JPH0725776Y2 - 液晶素子 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はドットマトリックス型の液晶表示素子に関す
る。

〔従来の技術〕

近時、ドットマトリックス型のカラー表示可能な液晶表
示素子がカラーテレビジョン画像表示などに用いられつ
つある。

このドットマトリックス型のカラー液晶表示素子は、走
査電極を形成した第１の基板と、走査電極と直交する方
向に信号電極を形成した第２の基板との間に液晶を充填
し、さらに各信号電極の表面に夫々順次交互に赤、緑、
青の三原色のカラーフィルタを設けて構成している。そ
して、この液晶表示素子は、走査信号の配列に順次走査
信号を与えるとともに、選択された信号電極に駆動信号
を与えて両電極の間に所定の電圧を印加することによ
り、その信号電極のカラーフィルタに対する光の透過を
制御し、この様に制御された各色のカラーフィルタを透
光した光によりその合成に基づく色の画像を表示するも
のである。

しかして、この様なドットマトリックス液晶表示素子は
画素数が多く、これに応じて画素を形成する走査電極の
数も多い。例えば画素数は縦450,横100のマトリックス
であり、これに応じて信号電極を450,走査電極を100設
ける必要がある。そして、この様なマトリックス液晶表
示素子ではダイナミック駆動を行なうために40msec以下
の応答速度が必要であり、特にテレビジョン画像表示用
としては1/30で１画面を表示するために、応答速度が30
msec以下であることが要求される。

なお、応答速度は、液晶表示素子の画像立上り時間（輝
度10％→90％）をTr、立下り時間（輝度90％→10％）を
Tdとした場合、（Tr＋Td）・1/2で表わす。

液晶表示素子における応答速度を速くするには、液晶に
印加する電界を強くする、すなわち基板間隙ｄを小さく
する。液晶の誘電異方性Δεを大きくする。液晶の粘度
を小さくするなどの方法がある。このなかで、液晶のΔ
εを大きくすると粘度が高くなり、粘度を低くするとΔ
εが小さくなるという結果となるため、液晶の特性によ
って応答速度を向上させるには限界がある。従って、応
答速度を速くするには、基板間隙ｄを小さくすることが
最も効果的である。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところで、液晶素子に電界を印加しない時は、液晶の屈
折率異方性Δｎと基板間隙ｄの積Δｎ・ｄが大きい方が
透過光強度が小さい。液晶の電界が印加されない部分は
各電極の間に存在するから、Δｎ・ｄが大きい方が不要
な光の漏れがなく画像を鮮明に表示することができる。

液晶のΔｎ・ｄを大きくするには、Δｎまたはｄを大き
くする必要があるが、ｄを大きくすると液晶の応答速度
が低下する。従来の液晶Δｎ＝0.104（544nm）を用いた
液晶表示素子では、前述したように応答速度との関係か
らｄをあまり大きくとることができないので、充分に鮮
明な画像を表示することができない。

特に単純マトリクス形の液晶素子を駆動する場合には、
非点灯ドットにもバイアス電圧が印加されているので、
液晶はそのバイアス電圧に応じて立った状態となってい
る。この状態では、液晶の見かけ上のΔｎが小さくなっ
ており、Δｎ・ｄも小さいので、非点灯ドットからの漏
れ光が多くなって画像の鮮明度が著しく低下する。そし
て、液晶素子のコントラストは、視覚的な感度が最も高
い波長、すなわち波長550nm付近の光の透過率を最小に
した時に最も大きく感じる。即ち、第１図の線図で示す
ように波長550nmの光に対して、バイアス電圧によって
小さくなったΔｎ・ｄの値が（ａ）の部分にある時に最
もコントラストが高くなるので、従来の液晶素子は前述
した如くΔｎ・ｄを設定してある。

