JPH03197924A - 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　（スーパｍ−ツィステッド・ネマティ
ック）型の液晶表示素子に関する主・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。

しかし、従来から広く使用されているＴＮ（ツィステッ
ド・ネマティック）型の液晶表示素子は、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
特性も悪くなるため、高デユーテイでマルチプレックス
駆動には適していなかった。

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でツイスト配列させたＳＴＮ型の液
晶表示素子が開発されている。

このＳＴＮ型液晶表示素子は、表示用電極を有する一対
の基板間に封入した液晶の分子を１６０゜〜２７０°の
範囲でツイスト配列させた液晶セルの両側に一対の偏光
板を配置するとともに、この一対の偏光板のうち一方の
偏光板を、その偏光軸（透過軸または吸収軸）の方向を
、液晶セルの前記一方の偏光板側の基板面における液晶
分子配列方向に対して３５°〜５０°の範囲で交差させ
て配置した複屈折効果型のものであり、一方の入射側偏
光板を通って入射した直線偏光を液晶セルの液晶層の複
屈折性により楕円偏光とし、この楕円偏光の透過を他方
の出射側偏光板により制御して表示するものである。

しかし、このＳＴＮ型液晶表示素子は、液晶層の複屈折
効・果を利用したものであるため、液晶層の各波長の光
に対する屈折率異方性が異なっており、そのために、特
定の波長域のの光の透過率が大きくなって、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、画像を表示するＳＴＮ型の表示セルの
光入射側または出射側に、液晶分子を前記表示セルの液
晶分子ツイスト角度と等しい角度で逆回転方向にツイス
ト配列させた補償セルを配置して、この補償セルにより
ＳＴＮ型液晶表示素子特有の表示の着色をなくすように
した二層型の液晶表示素子が提案されている。

この液晶表示素子は、表示用電極を有する一対の基板間
に封入した液晶の分子を１６０°〜２７０゜の範囲でツ
イスト配列させたＳＴＮ型の表示セルと、一対の基板間
に封入した液晶の分子を前記表示セルの液晶分子ツイス
ト角度と等しい角度で逆回転方向にツイスト配列させた
補償セルとを積層し、前記表示セルと補償セルをはさん
でその両側に一対の偏光板を配置するとともに、前記表
示セルを補償セルの隣接する側の基板面の液晶分子配列
方向を互いにほぼ直交させ、また、一方の偏光板の偏光
軸の方向を、この一方の偏光板側の液晶セルの偏光板側
基板面における液晶分子配列方向に対して３５°〜５０
°の範囲で交差させるとともに、前記一対の偏光板の偏
光軸の方向を互いにほぼ直交させた構成となっている。

すなわち、この液晶表示素子は、表示セルと補償セルと
の液晶の分子を、同角度ずつ互いに逆方向にツイスト配
列させ、かつ両液晶セルの隣接する側の基板面の液晶分
子の配列方向をほぼ直交させることにより、両液晶セル
の液晶層の旋光分散によって、一方の液晶セルを透過し
た光の各波長ごとのリタデーションを、他方の液晶セル
によって打ち消すようにしたもので、この液晶表示素子
によれば、ＳＴＮ型の表示セルにおける前述した表示の
着色をほとんどなくすことができる。

ところで、上記二層型の液晶表示素子においては、表示
セルと補償セルのうち一方の液晶セルを透過した光の各
波長ごとのリタデーションを、他方の液晶セルによって
打ち消すため、両セルのリタデーションを一致させる必
要がある。このため、従来は、表示セルと補償セルを同
一のプロセスで製造して、リタデーションを変動させる
要素の１つである液晶層の層厚（セルギャップ）を両セ
ルとも等しくするとともに、両セルに封入する液晶とし
て同じ液晶材料を用いて、両セルのリタデーションを一
致させている。

〔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、温度の変化
によって色補償量が変化し、これによって表示色が変化
してしまうという問題をもっている。これは、液晶の屈
折異方性Δｎが温度によって著しく変化するためである
。

すなわち、第９図および第１０図は、表示セルと補償セ
ルに同じ液晶を用いている従来の液晶表示素子の、温度
変化に対する光学的特性の変化を示したもので、第９図
は、表示セルと補償セルの液晶分子配列のツイスト角が
それぞれ２４０°１両セルの２５℃における液晶の屈折
率異方性Δｎの値と液晶層厚ｄとの積Δｎｏｄの値が０
．８２である液晶表示素子の温度変化に対する色度の変
化を示すＣＩＥ色度図、第１０図は、表示セルと補償セ
ルの液晶分子配列のツイスト角をそれぞれ２４０’とし
た液晶表示素子について、両セルのΔｎ−ｄの値を０．
７８〜０．８７の範囲で変えて白色表示状態における色
度の変化を調べた結果を示したＣＩＥ色度図である。

第９図の色度図のように、従来の液晶表示素子は、温度
が２５℃であるときは表示色は白色点（無彩色点）Ｃの
付近にあるが、温度が０℃と低くなると、表示色は黄色
を帯び、また温度が４０℃と高くなると、表示色は青色
を帯びる。また、第１０図の色度図のように、従来の液
晶表示素子は、温度変化によって両セルのΔｎ−ｄの値
が変化し、この八〇−ｄの値の変化によって′表示色が
変化する。

