JPH04322223A - 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。

【０００３】

【従来の技術】電界効果複屈折制御型（ＥＣＢ型）の液
晶表示素子において、分子配列は一般に、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）を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閾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、閾値以上の電圧印加時には液晶分子が基
板法線から傾き屈折率の異方性が生じ、明状態が得られ
る（複屈折効果）。ＥＣＢ型の液晶表示素子とは以上の
ような原理で表示を行うものである。この様なＥＣＢ型
の液晶表示素子は視点を液晶表示素子の表示面法線から
傾けて見るとあたかも閾値以上の電圧をかけたような状
態に見えるため、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波長遅延板を液晶セルと偏光板との
間に配置することにより視角特性を改善する手法が提案
されている（特開昭５３−９５５２）。

【０００４】ＥＣＢ型の液晶表示素子はカラー表示も可
能であるが、その他のカラー表示の方法としては偏光板
と液晶セルの間に電圧無印加時に選択散乱を利用したあ
る色相を示すＣＮ液晶セルを配置し、ＣＮ液晶セルと液
晶セルへの電圧印加の有無の組み合わせで特定色相とそ
の補色の２色カラー表示または、白黒表示モードへの切
り替えができることがＭｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃ
ｒｙｓｔ．，１９７７，ＶＯＬ．３９，ＰＰ．１２７−
１３８　にて報告されている。

【０００５】

【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とは一
般に知られている。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。ホメオトロピッ
クあるいはホモジニアス配向をした液晶セルの分子配列
は、電圧を印加することにより液晶分子の向きを変化さ
せ、それによって偏光状態を変化させるものであるが、
液晶セル中を透過する光は、液晶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
子を見る時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
するといった現象として現れ、実用上好ましくない。

【０００６】本発明は上記不都合を解決するものである
。

【０００７】［発明の構成］

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、課題を解決す
る手段として、２枚の偏光板と、これらの偏光板の間に
設けられる、電極を有する２枚の基板とこれらの基板間
に挟持され前記電極の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た液晶からなる駆動用液
晶セル及び前記駆動用液晶セルの基板法線とほぼ平行な
螺旋軸でねじれた配列をした補償用液晶層とを具備する
液晶表示素子において、前記補償用液晶セルの液晶の平
均屈折率をｎ及び螺旋ピッチをｐとすると、その積ｎ・
ｐが ７５０ｎｍ＜ｎ・ｐ　　または，ｎ・ｐ＜３２０ｎｍで
あることを特徴とする液晶表示素子を提供するものであ
る。

【０００９】

【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。

【００１０】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。

【００１１】一般に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Ｅ
ＣＢ型の液晶表示素子のセル構成図で、１、４は偏光板
、３はＥＣＢ型の液晶セルである。（１．１）　、（４
．１）　は吸収軸で互いに直行している。液晶セルに電
圧を印加しないときは、液晶分子が垂直に配列している
ため暗状態が得られる。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。横
軸の視角とは、液晶表示素子法線（図３中Ｚ軸）からＹ
軸への傾き角で、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
２０゜以上になると透過率が急激に増加し、コントラス
ト比の悪化を招いている。このような現象を詳しく述べ
ると以下の様になる。

【００１２】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。

【００１３】例えば、ｚ方向から見たとき（すなわち液
晶セルを真正面から見たとき）、２次元面内の屈折率体
は（６．４）　の様に円となる。一方、ある視点（６．
１）　から屈折率楕円体６を観測したとき、屈折率体（
６．５）　は楕円となり、ｚ方向から見たときの屈折率
差は０であるから暗状態が得られるが、視点（６．１）
　から見たとき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。

【００１４】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
ら観測したときの見かけ上の屈折率が略同一となり、視
角特性が向上する。

