JPH03221920A - 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〕 本発明は液晶表示素子に関し、特に、正の誘電異方性を
有する液晶が液晶層の厚み方向に９０’以上ねじれた構
造を有するスーパーツィステッドネマティック（ＳＮＴ
）型液晶表示素子を改良した液晶表示素子に関する。

〔従来の技術〕

従来主に用いられてきた液晶の表示モードはツイストネ
マティック（ＴＮ）型と呼ばれ、このＴＮ型の液晶表示
素子では、一対の基板間で液晶分子が約９０°ねじれた
構造をとっており、液晶による偏光面の回転と、電圧印
加によるその効果の消失とを利用して表示を行っている
。

このＴＮ型表示モードは、時計や電卓等の低時分割駆動
では十分なものであったが、表示容量を増大させるため
に高時分割鄭動させると、コントラストが低下したり、
視角が狭くなるという欠点があった。

これは、高時分割駆動になると、選択点と非選択点にか
かる電圧の比が１に近づくためで、高コントラスト、広
視角の表示素子を得るためには、素子の相対透過率が１
０％変化する電圧■、。に対する５０％変化する電圧ｖ
５ｏの比（Ｖ５ｏ／Ｖ工。）で表される急峻度γをでき
るだけ小さくすることが必要である。

尚、上述のツイストネマティック（ＴＮ）型の場合、こ
のγ値は１．１３程度である。

そこで、このγ値を小さくするために、液晶分子のねじ
れ角を大きくし、偏光軸を液晶配向方向とずらす方式が
提案されており、ＳＢＥモードやＳＴＮモードと呼ばれ
ている。

このような方式によると、γ値を１．１以下にすること
ができ、１／４００デユ一テイ程度の高時分割駆動が可
能になる。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、ＳＴＮモードの表示方式を用いたＳＴＮ
型の液晶表示素子では、複屈折による着３− 色及びその電圧による変化を利用するため、原理的に白
黒表示を行うことは困難であり、液晶セルの透過光また
は反射光には着色を生じ、着色背景上への表示となって
しまう。

そこで、ＳＴＮ型液晶表示素子の着色を解消する色補償
板として、複屈折性媒質を用いる方法が提案されている
が、この方法で多色表示を行うためには、液晶セルの各
ドラＩ−ごとにカラーフィルターを設ける必要があり、
表示素子の作製工程が複雑となるという欠点がある。ま
た、カラーフィルターによる光の吸収のため、表示が暗
くなるという欠点も有る。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、従来
の液晶表示素子にみられる欠点を解消し、容易に多色表
示を得ることができる液晶表示素子を提供することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するため、本発明による液晶表示素子は、電極を備えた
一対の基板と該基板間に挾持された正の誘電異方性を有
する液晶組成物か４− らなる液晶層とを有し該液晶層が電圧無印加時に基板に
対して略水平に配向し液晶層の厚み方向に１２０°以上
３６０°以下のねじれた構造を有するように構成された
第１の液晶セルと、上記第１の液晶セルを挾むようにし
て配設された一対の偏光子と、上記第１の液晶セルと上
記一対の偏光子との間の少なくとも一方に配設されてお
り、電極を備えた一対の基板と該基板間に挾持された正
の誘電異方性を有する液晶組成物からなる液晶層とを有
し該液晶層が電圧無印加時にホモジニアス配向するよう
に構成された第２の液晶セルとを備え、上記第２の液晶
セルは、その液晶層のホモジニアス配向方向が上記偏光
子の透過軸に対して２０’から７００の範囲の角度を成
すように設置され、該液晶層に電圧を印加することによ
って多色表示を行なうことを特徴とする。

以下、図面を参照して、本発明による液晶表示素子の構
成及び作用について詳述する。

第１図は、本発明による液晶表示素子の概略構成例を示
す断面図である。

−ら− 第１図において、符号１０は上記第Ｉの液晶セルであり
、ＳＴＮセルによって構成されている。

このＳＴＮセル１０の一対の基板上、１１は、夫々配向
処理が施された配向膜３，１３と透明電極４．１４を有
し、離間、対向して配設されており、その一対の基板１
，１１の間には液晶６が封入され、シール剤５によって
外気と遮断される。

