JPH04289818A

JPH04289818A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH04289818A
Application number: JP3054328A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kikuchi; 直樹菊地; Shinji Hasegawa; 真二長谷川; Yoshio Hanada; 花田　良雄
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1991-03-19
Publication date: 1992-10-14

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置に係り、特
に表示が明るく、かつ優れた時分割駆動特性を有する電
界効果型液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示素子のツイステッドネマ
チックタイプと言われるものは、２枚の電極基板間に正
の誘電異方性を有するネマチック液晶による９０°ねじ
れたらせん構造を有し、かつ両電極基板の外側には一対
の偏光板をその偏光軸（あるいは吸収軸）が、電極基板
に隣接する液晶分子の軸に対し直交あるいは平行になる
ように配置するものであった（特公昭５１−１３６６６
号公報）。

【０００３】このようなねじれ角９０°の液晶表示素子
では、液晶層に印加される電圧対液晶層の透過率の変化
の急峻性γ，視角特性の点で問題があり、時分割数（走
査電極の数に相当）は６４が実用的限界であった。しか
し、近年の液晶表示素子に対する画質改善と表示情報量
増大要求に対処するため、一対の偏光板間に挟持された
液晶分子のねじれ角αを１８０°より大にし、この液晶
層への印加電圧による液晶層の複屈折効果の変化を検出
する構成とすることにより時分割駆動特性を改善して時
分割数を増大することがアプライド　　フィジクス　　
レター　　４５，Ｎｏ．１０，１０２１，１９８４　　
（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒ，Ｔ
．Ｊ．Ｓｃｈｅｆｆｅｒ，Ｊ．Ｎｅｈｒｉｎｇ：”Ａ　
ｎｅｗ，ｈｉｇｈｌｙ　ｍｕｌｔｉｐｌｅｘａｂｌｅ　
ｌｉｑｕｉｄ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｄｉｓｐｌａｙ”）に
論じられ、スーパーツイステッド複屈折効果型（ＳＢＥ
）液晶表示装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記ＳＢＥ液晶表示装
置においては、２枚の偏光板を使用するため、反射型装
置の場合表示が暗くなるという問題点があった。

【０００５】本発明の一つの目的は明るく、高コントラ
ストの表示が出来、かつ優れた時分割駆動特性を備えた
液晶表示装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明による液晶表示装置は、正の誘電異方性
を有し、旋光性物質が添加されたネマチック液晶からな
り、その厚さ方向に１８０度から３６０度の範囲内の角
度ねじれたらせん構造を形成し、対向配置された上下一
対の配向処理が施された電極基板間に挟持された液晶層
と、該液晶層の一方の面側に配設された偏光板と、該液
晶層の他方の面側に配設された反射層とを備え、前記液
晶層の屈折率異方性△ｎ１と前記液晶層の厚さｄ１との
積△ｎ１・ｄ１が０．４μｍ〜１．０μｍの範囲にある
ことを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】液晶分子のねじれ角を１８０度から３６０度の
範囲内の角度として時分割駆動特性を向上させ、偏光板
を一枚にすることにより光の吸収を少なくし表示を明る
くできる。また、液晶層の△ｎ・ｄを最適化することに
より明るく、高コントラストの表示が実現できる。さら
に光学位相板を用い、その△ｎ・ｄ及び軸構成を最適化
することにより、表示色を無彩色に近づけることができ
る。

【０００８】

【実施例】次に、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。

【０００９】図１は本発明になる液晶表示装置６２を上
側から見た場合の電極基板上における液晶分子の配列方
向（例えばラビング方向）、液晶分子のねじれ方向、偏
光板の偏光軸（あるいは吸収軸）方向、および複屈折効
果をもたらす部材の光学軸方向を示し、図２は本発明に
なる液晶表示装置６２の要部斜視図を示す。液晶分子の
ねじれ方向１０とねじれ角θは、上電極基板１１上の配
向膜２１のラビング方向６と下電極基板１２上の配向膜
２２のラビング方向７及び上電極基板１１と下電極基板
１２の間に挟持される正の誘電異方性を有するネマチッ
ク液晶層５０に添加される旋光性物質の種類と量によっ
て規定される。

