透明電極
付きの基板を準備して、この透明電極付きの基板の間に
、前記した誘電異方性が正のネマチック液晶による１６
０〜３００°ツイストの液晶層を挟持するようにされる
。この代表的な例としては、多数の行列状の電極が形成
されたドツトマトリックス液晶表示素子があり、一方の
基板に６４０本のストライブ状の電極が形成され、他方
の基板にこれに直交するように４００本のストライブ状
の電極が形成され、　６４０Ｘ　４００ドツトのような
表示がなされる。さらにこの６４０本のストライブ状の
電極を夫々　３本−組として１９２０本のストライブ状
の電極とし、ＲＧＢのカラーフィルターを配置してフル
カラーで６４０Ｘ　　４００ドツトの表示をすることも
できる。

なお、電極と配向制御膜との間に基板間短絡防止のため
にＴｉＯ□、５ｉｆｔ、Ａ１１ａｓ等の絶縁膜を設けた
り、透明電極にＡｔ、Ｃｒ、Ｔｔ等の低抵抗のリード電
極を併設したり、カラーフィルターを電極の上もしくは
下に積層したりしてもよい。

この液晶層の間外側に一対の偏光板を配置する。この偏
光板自体もセルを構成する基板の外側に配置することが
一般的であるが、性能が許せば、基板自体を偏光板と複
屈折板で構成したり、基板と電極との間に複屈折層と偏
光層として設けてもよい。

本発明では、液晶層と一対の偏光板との間の両方に（液
晶層の両側に）隣接して、夫々少なくとも１枚の一軸性
複屈折板を配置し、その少なくとも一方には、光軸が面
内にある正の一軸性複屈折板と、光軸が膜厚方向にある
正の一軸性複屈折板とを夫々少なくとも１枚以上積層し
て用いる。これらの複屈折板は、液晶層と偏光板との間
に設ければよく、例えば、液晶層と電極の間に層状に設
けたり、電極と基板の間に層状に設けたり、基板自体を
複屈折板としたり、基板と偏光板との間に層状に設けた
り、それらを組み合わせて設けたりすれば良い。また、
これらの複屈折板は一方は１枚のみ、他方は２枚以上積
層して用いてもよいし、両側とも２枚以上積層して用い
てもよい。積層する場合、その順序は、いずれの−軸性
複屈折板が液晶層側に来てもよい。

本発明の複屈折板は、後述の複屈折性を示す透明板であ
れば使用でき、プラスチックフィルム、無機の結晶板等
が使用可能である。

この複屈折板の内、光軸が面内にある正の一軸性複屈折
板とは、その３個の主屈折率をｎｏ、ｎｙｌ、ｎｙｓと
し、　ｎｏ、ｎｙｔを複屈折板面内方向の屈折率としく
ｎｘ　＋　＞　ｎｙ　＋　）、ｎｘ＋を複屈折板の膜厚
方向の屈折率とした場合、光軸がＸ軸方向になり、ｎＸ
ｌ　＞ｎｙｔ　＝ｎよ、となるような複屈折板である。

また、光軸が膜厚方向にある正の一軸性複屈折板とは、
その３個の主屈折率をｎｘｚ、ｎｙｚ、ｎｚ□とし、ｎ
ｘｚ、　ｎｙｔを複屈折板面内方向の屈折率としくｎｘ
＊＝ｎｙｉ）、ｎ、を複屈折板の膜厚方向の屈折率とし
た場合、ｎｘｘ　＞ｎｘｘ　＝ｎｙｉとなるような複屈
折板である。

本発明では、この先軸が面内にある正の一軸性複屈折板
と光軸が膜厚方向にある正の一軸性複屈折板とを、夫々
少なくとも１枚積層して用い、その膜厚を考慮して総合
した平均の３方向の主屈折率をｎｘａ、ｎＶ、、ｎｅｔ
とし、ｎ１１！、　ｎ１１１を複屈折板面内方向の屈折
率としくｎｘｓ＞ｎｙｓ）、ｎｚｇを複屈折板の膜厚方
向の屈折率とした場合に、０．１≦（ｎｚｉ−ｎｙｊ／
　（ｎｌｌｌｌ−ｎｙａ）≦１となるような複数の複屈
折板を積層する。この関係は、液晶層の片面にのみ２枚
の一軸性複屈折板を用いた場合には、その片側に配置さ
れた２枚の一軸性複屈折板のみがこの関係を満足するよ
うにされ、液晶層の両面に夫々２枚の一軸性複屈折板を
用いた場合には、両方ともこの関係を満足するようにす
る。

