JPH07181478A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２層セル構造の液晶表示素子の製造を容易に
すると共に、階調表示を行う際に生じる、斜めから観察
したときの表示異常、例えば表示の反転や黒つぶれの現
象を改善する。 【構成】 表示用駆動液晶セル３に、光学的補償のため
の、リタデーション値が同じで逆ねじれ配向の補償用液
晶層２ｃを組合わせた液晶表示素子で、この補償用液晶
層に駆動用液晶セルの液晶材料３ｅと同じ液晶材料を用
い、かつカイラル材を混入せず、駆動用液晶セルと補償
用液晶層の分子配向方向を最接近側でほぼ直交させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】薄型軽量、低消費電力という利点をもつ
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。これら液晶表
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、ねじれ
の角度により分類するとＴＮ（Twisted Nematic ）とＳ
ＴＮ（Super Twisted Nematic ）の２つの方式に大別で
きる。

【０００３】ＳＴＮは、９０°以上ねじれた分子配列を
もち、急峻な電気光学特性をもつため、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。

【０００４】一方、ＴＮは９０°ねじれた分子配列をも
ち、高いコントラスト比を示すことから、時計や電卓、
さらには各画素ごとにスイッチング素子を設けることに
より大表示容量で応答速度が速い、高い表示性能をもっ
たＬＣＤ（例えば薄膜トランジスタのスイッチング素子
を用いたＴＦＴ−ＬＣＤ）を実現することができる。

【０００５】また、近年このようなＴＦＴ−ＬＣＤに
は、階調表示を伴う多色表示が要求されている。階調表
示は、印加電圧を変化させることによって行っている。
ここで、ＬＣＤの印加電圧−透過率特性の一例を図７に
示す。図から明らかなように、正面では曲線は単調な減
少曲線となっているが、斜めから観察した場合の曲線は
正面と大きく異なる。このため、斜めから観察した場合
には表示が暗くなったり（黒つぶれ）、明と暗の表示が
反転（以下反転と言う）する表示異常が観測される。こ
のような階調表示時に斜めから観察したとき観測される
表示異常を解消する方法として、ＴＦＴ−ＬＣＤの片方
の偏光板の吸収軸の向きを９０°まわして配置したノー
マリーブラック（ＮＢ）構成が考えられる。

【０００６】図８、９にＮＢのＴＦＴ−ＬＣＤ（図８）
と従来のノーマリーホワイト（ＮＷ）のＴＦＴ−ＬＣＤ
（図９）のコントラスト特性（破線分布で５乃至５０の
コントラストで表示）上に反転の生じる範囲（斜線部）
と黒つぶれの生じる範囲（ドット部）を併せて示した特
性図（ＩＳＯ−ＲＤＣ<Reverse-Darkness-Contrast>特
性）を示す。図中の反転や黒つぶれが生じていない等コ
ントラスト曲線を表示している領域が階調表示が良好な
領域である。測定座標系は図１０に示すとおり、素子１
０の基板法線ｚを正面としたときの、観察点の座標を定
義しており、基板の水平方向をφ＝０とした方位角を
φ、法線ｚからの傾き角（視角）をθで表す。図８、９
から、ＮＷよりもＮＢの方が階調表示良好領域が広いこ
とがわかる。しかしながら、ＮＢは色付きが生じる。

【０００７】複屈折効果を利用しているＳＴ方式も旋光
分散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が、
色付きの解消手段として、偏光板と液晶セルの間に駆動
セルの配列のねじれ方向に対し逆にねじれた第２の液晶
セルを配置することによって色付きのない白黒表示を実
現できることが特公昭６３−５３５２８号公報にて報告
されている。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、楕円偏光は直線偏光へと
変換される。その結果、旋光分散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というものであ
る。この色づき解消手段は９０°ねじれのＴＮ方式にも
用いることができる。（以下、ＤＴＮ(Double TN) −Ｌ
ＣＤと称することとする）。実際この手法を用いること
で、色付きは解消され、かつコントラストの絶対値は上
がる。階調表示特性を測定したところ図６に示したよう
に図８のＮＢのＴＦＴ−ＬＣＤに比べ２７０°方位の反
転の程度は悪化したが、暗状態の色付きは解消され、図
９のＮＷのＴＦＴ−ＬＣＤに比べれば階調性が良好であ
った。

