JPH0440427A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はＰＣＢ　（電界複屈折制御）方式により表示を
行う液晶表示素子に関し、特に高速応答性を有しマルチ
プレクス駆動に適する液晶表示素子に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、ＥＣＢ方式により情報表示を行う液晶表示素
子において、少なくとも第１の偏光板、液晶分子がホモ
ジニアス配列されてなる液晶セル、光学的補償手段、お
よび第２の偏光板が光路に沿って順次配列された構成を
とることにより、コントラスト 化、駆動電圧の低下を図るものである。

〔従来の技術〕

液晶表示素子は薄型、軽量、低消費電力等の特徴を有し
、従来から電卓．時計，家電製品，情報関連機器等の表
示部に広く利用されている。近年では、壁かけ液晶テレ
ビ等の実現をめざして表示情報量の増大が望まれるよう
になり、表示の方式も従来のセグメント型表示からマト
リクス型表示へと需要が移行しつつある。マトリクス型
表示において表示情報量を増大させるためには、マルチ
プレクス駆動の度＠（デユーティ比）を増加させること
が不可欠である。

マルチプレクス駆動を行う液晶表示素子においては、ツ
イステツド・ネマチンク・モーＦ’（ＴＮモード）とス
ーパー・ツィステッド・ネマチック・モード（ＳＴＮモ
ード）が主流となっている。

ＴＮモードは、液晶層を挾持する一対の基板間で液晶分
子の長軸が実質的に９０°捩しられた液晶セルを使用す
るものであり、応答速度が早い反面、デユーティ比が大
きくなるとコントラストが低下したり視野角が狭くなる
という欠点を有している。

ＳＴＮモートは、液晶分子配列のねじれ角が基板間で１
８０°以」二とされている液晶セルの複屈折性を利用す
るものである。デユーティ比の大きい駆動条件下でも高
いコントラストが得られるのでマルチプレクス特性には
優れる反面、応答速度が遅く動画表示に適さないこと、
パネルの最適設計や製造が難しいこと、視野角が狭いこ
と等の欠点がある。

そこで、ＴＮモードにおける高速応答性とＳＴＮモード
における高マルチブレクス特性を同時に達成し得る表示
方式として、ネマチック液晶をホメオトロピック配列さ
せてなる液晶セルを使用したＥＣＢ方式が注目されてい
る。これは、Ｄ　Ａ　Ｐ（ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏ
ｆ　ｖｅｒｔｉｃａｌ　ａｌｉｇｎｅｄ　ｐｈａｓｅｓ
）とも呼ばれており、その呼称からも推察されるように
Ｎゎ液晶（負の誘電異方性△εを有するネマチック液晶
）からなるポメオトロピンク配列セルを偏光軸が互いに
直交な一対の偏光板の間に挾持し゛ζ使用する方式であ
る。この方式では、電圧無印加時（非選択時）には入射
側の偏光板（偏光子）を通過して液晶セルに垂直に入射
する直線偏光は複屈折を受けないため、出射側の偏光板
（検光子）を通過することができず、背景色は暗色とな
る。

この液晶セルに閾電圧■いよりも高い電圧が印加される
（選択時）と、液晶分子が印加電圧の大きさに応して一
定の角度だけ傾斜するので、偏光子を通過した直線偏光
が楕円偏光に変換され、その一部が検光子を透過して透
過率の高い表示部を与える。上記閾電圧■いは次式［１
］　で与えられる。

ただし、Δε−ε、７−ε□であり、ε力は液晶層子の
長軸方向に平行な誘電率、ε□は液晶分子の長軸方向に
垂直な誘電率をそれぞれ表す。また、ｋ３３はヘンド（
曲がり）弾性定数である。−船釣なＮ、、型液晶を使用
した場合の閾電圧■いはおおよそ４〜５Ｖである。

一方、検光子の透過光強度Ｉは次式［２１％式％］ で表される。ここで、１．は入射光強度、θは偏光板の
偏光軸と液晶セル内の正常光の振動方向のとのなす角、
λは入射光の波長である。また、Ｒはリタデーションと
呼ばれ、液晶セルの厚さｄ、液晶分子の長軸方向と短軸
向の屈折率の差へ〇、および液晶分子の傾斜角度φ（Ｖ
）に依存し、次式［３１ ％式％］ で表される量である。

つまり、ホメオトロピック型ＥＣＢ方式では、透過光強
度Ｉが印加電圧■により制御され、しかも透過光強度■
が極大となる場合の印加電圧が入射光の波長に依存する
。したがって、入射光を白色光とすれば、干渉現象によ
り透過光の色相を電圧変調することができ、多色カラー
表示が可能となる。

ホメオトロピンク型ＥＣＢ方式において色むらがなく、
明度の高い色相を表示するには、上式［２１からも明ら
かなように、電圧印加時のすべての液晶分子の傾斜方位
をθ−４５°に揃える工夫が必要となるので、数度のプ
レチルト角を設けたホメオトロピック配列をとらせるご
とが一般に行われている。