なお、一対の光軸が膜厚方向にある正の１軸性複屈折板
の間に光軸が面内にある正の１軸性複屈折板を挟んだ構
成の複屈折板を液晶層の両側に配置する場合には、この
範囲は０．１≦（ｎ２８−ｎｙｓ）／　（ｎ、、　−ｎ
、、）≦３と広（なる。

ここで、ｎｘｓ、　ｎｙｉ、ｎｚｍについて説明する。

その光軸が面内のＸ軸方向にある正の一軸性複屈折板が
ｉ枚あり、夫々の３方向の主屈折率をｎｘｚ、ｎＶ目、
ｎｚｚ　（ｎｘ口＞ｎｙ＋＋＝ｎｚｚ）とし・膜厚をβ
、Ｉとする。また、同様に光軸が膜厚方向であるＺ軸方
向にある正の一軸性複屈折板が５枚あり、夫々の３方向
の主屈折率をｎＸ□、ｎｙｚ＝、ｎｚ２ｊ（ｎｘｚ、＋
＞ｎ真ｚｊ＝ｎｙｚｊ）とし・膜厚を２２、とする。こ
の場合、これらの厚みを考慮した３方向の屈折率の総加
平均ｎ、、、　ｎ、、、ｎよ、は以下のように表わせる
。

所望の複屈折効果を得るためには、複屈折板のりタープ
−ジョンΔｎ２・ｄ２を調整して使用するが、夫々１枚
づつの複屈折板では調整できない場合には、上述したよ
うに同じ複屈折板または異なる複屈折板を積層して用い
、３個の主屈折率の方向が夫々一致するように複数枚組
合せて用いて、Δｎｉ　”　ｄｚ＝　（ｎｘｓ−ｎｙ、
）”　ｄａが条件を満足するように設定すればよい。

良好な白黒表示を行うためには、ある特定のツイスト角
とΔｎ１・ｄｌを持った液晶層に対し、複屈折板のΔｎ
２・ｄ２の大きさ及びそれらの貼り付は方向、さらに一
対の偏光板の偏光軸の方向を最適化することが重要であ
る。

全部の複屈折板の合計したΔｎ２・ｄ２の大きさは、概
略液晶層のΔｎ１・ｄ、の大きさとほぼ同じの値か、そ
れよりも少し小さめに設定すれば良好な白黒表示を得易
い。具体的には、約０．１〜１．５ＬＬｍとされればよ
い。

特に、液晶層の両側の複屈折板のΔｎ２・ｄ２の大きさ
をほぼそろえることが色相の点からみて好ましい。具体
的には、夫々の側で約０．０５〜０．７５μｍとされる
ことが好ましい。

そして、次に角度依存性を良くするために、ｎｚｓの調
整が必要である。

本発明では、積層された一軸性の複屈折板において（ｎ
ｉｇ−ｎｙｉ）／　（ｎｘａ−ｎｙｊの値を０．１以上
で１以下にすることが好ましい。これは、この値が０．
１未満の場合には、−軸性の複屈折板を１枚だけ使用し
た場合との効果の差が十分得られにくいためであり、　
１を越えた場合には、視野角が狭くなる傾向があるため
である。なお、一対の光軸が膜厚方向にある正の１軸性
複屈折板の間に光軸が面内にある正の１軸性複屈折坂を
挟んだ構成の複屈折板を液晶層の両側に配置する場合に
は、使用可能な範囲が０．１≦（ｎｚｓｎｙ＊）／　（
ｎｘｓ−ｎｙ、）≦３と広（なる。

以下図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

第１図は本発明による液晶表示素子を模式的に現わした
斜視図である。第２図（Ａ）（Ｂ）は、夫々上から見た
第１図の上側の偏光板の偏光軸方向、光軸が面内方向に
ある上側の正の一軸性の複屈折板の光軸方向及び液晶層
の上側の液晶分子の長軸方向、並びに、下側の偏光板の
偏光軸方向、光軸が面内方向にある下側の正の一軸性の
複屈折板の光軸方向及び液晶層の下側の液晶分子の長軸
方向の相対位置を示した平面図である。

