JPH1114980A - 液晶表示素子 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温環境下でも光漏れや不要な着色のない信
頼性の高いＥＣＢモード液晶表示素子の光学補償技術を
提供することを課題とする。 【解決手段】 本発明による、液晶の複屈折を電圧によ
り制御するＥＣＢモード液晶表示素子においては、電極
を表面に形成し所定間隔で互いに対向配置された一対の
基板と前記一対の基板間に配置される液晶層とを有し該
液晶層の複屈折を前記電極への印加電圧により制御する
駆動液晶セルを備え、さらに、互いに対向配置されたガ
ラス基板と該ガラス基板間で水平配向した液晶分子が左
ねじ方向にカイラル性を持った液晶を挟持した左ねじれ
セルと、互いに対向配置されたガラス基板と該ガラス基
板間で水平配向した液晶分子が右ねじ方向にカイラル性
を持った液晶を挟持した右ねじれセルとを有し、前記駆
動セルと前記左ねじれセルと前記右ねじれセルとが積層
配置されていることを特徴とする。
頼性の高いＥＣＢモード液晶表示素子の光学補償技術を
提供することを課題とする。 【解決手段】 本発明による、液晶の複屈折を電圧によ
り制御するＥＣＢモード液晶表示素子においては、電極
を表面に形成し所定間隔で互いに対向配置された一対の
基板と前記一対の基板間に配置される液晶層とを有し該
液晶層の複屈折を前記電極への印加電圧により制御する
駆動液晶セルを備え、さらに、互いに対向配置されたガ
ラス基板と該ガラス基板間で水平配向した液晶分子が左
ねじ方向にカイラル性を持った液晶を挟持した左ねじれ
セルと、互いに対向配置されたガラス基板と該ガラス基
板間で水平配向した液晶分子が右ねじ方向にカイラル性
を持った液晶を挟持した右ねじれセルとを有し、前記駆
動セルと前記左ねじれセルと前記右ねじれセルとが積層
配置されていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に関し、
特に光学的補償部材を使用して表示品質を向上する液晶
表示素子の改良技術に関する。
特に光学的補償部材を使用して表示品質を向上する液晶
表示素子の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】２枚の偏光板間にあり、ホメオトロピッ
ク配列の液晶によるＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃ
ｅ）モードの液晶表示素子は、急峻なしきい特性を有す
るために、マトリックス方式の時分割駆動で、高デュー
ティ駆動が可能である。しかし、表示画面の正面以外の
斜め方向からの光については、寄生的な複屈折が生じる
ため、電圧無印加時にも光透過があり、コントラスト比
が正面方向に比べ極端に低下するという問題を有してい
た。
ク配列の液晶によるＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃ
ｅ）モードの液晶表示素子は、急峻なしきい特性を有す
るために、マトリックス方式の時分割駆動で、高デュー
ティ駆動が可能である。しかし、表示画面の正面以外の
斜め方向からの光については、寄生的な複屈折が生じる
ため、電圧無印加時にも光透過があり、コントラスト比
が正面方向に比べ極端に低下するという問題を有してい
た。
【０００３】この問題の解決のために、図４で示すよう
なＥＣＢモード液晶セルに光学補償板を組み合わせるこ
とにより、光学的補正を施すことが提案されている。図
４において、１０はＥＣＢモードの液晶セルであり、正
の屈折率異方性と負の誘電異方性をもつネマティック液
晶を用い、液晶を電極が形成されたガラス基板面に対し
てほぼ垂直に配列させたものである。２枚の互いに直交
ニコル配置の直線偏光板１２、１３でＥＣＢモード液晶
セル１０を挟持する。電圧を印加しない場合には黒表示
となり、電圧の印加により光透過状態となり明表示とな
る。
なＥＣＢモード液晶セルに光学補償板を組み合わせるこ
とにより、光学的補正を施すことが提案されている。図
４において、１０はＥＣＢモードの液晶セルであり、正
の屈折率異方性と負の誘電異方性をもつネマティック液
晶を用い、液晶を電極が形成されたガラス基板面に対し
てほぼ垂直に配列させたものである。２枚の互いに直交
ニコル配置の直線偏光板１２、１３でＥＣＢモード液晶
セル１０を挟持する。電圧を印加しない場合には黒表示
となり、電圧の印加により光透過状態となり明表示とな
る。
【０００４】この液晶セル１０と一方の直線偏光板１３
との間に図４の１５で示す負の異方性の屈折率楕円体を
持った光学補償板１１が挿入される。液晶セル１０の持
つ正の異方性の屈折率楕円体１４と、光学補償板１１の
持つ負の異方性の屈折率楕円体１５との合成されたもの
が光学的に等方性になるため、この光学補償板は視角補
償として機能する。ここで、異常光屈折率をｎe 、常光
屈折率をｎo としている。
との間に図４の１５で示す負の異方性の屈折率楕円体を
持った光学補償板１１が挿入される。液晶セル１０の持
つ正の異方性の屈折率楕円体１４と、光学補償板１１の
持つ負の異方性の屈折率楕円体１５との合成されたもの
が光学的に等方性になるため、この光学補償板は視角補
償として機能する。ここで、異常光屈折率をｎe 、常光
屈折率をｎo としている。
【０００５】このような性質を有する光学補償板として
は、下記のような方法で製作されるものがある。
は、下記のような方法で製作されるものがある。
【０００６】（１）．無機層状化合物をポリマーなどに
混ぜたものをフィルム上にコーティングして得る方法