【００１０】図２において、液晶層５０を挟持する２枚
の上，下電極基板１１，１２間で液晶分子がねじれたら
せん状構造をなすように配向させるには、例えば、ガラ
スからなる透明な上，下電極基板１１，１２上の、液晶
に接する、例えばポリイミドからなる有機高分子樹脂か
らなる配向膜２１，２２の表面を、例えば布などで一方
向にこする方法、いわゆるラビング法が採られている。このときのこする方向、すなわちラビング方向、上電極
基板１１においてはラビング方向６，下電極基板１２に
おいてはラビング方向７が液晶分子の配列方向となる。このようにして配向処理された２枚の上，下電極基板１
１，１２をそれぞれのラビング方向６，７が互いにほぼ
１８０度から３６０度で交叉するように間隙ｄ１をもた
せて対向させ、２枚の電極基板１１，１２を液晶を注入
するための切欠け部５１を備えた枠状のシール剤５２に
より接着し、その間隙に正の誘電異方性をもち、旋光性
物質を所定量添加されたネマチック液晶を封入すると、
液晶分子はその電極基板間で図中のねじれ角θのらせん
状構造の分子配列をする。なお３１，３２はそれぞれ酸
化インジウム又はＩＴＯなどからなる透明な上，下電極
である。下電極基板１２の上には先ず、例えばアルミニ
ュームなどで形成された金属反射膜６６が配設され、そ
の上に薄い絶縁層６５が形成され、この絶縁層６５の上
に下電極３２が配設されている。なお、下電極基板１２
と金属反射膜６６との組み合せの代わりに、例えばアル
ミニュームなどの金属材料からなる基板を用いることも
可能である。

【００１１】上記絶縁層６５は、視差をなくし影を生じ
させない為に極力薄いことが好ましい。従って電極自体
に反射特性を持たせる（電極間の平面間間隙を極力狭く
する必要がある）、あるいは電極基板にアルミニューム
を使用してその上に酸化シリコンを真空蒸着したものを
使うと、この視差の発生を極力抑えることが出来る。

【００１２】このようにして構成された液晶セル６０の
上電極基板１１の上側に複屈折効果をもたらす部材（以
下複屈折部材と称す。藤村他「ＳＴＮ−ＬＣＤ用位相差
フィルム」、雑誌電子材料１９９１年２月号第３７−４
１頁）４０が配設されており、さらにこの部材４０およ
び液晶セル６０を挟んで偏光板１５が設けられる。液晶
５０における液晶分子のねじれ角θは１８０度から３６
０度の範囲の値を採り得るが、好ましくは２００度から
３００度であるが、２００度から２７０度の範囲がコン
トラストの点からより好ましい。この条件は優れた時分
割駆動特性を実現するように作用する。また優れた表示
品質を得るためには液晶層５０の屈折率異方性Δｎ１と
その厚さｄ１の積Δｎ１・ｄ１は好ましくは０．４μｍ
から１．０μｍの範囲に設定することが望ましい。

【００１３】複屈折部材４０を図２の如く配設した場合
は、液晶セル６０単体では着色した表示しかできなかっ
たものを白黒の表示に変換することが出来る。このため
には複屈折部材４０の屈折率異方性Δｎ２とその厚さｄ
２の積Δｎ２・ｄ２が極めて重要で、Δｎ１・ｄ１−Δ
ｎ２・ｄ２＝０．４５〜０．５５μｍの条件を満足する
様に設定することが好ましい。

【００１４】さらに、複屈折部材４０として一軸性の透
明複屈折板を用いる場合はその光学軸５と、液晶セル６
０の電極基板１１，１２の液晶配列方向６，７との関係
が極めて重要である。

【００１５】図１で上記の関係の作用効果について説明
する。図１は、図２の構成の液晶表示装置を上から見た
場合の偏光板の軸，一軸性の透明複屈折部材の光学軸，
液晶セルの電極基板の液晶分子軸配列方向の関係を示し
たものである。