したがって、表示セルと補償セル両セルとに同じ液晶を
用いている従来の液晶表示素子は、温度変化に対する表
示色の変化は防止できないものであった。

しかも、上記従来の液晶表示素子は、温度が高くなると
表示コントラストが悪くなるという問題をもっていた。

これは、液晶の屈折率異方性Δｎに温度依存性があり、
温度が高くなると液晶の屈折率異方性Δｎの値が小さく
なって光の透過率が低下するためであり、従来の液晶表
示素子では、表示セルと補償セルとに同じ液晶を用いて
いるため、温度が高くなったときの光透過率の低下が表
示セルと補償セルとの両方において同じレベルで発生す
るから、光透過率が極端に低下して表示コントラストが
悪くなる。

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、広い温度範囲にわた
って着色がなくかつ高コントラストの良好な表示が得ら
れるＳＴＮ型の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〕

本発明の液晶表示素子は、表示用電極を有する一対の基
板間に封入した液晶の分子を１６０°〜２７０°の範囲
でツイスト配列させた表示セルと、この表示セルに積層
され、一対の基板間に封入した液晶の分子を前記表示セ
ルの液晶分子ツイスト角度と等しい角度で逆回転方向に
ツイスト配列させた補償セルと、前記表示セルと補償セ
ルをはさんでその両側に配置された一対の偏光板とを備
え、前記表示セルの補償セル側の基板面における液晶分
子配列方向と、前記補償セルの表示セル側の基板面にお
ける液晶分子配列方向とを互いにほぼ直交させるととも
に、一方の偏光板の偏光軸の方向を、この一方の偏光板
側の液晶セルの偏光板側基板面における液晶分子配列方
向に対して３５°〜５０°の範囲で交差させ、かつ前記
一対の偏光板の偏光軸の方向を互いにほぼ直交させた液
晶表示素子において、 前記補償セルの液晶に、この補償セルの液晶の屈折率異
方性Δｎの値と液晶層厚ｄとの積Δｎ・ｄの値が前記表
示セルのΔｎ−ｄの値より小さく、かつ補償セルのΔｎ
ｏｄの値と表示セルのΔｎφｄの値との差が高温側で小
さく低温側で大きくなる屈折率異方性の温度依存性をも
つ液晶材料を用いたことを特徴とするものである。

〔作　用〕

このように、補償セルの液晶を、補償セルのΔｎ−ｄの
値が表示セルのΔｎ−ｄの値より小さく、かつ補償セル
のΔΩφｄの値と表示セルのΔｎ−ｄの値との差が高温
側で小さく低温側で大きくなる屈折率異方性の温度依存
性をもつ液晶材料とすれば、広い温度範囲にわたって着
色がなくかつ高コントラストの良好な表示を得ることが
できる。

すなわち、表示セルと補償セルとを積層した二層型の液
晶表示素子における光の最大透過率は、表示セルと補償
セルとのΔｎ−ｄの値の差が小さいほど高いから、本発
明のように表示セルと補償セルとのΔｎ−ｄの値の差が
高温側で小さくなるように補償セルに用いる液晶材料を
選んでおけば、高温での光透過率を従来の液晶表示素子
に比べて高くすることができる。また、本発明では、表
示セルと補償セルとのΔｎｏｄの値の差が低温側で大き
くなるため、低温での光透過率は従来の液晶表示素子よ
り若干低下するが、液晶表示素子の低温での光透過率は
もともと高いから、表示セルと補償セルとのΔｎ−ｄの
値の差が低温側で大きくなることによる光透過率の低下
があっても、低温での光透過率は十分である。しがち本
発明では、補償セ／ｌ、　ノΔｎ−ｄの値を表示セルの
Δｎ−ｄの値より小さくしているため、表示のむ色の補
償も十分である。

したがって、本発明の液晶表示素子によれば、広い温度
範囲にわたって着色がなくがっ高コントラストの良好な
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７図を参照して説
明する。

第１図は本実施例の液晶表示素子の断面図であり、ここ
では、液晶セル１０の光出射側（図において上側）着色
防止用の補償セル２ｏを配置したものを示している。こ
の液晶表示素子は、ＳＴＮ型の表示セル１０とＳＴＮ型
の補償セル２ｏとを積層するとともに、この表示セル１
ｏと補償セル２０をはさんでその両側に一対の偏光板３
１゜３２を配置したものである。

上記表示セル１ｏは、枠状のシール材１１を介して重合
接着した一対の透明基板１２．１３間に液晶１８を封入
したもので、側基板１２．１３の対向面には、表示用の
透明電極（例えば単純マトリックス型の液晶セルの場合
は走査電極と信号電極）１４．１５が形成されており、
これら各電極１４．１５が互いに対向している部分で各
画素を表示するようになっている。また、上記側基板１
３．１４の電極形成面上にはそれぞれ配向処理膜１６．
１７が形成されており、両割板１２１３間に封入された
液晶１８の分子は、側基板１２．１３間においてツイス
ト配列されている。

また、上記補償セル２ｏは、枠状のシール材２１を介し
て重合接着した一対の透明基板２２２３間に液晶２８を
封入したもので、側基板２３２４の対向面には表示用電
極はなく、配向処理膜２６．２７だけが形成されており
、側基板２２゜２３間に封入された液晶２８の分子は、
側基板２２．２３間においてツイスト配列されている。

