JPH0353217A - Ｔｎ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］ この発明は、ＴＮ型液晶表示素子に関するものである。

［従来技術］ ＴＮ型液晶表示素子には、（１）液晶層厚の不均一によ
る表示器の不均一着色、（２〉温度変化による液晶物質
の物質変化に伴う表示器の着色変化、（３）表示が読み
取れる視野角が狭い、という問題がある。そのために、
特開昭６１−１３７１３２号公報には、液晶物質が接す
る少なくとも一方の基板界面に多数の凹所を形成するこ
とが開示されている。この凹所は、互いにほぼ隣接して
全界面を覆い各四所にその範囲内で種々の深さを有し、
この深さが、それぞれこの位直に存在する液晶層の全厚
に応じて光の着色に作用し、かつ、この光の着色が１つ
の凹所の範囲内で少なくともほぼ全ての色スペクトルを
有するものとしたものである。これによって、観測者に
は各凹所の範囲も全表示面も加色混色によって、只ひと
つの色（灰色〉に認められるというものである。これを
、一般にＭ−ＴＮ　−　ＬＣＤと言う。

［発明が解決しようとする課題］ 液晶表示素子の表示特性として、コントラスト比とスイ
ッチング時間が性能の目安とざれる。コントラスト比と
は、ＴＮネガ型の液晶表示素子の場合、液晶層に電界が
印加され液晶分子ｈく電界方向く基板に垂直な方向〉に
配列し、光の旋回性がなくなり、吸光軸が平行に貼合さ
れた偏光板に光が吸収されることなく明状態となる表八
部と、液晶分子がＴＮ配向状態にあり光の旋回性を有し
平行に貼合された偏光板間で光を９０’旋回させること
により偏光板を直交させて貼合ぜた状態と同じ暗状態と
なる背景部との光源光透過率の比である。又、スイッチ
ング時間とは、明あるいは暗状態へ切替わる時間であり
、光が規定呈だけ透過又は遮光されるｌ４間で表わざれ
る。

通常、液晶表示素子の設計とは、最適なコントラスｌ−
比を得る設定を見つけることであるが、明状態の透過率
は、おおむね偏光板の特性で決定し、他のパラメータの
影響は無視できる。そこで、最適なコントラスト比を得
るには、暗状態の透過率を最も小さくすることのできる
条件設定を行うこととなる。

暗状態での透過率Ｔは、グッチ・タリーの式．　　　′
）７　　　　１／’） Ｔ＝ｓ　＋　ｎ−　　｛π／２　（１＋ｕ−　）”−　
｝／（１＋ｕ２） ・・・（１） ただし、ｎ＝２・Δｎ−ｄ／λ（λ：波長〉で表わされ
、コントラスト比を最適とするには、（１）式が最小と
なるΔｎ−ｄの値に設定することとなる。ここで、ｄは
液晶層厚のことである。

従来の液晶表示素子の場合、（１〉式が第２番目に最小
となるセカンド・ミニマム値にｄが設定されている。

又、液晶表示素子のスイッチング時間は、液晶層厚が薄
くなる程短くなり、逆に厚くなる程長くなってしまう。

従来のＭ〜丁Ｎ−ＬＣＤは通常の液晶表示素子と同様、
セカンド・ミニマム値の液晶居厚（ほぼ平均値付近〉で
あるが、スイッチング時間は、液晶層厚分布の凹所によ
る厚い部分に支配され、結果的には、平均の液晶層厚が
厚くなったことと同じ効果となり、スイッチング時間が
問題視ざれる程長くなってしまう。

そこで、スイッチング時間を矢Ｇくするためには、（１
〉式が第１番目に最小となるファースト・ミニマム値に
ｄを設定すれば良いこととなる（液晶底厚を薄くする）
。しかし、Ｍ−ＴＮ　−　ＬＣＤでは、凹所を形成する
ことにより、液晶分子の均一な旋回が乱され視覚依存性
が緩和される反面、光の旋回性が悪くなることにより、
偏光板による光の遮光率が低下し、結果的には表示部全
体のコントラストが低下してしまう。特に、旋回能力が
弱いファースト・ミニマム値ｒ高コントラスト比を実現
することは、非常に困難であった。

この発明の目的は、スイッチング０５間を考慮した上で
の最適設計をｈなうことができるＴＮ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］ この発明は、２つの透明基板の間に液晶材料を充填し、
前記透明基板の外側の面に偏光仮をそれぞれ配置すると
ともに、前記透明基板の対向する側の面に電極をそれぞ
れ配落し、さらに、液晶材料が接する少なくとも一方の
透明基板との全界面に互いほぼ隣接して種々の深さを有
する凹所を形或し、前記液晶材料の厚さに応じて光の着
色に作用し、かつ、この光の着色が１つの凹所の範囲内
で少なくともほぼ全ての色スペクトルを右リるものとし
たＴＮ型液晶表示素子にａ３いて、白色光を入射させた
際の暗状態での透過率の第１番目の最小値における前記
凹所の深ざを、コン１〜ラスト比及び入射光と透過光の
色差のうち少なくともいずれか一方により決定したＴＮ
型液晶表示素子をその要旨とするものである。

