JPS61256324A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 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製液晶表示素子に関するものである
。

〔発明の背景〕

従来の液晶表示素子のツィ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率異方性
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おった（特公昭５レ−１
３６６６号会報）。

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、
液晶に接する表面會布などで一方向にこする方法、いわ
ゆるラピング法によってなされる。このときのこする方
向、即ちラピ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
のラピング方向が互にほぼ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シ
接着し、その間隙に正の誘電異方性をもつ九ネマチック
液晶を封入すると、液晶分子はその電極基板間でほぼ９
０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％４９．を表わす量
の定義について簡単に説明する。

第１図は従来の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
ものであ夛、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Ｏチにしている。一般には
、相対輝度が９０％となる電圧をしきい値Ｖｔｈ、１０
ｑ６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チ以上あれば画素は
十分間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、以下本明細誉
においては、相対輝度が、９０ｑ６．５０チになる電圧
をそれぞれ、しきい値電圧ｖｔｈ　、飽和電圧Ｖｓａｔ
とする。

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。ここで視角角度φの定義を第２図によっ
て説明する。図において、液晶表示素子１の上側電極基
板１１のラピング方向を２、下側電極基板１２のラピン
グ方向を３とし、液晶分子のねじれ角ｔ−４とする。ま
次液晶表示素子１の表面に直交座標ＸＹ軸をとシ、Ｘ軸
方向を液晶分子のねじれ角４ｅ２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Ｘ２面内にあることとする。また、第２
図に示された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。

第１図において、角度φ＝１０度の輝度が９０俤になる
電圧をｖｔｈ、、５０チになる電圧全Ｖｓａｔ１とし、
角度φ＝４０度の輝度が９０優になる電圧ｆ　Ｖｔｈ！
とじたとき、立ち上がり特性ｒ、角度特性△φ及び時分
割能ｍを次式のように定義する。

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△ｎ、上下電極基板間間隙（液晶層厚）ｔｌ−
ｄとした場合へｎｏｄに依存しておシ、Δｎｏｄが大き
い場合（例えば０．８μｍ以上）Ｋはｒが良く（小さく
）、Δφが悪い（小さい）。一方、Δｎｏｄが小さい場
合（例えば０．８μｍ以下）にはγが悪く（大きり〕、
△φが良い（大きい）。しかし、時分割能ｍで比較した
場合には、Δｎｏｄの小さい方が良い。以上の具体的な
例を表１に示す。

表　　　１ −　今　− ここで時分割駆動について、ドツ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。第３図に示すように
下側電極基板１２にストライブ状のＹ［極（信号電極）
１３を、上側電極基板！！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ｔ　Ｘｔ　、　Ｘｓ　、・・・・・・・・・・ｘ
ｎ、ｘ、、ｘ、・・・・・・川・Ｘｎと繰シ返し線順次
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、その電他上のすべての画素に１信号電極１３
であるＹ！、　Ｙ！・・・・・・・・・・Ｙｍよす１表
示すべき信号に従い選択また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。　　　　
　　　　　　　　　　　　　　１従来の液晶表示素子で
は、表！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ｈは６４が実用的には限界
でおった。

しかし、近年、液晶表示素子の画質の改讐と表示情報量
増大に対する要求が厳しくなってお勺、これでは要求仕
様を満足できない状況に到っている。

〔発明の目的〕

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３２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。

〔発明の概要〕

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１６０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）１−１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し、かつ上下基板の２
ピング方向と液晶に添加する旋光性物質により視野方向
を規定することを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

次に、図面を用いて本発明の実施例全詳細に説明する。

第４図は本発明になる液晶表示素子音上側から見た場合
の液晶分子の配列方向（例えばラピング方向）、液晶分
子のねじれ方向、偏光板の吸収軸（あるｂは偏光軸）方
向を示している。第５図はそれらの関係を示す斜視図で
ある。第２図と構造、機能が同一な部分は同一の符号を
付した。

液晶分子１７のねじれ方向ｌＯとねじれ角αは、上側電
極基板１１のラピング方向６と下側電極基板１２のラピ
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。

第５図に示した液晶分子のねじれ方向は左ネジの方向（
右旋性）であり、このねじれ方向を誘起する旋光性物質
としてはコレステリルノナノエー）、ＢＤＨ社のＣ１０
，メルク社の８８１１．チッソ（株）のＣＭ−１４等が
ある。′ｓ５図の逆の右ネジ（左旋性）のねじれ方向を
誘起する旋光性物質としてはメルク社の８１０８２．Ｂ
ＤＨ社のＣＢ−１５，チッソ（株）のＣＭ−２０等があ
る。添加する旋光性物質の濃度は誘起されるらせんのピ
ッチ１ｆｔＦ、液晶層の厚さｌｄとして、ｄ／Ｐの値が
およそ０．２５から０．８０の範囲となるように選択す
ればよい。

