JPH04322221A - 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】

【０００１】［　発明の目的　］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に係わり
、特に表示コントラスト及び表示色の視角特性を改善し
た液晶表示素子に関する。

【０００３】

【従来の技術】近年、液晶表示素子は、薄型軽量、低消
費電力という大きな利点をもつ為、日本語ワードプロセ
ッサやディスクトップパーソナルコンピュータ等のＯＡ
機器の表示装置に積極的に用いられている。現在普及し
ている液晶表示素子のほとんどは、ねじれネマティック
液晶を用いている。このような液晶を用いた表示方式と
しては、複屈折モードと旋光モードの２つの方式に大別
できる。

【０００４】複屈折モードの液晶表示素子は、液晶分子
の配列状態が９０°以上ねじれており、ス−パ−ツイス
ト方式として知られている。

【０００５】この方式は急峻な電気光学特性をもつが、
複屈折効果を利用しているため表示色がイエローモード
表示やブルーモード表示となり、白黒表示やカラー表示
などが困難である。このため、逆にねじれた第２の液晶
素子を偏光板と液晶素子の間に配置することによって楕
円偏光により生じる干渉色による色付き現象を軽減でき
ることが知られている（特公昭６３−５３５２８号公報
）。

【０００６】しかし、ス−パ−ツイスト方式は、なお応
答速度が数百ミリ秒と遅く、階調表示が困難であるとい
う難点があった。

【０００７】そこで、液晶分子の配列状態がほぼ９０°
ねじれた旋光モードの液晶表示素子が広く用いられてい
る。

【０００８】旋光モードの液晶表示素子は、応答速度が
数十ミリ秒と速く、高いコントラスト比と良好な階調表
示性を示すことから、スイッチング素子と組み合せるこ
とにより最も良い表示性能が得られる方式である。その
ため、スイッチング素子を各画素ごとに具備した液晶表
示素子（例えば、薄膜トランジスター駆動による液晶表
示素子（ＴＦＴ−ＬＣＤ）やＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎ
ｓｕｌａｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ）を用いる液晶表示素子）
に広く用いられている。

【０００９】しかし、このようなスイッチング素子と組
み合せた旋光モードの液晶表示素子でも、見る方向によ
り表示色やコントラスト比が変化するといった視角依存
性をもつという難点があった。従って、液晶表示素子は
、まだ陰極線管（ＣＲＴ）の表示性能を完全に越えるま
でには至っていない。

【００１０】旋光モードの液晶表示素子の視角特性を改
善する多くの方法が提案されている。　　例えば、２枚
の偏光板の間に、液晶セルに追加して、液晶セルの基板
面に対してほぼ平行の光学軸をもつ光学異方素子を配設
することにより、視角特性を改善する方法も多く知られ
ている（第１６回液晶討論会講演予稿集、２２２ペ−ジ
、２３６ペ−ジ）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記液晶素子
の基板面に対してほぼ平行の光学軸をもつ光学異方素子
を配設する例においても、左右の視角特性を改善しよう
とすると上下の視角特性が悪くなるという難点があり、
全体の視角特性をバランスよく改善することは困難であ
った。

【００１２】すなわち、液晶表示素子を見る特定の方向
や角度によって表示のパターンが反転して見えたり、表
示のパターンが全く見えなくなったりする難点があった
。

【００１３】本発明は、実用上好ましくない前記難点を
解消し、視角特性の改善された液晶表示素子の提供を目
的とする。

【００１４】［発明の構成］

【００１５】

【課題を解決するための手段】２枚の基板をほぼ平行に
配設した間に、前記基板間での液晶分子配向がほぼ９０
°ねじれた液晶組成物が挟持されている液晶素子ならび
に前記２枚の基板の外側に偏光板を配設してなる液晶表
示素子において、前記２枚の偏光板の間に、２枚以上の
液晶素子と１枚以上の光学異方素子を配設し、かつ前記
光学異方素子のうち１枚以上は前記液晶素子の間に配設
したことを特徴としている。

【００１６】本発明に使用される液晶素子は、２枚の基
板をほぼ平行に配設した間に、前記基板間での液晶分子
配向がほぼ９０°ねじれた液晶組成物が挟持されている
構造を有するものをいう。この液晶素子は少なくとも２
枚以上使用され、その中の１枚は少なくとも一方が透明
な電極付基板を有しており駆動用として使用される。残
りの液晶素子の基板には電極を有しておらず補償用とし
て使用される。

【００１７】また、本発明に使用できる液晶組成物は、
シアノビフェニル系、シアノフェニルシクロヘキサン系
、エステル系等のＴＮ型液晶表示素子に通常使用されて
いる材料より選定できる。

