JPH031649B2 - - Google Patents

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JPH031649B2
JPH031649B2 JP56185319A JP18531981A JPH031649B2 JP H031649 B2 JPH031649 B2 JP H031649B2 JP 56185319 A JP56185319 A JP 56185319A JP 18531981 A JP18531981 A JP 18531981A JP H031649 B2 JPH031649 B2 JP H031649B2
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liquid crystal
substrate
display element
crystal display
dichroic dye
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Yuzuru Shimazaki
Tatsuo Ikawa
Seikichi Tanno
Masaru Sasaki
Takao Myashita
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液晶表示素子に係り、特に反射型のゲ
スト・ホスト方式に好適な液晶表示素子に関す
る。
従来、液晶に二色性色素を添加したゲスト・ホ
スト型液晶表示素子は、TN型液晶表示素子に比
べてコントラストが劣る等の欠点を有していた。
この欠点を改良するために、第１図に示す様に
１／４波長板を挿入する方法が提案されている。（エ
レクトロニクス昭和56年１月号、特開昭52−
129450、特開昭54−39664、特開昭54−26756等） 第１図に於いて、１〜６は光、８は液晶分子９
と二色性色素分子１０がＸ方向に一様に配向され
ている液晶層、７ａ，７ｂは対向面に図示してい
ない電極が形成される一対の基板、１１は水晶や
透明な白雲母等を用いた厚さ１〜10mmの1/4波長
板、１２は反射板である。
図に於にて、複数の偏光ベクトルａを有する自
然光１が基板７ａを通つて液晶層８に入射すると
二色性色素分子１０の吸収軸方向と平行な成分
（この場合Ｘ方向のベクトル成分）は吸収され、
基板７ｂを通過した光はＹ方向の成分をもつ直線
偏光ｂからなる光２となる。光２が1/4波長板１
１を通過すると左回り（反時計方向）の偏光ベク
トルｃをもつ円偏光の光３となる。光３が反射板
１２で反射され、偏光ベクトルｃは逆転されて右
回り（時計方向）の偏光ベクトルｄをもつ円偏光
の光４となる。光４が1/4波長板１１を通過する
とＸ方向に沿つた直線偏光ｅをもつ光５となる。
従つて、1/4波長板１１と反射板１２は光の偏光
方向を90度回転させる効果をもつことになる。光
５が再び基板７ｂを通過して液晶層８に入射する
と、光５の偏光ベクトルｅは二色性色素分子の吸
収軸方向と一致するため、反射光のＸ，Ｙ成分は
すべて吸収され基板７ａから出る光６の強度はき
わめて小さくなる。
液晶層８に電圧が印加されると二色性色素分子
１０は液晶分子９とともに立上り、Ｚ方向に配向
するため二色性色素分子１０の吸収軸方向もＺ方
向となり、入射光１は液晶層８でほとんど吸収さ
れることなく反射板１２で反射され、再び入射側
にもどつてくる。
液晶表示素子のコントラストは電圧を印加した
状態での光６の強度と電圧を印加しない状態での
光６の強度の比であらわされる。第１図に示すよ
うな1/4波長板を用いることによつて光６の強度
は小さくなるからコントラスト比は高くなる。
第１図では電圧を印加することによつて液晶層
が透明になるネガ表示型の素子構成を示したが、
液晶分子９と二色性色素分子１０を基板７ａ，７
ｂに垂直に配向させておき、電圧印加時に色素分
子が水平配向となつて着色するポジ表示型素子の
場合にも1/4波長板を用いることによりコントラ
ストの向上をはかることが出来る。
第２図に示すように1/4波長板１１を基板７ｂ
と反射板１２の間に設けた場合、1/4波長板が厚
いため1/4波長板１１表面での反射点と反射板で
