JPH04322224A - Liquid crystal display element - Google Patents

Liquid crystal display element

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Publication number
JPH04322224A
JPH04322224A JP9186491A JP9186491A JPH04322224A JP H04322224 A JPH04322224 A JP H04322224A JP 9186491 A JP9186491 A JP 9186491A JP 9186491 A JP9186491 A JP 9186491A JP H04322224 A JPH04322224 A JP H04322224A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
crystal cell
lambda
rlc
compensation
Prior art date
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Pending
Application number
JP9186491A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junko Hirata
純子 平田
Masahito Ishikawa
正仁 石川
Yuzo Hisatake
雄三 久武
Hitoshi Hado
羽藤 仁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP9186491A priority Critical patent/JPH04322224A/en
Publication of JPH04322224A publication Critical patent/JPH04322224A/en
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  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain the liquid crystal display element which improved in visual characteristic and has excellent visibility. CONSTITUTION:The liquid crystal display element provided with two sheets of substrates having electrodes, a liquid crystal cell 3 for driving consisting of a liquid crystal which is crimped between these substrates and is twist- oriented at the time of non-impression of voltages, polarizing plates 1, 4 crimping this liquid crystal cell and a liquid crystal cell 2 for compensation having a liquid having a liquid crystal layer for compensation which is twist-oriented at the spiral axis nearly parallel with the normal of the above-mentioned substrates is so constituted that the average refractive index (n) and spiral pitch (p) of liquid crystal of the above-mentioned liquid crystal cell for compensation is 750nm<n.p or n.p<320 and that the retardation value RC of the liquid crystal cell for compensation is 2.(RLC-n.lambda)+m.lambda<¦RC¦<m.lambda at the time of n.lambda<RLC<n.lambda+lambda/2 and 2.(RLC-(1/2+n).lambda)+m.lambda<¦RC¦<lambda+m.lambda at the time of n.lambda+lambda/2<RLC<(n+1) when the effective retardation value of the liquid crystal cell for driving is designated as RLC, lambda as the wavelength of light and (n), (m) as integers.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[発明の目的][Object of the invention]

【0002】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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device in which contrast ratio and viewing angle dependence of displayed colors are controlled.

【0003】0003

【従来の技術】近年、薄型軽量、低消費電力という大き
な利点をもつ液晶表示素子は、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パーソナ
ルOA機器の表示装置として積極的に用いられている。 液晶表示素子(以下LCDと略称)のほとんどは、ねじ
れネマティック液晶を用いており、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。
2. Description of the Related Art In recent years, liquid crystal display devices, which have the great advantages of being thin, lightweight, and low power consumption, have been actively used as display devices for personal office automation equipment such as Japanese word processors and desktop personal computers. Most liquid crystal display elements (hereinafter abbreviated as LCD) use twisted nematic liquid crystal, and the display method is as follows:
It can be roughly divided into two modes: birefringence mode and optical rotation mode.

【0004】ねじれネマティック液晶を用いた複屈折モ
ードの表示方式のLCDは、一般に90゜以上ねじれた
分子配列をもち(ST方式と呼ばれる)、急峻な電気光
学特性をもつ為、各画素ごとにスイッチング素子(薄膜
トランジスタやダイオード)が無くても単純なマトリク
ス状の電極構造でも時分割駆動により容易に大容量表示
が得られる。しかし、ST方式では、複屈折効果を利用
しているため光の干渉に起因して表示色が黄色と濃紺色
のいわゆるイエローモード表示や、白色と青色のいわゆ
るブルーモード表示となり、白黒表示やカラー表示が不
可能であった。このような表示の色づきを解消する手段
として、逆にねじれた第2の液晶セルを偏光板と液晶セ
ルの間に配置することによって白黒表示を実現できるこ
とが特公昭63−53528号公報に報告されている。
[0004] LCDs with a birefringence mode display method using twisted nematic liquid crystals generally have a molecular arrangement twisted by more than 90 degrees (called the ST method) and have steep electro-optic characteristics, so switching is performed for each pixel. Even without any elements (thin film transistors or diodes), a large capacity display can be easily obtained by time-division driving even with a simple matrix-like electrode structure. However, since the ST method uses the birefringence effect, the display colors are yellow and dark blue (so-called yellow mode display) and white and blue (so-called blue mode display) due to light interference, resulting in black-and-white display and color display. It was impossible to display. It was reported in Japanese Patent Publication No. 63-53528 that as a means to eliminate such discoloration of the display, a black and white display could be achieved by placing a second liquid crystal cell twisted in the opposite direction between the polarizing plate and the liquid crystal cell. ing.

【0005】この白黒化の原理は、液晶分子がねじれ配
列とされる表示用液晶セルで楕円偏光となった常光成分
と異常光成分の光を、光学補償板である第2の液晶セル
によって相互に入れ替わらせ、楕円偏光を直線偏光へと
変換される。その結果、光の干渉に起因する着色が解消
され、白黒表示を実現することができる。ここで上述し
たように楕円偏光の直線偏光への変換を行うには、光学
補償板が、表示用液晶セルとリタデーション値が、ほぼ
同一で、かつねじれ方向が相互間で逆で、それらの配置
は、相互に最近接する液晶分子の配向方位が直行するよ
うに構成しなければ、光の所望な変換作用が得られない
The principle of this black-and-white conversion is that the ordinary light component and the extraordinary light component, which have become elliptically polarized light in a display liquid crystal cell in which liquid crystal molecules are arranged in a twisted arrangement, are mutually exchanged by a second liquid crystal cell, which is an optical compensator. , and the elliptically polarized light is converted to linearly polarized light. As a result, coloring caused by light interference is eliminated, and black and white display can be realized. In order to convert elliptically polarized light into linearly polarized light as described above, the optical compensator must be arranged so that the retardation value is almost the same as that of the display liquid crystal cell, and the twist directions are opposite. The desired light conversion effect cannot be obtained unless the orientation directions of the liquid crystal molecules closest to each other are perpendicular to each other.