【００１８】本発明に使用できる光学異方素子には、例
えば、ポリカ−ボネイトまたはポリビニルアルコ−ル（
ＰＶＡ）等の透明フイルムを一定方向に延伸した光学位
相差フイルム等がある。

【００１９】補償用液晶素子と光学異方素子は視角特性
が最善となるように夫々組み合わせて使用される。

【００２０】しかし、素子数が多くなるとコントラスト
が低下するため、補償用液晶素子と光学異方素子とを合
計して８枚以下の素子数が好ましい。

【００２１】また、光学異方素子のうち１枚以上は駆動
用液晶素子と補償用液晶素子との間に配設される。

【００２２】

【作用】旋光モ−ドの液晶表示素子の視角特性は、表示
面法線から左右の方向に傾いた時のコントラスト比依存
性を小さくすることにより改善される。ここでコントラ
スト比とは、光が透過した状態（明状態）の輝度を光が
遮断された状態（暗状態）の輝度で割った値である。

【００２３】旋光モ−ドによる液晶表示素子には、一般
に上下の偏光板の吸収軸を互いに平行に配置するノーマ
リークローズ方式と上下の偏光板の吸収軸が直交するよ
うに配置するノーマリーオープン方式との２方式がある
。前者の方式は、液晶セルに電圧を印加しないとき光が
透過せず、電圧を印加したとき光が透過する。一方、後
者の方式は、液晶セルに電圧を印加しないとき光が透過
し、電圧を印加したとき光が遮断される。

【００２４】光学異方素子を使用しない従来の旋光モ−
ドによる液晶表示素子の視角特性を、ノーマリーオープ
ン方式とノーマリークローズ方式と比較して図１および
図２に示す。図１は、表示面法線から左右の方向に　０
°から６０°まで傾いた時のコントラスト比依存性であ
り、図２は、暗状態の輝度の左右方向における視角依存
性である。

【００２５】図１によると、ノーマリーオープン方式は
、ノーマリークローズ方式よりコントラスト比の視角依
存性が大きい。これは図２より、ノーマリーオープン方
式の暗状態の輝度の左右方向における視角依存性が大き
いためである。

【００２６】ノーマリーオープン方式の液晶表示素子は
、光が遮断された暗状態では液晶セルに電圧が印加され
ているため、分子配列状態のねじれ構造が歪んでいる。 従って、この歪んだ分子配列状態が視角特性に影響を与
えていると考えられる。

【００２７】そこで、液晶セルに電圧が印加された状態
における液晶セル厚方向の分子配列状態を液晶分子の傾
き角（チルト角）およびねじれ角（ツイスト角）の分布
として計算すると図３のようになる。ここで、傾き角（
チルト角）、ねじれ角（ツイスト角）とは、図４に示す
座標系で、液晶セルの基板面をｘｙ面としたとき、ｘｙ
面から液晶分子の長軸に対する傾きの角度を傾き角（チ
ルト角）、液晶分子をｚ軸からｘｙ面へ投射した軸とｘ
軸とのなす角度がねじれ角（ツイスト角）である。 ｘ軸は下側の基板のラビング軸に相当し、ｙ軸は上側の
基板のラビング軸に相当する。

【００２８】傾き角（チルト角）の分布は、液晶セルの
中央付近では電界に対してほぼ液晶分子が平行になるが
、上下の基板表面付近では、基板表面の配向規制力の影
響を受けて電界に平行にはならない。

【００２９】また、ねじれ角（ツイスト角）はＳの字型
の分布となる。

【００３０】従って、ノーマリーオープン方式の暗状態
の視角特性を制御するには、図３に示す様に複雑に歪ん
だ分子配列状態を有する液晶セルに種々の方向から光が
入射した場合でも、ほぼ同一な偏光状態が得られる様に
光学補償することが必要となる。

【００３１】本発明における補償用液晶素子および光学
異方素子は、この光学補償をする作用がある。

【００３２】その理由は以下のように考えられる。

【００３３】液晶のような光学異方体の光学特性は、三
次元の屈折率楕円体で記述される。例えば、液晶分子が
垂直に立った状態の光学特性は、図５の屈折率楕円体で
示される。

【００３４】一般に、複屈折現象は、この屈折率楕円体
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。

【００３５】図５において、ｚ軸方向から見て楕円体の
中心を通ってｚ軸に垂直な面と楕円体との交線は円とな
る。一方、Ｓ方向から見て楕円体の中心を通ってＳ方向
に垂直な面と楕円体との交線は楕円となる。

