JPH06130425A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反強誘電性液晶を用いた液晶表示素子におい
て、交流駆動を行った場合に生ずるフリッカを抑制して
表示品位を向上させる。 【構成】 液晶セル１には図示しない配向制御層が設け
られ、反強誘電性液晶がスメクチック層８０を形成す
る。液晶セル１の片面には、スメクチック層８０と平行
な延伸軸を有する位相板１３，スメクチック層８０と平
行な吸収軸を有する偏光子７が順次積層され、液晶セル
１の他面には、スメクチック層８０と直交する延伸軸を
有する位相板１１，スメクチック層８０と直交する吸収
軸を有する偏光子１５が順次積層される。位相板１１，
１３の作用により、液晶セル１を斜め方向から観察した
ときのフリッカを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一対の電極の間に反強
誘電性液晶を封入し、該反強誘電性液晶の分子配列を制
御することにより画像を表示する液晶表示素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、反強誘電性液晶は、電界印加
に対して２つの安定状態（明状態）を有し無電界時に１
つの安定状態（暗状態）を有すること、そしてこの３つ
の安定状態間のスイッチングに伴う電気光学特性とし
て、高速応答性、および直流電圧に対する光透過率の急
峻なしきい値とヒステリシス特性を有することが知られ
ている（特開平２−１５３３２２号）。

【０００３】またこうした反強誘電性液晶を用いた液晶
表示素子を駆動する場合、液晶の分解を防止するため
に、所定周期で印加電圧の極性を反転する、所謂交流駆
動を行なう必要があることも知られている（特開平２−
１７３７２４号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところがこうした交流
駆動を行った場合、反強誘電性液晶は印加電圧の極性の
反転に伴い液晶分子の配列が二つの安定状態（いずれも
明状態）の間で変化する。一方、液晶パネルを特定方向
から見た場合、上記二つの明状態における液晶パネルの
光透過特性が異なる。このため、液晶パネルを交流駆動
した場合、その反転周期に応じて表示画像が脈動したよ
うに見える画面のちらつき（所謂フリッカ）が発生して
しまい、表示品位が低下するといった問題があった。

【０００５】例えば図８に示すように、液晶パネルに直
交する法線ｚから液晶パネルを見れば表示画像を良好に
見ることができるものの、液晶分子の初期配向方向を特
定するスメクチック層８０の方向（図ではｘ軸と平行）
に対する角度（方位角）φが約４５°、１３５°、２２
５°、および３１５°で、液晶パネルに直交する法線ｚ
に対する角度（傾角）θが３０°以上の視角方向から液
晶パネルを見ると、交流電圧の反転周期に対応するフリ
ッカが感知されるのである。

【０００６】この原因を説明すると、先ず図９は、液晶
パネルを、液晶パネルに直交するｚ方向から見たときの
液晶分子配列をモデル的に示した図である。複屈折性を
示す反強誘電性液晶の光軸は、液晶分子の長軸方向にあ
る。また、ｚ方向から見たときの光透過性は、次式によ
って表すことができる。

【０００７】 Ｉ²＝Ｉ₀ ²ｓｉｎ²（２・θｔ）・ｓｉｎ²（π・△ｎ・ｄ／λ） 但し、 Ｉ ：透過光強度 Ｉ₀ ：入射光強度 θｔ：液晶分子の長軸と偏光軸とのなす角度 △ｎ：液晶層の屈折率異方性 ｄ ：液晶層の厚さ このため、観察方向がｚ軸からずれると見かけ上のθ
ｔ，△ｎが変化し、観察される透過光強度Ｉが変化す
る。このため、上記のようにφ＝４５°，１３５°とい
った一定方向から液晶パネルを見ていると、正電圧によ
る明状態と負電圧による明状態とで明るさが変化し、フ
リッカとして感知されてしまうのである。