【0006】一方、旋光モードのLCDは90゜ねじれ
た分子配列をもち、応答速度が速く(数十ミリ秒)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、時
計や電卓、さらにはスイッチング素子を各画素ごとに具
備しカラーフィルターと組み合わせたフルカラーの表示
の液晶テレビなど(TFT−LCDやMIM−LCD)
に応用されている。
On the other hand, optically rotating mode LCDs have a molecular arrangement twisted at 90° and have a fast response time (several tens of milliseconds), exhibiting a high contrast ratio and good gradation display properties, and are therefore used in watches, calculators, and even other devices. Full-color LCD TVs that have a switching element for each pixel and are combined with color filters (TFT-LCD and MIM-LCD)
It is applied to.

【0007】カラー表示に関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.Cryst.,
1977,VOL.39,PP.127−138 にて
報告されている。
Regarding color display, a CN liquid crystal cell that exhibits a certain hue using selective scattering when no voltage is applied is placed between a polarizing plate and a liquid crystal cell, and a combination of the CN liquid crystal cell and the presence or absence of voltage application to the liquid crystal cell Mol. Cryst. Liq. Cryst. ,
1977, VOL. 39, PP. 127-138.

【0008】しかし、これらの複屈折モードや旋光モー
ドや選択散乱を利用した液晶表示素子は、ねじれネマテ
ィック液晶を用いているため、見る角度や方向によって
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
をもち、CRTの表示性能を完全に越えるまでにはいた
らない。
However, since these liquid crystal display devices that utilize birefringence mode, optical rotation mode, or selective scattering use twisted nematic liquid crystals, they suffer from viewing angle dependence in which the displayed color and contrast ratio change depending on the viewing angle and direction. However, it has not reached the point where it completely exceeds the display performance of CRT.

【0009】[0009]

【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。ねじれネマティ
ック液晶の液晶セルの分子配列は、液晶セルの厚み方向
に液晶分子の配列がねじれた構造を有しているが、液晶
セル中を透過する光は、このねじれた配列の液晶分子の
個々の液晶分子の向きによって逐次偏光して伝搬する。 従って、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。
It is generally known that liquid crystal molecules have different refractive indices in the major axis direction and the minor axis direction of the liquid crystal molecules. When polarized light enters a liquid crystal molecule exhibiting such anisotropy of refractive index, the polarization state of the polarized light changes depending on the angle of the liquid crystal molecule. The molecular arrangement of a twisted nematic liquid crystal cell has a structure in which the arrangement of liquid crystal molecules is twisted in the thickness direction of the liquid crystal cell, but the light that passes through the liquid crystal cell is transmitted through each of the liquid crystal molecules in this twisted arrangement. The light propagates while being sequentially polarized depending on the orientation of the liquid crystal molecules. Therefore, the polarization state of the light propagating through the liquid crystal cell is different depending on whether the light is incident perpendicularly to the liquid crystal cell or obliquely, and as a result, the display may vary depending on the direction or angle when viewing the liquid crystal display element. This appears as a phenomenon in which the displayed pattern appears reversed or the displayed pattern becomes completely invisible, which is undesirable from a practical standpoint.

【0010】本発明は上記不都合を解決するものである
The present invention solves the above-mentioned disadvantages.

【0011】[発明の構成][Configuration of the invention]

【0012】0012

【課題を解決するための手段】本発明は、2枚の偏光板
と、これらの間に、電極をもつ2枚の基板間に挟持され
て電圧無印加時にねじれた配列をした液晶を含む駆動用
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液晶を含む補償用液晶セ
ルが配置された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、これらの積n・pが、 750nm<n・p  または,n・p<320nmで
あり、かつ、前記補償用液晶セルのリタデーション値R
C は、駆動用液晶セルの実効リタデーション値をRL
C、λを光波長とすると、 n・λ<  RLC  <n・λ+λ/2の時、   
 2・(RLC−n・λ)+m・λ  <  |RC 
|  <m・λn・λ+λ/2  <  RLC  <
(n+1)・λの時、    2・(RLC−(1/2
 +n)・λ)+m・λ  <  |RC |  <λ
+m・λ(n=0、±1、±2、±3…の整数)(m=
0、±1、±2、±3…の整数)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。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a driving device that includes two polarizing plates and, between them, a liquid crystal that is sandwiched between two substrates having electrodes and arranged in a twisted manner when no voltage is applied. In a liquid crystal display element in which a liquid crystal cell for compensation and a liquid crystal cell for compensation including a liquid crystal arranged in a twisted arrangement with a helical axis substantially parallel to the normal line of the substrate of the liquid crystal cell for drive is arranged, the average of the liquid crystal of the liquid crystal for compensation cell is arranged. When the refractive index is n and the helical pitch is p, the product n・p is 750 nm<n・p or n・p<320 nm, and the retardation value R of the compensation liquid crystal cell is
C is the effective retardation value of the driving liquid crystal cell RL
When C and λ are optical wavelengths, when n・λ< RLC <n・λ+λ/2,
2・(RLC−n・λ)+m・λ < |RC
| <m・λn・λ+λ/2 < RLC <
When (n+1)・λ, 2・(RLC−(1/2
+n)・λ)+m・λ < |RC | <λ
+m・λ (n=0, ±1, ±2, ±3... integer) (m=
0, ±1, ±2, ±3...).

【0013】[0013]

【作用】一般にねじれネマティック液晶を用いたLCD
に用いられる偏光板の配置には大きく分けて2通りあり
、液晶セルに電圧を印加しないとき光が透過せず、電圧
を印加したとき光の透過状態が得られる(ノーマリーク
ローズ)方式と、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(ノーマリ
ーオープン)方式とがある。
[Operation] Generally, LCD using twisted nematic liquid crystal
There are two main types of arrangement of polarizing plates used in liquid crystal cells: a normally closed method in which light does not pass through when no voltage is applied to the liquid crystal cell, and a state in which light is transmitted when a voltage is applied; There is a normally open method in which light is transmitted when no voltage is applied to the liquid crystal cell, and light is blocked when voltage is applied.