【０００８】ところで、製造工程において、ＴＮやＳＴ
Ｎはねじれ配列の安定化のために、ねじれの方向を制御
する材料（カイラル材）が液晶に混入されている。ＴＮ
やＳＴＮの液晶セルは９０°以上ねじれているため、用
いる液晶にカイラル材を混入させないと液晶の配向の一
部が逆にねじれるリバースツイスト−ドメインという配
向欠陥が生じ、均一で良好な配向を得ることができな
い。従って、ＤＴＮやＤＳＴ（Double Super Twist）を
製造する場合、ＤＴＮやＤＳＴには補償用の光学素子と
して、駆動用の液晶セルとねじれの方向が逆な液晶セル
が必要なため、駆動セルと逆方向のねじれ方向をもつカ
イラル材を混入した液晶が必要とされる。従って、ＤＴ
ＮやＤＳＴは駆動用の液晶セルに用いる液晶と補償用の
液晶セルに用いる液晶が異なってしまうため、製造コス
トが高くついてしまうという欠点をもっている。

【０００９】本発明は上記不都合を解決するものであ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、２層セル構
造の液晶表示素子の製造を容易にすると共に、２層セル
構造の液晶表示素子が階調表示を行う際に生じる、斜め
から観察したときの表示異常、例えば表示の反転や黒つ
ぶれなどの実用上好ましくない現象を改善するものであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、２枚の基板間
にこれら基板の法線に平行な螺旋軸で一方向にねじれ配
向された液晶層を有する駆動用液晶セルと、この駆動用
液晶セルを挟むように配置された２枚の偏光板とからな
る液晶表示素子において、前記少なくとも一方の偏光板
と前記駆動用液晶セルとの間に、前記駆動用液晶セルの
基板法線とほぼ平行な螺旋軸で前記駆動用液晶セルの液
晶層のねじれ方向に対して逆にねじれた配列をした液晶
層を有し前記駆動用液晶セルとほぼ同じリタデーション
値を持つ補償用液晶層を少なくとも１枚有しており、前
記駆動用液晶セルと前記補償用液晶層の最近接する分子
は略直交しており、前記駆動用液晶セルおよび補償用液
晶層のねじれ角は９０°より小さく、前記駆動用液晶セ
ルの液晶層と前記補償用液晶層を構成する液晶材料は同
一であり、前記液晶材料にはカイラル材が混入されてな
いことを特徴とする液晶表示素子を得るものである。。

【００１２】また、補償用液晶層を高分子液晶フィルム
で構成する液晶表示素子を得るものである。

【００１３】

【作用】一般にＴＮやＳＴＮの配列のねじれの方向は、
カイラル材によって規定している。例えば配向処理とし
てラビング処理を用いた場合、ラビング方向を直交させ
た基板間にカイラル材を混入していないネマティック液
晶を狭持すると、右回り９０°と左回り９０°の２種の
配向が観測される。これらは電圧を印加すると配向の境
界付近に欠陥線が生じ、これにより配向が固定され電気
光学特性にヒステリシス現象を生じさせる。これは表示
の焼き付き（リバースツイスト−ドメイン）として観測
され好ましくない。従って、あらかじめ液晶にカイラル
材を添加してこの現象の発生を防いでいる。従って、Ｄ
ＴＮ−ＬＣＤを実現する際には左ねじれカイラル材を添
加した液晶と右ねじれカイラル材を添加した液晶の２種
類の液晶を用いることとなるため、別々の工程を設けな
ければならず、生産性が悪くなり、高コストとなる。

【００１４】リバースツイスト−ドメインが生じるのは
ねじれの角度が９０°以上であるためである。よって、
ラビング軸の交差角を９０°よりも小さくすることで液
晶分子のねじれ方向は唯一決まり、カイラル材を用いず
にねじれの方向を規定でき、リバースツイスト−ドメイ
ンも生じなくなる。また、カイラル材を用いずに同一の
液晶で左ねじれと右ねじれの両方向のねじれの液晶セル
が作成可能なため、両セルに同時に液晶を注入すること
ができるため、生産性が上がり、コストがさがる。

【００１５】ところでねじれ角が９０°以下になると表
示性能も変化する。図１１に９０°ねじれのＤＴＮ−Ｌ
ＣＤの、図１２に８０°ねじれのＤＴＮ−ＬＣＤの、φ
＝９０°における印加電圧対透過率（Ｖ−Ｔ）曲線（θ
＝０°：実線、θ＝４０°：点線）を示す。視角を傾け
たとき（θ＝４０°）に、中間調で生じる図中の斜線領
域Ａの透過率の低下ｄｌが８０°のほうが小さくなって
いる。また、正面（θ＝０°）でのＶ−Ｔ曲線も滑らか
になっている。即ち、ねじれの角度を小さくするとＶ−
Ｔ曲線が滑らかになり、低下の大きさが小さくなる。Ｔ
ＦＴ−ＬＣＤの場合、印加電圧を変えることで階調表示
を行うので、Ｖ−Ｔ曲線は滑らかな方が良い。このた
め、ねじれの角度を９０°より小さくすることで作業工
程が楽になりコストが安価になるばかりでなく、階調の
視角特性も良くなる。