第１図において、　ｌ、２は一対の偏光板、３は文字や
図形を表示するためのΔｎ１・ｄｌが０．４〜１．５μ
ｍの誘電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が
１６０〜３０ｏ°の左らせん（上から見て反時計方向の
ねじれ）液晶層、４Ａはその上に積層された光軸が面内
方向にある正の一軸性の複屈折板、４Ｂは光軸が膜厚方
向にある正の一軸性の複屈折板、５Ａは液晶層の下側に
積層された光軸が面内方向にある正の一軸性の複屈折板
、５Ｂは光軸が膜厚方向にある正の一軸性の複屈折板、
６は上側の偏光板の偏光軸、７は下側の偏光板の偏光軸
、８は液晶層の上側の液晶分子、９は液晶層の下側の液
晶分子、ＩＯＡ、ＩＩＡは夫々光軸が面内方向にある正
の一軸性の複屈折板４Ａ、５Ａの光軸の方向、　１０Ｂ
、ＩＩＢは夫々光軸が膜厚方向にある正の一軸性の複屈
折板４Ｂ、５Ｂの光軸の方向を示している。この例では
、液晶層の両側に夫々光軸が面内方向にある正の一軸性
の複屈折板及び光軸が膜厚方向にある正の一軸性の複屈
折板を１枚ずつ用いている。

本発明で用いる複屈折板の屈折率の定義について第３図
を参照して説明する。

先ず第３図のように座標軸をとる。第３図において、１
２Ａは光軸が面内方向にある厚さがβ１の正の一軸性の
複屈折板であり、Ｘ軸方向を光軸方向とすると、その３
個の主屈折率ｎＸｎｙ＋、ｎｚ＋に対し、ｎｘ＋　＞ｎ
、　：ｎ、、の関係がある。

また、　１２Ｂは光軸が膜厚方向にある厚さが２２の正
の一軸性の複屈折板であり、ｎ２２〉ｎｘｚ　＝ｎｙｚ
の関係がある。

また、本発明ではこれらの複屈折板の厚みを考慮した３
方向の屈折率の総加平均ｎＸ１．ｎ１ｌｔ。

ｎｚｉに対し、　０．１≦（ｎｉｉ−ｎｙｉ）／　（ｎ
ｘｓ−ｎｙｊ　＜１または、一対の光軸が膜厚方向にあ
る正の１軸性複屈折板の間に光軸が面内にある正の１軸
性複屈折板を挟んだ構成の複屈折板を液晶層の両側に配
置する場合には≦３を満足することが必要である。

また、この例では、 となる。

第２図において、液晶層の上側の液晶分子８の長軸方向
からみた上側の偏光板の偏光軸６の方向を時計回りに計
ったものを０１、液晶層の上側の液晶分子８の長軸方向
からみた上側の光軸が面内方向にある正の一軸性の複屈
折板４Ａの光軸の方向１０Ａを時計回りに計ったものを
０２、液晶層の下側の液晶分子９の長軸方向からみた下
側の偏光板の偏光軸７の方向を時計回りに計ったものを
０３、液晶層の下側の液晶分子９の長軸方向からみた下
側の光軸が面内方向にある正の一軸性の複屈折板５Ａの
光軸の方向ｌｌＡを時計回りに計ったものをθ、とする
。本発明ではこのθ１、θ２、θ５、θ４を白黒表示と
なるように最適化すればよい。なお、光軸が膜厚方向に
ある正の一軸性の複屈折板は、当然ながら挿入しさえす
れば良く、その方向には依存しない。

本発明の液晶表示素子をネガ型表示で使用する場合に、
例えば、液晶層のねじれ角を２４ｏ。

程度とし、そのΔｎ１・ｄｌを０．８０μｍ程度とし、
その上下に配置した複屈折板の夫々のΔｎ２・ｄ２を０
．４０μｍ程度（上下合計して０．８０μｍ程度）とす
れば、一対の偏光板の偏光軸をほぼ６０〜１２０°程度
の角度で交差するように配置することが好ましい。

また、同じ液晶層と複屈折板とを使用し、ポジ型表示で
使用する場合には、片側の偏光板の偏光軸をほぼ９０°
回転した状態に配置することが好ましい。これにより、
この液晶表示素子は、視角特性に優れたコントラストの
高い白黒表示が可能となる。

この場合、特にネガ表示については、５°≦０２≦１４
０”　、　４０”　≦ｅ、　≦１７０’とすルコトによ
り、オフの透過率が低（、オンの透過率が高い充分なコ
ントラストを持つ表示が実現できるため好ましい。