【0014】図3は、従来例のTN方式のノーマリーオ
ープンとノーマリークローズの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
性を示す図で、ノーマリーオープンの場合は(10.0
)、ノーマリークローズの場合は(11.0)で示され
ている。これらを比較すると、ノーマリークローズの方
がノーマリーオープンよりコントラスト比の視角依存性
が少ないことが分かる。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。そこでノーマリーオープンと
ノーマリークローズの両方式の暗状態の輝度の左右方向
における視角依存性を測定してみると、図4に示した様
な特性が得られる。ノーマリーオープンの場合を(10
.1)でノーマリークローズの場合を(11.1)で示
した。図から明らかなように、ノーマリークローズの方
がノーマリーオープンより暗状態の視角依存性が小さく
、その結果ノーマリークローズの方がノーマリーオープ
ンよりコントラスト比の視角特性が良くなっている。
FIG. 3 is a diagram showing contrast ratio dependence when the display surface is tilted from 0° to 60° from the normal to the left and right in the normally open and normally closed conventional TN systems. In the case of Mary Open (10.0
), and the normally closed case is indicated by (11.0). Comparing these, it can be seen that the contrast ratio is less dependent on viewing angle in the normally closed mode than in the normally open mode. The contrast ratio is a value obtained by dividing the brightness in a state where light is transmitted (bright state) by the brightness in a state in which light is blocked (dark state), and the contrast ratio greatly affects the brightness in the dark state. Therefore, when we measured the visual angle dependence of the brightness in the dark state in both the normally open and normally closed systems in the horizontal direction, we obtained the characteristics shown in FIG. 4. In the normally open case (10
.. The normally closed case in 1) is shown in (11.1). As is clear from the figure, the viewing angle dependence of the dark state is smaller in the normally closed mode than in the normally open mode, and as a result, the viewing angle characteristics of the contrast ratio are better in the normally closed mode than in the normally open mode.

【0015】ノーマリーオープンとノーマリークローズ
の暗状態の違いを考察してみると、ノーマリーオープン
の場合は光を遮断するために電圧を液晶セルに印加して
おり、ノーマリークローズの場合は光を透過させるため
に液晶セルに電圧を印加している。ノーマリーオープン
の場合に液晶セルに暗状態が得られる電圧値を印加した
時の分子配列状態を計算してみると、図5に示す様にな
る。ここで、図中の7及び8はそれぞれチルト(傾き)
角及びツイスト(ねじれ)角で、チルト角とは、図6に
示す座標系において液晶セルの基板面をxy面としたと
き、xy面に対する液晶分子(5.1) の長軸(5.
1L)の傾き角を示し、ツイスト角とは、液晶分子(5
.1) をz軸からxy面へ投射した軸(5.1xy)
 とx軸とのなす角度である。
Considering the difference between the normally open and normally closed dark states, in the normally open case a voltage is applied to the liquid crystal cell to block light, and in the normally closed case a voltage is applied to the liquid crystal cell to block light. A voltage is applied to the liquid crystal cell to transmit light. When calculating the molecular arrangement state when a voltage value that provides a dark state is applied to the liquid crystal cell in the normally open case, the state of molecular arrangement is shown in FIG. 5. Here, 7 and 8 in the figure are tilts, respectively.
angle and twist angle, and the tilt angle is defined as the long axis (5.
1L), and the twist angle is the tilt angle of liquid crystal molecules (5L).
.. 1) Axis (5.1xy) projected from the z-axis to the xy plane
This is the angle between the x-axis and the x-axis.

【0016】電圧が印加された状態では、液晶セルの中
央付近では液晶分子が90゜近く傾くが、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液晶
分子はあまり傾かない。また、ツイスト角はSの字型の
分布となる。
[0016] When a voltage is applied, the liquid crystal molecules are tilted by nearly 90° near the center of the liquid crystal cell, but near the upper and lower substrate surfaces, the liquid crystal molecules are not tilted much due to the influence of the alignment regulating force of the substrate surfaces. . Further, the twist angle has an S-shaped distribution.

【0017】液晶分子のチルト角がセル厚方向にたいし
て一定で、ツイスト角が線形にねじれている場合、すな
わちノーマリークローズの場合の暗状態の分子配列状態
と比較すると、電圧印加時の分子配列状態は、液晶セル
を見る角度と方位により異なって見え、その結果液晶分
子配列状態の見え方の違いが液晶セル中を伝搬する偏光
状態の違いとなって視角特性に反映される。従ってノー
マリークローズの方が視角特性が良いのは、見る方向角
度による暗状態の分子配列状態の見え方の違いがノーマ
リーオープンより小さいためである。従って、何らかの
方法でどんな方向から見ても同一な分子配列状態が見え
る様に工夫することができれば、ノーマリーオープンの
場合の暗状態の視角特性を改善することができる。
When the tilt angle of the liquid crystal molecules is constant in the cell thickness direction and the twist angle is linearly twisted, that is, when compared with the molecular arrangement state in the dark state in the normally closed case, the molecular arrangement state when voltage is applied is appears differently depending on the viewing angle and orientation of the liquid crystal cell, and as a result, differences in the appearance of the liquid crystal molecule arrangement state result in differences in the polarization state propagating through the liquid crystal cell, which is reflected in the viewing angle characteristics. Therefore, the reason why the viewing angle characteristics are better in the normally closed mode is that the difference in the appearance of the molecular arrangement state in the dark state depending on the viewing direction angle is smaller than in the normally open mode. Therefore, if some method can be devised so that the same molecular arrangement state can be seen from any direction, the viewing angle characteristics in the normally open dark state can be improved.

【0018】液晶セル中で見る角度によって最も液晶分
子の見え方の変化の大きいのは、液晶セル中央付近の液
晶分子が大きく傾いた箇所である。そこでこの箇所の見
え方の変化を小さくすることにより視角特性を改善でき
る。
The place where the appearance of liquid crystal molecules changes the most depending on the viewing angle in the liquid crystal cell is at a location near the center of the liquid crystal cell where the liquid crystal molecules are largely tilted. Therefore, the viewing angle characteristics can be improved by reducing the change in appearance at this location.