【００１６】ところで、２枚の液晶セルを用いるＤＴＮ
−ＬＣＤは厚みがあり、重量感があるという欠点を持
つ。補償用の液晶層としては、ねじれ性を持つ高分子液
晶層を用いることも考えられ、高分子液晶を用いること
によっても同様の機能が得られることは言うまでもな
い。この場合、駆動用液晶セルと補償用液晶層の同時注
入は出来ないが、例えば駆動用液晶セルの基板の少なく
ともどちらか一方にこの様な高分子液晶層を塗布するこ
とにより得られ、視角特性良好なより望ましい液晶表示
素子が得られる。用いる高分子液晶としては、例えばポ
リシロキサン主鎖とし、側鎖にビフェニルベンゾエート
とコレステリル基などを適当な比で有した様な高分子共
重合体液晶などを用いることなどができる。

【００１７】

【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。

【００１８】（実施例１）図１に本実施例の構成を示
す。液晶表示素子１０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、駆動電圧印加により画像表
示を行う駆動用液晶セル３とを挟む構成を有している。
偏光板１、４の光透過軸(1.1),(4.1) はそれぞれ直交す
るように配置される。

【００１９】補償用液晶セル２は駆動用液晶セル３を光
学的に補償するもので、これらの偏光板１、４間に配置
され、上側基板２ａと下側基板２ｂ間にねじれネマティ
ック液晶層２ｃが基板２ａ、２ｂの法線ｚを螺旋軸とし
てねじれ角が８０°で導入されている。

【００２０】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を形成しており、駆動電
源３ｆに接続される。基板３ａ、３ｂ間にカイラル材を
混入していないネマティック液晶（商品名ＺＬＩ−２８
０６、イー・メルク社製）からなるねじれネマティック
液晶層３ｅが、前記補償用液晶セル２の螺旋軸ｚと同じ
（平行）な基板３ａ、３ｂの法線ｚを螺旋軸として、ね
じれ角が８０°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。

【００２１】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あり、駆動用液晶セル３の液晶層３
ｅの厚みは６．０μｍである。

【００２２】補償用液晶セル２は、駆動用液晶セル３と
全く同じ液晶材料を用いており、補償用液晶セル２の液
晶層２ｃの光軸は下側基板２ｂから上側基板２ａへと時
計回りにねじれている（右ねじれ）。(2.1),(2.2) は、
それぞれ上側と下側の基板２ａ、２ｂのラビング軸であ
る。補償用液晶セル２のリタデーション値は駆動用液晶
セル３と実質的に同一になるように、液晶層厚を６．０
μｍにしてある。

【００２３】駆動用液晶セル３の上側基板３ａのラビン
グ軸(3.1) と補償用液晶セル２の下側基板２ｂのラビン
グ軸(2.2) は直交して、各液晶層２ｃ、３ｅのお互いに
最も近くに対向する液晶分子配列はほぼ直交している。
また、偏光板１の透過軸(1.1).と駆動用液晶セル３の下
側基板３ｂのラビング軸(3.2) は平行である。

【００２４】本構成の液晶表示素子のＩＳＯ−ＲＤＣ特
性を図２に示す。図６に示した比較例の９０°ねじれの
ＤＴＮ−ＬＣＤの特性と比べると４５°、１３５°２７
０°方位に生じていた反転が軽減され、階調表示特性良
好な色付きもない液晶表示素子を実現できた。また、従
来の９０°ツイストＤＴＮ−ＬＣＤに比べ、製造上も容
易であった。