【０００８】本発明はこうした問題に鑑みなされたもの
で、反強誘電性液晶を用いた液晶表示素子において、交
流駆動を行った場合に生ずるフリッカを抑制して表示品
位を向上させることを目的としてなされた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するために
なされた本発明は、第１偏光子と、該第１偏光子表面に
積層され、上記第１偏光子の吸収軸と平行な延伸軸を有
する第１位相板と、互いに対向して配設された一対の電
極と、該一対の電極間に封入され、無電界時に安定な第
１安定状態，一方向に電界を印加したときに形成される
第２安定状態，および該電界方向とは逆方向に電界を印
加したときに形成される第３安定状態を有する反強誘電
性液晶層と、上記一対の電極の少なくとも一方の上記反
強誘電性液晶層側表面に設けられ、上記反強誘電性液晶
層を上記第１位相板の延伸軸方向に配向させる配向制御
層とを有し、上記第１位相板表面に積層される液晶セル
と、該液晶セル表面に積層され、上記第１位相板の延伸
軸と直交する延伸軸を有する第２位相板と、該第２位相
板表面に積層され、上記第２位相板の延伸軸と平行な吸
収軸を有する第２偏光子と、を備えたことを特徴とする
液晶表示素子を要旨としている。

【００１０】

【作用】本願出願人は、反強誘電性液晶を用いた液晶表
示素子において、正電圧を印加したときと負電圧を印加
したときとの光透過特性の差異を小さくすることのでき
る構成を種々検討した。その結果、液晶層と、その両面
に設けた一対の偏光子との間に、一対の位相板をそれぞ
れ挿入することが有効であることを発見した。また、こ
の位相板の延伸軸が、隣接する偏光子の吸収軸と平行と
なるように各位相板を挿入したとき、顕著な効果が得ら
れることを発見した。

【００１１】このような構成によって、液晶表示素子
の、正電圧を印加したときと負電圧を印加したときとの
光透過特性、特に上記特定方向から観察したときの光透
過特性の差異を小さくすることができる。この理由は、
概略次のように考えられるが詳しい理由は明かでない。
すなわち、液晶層の見かけ上の屈折率異方性（△ｎ）の
変化、および偏光子の観察方向による偏光特性（θｔと
対応）の変化を、挿入された位相板が補償していると考
えられるのである。

【００１２】本発明では、反強誘電性液晶層の片面と、
その反強誘電性液晶層の初期配向方向（すなわち、配向
制御層による配向方向）に平行な吸収軸を有する第１偏
光子との間に、第１偏光子の吸収軸と平行な延伸軸を有
する第１位相板を設け、反強誘電性液晶層の他面と、そ
の反強誘電性液晶層の初期配向方向に直交する吸収軸を
有する第２偏光子との間に、第２偏光子の吸収軸と平行
な延伸軸を有する第２位相板を設けている。このため、
本発明では、正電圧を印加したときと負電圧を印加した
ときとの光透過特性の差異が小さくなり、交流駆動を行
った場合に生ずるフリッカは抑制される。

【００１３】なお、上記位相板の位相差値（所謂リタデ
ーション）は、反強誘電性液晶層の真の復屈折率、液晶
層の厚さ、および偏光子の偏光特性の視角依存性によっ
て、その最適値が異なる。このため、本発明の設計に当
たっては、リタデーションの最適値を実験的に求め、そ
れに応じて位相板を選択することが望ましい。

【００１４】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面と共に説明す
る。先ず、図１は実施例の液晶表示素子の構成を概略的
に表す断面図である。液晶セル１は一対の透明電極基板
３，５の間に反強誘電性液晶７を封入して構成されてい
る。透明電極基板３，５の表面には位相板１１，１３が
それぞれ貼着され、更に、位相板１１，１３の表面には
偏光子１５，１７がそれぞれ貼着されている。

【００１５】液晶セル１は次のようにして作製される。
すなわち、先ず、ガラス製の透明基板３ａ，５ａの表面
に、蒸着またはスパッタなどの手法で、Ｉ．Ｔ．Ｏ．
（ｉｎｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）或いは酸化ス
ズからなる透明導電膜３ｂ，５ｂを形成する。続いて、
その透明導電膜３ｂ，５ｂをストライプ状にエッチング
する。なお、ストライプの方向は、透明電極基板３，５
を対向させたときに透明導電膜３ｂ，５ｂのストライプ
が互いに直交するように設定する。

【００１６】各透明導電膜３ｂ，５ｂの表面には、液晶
分子を配向させるための配向制御層３ｃ，５ｃを、それ
ぞれ付設する。配向制御層３ｃ，５ｃとしては、ポリイ
ミドなどの高分子膜を一方向にラビング処理した膜、或
いはＳｉＯの斜方蒸着膜など周知のものを用いることが
できる。なお、配向制御層は透明電極基板３，５のいず
れか一方のみに設けてもよい。