また、θ３、θ２、θ３、θ４に関しては、θ１くθ２
とした場合にはθ３くθ４とすることが好ましく、θ１
〉θ２とした場合にはθ、〉θ４とすることが好ましい
。

これにより、この液晶表示素子は視野角特性に優れたコ
ントラスト比の高い白黒表示が可能になる。

特に、４０″≦０２≦１４０°でかつ４０°≦０４≦１
４０”　とすることにより、オフの透過率が低（、充分
なコントラスト比が得られるため好ましい。

また、上記例では、液晶層を左らせんとしたが、らせん
が逆の場合には、液晶層の液晶分子の長軸方向、偏光板
の偏光軸の方向、光軸が面内方向にある正の一軸性の複
屈折板の光軸の方向との関係θ２、θ２、θ３、θ４を
反時計回りにして、同様に選ぶことにより、上記例と同
様に容易に白黒表示が得られる。

以上の説明は、液晶表示素子の垂直方向に対して得られ
た最適化であり、光軸が面内方向にある正の一軸性の複
屈折板のみを用いた場合と同様である。しかし、この−
軸性の複屈折板のみで補償した場合には、垂直方向では
うよ（補償して高コントラストの白黒素子にできても、
斜め方向では補償がずれて色付いたり、白黒が逆転して
しまうことがある。

本発明では、液晶層と一対の偏光板との間に配置した複
屈折板の屈折率の総加平均を０．１≦（ｎｚｉ−ｎｙｓ
）／（ｎ、、−ｎｙｓ）〈１となるようにすることによ
り、斜め方向から見た場合の色付を防止し、見栄えを向
上させることができる。

この（ｎｉｍ−ｎｙｇ）／　（ｎ＋＋ｍ−ｎｙ、）は　
１より大きくても０．１より小さくても、角度依存性は
低下し斜め方向から見た場合の見栄えが低下する。なお
、一対の光軸が膜厚方向にある正の１軸性複屈折板の間
に光軸が面内にある正の１軸性複屈折板を挟んだ構成の
複屈折板を液晶層の両側に配置する場合にはこの範囲は
０．１〜３となる。

本発明における複屈折板としては、２種類の一軸性複屈
折板が必要である。光軸が面内にある正の一軸性複屈折
板としては、通常の一軸延伸フィルムや結晶板を用いる
ことができる。また、光軸が膜厚方向にある正の一軸性
複屈折板としては、特殊な製法による高分子フィルム、
例えば高分子液晶フィルムやＬＢ膜または結晶板等が用
いられる。また、これらの複屈折板は厚み方向の屈折率
が均一でなくても使用でき、厚み方向の平均の屈折率が
前記した条件を満足していればよい。

なお、本発明では、白黒表示に近く、視野角の広い表示
が得られるため、カラーフィルターを併用してカラフル
な表示が可能となる。特に、高デユーテイ駆動でも、コ
ントラスト比が高（採れるため、フルカラーによる階調
表示も可能であり、液晶テレビにも使用できる。

このカラーフィルターは、セル内面に形成することによ
り、視角によるズレを生じな（、より精密なカラー表示
が可能となる。具体的には、電極の下側に形成されても
よいし、電極の上側に形成されてもよい。

また、より色を完全に白黒化する必要がある場合には、
色を補正するためのカラーフィルターや、カラー偏光板
を併用したり、液晶中に色素を添加したり、あるいは特
定の波長分布を有する照明を用いたりしてもよい。

本発明は、このような構成の液晶セルに電極に電圧を印
加するための駆動手段を接続し、駆動を行う。

特に、本発明では明るい表示が可能なため、透過型でも
反射型でも適用可能であり、その応用範囲が広い。

なお、透過型で使用する場合には裏側に光源を配置する
。もちろん、これにも導光体、カラーフィルター等を１
井用してもよい。

本発明の液晶表示素子は透過型で使用することが多いが
、明るいため反射型で使用することも可能である。

透過型で使用する場合、画素以外の背景部分を印刷等に
よる遮光膜で覆うこともできる。また、遮光膜を用いる
とともに、表示した（ない部分に選択電圧を印加するよ
うに、逆の駆動をすることもできる。

本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内で、
通常の液晶表示素子で使用されている種々の技術が適用
可能である。

本発明では、時分割特性がスーパーツイスト液晶表示素
子と同程度であるうえ、前述したように明るく鮮明な白
黒表示が可能なため、赤、緑、青の三原色の微細カラー
フィルターをセル内面等に配置することにより、高密度
のマルチカラー液晶表示素子とすることも可能である。