の反射点との距離が大きくなるため、観察者１
００からみると２つの像１３，１４が生じ、表示
品質が著しく低下するという欠点がある。特に、
θが大きくなる程この問題点が顕著に現れ、視角
特性が低下した。また1/4波長板は高価であると
いう欠点も有する。
本願発明の目的は、液晶表示素子の表示のコン
トラスト比（明暗比）をほぼ理論的極限値にまで
積極的に高め、かつ視角による前記コントラスト
比の低下を小さく抑えて、安価で高い表示品質の
液晶表示素子を提供することにある。
上記目的を達成する本発明の特徴は対向面に電
極がそれぞれ設けられる一対の基板間に二色性色
素が混入された液晶が保持され、上記電極の対向
部分及びそれらの間に位置する液晶によつて画素
が形成され、上記一対の基板の一方には反射板が
隣接されるものにおいて、 上記一対の基板のうち少なくとも一方は複数の
光学的主軸を有する複屈折性材料であつて、 前記光学的主軸と前記二色性色素の吸収軸とは
略22.5度、略45度のいずれかの角度を成すことに
ある。
さらに、本発明の特徴は対向面に電極がそれぞ
れ設けられる第１の基板と第２の基板間に二色性
色素が混入された液晶が保持され、前記電極の対
向部分及びそれらの間に位置する液晶によつて画
素が形成され、前記第２の基板には反射板が隣接
されるものにおいて、 少なくとも前記第２の基板は複数の光学的主軸
を有する複屈折性材料からなり、前記二色性色素
の吸収軸が前記第１の基板と平行であるとき、前
記二色性色素の吸収軸と前記第２の基板の光学的
主軸とのなす角度を略45度とすることにある。
また、さらに本発明の特徴は対向面に電極がそ
れぞれ設けられる第１の基板と第２の基板間に二
色性色素が混入された液晶が保持され、前記電極
の対向部分及びそれらの間に位置する液晶によつ
て画素が形成され、前記第２の基板には反射板が
隣接されるものによつて、 少なくとも前記第１の基板は複数の光学的主軸
を有する複屈折性材料からなり、前記二色性色素
の吸収軸が前記第２の基板と平行であるとき、前
記二色性色素の吸収軸と前記第１の基板の光学的
主軸とのなす角度を略22.5度とすることにある。
さらに、本発明の特徴は対向面に電極がそれぞ
れ設けられる第１の基板と第２の基板間に二色性
色素が混入された液晶が保持され、前記電極の対
向部分及びそれらの間に位置する液晶によつて画
素が形成され、前記第２の基板には反射板が隣接
されるものにおいて、 前記第１、第２の基板はそれぞれ複数の光学的
主軸を有する複屈折性材料からなり、前記第１の
基板の光学的主軸は前記二色性色素の吸収軸と略
22.5度の角度をなし、 前記第２の基板の光学的主軸は前記二色性色素
の吸収軸と略45度の角度をなすことにある。
第３図に複屈折性材料の例として二軸延伸フイ
ルムの概観を示す。
二軸延伸フイルム１７は透明性、機械的特性向
上のために無延伸フイルムを互いに直角な方向Ａ
−A′，Ｂ−B′方向へ延伸して製造する。このと
きフイルムを構成する分子が延伸方向に配向さ
れ、フイルム面内に互いに直交する光学的主軸１
５，１６が現われ、複屈折性を有することにな
る。
この様な複屈折性フイルムとしては、ポリエス
テルフイルム（PETフイルム）、ポリカーボネイ
ト、ポリビニルクロライド（PVC）、ポリスルホ
ン（PS）、ポリプロピレン（PP）等がある。ま
た、二軸延伸フイルムに限らず、一方の方向だけ
延伸した一軸延伸フイルムも、光学的主軸a1−
a1′，a2−a2′が現われ、複屈折性を有する。
本発明の原理を第４図により説明する。第４図
は液晶層８に電圧が印加されていない状態を示
す。
第４図に於いて、０〜５は波長λの光であり、
それぞれＸ成分E0X，…E5X、Ｙ成分E0Y，…E5Yよ
りなる。１７ａ，１７ｂは複屈折性フイルムの基
板であり、第１図と同一符号は同一物または相当
物を示す。一対の基板１７ａ，１７ｂの対向面に
は電極（図示せず）が設けられ、その電極の対向
部分及びそれらの間に位置する液晶層８によつて
画素が形成される。np，neは液晶分子９の屈折
率、np′，ne′は複屈折性フイルム１７ａ，１７ｂ
の屈折率であり、Δn′＝｜np′−ne｜′である。ｄ
は液晶層８の厚さ、d′は複屈折性フイルム１７
ａ，１７ｂの厚さである。さらにθAは複屈折性フ
