JPH0438328B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は液晶表示素子に係り、特に優れた時分
割駆動特性を有する透過型液晶表示素子に関する
ものである。

〔発明の背景〕 従来の液晶表示素子のツイステツドネマチツク
タイプと言われるものは、２枚の電極基板間に正
の誘電率異方性を有するネマチツク液晶による90
度ねじられたらせん構造を有し、かつ両電極基板
の外側には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つ
た。

この基本構造に関しては、アプライド フイジ
ツクス レターズ（Applied Physics Letters）
18，127（1971年）において、エム・シヤツト
（M.Schadt）およびダブリユー・ヘルフリツヒ
（W.Helfrich）が論じている。

２枚の電極基板間で液晶分子が90度ねじれたら
せん状構造をなすように配向させるには、例えば
電極基板の、液晶に接する表面を布などで一方向
にこする方法、いわえるラビング法によつてなさ
れる。このときのこする方向、即ちラビング方向
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枚の電極基板を、それぞれのラビ
ング方向が互にほぼ90度に交差するように間隙を
もたせて対向させ、２枚の電極基板をシール剤に
より接着し、その間隙に正の誘電異方性をもつた
ネマチツク液晶を封入すると、液晶分子はその電
極基板間でほぼ90度回転したらせん状構造の分子
配列をする。このようにして構成された液晶セル
の上下には偏光板を設け、その偏光軸（あるいは
吸収軸）はそれぞれの電極基板に隣接する液晶分
子の配列方向とほぼ平行にする。この配置の場合
には、液晶層に電圧が印加されないときは明る
く、電圧が印加されると暗くなる、いわゆるポジ
型表示となる。また、上、下の偏光板の一方のみ
の偏光軸（あるいは吸収軸）を隣接する電極基板
の液晶分子の配列方向とほぼ直交にすると、液晶
層に電圧が印加されないときに暗く、電圧が印加
されると明るくなる、いわゆるネガ型表示とな
る。

液晶表示素子は現在、腕時計及び電卓等のデイ
スプレイ素子として不動の地位を占めているが、
更に、情報分野への進出も急テンポで進んでい
る。情報分野ではパーソナルコンピユータやワー
ドプロセツサ等のように表示情報量の大きなデイ
スプレイが必要とされるため、液晶表示素子には
優れた時分割特性が要求される。

ここで時分割駆動について、ドツトマトリクス
デイスプレイを例にとつて簡単に説明する。第１
図に示すように、下側電極基板にストライプ状の
Ｙ電極（信号電極）１１を、同様に上側電極基板
にＸ電極（走査電極）１２を形成し、文字等の表
示は、Ｘ，Ｙ両電極の交点部の液晶を点灯あるい
は非点灯にして行う。図においてｎ本の走査電極
をX₁，X₂，……Xn，X₁，X₂，……Xnと繰り返
し線順次走査を繰り返して時分割駆動する。ある
走査電極（図においてはX₃）が選択されたとき、
その電極上のすべての画素に、信号電極１１であ
るY₁，Y₂，……Ynより、表示すべき信号に従
い、選択または非選択の表示信号を同時に加え
る。このように、走査電極と信号電極に加える電
圧パルスの組合せで交点の点灯、非点灯を選択す
る。この場合の走査電極Ｘの数が時分割数に相当
する。

このような時分割駆動においては、非点灯（非
選択）の個所の液晶にも、点灯（選択）電圧の一
定の割合だけ電圧が印加され、非選択点における
実効値電圧と選択点における実効値電圧の差は、
時分割数が大きくなるにつれて小さくなる。

したがつて、表示情報量の大きな、即ち時分割
数の大きな液晶表示素子ではわずかな電圧の差で
光学的に点灯状態と非点灯状態が区別できなけれ
ばならない。このためには液晶表示素子の電気光
学特性、即ち電圧に対する透過率変化が重要とな
り、わずかな電圧変化で大きな透過率変化が得ら
れる液晶表示素子が優れた時分割特性を持つてい
ることになる。

従来の液晶表示素子では、時分割特性が不足し
ており、時分割数３２あるいは６４程度が実用上
の限界であつた。その後、時分割特性を改良する
ために、例えば特開昭57−54927号、同59−40623
号等のように種々の方法が試みられているが、時
分割数が100以上の高時分割駆動においてはまだ
表示品質的に十分とは言い難い。