なお、上記表示セル１０および補償セル２ｏの側基板１
２．１３および２２．２３面に形成された配向処理膜１
６．１７および２６．２７は、ポリイミド等からなる水
平配向膜からなっており、その膜面はラビング処理され
ている。

第２図は上記表示セル１０および補償セル２０の側基板
１２．１３および２２．２３面の配向処理方向と一対の
偏光板３１．３２の偏光軸（透過軸または吸収軸）の方
向を示したもので、図において１２ａ、１３ａは表示セ
ル１０の側基板１２゜１３面の配向処理方向、Ｔｌｏは
表示セル１０の液晶分子配列のツイスト方向を示してい
る。この表示セル１０の液晶１８は、左旋性の光学活性
物質（カイラル液晶等）が混入された左回りの旋光性を
もつネマティック液晶であり、この液晶１８の分子は、
側基板１２．１３間において、透過光の進行方向から見
て（下基板１２側がら見て）左回りに、下基板１２面の
配向処理方向面１２ａから上基板１３面の配向処理方向
面１３ａに向がって１６０”〜２７００ツイスト配列さ
れている。また、第２図において、２２ａ、２３ａは補
償セル２゜の側基板２２．２３面の配向処理方向、Ｔ２
ｏは補償セル２０の液晶分子配列のツイスト方向を示し
ている。この補償セル２ｏの下基板（表示セル１０と隣
接する側の基板）２２面の配向処理方向２２ａは、上記
表示セル１ｏの上基板（補償セル２０と隣接する側の基
板）１３面の配向処理方向１３ａとほぼ直交している。

この補償セル２ｏの液晶２８は、右旋性の光学活性物質
（カイラル液晶等）が混入された右回りの旋光性をもつ
ネマティック液晶であり、この液晶２８の分子は、側基
板２２．２３間において、透過光の進行方向から見て右
回りに、上記表示セル１ｏの液晶分子配列のツイスト角
と同角度（１８０”〜２７０’　）　、下基板２２面の
配向処理方向面２２ａがら上基板２３面の配向処理方向
価２３ａに向かってツイスト配列されている。また、第
２図において、３１ａ。

３２ａは一対の偏光板３１．３２の偏光軸方向であり、
上偏光板３２の偏光軸方向３２ａは、この上偏光板３２
が対向する補償セル２０の上基板（偏光板側基板）２３
面の配向処理方向２３　ａ　ｌ：：対し、透過光の進行
方向から見て右回りに３５゜〜５０″ずれており、下偏
光板３１の偏光軸方向３１ａは、上偏光板３２の偏光軸
方向３２ａに対してほぼ直交している。

また、この液晶表示素子においては、上記補償セル２０
の液晶２８に、その屈折率異方性Δｎ２゜の値と液晶層
厚ｄ２０との積Δｎ２ｏ”ｄ２ｏの値が、表示セル１０
の液晶１８の屈折率異方性ΔｎｌＯの値と液晶層厚ｄｌ
Ｏとの積Δｎｌｏ・ｄｌ。の値より小さく、かつ、補償
セル２０のΔｎ２ｏ・ｄ２゜の値と表示セル１０のΔｎ
＋ｏ”ｌ。の値との差が高温側で小さく低温側で大きく
なる屈折率異方性の温度依存性をもつ液晶材料を用いて
いる。この表示セル１０と補償セル２０の液晶１８．２
８は、その屈折率異方性Δｎの値に関係なく、Δｎの温
度依存性が異なる液晶材料であればよく、例えば表示セ
ル１０と補償セル２０の液晶層厚ｄ　１０＋　ｄ　２０
が等しい場合、上記補償セル２０の液晶２８は、その屈
折率異方性Δｎ２０の値が表示セル１０の液晶１８の屈
折率異方性ΔｎｌＯの値より小さく、かつ、屈折率異方
性Δｎ２０の温度依存性が表示セル１０の液晶１８の屈
折率異方性Δｎ１゜の温度依存性より小さい液晶材料と
する。なお、この場合、表示セル１０と補償セル２０の
液晶分子配列のツイスト角は、望ましくは１８０°〜２
７０°であり、さらに望ましくは２２０’〜２４０°で
ある。また、表示セル１０と補償セル２０の液晶層厚は
５−以下が望ましい。

一方、第１図に示すように、表示セル１０の下基板１２
面の各電極１４から導出された端子１４ａと、上基板１
３面の各電極１５から導出された端子１５ａには、それ
ぞれリード線４１゜４２を介して表示駆動回路４３が接
続されており、この表示セル１０は、表示駆動回路４３
から対向する？ｆＥ極１４，１５間にマルチプレックス
駆動用の信号を供給されてマルチプレ・ソクス駆動され
る。

また、４４は表示セル１０と補償セル２０の一方または
両方に近接させて設けられて表示セル１０または補償セ
ル２０あるいはその両方の温度を検出する温度検出器で
あり、この温度検出器４４は検出温度値に応じた電気信
号をセンサ回路４５に供給する。このセンサ回路４５は
、温度検出器４４からの電気信号を温度データとして温
度補償制御回路４６に供給する。この温度補償制御回路
４６は、センサ回路４５からの温度データを参照し、あ
らかじめ定められた温度と表示セル駆動電圧との相関関
係に基づいて、前記表示駆動回路４３から表示セル１０
の電極１４．１５間に供給する駆動信号の電圧を制御す
る。