【0019】液晶の配向状態は3次元の屈折率楕円体に
より簡略的に示すことができる。図7は液晶分子が垂直
に立った状態を屈折率楕円体で示したものであるが、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から、
z方向から見たときの(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(6.4) は円とな
り、屈折率差と視軸(6.1) から見たときの屈折率
体(6.5) とは異なる。ノーマリーオープン(クロ
スニコル)の場合、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、視軸(6.1) から
見たときの2次元面は楕円となりその結果屈折率差が生
じるために暗状態とはならない。
The alignment state of liquid crystal can be simply represented by a three-dimensional refractive index ellipsoid. Figure 7 shows a state where liquid crystal molecules stand vertically using a refractive index ellipsoid. Since it is a phenomenon related to differences,
The refractive index body (6.4) in the two-dimensional plane when viewed from the z direction (that is, when the liquid crystal cell is viewed from the front) is a circle, and when viewed from the refractive index difference and the visual axis (6.1) It is different from the refractive index body (6.5). In the case of normally open (crossed Nicols), the refractive index difference when viewed from the z direction is 0.
Therefore, a dark state is obtained, but the two-dimensional surface when viewed from the visual axis (6.1) becomes an ellipse, resulting in a difference in refractive index, so a dark state is not obtained.

【0020】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り
、視軸(6.1) の方向から見た時より大きい透過光
が観測される。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
ことができる。
As the angle (6.3) at which the refractive index ellipsoid 6 is viewed increases, the ellipse (6.5) in the two-dimensional plane seen from the visual axis (6.1) increases in the length direction of n61. Therefore, more transmitted light is observed than when viewed from the visual axis (6.1). Therefore, in order to optically compensate for such a refractive index ellipsoid, as the angle (6.3) at which the refractive index ellipsoid is viewed increases, the refractive index in the longitudinal direction of n62 increases. , and an ellipse in a two-dimensional plane (6.5)
The visual axis (6.1
) If placed above, the index ellipsoid 6 can be optically compensated for.

【0021】この様な光学的な補償は、図8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
よって行うことができ、種々の方向から観測しても見か
け上の屈折率が略同一となり、視角特性が向上する。
Such optical compensation can be achieved by arranging a disk-shaped index ellipsoid on the liquid crystal cell as shown in FIG. The refractive index becomes substantially the same, and viewing angle characteristics are improved.

【0022】図8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。
A refractive index ellipsoid as shown in FIG. 8 has so-called negative optical anisotropy, and cholesteric liquid crystal is used in this configuration.

【0023】コレステリック液晶は1889年にライニ
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的
に負の光学異方性を示す。
Cholesteric liquid crystals were discovered in 1889 by Reinitzer. Cholesteric liquid crystal has a spirally twisted arrangement of liquid crystal molecules, and while ordinary liquid crystals have positive optical anisotropy, cholesteric liquid crystal has a negative optical anisotropy due to the spirally twisted arrangement. Show your gender.

【0024】光の波長が螺旋ピッチに比べ十分に大きい
場合、コレステリック液晶の主屈折率no ,ne は
下式で与えられる。
When the wavelength of light is sufficiently larger than the helical pitch, the principal refractive indices no and ne of the cholesteric liquid crystal are given by the following equations.

【0025】   no =[1/2・(E2 +D2 )]1/2 
                         
      (1.1)  ne =D       
                         
                     (1.2
)    E :  液晶分子の長軸方向の屈折率D 
:  液晶分子の短軸方向の屈折率コレステリック液晶
の場合でもE>D であるので、Δn= ne−no 
<0(負)となる。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。
[0025] no = [1/2・(E2 +D2)]1/2

(1.1) ne = D

(1.2
) E: refractive index D in the long axis direction of liquid crystal molecules
: Refractive index in the short axis direction of the liquid crystal molecule Even in the case of cholesteric liquid crystal, E>D, so Δn=ne-no
<0 (negative). Therefore, desired optical compensation can be obtained by combining a cholesteric liquid crystal cell under certain conditions with a driving liquid crystal cell.

【0026】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,Mole
cular Crystals.1、293(1966
))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。
The optical properties of cholesteric liquid crystals have been investigated in detail by J.L. Ferguson (J.L. Ferguson, Mole
cular Crystals. 1, 293 (1966
)), selective scattering occurs when light enters a cholesteric liquid crystal cell at a certain angle, and the wavelength λ indicating the maximum value of selective scattering at that time is given by the following equation.

【0027】   λ=n・p ・[cos{(1/2)・{sin−
1(1/n・sin φi)+sin−1(1/n・s
in φs)}}]                
                         
                        …
(2.1)     p :  螺旋ピッチ n :  平均屈折率 φi:  光の入射角 φs:  光の散乱角 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ため、λを
可視波長領域から除かなければならない。ここで(2−
1) 式をλ=n・p ・f(θ)とするとf(θ)は
θ=0で最小値をとる。したが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。
λ=n・p・[cos{(1/2)・{sin−
1 (1/n・sin φi)+sin-1(1/n・s
in φs)}}]


(2.1) p: Helical pitch n: Average refractive index φi: Incident angle of light φs: Scattering angle of light In the above equation, when the wavelength λ that indicates the maximum value of selective scattering enters the visible range, a coloring phenomenon occurs and is displayed. Because of the color change, λ must be removed from the visible wavelength range. Here (2-
1) If the formula is λ=n·p·f(θ), then f(θ) takes the minimum value at θ=0. Therefore, n of the compensation liquid crystal cell
- The conditions for p are 750 nm<n.p, n.p<320 nm.

【0028】ところで、直交ニコル下で観測される複屈
折モードの透過光強度Iは常光と異常光の干渉の条件か
ら次式で表せる.     I== A・ sin2 ( π・R/λ) 
                         
 …(3)   ここで、駆動用液晶セルに電圧を印加
していない状態では、     R = Δn・d             
                         
      …(4) A  : 比例定数 Δn :  液晶の屈折率異方性 d  : 液晶層の厚み λ  : 光源波長 Rは、リタデーションと呼ばれる量で光が透過する材質
の複屈折率Δnと媒質の厚みdとの積である。すなわち
、常光と異常光の位相差を示すものである。基板に水平
にねじれた配列をした正の誘電異方性をもつ液晶セルに
電圧を印加すると、液晶分子は基板に対し傾き、液晶セ
ルの実効的なリタデーション値は小さくなる。例えばn
e =1.5 、no =1.4 の液晶セルに電圧を
印加すると液晶セルの実効的なリタデーション値は図9
に示すように変化する。光学補償は上記Rを変化させる
ものであるから補償用液晶セルのリタデーション値をR
C,表示を行う際の最大印加電圧印加時の駆動用液晶セ
ルの実効リタデーション値をRLCとすると、光学補償
後のR値は、次のようになる。
By the way, the transmitted light intensity I of the birefringence mode observed under crossed Nicols can be expressed by the following equation from the conditions of interference between ordinary light and extraordinary light. I== A・sin2 (π・R/λ)