また、符号２ｏは上記第２の液晶セルであり、ホモジニ
アスセルで構成されている。このホモジニアスセル２０
の一対の基板２１，３１．は、夫々配向処理が施された
配向膜２３，３３と透明電極２４．３４を有し、離間、
対向して配設されており、その一対の基板２１．３１の
間には液晶２６が封入され、シール剤２５によって外気
と遮断される。

そして、第１図に示すように、この二つの液晶セルエ０
，２０を重ねあわせ、一対の偏光子２゜１２を二つの液
晶セル１０．２０を挾むように配設することで液晶表示
素子が構成される。

尚、第１図に示す構成の液晶表示素子は透過型６ の例であるが、一方の偏光子の外側に反射板を配設して
、反射型のものとして用いることもできる。

また、第１図の構成例では、各セルごとに２枚ずつ基板
を用いたが、基板上と基板３１を一枚の基板で構成し、
第１の液晶セルｌＯと第２の液晶セル２０の共通の基板
として用い、液晶表示素子を３枚の基板で構成してもよ
い。

さて、本発明の液晶表示素子の各基板における配向処理
は、液晶分子が電圧無印加時に略水平配向するように行
われ、この配向処理方向に沿って液晶分子が優先配向す
る。この場合、液晶分子の配向に関していう略水平とは
、液晶分子の基板に対する傾き角がおおよそ０″から３
０’の範囲にあることを言う。

ここで、第２図は本発明に関わる角度の定義を示したも
のである。

第１の液晶セルを構成するＳＴＮセル１０では、基板１
での液晶分子の優先配向処理方向Ｄ１と、基板１１での
液晶分子の優先配向処理方向Ｄ２との間で、液晶分子は
ω□だけねじれた構造をとっ＝７− ている。このように、ω１は配向処理によって決まるツ
イスト角であり、この配向制御は従来公知の斜方蒸着や
、無機または有機被膜を形成した後に綿布などでラビン
グすることにより行うことができる。尚、ＳＴＮセル１
０の液晶は、正の誘電異方性を有するネマティック液晶
にコレステリック液晶やカイラルネマティック液晶を添
加し、適当なピッチに調整したものを好ましく用いるが
、この場合、ω□が小さいと、急峻度が悪化し時分割特
性が低下してしまう。また、ω１が大きすぎると、電圧
印加時に散乱組織を生じ、表示品質が低下するため好ま
しくない。このことより、ω、は１２０°以上３６０°
以下である必要がある。

尚、第２図では、セル１０を基板１側からみたときに、
基板１１から基板１へ向けてツイスト方向が時計回りと
なるように構成したが、配向処理の方向や、コレステリ
ック液晶またはカイラルネマティック液晶の選択により
反時計回りとすることもできる。

第２図おいて、Ｄ、は第２の液晶セル２０の基８− 板２１及び基板３工の液晶分子の優先配向処理方向で、
液晶分子がこの方向に上下基板間でホモジニアス配向し
ている。このセル２０の液晶分子配向方向Ｄ３は、セル
１０の隣接する基板１上での液晶分子配向方向Ｄ１とδ
の角度を有している。

また、セル２０に隣接する偏光子２の透過軸Ｐ□とＤ３
とはβ□の角度を威して配設される。さらに、セル１０
に隣接する偏光子１２の透過軸ｐＨは、基板１１上での
液晶分子配向方向Ｄ２とβ。

の角度を威す。尚、角度は液晶のねじれの向きを正とす
る。

セル２０の液晶分子配向方向Ｄ３は、隣接する偏光子の
透過軸Ｐ１と傾斜すること、すなわち、平行及び直交以
外の角度に保持することが必要である。Ｄ３が、偏光子
の透過軸と平行若しくは直交していると、本発明の効果
は全く発現せず、白黒表示及び多色表示を実現すること
はできない。

