JPS63274925A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、パーソナルコンピューター、ワードプロセッ
サー、データ端末機などの表示端末に用いられる液晶表
示素子に関するものである。

［従来の技術］ 従来、両電極間の液晶分子のツイスト角を大きくして、
鋭い電圧−透過率変化を起し、高密度のドツトマトリク
ス表示をする方法として、スーパーツイスト素子　（Ｔ
、　Ｊ、　５ｃｈｅｆｆｅｒａｎｄ　　Ｎｅｈｒｉｎｇ
、　　　Ａｐｐｌ、、　　Ｐｈｙｓ、、　　Ｌｅｔｔ、
　　４５　　（１０）１０２１−＋０２３　（１９８４
）　）が知られていた。

しかし、この方法は用いられる液晶表示素子のΔｎ−ｄ
の値が実質的に０．８〜１．２μｍの間にあり（特開昭
６０−１０７２０号）、表示色として、黄緑色と暗青色
、青紫色と淡黄色等、特定の色相の組み合せでのみ、良
いコントラストが得られていた。

このようにこの液晶表示素子では白黒表示ができなかっ
たことにより、マイクロカラーフィルターと組み合せて
、マルチカラー又はフルカラー表示ができない欠点があ
った。

Ｉ発明の解決しようとする問題点】 本発明の目的は、従来技術が有していた前述の特有色を
有する欠点をを解消して、白黒に近い表示を実現すると
共に、微細なカラーフィルターをセル内部またはセル外
部に形成して、従来ＴＮ素子で実現されていた様な、モ
ノカラーまたはマルチカラー表示を実現しようとするも
のである。

［問題点を解決するための手段１ 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、透明電極が所定の形状に形成され、その表面には液
晶分子長軸が傾きを持って一定方向に配列する様に処理
された一対の透明電極基板間に光学活性物質を含有した
誘電異方性が正のネマチック液晶を封入し、両電極基板
をほぼ平行に接着するとともに、液晶を封入するための
周辺シール材、および両電極基板の外側に夫々少なくと
も１枚以上の偏光板を設置した液晶表示素子において電
圧無印加時における両電極間での液晶分子のツイスト角
が２４０度であり、かつ液晶の屈折率の異方性　（Δｎ
）と液晶層の厚み（ｄ）の積が、室温を含む使用温度範
囲において、０．５〜０．７μｍの間にあり、更に観察
者に対して手前側の電極表面上における液晶分子長軸の
配列方向と、隣接する偏光板の偏光軸もしくは吸収軸と
のなす角が、電極平面と平行な面を投影面とした場合に
、偏光軸もしくは吸収軸が液晶分子の配列方向から液晶
分子のねじれ方向とは逆の方向に４５度から６５度の角
度をなし、観察者に対して、向う側にある電極表面上に
おける液晶分子長軸と、隣接する偏光板の偏光軸もしく
は吸収軸とのなす角が、同様に液晶分子のねじれ方向と
は逆の方向に２５度から４５度の角度をなしている事を
特徴とする液晶表示素子を提供するものである。

本発明では液晶のツイスト角は約２４０°とされる。こ
れにより、比較的高いコントラスト比で、かつドメイン
の発生が少ない液晶表示素子が容易に得られる。このツ
イスト角は２４０°からずれると特性が低下するが、±
５°程度であれば、使用可能である。

本発明の光源を除く素子の電圧無印加時における液晶分
子軸、および偏光板の偏光軸もしくは吸収軸の相対位置
を第１図に示した。

第１図は本発明による液晶表示素子を上側から見た場合
の各構成要素の配置図である。

第１図において１．２は液晶セルの上下基板におけるラ
ビング方向、３．４はラビングにより配列した上下基板
近傍における液晶分子の配列方向、５．６は液晶セルの
上下に貼付ける偏光板の偏光軸方向もしくは吸収軸方向
を示し。

ψは液晶分子の上下基板間でのねじれ角であり、本発明
ではψ＝２４０°である。

この図においては、この液晶分子のねじれ方向を上（観
察者側）から見て、反時計方向とした例を示している。

この場合、上側の偏光板の偏光軸が、それに隣接する基
板における液晶分子の配列方向からずれている角度ａは
、液晶分子のねじれ方向とは逆方向である時計方向に４
５〜６５°回転したものとされる。