この液晶表示素子は、表示セル１０と補償セル２０の液
晶１８．２８の分子を同角度ずつ互０１こ逆方向にツイ
スト配列させるとともに、表示セル１０と補償セル２０
の隣接する側の基板（表示セル１０の上基板１３と補償
セルの下基板２２）面の配向処理方向１３ａ、’２２ａ
を互いにほぼ直交させたものであるため、表示セル１０
を透過した楕円偏光の正常光成分と異常光成分は、それ
ぞれ補償セル２０の異常光成分と正常光成分に入れ替わ
って補償セル２０中を伝播する。したがって、表示セル
１０を透過した各波長光の正常光成分と異常光成分のリ
タデーションは、補償セル２０によって打ち消される。

その結果、両セル１０゜２０を透過した光は、直線偏光
となって出射して上偏光板３２に入射するから、表示セ
ル１０でのＳＴＮ型液晶セル特有の着色を補償すること
ができる。

そして、上記実施例では、補償セル２０の液晶２８に、
その屈折率異方性Δｎ２０の値と液晶層厚ｄ２０との積
Δｎ２０”ｄ２Ｇの値が、表示セル１０の液晶１８の屈
折率異方性Δｎ１．ｏの値と液晶層厚ｄｌｏとの積Δｎ
＋ｏ’ｄ＋（、の値より小さく、かつ、補償セル２０の
Δｎ２０　”　ｄ　２０の値と表示セル１０のΔｎｌｏ
”ｄｌｏの値との差が高温側で小さく低温側で大きくな
る屈折率異方性の温度依存性をもつ液晶材料を用いてい
るから、広い温度範囲にわたって着色がなくかつ高コン
トラストの良好な表示を得ることができるし、さらに、
温度変化に応じてマルチプレックス駆動電圧を制御する
ようにしているため、温度変化に対する表示色の変化お
よび電気光学特性の変化も防止することができる。

この効果を具体的に説明すると、補償セル２０に用いら
れる液晶２８は、表示セル１０と補償セル２０の液晶層
厚ｄｌｏ＋　　ｄ　２０が等しい場合は、屈折率異方性
Δｎ２０の値が表示セル１０の液晶１８の屈折率異方性
Δｎ、。の値より小さく、かつ、表示セル１０の液晶１
８の屈折率異方性Δｎｌｏの値との差が、液晶表示素子
の使用温度範囲内の高温側で小さく、低温側で大きくな
るような屈折率異方性の温度依存性を有する液晶材料と
する。

すなわち、例えば液晶表示素子の使用温度範囲が２０℃
〜５０℃で、かつ表示セル１０と補償セル２０の液晶層
厚ｄ　Ｉｏｎ　　ｄ　２０をともに４１とする場合は、
補償セル２０の液晶２８として、下記の［表１コに示す
ような屈折率異方性Δｎの温度依存性をもつ液晶材料を
使用する。

［表１コ また、液晶表示素子の使用温度範囲が０℃〜５０℃で、
かつ表示セル１０と補償セル２０の液晶層厚ｄ＋ｏ＋ｌ
ｏをともに５−とする場合は、補償セル２０の液晶２８
として、下記の［表２］に示すような屈折率異方性Δｎ
の温度依存性をもつ液晶材料を使用する。

［表２コ このように、表示セル１０と補償セル２０におけるそれ
ぞれのΔｎ−ｄの差（Δｎ１゜・ｄｌ。−Δｎ　２０”
　ｄ　２０）の値は、使用温度範囲の上限で“０”より
大きく、かつ下限において０．０７〜０，１２の範囲に
設定するのが望ましい。さらに望ましくは、使用温度範
囲の下限における前記Δｎ−ｄの差の値は０．０７〜０
．１０である。

このような液晶材料を補償セル２０の液晶２８として使
用する上記実施例の液晶表示素子は、使用温度範囲の高
温側で表示セル１０のΔｎｌｏ・ｄｌｏの値と補償セル
２０のΔｎ２０”ｄ２０の値との差が小さいため、最大
コントラスト（ＣＲｎａｘ）の値が大きく、かつ光の最
大透過率（Ｔ％ａａｘ）の値が大きい。また、使用温度
範囲全域での最大コントラストの値および最大透過率も
大きい。そして、表示の着色も十分補償することができ
る。

すなわち、表示セル１０と補償セル２０とを積層した液
晶表示素子の最大透過率は、表示セル１０と補償セル２
０のΔｎ−ｄの値の差に対する電気光学特性を示した下
記の［表３］のように、表示セルと補償セルとのへ〇争
ｄの差が小さいほど高い。