（特開平５−１９６８１９号、特開平６−８２７７７
号）。
混ぜたものをフィルム上にコーティングして得る方法
（特開平５−１９６８１９号、特開平６−８２７７７
号）。
【０００７】（２）．ディスコティック液晶をフィルム
上にコーティングして得る方法。
上にコーティングして得る方法。
【０００８】（３）．ポリカーボネートフィルムを二方
向に延伸することにより得る方法。
向に延伸することにより得る方法。
【０００９】（４）．二枚のガラス板間に、熱可塑性フ
ィルムを挟み、熱と圧力を用いるプロセスにより、製作
する方法（特公平７−６９５３６号）。
ィルムを挟み、熱と圧力を用いるプロセスにより、製作
する方法（特公平７−６９５３６号）。
【００１０】以上は、すべて負の一軸性フィルムを作成
している。
している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】図４で示す光学補償板
を用いた場合、理想的には液晶セル１０の持つ屈折率楕
円体１４と光学補償板１１の持つ屈折率楕円体１５との
合成されたものが光学的に等方性になって光学補償板１
１が視角補償として機能する。この場合、光学補償板１
１の持つ屈折率楕円体は負の一軸性もしくは負の二軸性
の屈折率楕円体を有する材料でなければならず、正の屈
折率楕円体のものを用いて補償することはできない。
を用いた場合、理想的には液晶セル１０の持つ屈折率楕
円体１４と光学補償板１１の持つ屈折率楕円体１５との
合成されたものが光学的に等方性になって光学補償板１
１が視角補償として機能する。この場合、光学補償板１
１の持つ屈折率楕円体は負の一軸性もしくは負の二軸性
の屈折率楕円体を有する材料でなければならず、正の屈
折率楕円体のものを用いて補償することはできない。
【００１２】上記の従来の光学補償板の内、（１）と
（２）のフィルムを用いた液晶表示素子の構造を図５を
参照して説明する。図５はセルとフィルムと偏光板とを
積層した構造の断面図である。液晶セル１０上に粘着剤
の層１６を介して光学補償フィルム１７が張りつけら
れ、更に、その上に偏光層としての偏光板１８が粘着剤
の層１９を介して貼り合わされる。
（２）のフィルムを用いた液晶表示素子の構造を図５を
参照して説明する。図５はセルとフィルムと偏光板とを
積層した構造の断面図である。液晶セル１０上に粘着剤
の層１６を介して光学補償フィルム１７が張りつけら
れ、更に、その上に偏光層としての偏光板１８が粘着剤
の層１９を介して貼り合わされる。
【００１３】この場合、偏光板１８と、光学補償フィル
ム１７の基材として一般に価格と性能とのバランスを考
慮してＴＡＣ（トリアセテートセルロース）を用いてい
る。すなわち、偏光板１８は偏光層１８ａをＴＡＣフィ
ルム１８ｂと１８ｃとでサンドイッチした構造である。
また、光学補償フィルム１７は、基材であるＴＡＣフィ
ルム１７ａの表面に負の一軸性フィルム層１７ｂをコー
ティングしたものである。
ム１７の基材として一般に価格と性能とのバランスを考
慮してＴＡＣ（トリアセテートセルロース）を用いてい
る。すなわち、偏光板１８は偏光層１８ａをＴＡＣフィ
ルム１８ｂと１８ｃとでサンドイッチした構造である。
また、光学補償フィルム１７は、基材であるＴＡＣフィ
ルム１７ａの表面に負の一軸性フィルム層１７ｂをコー
ティングしたものである。
【００１４】コーティングされている材質は、無機系の
層間化合物とポリビニールアルコール（ＰＶＡ）などの
有機系バインダーである。従って、このフィルムの複屈
折性の波長依存性は、無機系の層間化合物の特性を有す
る。一般に、無機化合物の屈折率の波長依存性は、どの
可視波長でもほとんど一定である。しかし、液晶は芳香
族などを含む有機化合物であるため、屈折率には大きな
波長依存性があることが知られている。一般に、常光屈
折率、異常光屈折率のいずれも短波長側で大きくなる傾
向がある。
層間化合物とポリビニールアルコール（ＰＶＡ）などの
有機系バインダーである。従って、このフィルムの複屈
折性の波長依存性は、無機系の層間化合物の特性を有す
る。一般に、無機化合物の屈折率の波長依存性は、どの
可視波長でもほとんど一定である。しかし、液晶は芳香
族などを含む有機化合物であるため、屈折率には大きな
波長依存性があることが知られている。一般に、常光屈
折率、異常光屈折率のいずれも短波長側で大きくなる傾
向がある。
【００１５】従って、無機系層間化合物を用いた補償板
に液晶のセルを組み合わせると、全可視波長に対して、
等価な光学補償を実現することは不可能である。本実施
例の場合、５５０ｎｍ付近の複屈折率を最適化すると、
斜めから見た場合、黄みを帯び、特にカラーディスプレ
ーでの青表示では色調が無彩色に近づいてしまうという
欠点を有している。
に液晶のセルを組み合わせると、全可視波長に対して、
等価な光学補償を実現することは不可能である。本実施
例の場合、５５０ｎｍ付近の複屈折率を最適化すると、
斜めから見た場合、黄みを帯び、特にカラーディスプレ
ーでの青表示では色調が無彩色に近づいてしまうという
欠点を有している。
【００１６】また、このＴＡＣフィルムは、６０℃以上
の雰囲気や高温高湿環境中に長時間放置されると、図６
に示す矢印方向に収縮が起こり、ＴＡＣフィルム本来の
光軸とは無関係に収縮応力により収縮方向に光学一軸性
が誘起される。なお、図６の（Ａ）は平面図で、図６の
（Ｂ）は図４と同様な断面図である。この収縮により生
じた別の一軸性は、フィルムの形状や大きさにも影響さ
れるが、図６で示したように、面内の各部分で収縮応力
の方向が異なる。このために、偏光板１８をどのように