【００１５】図６に示すような屈折率楕円体はいわゆる
負の光学異方性を有しており、本構成ではコレステリッ
ク液晶を用いている。

【００１６】コレステリック液晶は１８８９年にライニ
ッツァ（Ｒｅｉｎｉｔｚｅｒ）により発見された。コレ
ステリック液晶とは液晶分子が螺旋状にねじれた配列を
しており、一般の液晶が正の光学異方性を有するのに対
しコレステリック液晶は螺旋状のねじれ配列により光学
性が負の光学異方性を示す。従って、ある条件のコレス
テリック液晶セルを駆動用液晶セルと組み合わせること
により所望な光学補償を得ることができる。

【００１７】コレステリック液晶の光学的性質は、ファ
ーガソン（Ｊ．Ｌ．Ｆｅｒｇａｓｏｎ）により詳しく調
べられており（Ｊ．Ｌ．Ｆｅｒｇａｓｏｎ，Ｍｏｌｅｃ
ｕｌａｒ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ．１、２９３（１９６６）
）、これによれば、コレステリック液晶セルにある角度
で光が入射すると選択散乱が生じ、その時の選択散乱の
最大値を示す波長λは次式により与えられる。

【００１８】 　　λ＝ｎ・ｐ　・［ｃｏｓ｛（１／２）・｛ｓｉｎ−
１（１／ｎ・ｓｉｎ　φｉ）＋ｓｉｎ−１（１／ｎ・ｓ
ｉｎ　φｓ）｝｝］　ｐ　：　　螺旋ピッチ ｎ　：　　平均屈折率 φｉ：　　光の入射角 φｓ：　　光の散乱角 ここで、正面方向（φｉ　→０　）からみた場合につい
て考えると上式の［　］　内は限りなく１に近づくため
λは積ｎ　・ｐ　にほぼ等しくなる。

【００１９】上式において、選択散乱の最大値を示す波
長λが可視領域に入ると着色現象が生じ表示色が変化す
る為、λを可視波長領域から除かなければならない。上
式をλ＝ｎ・ｐ・ｆ（θ）とすると、ｆ（θ）はθ＝０
［ｄｅｇ］で最小値をとる。従って補償用液晶セルのｎ
・ｐの条件は、 ７５０ｎｍ　　＜　　ｎ・ｐ　　，　　ｎ・ｐ　　＜　
　３２０ｎｍとなる。

【００２０】以上垂直配列をしたＥＣＢ型の液晶表示素
子を例にとって説明したが、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。

【００２１】

【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。

【００２２】（実施例１）図１及び図２に本実施例にお
けるセル構成を示す。液晶表示素子は２枚の偏光板１、
４と、これらの間に補償用液晶セル２と駆動用液晶セル
３とを挟む構成を有している。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をつけて形成される。又
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。

【００２３】補償用液晶セル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。

【００２４】駆動用液晶セル３は補償用液晶セル２と偏
光板４間に配置される。上側基板３ａと下側基板３ｂと
はそれぞれ透明電極３ｃ、３ｄ間を形成しており、　　
駆動電源３ｆに接続される。

【００２５】基板３ａ，　３ｂ間にホメオトロピック配
列をした液晶が導入され、駆動電源３ｆからの印加電圧
に応じて状態を変化する。駆動用液晶セル３のリタデー
ション値は７００ｎｍである。

【００２６】補償用液晶セル２は平均屈折率ｎが１．５
で、螺旋ピッチｐは０．５６μｍの液晶セル（ｎ・ｐ＝
８４０ｎｍ）で（２．１），（２．２）　は、それぞれ
上側と下側の基板２ａ，　２ｂのラビング軸で、これら
は互いに直交している。

【００２７】偏光板１の透過軸（１．１）　と上側基板
のラビング軸（２．１）　は平行で　　、偏光板４の透
過軸（４．１）　と下側基板のラビング軸（２．２）　
は平行である。

【００２８】本構成の液晶表示素子の電圧無印加時のＹ
軸方位における視角依存性の一例を図７に示す。図７は
、液晶セルの図２のｚ軸からｙ及びーｙ方位に測定点が
０゜から６０゜まで傾いたときの液晶セルの透過率を示
す図である。理想的には、液晶セルを見る角度がどんな
に傾いても透過率が小さく、その変化が一定であること
が望ましい。従来例（図４）と比較すると、図からも明
らかなように、視角が５０゜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ＥＣ
Ｂ型ＬＣＤを作成し、１／２４０ｄｕｔｙ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
ーンが識別できる高コントラスト表示のＬＣＤ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。

