JPH1068940A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、背景が無彩色で明るく、高コント
ラスト、広視野角の液晶表示素子を安価に提供すること
を目的としている。 【解決手段】 本発明は、第１の基板１' と第２の基板
１との間に液晶組成物が保持され、捩れ配向に基づく複
屈折効果により表示する液晶セル５を有する液晶表示素
子に係り、第１の基板１' と第１の偏光板４との間に、
第１の基板１' 側に第１の光学軸を持ち第１の偏光板４
側に第２の光学軸を持つ光学遅延板１１を配置してな
り、第１および第２の光学軸がなす角度のうち鋭角を光
学遅延板の間の捩じれ角とした時、第２の光学軸から第
１の光学軸への捩じれ方向が、不所望な複屈折効果を消
滅させるよう第１の基板１' から第２の基板１への捩れ
配向の方向と同方向に設定されて成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示素子に係
り、特に背景色を無彩色化した液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、動作モードによりＴＮ
型，ＤＳ型，ＧＨ型，ＤＡＰ型および熱書き込み型等が
あり、なかでも電卓および計測機器等の表示素子として
は、ＴＮ型の液晶表示素子が多く用いられている。

【０００３】ところで、近年、ワードプロセッサ、パー
ソナル・コンピュータ等において表示容量の増大化や表
示面積の大型化の要求が高まるにつれ、ＴＮ型の液晶表
示素子では、コントラスト不足や視角範囲の狭さ等の問
題が出てきているために、新しい動作モードによる液晶
表示素子の開発が急がれていた。

【０００４】このような要求に応える液晶表示素子とし
て、例えば特開昭60-10702号公報に記載されているＳＢ
Ｅ（スーパーツイステッド・バイアフリジェンス・エフ
ェクト）型の複屈折率制御型の液晶表示素子が注目され
ている。このＳＢＥ型の液晶表示素子の構成としては、
少なくとも片面側に透明電極が形成された２枚の透明基
板を対向させ、周囲を封着してセルとし、このセル内に
ネマテック液晶を入れる。対向基板間の距離は、３〜12
μm 程度であり、ネマテック液晶としてはシクロヘキサ
ン系，エステル系，ビフェニール系およびピリミジン系
液晶等が使われている。ネマテック液晶の中にはカイラ
ル剤が添加され、液晶分子の分子軸が180 〜360 °の角
度に一対の基板間で捩られている。また液晶分子は、基
板上の配向膜により、その分子軸が基板平面に対し５°
より大きい傾斜のチルト角θを有している。そして、液
晶セルのリタデーションＲ＝△ｎ・ｄ・ｃｏｓ２θは、
0.6 〜1.4 μm である。

【０００５】また、分子軸の捩れが270 °のＳＢＥ型液
晶表示素子では、好ましくは基板の外側の前面と背面に
偏光板を配しており、前面偏光板の透過軸が前面基板の
分子配向方向に対して右回りに約30°、背面偏光板の透
過軸が背面基板の配向方向に対して左回りに約30°ある
いは右回りに約60°である場合が最もよい構成とされて
いる。このうち前者の構成は非選択状態で明るい黄色の
表示、選択状態で黒の表示が得られ（イエローモー
ド）、後者の構成は非選択状態で深い青色の表示が得ら
れ、選択状態で透過となる（ブルーモード）。

【０００６】このような構成をしたＳＢＥ型液晶表示素
子では、電圧に対する透過光の変化が急峻であり、多桁
のマルチプレックス駆動をした場合においても、高コン
トラストで視野角も広い。

【０００７】一方、ラビング技術によりブレチルト角を
小さくした液晶表示素子の一例として、液晶の捩れ角を
100 〜200 °とするいわゆるＳＴ（スーパーツイスト）
型液晶表示素子が知られている（SID86DIGET、p122）。

【０００８】また、他の例として特開昭60-73525号公報
には、リタデーションＲが0.5 〜0.8 μm で、液晶分子
の捩れ角が270 °のセルに対し前後の偏光板の光軸がほ
ぼ90°とされ、かつ偏光板の光軸がディレクタを２分す
る方向が良いとされた液晶表示素子が示されている。