貼り付けても、面内のどこかでは、一軸性の方向が偏光
板の透過／吸収軸に対して所定の角度関係にならない場
所が存在する。このため、光学補償板の効果が及ばなく
なり、この誘起された一軸性により複屈折を生じて光抜
けが発生する。
の雰囲気や高温高湿環境中に長時間放置されると、図６
に示す矢印方向に収縮が起こり、ＴＡＣフィルム本来の
光軸とは無関係に収縮応力により収縮方向に光学一軸性
が誘起される。なお、図６の（Ａ）は平面図で、図６の
（Ｂ）は図４と同様な断面図である。この収縮により生
じた別の一軸性は、フィルムの形状や大きさにも影響さ
れるが、図６で示したように、面内の各部分で収縮応力
の方向が異なる。このために、偏光板１８をどのように
貼り付けても、面内のどこかでは、一軸性の方向が偏光
板の透過／吸収軸に対して所定の角度関係にならない場
所が存在する。このため、光学補償板の効果が及ばなく
なり、この誘起された一軸性により複屈折を生じて光抜
けが発生する。
【００１７】本発明の目的は、正の屈折率楕円体を持つ
光学補償手段により全可視波長において視角特性の優れ
た液晶表示素子を提供することである。
光学補償手段により全可視波長において視角特性の優れ
た液晶表示素子を提供することである。
【００１８】本発明の他の目的は、６０℃以上の雰囲気
や高温高湿環境下でも表示性能の劣化が少ない液晶表示
素子を提供することである。
や高温高湿環境下でも表示性能の劣化が少ない液晶表示
素子を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示素
子は、電極を表面に形成し所定間隔で互いに対向配置さ
れた一対の基板と該基板間に配置される液晶層とを有し
て該液晶層の液晶の配列を電極への印加電圧により制御
する駆動液晶セルと、駆動液晶セルの外側に配置される
一対の偏光板と、駆動液晶セルと偏光板との間に配置さ
れる光学補償手段とを有しており、この光学補償手段
が、液晶分子が左ねじれ方向にカイラル性を持った左ね
じれ液晶層と、液晶分子が右ねじれ方向にカイラル性を
持った右ねじれ液晶層とを積層したものを含むことを特
徴とする。
子は、電極を表面に形成し所定間隔で互いに対向配置さ
れた一対の基板と該基板間に配置される液晶層とを有し
て該液晶層の液晶の配列を電極への印加電圧により制御
する駆動液晶セルと、駆動液晶セルの外側に配置される
一対の偏光板と、駆動液晶セルと偏光板との間に配置さ
れる光学補償手段とを有しており、この光学補償手段
が、液晶分子が左ねじれ方向にカイラル性を持った左ね
じれ液晶層と、液晶分子が右ねじれ方向にカイラル性を
持った右ねじれ液晶層とを積層したものを含むことを特
徴とする。
【００２０】左ねじれセルと右ねじれセルとの対が光学
補償部として作用し、この光学補償部の合成屈折率楕円
体が駆動セルの屈折率楕円体の光学的異方性を補償す
る。また、左ねじれセルと右ねじれセルの旋光性は互い
にキャンセルされる。
補償部として作用し、この光学補償部の合成屈折率楕円
体が駆動セルの屈折率楕円体の光学的異方性を補償す
る。また、左ねじれセルと右ねじれセルの旋光性は互い
にキャンセルされる。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施例による、
垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子の構造を模式的に
示したものである。この実施例では、駆動セル部１と、
光学補償部２と、直交ニコル配置の直線偏光板１２、１
３とで液晶表示装置が構成される。
垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子の構造を模式的に
示したものである。この実施例では、駆動セル部１と、
光学補償部２と、直交ニコル配置の直線偏光板１２、１
３とで液晶表示装置が構成される。
【００２２】駆動セル部１は、ガラス基板２０、２１に
電極が設けられ、信号源２２から電極へ印加される電気
信号により駆動される、垂直配向のＥＣＢモード液晶セ
ルである。この駆動セルの光学補償（視角補償）を行う
ための光学補償部２は、水平配向の左ねじれ液晶セル
（以下、左ねじれセルと称する）３と、水平配向の右ね
じれ液晶セル（以下、右ねじれセルと称する）４とを図
示のように積層する。両ねじれセル３、４には、正の屈
折率楕円体を有する液晶分子が所定のねじれ構造を持つ
ように収容されている。
電極が設けられ、信号源２２から電極へ印加される電気
信号により駆動される、垂直配向のＥＣＢモード液晶セ
ルである。この駆動セルの光学補償（視角補償）を行う
ための光学補償部２は、水平配向の左ねじれ液晶セル
（以下、左ねじれセルと称する）３と、水平配向の右ね
じれ液晶セル（以下、右ねじれセルと称する）４とを図
示のように積層する。両ねじれセル３、４には、正の屈
折率楕円体を有する液晶分子が所定のねじれ構造を持つ
ように収容されている。
【００２３】なお、垂直配向の場合を説明するが、液晶
分子の配向方向は基準法線に対してプレチルト（通常数
度以下の角度）を有していてもよい。すなわち、液晶分
子は基板表面に対して垂直ないし準垂直の配向をする。
プレチルトを有していても、その角度は小さいため、以
下の解析はほぼ同様に成立する。
分子の配向方向は基準法線に対してプレチルト（通常数
度以下の角度）を有していてもよい。すなわち、液晶分
子は基板表面に対して垂直ないし準垂直の配向をする。
プレチルトを有していても、その角度は小さいため、以
下の解析はほぼ同様に成立する。
【００２４】左ねじれセル３は、電極を形成しないガラ
ス基板２３、２４で左ねじ方向にカイラル性を持った液