本発明の液晶表示素子は、パーソナルコンピューター、
ワードプロセッサー、ワークステーション等の表示素子
として好適であるが、この外液晶テレビ、魚群探知器、
レーダー、オシロスコープ、各種民生用ドツトマトリッ
クス表示装置等白黒表示、カラー表示をとわず種々の用
途に使用可能である。

（作用］ 本発明の動作原理については、必ずしも明らかではない
が、およそ次のように推定できる。

まず、液晶表示素子を垂直方向から見た場合について考
察する。

第４図（Ａ）は、本発明の液晶表示素子と対比するため
に複屈折板を使用しないスーパーツイスト液晶表示素子
の構成を示す側面から見た模式図であり、ねじれ角が１
６０〜３００°で、Δ旧・ｄｌが０．４〜１．５μｍの
正の誘電異方性を有するネマチック液晶による液晶層２
３、とその上下に配置された一対の偏光板２１．２２と
を示している。この例では上下に配置された一対の偏光
板２１．２２の偏光軸の交差角を９０°としている。

このような構成の液晶表示素子の場合、液晶層に電圧が
印加されていない状態または非選択電圧のような低い電
圧が印加された状態において、入射側の下側の偏光板２
２を通してほぼ完全に直線偏光化された光が、この液晶
層２３を透過すると、だ円偏光状態となる。このだ円偏
光の形や方向は光の波長により異なり、光を赤緑青の３
原色に分けて考えると、第４図（Ｂ）のようになる。こ
れらの形も方向も異なっただ円偏光が出射側の上側の偏
光板２１を通過すると、赤緑青の光によって通過する光
の強度が夫々異なり、そのため特定の色に着色して見え
ることとなる。なお、第４図（Ｂ）において２６．２７
は夫々偏光板２１．２２の偏光軸を示す。

これに対して、本発明では第５図（Ａ）にその側面から
見た模式図を示すように、ねじれ角が１６０〜３００’
で、Δｎｌ　”　ｄｌが０．４〜１．５μｍの正の誘電
異方性を有するネマチック液晶による液晶層３３、その
上側に配置された光軸が面内にある正の一軸性の複屈折
板３４Ａ、光軸が膜厚方向にある正の一軸性の複屈折板
３４Ｂ、液晶層３３の下側に配置された光軸が面内にあ
る正の一軸性の複屈折板３５Ａ、光軸が膜厚方向にある
正の一軸性の複屈折板３５Ｂ、さらに上下に配置された
偏光板３１．３２とを示している。

この例では、液晶層のねゆれ角を２４０゜Δｎ１・ｄｌ
を０．８０μｍとし、上下に配置された一対の偏光板３
１．３２の偏光軸の交差角を９０°としている。

なお、この例では説明を簡単にするために本発明の２種
類の複屈折板を液晶セル両面に夫々１枚づつ配置して合
計で４枚使用しているが、夫々２枚以上の複屈折板を３
個の主屈折率の方向が夫々一致するように積層して片面
で３枚以上組み合わせて用いても良いし、片側は１枚の
複屈折板を用いてもよい。

この複屈折板は、それ自体を偏光板の間に挟持すると、
垂直方向から見た場合、この複屈折板のΔｎ２・ｄ２の
値によって、入射直線偏光を任意のだ円偏光にしたり、
円偏光にしたり、あるいは直線偏光に戻したりできる性
質がある。そのため、適当なΔｎ２・ｄ２の複屈折板を
液晶層に重ねることにより、第５図（Ｂ）のようにする
ことができる。

即ち、液晶層に電圧が印加されていない状態または非選
択電圧のような低い電圧が印加された状態において、入
射側の下側の偏光板３２を通してほぼ完全に直線偏光化
された光が、複屈折板３５Ｂを通過するが、この複屈折
板は光軸が膜厚方向にあるため、垂直方向に進行する光
に対しては同等影響を与えない。次に、光は複屈折板３
５Ａを通過するが、この複屈折板は光軸が面内にあるた
め、直線偏光がだ円偏光となる。

このだ円偏光が、液晶層３３を透過するとまた別のだ円
偏光状態となる。

このだ円偏光となった光が複屈折板３４Ｂを通過するが
、この複屈折板は３５Ｂと同様光軸が膜厚方向にあるた
め、垂直方向に進行する光に対しては同等影響を与えな
い。次に、このだ円偏光は複屈折板３４Ａを通過するが
、この複屈折板は３５Ａと同様所謂普通の正の一軸性の
複屈折板であるため、条件によってはだ円偏光を再度直
線偏光に近い状態に戻しつる。