また、下側の偏光板の偏光軸が、それに隣接する基板に
おける液晶分子の配列方向からずれている角度βは、液
晶分子のねじれ方向とは逆方向である時計方向に２５〜
４５°回転したものとされる。

この偏光板の偏光軸、吸収軸は何れとされてもよいが、
上側の偏光板の回転角度を偏光軸に基づいて設定した時
には、下側の偏光板も偏光軸で設定することが好ましい
。また、逆に、吸収軸で設定した時には、両方の基板と
も吸収軸で設定することが好ましい。これにより、この
液晶表示素子は、ポジ型で白黒に近い色で表示できる。

即ち、具体的には、観察者に対して手前側の偏光板の偏
光軸を、これに隣接する電極表面上における液晶分子長
軸の配列方向から、液晶分子のねじれ方向とは逆の方向
に４５〜６５°の角度とした場合には、向う側にある偏
光板の偏光軸を、これに隣接する電極表面上における液
晶分子長軸の配列方向から、同様に液晶分子のねじれ方
向とは逆の方向に２５〜４５°の角度とするようにする
６ また、逆に、観察者に対して手前側の偏光板の吸収軸が
、これに隣接する電極表面上における液晶分子長軸の配
列方向から、液晶分子のねじれ方向とは逆の方向に４５
〜６５°の角度とした場合には、向う側にある偏光板の
吸収軸を、これに隣接する電極表面上における液晶分子
長軸の配列方向から、同様に液晶分子のねじれ方向とは
逆の方向に２５〜４５°の角度とするようにする。

これに対して、一方は偏光軸でこの傾きとし、他方は吸
収軸でこの傾きとした場合には、ネガ型の表示となるが
、白黒ではなく、茶色っぽい表示になってしまい表示品
位が低下するため、あまり好ましくない。

ここにおいてΔｎ−ｄは０．５０〜０．７０μｍが選ば
れている０表示コントラスト、明るさは、白色度を考慮
すると好ましくは０．５５〜０．６５μｍが選ばれる。

αは４５°〜６５″″の範囲にあり、ａが大きくなると
黄緑色が強くなりａが小さくなると、青色が強くなる。

一方βは２５°〜４５°の間にあり、βが大きいと青色
が強く、小さくなると黄緑色が強くなる。この状態での
透過率は１４〜３１％にありΔｎ−ｄが小さい領域では
表示が暗くなるので、光源を用いる事が望ましい。

一方この素子に電圧を印加すると、液晶分子のら層構造
がほどけて、液晶層の中央近傍にある液晶分子は、第１
図の紙面に対してほぼ垂直に配列し、表示色は暗青色か
ら黒色に見える色相に変化する。

本発明はこの二つの透過率の変化を利用して表示を行う
ものであり、ほぼ白と黒に見える色相変化が得られる。

使用する例としては、電極をストライブ状に、Ｘ−Ｙに
配置するマトリクス表示がある。

Δｎ−ｄ、α、βの組み合せによって、多少色を持つ組
み合せがあり、コントラスト、色相を考慮し必要に応じ
て、光源の発光強度分布、フィルターの色補正によって
、より白と黒に近づける事も有効である。更には、単色
のカラーフィルターや赤、緑、青の三原色の微細カラー
・フィルターをセル外部またはセル内面にＸ−Ｙの電極
の交点に合せて配置し、モノカラー、マルチカラー素子
とする事もできる。このカラーフィルターはセル内面に
形成することにより、視角によるズレな生じなく、より
精密なカラー表示が可能となる。

特に電圧印加時の黒化度を向上するために、より偏光度
の高い偏光板を用いる事は表示コントラストを向上する
うえで有効である。

【作用１ 本発明では、従来のスーパーツイスト素子が黄緑色と暗
青色、青紫色と淡黄色等特定の色相の組み合せでのみ良
好なコントラストを示したのに対し、液晶の屈折率異方
性（Δｎ）とセルギャップ（ｄ）との積を八〇−ｄを小
さくし、かつ偏光板の貼付方向を変えることにより、白
地の背景に黒色の表示を可能とするものである。

