JPH0850271A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JPH0850271A
JPH0850271A JP7173217A JP17321795A JPH0850271A JP H0850271 A JPH0850271 A JP H0850271A JP 7173217 A JP7173217 A JP 7173217A JP 17321795 A JP17321795 A JP 17321795A JP H0850271 A JPH0850271 A JP H0850271A
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JP
Japan
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liquid crystal
electrode substrate
polarizing plate
angle
interface
Prior art date
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Pending
Application number
JP7173217A
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English (en)
Inventor
Yasuhiko Shindo
保彦 神藤
Tamihito Nakagome
民仁 中込
Shinji Hasegawa
眞二 長谷川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 時分割駆動特性の優れた液晶表示素子を提供
することにある。 【構成】 液晶分子のらせん構造のねじれ角αを200
度から260度の範囲内とし、この液晶分子のらせん構
造の前後に配置された一対の偏光板の吸収軸(あるいは
偏光軸)8,9を電極基板に隣接する液晶分子の配向方
向6,7に対し一定の角度β1 ,β2 ずらせることを特
徴とする。

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係り、特
に優れた時分割駆動特性を有する電界効果型液晶表示素
子に関するものである。 【0002】 【従来の技術】従来の液晶表示素子のツイステッドネマ
チックタイプと言われるものは、2枚の電極基板間に正
の誘電異方性を有するネマチック液晶による90°ねじ
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
るものであった(特公昭51−13666号公報)。 【0003】2枚の電極基板間で液晶分子が90°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、いわゆるラビング法によってなされる。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いにほぼ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
ったネマチッ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
光板が設けられるが、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。ここで、以降の説明に必要な時分割駆動特性
を表わす量の定義について簡単に説明する。 【0004】図5は従来の90度ねじれた液晶分子のら
せん構造を持つ液晶表示素子の典型的な電圧−輝度特性
を示している。これは印加電圧に対する反射輝度の相対
値をとったものであり、輝度の初期値を100%、最終
値(印加電圧が十分大きいときの値)を0%にしてい
る。一般には、相対輝度が90%となる電圧をしきい値
Vth,10%となる電圧を飽和値Vsat として液晶の特
性のめやすにする。しかし、実用上は90%以上あれば
画素は十分明るく液晶は非点灯状態、50%以下であれ
ば画素は十分暗く、液晶は点灯状態としてよく、以下本
明細書においては、相対輝度が、90%,50%になる
電圧をそれぞれ、しきい値電圧Vth,飽和電圧Vsat と
する。 【0005】さらに液晶表示素子の電気光学特性は、見
る方向によっても変り、この特性が、良好な表示品質が
得られる視野を制限している。 【0006】ここで視角角度φの定義を図6によって説
明する。図において、液晶表示素子1の上側電極基板1
1のラビング方向を2、下側電極基板12のラビング方
向を3とし、液晶分子のねじれ角を4とする。また液晶
表示素子1の表面に直交座標XY軸をとり、X軸方向を
液晶分子のねじれ角4を2等分する方向に規定し、Z軸
をXY面の法線方向に定め、観察方向5がZ軸となす角
を視角角度φとする。なお、この場合簡単のために観察
方向5はXZ面内にあることとする。また、図6に示さ
れたφを正とし、このような方向から見た場合、コント
ラストが高くなるので、このような方向を視野方向とい
う。 【0007】図5において、角度φ=10度における輝
度が90%になる電圧をVth1 50%になる電圧をVsa
t1とし、角度φ=40度における輝度が90%になる電
圧をVth2 としたとき、立ち上がり特性γ,角度特性Δ
φ及び時分割能mを次式のように定義する。 【0008】γ=Vsat1/Vth1 Δφ=Vth2 /Vth1 m=Vth1 /Vsat1 従来の液晶表示素子の時分割駆動特性は、液晶の屈折率
異方性をΔn,上下電極基板間間隙をdとした場合Δn
・dに依存しており、Δn・dが大きい場合(例えば
0.8μm以上)にはγが良く(小さく)、Δφが悪い
(小さい)。一方、Δn・dが小さい場合(例えば0.