【００３６】従って、ノーマリーオープン方式で電圧を
印加した場合、ｚ軸方向から見たとき屈折率差は０であ
るから暗状態であるが、Ｓ方向から見たときは屈折率差
が生じるために暗状態とはならない。

【００３７】そこで液晶セルの中央付近の液晶分子が基
板に対してほぼ垂直に配列している部分を光学補償する
には、図６の様な円盤状の屈折率楕円体を、図５の屈折
率楕円体と組み合せると、Ｓ方向から見たときでも２次
元面は円となり、暗状態が得られる。

【００３８】上側および下側の基板付近における液晶分
子配列状態の光学補償も、前記と同様に屈折率楕円体を
組合わせて行うことができる。

【００３９】本発明における、補償用液晶素子および光
学異方素子は、前記光学補償を行う屈折率楕円体として
の働きをするものと考えられる。

【００４０】従って、以上の補償用液晶素子および光学
異方素子を組合わせることにより、液晶素子の視角特性
が改善される。

【００４１】上下の偏光板の吸収軸を互いに平行するよ
うに配置するノーマリークローズ方式の場合もノーマリ
ーオープン方式の場合と同様に視角特性の制御ができる
。

【００４２】

【実施例】以下本発明の液晶表示素子の実施例を詳細に
説明する。

【００４３】実施例１ 実施例１の液晶表示素子の構成を図７に示す。ここで、
１および２は偏光板であり、１ａ、２ａは偏光板の吸収
軸をあらわす。

【００４４】４は駆動用液晶素子で４ａ、４ｂは上下基
板のラビング軸を示す。吸収軸１ａと上側基板のラビン
グ軸４ａは平行で、吸収軸２ａと下側基板のラビング軸
４ｂは直交している。

【００４５】補償用液晶素子３（リタデ−ション値は、
４８０ｎｍ）は駆動用液晶素子４のラビング軸４ａに対
し補償用液晶素子３のラビング軸３ａを９０°ずらして
、偏光板１と前記駆動用液晶素子４の間に配置した。

【００４６】更にリタデ−ション値が共に２５０ｎｍで
あり、光学軸が駆動用液晶素子４の基板面に対して平行
である光学異方素子５および６を補償用液晶素子３と駆
動用液晶素子４の間に配置した。２枚の光学異方素子の
光学軸５ａ、６ａは直交している。駆動用液晶素子のリ
タデ−ション値は、４８０ｎｍである。

【００４７】本構成の液晶表示素子の電気光学特性の一
例を図８および図９に示す。

【００４８】図８は、液晶セル法線方向から１５°置き
に６０°まで傾いた上下方向における透過率の印加電圧
特性である。

【００４９】また、図９は、液晶セル法線方向から１５
°置きに６０°まで傾いた横方向における透過率の印加
電圧特性である。

【００５０】明状態は０Ｖ、暗状態は４．５Ｖの電圧を
液晶セルに印加して表示する。

【００５１】上下、横方向とも印加電圧４．５Ｖ付近に
おける透過率（暗状態）が、ほとんど変わらず、コント
ラスト比の視角特性が改善できた。この構成の液晶表示
素子の視角特性を測定したところ、６０°コ−ンでコン
トラスト比３５：１以上が得られ、入射角が６０°以上
でも表示画の反転が生じない着色の無い白黒の良好な表
示が得られた。

【００５２】比較例 実施例１において光学異方素子５および６と補償用液晶
素子３を駆動用液晶素子４と偏光板１との間に配置せず
、偏光板２の偏光軸２ａを４５°に配置した場合の液晶
表示素子の視角特性を測定した。電気光学特性の測定結
果を図１０および図１１に示す。図１０は図８に対応す
るものであり、図１１は図９に対応するものである。

【００５３】上下、横方向とも印加電圧４．５Ｖ付近に
おける透過率（暗状態）は視角により変化し、６０°コ
−ンではコントラスト比の最大値が５：１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画
が反転したり、全く見えなくなった。

【００５４】実施例２ 実施例１において、補償用液晶素子３のねじれ角を駆動
用液晶素子４と逆方向とし、補償用液晶素子３のラビン
グ軸３ｂを駆動用液晶素子４のラビング軸４ａと重なる
ように配置した以外は実施例１と同一の構成の液晶表示
素子とした。

【００５５】本構成の液晶表示素子の電気光学特性の一
例を図１２および図１３に示す。

【００５６】比較例に示す図１０、図１１の電気光学特
性と比較すると、実施例２は視角を変化させても暗状態
が変化せず、表示コントラストの視角特性が改善できた
。

【００５７】この構成の液晶表示素子の視角特性を測定
したところ、６０°コ−ンコントラスト比３０：１以上
が得られ、入射角６０°以上でも表示画の反転が生じな
い着色の無い白黒の良好な表示が得られた。