【００１６】図２において、５は一軸性の透明複屈折部
材４０の光学軸，６は複屈折部材４０とこれに隣接する
上電極基板１１の液晶分子軸配列方向，７は下電極基板
１２の液晶配列方向，８は偏光板１５の吸収軸あるいは
偏光軸、図１において、角度βは上電極基板１１の液晶
配列方向６と一軸性の複屈折部材４０の光学軸５とのな
す角度であって、β＝（θ−１８０°）／２±１０°を
満足するように設定することが好ましく、また角度αは
偏光板１５の吸収軸あるいは偏光軸８と上電極基板１１
の液晶配列方向６とのなす角度である。この角度αは３
０度±５度の範囲内に設定することが好ましい。

【００１７】なお、表示色を無彩色化する必要がない場
合は、上述の複屈折部材４０を省略することが出来るこ
とは勿論である。

【００１８】実施例１図１において、複屈折部材４０を省略した場合であって
、旋光性物質が添加された正の誘電異方性を有するネマ
チック液晶層５０の液晶分子のねじれ角θが２６０度、
液晶層５０の屈折率異方性Δｎ１とその厚さｄ１の積Δ
ｎ１・ｄ１を０．４５μｍ、上電極基板１１のラビング
方向６と偏光板１５の吸収軸８とのなす角αを種々変化
させて、１／２００デューティ（時分割数２００）で駆
動した場合の表示コントラスト及び非選択電圧印加時の
輝度を測定した結果を図３に示す。αが０度のとき最も
表示コントラストが高く、印加電圧−輝度特性のしきい
値以下の非選択電圧を液晶層に印加した場合青色表示、
しきい値以上の選択電圧を液晶層に印加した場合は無彩
色表示となり、１／２００デューティ程度の高時分割駆
動において良好な表示コントラストが得られる。

【００１９】実施例２液晶層５０の屈折率異方性Δｎ１とその厚さｄ１の積Δ
ｎ１・ｄ１を０．８６μｍとする以外、実施例１同様に
設定し、角度αを種々変化させて１／２００デューテイ
で駆動した場合の表示コントラスト及び非選択電圧印加
時の輝度の測定結果を図４に示す。

【００２０】αが０度のとき最もコントラストが高く、
液晶層への非選択電圧印加時には淡黄色表示、選択電圧
印加時には濃紺表示となり、実施例１同様の良好な結果
が得られた。

【００２１】なお、液晶のねじれ角θを２６０度、αを
０度とし、液晶層５０のΔｎ１・ｄ１を変化させて、１
／２００デューティで駆動した時のコントラスト及び非
選択電圧印加時の輝度を測定した結果を図５に示す。Δ
ｎ１・ｄ１が０．４５μｍ近傍でネガ表示、０．８５μ
ｍ近傍でポジ表示でコントラスト表示最大になる。

【００２２】実施例３図１，２において、液晶分子のねじれ角θが２６０度、
液晶層５０の屈折率異方性Δｎ１とその厚さｄ１の積Δ
ｎ１・ｄ１を０．８５μｍ、ポリカーボネートフィルム
からなる一軸性の複屈折部材４０の屈折率異方性Δｎ２
とその厚さｄ２との積Δｎ２・ｄ２を０．８６μｍ、上
電極基板１１のラビング方向６と偏光板１５の吸収軸８
とのなす角α、および上電極基板１１の液晶配列方向６
とポリカーボネートフィルムからなる一軸性の複屈折部
材（一軸性光学位相板）４０の光学軸５とのなす角度β
（α，βともに左回りを正方向とする）および一軸性の
複屈折部材４０の屈折率異方性Δｎ２とその厚さｄ２と
の積Δｎ２・ｄ２の各々を変化させてコントラスト、明
るさを見るとαが−３０度、βが４０度のきコントラス
ト，明るさともに最大となった。一軸性光学位相板４０
のΔｎ２・ｄ２を変化させたときのコントラスト及び非
選択電圧印加時の輝度の測定結果を図６に示す。一軸性
光学位相板４０のΔｎ２・ｄ２が０．３５μｍのときコ
ントラスト，非選択電圧印加時の輝度がともに最大とな
り、表示色が無彩色となる。一軸性光学位相板４０のΔ
ｎ２・ｄ２が０．３５μｍより大きい場合は多少青がか
った色、小さい時は赤がかった色になるが０．３５μｍ
±０．０５μｍの間で、コントラスト，明るさともに良
好で表示色もほぼ無彩色の表示となる。