このことより、Ｄ３とＰｌとの威す角度（β、の絶対値
）の好ましい範囲は、２０°から７０°である。

〔実　施　例〕

次に、本発明による液晶表示素子の具体的な実施例につ
いて説明する。

尚、液晶表示素子の構成は第１図に示したものと同様で
ある。

実施例１゜ 先ず、第１の液晶セル１０として、透明電極を有する上
下のガラス基板１，１１間での液晶のねじれ角ω１が２
００’であり、液晶層６のＩツタ−デージョン（液晶分
子の複屈折と液晶層の厚みの積）が０．９１５μｍであ
るＳＴＮセルを作製した。液晶６は、正の誘電異方性を
有するネマティック液晶ＺＬＩ２２９３　（メルク社製
）にカイラルネマティック液晶８８１１　（メルク社製
）を添加したものを用いた。また、配向処理は、ポリイ
ミド膜のラビング処理により行った。

同様にして、第２の液晶セル２０として、透明電極を有
する上下のガラス基板２１．３１間で液晶２６がホモジ
ニアス配向しているホモジニアスセルを作製した。液晶
層２６のレターデーションは０．８２５μｍ、液晶はＺ
ＬＩ２２９３を用いた。

次に、このホモジニアスセル２０をＳＴＮセル工０の上
に、ホモジニアスセル２０の液晶分子配向方向が、ＳＴ
Ｎセル１０の上側基板ｌ上の液晶分子配向方向と直交（
δ＝９０°）するように配置した。

ＳＴＮセル１０の下部には、ニュートラルグレー偏光板
１２をその透過軸が下側基板１１上の液晶分子配向方向
と４５°、すなわちβ２＝４５゜の角度を成すように配
置した。さらに、この偏光板の下には、冷陰極管を用い
たバックライＩ−を設置した。また、ホモジニアスセル
２０の上部には、ニュートラルグレー偏光板２をその透
過軸がホモジニアスセル２０の液晶分子配向方向と−４
５゜すなわちβ１＝−４５°の角度を成すように配置し
た。

さて、このように構成された液晶表示素子において、先
ず、ホモジニアスセル２０にしきい値電圧以上の電圧を
印加しない場合について述べる。

１１− この場合、ＳＴＮセル１０にしきい値電圧以上の電圧を
印加しない場合は、ホモジニアスセル２０による色補償
によってＳＴＮセル１０の着色が解消され、表示素子の
色は黒となった。また、ＳＴＮセル１０にしきい値電圧
以」二の電圧を印加する場合の表示素子の色は白となり
、白黒表示を実現することができた。

次に、ホモジニアスセル２ｏにしきい値電圧以上の電圧
を印加する場合について述べる。

ホモジニアスセル２０にしきい値電圧以上の電圧を印加
すると、液晶分子が基板に対して水平方向から傾いてく
るため、ホモジニアスセル２０のレターデーションの実
効値が減少し、ＳＴＮセル１０の着色を完全に解消でき
なくなり、ＳＴＮセル１０にしきい値電圧以上の電圧を
印加しない場合もする場合も、表示素子は着色する。こ
の表示素子の色は、ホモジニアスセル２０に印加する電
圧によって様々に変化するが、ホモジニアスセル２０に
しきい値電圧より十分高い電圧を印加した場合、ホモジ
ニアスセル２０の液晶分子は基板に１２− 対してほぼ垂直に配向し、ホモジニアスセル２゜のレタ
ーデーションの実効値はほぼ０となる。したがって、こ
の場合の表示素子の色は、ＳＴＮセル１０にしきい値電
圧以上の電圧が印加されない時は黄色、しきい値電圧以
上の電圧が印加された時は青になった。

以上のように、ホモジニアスセル２ｏに印加する電圧を
制御することにより、本実施例の液晶表示素子は、白黒
表示及び多色表示を容易に実現することができた。

次に、本発明による液晶表示素子の第２の実施例につい
て述べる。

実施例２゜ 先ず、第１の液晶セル１０として、透明電極を有する上
下のプラスチック基板１，１１間での液晶のねじれ角ω
、が２４０’であり、液晶層６のレターデーションが０
．８２μｍであるＳＴＮセルを作製した。液晶６は、正
の誘電異方性を有するネマティック液晶ＺＬＩ２２９３
にカイラルネマティック液晶５８１１を添加したものを
用いた。