ところが、液晶のΔｎは液晶を透過する光の波長によっ
て異なっている。第２図に示すように波長λ＝611nmの
見かけのΔｎ・ｄはΔｎ・ｄ（λ＝544nm）＞Δｎ・ｄ
（λ＝611nm）、λ＝435nmの見かけのΔｎ・ｄはΔｎ・
ｄ（λ＝544nm）＜Δｎ・ｄ（λ＝435nm）であるから、
赤色（λ＝611nm）と青色（λ＝435nm）の光が透過す
る。この場合、λ＝611nmに対する見かけ上のΔｎ・ｄ
が小さいので、λ＝435nmの光より透過強度が大きいた
め、赤褐色の表示色を呈する。

このように従来のネガ表示方式電界効果型TN（ツイスト
ネマティック）モード液晶表示素子はOFF状態での表示
色のバランスが悪く、フラットな分光特性が得られなか
った。

本考案は前記事情に基づいてなされたもので、表示色の
バランスが良くフラットな分光特性を有するネガ表示方
式電界効果型TNモード液晶表示素子を提供することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成するために本考案の液晶素子は、互いに
対向して配置された一対の透明な基板と、この一対の基
板の夫々に互いに対向して配列形成された複数の電極
と、前記一対の基板間にねじれ配向させて均一な層厚で
封入された液晶と、前記一対の基板のうち一方の基板に
隣接する前記液晶の液晶分子の配向方向に対して直交ま
たは平行な偏光軸を有する一方の偏光板およびこの一方
の偏光板の偏光軸に対して平行な偏光軸を有する他方の
偏光板とを備え、可視光領域の視覚的感度が高い中間波
長光の漏れ光を最小とするように前記液晶の層厚と屈折
率異方性との積の値を設定した液晶表示素子において、
前記液晶に、誘電率異方性が正で、前記中間波長光より
波長が長い長波長光に対する屈折率異方性の値より、前
記中間波長光より波長が短い短波長光に対する屈折率異
方性の値が大きく、且つ、波長が611nmの光に対する屈
折率異方性と波長が435nmの光に対する屈折率異方性と
の差が0.025以上であるネマティック液晶組成物を用い
たことを特徴とするものである。

〔作用〕

この考案は、液晶表示素子の液晶材料として、屈折率異
方性Δｎが大きく、且つ長波長光に対する屈折率異方性
の値より短波長に対する屈折率異方性の値が大きく、且
つ、波長が611nmの光に対する屈折率異方性と波長が435
nmの光に対する屈折率異方性との差が0.025以上である
液晶を用いている。この様なΔｎの波長依存性が大きい
液晶は、第４図に示すように短波長側のΔｎが大きいの
で、バイアス電圧が印加された際の見かけ上のλ＝435n
mにおけるΔｎ・ｄが、従来の液晶すなわち第４図
（１）の液晶より大きくなる。従って、第３図に示すよ
うに赤色光よりも青色光の透過率が大きくなり、赤褐色
の表示色が消えて着色されない良好な表示色が得られ
る。

〔実施例〕

以下本考案の実施例について、図面を参照して説明す
る。

第５図（ａ）ないし（ｃ）は、液晶素子における液晶分
子の配向方向に対する偏光板の位置角度を示すもので、
本発明の液晶素子は第５図（ａ）に示す如、上基板の液
晶配向方向21と下基板の液晶配向方向22とが直交してお
り、液晶分子を90°ツイストさせている。上下の偏光板
は第５図（ｂ），（ｃ）に示す如く上偏光板の偏光軸23
と下偏光板の偏光軸24とが互いに平行で、液晶配向方向
に対して平行または直交している。

この様な配向処理及び偏光板の配置によって、ネガ表示
方式の液晶表示素子が構成される。このネガ表示方式の
液晶表示素子は、第１表に示す如く、ポジ表示方式に比
べてコントラストが高く、視認性が高い。

この第１表に示したコントラストの測定に用いた液晶素
子は、Δｎ＝0.198,d＝7.1μｍであり、ダイナミック駆
動、1/64デュティ、1/9バイアス60Hzで駆動し、コント
ラストはオン輝度とオフ輝度の比で示している。

