JPH04295821A - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に係わり
、特にコントラスト比及び表示色の視角依存性を制御し
た液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子の一つに電界効果複屈折制
御型（ＥＣＢ型）の液晶表示素子がある。一般に、ＥＣ
Ｂ型の液晶表示素子の分子配列は、電圧を印加しない状
態では液晶分子の長軸が、基板表面に対し垂直な配列（
垂直配列、ホメオトロピック配列）あるいは水平な配列
（水平配列、ホモジニアス配列）をしている。例えば垂
直配列をしたＥＣＢ型の液晶表示素子は、負の誘電異方
性（液晶分子の長軸方向の誘電率＜長軸法線方向の誘電
率）有する液晶組成物を用いるが、このような液晶表示
素子に液晶のしきい値電圧以上の電圧を印加すると、液
晶分子は負の誘電異方性を有するため、基板法線から傾
く。液晶分子は屈折率の異方性を持ち、液晶分子長軸方
向とそれに垂直な短軸方向とでは屈折率が異なる。従っ
て電圧無印加時には、液晶分子は垂直に立っているため
に屈折率の異方性が生じない為クロスニコル下では暗状
態となり、液晶分子が基板法線から傾くと屈折率の異方
性が生じる為、明状態が得られる（複屈折効果）。ＥＣ
Ｂ型の液晶表示素子とは以上のような原理で表示を行う
が、液晶分子が垂直に配向している状態（暗状態）は、
液晶表示素子を見る視点を表示面法線から傾ける程液晶
分子は傾いて見える為、もともと暗状態であるところが
明るくなってしまい表示画として識別できなくなってし
まう。この様なＥＣＢ型の液晶表示素子の視角特性を改
善する手法として、１／４波長遅延板を液晶表示セルと
偏光板との間に配置することにより視覚特性を改善する
手法が提案されている（特開昭５３−９５５２号公報）
。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】液晶分子は、液晶分子
の長軸方向と短軸方向に異なる屈折率を有する。この様
な屈折率の異方性を示す液晶分子に、ある偏光光が入射
すると、その偏光光は液晶分子の角度に依存して偏光状
態が変化する。従って、液晶表示セルに対し光が垂直に
入射した場合と、斜めに入射した場合とでは、液晶セル
中を伝搬する光の偏光状態は異なり、その結果、液晶表
示素子を見るときの方向や角度によって表示パターンが
反転して見えたり、表示パターンがまったく見えなくな
ったりするという現象として現れ、実用上好ましくない
。

【０００４】［発明の構成］

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子は
、２枚の偏光板と、これらの偏光板間に配置され電圧無
印加時にホメオトロピックあるいはホモジニアス配向を
している液晶表示セルと、この液晶セルに隣接して配置
され光軸が連続的にねじれた配列をした少なくとも１層
の光学異方性物質層とを具備してなる液晶表示素子にお
いて、前記光学異方性物質層はそのねじれ軸が前記基板
表面法線方向とほぼ平行であることを特徴とする液晶表
示素子に特徴がある。

【０００６】さらに、光学異方性物質層のねじれ角を３
６０°以上とし、この層を液晶セルで形成しその偏光性
を液晶表示セルに比べて無視できるほど小さくする。

【０００７】また光学異方性物質層を高分子液晶層で形
成する。

【０００８】

【作用】以下垂直配列をしたＥＣＢ型の液晶表示素子を
例にとり本発明の作用を説明する。

【０００９】液晶表示素子を評価する重要な項目の１つ
としてコントラスト比があげられる。一般にコントラス
ト比とは、表示画の明状態の光輝度を暗状態の輝度で割
った値であり、コントラスト比は暗状態の輝度に大きく
影響する。一般にＥＣＢ型の液晶表示素子では、暗状態
の視角依存性が大きい。図３は、一般的なＥＣＢ型の液
晶表示素子のセル構成図で、偏光板１、４に挟まれて、
ＥＣＢ型の液晶表示セル３が配置される。（１．１）　
　（４．１）は各偏光板の吸収軸で互いに直行している
。液晶表示セルに電圧を印加しないときは、暗状態が得
られる。電圧無印加時の左右方向の視角−透過率特性を
測定すると、図４に示すようになる。同図で横軸の視角
とは、液晶表示素子法線（図３のＺ軸）からの傾き角で
、縦軸の透過率は液晶表示素子を透過する光の透過率を
百分率で示す。図からも明らかなように、視角が２０°
以上になると透過率が急激に増加し、コントラスト比の
悪化を招く。このような現象を詳しく述べると以下の様
になる。