【００２３】液晶のねじれ角θを変えても、βが（θ−
１８０度）／２±１０度，αが−３０度±１５度、液晶
５０のΔｎ１・ｄ１より一軸性光学位相板４０のΔｎ２
・ｄ２が０．４５μｍ〜０．５５μｍ小さいとき、コン
トラスト，明るさが良好で表示色が無彩色に近い表示を
実現できる。

【００２４】実施例４液晶分子のねじれ角θ＝２６０度、角α＝−３０度、角
β＝４０度、Δｎ２・ｄ２＝０．８６μｍの場合、表示
色は、非選択電圧印加時，選択電圧印加時ともにほぼ無
彩色で、良好なコントラストを実現できる。液晶層５０
のΔｎ１・ｄ１の値にかかわらずΔｎ１・ｄ１と一軸性
光学位相板４０のΔｎ２・ｄ２の差が０．４５〜０．４
５μｍの範囲にあれば、表示色はほぼ無彩色にすること
ができる。

【００２５】実施例５基本構造は実施例３と同様である。ただし図７に示す如
く、上電極基板１１上に赤，緑，青のカラーフィルタ３
３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂ、各フィルター同志の間に光遮光
膜３３Ｄを設けることにより、多色表示を可能にした。

【００２６】なお、図７においては、各フィルタ３３Ｒ
，３３Ｇ，３３Ｂ，光遮光膜３３Ｄの上に、これらの凹
凸の影響を軽減するため絶縁物からなる平滑層２３が形
成された上に上電極３１，配向膜２１が形成されている
。

【００２７】実施例６実施例５による液晶表示装置６２と、この液晶表示装置
６２を駆動するための駆動回路とを一体にまとめた液晶
表示モジュール６３である。

【００２８】図８はその分解斜視図を示すものである。液晶表示装置６２を駆動するＩＣ３４は、中央に液晶表
示装置６２を嵌め込む為の窓部を備えた枠状体のプリン
ト基板３５に搭載される。液晶表示装置６２を嵌め込ん
だプリント基板３５はプラスチックモールドで形成され
た枠状体４２の窓部に嵌め込まれ、これに金属製フレー
ム４１を重ね、その爪４３を枠状体４２に形成されてい
る切込み４４内に折り曲げることによりフレーム４１を
枠状体４２に固定する。

【００２９】実施例７実施例６による液晶表示モジュール６３をラップトップ
パソコンの表示部に使用したものである。図９にそのブ
ロックダイアグラムを、図１０にラップトップパソコン
６４に実装した図を示す。マイクロプロセッサ４９で計
算した結果を、コントロール用ＬＳＩ４８を介して駆動
用ＩＣ３４で液晶表示モジュール６３を駆動するもので
ある。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば表示が明るく、高コント
ラストで高時分割駆動可能な表示装置が実現出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる液晶表示装置における液晶分子の
配列方向，液晶分子のねじれ方向，偏光板の軸の方向お
よび複屈折部材の光学軸の関係を示した説明図である。