この理由は、電圧無印加状態では八〇−ｄが小さいため
、複屈折モードであるにもかかわらず波長分散が少ない
ため白色が得られる。一方電圧印加状態では、セル中央
付近の液晶分子がほぼ垂直に立つため複屈折性が消失し
、上下の偏光板の偏光軸の貼付角度が直交ニコルに近い
ため黒い表示が得られるためである。

また、従来のスーパーツイスト素子でも背景色を白色に
近づけるためカラー偏光板やカラーフィルターと組み合
せる試みがなされているが１元来の背景色が濃いために
完全な補正ができなかったり、あるいは完全に補正する
ようなフィルターを用いると、今度は電圧印加状態がそ
のフィルターの色に１１９されて黒くならない等の欠点
があった。

しかし、本発明では元来の背景色がかなり白色に近いた
め、ごく薄い色相の補正用フ、イルターの挿入や光源の
発光強度分布を若干変化させることにより、容易に背景
を白くできるうえ、上下の偏光板の角度が直交二フルに
近いため、このような補正を加えても電圧印加時に表示
色を黒色にできる利点がある。

また、単なる白黒表示であれば従来のＴＮ素子でも可能
であるが、ＴＮ素子は時分割特性が劣るため高々ｌ／＋
０００が限度である。

一方１本発明では１時分割特性がスーパーツイスト素子
と同程度であるうえ、前述したように白黒表示が可能な
ため、赤、緑、青の三原色の微細カラーフィルターをセ
ル内面等に配置することにより、高密度のマルチカラー
素子とすることも可能である。

【実施例Ｊ 次に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図のような構成を有する液晶表示素子を作成した。

１．２は液晶セルの上下基板におけるラビング方向、３
，４はラビングにより配列した上下基板近傍における液
晶分子の配列方向、５，５は液晶セルの上下に貼付ける
偏光板の偏光軸方向とし、液晶分子の上下基板間でのね
じれ角ψは２４０°である。

このような構成のセルにメルク社の液晶ＺＬＩ２９７８
−０００および旋光性物質としてＳ−８１１を添加した
液晶なセルギャップの異なるセルに封入しその光学測定
を行った。なお、この液晶の室温におけるΔｎは０．０
８７であり、ｄ／ｐ　＝０．５５になるようにＳ−８１
１の添加量をセルギャップごとにコントロールした。ま
た偏光板の貼付角度はａ＝５５°、β＝３５＠　とじて
実験を行った。

この液晶分子のねじれ角ψとねじれ方向は、上下基板で
のラビング方向、１．２とセルに注入されるネマチック
液晶に添加される旋光性物質の種類と濃度により規定さ
れる。この時、旋光性物質の添加により誘起された液晶
のピッチをｐ、液晶のセルギャップなｄとすると、ψ＝
２４０＠のツイスト角が実現されるためには、（２４０
−９０１／３６０　＜ｄ／ｐ　＜　　（２４０＋９０）
／３６０の関係がある。

一方、この範囲のｄ／ｐでも、ｄ／ｐの大きな領域では
、電圧印加時にストライブ状のドメインが発生し、この
ドメインは光を散乱するため良好な表示が得られない。

このドメインの発生のため、本発明で使用できるｄ／ｐ
の上限値が決定されるが、この上限値はプレチルト角（
液晶分子の基板表面での立ち上り角）と密接な関係があ
り、ψ＝２４０°の場合プレチルト角は５°以上あるこ
とが好ましい。

上下に貼りつける偏光板の偏光方向５，６と上下基板近
傍における液晶分子の方向３．４とのなす角α、βはコ
ントラスト、明るさ、白色度等を考慮すると、この例で
は液晶分子のねじれ方向が反時計方向であるので、ａは
上側のラビング方向１から時計方向に４５〜６５°の範
囲、βは下側のラビング方向２から時計方向に２５〜４
５°の範囲に設定し、特にα＝５０〜６０°、β＝３０
〜４０°にすることが好ましい。