したがって、本考案の液晶表示素子は、ネガ表示方式で
ある。

しかして、液晶素子のセル厚と応答速度との関係を第２
表に示す。

したがって、前述した如く、液晶の応答速度を40msec以
下、好ましくは30msec以下にするために、セル厚を８μ
ｍ程度、好ましくは７μｍ程度に設定する。

そして、液晶材料として屈折率異方性Δｎの大きな液晶
で、且つΔｎの波長依存性が大きい液晶を用いる。

第３表は液晶のΔｎの波長依存性を示している。

この第３表及び第４図にその波長依存性を示した
（２），（３），（４）の液晶は第４図の線図で示すよ
うにΔｎの波長依存性が大きく、短波長側で、Δｎが大
きくなる液晶である。なお、第３表（１）はΔｎの波長
依存性が小さい液晶であり、比較のために例記してあ
る。

この様にΔｎの波長依存性が大きい液晶は第４図に示す
ように短波長側のΔｎが大きいので、バイアス電圧が印
加された際の見かけ上のλ＝435nmにおけるΔｎ・ｄ
は、従来の液晶すなわち第４図（１）の液晶より大きく
なる。従って、第３図に示すように赤色光よりも青色光
の透過率が大きくなり、赤褐色の表示色が消えて着色さ
れない良好な表示色が得られる。

上述した液晶素子の表示色について説明する。

第６図は、前述した液晶素子において、従来の液晶を用
いた例を とし、本願発明の前記第３表の（２）〜（４）に示した
様にΔｎの波長依存性が大きな液晶を用いた例を とし、下記の第４表で示す条件による表示色をCIE色度
図上で示したものである。

但し、応答速度は、スタティック駆動、1kHzにおける輝
度10％→90％変化時の（Ｔオン＋Ｔオン）・1/2を示
す。

なお、第６図において である。

しかして、第６図に示す如く、Δｎ・ｄが1.0および1.2
の場合 は、OFF状態での表示色が褐色から薄褐色となる。ここ
で、Δｎ・ｄを1.4あるいは1.6 に設計すると、略無彩色に近い良好な表示色を得ること
ができる。以上述べた様に、例えばΔｎ＝0.198の液晶
を用いると、第１表で示す通りに液晶層厚ｄを7.1μｍ
あるいは8.10μｍと比較的小さな液晶層厚で、第６図に
おけるΔｎ・ｄ＝1.4および1.6で示される好適な表示色
を実現できる。また、応答速度の低下を起さない。

次に本考案の液晶素子のより具体的な一実施例を第７図
および第８図について説明する。

第１の基板11と第２の基板12は透明ガラス板からなり、
互いに対向離間してその周囲においてシール材13を介し
て接着され、内部に液晶LCが封入されている。第１の基
板11の内面には多数本（例えば108本）の透明な走査電
極14が並べて形成され、第２基板12の内面には走査電極
14とは直角な方向に多数本（例えば450本）の透明な信
号電極15R,15G,15Bが並べて形成してある。第１の基板1
1の一端縁部には、シール材13から張出して多数の駆動
回路接続端子14aが配列形成され、対応電極14とリード1
4bを介して接続してある。第２の基板12の一方の側縁部
にはシール材３から張出して複数の駆動回路接続端子15
aR,15aGが段違い状に配列形成してあり、リード15bを介
して信号電極15R,15Gに接続してある。第２の基板の他
方の側縁部にはシール材３から張出して複数の駆動回路
接続回路接続端子15aBが配列形成してあり、リード15b
を介して信号電極15Bに接続されている。

第２の基板12に形成した走査電極15R,15G,15Bは交互に
並ぶように配置され、信号電極15Rの表面には赤色のカ
ラーフィルタRFが、信号電極15Gの表面には緑色のカラ
ーフィルタRGが、信号電極15Bの表面にはカラーフィル
タRBが夫々設けてある。