［表３］ そして、表示セルと補償セルに同じ液晶を用いている従
来の液晶表示素子では、最大透過率は高いものの、使用
温度範囲の高温側で表示セルおよび補償セルの液晶の屈
折率異方性Δｎの値が小さくなるため、透過光の変化の
急俊性が悪くなって最大透過率が低下するが、上記実施
例の液晶表示素子では、表示セル１０と補償セル２０と
のΔｎ・ｄの値の差が高温側で小さくなるように補償セ
ル２０に用いる液晶材料を選んでいるため、高温での光
透過率を従来の液晶表示素子に比べて高くすることがで
きる。また、上記実施例では、表示セル１０と補償セル
２０とのΔｎ−ｄの値の差力（低温側で大きくなるため
、低温での光透過率は従来の液晶表示素子より若干低下
するが、液晶表示素子の低温での光透過率はもともと高
いから、表示セル１０と補償セル２０とのΔｎ−ｄの値
の差が低温側で大きくなることによる光透過率の低下が
あっても、低温での光透過率は十分である。しかも、上
記実施例では、補償セル、２０のΔｎ２゜・ｄ２ｏの値
を表示セル１０のΔｎｌｏ・ｄｌｏの値より小さくして
いるため、表示の着色の補償も十分である。したがって
、上記実施例の液晶表示素子によれば、広い温度範囲に
わたって着色がなくかつ高コントラストの良好な表示を
得ることができる。

次に、上記実施例の液晶表示素子についてその具体的な
例を説明する。

この液晶表示素子は、補償セル２０の液晶２８を、その
屈折率異方性Δｎ２Ｑの値が表示セル１０の液晶１８の
屈折率異方性Δｎｌｏの値より小さく、かつ、屈折率異
方性Δｎ２０の温度依存性が表示セル１０の液晶１８の
屈折率異方性Δｎｌｏの温度依存性より小さい液晶材料
としたものである。

第３図は下記の［表４コに示した５種類の液晶材料１−
Ｎの屈折率異方性Δｎの温度依存性を示したもので、上
記５種類の液晶材料のうち、液晶材料Ｍ、Ｎは、液晶材
料１．に、Ｌに比べてΔｎの値が小さく、かつ温度依存
性が少ない。したがって、液晶材料Ｍ、Ｎは補償セル２
０に適しており、液晶材料１．に、Ｌは表示セル１０に
適している。

［表４コ ［表５コ （例１） 上記［表４］に示した液晶材料１−Ｎのうち、液晶材料
Ｋを表示セル１０に、液晶材料Ｍを補償セル２０に用い
て、表示セル１０の液晶層厚ｄ１゜が４．０１、補償セ
ル２０の液晶層厚ｄ２゜が４．２１、両セル１０．２０
の液晶分子配列のツイスト角がそれぞれ２２０”の液晶
表示素子を製作した。この（例１）の液晶表示素子は、
下記の［表５］に示す電気光学特性を示した。

この（例１）の液晶表示素子は、補償セル２０の液晶層
厚ｄ　２０　（ｄ　２０−４．２ｐ）の方が表示セル１
０の液晶層厚ｄ　＋ｏ　（ｄ　＋ｏ−４，Ｏｘ）より大
きく、両セル１０．２０のΔｎ１゜’ｄｌｏｐ　Δｎ２
０”ｄ２゜の値は、常温で、補償セル２０のΔｎ２゜・
ｄ２゜−〇、７０１４、表示セル１０のΔｎ　＋ｏ　”
　ｄ　１０−０．７３８である。

上記（例１）の液晶表示素子との比較のｔコめ（こ、表
示セル１０と補償セル２０の液晶層厚ｄ１０゜ｄ２゜お
よび両セルｊＯ，２０の液晶分子配列の゛ツイスト角を
（例１）と同じにし、両セル１０゜２０にそれぞれ液晶
材料Ｋを用いた比較素子を製作して、その電気光学特性
を調べたところ、この比較素子電気光学特性は下記の［
表６］に示すような特性であった。

［表６］ 上記［表５］と［表６］とを比較すれば明らかなように
、上記（例１）の液晶表示素子は、高温側（５０℃）で
のコントラストが上記比較素子の４倍以上と高く、また
低温側（０℃）でのレスポンスも速い。また、（例１）
の液晶表示素子は、低温側（０℃）でのコントラストが
上記比較素子に比べて低下しているが、実用上はコント
ラストが６０以上あれば十分である。

なお、［表５コおよび［表６］に示したコントラストは
、各温度において得られる最大コントラストであり、ま
たＶＯＰは前記最大コントラストが得られる電圧、ＴＯ
Ｎは表示セル１０の液晶層に電圧を印加したときの液晶
分子の立上がり時間、Ｔｏｐｐは電圧印加を絶ったとき
の液晶分子の立下がり時間である。これは以下の例でも
同じである。

（例２） 上記［表４コに示した液晶材料工〜Ｎのうち、液晶材料
りを表示セル１０に、液晶材料Ｍを補償セル２０に用い
て、両セル１０．２０の液晶層厚ｄ　ｌｏ＋　　ｄ　２
０がそれぞれ４．２ρ、両セル１０．２０の液晶分子配
列のツイスト角がそれぞれ２２０°の液晶表示素子を製
作した。この（例２）の液晶表示素子を、ｌ／８バイア
スと　１／９バイアスでそれぞれマルチプレックス駆動
したところ、この（例２）の液晶表示素子は、下記の［
表７コに示す電気光学特性を示した。

［表７］ この（例２）の液晶表示素子は、表示セル１０と補償セ
ル２０の液晶層厚ｄ、。、ｄ２゜は等しいが、両セル１
０．２０に用いた液晶材料りとＭのΔｎの値が異なるた
め、補償セル２０のΔｎ２゜・ｄ２０の値は表示セル１
０のΔｎｌｏ・ｄｌ。の値より小さいＯ 上記［表７コから分かるように、上記（例２）の液晶表
示素子は、１／８バイアスでマルチプレックス駆動した
場合も、ｌ１９バイアスでマルチプレックス駆動した場
合も、コントラストは００〜５０°の範囲でほぼ８０以
上の値が得られ、またレスポンスも速い。