本発明になる液晶表示素子のコントラストの最大となる
方向（視野方向）は、上下電極基板のラピング方向と、
液晶分子のねじれ方向によって定まる。第６図は本発明
の液晶表示素子の視野方向を説明する図である。図の直
交座標軸、ｘ、ｙ、ｚはＸＹ面を液晶表示素子の表示面
上にとシ、表示面に立てた法線方向を２軸、上下電極基
板のラピング方向を示すベクトル６．７の合成方向をＹ
軸となるように定めである。Ｘ２面内の矢印１８は観察
方向を表わす、観察方向１８とＺ軸のなす角度をθとし
、θの符号は観察方向１８が第６図のようにＹ軸の＋側
にある場合を正、観察方向１８がＹ軸の一側にある場合
を負とする。この様な構成において、本発明の液晶表示
素子の視野方向は、液晶分子のねじれ方向が左ネジ（右
旋性）のときθが正となる方向にあり、液晶分子のねじ
れ方向が右ネジ（左旋性）のときθが負となる方向にあ
る。

実際の液晶表示素子の設計にあたっては、前記の視野方
向がそれを用いた表示装置が通常の使用時に目視される
方向（目視方向）とほぼ−紋させることが必要である。

本発明になる液晶表示素子のねじれ角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、２６０度が上限であｐ。

また下限はコント２ストによって制限され、１６０度が
限界である。

上側の偏光板１５の吸収軸（あるいは偏光軸）８と下側
の偏光板Ｉ６の吸収軸（あるいは偏光軸）９とのなす角
β１線コントラスト、明るさ２色等を考慮すると０度か
ら３０度の範囲が好ましい、ｔ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！！のラピ
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２ピング
方向７とのなす角β８はコントラスト、明るさ及び色等
を考慮すると、それぞれ３０度から６０度の範囲に設定
することが好ましい。

また、本発明になる液晶表示素子は顕著なα・ｄ依存性
を示し、コントラスト、明るさ１色の点から０．８μｍ
≦Δｎ−ｄ≦１．２μｍ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△ｎの値は、Ｈｅ−
Ｎｅレーザ光（波長６３２８Ｘ）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Δｎｏｄの値は若干変化する。

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。

第７図はその構造、即ち電極基板の２ピング方向、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。

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１９８１１’！ｒｏ、
５重量％添加したものでおる。この混合液晶のΔｎはＯ
】２３である。

第７図において、上側及び下側電極基板のラピング方向
６．７は互に平行であり、旋光性物質８８１１によって
、ねじれ方向は１０．ねじれ角αは１８０度となる。

上側の偏光板の吸収軸８と下側の偏光板の吸収軸９は互
に平行であり（βｓ　”　０度）、ラピング方向６，７
となす角β１．β１はいずれも４５度である。

なお、上側電極基板１１のラピング方向６、下側電極基
板１２のラピング方向７、および液晶分子Ｉ７のらせん
構造の関係を、第７図の実施例の場合を例にとって説明
する。電極基板をラピング処理すると、一般に第８図に
示すようにラピング方向に沿って傾斜方向の異なる２つ
の微小傾斜がほぼ周期的に繰シ返したものが形成される
。したがってらせん構造を形成する液晶分子が電極基板
間でほぼ平行に配列されるためには上下基板の２ピング
処理の方向を第８図に示す如くほぼ一致させることか、
表示画質を良好なものにする。

本実施例において、第７図の矢印１９の方向が視野方向
となる。

次に以上のようなセル構造で、液晶層の厚さｄを変えて
、Δｎｅｄを変化させた液晶セルを作ヤ、色及び明るさ
を観察した。その結果を表２に示す。

この結果から△ｎｅｄが１５ｍ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、第７図の関係があ
る間合はΔｎ−ｄが０．７μｍから１．２μｍの範囲に
おいては実用上問題ないことが分かった。

−　■　２− 次に△ｎ−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、ｒ、Δφ２ｍいずれもが著しく
改良されていることが分かる。

表　　３ なお８７図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。な
お、以上の例では、らせん構造のねじれ方向を左ネジの
方向として説明したが、第９図に示す如く右ネジのねじ
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
でめる。

〔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】

第１図は時分割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、第２図は時分割駆動特性の
測定方向を定義する説明図、第３図は時分割駆動を説明
する図、第４図、第５図。 第６図及び第７図は本発明になる液晶表示素子の液晶分
子の配列方向、液晶のねじれ方向及び偏光板の軸の方向
の関係の一実施例を示した説明図、第８図はラピング方
向と液晶分子の配列′ｔ−説明する図、第９図は本発明
の他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。 １・・・・液晶表示素子、２，６・・・・上側電極基板
のラピング方向、３．７・・・・下側電極基板の２ピン
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、１８・・・・観察方向、１９・・・・視
野方向。 Ｃ％）Ｉ／ホ％擲屏 第５罹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 正の誘電異方性を有し、旋光性物質が添加されたネマチ
   ツク液晶が、対向配置された上下一対の電極基板間に挾
   持され、その厚さ方向に１６０度から２６０度の範囲内
   のねじれたらせん構造を形成し、このらせん構造を挾ん
   で設けた一対の偏光板が、偏光軸あるいは吸収軸を、隣
   接する電極基板のラピング方向と３０度から６０度の範
   囲内値だけずらして配置され、かつ上下電極基板のラピ
   ング方向と前記旋光性物質の誘起するらせん方向で決ま
   る視野方向を目視方向とほぼ一致させたことを特徴とす
   る液晶表示素子。