晶を挟持し、正の屈折率楕円体の液晶分子が水平配向し
た非駆動（固定）セルである。同様に、右ねじれセル４
は、電極を形成しないガラス基板２５、２６で右ねじ方
向にカイラル性を持った液晶を挟持し、正の屈折率楕円
体の液晶分子が水平配向した非駆動（固定）セルであ
る。なお、ガラス基板の代わりに他の透明基板を用いる
ことも可能である。
ス基板２３、２４で左ねじ方向にカイラル性を持った液
晶を挟持し、正の屈折率楕円体の液晶分子が水平配向し
た非駆動（固定）セルである。同様に、右ねじれセル４
は、電極を形成しないガラス基板２５、２６で右ねじ方
向にカイラル性を持った液晶を挟持し、正の屈折率楕円
体の液晶分子が水平配向した非駆動（固定）セルであ
る。なお、ガラス基板の代わりに他の透明基板を用いる
ことも可能である。
【００２５】なお、各セルのパラメータを表１のように
定義する。ここで、液晶セルのセル厚をｄとし、液晶の
固有のカイラルピッチをｐとする。
定義する。ここで、液晶セルのセル厚をｄとし、液晶の
固有のカイラルピッチをｐとする。
【００２６】
【表１】
【００２７】本発明の実施例では、以下の条件を満たす
場合に発明の効果が得られる。
場合に発明の効果が得られる。
【００２８】
【数５】Δｎh ・ｄh ≒Δｎr ・ｄr ＝Δｎl ・ｄl ｄr ／ｐr ＝ｄl ／ｐl ＞０．５
【００２９】但し、セル条件ｄ／ｐが１以下である場
合、従来の光学補償フィルムと同等の視角補償性能は得
られず、特定の角度で補償が不完全となる。
合、従来の光学補償フィルムと同等の視角補償性能は得
られず、特定の角度で補償が不完全となる。
【００３０】セル３、４の液晶層に使用している液晶分
子は正の屈折率楕円体を有し、液晶分子は水平配向して
いる。液晶自身の持つ異常光屈折率をｎe 、常光屈折率
をｎ o とすると、ｎe ＞ｎo である。従って、充分にツ
イストした右および左ねじれセルでは、それぞれのセル
の屈折率分布は、面内方向については全方位に対して
（ｎe ＋ｎo ）／２となり、厚み方向に対してはｎo と
なる。従って、各ねじれセルは負の屈折率楕円体を有す
る。
子は正の屈折率楕円体を有し、液晶分子は水平配向して
いる。液晶自身の持つ異常光屈折率をｎe 、常光屈折率
をｎ o とすると、ｎe ＞ｎo である。従って、充分にツ
イストした右および左ねじれセルでは、それぞれのセル
の屈折率分布は、面内方向については全方位に対して
（ｎe ＋ｎo ）／２となり、厚み方向に対してはｎo と
なる。従って、各ねじれセルは負の屈折率楕円体を有す
る。
【００３１】駆動セル１に面内方向に正の屈折率異方性
を有する物質を配列した場合には、駆動セルの液晶分子
の光学特性を補償することはできないが、駆動セル１が
面垂直方向に正の屈折率楕円体を持つ時、ねじれセルは
光学的補償を行うことができる。
を有する物質を配列した場合には、駆動セルの液晶分子
の光学特性を補償することはできないが、駆動セル１が
面垂直方向に正の屈折率楕円体を持つ時、ねじれセルは
光学的補償を行うことができる。
【００３２】前記した実施例の駆動セル１に、水平配向
した上記右ねじれセルあるいは左ねじれセルのいずれか
一方だけを光学補償部として組み合わせることにより、
光学補償をすることもできないことはない。
した上記右ねじれセルあるいは左ねじれセルのいずれか
一方だけを光学補償部として組み合わせることにより、
光学補償をすることもできないことはない。
【００３３】しかし、そのような右ねじれあるいは左ね
じれセルのいずれか一方の補償セルだけを組み合わせた
場合には、補償セルがねじれを有しているので旋光性を
示すことになり光透過が発生して、特に表示面を斜め方
向から観察した場合には着色を生じることになり、良好
な光学補償が難しい。
じれセルのいずれか一方の補償セルだけを組み合わせた
場合には、補償セルがねじれを有しているので旋光性を
示すことになり光透過が発生して、特に表示面を斜め方
向から観察した場合には着色を生じることになり、良好
な光学補償が難しい。
【００３４】着色を解消するために、光が液晶層を通る
際に捩光や選択散乱の生じない条件となるようにするこ
とも理論上は可能と思われるが、そのためには、少なく
とも液晶のねじれピッチを光の波長よりも短くする必要
がある。可視光線の波長は、およそ４００〜７００ｎｍ
であるので、４ミクロンの液晶層厚み（ｄ）でこれを実
現しようとする場合には、ｄ／ｐを１０より大とするこ
とになる。
際に捩光や選択散乱の生じない条件となるようにするこ
とも理論上は可能と思われるが、そのためには、少なく
とも液晶のねじれピッチを光の波長よりも短くする必要
がある。可視光線の波長は、およそ４００〜７００ｎｍ
であるので、４ミクロンの液晶層厚み（ｄ）でこれを実
現しようとする場合には、ｄ／ｐを１０より大とするこ
とになる。
【００３５】ｄ／ｐの値が１〜１０程度の場合には、液
晶のねじれピッチが光の波長に対して充分に短くなって
いない。そこで、光学補償板と液晶セルにより形成した
ねじれセルでは、一方の偏光板を通った直線偏光がねじ
れセルに入り、ねじれセルのねじれにより円偏光もしく
は楕円偏光を生じるため、他方の偏光板をどのように配
置してもプレティルトと屈折率異方性の波長依存性に基
づく着色を消すことができず、かかる液晶表示素子を駆
動してもコントラストが良いものは得にくい。
晶のねじれピッチが光の波長に対して充分に短くなって
いない。そこで、光学補償板と液晶セルにより形成した
ねじれセルでは、一方の偏光板を通った直線偏光がねじ
れセルに入り、ねじれセルのねじれにより円偏光もしく