イルム１７ａの光学的主軸方向と液晶分子９（二
色性色素分子１０）の配向方向とのなす角、θBは
複屈折性フイルム１７ｂの光学的主軸方向と液晶
分子９（二色性色素分子１０）の配向方向とのな
す角である。
入射光０の成分E0X，E0Yの大きさをそれぞれ、
E0X＝E0Y＝１とし、液晶層８を通過した後の光２
を求める。
光２のＸ成分の光強度をI2X、Ｙ成分の光強度
をI2Yとすると、 I2X＝｜E2X｜2 ＝１＋１／２（１−cos2πΔn′d′／λ） sin4θA …(2) I2Y｜E2Y｜2 ＝１＋１／２（１−cos2πΔn′d′／λ） sin4θA …(3) となる。I2X，I2Yのうち、I2Xは液晶層８を通過す
る際、二色性色素１０により吸収され、理論上、
I2Yのみが複屈折性フイルム１７ｂに入ることに
なる。ここでθA＝０のとき、I2X＝I2Y＝１となり、
ガラス板のような光学的等方体を基板とした場合
と同じ結果になる。
また、式(2)からθA＝22.5゜（π／８）のとき、I2X
が最大で、I2Yがが最小となり、二色性色素によ
つて吸収される光量が最大となり、かつ複屈折性
フイルム１７ｂに入射する光量が最小となること
がわかる。
従つて、θA＝22.5゜にすると、コントラストが最
大となることがわかる。また、式(2)，(3)より Δn′d′＝λ／２（2k＋１）：ｋ＝１，２，… のとき、I2Xが最大、I2Yが最小となることがわか
る。
液晶層８を通過した光２が、複屈折性フイルム
１７ｂを通過すると光３となるが、そのＸ成分
E3X、Ｙ成分E3Yを求めると次の様になる。
反射板１２を完全反射板とすると、光４のＸ成
分E4X、Ｙ成分E4Yは、 となる。光４が再び、複屈折性フイルム１７ｂを
通過すると光５となる。光５のＸ成分E5X、Ｙ成
分E5Yは次の様になる。
E5Y＝−E2Y〔｛sin2θBcos（4πn′ed′／λ＋cos2θB
・cos（4πnp′d′／λ）｝ ＋ｉ｛sin2θB・sin（4πne′d′／λ＋cos2θB・sin
（4πnp′d′／λ）｝〕……(7) 光５のＸ成分の光強度をI5X、Ｙ成分の光強度
をI5Yとすると、 I5X＝｜E5X｜2 １／２I2Ysin22θB ｛１−cos（4πΔn′d′／λ）｝ ……(8) I5Y＝｜E5Y｜2 I2Y〔１−１／２sin22θB ・｛１−cos（4πΔn′d′／λ）｝〕 ……(9) となる。
式(8)式より、θB＝45゜（π／４）のとき二色性色
素に吸収される光軸I5Xが最大となり、式(9)より
θB＝45゜のとき液晶層８を通過する光量I5Yが最小
となり、コントラストが最大となることがわか
る。
また、式(8)，(9)より、 Δn′d′＝λ／４（2k＋１）ｋ＝１，２ ……(10) のとき、I5Xが最大、I5Yが最小になる。
本発明の第１の実施例の断面図を第５図ａに、
斜視図を第５図ｂにそれぞれ示す。
同図に於いて、８はメルク社のネマチツク液晶
ZLI−1132に二色性色素を混入した液晶層、１７
ａ，１７ｂは厚さ206μmの二軸延伸PETフイル
ムの基板、２２は基板１７ａ，１７ｂの対向面に
形成された酸化インジウムの電極、２０はポリア
ミド系の配向膜であり、バブ布にて２１ａ，２１
ｂの方向にラビングする。基板１７ａ，１７ｂの
ギヤツプは例えば約10μmである。
本実施例に於いては、基板１７ａ，１７ｂの配
向膜のラビング方向すなわち液晶分子９と二色性
色素分子１０の配向分子２１ａ，２１ｂを、基板
１７ａ，１７ｂの光学的主軸方向１５，１６と平
行あるいは垂直にしている。尚二色性色素分子１
０は、第５図ｂの状態では２１ａ，２１ｂ方向の
光を吸収するものである。
本実施例によれば、複屈折性材料である二軸延
伸PETフイルムを直接基板として用いているの
で安価でかつ、コントラストが優れ、従来のよう
な２つの像が発生しにくくなる。
第６図は本発明の第２の実施例の斜視図であ
る。
第６図では、反射板１２に隣接する基板１７ｂ
の光学的主軸の方向１５，１６を、液晶分子９と
二色性色素分子１０の配向方向２１ｂに対して、
略45度（π／４）にしている他は、第５図ｂと同
じである。
本実施例に於いては、θB＝45度であるから、前
述したように、式(8)に於いて、二色性色素１０に