【０００９】さて、このような液晶表示素子では、いづ
れも背景色は無彩色ではなく色付きがある。このため、
黄色の背景に黒の表示、あるいは青色の背景に白の表示
であり、観察者の視感により視認性評価が異なり、人に
よってはその背景色により視認性（コントラスト等）が
低下していると評価する者もいる。また、ＳＴ型および
ＳＢＥ型液晶表示素子は、ともに複屈折率性を利用して
いるため、透明基板間の間隔の違いにより色むらが発生
しやすく、視野角方向からの色変化や温度が変化したと
きの色変化が大きかった。

【００１０】また、ＴＮ型液晶表示素子では、カラーフ
ィルタを配設することによりカラー化が容易であるのに
対し、ＳＢＥ型液晶表示素子では背景色に色付きがある
ためカラー化が不可能であった。

【００１１】この点を改良した例としてＯＭＩ型液晶表
示素子が知られている（Appl. Phys. Lett. 50(5)1987
p.236 ）。すなわち、液晶の捩れ角が180 °、リタデー
ション△ｎ・ｄ・ｃｏｓ２θの値が0.5 〜0.6 μm 、偏
光板はその一方の透過軸がラビング軸と平行とされ、２
枚の偏光板の吸収軸の角度は90°とされている。

【００１２】しかし、このＯＭＩ型液晶表示素子では、
液晶の捩れ角が180 °であるため、電圧に対する透過光
の変化はあまり急峻でなく、駆動デューティ（duty）比
を小さくすると、コントラスト不足，視角の狭さ，背景
の暗さ等の問題があった。

【００１３】このような背景の暗さやコントラスト不足
を解消するものとして特開昭57-46227号公報，特開昭57
-96315号公報，特開昭57-125919 号公報に２枚の液晶セ
ルを重ね、その両側に偏光板を置き、白黒表示とした液
晶表示素子が提案され、またこれをＳＢＥ方式のＬＣＤ
で応用した例がＪＪＡＰ（26,NOV.11.L17787(1987)）に
記載されている。

【００１４】これらの特徴は、２枚の液晶セルにおいて
互いのツィスト方向を逆方向とし、それぞれの液晶セル
のリタデーションがほぼ等しくしておくものである。

【００１５】即ち、図６に示すように、偏光板３を通過
した直線偏光103 は、第１の液晶セル５を通過すること
により楕円偏光101'となる。この楕円偏光は、第１の液
晶セル５とツイスト角が逆でほぼ等しく、またリタデー
ションもほぼ等しい第２の液晶セル６を通過することに
より、直線偏光102'となり、第２の偏光板４を通過し、
人間の目に感知される。

【００１６】ここで重要なのは、第１の液晶セル５と第
２の液晶セル６とに光学的に相補な性質を持たせてある
ことである。これにより、第１の液晶セル５を通過後の
楕円の形状の波長依存性は、第２の液晶セル６による楕
円の形状の波長依存性と相補的となる。この結果、第
１，第２の液晶セル５，６の透過光は波長依存性がな
く、色づきのない無彩色表示が得られる。このことは、
可視領域のすべての光が表示に使え、明るい表示が得ら
れるということも示す。

【００１７】このとき、第１の液晶セル５と第２の液晶
セル６とが光学的に相補的になることが必要であるの
で、それぞれの液晶セルのリタデーションが、例えば±
0.05μm 以内でほぼ同じであることが必要である。

【００１８】なお、第１の液晶セル５の基板１，１’に
電極を形成し、通常のドットマトリクス形液晶表示素子
と同様に駆動を行い、一方第２の液晶セル６の基板２，
２’には電極を形成せずに液晶を駆動しないで、単に楕
円形状の補正用として用いる。