【００１７】続いて、この透明電極基板３，５を透明導
電膜３ｂ，５ｂが内側となるようにして２μｍの間隔で
対向させ、周囲を接着剤１９で密閉した後、透明電極基
板３，５間に反強誘電性液晶７を封入する。反強誘電性
液晶７の封入に当っては、反強誘電性液晶７、例えば４
−（１−トリフルオロメチルヘプトキシカルボニルフェ
ニル）−４′−オクチルオキシカルボニルフェニル−４
−カルボキシレート、を加熱して等方性液体として、毛
細管現象を利用して両透明電極基板３，５間に注入し、
その後、液晶パネル１全体を毎分１℃程度にて徐冷し、
反強誘電性液晶相（ＳｍＣ_A ^*相）になるまで冷却する。
なお、反強誘電性液晶７としては、この他にも、４−
（１−トリフルオロメチルノニロキシカルボニルフェニ
ル）−４′−オクチルビフェニル−４−カルボキシレー
ト、４−（１−トリフルオロメチルデシロキシカルボニ
ル）−４′−ビフェニル−２−フルオロ−４−オクチル
ベンゾエート、４−（１−メチルヘプチルカルボニルフ
ェニル）−４′−オクチルビフェニル−４−カルボキシ
レート、など種々の反強誘電性液晶を用いることができ
る。

【００１８】このようにして作製した液晶セル１に、位
相板１１，１３、および偏光子１５，１７を順次貼着す
ると本実施例の液晶表示素子が完成するのであるが、こ
の際、位相板１１，１３の吸収軸、および偏光子１５，
１７の延伸軸は図２に示す方向となるようにする。すな
わち、偏光子１７の吸収軸と位相板１３の延伸軸とは、
液晶セル１のスメクチック層８０の方向（例えばラビン
グ処理によって配向制御層３ｃ，５ｃを構成した場合、
ラビング処理の方向と直交する）と平行となるように
し、偏光子１５の吸収軸と位相板１１の延伸軸とは、ス
メクチック層８０の方向と直交するようにするのであ
る。ここで、位相板１１，１３は、ポリカーボネートな
どの高分子フィルムを延伸して作製される。

【００１９】また、ストライプ状に形成した各透明導電
膜３ｂ，５ｂは、マトリックス駆動用の周知の駆動回路
（図示せず）に接続して、電圧を印加される。なお、こ
の種の駆動回路については特開昭５６−１０７２１６号
公報および特開平２−２３０１１７号公報に詳しいので
ここでは詳述しない。

【００２０】このように構成された本実施例の液晶表示
素子では、透明導電膜３ｂ，５ｂ間に交流電圧を印加す
ることにより、液晶分子の配向状態が図９の（ａ）→
（ｂ）→（ａ）→（ｃ）→（ａ）→……の順で変化す
る。このため、電圧の印加部分で光透過率が向上し、画
像を表示することができる。また、透明導電膜３ｂ，５
ｂ間に三角波電圧を印加し、電圧−透過率特性を確認し
たところ、図３に示すような充分なダブルヒステリシス
特性が得られた。すなわち、印加電圧の絶対値が２０Ｖ
近傍まで増加すると、液晶表示素子の相対透過率が急峻
に増加して０％から１００％に変化する。逆に、印加電
圧の絶対値が０Ｖ近傍まで減少すると、相対透過率が急
峻に減少して１００％から０％に変化する。

【００２１】次に、図８にて定義した方位角φが４５
°、傾角θが４０°の方向から本実施例の液晶表示素子
の、上記二つの明状態における光透過特性を比較する実
験を行った。実験では位相板１１，１３として「ＮＲＦ
−２００」と「ＮＲＦ−２３９」（いずれも商品名：日
東電工株式会社製）を使用した。なお、「ＮＲＦ−２０
０」はリタデーションが２００nm（以下例えばＲ＝２０
０nmと記載）の製品で、「ＮＦＲ−２３９」はＲ＝２３
９nmの製品である。また、偏光子１５，１７としては、
「ＮＰＦ−Ｇ１２２０ＤＵ」（商品名：日東電工株式会
社製）を使用した。更に、光源としては３Ｗの電極管
（商品名「液晶用バックライトユニットＴＹ−ＢＬ４９
Ｎ」：松下電気産業株式会社製）を用いた。