は楕円偏光を生じるため、他方の偏光板をどのように配
置してもプレティルトと屈折率異方性の波長依存性に基
づく着色を消すことができず、かかる液晶表示素子を駆
動してもコントラストが良いものは得にくい。
【００３６】ｄ／ｐの値を１０程度より大とした場合に
は、液晶のねじれピッチが光の波長よりも短くなるので
理論的には着色の問題を解消できる。しかしながら、ｄ
／ｐの値を大きくしてねじれ回数を多くすればする程、
液晶セルを精度よく均一なセル有るに制御するために用
いているスペーサ等をきっかけにしてねじれ回数の異な
るドメインが発生し易くなり、光学的に不連続な線が視
認される表示不良の液晶セルとなることが多い。発明者
による実験の結果では、ｄ／ｐの値を１０以上とした場
合では安定して均一な表示素子を得ることは困難であっ
た。
は、液晶のねじれピッチが光の波長よりも短くなるので
理論的には着色の問題を解消できる。しかしながら、ｄ
／ｐの値を大きくしてねじれ回数を多くすればする程、
液晶セルを精度よく均一なセル有るに制御するために用
いているスペーサ等をきっかけにしてねじれ回数の異な
るドメインが発生し易くなり、光学的に不連続な線が視
認される表示不良の液晶セルとなることが多い。発明者
による実験の結果では、ｄ／ｐの値を１０以上とした場
合では安定して均一な表示素子を得ることは困難であっ
た。
【００３７】また、ｄ／ｐの値を１、２、３（整数値）
程度とすると、補償セルの屈折率楕円体の分布が各方位
から均等になり、駆動セルを補償できる条件とはなる
が、現実には良好な結果が得られなかった。これは、補
償セルの液晶分布が界面に対してチルト角を有し、また
補償セルの中央付近では界面のチルト角より大きなチル
ト角を有し、この影響で補償セルの旋光性が消失しない
ために、直交ニコル配置の直線偏光板対でセルを挟持し
た場合、表示面の正面方向からの観察で、強い光透過が
生じたものと思われる。
程度とすると、補償セルの屈折率楕円体の分布が各方位
から均等になり、駆動セルを補償できる条件とはなる
が、現実には良好な結果が得られなかった。これは、補
償セルの液晶分布が界面に対してチルト角を有し、また
補償セルの中央付近では界面のチルト角より大きなチル
ト角を有し、この影響で補償セルの旋光性が消失しない
ために、直交ニコル配置の直線偏光板対でセルを挟持し
た場合、表示面の正面方向からの観察で、強い光透過が
生じたものと思われる。
【００３８】図１で示した本発明の第１の実施例では、
同等性能の左ねじれセル３と右ねじれセル４とを一対と
して光学補償部２を構成したことにより、補償セルの旋
光性を打ち消して、残った本来の一軸性光学媒体の特性
を有効に利用する。
同等性能の左ねじれセル３と右ねじれセル４とを一対と
して光学補償部２を構成したことにより、補償セルの旋
光性を打ち消して、残った本来の一軸性光学媒体の特性
を有効に利用する。
【００３９】上記数式１の条件下において、右ねじれ及
び左ねじれセルのｄ／ｐの値を変えて実験した結果、次
のような結果を得た。
び左ねじれセルのｄ／ｐの値を変えて実験した結果、次
のような結果を得た。
【００４０】（１）．ｄ／ｐの値が０．５以上でかつ１
以下の場合には、駆動セル１への補償性能は完全に充分
とはいえないものの、特定の方位の視角補償を行うこと
ができる。
以下の場合には、駆動セル１への補償性能は完全に充分
とはいえないものの、特定の方位の視角補償を行うこと
ができる。
【００４１】（２）．ｄ／ｐの値が１〜２の場合には、
ある特定の方向で着色が生じる。方位によって補償性能
が異なるのは、２枚の補償セルを組み合わせて使用する
場合、右ねじれ及び左ねじれセルの水平配向している正
の屈折率楕円体の合成により得られる屈折率楕円体が、
一軸性のものではなく二軸性の屈折率楕円体のように機
能するために、方位の違いによる補償機能の差が生じる
ものと思われる。つまり、波長依存性があり複屈折率が
ある。
ある特定の方向で着色が生じる。方位によって補償性能
が異なるのは、２枚の補償セルを組み合わせて使用する
場合、右ねじれ及び左ねじれセルの水平配向している正
の屈折率楕円体の合成により得られる屈折率楕円体が、
一軸性のものではなく二軸性の屈折率楕円体のように機
能するために、方位の違いによる補償機能の差が生じる
ものと思われる。つまり、波長依存性があり複屈折率が
ある。
【００４２】（３）．ｄ／ｐの値を２より大きくする
と、ほぼ良好な補償性能が得られ、３以上だとほぼ完全
な補償性能が得られる。ｄ／ｐの値が大きくなると合成
して得られる屈折率楕円体がより一軸性的なものとなる
からと思われる。
と、ほぼ良好な補償性能が得られ、３以上だとほぼ完全
な補償性能が得られる。ｄ／ｐの値が大きくなると合成
して得られる屈折率楕円体がより一軸性的なものとなる
からと思われる。
【００４３】但し、ｄ／ｐの値が６以上の領域になる
と、液晶セルの一対のガラス基板の間隔を一定に保つス
ペーサなどを起点として、シュリーレン組織の発生が観
察され始め、特にｄ／ｐの値が１０以上だとドメインと
なりやすくなるため、均一な補償セルが得られにくくな
る。よって、実際の使用を考慮すると、大面積で均一な
補償を得るためには、ｄ／ｐの値が１０よりも大きくす
ると良好な光学補償セルとはならない。
と、液晶セルの一対のガラス基板の間隔を一定に保つス
ペーサなどを起点として、シュリーレン組織の発生が観
察され始め、特にｄ／ｐの値が１０以上だとドメインと
なりやすくなるため、均一な補償セルが得られにくくな
る。よって、実際の使用を考慮すると、大面積で均一な
補償を得るためには、ｄ／ｐの値が１０よりも大きくす