近年、液晶表示素子の画質の改善と表示情報量
増大に対する要求がますます厳しくなつており、
要求仕様を満足できない状況に到つている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来の液晶表示素子と全く異
なつたセル構造をとることによつて、極めて優れ
た時分割特性を持ち、時分割数６４以上でも良好
な画質を持つた液晶表示素子を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

このような目的を達成するために本発明による
液晶表示素子は、液晶分子のらせん構造のねじれ
角を180度から200度の範囲とし、この液晶分子の
らせん構造の前後に一対の偏光板を設け、それら
偏光板の吸収軸（あるいは偏光軸）を、電極基板
に隣接する液晶分子の配向方向に対し、一定角度
ずらせて配設し、かつ液晶層の厚みｄ（μｍ）と
液晶の屈折率異方性Δnの積Δn.dを0.5μｍから
0.8μｍの範囲の値としてネガ型表示を行ない、前
記液晶層に電圧を印加しない状態で光の漏れの比
較的大なる短波長側か長波長側の少なくとも一方
に吸収特性を有するカラーフイルターを備えたこ
とを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

次に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明
する。

第２図は本発明による液晶表示素子を上側から
見た場合の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、偏光板の吸収軸
（あるいは偏光軸）方向を示している。この場合
液晶分子が上側電極基板のラビング方向６を起点
として反時計回りに下側電極基板のラビング方向
７まで角度αだけねじれている。また、上側電極
基板のラビング方向６と上側偏光板の吸収軸（あ
るいは偏光軸）８とのなす角度β₁は上側電極基板
のラビング方向６を起点として液晶分子のねじれ
方向１０（この場合は反時計回り方向）と同じに
とり、下側電極基板のラビング方向７と下側偏光
板の吸収軸（あるいは偏光軸）９とのなす角度β₂
もβ₁と同様に定義する。ここでβ₁あるいはβ₂に
180度の整数倍の角度を加えたものはβ₁およびβ₂
と等価であることは言うまでもない。以降、β₁と
β₂の値は等価な角度群の最小値をもつて代表す
る。

さらに、液晶分子のねじれ方向１０とねじれ角
αは、上側電極基板のラビング方向６と下側電極
基板のラビング方向７およびネマチツク液晶に添
加される旋光性物質の種類と量によつて規定され
る。

ねじれ角αは、相対透過率が10％になるしきい
値近傍の点灯状態が光を散乱する配向となること
から、最大値が制限され、200度が上限であり、
また下限は液晶表示素子の色の角度依存性が顕著
になることによつて制限され、90度が限界であ
る。

上側偏光板の吸収軸（あるいは偏光軸）８と上
側電極基板のラビング方向６とのなす角β₁および
下側偏光板の吸収軸（あるいは偏光軸）９と下側
電極基板のラビング方向７とのなす角β₂はコント
ラスト、光の漏れおよび色等を考慮すると、それ
ぞれ25度から65度、より好ましくは30度から60度
の範囲に設定することが望ましい。

なお、第２図においては液晶分子のねじれ方向
１０を反時計回りとしてβ₁およびβ₂を定義した
が、液晶分子のねじれ方向１０が時計回りの場合
であつてもβ₁とβ₂のとり方を時計回り方向に合わ
せれば、同様であることは言うまでもない。

また、本発明による液晶表示素子は顕著な
Δn・ｄ依存性を示し、コントラスト、光の漏れ、
色の点から0.5μｍ≦Δn・ｄ≦0.8μｍの条件を満足
すると殊に良好な結果を示す。ここで、Δnの値
については一般に波長依存性があり、短波長側で
大きく、長波長側で小さくなる傾向がある。本発
明細書で使用しているΔnの値は、He−Neレー
ザ光（波長6328Å）を使用し、25℃で測定したも
のであるから、他の波長で測定した場合には本明
細書におけるΔn・ｄの値は若干変化する。

ここで、本発明による液晶表示素子の具体的な
一実施例について、その構造と測定結果を説明す
る。

第３図はその構造、即ち電極基板のラビング方
向、液晶分子のらせん構造のねじれ方向および角
度、偏光板の偏光軸（あるいは吸収軸）の関係を
示し、液晶表示素子を上から見た図である。

使用した液晶はフエニルシクロヘキサン
（PCH）系液晶とエステルクロヘキサン（ECH）
系液晶を主成分とするネマチツク液晶で、旋光性
物質としてメルク社のS811 を0.7重量％添加したものである。この混合液晶
のΔnは0.094である。