【００１９】このようにして、２層セル方式のＳＴ型液
晶表示素子は白黒表示で、かつ桁数を増すことができる
という長所を持つが、視野角がＳＢＥ型やＯＭＩ型に比
べ狭く、また２枚の液晶セルの歩留り等を含めると２枚
の液晶セルを使うことは大変高価になる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、捩れ角
が180 °以上のいわゆるＳＴ型液晶表示素子やＳＢＥ型
液晶表示素子では背景に色付きがあり、また背景に色付
きがない無彩色のＯＭＩ型液晶表示素子場合においては
高コントラストで背景が明るい液晶表示素子を得ること
ができなかった。

【００２１】またＳＴ型液晶セルを２枚使った液晶表示
素子は背景に色付きのない白黒表示で高コントラストで
あるが高価であった。

【００２２】本発明は、上記従来の問題点を解決しよう
とするものでは、複屈折効果に基づき表示を行なう液晶
表示素子に係り、背景が無彩色で明るく、高コントラス
ト、広視野角の液晶表示素子を安価に提供することを目
的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、互いに対向設置された第１、第２の基板と、第１の
基板と第２の基板との間に液晶組成物が保持され、捩れ
配向に基づく複屈折効果により表示する液晶セルと、液
晶セルの両側に配置された第１、第２の偏光板とを有す
る液晶表示素子において、第１の偏光板と前記第２の偏
光板とは液晶組成物に電圧が印加された状態で透過率が
最大となるよう配置され、且つ第１の基板と第１の偏光
板との間に、第１の基板側に第１の光学軸を持ち前記第
１の偏光板側に第２の光学軸を持つ光学遅延板を配置し
てなり、第１および第２の光学軸がなす角度のうち鋭角
を光学遅延板の間の捩じれ角とした時、第２の光学軸か
ら第１の光学軸への捩じれ方向が、不所望な複屈折効果
を消滅させるよう第１の基板から第２の基板への捩れ配
向の方向と同方向に設定されて成ることを特徴とする液
晶表示素子である。

【００２４】本発明の液晶表示素子の作用を説明する。
図５は、従来の技術の複屈折効果により表示を行う、例
えばＳＢＥ型液晶表示素子やＳＴ型液晶表示素子の表示
原理を説明する図である。（基板１，１’とその間に挟
持された液晶組成物とからなる）液晶セル５の前後に偏
光板３，４が配設されている。偏光板３を通った直線偏
光103 は液晶セル５を通過することにより一般に楕円偏
光101'となる。液晶セル５を通過した楕円偏光は、所定
の角度に置かれた偏光板４を通過し、人間の目に感知さ
れる。このときの楕円の形状は、液晶セル５における液
晶分子の捩れ角であるツイスト角ψ、リタデーションＲ
＝△ｎ・ｄ・ｃｏｓ２θおよび波長入によって決まる。
ここで、△ｎは液晶セル５中の液晶組成物の複屈折率，
ｄはセル厚（基板間隔），θはチルト角である。

【００２５】一般に、透過率は波長により変化し、透過
光に色づきがある。液晶セルに電界を印加し、液晶分子
の配向を変えることにより、複屈折率△ｎは実効的に変
化し、これによりリタデーションＲが変化し、透過率が
変り、このことを用いて表示を行なう。

【００２６】前述の２層方式はこのような液晶セルを互
いに光学的に相補な性質を持たせた２枚のセルを用いた
ことを基本構成としている。

【００２７】さて、本発明は、１枚の液晶セルの片側に
２枚の光学遅延板を配置させた構成であり、その作用を
図２を用いて説明する。偏光板３を通過した直線偏光10
3 は、液晶セル５を通過することにより楕円偏光101'と
なる。液晶セルの上側に光学遅延板10，11を置き、楕円
偏光101'を直線偏光102'にし、偏光板４を介して人間の
目に感知される。このとき重要なのは、液晶セル５を通
過した楕円偏光101'を直線偏光、また直線偏光に近い偏
光102'に変換することである。

【００２８】本発明者等の検討によれば、光学遅延板を
２枚積層した構造が良好であった。なお、光学遅延板を
１枚だけ用いた場合には、偏光102'が完全に直線偏光で
はなく多少楕円であり、黒レベルが完全に黒とならず灰
色で、多少コントラストが劣る。