8μm以下)にはγが悪く(大きく)、Δφが良い(大
きい)。しかし、時分割能mで比較した場合には、Δn
・dの小さい方が良い。以上の具体的な例を表1に示
す。 【0009】 【表1】 【0010】ここで時分割駆動について、ドットマトリ
クスディスプレイを例に取って簡単に説明する。図7に
示すように下側電極基板12にストライプ状のY電極
(信号電極)13を、上側電極基板11にX電極(走査
電極)14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 ,X
1 ,X2 ・・・・・Xnと繰り返し線順次走査を繰返し
て時分割駆動する。ある走査電極が選択されたとき、そ
の電極上のすべての画素に、信号電極13であるY1
2 ,・・・・・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。 【0011】 【発明が解決しようとする課題】従来の液晶表示素子で
は、表1に例示したような時分割駆動特性しか得られな
いために、時分割数32あるいは64が実用的には限界
であった。しかし、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厳しくなっており、要求
仕様を満足できない状況に到っている。 【0012】本発明の目的は、従来の液晶表示素子と全
く異なったセル構造をとることによって、極めて優れた
時分割駆動特性を持ち、時分割数100以上でも良好な
画質を持った液晶表示素子を提供することにある。 【0013】 【課題を解決するための手段】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200度から260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
せて配設することを特徴とするものである。 【0014】 【作用】本発明の液晶表示素子においては、液晶分子の
らせん構造のねじれ角を200度から260度の範囲と
し、この液晶分子のらせん構造の前後に配設された偏光
板の吸収軸(あるいは偏光軸)をそれに隣接する液晶分
子の配向方向に対し一定の角度ずらせて配設することに
より、印加電圧−光透過率特性カーブが急峻になり、時
分割能が大幅に向上する。 【0015】 【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。 【0016】図1は本発明にな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。図2はそれらの関係を示
す斜視図である。図6と構造、機能が同一な部分は同一
の符号を付した。 【0017】液晶分子17のねじれ方向10とねじれ角
αは、上側電極基板11のラビング方向6と下側電極基
板12のラビング方向7及びネマチック液晶に添加され
る旋光性物質の種類と量によって規定される。 【0018】ねじれ角αは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、26
0度が上限であり、また下限はコントラストによって制
限され、200度が限界である。 【0019】また、上側の偏光板15の吸収軸(あるい
は偏光軸)8と上側電極基板11のラビング方向6との
なす角β1 及び下側の偏光板16の吸収軸(あるいは偏
光軸)9と下側電極基板12のラビング方向7とのなす
角β2 はコントラスト,明るさ及び色等を考慮すると、
それぞれ20度から70度の範囲に設定することが好ま
しく、さらに30度から60度の範囲に設定することが
より好ましい。 【0020】また、本発明にな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,明るさ,色の点
から0.8μm≦Δn・d≦1.2μmの条件を満足す
ると良好な結果を示し、0.9μm≦Δn・d≦1.1
μm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°C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Δ
n・dの値は若干変化する。 【0021】ここで本発明にな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。 【0022】図3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及び角度、偏
光板の偏光軸(あるいは吸収軸)の関係を示し、液晶表
示素子を上側から見た図である。 【0023】使用した液晶はビフェニール系液晶とエス
テルシクロヘキサン(ECH)系液晶を主成分とするネ
マチック液晶で、旋光性物質としてメルク社の 【0024】 【化1】 【0025】を0.7重量%添加したものである。この
混合液晶のΔnは0.123である。図3において、上
側及び下側電極基板のラビング方向6,7は220度の
角度で交差し、旋光性物質S811によって、ねじれ方
向は10,ねじれ角αは220度となる。 【0026】上側の偏光板の吸収軸8と下側の偏光板の
吸収軸9が、ラビング方向6,7となす角β1 ,β2
いずれも45度である。 【0027】次に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、
色及び明るさを観察した。その結果を表2に示す。 【0028】この結果からΔn・dが1μm近傍で明る
さ及び色ともに表示素子として問題のないレベルである
ことが分かった。Δn・dの更に詳細な検討から、図3
の関係がある場合はΔn・dが0.7μmから1.2μ
mの範囲においては実用上問題ないことが分かった。 【0029】 【表2】 【0030】次にΔn・d=0.98μmの液晶セルの
時分割駆動特性を測定した結果を表3に示す。表1に示
した従来の液晶表示素子に比較して、γ,Δφ,mいず
れもが著しく改良されていることが分かる。 【0031】 【表3】 【0032】図3では偏光板の軸として吸収軸を使った