ると良好な光学補償セルとはならない。
【００４４】以上に説明した本発明の第１の実施例で
は、光学補償セルとして左ねじれセル３と右ねじれセル
の各々を一対のガラス基板で挟持された水平配向の液晶
層からなるセルで構成したが、液晶フィルムを用いるこ
ともできる。
は、光学補償セルとして左ねじれセル３と右ねじれセル
の各々を一対のガラス基板で挟持された水平配向の液晶
層からなるセルで構成したが、液晶フィルムを用いるこ
ともできる。
【００４５】図２と図３とを参照して、本発明の第２の
実施例を以下に説明する。光学補償セルとして右ねじれ
液晶層を設けたフィルムと左ねじれ液晶層を設けたフィ
ルムを積層したものを駆動セル１と組み合わせて第１の
実施例と同様な効果を得ることができる。
実施例を以下に説明する。光学補償セルとして右ねじれ
液晶層を設けたフィルムと左ねじれ液晶層を設けたフィ
ルムを積層したものを駆動セル１と組み合わせて第１の
実施例と同様な効果を得ることができる。
【００４６】図２は、例えば日本石油株式会社製の日石
ＬＣフィルム（登録商標）の構造を示す斜視図である。
ＬＣフィルムは、透明フィルム基板３０の上に図示のよ
うに液晶分子のねじれピッチを所望の値に調整して配向
制御された液晶３１からなる液晶性高分子層３２をコー
ティングして形成したものである。
ＬＣフィルム（登録商標）の構造を示す斜視図である。
ＬＣフィルムは、透明フィルム基板３０の上に図示のよ
うに液晶分子のねじれピッチを所望の値に調整して配向
制御された液晶３１からなる液晶性高分子層３２をコー
ティングして形成したものである。
【００４７】図３に示す第２の実施例の液晶表示素子で
は、所定のｄ／ｐ値に調整した左ねじれ液晶性高分子層
をコーティングしたフィルム４１と、所定のｄ／ｐ値に
調整した右ねじれ液晶性高分子層をコーティングしたフ
ィルム４２とを積層したものを光学補償部４０とし、こ
れを図１の第１実施例と同じ駆動セル部１と組み合わせ
て垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子を構成してい
る。ここで、一方の偏光板１３は光学補償部４０の一方
の面と接着材により接着してもよい。
は、所定のｄ／ｐ値に調整した左ねじれ液晶性高分子層
をコーティングしたフィルム４１と、所定のｄ／ｐ値に
調整した右ねじれ液晶性高分子層をコーティングしたフ
ィルム４２とを積層したものを光学補償部４０とし、こ
れを図１の第１実施例と同じ駆動セル部１と組み合わせ
て垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子を構成してい
る。ここで、一方の偏光板１３は光学補償部４０の一方
の面と接着材により接着してもよい。
【００４８】なお、高温環境下での使用の場合における
フィルムの収縮の問題を考慮すると、液晶セルの表面に
貼り付けるフイルム層はなるべく少ない方がよいので、
液晶高分子層３２を駆動液晶セル１のガラス基板２１の
外側表面に直接形成してもよい。この実施例においても
第１の実施例と同様に、補償セルのｄ／ｐ値を２以上と
なるようにすると良好な補償性能が得られる。
フィルムの収縮の問題を考慮すると、液晶セルの表面に
貼り付けるフイルム層はなるべく少ない方がよいので、
液晶高分子層３２を駆動液晶セル１のガラス基板２１の
外側表面に直接形成してもよい。この実施例においても
第１の実施例と同様に、補償セルのｄ／ｐ値を２以上と
なるようにすると良好な補償性能が得られる。
【００４９】液晶性高分子フィルムを使用する場合、第
１の実施例のようなｄ／ｐ値を１０以上としたときにド
メインが発生するという問題は生じない。したがって、
ｄ／ｐ値を大きくした右または左ねじれのいずれか一方
の液晶性高分子層による光学補償部とすることも考えら
れる。但し、安定したねじれ角を有する液晶性高分子層
を作製するためにはｄ／ｐ値をある程度小さくすること
が望ましい。現実的にはｄ／ｐ値を４程度以上とすると
ねじれの中心軸がずれたりして安定して製造することが
難しくなってくる傾向にある。よって、安定して左ねじ
れと右ねじれの液晶性高分子層を積層形成するためには
２≦ｄ／ｐ≦４とすることが良い。
１の実施例のようなｄ／ｐ値を１０以上としたときにド
メインが発生するという問題は生じない。したがって、
ｄ／ｐ値を大きくした右または左ねじれのいずれか一方
の液晶性高分子層による光学補償部とすることも考えら
れる。但し、安定したねじれ角を有する液晶性高分子層
を作製するためにはｄ／ｐ値をある程度小さくすること
が望ましい。現実的にはｄ／ｐ値を４程度以上とすると
ねじれの中心軸がずれたりして安定して製造することが
難しくなってくる傾向にある。よって、安定して左ねじ
れと右ねじれの液晶性高分子層を積層形成するためには
２≦ｄ／ｐ≦４とすることが良い。
【００５０】以上説明した第１と第２の実施例は、いず
れも垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子を例に説明し
たが、本発明はＴＮ（ツイストネマティック）型液晶表
示素子に対しても適用できる。
れも垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子を例に説明し
たが、本発明はＴＮ（ツイストネマティック）型液晶表
示素子に対しても適用できる。
【００５１】ＴＮ型液晶表示素子は、９０°のツイスト
角を得るためにｄ／ｐ値を０．２５となるようにしてい
る。この場合には、配向軸方向と偏光板の透過軸または
吸収軸の方向を合わせて消光するようにしている。液晶
分子はプレティルトを有しており、また正の誘電率異方