【図２】本発明になる液晶表示装置一実施例の要部分解
斜視図である。

【図３】本発明になる液晶表示装置の第一の実施例にお
ける交叉角αと表示コントラスト，非選択部輝度との関
係を説明するグラフである。

【図４】本発明になる液晶表示装置の第二の実施例にお
ける交叉角αと表示コントラスト，非選択部輝度との関
係を説明するグラフである。

【図５】本発明になる液晶表示装置の第二の実施例にお
ける△ｎ１・ｄ１と表示コントラスト，非選択部輝度と
の関係を説明するグラフである。

【図６】本発明になる液晶表示装置の第三の実施例にお
ける△ｎ２・ｄ２と表示コントラスト，非選択部輝度と
の関係を説明するグラフである。

【図７】本発明になる液晶表示装置の一実施例の上電極
基板部の一部切欠斜視図である。

【図８】本発明になる液晶表示モジュールの分解斜視図
である。

【図９】本発明になるラップトップパソコンの一実施例
のブロックダイアグラムである。

【図１０】本発明になるラップトップパソコンの一実施
例の斜視図である。

【符号の説明】

５・・・一軸性透明複屈折部材の光学軸、６・・・上電
極基板の液晶配列方向、７・・・下電極基板の液晶配列
方向、８・・・偏光板の偏光軸又は吸収軸、１０・・・
液晶分子のねじれ方向、１１・・・上電極基板、１２・
・・下電極基板、１５・・・偏光板、２３・・・平滑層
、３３Ｒ・・・赤フィルタ、３３Ｇ・・・緑フィルタ、
３３Ｂ・・・青フィルタ、３４・・・駆動用ＩＣ、４０
・・・複屈折部材、６０・・・液晶セル、６２・・・液
晶表示装置、６３・・・液晶表示モジュール、６４・・
・ラップトップパソコン、６５・・・透明絶縁膜、６６
・・・金属反射膜、θ・・・液晶分子のねじれ角。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正の誘電異方性を有し、旋光性物質が添加
されたネマチック液晶からなり、その厚さ方向に１８０
度から３６０度の範囲内の角度ねじれたらせん構造を形
成し、対向配置された上下一対の配向処理が施された電
極基板間に挟持された液晶層と、該液晶層の一方の面側
に配設された偏光板と、該液晶層の他方の面側に配設さ
れた反射層とを備え、前記液晶層の屈折率異方性△ｎ１
と前記液晶層の厚さｄ１との積△ｎ１・ｄ１が０．４μ
ｍ〜１．０μｍの範囲内にあることを特徴とする液晶表
示装置。
【請求項２】前記偏光板の吸収軸あるいは偏光軸と、こ
の偏光板に隣接する電極基板の液晶配列方向とがなす角
は−５度から＋５度の範囲内にあることを特徴とする請
求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記偏光板と前記液晶層との間に複屈折性
部材が配設されていることを特徴とする請求項１記載の
液晶表示装置。
【請求項４】前記複屈折性部材が光学的に一軸性である
ことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記偏光板と前記液晶層との間に、一軸性
の光学位相板が配設され、その屈折率異方性△ｎ２と厚
さｄ２との積△ｎ２・ｄ２は、前記液晶層の屈折率異方
性△ｎ１と前記液晶層の厚さｄ１との積△ｎ１・ｄ１よ
り０．４５〜０．５５μｍ小さいことを特徴とする請求
項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記一軸性の光学位相板の光学軸とこれに
隣接する電極基板の液晶配列方向とがなす角は、前記液
晶分子のねじれ角をθとした場合、（θ−１８０°）／
２±１０°の範囲内の角度であることを特徴とする請求
項５記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記偏光板の吸収軸あるいは偏光軸と、こ
の偏光板に隣接する電極基板の液晶配列方向とのなす角
が３０°±１５°の範囲内にあることを特徴とする請求
項６記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記反射層は電極基板自体からなることを
特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項９】前記反射層は、前記電極基板上に形成され
た電極を兼ねることを特徴とする請求項１記載の液晶表
示装置。
【請求項１０】前記電極基板に、さらにカラーフィルタ
が積層されていることを特徴とする請求項３記載の液晶
表示装置。
【請求項１１】前記複屈折性部材が一軸延伸された高分
子フィルムであることを特徴とする請求項３記載の液晶
表示装置。
【請求項１２】液晶分子を配列させるために、電極基板
上に有機配向膜を形成して、その表面を一方向に布など
でこする方法（ラビング法）を用いることを特徴とする
請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項１３】各画素に対応した位置に画素単位のカラ
ーフィルタが積層されていることを特徴とする請求項１
記載の液晶表示装置。
【請求項１４】ラップトップパソコンにおいて請求項１
２記載の液晶表示装置により、多色表示を行うラップト
ップパソコン。