（例３） 上記［表４コに示した液晶材料１−Ｎのうち、液晶材料
Ｉを表示セル１０に、液晶材料Ｍを補償セル２０に用い
て、表示セル１０の液晶層厚ｄｌ。

が４．０−１補償セル２０の液晶層厚ｄ２゜が４．２１
、両セル１０２０の液晶分子配列のツイスト角がそれぞ
れ２２０°の液晶表示素子を製作した。この（例３）の
液晶表示素子を、ｌ／９バイアスでマルチプレックス駆
動したところ、この（例３）の液晶表示素子は、下記の
し表８］に示す電気光学特性を示した。第４図はこの（
例３）の液晶表示素子の各温度における電気光学特性を
示し、第５図は第４図の電気光学特性に基づいて算出し
た各温度におけるコントラストを示している。

［表８］ この（例３）の液晶表示素子は、補償セル２゜の液晶層
厚ｄ　２０　（ｄ　２０−４．２ｎ）の方が表示セル１
０の液晶層厚ｄ　ｔｏ　（ｄ　＋ｏ−４，Ｏｎ）より大
きく、両セル１０．２０のΔｎ１０　”　ｄＩＯ＋　Δ
ｎ２０”ｄ２０の値は、常温で、補償セル２ｏのΔｎ２
゜・ｄ　２０”０．７０１４、表示セル１０のΔｎ　ｔ
ｏ　’　ｄ　＋ｏ−０，７４８である。

上記［表８］および第４図、第５図から明らかなように
、上記（例３）の液晶表示素子は、高温側での表示セル
１０のΔｎ１゜・ｄｌＯと補償セル２０のΔｎ２０”ｄ
２０の差が小さいため、高温側でのコントラストが高く
、また低温側でのレスポンスが速いし、また低温側での
コントラストも十分である。

これに対して、前述した比較素子（表示セル１０と補償
セル２０に同じ液晶材料Ｋを用いた［表６］の電気光学
特性の素子）は、その各温度における電気光学特性およ
びコントラストを第６図および第７図に示したように、
高温側（５０＠）で両セル１０．２０の液晶のΔｎが小
さくなり、両セル１０．２０のΔｎ−ｄの値も小さくな
るため、最大透過率が低下するとともに、電圧に対する
透過率変化の急便性が悪くなり、その結果、最大コント
ラストも高温側で低下する。

これら（例１）〜（例３）のように、上記実施例の液晶
表示素子によれば、広い温度範囲にわたって着色がなく
かつ高コントラストの良好な表示を得ることができる。

また、従来の液晶表示素子では、低温側で液晶の粘度が
高くなるため、低温側での表示セルのレスポンスが著し
く低下するという問題があったが、上記実施例のように
、表示セル１ｏと補償セル２０の一方または両方の温度
を温度検出器４４およびセンサ回路４５で検出し、この
検出温度に応じて表示駆動回路４３から表示セル１０の
電極１４．１５間に供給する駆動信号の電圧を温度補償
制御回路４６で制御するようにしておけば、低温側での
液晶の粘度低下による表示セル１０のレスポンスの低下
を少なくすることができる。

すなわち、上記温度補償制御回路４６は、温度検出器４
４およびセンサ回路４５で検出した温度データを参照し
、あらかじめ定められた温度と表示セル駆動電圧との相
関関係に基づいて表示駆動回路４３から表示セル１０に
供給する駆動信号の電圧を、低温側（例えば０℃）では
高く、高温側（例えば５０℃〜８０℃）では低く制御す
制御するもので、［表５］、［表７１．［表８コおよび
第５図に示したように、各温度での最大コントラストが
得られる電圧Ｖ。Ｐは、温度が低いほど高いから、上記
駆動信号の電圧を、低温側では高く高温側では低く制御
すれば、上記表示セル１０の低温側でのレスポンスの低
下を少なくすることができるから、低温側での表示セル
１０の応答速度を速くすることができるし、また高温側
での透過率性が高くなり、かつ表示の着色をさらに確実
に防いで、良好な白黒表示を得ることができる。

つまり、例えば［表５］の電気光学特性を示す（例１）
の液晶表示素子では、０℃テ２０．ＢＶ、　２０’Ｃテ
１９．５Ｖ、　３５℃テ１８．８Ｖ、　５０℃テ１７．
２Ｖとなるように、０℃〜５０℃の温度変化に対し３．
４ｖの変化幅の範囲で表示セル１０に供給する駆動信号
の電圧ＶＯＰを連続的に制御すればよい。同様に、ｃ表
７］の電気光学特性を示す（例２）の液晶表示素子を１
／９バイアスでマルチプレックス駆動する場合は、０℃
〜５０℃の温度変化に対し１６．７Ｖ〜１４．９Ｖの変
化幅の範囲で駆動信号の電圧Ｖ。Ｐを連続的に制御し、
［表８コの電気光学特性を示す（例３）の液晶表示素子
は、０℃〜５０℃の温度変化に対し１６．３Ｖ〜１３．
７Ｖの変化幅の範囲で駆動信号の電圧ＶＯＰを連続的に
制御すればよい。