これは、光を赤緑青の３原色に分けて考えると、第５図
（Ｂ）のようになる。この例のように、赤緑青の偏光軸
の方向がほぼ揃い、かつ、ほぼ直線偏光に戻っている場
合、出射側の偏光軸の向きにかかわらず、通過する光強
度の波長依存性をな（すことができる。即ち、無彩色化
することができることとなる。

この例のように、その偏光軸を９０°程度交差して偏光
板を設置して、出射側での偏光が出射側である上側の偏
光板の吸収軸と一致している場合には、透過光強度は最
も小さ（なり、黒（見えることとなる。これにより、ネ
ガ表示となる。なお、第５図（Ｂ）において３６．３７
は夫々偏光板３１．３２の偏光軸を示す。

逆に、上側の偏光板の偏光軸を９０″回転して出射側の
偏光の方向とほぼ平行にしてあれば、これらの強度は大
きいこととなり白く見えることとなり、ポジ表示となる
。

なお、表示のネガ、ポジは、液晶層のねじれ角、そのΔ
ｎ１・ｄｌ、複屈折板のΔｎ２・ｄ２、それらと偏光板
との角度θ１、θ２、θ３、θ４等の構成用件を変える
ことにより変わる。

一方、この構成で液晶層に充分な電圧を印加した場合に
は、液晶層を透過しただ円偏光の形や方向が電圧印加前
と異なって（る。

そのため、複屈折板を通過した後のだ円偏光状態も異な
り、これによって透過率が変化し、表示が可能になる。

しかし、複屈折板の挿入により、電圧を印加しない状態
でうまくだ円偏光の形や方向を揃えられて黒または白の
状態ができたとはいえ、かならずしも電圧印加状態で白
または黒の状態になるとは限らない。このため、液晶層
のツイスト角、Δ旧・ｄ、等のパラメータにより、複屈
折板のΔｎ２・ｄ２、その光軸方向、偏光板の偏光軸方
向等を実験的に最適化することが好ましい。

このように、液晶表示素子を垂直方向から見た場合には
、複屈折板として単に光軸が面内方向にある正の一軸性
の複屈折板のみを使用しても、条件を最適化すれば、良
好な白黒表示素子を得ることができる。

しかし、このような白黒表示素子を斜め方向から見た場
合には、表示が色付いて見えたり、白黒が逆転して見え
たりすることがある。

これは、もともと液晶分子自体は一軸性であるが、液晶
セル内ではらせん構造を取っており、さらにマルチプレ
ックス駆動のために、液晶セルに選択電圧や非選択電圧
を印加した場合には、中央付近の液晶分子が立ち上がっ
ているため、もはや−軸性の媒体とは見なせなく、疑似
的な二軸性の媒体と見なせるためである。

本発明では、これを前述のような特性の複屈折板で補正
することにより、斜め方向から見た場合の視認性が向上
する。これにより広い視角が得られる。

即ち、第５図では４枚の複屈折板３４Ａ、３４Ｂ及び３
５Ａ、３５Ｂの組み合せによって、このような特性を持
たせている。即ち、前述したように、複屈折板３４Ｂ、
３５Ｂは光軸が膜厚方向にある正の一軸性複屈折板であ
るため、垂直方向に進行する光に対しては同等影響を与
えない。しかし、液晶セルに対して斜めに進行する光に
対しては、複屈折性が発生することとなる。このため、
複屈折板３４Ａ、３５Ａとのマツチングをうまくとるこ
とにより、液晶層の２軸性をうまく補正することができ
る。

［実施例１ 実施例１〜１１ 第１の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯ透
明電極をストライブ状にバターニングし、蒸着法により
ＳｉＯ□による短絡防止用の絶縁膜を形成し、ポリイミ
ドのオーバーコートをスピンコードし、これをラビング
して配向制御膜を形成した基板を作成した。

第２の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯ透
明電極を第１の基板と直交するようにストライブ状にバ
ターニングし、Ｓｉｎｇの絶縁膜を形成し、ポリイミド
のオーバーコートをし、これを第１の基板のラビング方
向と交差角６０°となるようにラビングして配向制御膜
を形成した基板を作成した。

この２枚の基板の周辺をシール材でシールして、液晶セ
ルを形成し、この液晶セル内に誘電異方性が正のネマチ
ック液晶を注入して２４０゜ねじれの液晶層となるよう
にし、注入口を封止した。この液晶層ではΔｎ、・ｄｌ
は０．８２μｍであった。