【００１０】液晶表示セルの基板表面をｘｙ平面として
、電圧無印加時の分子配列状態（基板に対し垂直に配列
した状態）を三次元の屈折率楕円体で記述すると図５に
示すように葉巻型の立体となる。複屈折現象はこの屈折
率楕円体６をある方向からみたときの２次元面内での屈
折率差に関する現象である。

【００１１】例えば、ｚ方向から見た時（すなわち液晶
表示セルを正面から見た時）、２次元面内の屈折率体は
（６．４）　のように円になる。一方、ある視点（６．
１）　から屈折率楕円体６を観測した時、屈折率体は楕
円（６．５）　となり、ｚ方向から見た時の屈折率差は
０であるから暗状態が得られるが、視点（６．１）　か
ら見た時は屈折率差が生じるために暗状態とはならない
。屈折率楕円体６を見る角度（６．３）を大きくしてい
くと視軸（６．１）　から見える２次元面内の楕円（６
．５）　はｎ６１の長さ方向に大きくなって屈折率異方
性が大きくなり、視点（６．１）　の方向から見た時よ
り大きい透過光が観測される。

【００１２】従ってこの様な屈折率楕円体を光学的に補
償するには、屈折率楕円体を見る角度（６．３）　を大
きくしていったときｎ６２の長さ方向の屈折率が大きく
なるようになり、かつ２次元面内の楕円（６．５）　が
円になるような大きさの偏屈折率楕円体を視軸（６．１
）　上に配置すれば屈折率楕円体６を光学的に補償する
ことができ、図６に示すような円盤状の屈折率楕円体を
液晶セル上に配置することによって、容易に種々の方向
から観測した時の見かけ上の屈折率が略同一となり、図
７に示すように視角特性が向上する。実際には図６に示
すような屈折率楕円体を実現するには、基板表面に対し
てほぼ水平で、３６０°以上ねじれた配向をした液晶セ
ルによって容易に作成でき、所望な光学補償効果を得る
ことができる。

【００１３】以上垂直配列をしたＥＣＢ型の液晶表示素
子を例に取って説明したが、垂直配列をしたＥＣＢ型の
液晶表示素子のみならず、水平配列をしたＥＣＢ型の液
晶表示素子にも同様な効果が得られる。

【００１４】

【実施例】（実施例１）図１、図２に本発明の一実施例
の液晶表示素子を示す。

【００１５】液晶表示素子１０は、２枚の偏光板１、４
の間に液晶表示セル３が挟まれるように配置され、さら
に液晶表示セル３と偏光板１との間に光学異方性物質層
２が配置される構成を有している。偏光板１は透明基板
１ａの内側に偏光膜１ｂを貼付けたものであり、偏光板
４も同様に透明基板４ａに偏光膜４ｂを貼付けて形成さ
れる。またこれら偏光板１、４の光透過軸（１．１）　
、（４．１）　はそれぞれ直行するように配置される。

【００１６】光学異方性物質層２はこれらの偏光板１、
４間に配置され、透明基板２ａ，２ｂ間に液晶２ｃを介
在させた液晶セル構造を有している。

【００１７】液晶表示セル３は光学異方性物質層２と偏
光板４との間にある。上側基板３ａと下側基板３ｂとは
それぞれ透明電極３ｃ，３ｄを形成しており、駆動電源
３ｆに接続される。基板３ａ，３ｂ間に液晶がホメオト
ロピック配列されて配置され、駆動電源３ｆからの印加
電圧に応じて状態を変化する。リタデーション値は７０
０ｎｍである。