【００２９】（比較例）実施例１において駆動用液晶セ
ル３と上下の偏光板１、４との間に補償用液晶セルを配
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。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画
が反転したり、全く見えなくなったりした。

【００３０】（実施例２）実施例１において、ねじれが
右まわりであり平均屈折率ｎが１．５で、螺旋ピッチｐ
は０．５６μｍの液晶セル（ｎ・ｐ＝８４０ｎｍ）の補
償用液晶セル２を用い、実施例１と同様に補償用液晶セ
ルを配置した。電圧無印加時の左右方向の視角−透過率
特性を測定したところ実施例１と全く同一の特性得られ
、本構成で６４０×４８０ドットのＥＣＢ型ＬＣＤを作
成し、１／２４０ｄｕｔｙ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が識別でき
る高コントラスト表示のＬＣＤ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。

【００３１】（実施例３）実施例１において、補償用液
晶セル２として高分子液晶を用い、実施例１と同様に配
置した。電気光学特性を測定したところ実施例１とまっ
たく同一の特性が得られ、本構成で６４０×４８０ドッ
トのＥＣＢ型液晶表示装置を作成し、１／２４０ｄｕｔ
ｙで単純マトリクス駆動したところ、視点を変化させて
も表示パターンが識別できる高コントラスト表示の液晶
表示素子が実現できた。視覚特性を測定したところ、６
０°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な
い良好な表示が得られた。

【００３２】（実施例４）実施例１において、駆動用液
晶セル３としてリタデーション値が５５０ｎｍでラビン
グ軸がＸ及びーＸ方位であるホモジニアス配向の液晶セ
ルを用いた。電圧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とほぼ同一の特性が得られ、
本構成でＥＣＢ型ＬＣＤ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が識別できる高コントラ
スト表示のＬＣＤ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られた。

【００３３】（実施例５）図８に本実施例におけるセル
構成を示す。１及び４は偏光板で（１．１）　、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
ピック配列をした駆動用液晶セルである。液晶セル３の
リタデーションデーション値は７００ｎｍである。２と
５は、補償用液晶セルで液晶の平均屈折率ｎが１．５で
螺旋ピッチｐは０．５８μｍ（ｎ・ｐ＝８７０ｎｍ）で
ある。（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。

【００３４】本構成で６４０×４８０ドットのＥＣＢ型
ＬＣＤを作成し、１／２４０ｄｕｔｙ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
が識別できる高コントラスト表示のＬＣＤ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８：１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
。

【００３５】

【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】本発明の実施例１の液晶表示素子を示す断面図
。

【図２】本発明の実施例１の液晶表示素子の構成を示す
分解斜視図。

【図３】従来の液晶表示素子の構成を示す分解斜視図。

【図４】従来例の電圧無印加時における左右方向の輝度
の視角特性を説明する図。

【図５】電圧無印加時における分子配列状態の屈折率楕
円体を示す図。

【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。

【図７】本発明の実施例による電圧無印加時における左
右方向の視角特性を説明する図。

【図８】本発明の実施例５の液晶表示素子の構成を示す
分解斜視図

【符号の説明】

１、４　　・・・偏光板 ２・・・補償用液晶セル ３・・・駆動用液晶セル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　２枚の偏光板と、これらの偏光板の間
   に設けられる、電極を有する２枚の基板とこれらの基板
   間に挟持され前記電極の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た液晶からなる駆動用
   液晶セル及び前記駆動用液晶セルの基板法線とほぼ平行
   な螺旋軸でねじれた配列をした補償用液晶層とを具備す
   る液晶表示素子において、前記補償用液晶セルの液晶の
   平均屈折率をｎ及び螺旋ピッチをｐとすると、その積ｎ
   ・ｐが ７５０ｎｍ＜ｎ・ｐ　　または、ｎ・ｐ＜３２０ｎｍで
   あることを特徴とする液晶表示素子。