この液晶セルと偏光板との間に第１表（実施例１〜３）
、第２表（実施例４〜６）、第３表（実施例７〜９）、
第４表（実施例１Ｏ〜１１）及び第５表（比較例１〜３
）に示すような屈折率を持つ種々の複屈折板を夫々貼り
付けて視野角の広さを比較した。

この液晶表示素子の液晶分子の長軸方向、偏光板の偏光
軸方向及び光軸が面内にある正の一軸性の複屈折板の光
軸の方向との相対的な関係は、θ、＝６０°　θ２＝８
０°　θ３＝２５゜θ、＝９０°とした。

また、評価は、　ｌ／２００デユーテイ、ｌ／１５バイ
アスで駆動してオン状態、オフ状態でのコントラスト比
で行った。

第　　１　　表 第　　２　　表 第 ４ 表 その結果を第６図〜第１９図に示す。第６図〜第１９図
は、等コントラスト曲線と呼ばれるもので、セルの観察
方向を極座標表示し、その角度を（θ、ψ）と表わした
場合、この（θ、ψ）により、液晶セルのコントラスト
比がどのように変化しているかなθを０〜５０”で変化
させ、甲を０〜３６０°変化させて示したものである。

なお、ψは図の主視角方向（下方）を０゜とし、反時計
回りに０〜３６０°とし、θは中心を０８とし、同心円
状に０〜５０°とした。コントラスト比の曲線は１．１
Ｏ１５０のみを示した。

第６図〜第１６図が、本発明による液晶表示素子の実施
例であり、第１７図〜第１９図は比較例である。

本発明では、第１表〜第４表に示すように、るような特
性の複屈折板を使用している。より具体的には、通常の
場合実施例１〜８に示すように０．１≦Ｎ＜　１とされ
、２枚の光軸が膜厚方向にある正の１軸性複屈折板の間
に光軸が面内にある正の１軸性複屈折板を挟んだ構成の
複屈折板を液晶層の両側に配置する場合には、実施例９
〜１１に示すように０．１≦Ｎ≦３とされている。

このため、従来の単なる一軸性の複屈折板のみの場合（
ｎｙｓ　＝ｎｕｓであり、Ｎ＝０、比較例３、第１９図
）より、斜線で示したコントラスト比が１以下、即ち、
白黒のコントラストが逆転してしまう領域が非常に小さ
（なった。また、コントラスト比が高い領域（１０以上
）も広くなり、視野角が広く高コントラスト比の素子が
可能になった。

一方、本発明以外の複屈折板を用いた場合、即ち、比較
例１　（Ｎ＞３　）及び比較例２（Ｎく０．１）の場合
には、夫々第１７図及び第１８図のように、やはり本発
明のものよりも視野角が狭（、かつ、コントラスト比の
高い領域も狭いことがわかった。

実施例１２〜２２ 実施例１〜１１の液晶表示素子の電極骨の基板の一方の
基板として、基板上にストライブ状に３色のカラーフィ
ルター層を形成し、その上に電極を形成した電極付基板
を用いてセルを構成し、駆動したところ、フルカラーの
階調駆動が可能であった。

［発明の効果］ 以上に説明したように本発明は、従来の２層型スーパー
ツイスト液晶表示素子または一軸性複屈折板を積層した
スーパーツイスト液晶表示素子と比べて、広い視野角及
びより優れたコントラスト比を持つ白黒表示が可能とな
り、鮮明で表示品位の高いポジ型あるいはネガ型の表示
が得られる。

また、時分割表示特性や視野角特性も従来のスーパーツ
イスト液晶表示素子と遜色がない等の優れた効果を有す
る。

また、表示が白黒に近（、かつ、広視野ということから
、カラーフィルターと組み合わせることにより、カラフ
ルな表示が可能となり、特に、赤、緑、青のカラーフィ
ルターを画素ごとに配置することにより、マルチカラー
やフルカラーの表示も実現できるという効果も認められ
、より多様性のある応用が開ける。

特に、本発明では白黒表示が可能であるにもかかわらず
、明るい表示が可能であり、透過型のみならず、反射型
の表示も可能であり、その応用範囲が広いものである。

さらに、本発明では、単に複屈折板を配置するのみで、
第２の液晶層を設けな（ても明るい白黒表示が可能なも
のであり、液晶表示素子の生産性が極めて高いという利
点も有する。