性を持つネマティック液晶も屈折率異方性の波長依存性
があるものである。たとえば、液晶セルのねじれがピッ
チが光の波長よりも大きくなると円偏光若しくは楕円偏
光を生じることになる。よって、このモードの液晶表示
素子においても、表示面の斜め方向からの観察の場合に
は着色の問題が発生する。
角を得るためにｄ／ｐ値を０．２５となるようにしてい
る。この場合には、配向軸方向と偏光板の透過軸または
吸収軸の方向を合わせて消光するようにしている。液晶
分子はプレティルトを有しており、また正の誘電率異方
性を持つネマティック液晶も屈折率異方性の波長依存性
があるものである。たとえば、液晶セルのねじれがピッ
チが光の波長よりも大きくなると円偏光若しくは楕円偏
光を生じることになる。よって、このモードの液晶表示
素子においても、表示面の斜め方向からの観察の場合に
は着色の問題が発生する。
【００５２】そこで、先の実施例に説明した場合と同様
に右ねじれの液晶層と左ねじれの液晶層とを有する光学
補償手段を組み合わせることで着色の問題を解消でき
る。
に右ねじれの液晶層と左ねじれの液晶層とを有する光学
補償手段を組み合わせることで着色の問題を解消でき
る。
【００５３】特に、ホモジニアス配列のＴＮ型液晶表示
素子において、電圧無印加時に透過状態の表示となるノ
ーマリーホワイトとし、高いコントラストを得るために
充分な電圧を液晶に印加して電圧印加部分の液晶分子配
列が殆どホメオトロピック配列のようになるように駆動
する場合には、液晶分子が厚み方向に整列した状態とな
りＥＣＢモードの液晶表示素子を用いた場合と同様な問
題が発生することになる。
素子において、電圧無印加時に透過状態の表示となるノ
ーマリーホワイトとし、高いコントラストを得るために
充分な電圧を液晶に印加して電圧印加部分の液晶分子配
列が殆どホメオトロピック配列のようになるように駆動
する場合には、液晶分子が厚み方向に整列した状態とな
りＥＣＢモードの液晶表示素子を用いた場合と同様な問
題が発生することになる。
【００５４】従って、このような場合には、右ねじれの
液晶層と左ねじれの液晶層とを有する光学補償手段を組
み合わせて電圧印加部分の液晶層の視角依存性を低減し
て広い視角を実現し、着色のない高いコントラストの表
示素子を得ることができる。
液晶層と左ねじれの液晶層とを有する光学補償手段を組
み合わせて電圧印加部分の液晶層の視角依存性を低減し
て広い視角を実現し、着色のない高いコントラストの表
示素子を得ることができる。
【００５５】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者
に自明であろう。
【００５６】
【発明の効果】駆動セルの光学補償を左ねじれ液晶層と
右ねじれ液晶層を組み合わせた液晶セルで行うので、液
晶層全体としての屈折率異方性を駆動セルの補償に合わ
せたものとすることができる。
右ねじれ液晶層を組み合わせた液晶セルで行うので、液
晶層全体としての屈折率異方性を駆動セルの補償に合わ
せたものとすることができる。
【００５７】表示面の斜めから見たときの着色を抑制す
ることができる。これにより、色純度の高いカラーディ
スプレイが実現できる。
ることができる。これにより、色純度の高いカラーディ
スプレイが実現できる。
【００５８】光学補償板を基板で挟持した液晶セルで構
成することにより、または液晶フィルムで構成すること
により従来のＴＡＣフィルムで構成した場合に比べ、高
温環境下での収縮により発生する一軸性が表れず、その
ための光漏れが生じない。従って、液晶材料を適宜選定
することにより、１００℃を越えるような環境や高温高
湿環境下でも光学補償性能を損なうことなく機能する信
頼性の高い表示素子が実現できる。例えば、自動車に搭
載する表示素子として最適なものが得られる。
成することにより、または液晶フィルムで構成すること
により従来のＴＡＣフィルムで構成した場合に比べ、高
温環境下での収縮により発生する一軸性が表れず、その
ための光漏れが生じない。従って、液晶材料を適宜選定
することにより、１００℃を越えるような環境や高温高
湿環境下でも光学補償性能を損なうことなく機能する信
頼性の高い表示素子が実現できる。例えば、自動車に搭
載する表示素子として最適なものが得られる。
【図１】本発明の実施例による光学補償をした垂直配向
型ＥＣＢモード液晶表示素子の構成を示す模式図であ
る。
型ＥＣＢモード液晶表示素子の構成を示す模式図であ
る。
【図２】液晶性高分子層のフィルムの構造を説明する概
念図である。
念図である。
【図３】液晶性高分子層を光学補償手段として組み合わ
せた垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子の構成を示す
模式図である。
せた垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子の構成を示す
模式図である。
【図４】従来の技術による光学補償フィルムを使用した
垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子の構成を示す模式
図である。
垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子の構成を示す模式
図である。
【図５】従来の技術による光学補償フィルムを形成した
垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子の部分断面図であ
る。
垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子の部分断面図であ