α、βをこの範囲とすることにより、高コントラスト比
で、かつかなり白黒に近い色調の表示が得られた。

ａをこの範囲より大きくすると背景色は黄緑色となり、
小さくすると青色となった。

一方、βをこの範囲より大きくすると背景色は青色とな
り、小さくすると黄緑色となり、いずれも好ましくない
。

また、上記の例において、偏光板の偏光軸を吸収軸と置
き変えた液晶表示素子を作成してもほぼ同等な効果が得
られた。

セルギャップを変えた実験の結果を表１および第２図に
示す。

Δｎ−ｄが大きい程、背景が明るくなるが、１／１００
０でのコントラスト比はΔｎ−ｄ＝０．５５〜０．６０
付近に最大値が存在した。また、背景の色相は白色点に
近い程好ましいが、八〇−ｄ＝０．６５付近が最も白に
近い色相となった。以上より、゛背景の明るさ、白色度
、コントラスト等を考慮すると、本発明におけるΔｎ−
ｄの範囲としては０．５〜０．７であり、特に０．５５
〜０．６５の範囲にあることが望ましいことがわかった
。

上記の実験では光源は白色光源を用い、偏光板もニュー
トラル系のものを使用したため、背景の色相がまだ完全
な白色にはならず若干青色側にシフトしていたが１本発
明の液晶表示素子と光源との間もしくは液晶表示素子の
前面に色相を補正するようなフィルターを入れると、さ
らに白色度が増し、より完全な白黒表示ができた。

第３図（ａ）はΔｎ−ｄ　＝６．０における本発明の液
晶表示素子の分光透過率を示したものである。短波長側
の透過率が大きいため、若干青色の色相となっている。

第３図Ｔｂ）は、この青色を補正するためのフィルタ゛
−の分光透過率で、短波長側に吸収をもつ、ごくりすい
橙色のフィルターである。

このフィルターと本発明の液晶表示素子を重ねて分光透
過率を測定したものが第３図（ｃ）である。（ａ）と比
べてかなり平担な分光透過率となり、白色度が増したこ
とがわかる。実験では補正用のカラーフィルターを別置
タイプとしたが、必ずしもその必要はなく、偏光板の支
持層や、液晶表示素子の保護板等を直接染色しても良い
し、光源のギャップ等にフィルターをかぶせたり染色し
ても良い。

背景色を白色化するもう１つの方法として、光源の発光
スペクトルを変えて補正する方法がある。第４図はこの
ための三波長光源の発光スペクトル（実線）と従来の三
波長光源のそれ（破線）を同時に示したものである。こ
の新しい三波長光源は、長波長側程発光強度が強くなる
よう設計されており、具体的には、青色よりも緑色を、
緑色よりも赤色を強くしたものであり、本発明の液晶表
示素子と組み合せると、白色度の良い背景色が実現でき
た。また、三波長光源のかわりに、三波長光源でも同様
な操作を行うことにより、同等な効果が実現できる。ま
た、前述のフィルターによる補正と、光源による補正を
同時に行うことにより、さらに白色度の良い色相が得ら
れた。

これらの色相補正を行うと、はとんど白黒の表示が可能
となるうえ、第２図に示したように電圧に対する透過率
変化が急峻なため時分割特性がすぐれているので、赤、
緑、青の微細なカラーフィルターを各電極に対応して形
成することにより、高密度なマルチカラー表示を行うこ
とができた。

なお以上の例では、液晶分子の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、時計回りの場合でも、
α、βの方向を逆回りとすれば全く同等な作用効果が得
られるのは言うまでもない。

表　　１ ［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、従来のスーパーツイスト
素子と比べて、背景色を白くできるため、表示として最
も自然でかつ見やすい白黒表示が可能であるうえ、時分
割表示特性や視野角の広さも従来のスーパーツイスト素
子と遜色ない等の優れた効果を有し、特に色補正用のカ
ラーフィルターを使用したり、光源の発光スペクトルを
補正することにより、かなり完全な白黒表示ができる。

