JPS6365421A - 液晶表示装置 - 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〕 本発明は液晶表示装置に関し、特に液晶分子のねじれ角
の大きさが１８０〜３６０°である液晶表示装置に関す
るものである。

〔発明の背景〕

液晶表示装置は、消費電力が小さいこと、製造コストが
低いこと、軽量および薄型化が可能であること、カラー
化が容易であること等の利点を有することから、近年種
々の応用分野で用いられるようになってきている。

従来においては、例えばツイストネマティックタイプ（
以下、ｒＴＮタイプ」ともいう、）の液晶表示装置が知
られている。この液晶表示装置は、それぞれ電極層を有
し配向処理された一対の基板の間に正の誘電率異方性を
有する不マティフク液晶を封入して構成され、通常、液
晶分子が連続的に９０°ねじれた状態とされている。こ
のねじれ角が９０゛のタイプ（以下、「９０°ねじれタ
イプ」ともいう、）の液晶表示装置は、生産が簡単で大
量生産に好適であり、また応答が速い利点がある。

しかしながら、εの９０°ねじれタイプの液晶表示装置
は、コントラスト比が一般に低いうえ、液晶表示面に対
する凝視方向（人が液晶表示面を視る方向）における、
実用上十分なコントラスト比および表示品質が得られる
実用凝視可能範囲が狭いという欠点を存する。

これに対して、液晶分子のねじれ角の大きさが１８０〜
３６０°であるスーパーツイストタイプの液晶表示装置
が開発された（特開昭６０−１０７０２０号公報、特開
昭６０−２０３９２１号公報参照）、このスーパーツイ
ストタイプの液晶表示装置によれば、コントラスト比を
高くすることが可能であり、また実用凝視可能範囲を広
くすることが可能であるとされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来のスーパーツイストタイプの液晶表
示装置においては、実用凝視可能範囲が明確に規定され
ておらず、そのため最良の凝視方向を選定することが困
難であり、しかも当該スーパーツイストタイプの液晶表
示装置は原理的には複屈折効果を利用して液晶画像を形
成するものであって表示色相の視角依存性が大きいこと
がら、凝視方向の選定によっては当該凝視方向のわずか
な変化に対して表示色が大きく変化する場合があり、凝
視方向における液晶画像の品質が劣る問題点がある。

このように、現在において、実用上十分なコントラスト
比および表示品質が得られるうえその範囲が格段に広い
実用凝視可能範囲を明確に規定してなるスーパーツイス
トタイプの液晶表示装置はいまだ得られていないのが実
情である。

〔発明の目的〕

本発明は、以上の如き事情に基いてなされたものであっ
て、その目的は、液晶分子のねじれ角の大きさが１８０
〜３６０°である液晶表示装置において、実用上十分な
コントラスト比および表示品質が得られるうえその範囲
が格段に広い実用凝視可能範囲を明確に規定してなる液
晶表示装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕　　゛本発明の液晶表
示装置は、各々配向層を有する一対の基板間に液晶組成
物を配置してなり、当該液晶組成物における液晶分子の
ねじれ角の大きさが１８０〜３６０°である液晶表示装
置において、液晶表示面に対する凝視方向の投影方向成
分の凝視基準方向を、前記配向層のそれぞれの配向処理
方向同志の交差角の二等分線に垂直な方向に設定したこ
とを特徴とする。

（発明の作用効果〕 本発明の液晶表示装置は、液晶表示面に対する凝視方向
の投影方向成分の凝視基準方向を、配向層のそれぞれの
配向処理方向同志の交差角の二等分線に垂直な方向に設
定したので、後述の実施例の説明からも理解されるよう
に、液晶分子のねじれ角の大きさが１８０〜３６０°で
あるいわゆるスーパーツイストタイプの液晶表示装置で
ありながら、前記凝視基準方向に基いて凝視方向を選定
することにより、当該凝視基準方向を中心としてその両
側におけるコントラスト比が対称的な分布となり、その
結果十分高いコントラスト比が得られしかも表示色相の
視角依存性が小さくて品質の高い液晶画像を視ることが
できる実用凝視可能範囲の広さが格段に大きくなり、結
局高品質の画像を確実に視ることができる液晶表示装置
を提供することができる。

〔発明の具体的構成〕

以下、本発明を具体的に説明する。

第１図は、本発明に係る液晶表示装置の要部を分解して
示す説明図である。第１図において、ｌおよび２はそれ
ぞれ配向Ｎ（図示せず）を有する上基板および下基板、
９および１０は偏光素子、Ｃは液晶層である。

本発明においては、液晶分子のねじれ角αの大きさは１
８０〜３６０°であり、好ましくは２００〜３００”で
ある、このねじれ角αが１８０°未溝の場合には、凝視
基準方向を中心とする実用凝視可能範囲におけるコント
ラスト比が一般に低くなり、しがもその範囲が狭くなる
。一方ねじれ角αが３６ｏ°を超える場合には、凝視基
準方向を中心とする実用凝視可能範囲におけるコントラ
スト比は高くなるが、反面オン・オフ駆動時の応答特性
が低下し、またオン・オフの切換え時に液晶分子の配向
のみだれが生じやすくなり、表示品質が低下する。

このねじれ角αは、上基板１および下基板２における液
晶分子の配向方向を規定するための配向処理の方向、液
晶１ｃを構成するネマティック液晶あるいはこれに添加
される旋光性物質の種類、量等によって規定することが
できる。