る。
【図６】従来の技術による光学補償フィルムを形成した
垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子が熱による収縮を
受けた場合を説明するための図である。
垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子が熱による収縮を
受けた場合を説明するための図である。
１ 駆動セル ２、４０ 光学補償部 ３ 左ねじれセル ４ 右ねじれセル １２、１３ 偏光板 ２０、２１、２３、２４、２５、２６ ガラス基板 ２２ 信号源 ３０ 透明フィルム基板 ３１ 液晶性高分子 ３２ 液晶性高分子層 ４１ 左ねじれ液晶性高分子層 ４２ 右ねじれ液晶性高分子層
Claims (9)
- 【請求項１】 電極を表面に形成し、所定間隔で互いに
対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に配置
される液晶層とを有し、該液晶層の液晶の配列を前記電
極への印加電圧により制御する駆動液晶セルと、 前記駆動液晶セルの外側に配置される一対の偏光板と、 前記駆動液晶セルと前記偏光板との間に配置される光学
補償手段とを有する液晶表示素子であって、 前記光学補償手段は、液晶分子が左ねじれ方向にカイラ
ル性を持った左ねじれ液晶層と、液晶分子が右ねじれ方
向にカイラル性を持った右ねじれ液晶層とを積層したも
のを含むことを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項２】 前記右ねじれ液晶層のカイラルピッチと
厚みをｐr とｄr とし、前記左ねじれ液晶層のカイラル
ピッチと厚みをｐl とｄl としたときに、 【数１】ｄr ／ｐr ＝ｄl ／ｐl であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示素子。 - 【請求項３】 前記駆動液晶セルと、前記左ねじれ液晶
層と、前記右ねじれ液晶層の屈折率異方性の値をそれぞ
れΔｎh 、Δｎl 、Δｎr とし、前記駆動液晶セルセル
厚の値をｄh としたときに、 【数２】Δｎh ・ｄh ≒Δｎr ・ｄr ＝Δｎl ・ｄl ｄr ／ｐr ＝ｄl ／ｐl ＞０．５ の条件を満たすことを特徴とする請求項２記載の液晶表
示素子。 - 【請求項４】 前記左ねじれ及び右ねじれ液晶層のカイ
ラルピッチと厚みの値とが 【数３】ｄr ／ｐr ＝ｄl ／ｐl ＞３ であることを特徴とする請求項３記載の液晶表示素子。 - 【請求項５】 前記左ねじれ及び右ねじれ液晶層のカイ
ラルピッチと厚みの値とが 【数４】ｄr ／ｐr ＝ｄl ／ｐl ＜１０ であることを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子。 - 【請求項６】 前記駆動液晶セルの前記液晶層は、電圧
が印加されてない状態で液晶分子が基板面に対して垂直
及び準垂直に配向しているＥＣＢモード液晶セルである
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の液晶
表示素子。 - 【請求項７】 前記駆動液晶セルの液晶層は負の誘電率
異方性を持つネマティック液晶材料を含むことを特徴と
する請求項６記載の液晶表示素子。 - 【請求項８】 前記光学補償手段が対向配置された一対
のガラス基板と、前記ガラス基板間に配置される液晶体
の層を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか
記載の液晶表示素子。 - 【請求項９】 前記光学補償手段が高分子液晶層を含む
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか記載の液晶
表示素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9163142A JPH1114980A (ja) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | 液晶表示素子 |
| US09/085,655 US6188455B1 (en) | 1997-06-19 | 1998-05-28 | Liquid crystal display with two optical compensation units |
| DE69840117T DE69840117D1 (de) | 1997-06-19 | 1998-06-10 | Flüssigkristallanzeigevorrichtung |
| EP98110706A EP0886170B1 (en) | 1997-06-19 | 1998-06-10 | Liquid crystal display device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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- 1998-06-10 EP EP98110706A patent/EP0886170B1/en not_active Expired - Lifetime
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| A02 | Decision of refusal |
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