一方、ネマチック液晶をホモジニアス配列させてなる液
晶セルを使用したＥＣＢ方式も知られている。これは、
前述のホメオトロピック型ＢＣＢ方弐と異なり、Ｎｐ液
晶（正の誘電異方性Δεを有するネマチック液晶）を使
用するものである。

一般に入手可能なＮ２液晶のｌΔε１　はＮ７液晶のそ
れと比較して１〜２桁大きいので、ヘンド弾性定数ｋｌ
＋をスプレー弾性定数ｋｌ＋に置換した」二で前出の式
［１］　をみると、閾電圧Ｖｔｈを低減できることが明
らかである。−船釣なＮ、型の液晶を使用した場合の閾
電圧■いは、おおよそ１〜２■である。さらに、ホモジ
ニアス型ＥＣＢ方式では、選択時の液晶分子の傾斜方位
はホモジニアス配列の方位で一律に決まるため、比較的
明度が高く、色むらが少なく、また配向処理も比較的容
易である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来提案されている表示方式には一長一
短がある。

まず、ホメオトロピック型ＥＣＢ方式は、比較的コン１
−ラストが高いこと、応答速度が速いことを長所とする
反面、一般に　Δε　の小さいＮｎ型液晶を使用せざる
を得す閾電圧Ｖいがやや高くなること、数度のプレチル
ト角を設けるような配向制御が難しいこと等の欠点を有
する。

また、ホモジニアス型ＥＣＢ方式では、非選択時の色相
である背景色が明色となるが、液晶セルのリタデーショ
ンのために該背景色を白色とすることはできず、コント
ラストの低下は免れない。

そこで本発明は、コントラストの向上、応答速度の高速
化、製造の容易化、駆動電圧の低減を同時に可能とする
液晶表示素子の提供を目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明者は、」＝述の目的を達成するために検討を行っ
たところ、ホモジニアス型ＥＣＢ方式において光学補償
手段を設ければ上１本の課題が解決されることを見出し
た。

本発明にかかる液晶表示素子は、かかる知見にもとづい
て提案されるものであり、少なくとも第１の偏光板、液
晶分子がホモジニアス配列されてなる液晶セル、光学的
補償手段、および第２の偏光板が光路に沿って順次配列
されてなることを特徴とするものである。

〔作用］ 本発明の液晶表示素子の構成によれば、液晶分子がボモ
ジニアス配列されてなる液晶セルと第２の偏光板（すな
わち検光子）との間に光学的補償手段が配設されている
ので、ホモジニアス型ＥＣＢ方式における液晶セルのリ
タデーションが上記光学的補償手段により相殺され、非
選択時の色相に相当する背景色はほぼ完全な黒色となる
。これは、従来のホモジニアス型ＥＣＢ方式における非
選択時の色相が明色であるのと逆の状態であり、反転ホ
モジニアス型ＥＣＢ方式とも呼ぶべきものである。これ
により、コントラストは格段に向上する。さらに、本発
明では誘電率異方性の大きいＮ２型のネマチック液晶を
使用することができるため、閾電圧■いの低減化を図る
上で有利である。

また、液晶分子の配列がホモジニアス配列であるため、
配向制御が容易であり、液晶セルの製造も容易となる。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な実施例について図面を参照しなが
ら説明する。

まず、本発明の液晶表示素子の一構成例を第１図に示す
。この液晶表示素子は、光の入射側から出射側に向かっ
て第１の偏光板（１）、液晶セル（２）、光学的補償手
段である補償用の液晶セル（３，以下、補償セルと称す
る。）、第２の偏光板（４）が順次配列されてなるもの
である。上記第１の偏光板（１）および第２の偏光板（
４）に記入されている矢印はそれぞれ偏光軸を表し、こ
れらは互いに直交関係にある。また上記液晶セル（２）
および補償セル（３）に記入されている矢印はそれぞれ
基板」二におけるネマチック液晶分子の配向方向を表し
、これらも互いに直交関係にある。この配向方向は、金
属や酸化物の斜め蒸着、イオンビームによる斜めエツチ
ング、ラビング処理等の各種の配向処理方法により規定
できるが、ここでは便宜上、配向処理がラビング処理に
より行われたものとして、単にラビング軸と称すること
にする。また、上記第１の偏光板（１）の偏光軸と液晶
セル（２）のラビング軸は互いに４５６の角度をなして
いる。

上記液晶セル（２）は、Ｎ２型ネマチック液晶分子がホ
モジニアス配列されてなるものであり、ネマチック液晶
分子の長袖方向は、液晶層を挟持ずる一対の基板間で第
１図に示すラビング軸と略−・致されている。ここで、
若干のツイストやプレチルト等が設けられても良いが、
いずれにしても配向制御はホメオトロピック配列をとら
せる場合に比べて極めて容易である。液晶セル（２）の
構成や製造方法等は特に限定されるものではなく、いず
れも従来公知の材料および方法を適用することができる
。