が、偏光軸を使用してもほとんど同様の結果が得られ
た。また実施例ではビフェニール系と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持つネマ
チッ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。特にフェニルシクロヘキサン(PCH)系の混合
液晶を用いると応答特性の点で有利である。なお、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、図4に示す如く時計回りのねじれ方向の場
合も全く同じ作用効果が得られることは勿論である。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所定の角度ずらせる方向は、液晶の
らせん構造のねじれ方向あるいはその反対方向のいずれ
でも同等の作用効果が得られる。 【0033】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図1,図3及び図4の如く保てば
種類を限定するものではないことは言うまでもない。 【0034】 【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来全く不可能であった高時分割駆動特性および高品質の
表示特性を持つ液晶表示素子が得られる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明になる液晶表示素子の液晶分子の配列方
向、液晶分子のねじれ方向及び偏光板の軸の方向の関係
を示した説明図である。 【図2】本発明になる液晶表示素子の液晶分子の配列方
向、液晶分子のねじれ方向及び偏光板の軸の方向の関係
を示す斜視図である。 【図3】本発明の第1の実施例の液晶表示素子の液晶分
子の配列方向、液晶分子のねじれ方向及び偏光板の軸の
方向の関係を示した説明図である。 【図4】本発明の第2の実施例における液晶分子の配列
方向、液晶分子のねじれ方向及び偏光板の軸の方向の関
係を示した説明図である。 【図5】時分割駆動特性の定義に用いられる液晶表示素
子の電圧輝度特性を示す説明図である。 【図6】時分割駆動特性の測定方向を定義する説明図で
ある。 【図7】時分割駆動を説明する図である。 【符号の説明】 1・・・液晶表示素子、2,6・・・上側電極基板のラ
ビング方向、3,7・・・下側電極基板のラビング方
向、4,10・・・液晶分子のねじれ方向、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、17・・・液晶分
子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.液晶層を介して相互に対向配置される上側電極基板
    と下側電極基板と、上記上側電極基板の外側に配置され
    た上偏光板と、上記下側電極基板の外側に配置された下
    偏光板とから構成される液晶表示素子であって、 上記上側電極基板の上記液晶層側に形成されたストライ
    プ状の走査電極と上記下側電極基板の上記液晶層側に形
    成されたストライプ状の信号電極とは交差するように対
    応配置され、100以上の時分割数の時分割駆動により
    繰り返し線順次走査される上記走査電極が選択のための
    表示信号が印加された時に、表示内容に応じた表示信号
    が該当する信号電極に印加されるようにし、 上記液晶層の液晶は正の誘電異方性を有し、フェニルシ
    クロヘキサン(PCH)系の液晶を混合し、所定の旋光
    性物質が添加されたネマチック液晶であり、かつ、その
    厚さ方向に200〜260度ねじれた螺旋構造を形成し
    ており、更に、上記液晶の上記上側電極基板界面の液晶
    分子配列及び上記下側電極基板界面の液晶分子配列は全
    てラビング配向処理によって規定され、 上記上偏光板の偏光軸あるいは吸収軸の方向と該上偏光
    板に隣接する上記上側電極基板界面の液晶分子配列方向
    とがなす角度を20〜70度の範囲とし、 かつ、上記下偏光板の偏光軸あるいは吸収軸の方向が該
    下偏光板に隣接する上記下側電極基板界面の液晶分子配
    列方向からずれる角度を、上記上偏光板の偏光軸あるい
    は吸収軸の方向が該上偏光板に隣接する上記上側電極基
    板界面の液晶分子配列方向となす角度の方向と平面的に
    みて同一方向に20〜70度の範囲とし、 上記液晶層の厚みd(μm)と上記液晶の屈折率異方性
    Δnとの積Δn・dが0.7〜1.2μmの範囲にある
    ことを特徴とする液晶表示素子。 2.前記上偏光板の偏光軸あるいは吸収軸の方向と該上
    偏光板に隣接する前記上側電極基板界面の液晶分子配列
    方向との角度を30〜60度の範囲内でずらし、かつ、
    前記下偏光板の偏光軸あるいは吸収軸の方向と該下変更
    板に隣接する前記下側電極基板界面の液晶分子配列方向
    との角度を30〜60度の範囲内でずらしたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項に記載の液晶表示素子。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0131216A2 (de) * 1983-07-12 1985-01-16 BBC Brown Boveri AG Flüssigkristallanzeige
JPS61210324A (ja) * 1985-03-15 1986-09-18 Hitachi Ltd 液晶表示素子

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0131216A2 (de) * 1983-07-12 1985-01-16 BBC Brown Boveri AG Flüssigkristallanzeige
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