このように、表示セル１０に供給する駆動信号の電圧ｖ
ｏＰを温度に応じて制御すれば、低温側（０℃）では液
晶の粘度の増加による応答速度の低下が駆動電圧を高く
することによって補償され、高い応答性が得られる。

また従来の液晶表示素子は、その表示セルをマルチプレ
ックス駆動した場合、表示セルの一対の基板面に形成さ
れている各表示用電極が互いに対向する部分で表示され
る各画素のうち、非選択点および半選択点の非点灯画素
が着色して見え、これら非点灯画素の配列領域がそれぞ
れ着色された背景として現れるという問題をもっていた
。

しかし、上記実施例のように、表示セル１０に供給する
駆動信号の電圧ＶＯＰを温度に応じて制御すれば、低温
側では高い駆動電圧の印加によるバイアス電圧の上昇に
ともなって、表示セル１０の非点灯画素部分（非選択点
および半選択点）における液晶分子のチルト角が大きく
なり、この部分のΔｎｌｌ・ｄｌｌの低下量が大きくな
るが、補償セル２０の液晶２８は、上記表示セル１０の
Δｎｌｌ・ｄｌｌの変化に対応するように、低温側で表
示セル１０のΔｎ＋１”ｄｌｌと補償セル２０のΔｎ２
０”ｄ２ｏとの値の差が大きくなるような温度依存性を
もつ液晶材料であるため、低温側での光学的な色補償量
が最適になる。また、高温側では、低い駆動電圧の印加
によるバイアス電圧の低下にともなって、表示セル１０
の非点灯画素部分における液晶分子のチルト角が小さく
なり、この部分のΔｎ１□・ｄｌｌの低下量が小さくな
るが、補償セル２０の液晶２８は、高温側で表示セル１
０のΔｎ１１”ｄｌｌと補償セル２０のΔｎ２０”ｄ２
０との値の差が小さくなる温度依存性をもつ液晶材料で
あるため、高温側での光学的な色補償量も最適になる。

したがって、上記実施例によれば、低温側から高温側の
使用温度範囲全域にわたって、非点灯画素が着色して見
えることはないし、また、高温側において表示セル１０
のΔｎｌｌ・ｄｌｌと補償セル２０のΔｒ１２ｏ”ｄ２
（１との値の差が小さいため、最大透過率も高くするこ
とができる。

なお、上記実施例では、表示セル１０と補償セル２０と
をそれぞれ独立した液晶セルとしてこの両セル１０．２
０を積層しているが、表示セルと補償セルは、その隣接
する側の基板を１枚の基板で兼用して一体のセルとして
もよい。

すなわち、第８図は本発明の他の実施例を示したもので
、この実施例は、３枚の透明基板５１゜５２．５３をそ
れぞれの間に液晶封入間隙を存して対向配置し、対向す
る基板５１．５２と５２゜５３とを枠状のシール材５４
．５５を介して接着して、表示セル１０と補償セル２０
とを一体に形成したものである。上記下基板５１面には
、表示用電極５６が形成されるとともにこの電極形成面
に配向処理膜５７が形成され、また中間基板５２の下基
板５１との対向面には、下基板５１面の電極５６と対向
する表示用電極５８が形成されるとともにこの電極形成
面に配向処理膜５９が形成されている。そして、上記下
基板５１と中間基板５２との間には液晶６０が封入され
ており、これら下基板５１と中間基板５２および側基板
５１５２面の表示用電極５６．５８と配向処理膜５７゜
５９と、上記液晶６０とによって、上述した実施例の液
晶表示素子における表示セル１０と同様な構成の表示セ
ル１００が形成されている。また、上記中間基板５２の
上基板５３と対向する面および上基板５３面には、それ
ぞれ配向処理膜６１゜６２が形成されるとともに、この
中間基板５２と上基板５３との間には液晶６３が封入さ
れており、これら中間基板５２と上基板５３および側基
板５３．５２面の配向処理膜６１．６２と、上記液晶６
３とによって、上述した実施例の液晶表示素子における
補償セル２０と同様な構成の補償セル２００が形成され
ている。そして、上記表示セル１００と補償セル２００
の両側には、一対の偏光板３０１，３０２がその偏光軸
方向を上述した実施例と同様な方向に合わせて配置され
ている。なお、この実施例の液晶表示素子でも、表示セ
ル１００および補償セル２００の液晶に上述した実施例
の液晶材料を用いている。また第８図では図示していな
いが、この実施例の液晶表示素子も、その表示セル１０
０は上述した実施例と同様にして表示駆動される。

すなわち、この実施例の液晶表示素子は、表示セル１０
０と補償セル２００とを３枚の基板５１゜５２．５３を
用いて一体に形成したものであり、この実施例の液晶表
示素子も、その他の構成および色補償作用は上述した実
施例の液晶表示素子と同じである。

以上説明したように、上記実施例によれば、マルチプレ
ックス駆動したときに生ずる表示の着色をなくして良好
な白黒表示を得ることができる。

また、補償セルの液晶に、この補償セルの液晶の屈折率
異方性Δｎの値と液晶層厚ｄとの積Δｎ・ｄの値が前記
表示セルのΔｎ−ｄの値より小さく、かつ補償セルのΔ
ｎ−ｄの値と表示セルのΔｎ・ｄの値との差が高温側で
小さく低温側で大きくなる屈折率異方性の温度依存性を
もつ液晶材料を用いているため、広い温度範囲にわたっ
て色補償が適切に行なわれるから、使用温度範囲の広い
液晶表示素子を提供することができる。