...(3) Here, when no voltage is applied to the driving liquid crystal cell, R = Δn・d

...(4) A: proportionality constant Δn: refractive index anisotropy of liquid crystal d: thickness of liquid crystal layer λ: light source wavelength R is the birefringence Δn of the material through which light passes by an amount called retardation and the thickness d of the medium It is the product of That is, it shows the phase difference between ordinary light and extraordinary light. When a voltage is applied to a liquid crystal cell with positive dielectric anisotropy that is twisted horizontally to the substrate, the liquid crystal molecules are tilted with respect to the substrate, and the effective retardation value of the liquid crystal cell becomes small. For example, n
When voltage is applied to the liquid crystal cell with e = 1.5 and no = 1.4, the effective retardation value of the liquid crystal cell is shown in Figure 9.
Changes as shown in . Optical compensation changes the above R, so the retardation value of the compensation liquid crystal cell is R.
C. Letting RLC be the effective retardation value of the driving liquid crystal cell when the maximum voltage is applied during display, the R value after optical compensation is as follows.

【0029】     R=RLC+RC             
                         
     …(5) 上記(3)式においてどの視角方
位においてもR=0、すなわちRC =ーRLCとなる
ように設定すればI=0となり、よって、暗状態におけ
る特性が改善でき広視角範囲での高コントラス化につな
がる。(3)式を図示すると図10のようになる。補償
後の透過光強度Iを光学補償前の透過光強度ILCより
小さくすることにより視覚特性は改善される。したがっ
てRの値はRLCの値により2つの場合に分けられ、R
の範囲は下式のようになる。
R=RLC+RC

...(5) In the above equation (3), if R = 0 in any viewing angle direction, that is, RC = -RLC, then I = 0, which improves the characteristics in the dark state and improves the performance in a wide viewing angle range. This leads to high contrast. Equation (3) is illustrated in FIG. 10. Visual characteristics are improved by making the transmitted light intensity I after compensation smaller than the transmitted light intensity ILC before optical compensation. Therefore, the value of R is divided into two cases depending on the value of RLC, and R
The range of is as shown in the formula below.

【0030】n・λ<  RLC  <n・λ+λ/2
の時、    2・(RLC−n・λ)+m・λ  <
  |RC |  <m・λn・λ+λ/2  <  
RLC  <(n+1)・λの時、    2・(RL
C−(1/2 +n)・λ)+m・λ  <  |RC
 |  <λ+m・λ               
               (n=0、±1、±2
、±3…)                    
                      (m=
0、±1、±2、±3…)             
                         
                         
         …(6) となる。よって、補償用
液晶セルのリタデーション値RC は駆動用液晶セルの
実効的リタデーション値RLCに依存する。また、前述
したように(1.1)、(1.2)式より補償用液晶セ
ルのリタデーションRC は、次式で与えられる。
[0030]n・λ<RLC<n・λ+λ/2
When 2・(RLC−n・λ)+m・λ <
|RC | <m・λn・λ+λ/2 <
When RLC < (n+1)・λ, 2・(RL
C-(1/2 +n)・λ)+m・λ < |RC
| <λ+m・λ
(n=0, ±1, ±2
, ±3…)
(m=
0, ±1, ±2, ±3…)


...(6) becomes. Therefore, the retardation value RC of the compensation liquid crystal cell depends on the effective retardation value RLC of the driving liquid crystal cell. Further, as described above, from equations (1.1) and (1.2), the retardation RC of the compensation liquid crystal cell is given by the following equation.

【0031】RC = Δnc ・dc= (ne −
no ) ・dc = (D−1/2 ・( E2 +D2  )1/2 
 )・dcE: 補償用液晶セルに用いられる液晶分子
の長軸方向の屈折率 D: 補償用液晶セルに用いられる液晶分子の短軸方向
の屈折率 dc: 補償用液晶セルの液晶層の厚み以上TN液晶セ
ルを例にとって説明したが、TN方式のみならずST方
式やねじれ角が90゜以下の小さなねじれ角の表示方式
のLCDにも同様な効果が得られる。
RC=Δnc・dc=(ne−
no) ・dc = (D-1/2 ・(E2 +D2)1/2
)・dcE: The refractive index in the long axis direction of the liquid crystal molecules used in the compensation liquid crystal cell D: The refractive index in the short axis direction of the liquid crystal molecules used in the compensation liquid crystal cell dc: The thickness or more of the liquid crystal layer of the compensation liquid crystal cell Although the explanation has been made by taking a TN liquid crystal cell as an example, similar effects can be obtained not only in the TN type but also in the ST type and the LCD in a display type with a small twist angle of 90° or less.

【0032】[0032]

【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。
EXAMPLES Examples of the liquid crystal display element of the present invention will be described in detail below.

【0033】(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。
(Embodiment 1) FIGS. 1 and 2 show cell configurations in this embodiment. The liquid crystal display element includes two polarizing plates 1,
4, and a compensating liquid crystal cell 2 and a driving liquid crystal cell 3 are sandwiched therebetween. Polarizing plate 1 is transparent substrate 1a
A polarizing film 1b is attached to the inside of the transparent substrate 4a, and the polarizing plate 4 is similarly formed by attaching a polarizing film 4b to a transparent substrate 4a. Also, the light transmission axes (1.1), (4.1) of these polarizing plates 1 and 4
are arranged so that they are perpendicular to each other.

【0034】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。
The compensating liquid crystal cell 2 consists of these polarizing plates 1 and 4.
It has a liquid crystal cell structure in which a liquid crystal 2c is interposed between transparent substrates 2a and 2b.