吸収される光量I5Xが最大となり、式(9)に於いて
液晶層８を通過する光量I5Yが最小となるので、
コントラストが向上する。
第７図は本発明の第３の実施例の斜視図であ
る。
第７図では、反射板１２と反対側の基板１７ａ
の光学的主軸の方向１５，１６を液晶分子９と二
色性色素分子１０の配向方向２１ａに対して、略
22.5度（π／８）にしている他は、第５図ｂと同
じである。
本実施例に於いては、θA＝22.5度であるから、
前述したように、式(2)に於いて、二色性色素に吸
収される光量I2Xが最大となり、式(3)に於いて液
晶層８を通過し、基板１７ｂに入射する光量I2Y
が最小となるので、コントラストが向上する。
第８図は本発明の第４の実施例の斜視図であ
る。
第８図ではθA＝22.5度（π／８）、θA＝45度
（π／４）としているので、前述のI2X，I5Xが最大
となり、I2Y，I5Yが最小となり、さらにコントラ
ストが向上する。
本発明者等は、第２図に示す従来例、第５図か
ら第８図に示す本発明の第１から第４の実施例に
ついて、コントラスト比の視角θ（第２図参照）
依存性を測定した。その結果を第９図に示す。
第９図に於いて、イは第２図に示す従来例であ
る厚さ１mmのガラス基板と厚さの５mmの1/4波長
板を組み合わせたもの、ロ〜ホはそれぞれ第５図
から第８図に示す本発明の第１から第４の実施例
の結果である。
第９図から分るように、従来例イではθが大き
くなるに従つて基板と反射板との厚さのためにコ
ントラストが著しく低下しているが、本発明実施
例ロ〜ホでは、θが大きくなつてもコントラスト
は比較的低下せず、優れた視角特性を有する。
また、本発明実施例の中でも、基板１７ａ，１
７ｂの光学的主軸方向を考慮した第４の実施例ホ
が最もコントラスト比が優れていることがわか
る。
また、本発明者等は、液晶としてネマチツク液
晶ZLI−1132にコレステリツク液晶CB−15を添
加したカイラルネマチツク液晶に二色性色素を混
入させた相転移ゲスト・ホスト型液晶を用いて第
５図から第８図の構成の液晶表示素子を作成し
て、コントラスト比の視角特性を測定したところ
第９図と同様の結果になつた。
以上述べた本発明の実施例に於いては、基板表
面の配向膜を平行配向処理を行なうネガ型の液晶
表示素子を例にとつて説明したが、これに限ら
ず、液晶分子及び二色性色素分子を垂直配向させ
ておき、電圧印加時に液晶分子と二色性色素分子
を基板に対して水平配向させて着色させる、いわ
ゆるポジ型の液晶表示素子にも本発明は適用でき
る。すなわち、ポジ型、ネガ型に関係なく二色性
色素の吸収軸方向と基板が平行であるときの、二
色性色素の吸収軸方向と基板の光学的主軸の方向
を考慮すれば良い。
また、本実施例に於いては、二軸延伸PETフ
イルムを例にとつて説明したが、前述したように
一軸延伸フイルムにも適用でき、また、ポリカー
ボネイト、ポリビニルクロライド、ポリスルホ
ン、ポリプロピレン等の複屈折性材料にも本発明
は適用できる。
以上述べたように、本発明によれば、安価で、
コントラストが極めて優れ、かつ視角特性が優
れ、高い表示品質を有する液晶表示素子を得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来例である液晶表示素子の構成を示
すモデル図、第２図は従来例である液晶表示素子
の断面図、第３図は本発明に使用する複屈折性フ
イルムの斜視図、第４図は本発明の原理を説明す
る図、第５図から第８図は本発明の第１〜第４の
実施例を示す図、第９図は第２図の従来例と本発
明の第１〜第４の実施例に於けるコントラスト比
の視角特性図である。 ８……液晶層、９……液晶分子、１０……二色
性色素分子、１２……反射板、１５，１６……基
板の光学的主軸、１７ａ，１７ｂ……基板。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 対向面に電極がそれぞれ設けられる一対の基
    板間に二色性色素が混入された液晶が保持され、
    上記電極の対向部分及びそれらの間に位置する液
    晶によつて画素が形成され、上記一対の基板の一
    方には反射板が隣接されるものにおいて、 上記一対の基板のうち少なくとも一方は複数の