【００５８】実施例３ 実施例１において、補償用液晶素子３のラビング軸３ｂ
を液晶素子４のラビング軸４ａに対し−９０°ずらして
配置した以外は実施例１と同一の構成の液晶表示素子と
した。

【００５９】本構成の液晶表示素子の視角特性を測定し
たところ、６０°コ−ンでコントラスト比３２：１以上
が得られ、入射角が６０°以上でも表示画の反転が生じ
ない着色の無い白黒の良好な表示が得られた。

【００６０】また、この液晶表示素子をＴＦＴおよびＭ
ＩＭの３端子、２端子素子を用いたアクティブマトリク
ス液晶表示素子に使用した。その結果、前記と同一の視
角特性が得られた。

【００６１】実施例４ 実施例１において、補償用液晶素子３のラビング軸３ｂ
を駆動用液晶素子４のラビング軸４ａに対し９０°ずら
し、更に補償用液晶素子３と光学異方素子５の間に光学
軸が前記液晶素子の基板面に対して略垂直であるリタデ
−ション値が−１００ｎｍの光学異方素子を配置した以
外は実施例１と同一の構成の液晶表示素子とした。

【００６２】本構成の液晶表示素子の視角特性を測定し
たところ、６０°コ−ンでコントラスト比２５：１以上
が得られ、入射角が６０°以上でも表示画の反転が生じ
ない着色の無い白黒の良好な表示が得られた。

【００６３】実施例５ 実施例１において、補償用液晶素子３のラビング軸３ａ
を駆動用液晶素子４のラビング軸４ａに対し９０°ずら
し、更に光学異方素子６と駆動用液晶素子４の間に前記
駆動用液晶素子の基板面に対して略平行である光学異方
素子７および８を配置した。光学異方素子５の光学軸５
ａはＸ軸に対してＸ−Ｙ面内で０°、光学異方素子６の
光学軸６ａは９０°で、４枚の光学異方素子の光学軸は
４５°間隔であり、そのリタデ−ション値は同−でそれ
ぞれ１００ｎｍである。

【００６４】本構成の液晶表示素子の視角特性を測定し
たところ、６０°コ−ンでコントラスト比２６：１以上
が得られる、入射角が６０°以上でも表示画の反転が生
じない着色の無い白黒の良好な表示が得られた。

【００６５】

【発明の効果】外側に配設された２枚の偏光板の間に、
２枚以上の液晶素子と１枚以上の光学異方素子を配設し
、かつ前記光学異方素子のうち１枚以上は前記液晶素子
の間に配設したことにより、本発明に係わる旋光モード
の液晶表示素子は、視角特性が改善され、視認性にすぐ
れた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。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＴＮ方式による液晶表示素子のコントラ
スト比と角度の関係を示す図である。

【図２】従来のＴＮ方式による液晶表示素子の暗状態の
輝度と角度の関係を示す図である。

【図３】液晶セルに電圧が印加された状態における液晶
セル厚方向の分子配列状態を示す図である。

【図４】液晶分子の傾き角（チルト角）およびねじれ角
（ツイスト角）を示す図である。

【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
体を説明する図である。

【図７】実施例１に係わる液晶表示素子の構成を説明す
る図である。

【図８】実施例１に係わる液晶表示素子の上下方向の透
過率の印加電圧特性を説明する図である。

【図９】実施例１に係わる液晶表示素子の横方向の透過
率の印加電圧特性を説明する図である。

【図１０】比較例に係わる液晶表示素子の上下方向の透
過率の印加電圧特性を説明する図である。

【図１１】比較例に係わる液晶表示素子の横方向の透過
率の印加電圧特性を説明する図である。

【図１２】実施例２に係わる液晶表示素子の上下方向の
透過率の印加電圧特性を説明する図である。

【図１３】実施例２に係わる液晶表示素子の横方向の透
過率の印加電圧特性を説明する図である。

【符号の説明】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　２枚の基板をほぼ平行に配設した間に
   、前記基板間での液晶分子配向がほぼ９０°ねじれた液
   晶組成物が挟持されている液晶素子ならびに前記２枚の
   基板の外側に偏光板を配設してなる液晶表示素子におい
   て、前記２枚の偏光板の間に、２枚以上の液晶素子と１
   枚以上の光学異方素子が配設され、かつ前記光学異方素
   子のうち１枚以上は前記液晶素子の間に配設しているこ
   とを特徴とする液晶表示素子。