上記補償セル（３）は、光学的補償手段として液晶セル
（２）のリタデーションを相殺する目的で設けられるも
のであり、基本的には液晶セル（２）と同様の構成を有
するものが使用できる。ただし、透明電極等は不要であ
る。本実施例では、補償セル（３）をラビング処理の施
された一対の基板間に液晶セル（２）に使用されたもの
と同じネマチック液晶を注入することにより作成し、そ
のラビング軸が液晶セル（２）のラビング軸と直交する
ように配設した。ただし、本発明における光学的補償手
段は上述のような補償セル（３）に限られるものではな
く、複屈折フィルム等を使用しても良い。

上記の各構成要素の角度設定関係は、図示された関係に
限定されるものではなく、液晶セルのリタデーションの
相殺が可能で、かつ十分なコントラストが得られる範囲
で適宜変更しても構わない。

また、視野角を拡大する目的で位相差フィルム等が併用
されても良い。

第１図の構成を有する液晶表示素子の動作の概略は以下
のとおりである まず、非選択時においては、第１の偏光板（１）を透過
した光は該第１の偏光板（１）の偏光軸の方向にならっ
て振動する直線偏光となるが、この直線偏光は液晶セル
（２）を透過するとそのリタデーションにより３原色の
各色ごとに楕円率および方位角の異なる楕円偏光に変換
される。この楕円偏光は、次の補償セル（３）を透過す
ることにより、各色ごとに振動方向のそろった直線偏光
に再び戻る。しかし、このときの直線偏光は、前述の第
１の偏光板（１）を透過した時点における直線偏光と振
動方向が等しいために、第２の偏光板（４）を透過する
ことができない。したがって、非選択時の色相に相当す
る背景色は黒色となる。

一方、選択時においては、液晶セル（２）　のリタデー
ションが変化して補償セル（３）によっても相殺しきれ
なくなるため、補償セル（３）を透過した後の光は各色
ごとに楕円状態の異なる楕円偏光となっている。この楕
円偏光の各色の成分は、それぞれの楕円状態に応した透
過光量にて第２の偏光板（４）を透過して直線偏光に変
換されるため、所定の色に着色した表示が得られる。

本発明の液晶表示素子におけるリクデーションと印加電
圧との関係を従来のホモジニアス型ＥＣＢ方式による液
晶表示素子のそれと比較した結果を第２図に示す。図中
、継軸はリタデーション（ｎｍ）、横軸は実効印加電圧
（Ｖ）を表し、実線は本発明の液晶表示素子、破線は従
来のホモジニアス型ＥＣＢ方式による液晶表示素子の特
性をそれぞれ表す。この両者の違いは補償セルの有無で
あり、特性も互いにほぼ反転した関係となっている。す
なわち、補償セルを持たない従来の液晶表示素子は、実
効印加電圧が閾電圧■いより低い時（すなわち非選択時
）にリターデーションを有するため所定の背景色を示す
のに対し、補償セルを持つ本発明の液晶表示素子では非
選択時にリタデーションが相殺されているために背景色
はほぼ完全な黒となる。この性質は、コントラストを改
善する上で極めて有利である。したがって、本発明の液
晶表示素子によれば、ＳＴＮモードに匹敵する優れたマ
ルチプレクス特性が実現される。また、第２図からも明
らかなように閾電圧■いがホメオトロピック型ＥＣＢ方
式による液晶表示素子の一般的な閾電圧■いよりも低く
、かつ立ち上がりが急峻であるため、低消費電力にてＴ
Ｎモードに匹敵する高速応答性も達成することができる
。

〔発明の効果〕

以上の説明からも明らかなように、本発明を適用すれば
、コントラストの向上、応答速度の高速化、製造の容易
化、駆動電圧の低下が図られ、ＴＮモードの高速応答性
とＳＴＮモートの高コントラストとが具備されると共に
、従来のホメオトロピック型ＥＣＢ方式およびホモジニ
アス型ＥＣＢ方弐の欠点が解消された液晶表示素子を提
供することが可能となる。本発明の液晶表示素子は、高
解像度の動画表示等の用途に極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示素子の一構成例を模式的ムこ
示す概略斜視図である。第２図は本発明の液晶表示素子
におけるリタデーションと実効印加電圧との関係を従来
のホモジニアス型ＥＣＢ方式の液晶表示素子におけるそ
れと比較して示す特性図である。 １・０．第１の偏光板 ２・・・液晶セル ３・・・補償セル ４・、・第２の偏光板 特許出願人　　　ソニー株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　少なくとも第１の偏光板、液晶分子がホモジニアス配
   列されてなる液晶セル、光学的補償手段、および第２の
   偏光板が光路に沿って順次配列されてなる液晶表示素子
   。