【００１８】光学異方性物質層２は、ねじれ角が３６０
゜以上の２２５０゜［ｄｅｇ］　の左ねじれの補償用液
晶セルでなり、（２．１）（２．２）はそれぞれ上側と
下側の基板のラビング軸で、これらは互いに直行してい
る。この補償用液晶セル２のリタデーション値は２００
ｎｍである。吸収軸　（１．１）と上側基板のラビング
軸（２．１）　は平行で、吸収軸（４．１）　と下側基
板のラビング軸（２．２）　と平行である。

【００１９】液晶表示セル３に電圧無印加時の左右方向
の視角−透過率特性を測定すると、図７に示すようにな
る。横軸の視角は、液晶表示素子法線（図２のｚ軸）か
らの傾き角で、縦軸の透過率は液晶表示素子を透過する
光の透過率を示す。図からも明らかなように、視角が５
０°まで変化しても透過率はほぼ一定となった。本構成
で６４０×４８０ドットのＥＣＢ型液晶表示素子を作成
し、１／２４０デューティで単純マルチプレクス駆動し
たところ、視点を変化させても表示パターンのが識別で
きる高コントラスト表示の装置が実現できた。視角特性
を測定したところ、６０°コーンでコントラスト比１０
：１以上が得られ、入射角が６０°以上でも表示面の反
転や表示色の変化の無い良好な表示が得られた。

【００２０】（比較例）実施例１において液晶表示セル
３と上下の偏光板１、４との間に光学異方性物質層２を
配置しない場合の液晶表示素子の視角特性を測定した。 電圧無印加時の左右方向の視角−透過率特性を測定した
結果を図４に示す。図からも明らかなように、視角が２
０°以上になると透過率が急激に増加し、コントラスト
比の悪化を招く。暗状態は視角により変化し、６０°コ
ーンではコントラスト比の最大値が、２：１しか得られ
ず、入射角が６０°以上になると見る方位によって表示
面が反転したり、全く見えなくなったりした。

【００２１】（実施例２）実施例１において、ねじれが
右まわりでねじれ角が２２５０°の光学異方性物質層２
として補償用液晶セルを用い、実施例１と同様の位置に
補償用液晶セルを配置した。電圧無印加時の左右方向の
視角一透過率特性を測定したところ実施例１と全く同一
の特性が得られ、本構成で６４０×４８０ドットのＥＣ
Ｂ型素子を作成し、１／２４０デューティで単純マルチ
プレクス駆動したところ、視点を変化させても表示パタ
ーンのが識別できる高コントラスト表示の装置が実現で
きた。視角特性を測定したところ、６０°コーンでコン
トラスト比１０：１以上が得られ、入射角が６０°でも
表示画の反転や表示色の変化の無い良好な表示が得られ
た。

【００２２】（実施例３）実施例１において、電極をも
つ液晶表示セル３としてリタデーション値が５５０ｎｍ
のホモジニアス配向のセルを用いた。電圧無印加時の左
右方向の視角−透過率特性を測定したところ実施例１と
全く同一の特性が得られ、本構成でＥＣＢ型液晶素子を
作成し、表示したところ、視点を変化させても表示パタ
ーンのが識別できる高コントラスト表示の装置が実現で
きた。視角特性を測定したところ、６０°コーンでコン
トラスト比５：１以上が得られ、入射角が６０°以上で
も表示画の反転や表示色の変化の無い良好な表示が得れ
れた。

【００２３】（実施例４）図８に本実施例の構成を示す
。２枚の偏光板１、４において、（１．１）　は視角方
向、（４．１）　は偏光板の吸収軸に相当する。３は、
液晶層に電圧を印加する透明電極が具備されたホメオト
ロピック配列をした液晶表示セルである。液晶表示セル
３のリタデーション値は７００ｎｍである。２と５とは
、ねじれ角が２２５０°の左ねじれの同一の補償用液晶
セルで光学異方性物質層に相当し（２．１）（２．２）
は、それぞれ上側と下側の基板のラビング軸で、これら
は互いに直行している。補償用液晶セル２、５のリタデ
ーション値は１５０ｎｍである。吸収軸（１．１）　と
上側基板のラビング軸（２．１）　は平行で、吸収軸（
４．１）　と下側基板のラビング軸（２．２）は平行で
ある。