第１および第２の基板11,12の内面には、走査電極14…
および信号電極15R…、15G…、15B…を覆うように液晶
配向膜17,17が夫々設けられ、さらに第１および第２の
基板1,2の外面に偏光板18,18が夫々設けられている。液
晶配向膜17,17の表面には互いに直交する方向にラビン
グ処理を施してあり、これにより液晶LCの分子が両基板
1,2の間で90°の角度でツイスト配列するように配向さ
れている。偏光板18,18は偏光軸をいずれか一方の基板
面における液晶分子の配向方向（配向膜のラビング方
向）に合せて、両偏光板18,18の偏光軸方向を同方向に
向けた状態で配置されており、これによりネガ表示タイ
プの液晶表示素子が構成されている。

しかして、この液晶素子において、液晶は誘電率異方性
が正で、且つ屈折率異方性の波長依存性が大きいネマチ
ック液晶組成物を用いる。具体的には前述した第３表の
（２），（３），（４）で示す液晶組成物を用いる。ま
た、液晶LCの厚さ、すなわち第１および第２の基板11,1
2の各内面の間の間隙の大きさを８μ程度、好しくは７
μ以下とする。

このように構成されたカラー液晶表示素子においては、
所定の画像信号に基づいて、選択された駆動回路接続端
子15aR、15aG、15aBからリード15bを介して信号電極15
R、15G、15Bと走査電極14との間に電圧を印加すると、
これに応じ選択した信号電極15R、15G、15Bと走査電極1
4との交差箇所が２つのドットとして光を透過し、３色
のドットを１つの画素として色彩を帯びた画像が表示さ
れる。この場合、OFF状態では赤色光よりも青色光の透
過率が大きくなり、赤褐色の着色がない良好な表示色を
もつ画像が得られる。しかも、画像を形成する応答速度
が早い。

なお、本考案の液晶素子は黒白表示用にも適用できる。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案の液晶素子によれば、誘電率
異方性が正で、前記中間波長光より波長が長い長波長光
に対する屈折率異方性の値より、前記中間波長光より波
長が短い短波長光に対する屈折率異方性の値が大きく、
且つ、波長が611nmの光に対する屈折率異方性と波長が4
35nmの光に対する屈折率異方性との差が0.025以上であ
るネマティック液晶組成物を用いることにより、応答速
度改善のために液晶層厚を小さくしても大きなΔｎ・ｄ
を実現できるために、液晶素子を透過する光の波長依存
性を軽減できる利点があり、応答速度の向上とネガ表示
方式による高い視認性と一緒に表示色の好適化が実現で
きる。従ってこの発明は、電界効果型TNモードにおける
ネガ表示方式液晶素子に用いて最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は液晶素子における透過光の波長と
Δｎ・ｄとの関係を示す線図、第４図は液晶における屈
折率異方性の周波数依存性を示す線図、第５図（ａ）〜
（ｃ）は液晶配向方向と偏光板の偏光軸との関係を示す
線図、第６図はCIE色度図、第７図および第８図は本考
案の液晶素子の一実施例を示す平面図および断面図であ
る。 11,12…基板、14…走査電極、15R,15G,15B…信号電極、
LC…液晶。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに対向して配置された一対の透明な基
   板と、この一対の基板の夫々に互いに対向して配列形成
   された複数の電極と、前記一対の基板間にねじれ配向さ
   せて均一な層厚で封入された液晶と、前記一対の基板の
   うち一方の基板に隣接する前記液晶の液晶分子の配向方
   向に対して直交または平行な偏光軸を有する一方の偏光
   板およびこの一方の偏光板の偏光軸に対して平行な偏光
   軸を有する他方の偏光板とを備え、可視光領域の視覚的
   感度が高い中間波長光の漏れ光を最小とするように前記
   液晶の層厚と屈折率異方性との積の値を設定した液晶表
   示素子において、前記液晶に、誘電率異方性が正で、前
   記中間波長光より波長が長い長波長光に対する屈折率異
   方性の値より、前記中間波長光より波長が短い短波長光
   に対する屈折率異方性の値が大きく、且つ、波長が611n
   mの光に対する屈折率異方性と波長が435nmの光に対する
   屈折率異方性との差が0.025以上であるネマティック液
   晶組成物を用いたことを特徴とする液晶素子。