［作用］ 白色光を入躬させた際の暗状態での透過率の第１番目の
最小値における前記凹所の深さを、コントラスト比及び
入射光と透過光の色差のうら少なくともいずれか一方に
より決定することにより、最適設計が可能となる。

［実施例］ 以下、この発明を具体化したー実施例を図面に従って説
明する。

第１図にはＭ−ＴＮｎａ液晶表示素子の構成を示す。平
板状のガラス基板（透明基板）１と対向面が正弦波の波
面状に加工されたガラス基板（透明基板〉２の一対のガ
ラス基板１，２が対向して配置ざれている。このガラス
基板１，２の対向面上に、透明電極３．４及び液晶分子
５をＴＮ配向ざせるようラビング処理を施した配向膜６
，７が配置ざれている。さらに、全周をシール８．９に
よって、ガラス基板１．２を貼合せて形成した空間内に
液晶材料１０が充填されている。又、ガラス基板１，２
の外側に偏向板１１．１２が貼合されている。

このように、液晶材料１０が接する一方のガラス基板２
との全界面に互いにほぼ隣接して種々の深さを有する凹
所１３が形或されている。

そして、液晶表示素子の表示方法は、入射光１４ａ．１
４ｂが入射されるが、透明電極３，４及び透明電極外の
電界が印加されずＴＮ配向のままの液晶分子５を透過し
た透過光１５ａと、透明電極３，４間に電界が印加され
、十分にガラス基板１，２に対し垂直な方向に配向され
た液晶分子５ａを透過した透過光１５ｂの透過光量の比
゛によって行われる。

透過光１５ｂは、平均液晶層厚Ｄ及び凹の深さＨ、さら
に液晶材Ｆ４１０の物性値Δｎ及び偏光板１１．１２の
特性によって透過光量と透過色が変化する。ここで、Δ
ｎは、液晶分子の屈折率異方性、即ち、液晶分子は細長
い形をしており、長袖方向に対して平行に入射した光に
対ずる屈折率（＝ｎｅ　）と長軸方向に対して垂直に入
射した光に対する屈折率（＝ｎｏ　）の差Δｎ　（＝ｎ
ｅ　−ｎｏ）である。透過光１５ｂは偏光板の特性のみ
に依存し、他のパラメータの影響は無視できる。

第２図は、一般的な液晶表示素子の液晶居厚と、表示切
換えのスイッチング時間（表示→非表示）との関係を示
したものである。この関係より、スイッチング時間は、
液晶層厚が薄い程短くなることを示している。尚、ηは
液晶の粘度を示す。

第３図は、凹所１３の深さ口と入射光１４ａに対する透
過光１５ａのクロマチツクネス差との関係を示したもの
である。ここで、クロマチツクネス差ΔＳは、等明度の
ＣＩＥ色度図．Ｌの２つの色度点間の色の差である。又
、偏光板のＴ／／は、偏光板の平行二コル（２枚の偏光
板の吸光軸を平行に貼合わせた場合）の透過率を示し、
Ｔ上は、偏光板のクロスニコル（２枚の偏光板の吸光軸
を直交させて貼合わせた場合）の透過率を示す。さらに
、平均液晶居厚Ｄは、凹所の深さ日の変化に合わせて、
ファース１〜・ミニマム値としてある。又、入則光１４
ａ，１４ｂは白色光（Ｃ光源）とした。

第４図は、凹所の深さ口と，透過光１５ａに対する透過
光１５ｂの割合であるコントラスト比との関係を示した
ものである。

同様に、第５図、第６図、第７図、第８図にΔｎ＝ｏ．
ｏａｏ及び０．１３０の場合の凹所の深さ口とクロマチ
ックネス差及びコントラスト比の関係を示す。どの場合
も、平均液晶層厚はファース１へ・ミニマム１直をとる
ものとする。

又、液晶表示素子のスイッチング時間は、第２図に示す
ように、液晶層厚が薄くなる稈短くなり、逆に厚くなる
程長くなってしまう。

そこで、スイッチング時間を考慮したファースト・ミニ
マム値におけるＭ−ＴＮ　−　ＬＣＤの効果と高コント
ラスト比を実現するために以下の最適設３１を行なった
。

Ｍ−ＴＮ−ＬＣＤの特性は、通常の液晶表示素子のパラ
メータの他に凹の深さも特性に大きな影響を与えるパラ
メータとなる。

まず、Ｍ−ＴＮ　−　ＬＣＤ特有の効果である灰色の背
景色を実現するための凹所の深さを限定する。

これには、標準の光Ｃ（古空を含む昼光に相当する）を
Ｍ一丁Ｎ・Ｌ　Ｃ　Ｄに入射させた際の入射光と、その
透過光とのクロマチックネス差ΔＳによって限定する。

透過光を灰色とするためには、ΔＳ≦５が必要である。

これにより、第３図において（Δｎ＝ｏ，０９３の液晶
材料の場合〉、凹の深さの下限が次のように限定ざれる
。

１．７μｍ≦凹所の深さ・・・（２〉 次に、高コン１〜ラス１〜比を実現するための凹所の深
さを限定する。実用上はつきりした表示をさせるために
は、コントラス１〜比≧３０が必要である。これにより
、第４図に示すように（Δｎ＝０．０９３の液晶材料の
場合〉、凹の深さの上限が次のように限定される。