第３図において、上側および下側電極基板のラ
ビング方向６，７のなす角度は180度であり、旋
光性物質S811によつてねじれた方向は１０、ね
じれ角αは180度となる。また、ラビング方向６，
７と偏光板の吸収軸８，９とのなす角β₁，β₂はい
ずれも45度である。

以上のようなセル構造で液晶層の厚さｄを変え
てΔn・ｄを変化させた液晶セルを作り、光の漏
れについて測定した。その結果の一部を第４図に
示す。本発明の液晶表示素子はネガ型表示である
から、電圧を印加しない状態で可視波長域の光の
漏れが小さいことが表示コントラストを大きくす
る上で必要である。第４図からも分かるように、
Δn・ｄが0.5μｍ以下になると主として長波長側
の光の漏れが大きくなり、Δn・ｄが0.8μｍ以上
になると、短波長側の光の漏れが大きくなり、い
ずれの場合も表示コントラストが著しく減少する
ため実用に耐えない。しかしΔn・ｄを0.5μｍか
ら0.8μｍの範囲に制御すれば、可視波長域、とく
に人間の視覚で最も敏感な500nｍから600nｍの
光の漏れを小さくすることができ、実用上十分な
表示コントラストを得ることができる。また、第
４図からも分かるようにΔn・ｄを0.5μｍから0.8μ
ｍに制御しても若干の光の漏れは避けられず、し
かも光の漏れに波長依存性があるためにわずかに
着色するが、液晶表示素子の表面あるいは裏面の
少なくとも一方に、光の漏れの比較的大なる短波
長側か長波長側の少なくとも一方に吸収特性を持
つ色補正用カラーフイルタを配置することによ
り、着色を低減し、さらに表示コントラストを高
めることが可能である。

次に第３図の構成でΔn・ｄが約0.6μｍの場合
の電気光学特性の測定結果を第５図に示す。図中
実線２１が本発明の実施例による液晶表示素子の
特性であり、破線２０が従来のツイステツドネマ
チツクタイプの液晶表示素子の特性である。図か
ら明らかなように、本発明になる液晶表示素子は
従来の液晶表示素子に比較して立ち上がり特性が
著しく急峻になつており、時分割特性が極めて優
れていることがわかる。

なお、実施例ではPCH系とECH系の混合液晶
を使用したが、他の種類の正の誘電異方性をもつ
ネマチツク液晶でも同様の効果が得られることは
言うまでもない。また、以上の例では、らせん構
造のねじれ方向を反時計回りとして説明したが、
時計回りのねじれの場合も全く同じ作用効果が得
られることは勿論である。

また、旋光性物質についてもラビング方向とね
じれ方向との関係を適正に保てば、種類を限定す
るものではないことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、従来全く
不可能であつた高時分割駆動特性および高品質の
表示特性をもつ透過型の液晶表示素子が得られる
という極めて優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は時分割駆動を説明する図、第２図およ
び第３図は本発明による液晶表示素子の液晶分子
の配列方向、液晶のねじれ方向および偏光板の軸
の方向の関係の一実施例を示す説明図、第４図は
本発明による液晶表示素子の分光透過率のΔn・
ｄ依存性を示す説明図、第５図は本発明による液
晶表示素子と従来の液晶表示素子の電気光学特性
の差を示す説明図である。 ６……上側電極基板のラビング方向、７……下
側電極基板のラビング方向、８……上側偏光板の
吸収軸あるいは偏光軸方向、９……下側偏光板の
吸収軸あるいは偏光軸方向。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 正の誘電異方性を有し、旋光性物質が添加さ
   れたネマチツク液晶が、対向配置された上下一対
   の電極基板間に挟持され、その厚さ方向に180度
   から200度の範囲内のねじれのらせん構造を形成
   し、かつこのらせん構造を挾んで設けられた一対
   の偏光板の偏光軸あるいは吸収軸を、隣接する電
   極基板の液晶分子配列方向から液晶分子の上記ね
   じれ方向に25度から65度の範囲内値だけずらし、
   かつ液晶層の厚みｄ（μｍ）と液晶の屈折率異方
   性Δnの積Δn・ｄを0.5μｍ〜0.8μｍの範囲の値と
   してネガ型表示を行ない、前記液晶層に電圧を印
   加しない状態で光の漏れの比較的大なる短波長側
   か長波長側の少なくとも一方に吸収特性を有する
   カラーフイルターを備えたことを特徴とする液晶
   表示素子。