【００２４】本構成で６４０×４８０ドットのＥＣＢ型
液晶表示素子を作成し、１／２４０デューティで単純マ
ルチプレクス駆動したところ、視点を変化させても表示
パターンのが識別できる高コントラスト表示の装置が実
現できた。視角特性を測定したところ、６０°コーンで
コントラスト比１０：１以上が得られ、入射角が６０°
以上でも表示画の反転や表示色の変化の無い良好な表示
が得られた。

【００２５】（実施例５）実施例１において、光学異方
性物質層２として補償用液晶セルの代わりにポリカーボ
ネイト加熱加工を施して作成した多軸光学異方素子を用
いた。本構成で６４０×４８０ドットのＥＣＢ型素子を
作成し、１／２４０デューティで単純マルチプレクス駆
動したところ、視点を変化させても表示パターンのが識
別できる高コントラスト表示の装置が実現できた。視角
特性を測定したところ、６０°コーンでコントラスト比
１２：１以上が得られ、入射角が６０°以上でも表示画
の反転や表示色の変化の無い良好な表示が得られた。

【００２６】（実施例６）実施例１において、補償用液
晶セル２の代わりに高分子液晶層を挿入して液晶表示素
子を作成した。本構成６４０×４８０ドットのＥＣＢ型
素子を作成し、１／２４０デューティで単純マルチプレ
クス駆動したところ、視点を変化させても表示パターン
のが識別できる高コントラスト表示の装置が実現できた
。視角特性を測定したところ、６０°コーンでコントラ
スト比１５：１以上が得られ、入射角が６０°以上でも
表示画の反転や表示色の変化の無い良好な表示が得られ
た。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、液晶表示素子の視角特
性が改善され、視認性にすぐれる高品位表示の液晶表示
素子を提供することができる。また、本発明をＴＦＴや
ＭＩＭなどの３端子、２端子素子を用いたアクティブマ
トリクス液晶表示素子に応用しても優れた効果が得られ
ることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例の構成を示す分解斜視図であ
る。

【図３】本発明を説明するための一般の液晶表示素子の
構成を示す分解斜視図である。

【図４】従来素子の視角特性を説明する曲線図である。

【図５】液晶分子が立った状態の三次元の屈折率楕円体
を示す図である。

【図６】図５の屈折率楕円体を光学補償する屈折率楕円
体を示す図である。

【図７】本発明の実施例の視角特性を説明する曲線図で
ある。

【図８】本発明の他の実施例の構成を示す分解斜視図で
ある。

【符号の説明】

１、４…２枚の偏光板 ２…光学異方性物質層 ３…液晶表示セル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　２枚の偏光板と、これらの偏光板間に
   配置され電圧無印加時にホメオトロピックあるいはホモ
   ジニアス配向をしている液晶表示セルと、この液晶セル
   に隣接して配置され光軸が連続的にねじれた配列をした
   少なくとも１層の光学異方性物質層とを具備してなる液
   晶表示素子において、前記光学異方性物質層はそのねじ
   れ軸が前記基板表面法線方向とほぼ平行であることを特
   徴とする液晶表示素子
2. 【請求項２】　　光学異方性物質層のねじれ角が、３６
   ０°以上であることを特徴とする請求項１記載の液晶表
   示素子
3. 【請求項３】　　光学異方性物質層が２枚の基板間で基
   板表面に対しほぼ水平に３６０°以上ねじれた配列をし
   た液晶セルでなり、液晶表示セルの旋光性と比べて小さ
   いことを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子【請求
   項４】　　光学異方性物質層が光軸のねじれが３６０°
   以上ねじれた高分子液晶層でなり、旋光性が液晶表示セ
   ルの旋光性と比べて小さいことを特徴とする請求項１記
   載の液晶表示素子