また、赤、緑、青のカラーフィルターを画素ごとに配置
することにより、マルチカラーやフルカラーの表示も実
現できるという効果も認められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による液晶表示素子における構成要素
の配置図。 ＋、２：上２：板におけるラビング方向３．４：上下基
板近傍における液晶分子の配列方向 ５．６：セル上下に配置する偏光板の偏光軸方向もしく
は吸収軸方向 第２図は本発明の液晶表示素子の電圧対透過率曲線を示
すグラフ。 第３図（ａｌ　は本発明の液晶表示素子の分光透過率、
（ｂｌ　は補正フィルターの分光透過率、（ｃ）は両者
を組み合せた場合の分光透過率を示すグラフ。 第４図は色補正用の三波長光源と従来の三波長光源の発
光スペクトルの比較を示すグラフ。 写１回 おイ扁元つｆ去λ）；１ｔ−ｔ＜ｔｚ口Ｊ２≠Ｘ粉方１
■知廻・叶９ 第　３　図 （α）鵬友示１し計のＪ−匹矛 ＞！ｉ、−ｆ：　　Ｃｎｐｈ） 茸斗図 源泉（ｎに２ 手絵密１１正書 昭和６２年　５月１４日

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明電極が所定の形状に形成され、その表面には
   液晶分子長軸が傾きを持って一定方向に配列する様に処
   理された一対の透明電極基板間に光学活性物質を含有し
   た誘電異方性が正のネマチック液晶を封入し、両電極基
   板をほぼ平行に接着するとともに、液晶を封入するため
   の周辺シール材、および両電極基板の外側に夫々少なく
   とも１枚以上の偏光板を設置した液晶表示素子において
   電圧無印加時における両電極間での液晶分子のツイスト
   角が２４０度であり、かつ液晶の屈折率の異方性（Δｎ
   ）と液晶層の厚み（ｄ）の積が、室温を含む使用温度範
   囲において、０．５〜０．７μｍの間にあり、更に観察
   者に対して手前側の電極表面上における液晶分子長軸の
   配列方向と、隣接する偏光板の偏光軸もしくは吸収軸と
   のなす角が、電極平面と平行な面を投影面とした場合に
   、偏光軸もしくは吸収軸が液晶分子の配列方向から液晶
   分子のねじれ方向とは逆の方向に４５度から６５度の角
   度をなし、観察者に対して、向う側にある電極表面上に
   おける液晶分子長軸と、隣接する偏光板の偏光軸もしく
   は吸収軸とのなす角が、同様に液晶分子のねじれ方向と
   は逆の方向に２５度から４５度の角度をなしている事を
   特徴とする液晶表示素子。
2. （２）観察者に対して手前側の偏光板の偏光軸が、これ
   に隣接する電極表面上における液晶分子長軸の配列方向
   から、液晶分子のねじれ方向とは逆の方向に４５度から
   ６５度の角度をなし、観察者に対して、向う側にある偏
   光板の偏光軸が、これに隣接する電極表面上における液
   晶分子長軸の配列方向から、同様に液晶分子のねじれ方
   向とは逆の方向に２５度から４５度の角度をなしている
   特許請求の範囲第１項記載の液晶表示素子。
3. （３）観察者に対して手前側の偏光板の吸収軸が、これ
   に隣接する電極表面上における液晶分子長軸の配列方向
   から、液晶分子のねじれ方向とは逆の方向に４５度から
   ６５度の角度をなし、観察者に対して、向う側にある偏
   光板の吸収軸が、これに隣接する電極表面上における液
   晶分子長軸の配列方向から、同様に液晶分子のねじれ方
   向とは逆の方向に２５度から４５度の角度をなしている
   特許請求の範囲第１項記載の液晶表示素子。
4. （４）片側の偏光板の上に、光源の発光スペクトルと液
   晶表示素子の吸収スペクトルを補正して、ほぼ白色と黒
   色が得られる様に分光透過率を調節したフィルターを設
   置した特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一項記
   載の液晶表示素子。
5. （５）光源のスペクトル強度比を、青色より緑色を、緑
   色より赤色を大きくして、液晶表示素子を透過する光を
   、電圧印加に対応して、より白色および黒色に近づけた
   特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか一項記載の液
   晶表示素子。
6. （６）カラーフィルターを各電極に対応して形成し、印
   加する電圧の選択によってカラー表示を可能とした特許
   請求の範囲第１項〜第５項のいずれか一項記載の液晶表
   示素子。
7. （７）カラーフィルターがセル内部に形成されている特
   許請求の範囲第６項記載の液晶表示素子。
8. （８）カラーフィルターが赤、緑、青のカラー層であり
   、マルチカラー表示をする特許請求の範囲第６項記載の
   液晶表示素子。