    光学的主軸を有し厚さが入射光の波長に規制され
    ない複屈折性材料であつて、 前記光学的主軸と前記二色性色素の吸収軸とは
    略22.5度、略45度のいずれかの角度を成すことを
    特徴とする液晶表示素子。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記複屈折
    性材料は複屈折性フイルムであることを特徴とす
    る液晶表示素子。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記複屈折
    性材料は二軸延伸フイルムであることを特徴とす
    る液晶表示素子。 ４ 特許請求の範囲第１項において、複屈折性材
    料は一軸延伸フイルムであることを特徴とする液
    晶表示素子。 ５ 対向面に電極がそれぞれ設けられる第１の基
    板と第２の基板間に二色性色素が混入された液晶
    が保持され、前記電極の対向部分及びそれらの間
    に位置する液晶によつて画素が形成され、前記第
    ２の基板には反射板が隣接されるものにおいて、 少なくとも前記第２の基板は複数の光学的主軸
    を有し厚さが入射光の波長に規制されない複屈折
    性材料からなり、前記二色性色素の吸収軸が前記
    第１の基板と平行であるとき、前記二色性色素の
    吸収軸と前記第２の基板の光学的主軸とのなす角
    度を略45度とすることを特徴とする液晶表示素
    子。 ６ 特許請求の範囲第５項において、前記複屈折
    性材料は複屈折性フイルムであることを特徴とす
    る液晶表示素子。 ７ 特許請求の範囲第５項において、前記複屈折
    性材料は二軸延伸フイルムであることを特徴とす
    る液晶表示素子。 ８ 特許請求の範囲第５項において、複屈折性材
    料は一軸延伸フイルムであることを特徴とする液
    晶表示素子。 ９ 対向面に電極がそれぞれ設けられる第１の基
    板と第２の基板間に二色性色素が混入された液晶
    が保持され、上記電極の対向部分及びそれらの間
    に位置する液晶によつて画素が形成され、前記第
    ２の基板には反射板が隣接されるものにおいて、 少なくとも前記第１の基板は複数の光学的主軸
    を有する複屈折性材料からなり、前記二色性色素
    の吸収軸が前記第２の基板と平行であるとき、前
    記二色性色素の吸収軸と前記第１の基板の光学的
    主軸とのなす角度を略22.5度とすることを特徴と
    する液晶表示素子。 １０ 特許請求の範囲第９項において、前記複屈
    折性材料は複屈折性フイルムであることを特徴と
    する液晶表示素子。 １１ 特許請求の範囲第９項において、前記複屈
    折性材料は二軸延伸フイルムであることを特徴と
    する液晶表示素子。 １２ 特許請求の範囲第９項において、複屈折性
    材料は一軸延伸フイルムであることを特徴とする
    液晶表示素子。 １３ 対向面に電極がそれぞれ設けられる第１の
    基板と第２の基板間に二色性色素が混入された液
    晶が保持され、前記電極の対向部分及びそれらの
    間に位置する液晶によつて画素が形成され、前記
    第２の基板には反射板が隣接されるものにおい
    て、 前記第１、第２の基板はそれぞれ複数の光学的
    主軸を有する複屈折性材料からなり、 前記第１の基板の光学的主軸は前記二色性色素
    の吸収軸と略22.5度の角度をなし、 前記第２の基板の光学的主軸は前記二色性色素
    の吸収軸と略45度の角度をなすことを特徴とする
    液晶表示素子。 １４ 特許請求の範囲第１３項において、前記複
    屈折性材料は複屈折性フイルムであることを特徴
    とする液晶表示素子。 １５ 特許請求の範囲第１３項において、前記複
    屈折性材料は二軸延伸フイルムであることを特徴
    とする液晶表示素子。 １６ 特許請求の範囲第１３項において、複屈折
    性材料は一軸延伸フイルムであることを特徴とす
    る液晶表示素子。
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