本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で今後とも種
々の応用が可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶表示素子を模式的に現わした
斜視図である。 第２図（Ａ）（Ｂ）は、夫々上から見た上側及び下側の
液晶分子の長軸方向、偏光板の偏光軸方向及び光軸が面
内方向にある正の一軸性の複屈折板の光軸の方向の相対
位置を示した平面図である。 第３図は、本発明に使用する２種類の複屈折板の主屈折
率の定義を示す斜視図。 第４図（Ａ）（Ｂ）は、単なるスーパーツイスト液晶表
示素子の構成を示した模式図及びその偏光の状態を説明
する平面図。 第５図（Ａ）（Ｂ）は、本発明の液晶表示素子の構成を
示した模式図及びその偏光の状態を説明する平面図。 第６図〜第１９図は、液晶表示素子の等コントラスト曲
線を示した図。 ｌ、２．２１．２２．３１．３２は偏光板、３．２３．
３３は液晶層、 ４Ａ、４Ｂ、５Ａ、５Ｂ、　１２Ａ、　１２Ｂ、３４Ａ
、３４Ｂ、３５Ａ、３５Ｂは複屈折板、 ６．７．２６．２７．３６．３７は偏光軸、８．９は液
晶分子の長軸方向、 １０Ａ、ＩＯＢ、　ＪＩＡ、　ＩＩＢは複屈折板の光軸
の方向第 １ 図 ０Ａ 第 図 ６ 第 図 ８０ １８０ 第 図 ８０ 第１７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の透
   明電極付きの基板間に挟持された旋光性物質を含有した
   誘電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が１６
   ０〜３００°の液晶層と、この液晶層を挟持する上下の
   基板の透明電極間に電圧を印加する駆動手段とを有し、
   この液晶層の外側に一対の偏光板を設置し、液晶層の両
   外側であって一対の偏光板の内側に夫々１枚以上の複屈
   折板を配置した液晶表示素子において、液晶層での液晶
   の屈折率異方性Δｎ＿１と液晶層の厚みｄ＿１との積Δ
   ｎ＿１・ｄ＿１が０．４〜１．５μｍとされ、前記液晶
   層の両側に配置された複屈折板の内少なくとも一方の複
   屈折板は、その光軸が面内にある正の１軸性複屈折板と
   、光軸が膜厚方向にある正の１軸性複屈折板とを夫々少
   なくとも１枚以上用い、これらの積層した複数の複屈折
   板の厚みを考慮した３方向の総加平均の主屈折率をｎ＿
   ｘ＿ｓ、ｎ＿ｙ＿ｓ、ｎ＿ｚ＿ｓとし、ｎ＿ｘ＿ｓ、ｎ
   ＿ｙ＿ｓを面内方向の屈折率とし（ｎ＿ｘ＿ｓ＞ｎ＿ｙ
   ＿ｓ）、ｎ＿ｚ＿ｓを複屈折板の厚み方向の屈折率とし
   た場合、０．１≦（ｎ＿ｚ＿ｓ−ｎ＿ｙ＿ｓ）／（ｎ＿
   ｘ＿ｓ−ｎ＿ｙ＿ｓ）＜１となるような複屈折板を配置
   したことを特徴とする液晶表示素子。
2. （２）請求項１の液晶層の両側であって一対の偏光板の
   内側に配置された複屈折板が、夫々一対の光軸が膜厚方
   向にある正の１軸性複屈折板の間に光軸が面内にある正
   の１軸性複屈折板を挟んだ構成であり、これらの積層し
   た複数の複屈折板の厚みを考慮した３方向の総加平均の
   主屈折率をｎ＿ｘ＿ｓ、ｎ＿ｙ＿ｓ、ｎ＿ｚ＿ｓとし、
   ｎ＿ｘ＿ｓ、ｎ＿ｙ＿ｓを面内方向の屈折率とし（ｎ＿
   ｘ＿ｓ＞ｎ＿ｙ＿ｓ）、ｎ＿ｚ＿ｓを複屈折板の厚み方
   向の屈折率とした場合、０．１≦（ｎ＿ｚ＿ｓ−ｎ＿ｙ
   ＿ｓ）／（ｎ＿ｘ＿ｓ−ｎ＿ｙ＿ｓ）＜３となるような
   複屈折板を配置したことを特徴とする液晶表示素子。
3. （３）請求項１または２の液晶表示素子において、セル
   内面にカラーフィルターが形成されていることを特徴と
   する液晶表示素子。