また、配向処理は、ポリイミド膜のラビング処理により
行った。

同様にして、第２の液晶セル２０として、透明電極を有
する上下のプラスチック基板２１．３１間で液晶２６が
ホモジニアス配向しているホモジニアスセルを作製した
。液晶層２６のレターデーションは０．８２５μｍ、液
晶はＺＬＩ２２９３を用いた。

次に、このホモジニアスセル２０をＳＴＮセル１０の上
に、ホモジニアスセル２０の液晶分子配向方向が、ＳＴ
Ｎセル１０の上側基板１上の液晶分子配向方向と直交（
δ＝９０°）するように配置した。

上記ＳＴＮセル１０の下部には、反射板付ニュートラル
グレー偏光板１２を　β２＝４５°となるように配置し
た。また、ホモジニアスセル２０の上部には、ニュート
ラルグレー偏光板２をβ１＝４５°の角度を成すように
配置した。

さて、このように構成された液晶表示素子において、先
ず、ホモジニアスセル２０にしきい値電圧風上の電圧を
印加しない場合、表示素子の色は、ＳＴＮセル１０にし
きい値電圧以上の電圧を印加しない時は白、また、ＳＴ
Ｎセル１０にしきい値電圧以上の電圧を印加した時は黒
となり、白黒表示を実現することができた。

また、ホモジニアスセル２０にしきい値電圧以上の電圧
を印加した場合は、ホモジニアスセル２０に印加する電
圧によって表示素子の色は様々に変化し、特に、しきい
値電圧よりも十分高い電圧を印加した場合は、ＳＴＮセ
ル１０にしきい値電圧以上の電圧を印加しない時は青、
しきい値電圧以上の電圧を印加した時は黄色になった。

以上のように、本実施例の液晶表示素子では、ホモジニ
アスセル２０に印加する電圧を制御することにより、白
黒表示及び多色表示を容易に実現することができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による液晶表示素子では、
ＳＴＮ型液晶表示素子のＳＴＮセルと偏光子の間に第２
の液晶セルとしてホモジニアスセルを設置した構成とし
、ホモジニアスセルに印加する電圧を制御することによ
り、容易に多色表示を行うことができる。

したがって、本発明によれば、容易に多色表示を行・う
ことかでき、しかも、比較的低コス１〜で製造も容易な
新規な液晶表示素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶表示素子の概略構成例を示す
断面図、第２図は本発明による液晶表示素子の液晶分子
配向や偏光板の方向等の角度関係の説明図である。 １．１１，２１．３１・・・・基板、２．工２・・・直
線偏光子、３，１３，２３．３３・・・・配向膜、４．
１４，２４，３４・・・・透明電極、５，２５・・・シ
ール剤、６，２６・・・・液晶層、１ｏ・・・・第１の
液晶セル（ＳＴＮセル）、２０・・・第２の液晶セル（
ホモジニアスセル）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電極を備えた一対の基板と該基板間に挾持された正の誘
   電異方性を有する液晶組成物からなる液晶層とを有し該
   液晶層が電圧無印加時に基板に対して略水平に配向し液
   晶層の厚み方向に１２０゜以上３６０゜以下のねじれた
   構造を有するように構成された第１の液晶セルと、上記
   第１の液晶セルを挾むようにして配設された一対の偏光
   子と、上記第１の液晶セルと上記一対の偏光子との間の
   少なくとも一方に配設されており、電極を備えた一対の
   基板と該基板間に挾持された正の誘電異方性を有する液
   晶組成物からなる液晶層とを有し該液晶層が電圧無印加
   時にホモジニアス配向するように構成された第２の液晶
   セルとを備え、上記第２の液晶セルは、その液晶層のホ
   モジニアス配向方向が、上記偏光子の透過軸に対して２
   ０゜から７０゜の範囲の角度を成すように設置され、該
   液晶層に電圧を印加することによって多色表示を行なう
   ことを特徴とする液晶表示素子。