【００２９】また、積層数を３枚以上とすると偏光102'
は直線偏光に近くなり、コントラストが非常に高く視認
状態も良好であるが、光学遅延板を３枚以上用いること
は、液晶表示素子を高価にする。

【００３０】また２枚の積層構造としたときは、任意に
２枚の光学遅延板を配置しただけでは上記の作用を得る
ことができず、第１および第２の光学遅延板の光学軸が
なす角のうち鋭角を光学遅延板の間の捩れ角とした時、
第２の光学遅延板の光学軸から第１の光学遅延板の光学
軸への捩れ方向が、第１の基板から第２の基板への液晶
分子の捩れ方向と同方向とすることにより、上記の効果
が得られ、高コントラストの白黒表示が得られた。ま
た、逆方向とすると表示色に色付きが認められた。

【００３１】なお、電圧に対して液晶分子の配向角が急
激に変化するように、ツイスト角は大きい方が好く、18
0 °から270 °の間が望ましい。

【００３２】

【発明の実施の形態】

＜実施例１＞以下、本発明に係る液晶表示素子の実施例
を第１図および第４図を用いて詳細に説明する。

【００３３】図３は本発明の液晶表示素子の断面図を示
す。透明電極７，７’とポリイミドからなる配向膜８，
８’が形成された基板１，１’とがほぼ平行に設置され
ており、この間には液晶組成物９が封入されており、そ
の周囲はエポキシ接着剤からなるシール剤12で封止固定
されており、液晶セル５となっている。この液晶セル５
において、液晶分子は基板１の配向方向ｒ，基板１’の
配向方向ｒ’によって左回りにツイスト角ψ＝240 °で
捩れ配向しており、チルト角θは1.5 度であり、セル厚
（基板間隔）ｄは6.6 μm である。

【００３４】液晶セル５には液晶組成物として、ZLI371
1 （メルク社製）に左回りのカイラル剤としてS-811
（Ｅ．メルク社製）をｄ／ｐｔ（ｄ：基板間隔，ｐｔ：
ピッチ）が約0.6 になる様に添加したものを用いた。液
晶組成物の複屈折率△ｎ１は0.1045であったので、リタ
デーションＲ＝△ｎ・ｄ・ｃｏｓ２θは約0.69μm であ
った。

【００３５】一方、延伸ポリビニルアルコールからなる
厚さ約0.5 μm の第１の光学遅延板10の延伸方向が水平
方向よりＡ１＝48度となるように配置し、その上に第２
の光学遅延板11の延伸方向が水平方向よりＡ２＝５度に
配置した。またこのときの第１の光学遅延板10のリタデ
ーション値Ｒは0.365 μm 、第２の光学遅延板11のリタ
デーションＲは0.365 μm であり、また偏光板の角度は
Ｐ１＝68度、Ｐ２＝-40 度であった。この時、第２の光
学遅延板11から第１の光学遅延板10への光軸のなす鋭角
の捩れ方向は43度左回りであった。

【００３６】この実施例において、液晶セル５に電圧を
印加し、液晶を点灯，非点灯させたときの透過率の波長
依存性を図４に示す。同図から分る様に非点灯時、点灯
時の透過率とも、ほぼ波形に関係なく平坦で無彩色表示
ができ非点灯時には黒，点灯時には白の表示でいわゆる
ノーマリブラック・モードであった。また、この液晶セ
ルを1/200 デューティでマルチプレクス駆動したときの
コントラストは14：１と高く、また視野角も広かった。

【００３７】＜実施例２＞実施例１において、液晶セル
に下記に示すように第１と第２の光学遅延板と、第１と
第２の偏光板とを配置した。

【００３８】第１の光学遅延板10は延伸方向が水平方向
よりＡ１＝27度となるように配置し、その上に第２の光
学遅延板11の延伸方向が水平方向よりＡ２＝-22 度に配
置した。またこのときの第１の光学遅延板10のリタデー
ション値Ｒは0.400 μm 、第２の光学遅延板11のリタデ
ーション値Ｒは0.400 μm であり、また偏光板の角度は
Ｐ１＝47度，Ｐ２＝-64 度であった。この時、第２の光
学遅延板11から第１の光学遅延板10への光軸のなす鋭角
の捩れ方向は49度左回りであった。