【0035】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。基板3a, 3b間にねじれネ
マティック液晶がねじれ角が90゜で導入され、駆動電
源3fから印加電圧に応じて状態を変化する。
The driving liquid crystal cell 3 is arranged between the compensation liquid crystal cell 2 and the polarizing plate 4. The upper substrate 3a and the lower substrate 3b form transparent electrodes 3c and 3d, respectively, and are connected to a drive power source 3f. A twisted nematic liquid crystal is introduced between the substrates 3a and 3b with a twist angle of 90 degrees, and its state changes depending on the voltage applied from the drive power source 3f.

【0036】駆動用液晶セル3の液晶の光軸は下側基板
3bから上側基板3aへと反時計回りにねじれている(
左ねじれ)。(3.1),(3.2) 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す
る。駆動用液晶セル3のリタデーション値は450nm
、5V印加時の実効リタデーション値  RLC  は
150nmである。 補償用液晶セル2は平均屈折率nは1.5で、螺旋ピッ
チpは0.56μm(n・p=840nm)であり、リ
タデーション値  RC がー200nmの液晶セルで
(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。
The optical axis of the liquid crystal of the driving liquid crystal cell 3 is twisted counterclockwise from the lower substrate 3b to the upper substrate 3a (
left-handed twist). (3.1) and (3.2) are the rubbing axes of the upper and lower substrates, respectively, and these are perpendicular to each other. The retardation value of the driving liquid crystal cell 3 is 450 nm
, the effective retardation value RLC when 5V is applied is 150 nm. The compensation liquid crystal cell 2 has an average refractive index n of 1.5, a helical pitch p of 0.56 μm (n·p=840 nm), and a retardation value RC of -200 nm (2.1), ( 2.2) are the rubbing axes of the upper and lower substrates 2a and 2b, respectively, and these are orthogonal to each other.

【0037】偏光板1の透過軸(1.1) と上側基板
のラビング軸(2.1),(3.1) 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),(3.2) は平行である。本構成の液晶表示
素子の暗状態(駆動電源3fから液晶セル電極間に5V
印加時)のX軸方位及びY軸方位における視角依存性の
一例を図11、図12に従来例も合わせて示す。
The transmission axis (1.1) of the polarizing plate 1 and the rubbing axes (2.1), (3.1) of the upper substrate are parallel, and the transmission axis (4.1) of the polarizing plate 4 and the rubbing axes (2.1), (3.1) of the upper substrate are parallel. Rubbing shaft (2
.. 2) and (3.2) are parallel. The dark state of the liquid crystal display element of this configuration (5V between the drive power supply 3f and the liquid crystal cell electrode)
An example of the visual angle dependence in the X-axis direction and the Y-axis direction (at the time of application) is shown in FIGS. 11 and 12, together with a conventional example.

【0038】図11は、液晶セルの図2のz軸からx及
び−x方位に測定点が0゜から60゜まで傾いたときの
液晶セルの暗状態の透過率を示す図で、図12は、図2
のy及び−y方位における図11と同様な特性図である
。(11.1)及び(12.1)は本実施例における視
角特性を示し、(11.2),(12.2) は従来例
における視角特性を示す図である。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。従来例と比較すると
、−y方位やy方位、−x方位において本実施例の方が
透過率の傾き角の変化が小さく、対角画面サイズ10イ
ンチのTFT−LCDを本構成で作成し16階調表示を
したところ、視点を変化させても16階調間の識別がで
きる高コントラストなLCDが実現できた。コントラス
ト比の視角特性を測定したところ、60゜コーンでコン
トラスト比45:1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。
FIG. 11 is a diagram showing the transmittance of the liquid crystal cell in the dark state when the measurement point is tilted from 0° to 60° in the x and -x directions from the z-axis of the liquid crystal cell in FIG. is Figure 2
FIG. 12 is a characteristic diagram similar to FIG. 11 in the y and −y directions of FIG. (11.1) and (12.1) show the viewing angle characteristics in this embodiment, and (11.2) and (12.2) show the viewing angle characteristics in the conventional example. Ideally, it would be desirable for the transmittance to be small and to remain constant no matter what angle the liquid crystal cell is viewed from. Compared to the conventional example, the change in the tilt angle of transmittance in this example is smaller in the -y direction, y direction, and -x direction, and a TFT-LCD with a diagonal screen size of 10 inches was created with this configuration. When displaying gradations, we were able to create a high-contrast LCD that can distinguish between 16 gradations even when the viewpoint changes. When viewing angle characteristics of the contrast ratio were measured, a contrast ratio of 45:1 or more was obtained at a 60° cone, and a good display was obtained without inversion of the display image or change in display color even at an incident angle of 60° or more.

【0039】(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。 測定結果を図11、図12の(11.2),(12.2
) に示す。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、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りした。
(Comparative Example) The viewing angle characteristics of the liquid crystal display element in Example 1 in which the compensation liquid crystal cell 2 was not disposed between the driving liquid crystal cell 3 and the upper and lower polarizing plates 1 and 4 were measured. The measurement results are shown in Figures 11 and 12 (11.2) and (12.2).
) is shown. The dark state changes depending on the viewing angle, and the maximum contrast ratio is only 5:1 with a 60° cone.
When the angle of incidence exceeded 60 degrees, the displayed image was either reversed or completely invisible depending on the viewing direction.

【0040】(実施例2)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と全
く同一の特性が得られ、対角画面サイズ10インチのT
FT−LCDを本構成で作成し16階調表示をしたとこ
ろ、視点を変化させても16階調間の識別ができる高コ
ントラストな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47:1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。
(Example 2) In Example 1, a polymer liquid crystal was used as the compensating liquid crystal cell 2, and the cells were arranged in the same manner as in Example 1. When the electro-optical characteristics were measured, the same characteristics as in Example 1 were obtained, and the T
When an FT-LCD was created with this configuration and displayed 16 gradations, a high-contrast LCD that could distinguish between the 16 gradations even when the viewpoint was changed was realized. When viewing angle characteristics were measured, a contrast ratio of 47:1 or more was obtained at a 60° cone, and good display was obtained without inversion of the display image or change in display color even at an incident angle of 60° or more.