したがって、上記実施例の液晶表示素子は、各画素表示
部にそれぞれ対応させて・カラーフィルタを設けたカラ
ー画像表示装置に適しており、また、上記実施例のよう
に、温度に応じて表示セルの駆動電圧を制御すれば、低
温側でも比較的高速で応答するため、テレビジョン受像
機等の動画を表示する表示装置に適している。

〔発明の効果〕

本発明の液晶表示素子は、表示用電極を有する一対の基
板間に封入した液晶の分子を１６０°〜２７０’の範囲
でツイスト配列させた表示セルと、この表示セルに積層
され、一対の基板間に封入した液晶の分子を前記表示セ
ルの液晶分子ツイスト角度と等しい角度で逆回転方向に
ツイスト配列させた補償セルと、前記表示セルと補償セ
ルをはさんでその両側に配置された一対の偏光板とを備
え、前記表示セルの補償セル側の基板面における液晶分
子配列方向と、前記補償セルの表示セル側の基板面にお
ける液晶分子配列方向とを互いにほぼ直交させるととも
に、一方の偏光板の偏光軸の方向を、この一方の偏光板
側の液晶セルの偏光板側基板面における液晶分子配列方
向に対して３５°〜５０＠の範囲で交差させ、かつ前記
一対の偏光板の偏光軸の方向を互いにほぼ直交させた液
晶表示素子において、 前記補償セルの液晶に、この補償セルの液晶の屈折率異
方性Δｎの値と液晶層厚ｄとの積Δｎ・ｄの値が前記表
示セルのΔｎ−ｄの値より小さく、かつ補償セルのΔｎ
ｏｄの値と表示セルのΔｎ・ｄの値との差が高温側で小
さく低温側で大きくなる屈折率異方性の温度依存性をも
つ液晶材料を用いたことを特徴とするものであるから、
広い温度範囲にわたって着色がなくかつ高コントラスト
の良好な表示を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の一実施例を示したもので、第
１図は液晶表示素子の断面図、第２図は表示セルと補償
セルの各基板面の配向処理方向と偏光板の偏光軸方向を
示す平面図、第３図は各液晶材料の屈折率異方性の温度
依存性を示す図、第４図は各温度における電気光学特性
を示す図、第５図は第４図の電気光学特性に基づいて算
出した各温度におけるコントラストを示す図、第６図お
よび第７図は比較素子の各温度における電気光学特性お
よびコントラストを示す図である。第８図は本発明の他
の実施例を示す液晶表示素子の断面図、第９図は従来の
液晶表示素子における表示色の温度依存性を示すＣＩＥ
色度図、第１０図は従来の液晶表示素子における表示セ
ルおよび補償セルのΔｎ−ｄの変化に対する表示色の変
化を示すＣＩＥ色度図である。 １０．１００・・・表示セル、２０，２００・・・補償
セル、１２，１３．２２，２３，５１，５２゜５３・・
・基板、１４，１５，５６．５８・・・表示用電極、１
６，１７，２６，２８，５７，５９，６１゜６２・・・
配向処理膜、１８．２８，６０．６３・・・液晶、３１
．３２，３０１，３０２・・・偏光板、１２ａ・・・表
示セルの下基板面の配向処理方向、１３ａ・・・表示セ
ルの上基板面の配向処理方向、２２ａ・・・補償セルの
下基板面の配向処理方向、２３ａ・・・補償セルの上基
板面の配向処理方向、３１ａ・・・下偏光板の偏光軸方
向、３２ａ・・・上偏光板の偏光軸方向。 第３図 五度　０Ｃ 第９図 ０１ 第８図 第１０図 負、）−１−１やド工 へへ−Ｌｌやベム １６１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 表示用電極を有する一対の基板間に封入した液晶の分子
   を１６０°〜２７０°の範囲でツイスト配列させた表示
   セルと、この表示セルに積層され、一対の基板間に封入
   した液晶の分子を前記表示セルの液晶分子ツイスト角度
   と等しい角度で逆回転方向にツイスト配列させた補償セ
   ルと、前記表示セルと補償セルをはさんでその両側に配
   置された一対の偏光板とを備え、前記表示セルと補償セ
   ル側の隣接する側の基板面の液晶分子配列方向互いにほ
   ぼ直交させるとともに、一方の偏光板の偏光軸の方向を
   、この一方の偏光板側の液晶セルの偏光板側基板面にお
   ける液晶分子配列方向に対して３５°〜５０°の範囲で
   交差させ、かつ前記一対の偏光板の偏光軸の方向を互い
   にほぼ直交させた液晶表示素子において、 前記補償セルの液晶に、この補償セルの液晶の屈折率異
   方性Δｎの値と液晶層厚ｄとの積Δｎ・ｄの値が前記表
   示セルのΔｎ・ｄの値より小さく、かつ補償セルのΔｎ
   ・ｄの値と表示セルのΔｎ・ｄの値との差が高温側で小
   さく低温側で大きくなる屈折率異方性の温度依存性をも
   つ液晶材料を用いたことを特徴とする液晶表示素子。