【００２２】図４は、液晶表示素子の透過光を色度図上
にプロットしたものである。「ＮＲＦ−２００」を使用
した実施例も、「ＮＲＦ−２３９」を使用した実施例
も、位相板１１，１３を使用していない従来の液晶表示
素子に比べ、正電圧＋Ｖ（ここでは２０Ｖ）印加時と負
電圧−Ｖ印加時との色度の差がきわめて少なくなってい
ることが判る。図５は位相板１３を除去して、位相板１
１のみを使用した比較例の液晶表示素子の透過光を色度
図上にプロットしたものである。この場合、位相板１
１，１３を使用していない従来のものとほぼ同様の色度
の差が、正電圧印加時と負電圧印加時との間に生じてい
る。なお、位相板１１を除去して位相板１３のみを使用
した場合もこれとほぼ同様の結果が得られる。従って、
各偏光子１５，１７毎に位相板１１，１３を設けること
によって、はじめて上記顕著な効果が得られることが判
る。

【００２３】表１は、印加電圧が０のとき，正電圧＋Ｖ
を印加したとき，および負電圧−Ｖを印加したときにお
ける液晶表示素子の輝度、および色差△Ｅの測定結果を
表示したものである。なお、表１では位相板１１，１３
を除去した従来のものと、位相板１１，１３として「Ｎ
ＲＦ−２００」（Ｒ＝２００nm）を使用したのもの，お
よび位相板１１，１３として「ＮＲＦ−２３９」（Ｒ＝
２３９nm）を使用したものによる測定結果をそれぞれ表
示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】ここで、色差△Ｅは、図４の色度図に基づ
いて次のようにして算出される。なお、以下の色差算出
方法は、「色彩科学ハンドブック」（日本色彩学会編：
東京大学出版会発行）を参考にした。先ず、正電圧＋Ｖ
印加時の色度図上の座標（ｘ，ｙ）、およびそのときの
輝度Ｙに基づき、次式により変数Ｘ，Ｚを求める。な
お、Ｘ，Ｙ，Ｚは三刺激値と呼ばれ、ＪＩＳ−Ｚ８７２
２−１９８０に定義されたものである。

【００２６】 ｘ＝Ｘ／Ｘ＋Ｙ＋Ｚ ｙ＝Ｙ／Ｘ＋Ｙ＋Ｚ 続いて三刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚに基づき、次式により変数
Ｒ，Ｇ，Ｂを求める。 Ｒ＝ １．１０８４Ｘ＋０．０８５２Ｙ−０．１４５４
Ｚ Ｇ＝−０．００１０Ｘ＋１．０００５Ｙ−０．０００４
Ｚ Ｂ＝−０．００６２Ｘ＋０．０３９４Ｙ＋０．８１９２
Ｚ 続いて、この変数Ｒ，Ｇ，Ｂに基づき、次式により変数
Ｌ，ａ，ｂを求める。 Ｌ＝２５．２９Ｇ^1/3 −１８．３８ ａ＝１０６．０（Ｒ^1/3 −Ｇ^1/3 ） ｂ＝４２．３４（Ｇ^1/3 −Ｂ^1/3 ） 負電圧−Ｖ印加時についても同様にして変数Ｌ′，
ａ′，ｂ′を求める。次に △Ｌ＝Ｌ−Ｌ′ △ａ＝ａ−ａ′ △ｂ＝ｂ−ｂ′ と置いて、次式により色差△Ｅを算出するのである。 △Ｅ＝（△Ｌ）² ＋（△ａ）² ＋（△ｂ）² 表１に示すように、（Ｒ＝２００nm），（Ｒ＝２３９n
m）どちらの位相板１１，１３を使用した場合も色差△
Ｅが従来のものより大幅に小さくなっている。従って、
本実施例の液晶表示素子では、上記方向（φ＝４５°，
θ＝４０°）から観察したときのフリッカを良好に防止
できることが判る。また、（Ｒ＝２３９nm）の位相板１
１，１３を使用したときの方が、より色差△Ｅが小さく
なることから、本実施例の液晶表示素子では、リタデー
ションを２００nmとするよりも、２３９nmとした方がよ
り顕著なフリッカ防止効果を得られることが判る。