凹所の深さ≦２．３μｍ　　・・・（３〉この（２）、
（３）の関係により、八ｎ＝０．０９３の液晶材料の場
合、ファースト・ミニマム値での凹の深さは、次の範囲
と限定される。

１．７μｍ≦凹所の深さ≦２．３μｍ ・・・（４） 同様に、△ｎ＝０．０８０の場合とΔｎ＝Ｑ，１３０の
場合の範囲は第５図〜第８図より次のようになる。

Δｎ＝ｏ．ｏｓｏの場合； １．２μｍ≦凹所の深さ≦３．０μｍ ・・（５） Δｎ＝０．１３０の場合： １．２μｍ≦凹所の深さ≦１．７μｍ ・　・　・　（６〉 そして、このような実施例のＭ−ＴＮ−ＬＣＤ（凹所の
深さ１１−２μｍ，平均液晶閤厚Ｄ−５．２μｍ，液晶
材料のΔｒｌ＝０．０９３＞と、従来のＭ−ＴＮ−ＬＣ
Ｄ（凹所の深さ口＝　３　μｍ，平均液晶居厚Ｄ＝９．
３μｍ，液晶材料のΔｎ＝０．１３８〉を比較したとこ
ろ、応答時間を２倍以上高速にでき他の特性についても
遜色のない結果を得た。

このように実施例では、白色光を八則させた際の昭状態
での透過率の第１番目の最小値（フ７・−スト・ミニマ
ム値〉における凹所１３の深さを、コントラスト比及び
入射光と透過光の色差（クＤマチックネス差ΔＳ〉によ
り決定した。従って、従来での旋回能力が弱いファース
１〜・ミニマム値で凹所を形成すると液晶分子の均一＜
＞　Ｂｋ回が乱され視覚依存性が緩和される反面、光の
旋回１ヒｔが悪くなることにより偏光板による光の遮光
率が低下して結果的には表示部全体のコン１〜ラストが
低下してしまうが、本実施例ではそのようなことがなく
、スイッチング時間が短く、かつＭ−ＴＮ　−　ＬＣＤ
の効果と高コン１〜ラスト比を確保できる最適Ｌ２計が
可能となる。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、
白色光を入ｒＪＪさけた際の暗状態での透過率の第１番
目の最小値（ファースト・ミニマム値〉における凹所１
３の深さを、コン１〜ラスト比若しくは入剣光と透過光
の色差（クロマヂックネス差ΔＳ〉のいずれか一方によ
り決定してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、スイッチング時
間をｒ，慮した上での最適設Ｓ１を行なうことができる
優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のＴＮ型液晶表示素子の断面図、第２図
は液晶層厚とスイッチング時間との関係を示す図、第３
図は四所の深さとクロマチックネス差との関係を示す図
、第４図は凹所の深さとコントラスト比との関係を示す
図、第５図は凹所の深さとクロマチックネス差との関係
を示す図、第６図は凹所の深さとコン１〜ラス１〜比と
の関係を示す図、第７図は凹所の深さとクロマチックネ
ス差との関係を示す図、第８図は四所の深さとコン１〜
ラスト比との関係を示す図である。 １は透明基板としてのガラス基板、２は透明塁板として
のガラス基板、３は透明電極、４は透明電極、１０は液
晶材料、］１は偏光板、１２は偏光板、１３は凹所。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２つの透明基板の間に液晶材料を充填し、前記透明
   基板の外側の面に偏光板をそれぞれ配置するとともに、
   前記透明基板の対向する側の面に電極をそれぞれ配置し
   、さらに、液晶材料が接する少なくとも一方の透明基板
   との全界面に互いほぼ隣接して種々の深さを有する凹所
   を形成し、前記液晶材料の厚さに応じて光の着色に作用
   し、かつ、この光の着色が１つの凹所の範囲内で少なく
   ともほぼ全ての色スペクトルを有するものとしたＴＮ型
   液晶表示素子において、 白色光を入射させた際の暗状態での透過率の第１番目の
   最小値における前記凹所の深さを、コントラスト比及び
   入射光と透過光の色差のうち少なくともいずれか一方に
   より決定したことを特徴とするＴＮ型液晶表示素子。