【0041】(実施例3)実施例1においてノーマリー
クローズとなるように、偏光板4の透過軸(4.1)が
偏光板1の透過軸(1.1) と平行になる様に配置し
た。本構成で10インチのTFT−LCDを作成し16
階調表示をしたところ、視点を変化させても16階調間
の識別ができる高コントラストな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50:1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
(Example 3) In order to be normally closed in Example 1, the transmission axis (4.1) of the polarizing plate 4 is arranged to be parallel to the transmission axis (1.1) of the polarizing plate 1. did. With this configuration, a 10-inch TFT-LCD was created and 16
When displaying gradations, we were able to create a high-contrast LCD that can distinguish between 16 gradations even when the viewpoint changes. When viewing angle characteristics were measured, a contrast ratio of 50:1 or more was obtained at a 60° cone, and good display was obtained without inversion of the display image or change in display color even at an incident angle of 60° or more.

【0042】(実施例4)図13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) は偏光板の透過軸に相当する。3は、
液晶層に電圧を印加する透明電極が具備されたねじれ角
が90゜の液晶セルで、下側基板から上側基板へと反時
計回りにねじれている(左ねじれ)。(3.1),(3
.2) は、それぞれ上側と下側の基板のラビング軸で
、これらは互いに直交する。駆動用液晶セル3のリタデ
ーション値は450nm、5V印加時の実効リタデーシ
ョン値  RLC  は130nm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、リタデーション値  RC はー150nmであ
る。(2.1),(2.2) は、下側基板のラビング
軸、(5.1),(5.2) は上側基板のラビング軸
で、これらは互いに直交している。
(Embodiment 4) FIG. 13 shows a cell configuration in this embodiment. 1 and 4 are polarizing plates (1.1), and the viewing angle direction (4.1) corresponds to the transmission axis of the polarizing plate. 3 is
This is a liquid crystal cell with a twist angle of 90°, which is equipped with a transparent electrode that applies voltage to the liquid crystal layer, and is twisted counterclockwise from the lower substrate to the upper substrate (left-handed twist). (3.1), (3
.. 2) are the rubbing axes of the upper and lower substrates, respectively, which are orthogonal to each other. The retardation value of the driving liquid crystal cell 3 is 450 nm, and the effective retardation value RLC when 5V is applied is 130 nm. 2 and 5 are
In the compensation liquid crystal cell, the average refractive index n of the liquid crystal is 1.
5, the helical pitch p is 0.58 μm (n・p=870 nm
), and the retardation value RC is -150 nm. (2.1) and (2.2) are the rubbing axes of the lower substrate, and (5.1) and (5.2) are the rubbing axes of the upper substrate, which are orthogonal to each other.

【0043】透過軸(1.1) と上側基板のラビング
軸(2.1),(3.1),(5.1) は平行で、透
過軸(4.1) と下側基板のラビング軸(2.2),
(3.2),(5.2) は平行である。
The transmission axis (1.1) and the rubbing axes (2.1), (3.1), (5.1) of the upper substrate are parallel, and the transmission axis (4.1) and the rubbing axis of the lower substrate axis (2.2),
(3.2) and (5.2) are parallel.

【0044】実際に対角画面サイズ10インチのTFT
−LCDを本構成で作成し16階調表示をしたところ、
視点を変化させても16階調間の識別ができる高コント
ラストな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40:1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。
[0044] Actual TFT with diagonal screen size of 10 inches
-When an LCD was created with this configuration and displayed 16 gradations,
We have achieved a high-contrast LCD that can distinguish between 16 gray levels even when changing the viewpoint. When viewing angle characteristics were measured, a contrast ratio of 40:1 or more was obtained at a 60° cone, and good display was obtained without inversion of the display image or change in display color even at an incident angle of 60° or more.

【0045】(実施例5)実施例4においてノーマリー
クローズとなるように、偏光板4の透過軸(4.1)が
偏光板1の透過軸(1.1) と平行になる様に配置し
た。本構成で対角画面サイズ10インチのTFT−LC
Dを作成し16階調表示をしたところ、視点を変化させ
ても16階調間の識別ができる高コントラストな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40:1以上が得られ、入射角が6
0゜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。
(Example 5) In order to be normally closed in Example 4, the transmission axis (4.1) of polarizing plate 4 is arranged to be parallel to the transmission axis (1.1) of polarizing plate 1. did. This configuration is a TFT-LC with a diagonal screen size of 10 inches.
When we created D and displayed it in 16 gradations, we found that it was a high-contrast LCD that could distinguish between the 16 gradations even when changing the viewpoint.
was realized. When viewing angle characteristics were measured, a contrast ratio of 40:1 or more was obtained with a 60° cone, and an incident angle of 60:1 was obtained.
Good display without inversion of the display image or change in display color was obtained even at 0° or more.

【0046】(実施例6)図14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ねじれ角
が240゜の液晶セルで、下側基板から上側基板へと反
時計回りにねじれている(左ねじれ)。(3.1),(
3.2) は、それぞれ上側と下側の基板のラビング軸
で、これら軸間の角度は120゜である。駆動用液晶セ
ル3のリタデーション値は860nm、マルチプレクス
駆動時の実効リタデーション値RLC は200nmで
ある。
(Embodiment 6) FIG. 14 shows a cell configuration in this embodiment. 1 and 4 are polarizing plates (1.1), and the viewing angle direction (4.1) corresponds to the absorption axis of the polarizing plate. 3 is
This is a liquid crystal cell with a twist angle of 240°, which is equipped with transparent electrodes that apply voltage to the liquid crystal layer, and is twisted counterclockwise from the lower substrate to the upper substrate (left-handed twist). (3.1), (
3.2) are the rubbing axes of the upper and lower substrates, respectively, and the angle between these axes is 120°. The retardation value of the driving liquid crystal cell 3 is 860 nm, and the effective retardation value RLC during multiplex driving is 200 nm.

【0047】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(n・p=840nm
)、リタデーション値  RC はー250nmの液晶
セルであり、(2.1),(2.2) は、それぞれ上
側と下側の基板のラビング軸で、これらは互いに直交し
ている。
The compensation liquid crystal cell 2 has an average refractive index n of 1.5.
So, the helical pitch p is 0.56 μm (n・p=840 nm
), the retardation value RC is a liquid crystal cell of -250 nm, and (2.1) and (2.2) are the rubbing axes of the upper and lower substrates, respectively, which are orthogonal to each other.