【００２７】続いて、実施例の液晶表示素子（Ｒ＝２３
９nm）における表示コントラストの視角依存性を測定し
た。測定結果を図６に示す。図６では、円の中心が法線
ｚ方向からの測定結果を表し、この方向から見たコント
ラストを１００％とする。破線円の円周方向の角度が方
位角φに、破線円の半径が傾角θに、それぞれ対応して
いる。そして、実線で描いた曲線は、コントラストが９
０％，８０％，７０％……となる傾角θを、全ての方位
角φに対してプロットした等コントラスト線である。な
お、コントラストを数値化するに当たっては、各方向か
ら測定した電圧印加部と非印加部との輝度比を、法線ｚ
方向から測定した輝度比と比較することによって行っ
た。また図７は、位相板１１，１３を使用していない従
来の液晶表示素子における表示コントラストの視角依存
性を表す説明図である。この図も図６と同様に作製し
た。

【００２８】図７に示すように、従来の液晶表示素子で
は、方位角が４５°，１３５°，２２５°，および３１
５°の方位で、きわめてコントラストが悪化しているこ
とが判る。これに対して本実施例では、図６に示すよう
に、等コントラスト線が同心円に近づき、また等コント
ラスト線の半径も大きくなっている。すなわち、本実施
例の液晶表示素子はきわめて広い視野角を有している。

【００２９】このように、本実施例の液晶表示素子で
は、正電圧を印加したときと負電圧を印加したときとの
光透過特性の差異を小さくして、交流駆動を行った場合
に生ずるフリッカを抑制することができる。なお、上記
実施例では、マトリックス駆動型の液晶表示素子につい
て説明したが、本発明は、スタティック駆動型のもの、
マルティプレクシング駆動型のものなど、種々の液晶表
示素子に適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の液晶表示
素子では、反強誘電性液晶層の片面と、その反強誘電性
液晶層の初期配向方向に平行な吸収軸を有する第１偏光
子との間に、第１偏光子の吸収軸と平行な延伸軸を有す
る第１位相板を設け、反強誘電性液晶層の他面と、その
反強誘電性液晶層の初期配向方向に直交する吸収軸を有
する第２偏光子との間に、第２偏光子の吸収軸と平行な
延伸軸を有する第２位相板を設けている。

【００３１】このため、本発明では、正電圧を印加した
ときと負電圧を印加したときとの光透過特性の差異を小
さくして、交流駆動を行った場合に生ずるフリッカを抑
制することができる。従って、本発明を適用すれば、広
い視野角を有する表示品位の高い液晶表示素子を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の液晶表示素子の構成を概略的に表す断
面図である。

【図２】その吸収軸，延伸軸，スメクチック層方向の対
応関係を表す説明図である。

【図３】その反強誘電性液晶層のダブルヒステリシス特
性を表す説明図である。

【図４】実施例の液晶表示素子の透過光特性を表す色度
図である。

【図５】比較例の液晶表示素子の透過光特性を表す色度
図である。

【図６】実施例の液晶表示素子の表示コントラストの視
角依存性を表す説明図である。

【図７】比較例の液晶表示素子の表示コントラストの視
角依存性を表す説明図である。

【図８】従来の液晶パネルにおける問題点を説明する説
明図である。

【図９】反強誘電性液晶における液晶分子の配列状態を
説明する説明図である。

【符号の説明】

１…液晶セル ３ｂ，５ｂ…透明導電膜 ３
ｃ，５ｃ…配向制御層 ７…反強誘電性液晶 １１，１３…位相板 １
５，１７…偏光子 ８０…スメクチック層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 耕治 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 山田 祐一郎 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１偏光子と、 該第１偏光子表面に積層され、上記第１偏光子の吸収軸
   と平行な延伸軸を有する第１位相板と、 互いに対向して配設された一対の電極と、該一対の電極
   間に封入され、無電界時に安定な第１安定状態，一方向
   に電界を印加したときに形成される第２安定状態，およ
   び該電界方向とは逆方向に電界を印加したときに形成さ
   れる第３安定状態を有する反強誘電性液晶層と、上記一
   対の電極の少なくとも一方の上記反強誘電性液晶層側表
   面に設けられ、上記反強誘電性液晶層を上記第１位相板
   の延伸軸方向に配向させる配向制御層とを有し、上記第
   １位相板表面に積層される液晶セルと、 該液晶セル表面に積層され、上記第１位相板の延伸軸と
   直交する延伸軸を有する第２位相板と、 該第２位相板表面に積層され、上記第２位相板の延伸軸
   と平行な吸収軸を有する第２偏光子と、 を備えたことを特徴とする液晶表示素子。