【００２５】なお、補償用液晶セルは、実施例のような
独立したセルとせず、駆動用液晶セルの基板の一部を利
用した液晶層で形成することもできる。

【００２６】（比較例）実施例１において駆動用液晶セ
ル３と補償用液晶セル２のねじれの角度を９０°とし、
それぞれの液晶層にねじれ方向を逆にしたカイラル材
（右ねじれは商品名Ｒ−８１１、左ねじれは商品名Ｓ−
８１１、いずれもイー・メルク社製）を混入して、図５
に示すセル構成の液晶表示素子を作製し、視角特性を測
定した。なお、図１と同一符号は同様部分を示す。この
ＩＳＯ−ＲＤＣ特性を図６に示す。図によれば、４５
°、１３５°方位に反転があり、２７０°方位の反転の
程度もひどく、図２の実施例１の特性と実際に表示させ
て比較してみると、本ＬＣＤは実施例１の場合よりも階
調表示性は悪かった。また、液晶へのカイラル材混入の
作業や液晶の液晶セルへの注入の作業を別々に行わなく
てはならず、製造に時間がかかった。

【００２７】（実施例２）実施例１において、駆動用液
晶セル３と補償用液晶セル２のねじれの角度を７０°と
して、図３のように構成した。実施例１と同様に偏光板
１の光透過軸(1.1) と駆動用液晶セル３の下側基板３ｂ
のラビング軸(3.2) と平行であり、補償用液晶セル２の
下側基板２ｂのラビング軸(2.2) と駆動用液晶セル３の
上側基板３ａのラビング軸(3.1) は直交して補償用液晶
セル２と駆動用液晶セル３の相互に最接近する液晶分子
配列をほぼ直交させている。図４に実施例２のＩＳＯ−
ＲＤＣ特性を示す。比較例の図６において４５°、１３
５°方位にあった反転がなくなり、２７０°方位の反転
の程度が図２の実施例１よりも更に改善され、階調表示
特性良好で色付きのない液晶表示素子が実現できた。ま
た、従来の９０°ツイストＤＴＮ−ＬＣＤに比べ、製造
上も容易であった。

【００２８】（実施例３）実施例１において、補償用液
晶セル２を高分子液晶フィルムとした場合の液晶表示素
子の視角特性を測定した。実施例１とほぼ同じ特性とな
り、色付きのない階調表示特性良好な液晶表示素子が得
られた。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、製造上容易で階調表示
時の液晶表示素子の視角特性が改善された視認性にすぐ
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の液晶表示素子のセル構成を
示す図。

【図２】実施例１のＩＳＯ−ＲＤＣ特性を示す図。

【図３】本発明の実施例２の液晶表示素子のセル構成を
示す図。

【図４】実施例２のＩＳＯ−ＲＤＣ特性を説明する図。

【図５】比較例の液晶表示素子のセル構成を示す図。

【図６】図５の比較例のＩＳＯ−ＲＤＣ特性を説明する
図。

【図７】ＴＮ方式ＬＣＤの印加電圧−透過率（Ｖ−Ｔ）
特性を説明する図。

【図８】ＮＢモードＴＮ−ＬＣＤのＩＳＯ−ＲＤＣ特性
を説明する図。

【図９】ＮＷモードＴＮ−ＬＣＤのＩＳＯ−ＲＤＣ特性
を説明する図。

【図１０】方位角φと視角θの定義を説明する図。

【図１１】９０°ツイストＤＴＮ−ＬＣＤの印加電圧−
透過率特性を説明する図。

【図１２】８０°ツイストＤＴＮ−ＬＣＤの印加電圧−
透過率特性を説明する図。

【符号の説明】 １、４…偏光板 ２…補償用液晶セル ２ａ ，２ｂ…基板 ２ｃ…液晶層 ３…駆動用液晶セル ３ａ、３ｂ…基板 ３ｅ…液晶層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の基板間にこれら基板の法線に平行
   な螺旋軸で一方向にねじれ配向された液晶層を有する駆
   動用液晶セルと、この駆動用液晶セルを挟むように配置
   された２枚の偏光板とからなる液晶表示素子において、
   前記少なくとも一方の偏光板と前記駆動用液晶セルとの
   間に、前記駆動用液晶セルの基板法線とほぼ平行な螺旋
   軸で前記駆動用液晶セルの液晶層のねじれ方向に対して
   逆にねじれた配列をした液晶層を有し前記駆動用液晶セ
   ルとほぼ同じリタデーション値を持つ補償用液晶層を少
   なくとも１枚有しており、前記駆動用液晶セルと前記補
   償用液晶層の最近接する分子は略直交しており、前記駆
   動用液晶セルおよび補償用液晶層のねじれ角は９０°よ
   り小さく、前記駆動用液晶セルの液晶層と前記補償用液
   晶層を構成する液晶材料は同一であり、前記液晶材料に
   はカイラル材が混入されてないことを特徴とする液晶表
   示素子。
2. 【請求項２】 補償用液晶層が高分子液晶フィルムであ
   る請求項１に記載の液晶表示素子。