【0048】偏光板1の透過軸(1.1) はy軸から
左回りに110゜、偏光板4の透過軸(4.1) はy
軸から左回りに90゜である。
The transmission axis (1.1) of polarizing plate 1 is 110° counterclockwise from the y-axis, and the transmission axis (4.1) of polarizing plate 4 is 110° counterclockwise from the y-axis.
It is 90 degrees counterclockwise from the axis.

【0049】本構成で640×400ドットのスーパー
ツイスト型LCDを作成し、1/200dutyでフレ
ーム間引き方式により16階調表示したところ、視点を
変化させても16階調間の識別ができる高コントラスト
なLCDが実現できた。視角特性を測定したところ、6
0゜コーンでコントラスト比7:1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。
[0049] When a 640 x 400 dot super twist type LCD was created using this configuration and 16 gray scales were displayed using the frame thinning method at a duty of 1/200, the contrast was high enough to distinguish between the 16 gray scales even when the viewpoint was changed. We were able to realize a LCD that When viewing angle characteristics were measured, 6
A contrast ratio of 7:1 or more was obtained with a 0° cone, and a good display was obtained without inversion of the display image or change in display color even at an incident angle of 60° or more.

【0050】[0050]

【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。
According to the present invention, the viewing angle characteristics of the liquid crystal display element are improved, and it is possible to provide a liquid crystal display element with high quality display and excellent visibility. Furthermore, it goes without saying that excellent effects can be obtained even when the present invention is applied to active matrix liquid crystal display elements using three-terminal or two-terminal elements such as TFTs and MIMs.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明の実施例1の液晶表示素子を示す断面図
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a liquid crystal display element of Example 1 of the present invention.

【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。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of a liquid crystal display element according to Example 1 of the present invention.

【図3】従来のTN型液晶表示素子の左右方向のノーマ
リーオープンとノーマリークローズ方式のコントラスト
比の視角特性を説明する図。
FIG. 3 is a diagram illustrating the viewing angle characteristics of the contrast ratio of the normally open and normally closed systems in the horizontal direction of a conventional TN type liquid crystal display element.

【図4】従来のTN型液晶表示素子の左右方向のノーマ
リーオープンとノーマリークローズ方式の暗状態の輝度
の視角特性を説明する図。
FIG. 4 is a diagram illustrating viewing angle characteristics of brightness in a dark state in a normally open and normally closed mode in the left and right direction of a conventional TN type liquid crystal display element.

【図5】液晶セルに電圧が印加された状態における液晶
セル厚み方向の分子配列を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing the molecular arrangement in the thickness direction of the liquid crystal cell when a voltage is applied to the liquid crystal cell.

【図6】図5の液晶分子のチルト角とツイスト角の座標
系を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a coordinate system of the tilt angle and twist angle of the liquid crystal molecules in FIG. 5;

【図7】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。
FIG. 7 is a diagram showing a three-dimensional refractive index ellipsoid in which liquid crystal molecules stand.

【図8】図7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。
8 is a diagram illustrating a refractive index ellipsoid that optically compensates for the refractive index ellipsoid in FIG. 7. FIG.

【図9】駆動用液晶セルの実効リタデーション値の電圧
依存性を説明する図。
FIG. 9 is a diagram illustrating the voltage dependence of the effective retardation value of a driving liquid crystal cell.

【図10】(3)式によるリタデーション値Rー透過光
強度特性を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing retardation value R vs. transmitted light intensity characteristics according to equation (3).

【図11】本発明の実施例と従来例による暗状態の視角
特性を説明する図。
FIG. 11 is a diagram illustrating viewing angle characteristics in a dark state according to an embodiment of the present invention and a conventional example.

【図12】本発明の実施例と従来例による暗状態の視角
特性を説明する図。
FIG. 12 is a diagram illustrating viewing angle characteristics in a dark state according to an embodiment of the present invention and a conventional example.

【図13】本発明の実施例4の液晶表示素子の構成を示
す分解斜視図
FIG. 13 is an exploded perspective view showing the configuration of a liquid crystal display element according to Example 4 of the present invention.

【図14】本発明の実施例6の液晶表示素子の構成を示
す分解斜視図。
FIG. 14 is an exploded perspective view showing the configuration of a liquid crystal display element according to Example 6 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、4  ・・・偏光板 2・・・補償用液晶セル 3・・・駆動用液晶セル 1, 4...Polarizing plate 2...Compensation liquid crystal cell 3...Drive liquid crystal cell

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  2枚の偏光板と、これらの間に、電極
をもつ2枚の基板間に挟持されて電圧無印加時にねじれ
た配列をした液晶を含む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
をした液晶を含む補償用液晶セルが配置された液晶表示
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、これらの積n・p
が、 750nm<n・p  または,n・p<320nmで
あり、かつ、前記補償用液晶セルのリタデーション値R
C は、駆動用液晶セルの実効リタデーション値をRL
C、λを光波長、n、mを整数とすると、n・λ<  
RLC  <n・λ+λ/2の時、    2・(RL
C−n・λ)+m・λ  <  |RC |  <m・
λn・λ+λ/2  <  RLC  <(n+1)・
λの時、    2・(RLC−(1/2 +n)・λ
)+m・λ  <  |RC |  <λ+m・λであ
ることを特徴とする液晶表示素子。
1. A driving liquid crystal cell comprising two polarizing plates, and a liquid crystal sandwiched between two substrates having electrodes between them and having a twisted arrangement when no voltage is applied, and the driving liquid crystal. In a liquid crystal display element in which a compensating liquid crystal cell including a liquid crystal arranged in a twisted manner with a helical axis substantially parallel to the normal line of the substrate of the cell is arranged, the average refractive index of the liquid crystal of the compensating liquid crystal cell is defined as n and the helical pitch. If p is the product n・p
is 750nm<n・p or n・p<320nm, and the retardation value R of the compensation liquid crystal cell
C is the effective retardation value of the driving liquid crystal cell RL
If C and λ are optical wavelengths, and n and m are integers, then n・λ<
When RLC <n・λ+λ/2, 2・(RL
C-n・λ)+m・λ < |RC | <m・
λn・λ+λ/2 < RLC <(n+1)・
When λ, 2・(RLC−(1/2 +n)・λ
)+m・λ < |RC | <λ+m・λ.
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