【００３９】表示は、ノーマリブラック・モードであ
り、実施例１と同様に駆動した時、コントラストが約1
2：１と高く、また視野角も広い表示が得られた。

【００４０】＜参考例＞実施例１の液晶セルに、リタデ
ーションの値が0.299 μm の第１の光学遅延板を延伸方
向が水平方向よりＡ１＝45度に設置し、その上にリタデ
ーションの値が0.394 μm の第２の光学遅延板を延伸方
向が水平方向よりＡ２＝５度に設置し、また第１および
第２の偏光板を吸収軸がＰ１＝69°，Ｐ２＝-23 °に設
置した。

【００４１】この時、第２の光学遅延板11から第１の光
学遅延板10への光軸のなす鋭角の捩れ方向は40度左回り
であった。

【００４２】このときは、実施例―１とネガ・ポジが反
転し、非点灯時は白、点灯時は黒の表示で、いわゆるノ
ーマリホワイト・モードであり、コントラストは約11：
１、また視野角も広い表示が得られた。

【００４３】＜比較例＞実施例１において、第１の光学
遅延板10は延伸方向が水平方向よりＡ１＝６度となるよ
うに配置し、その上に第２の光学遅延板11の延伸方向が
水平方向よりＡ２＝48度に配置した。このとき２枚の光
学遅延板の光学軸のなす鋭角の捩れ方向は42度右回りで
あった。

【００４４】実施例１と同様に駆動した時の波長依存性
を図７に示すように、背景色に黄色の色付きが認められ
た。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば、背景が無彩色で明る
く、高コントラスト、広視野角の液晶表示素子を安価に
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例の液晶表示素子におけ
る配向方向、偏光板の吸収軸の方向および光学遅延板の
光軸方向の関係を示す図である。

【図２】図２は本発明の液晶表示素子の作用を説明する
図である。

【図３】図３は本発明の一実施例の液晶表示素子の断面
図である。

【図４】図４は本発明の液晶表示素子の透過率の波長依
存性を示す図である。

【図５】図５は従来例の液晶表示素子の作用を説明する
図である。

【図６】図６は従来例の液晶表示素子の作用を説明する
図である。

【図７】図７は比較例の液晶表示素子の透過率の波長依
存性を示す図である。

【符号の説明】

１、１' …基板 ３…第１の偏光板 ４…第２の偏光板 ５…液晶セル １０…第１の光学遅延板 １１…第２の光学遅延板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 進 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 村山 昭夫 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 松本 正一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向設置された第１、第２の基板
   と、前記第１の基板と第２の基板との間に液晶組成物が
   保持され、捩れ配向に基づく複屈折効果により表示する
   液晶セルと、前記液晶セルの両側に配置された第１、第
   ２の偏光板とを有する液晶表示素子において、前記第１
   の偏光板と前記第２の偏光板とは前記液晶組成物に電圧
   が印加された状態で透過率が最大となるよう配置され、
   且つ前記第１の基板と前記第１の偏光板との間に、第１
   の基板側に第１の光学軸を持ち前記第１の偏光板側に第
   ２の光学軸を持つ光学遅延板を配置してなり、 前記第１および第２の光学軸がなす角度のうち鋭角を光
   学遅延板の間の捩じれ角とした時、第２の光学軸から第
   １の光学軸への捩じれ方向が、不所望な前記複屈折効果
   を消滅させるよう前記第１の基板から前記第２の基板へ
   の前記捩れ配向の方向と同方向に設定されて成ることを
   特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記第１および第２の基板間の距離は３
   〜１２μm に設定されてなることを特徴とする請求項１
   記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記液晶組成物は１８０〜３６０゜の角
   度で捩れ配向されることを特徴とする請求項１記載の液
   晶表示素子。