なお、第１図の例は、ねじれ方向が入射光の進行方向に
対して左回りの例であるが、本発明においてはこれに限
定されず、ねじれ方向は右回りであってもよい。

本発明においては、第２図に示すように、上基板１およ
び下基板２におけるそれぞれの配向層の配向処理方向Ｐ
およびＱのなす角Ｒの二等分線Ｆに垂直な方向Ｇを、液
晶表示面（上基板面）に対する凝視方向の投影方向成分
の凝視基準方向Ｈに設定する。ここで凝視基準方向トＩ
は方向Ｇに対して２０°以内で揃うように設定されるこ
とが好ましい。

ここで、配向処理方向（ＰおよびＱ）とは、例えば配向
層が斜め蒸着法により形成される場合にはその蒸着方向
を指し、また例えば配向層がラビング法により形成され
る場合にはそのラビング方向を指し、その他の配向処理
の場合も同様である。

第２図において、Ｐ、Ｑの矢印は配向処理の向きを表し
ている。この配向処理方向は、一般に、配向層表面にお
ける液晶分子の配向方向に等しいが、向きは必ずしも一
致しない。

前記凝視基準方向Ｈは、人が実際に液晶表示面を視ると
きの最良の凝視方向を定める際の基準とされる方向であ
り、実用凝視可能範囲Ｌ（実用上十分なコントラスト比
および表示品質が得られる範囲）は、当該凝視基準方向
Ｈを中心とする幅のある領域である。

ところで、前記凝視基準方向Ｈとしては、第２図に示す
ようにＨｌとＨ２の２つの向きがあるが、この例のよう
に、上基板ｌから下基板２に向かって液晶分子が左回り
（反時計方向）にねじれている場合には凝視基準方向Ｈ
１の方を凝視方向の基準とすることが好ましく、そのよ
うに選択することにより、実用上十分なコントラスト比
および表示品質が得られる実用凝視可能範囲りをより広
（設定することができる。これに対して、凝視基準方向
Ｈ２を凝視方向の基準とする場合には、コントラスト比
の高い実用凝視可能範囲りを設定することができるが、
反面その広さが狭くなる場合がある。すなわち、第３図
に示すように、上基板ｌの法線方向Ｔに対する実際の凝
視方向Ｕの角度θが大きいと当該凝視方向Ｕのわずかな
変化に対して表示色相が太き（変化して表示品質が低下
する場合がある。同図において、φは液晶表示面（上基
板１面）に対する実際の凝視方向Ｕの投影方向成分Ｕ°
と凝視基準方向Ｈとのなす角度を表す。

また第４図に示すように、液晶分子のねじれ方向が光の
進行方向に対して右回りである液晶表示装置においては
、同図に示す凝視基準方向Ｈ２を凝視方向の基準とする
のが好ましい。

なお、第１図において、βは、偏光素子９の偏光軸方向
と、上基板１の表面に接する液晶分子のダイレクタ方向
すなわち液晶分子の分子長軸が優先的に配向している方
向（ただし、液晶分子が基板表面とゼロでないプレティ
ルト角度を有しているときは、そのダイレクタ方向の基
板表面への射影ブＪ向）とのなす角度（以下、「ずれ角
度」ともいう。）であり、γは、偏光素子１０の偏光軸
方向と、下基板２の表面に接する液晶分子のダイレクタ
方向とのなすずれ角度である。

これらのずれ角度βおよびγは、これらの和β＋Ｔの値
が、±９０°あるいは０°を中心にして、±２０°以内
の範囲にある値となるように設定されることが好ましい
。またさらには、ずれ角度βの値が、（３６０−α）／
２あるいは＝（α−１８０）　／　２を中心にして、±
２０°以内の範囲にある値となるように設定されること
が好ましい。

なお、ずれ角度βおよびγの符号は、液晶層Ｃにおける
液晶分子のねじれ方向が入射光の進行方向に対して左回
りの場合には基板表面に接する液晶分子のダイレクタ方
向から偏光素子の偏光軸方向に向かって時計回り方向を
正にとり、一方液晶分子のねじれ方向が入射光の進行方
向に対して右回りの場合には上記とは反対に反時計回り
方向を正にとる。

このようにずれ角度βおよびγΦ値を好ましい値に設定
することにより、光ｉ３過状態をより明るいものとする
ことができ、また光非透過状態をより暗いものとするこ
とができ、その結果コントラスト比をさらに向上させる
ことができる。

また、本発明においては、液晶層Ｃの屈折率異方性Δｎ
と、液晶層Ｃの厚さｄ（ｎ”）との積Δｎ・ｄが、０．
４〜１．５であることが好ましく、特に０．８〜１．２
であることが好ましい、このような好ましい条件を選択
することにより、さらに高いコントラスト比が得られ、
また表示画面を明るくすることが可能となる。

本発明に用いることができる、配向層を有する基板を得
るための手段としては、特に限定されず従来公知の種々
の手段を採用することができる。

具体的には、例えば５ｌｏｔ　ＭｇＯｌＭｇｈ等の蒸着
物質を基板表面に斜めの角度から蒸着して当該暴板表面
を配向処理する手段、例えばイミド系、アミド系、ポリ
ビニルアルコール系、フェノキシ系等の高分子物質の被
膜を基板表面に形成し、この被膜の表面を綿、ビニロン
、テトロン、ナイロン、レーヨン、炭素繊維等よりなる
織布、綿状布、植毛シート等によって擦り、基板の表面
に一定方向の溝を形成するラビング法により配向処理す
る手段、あるいは基板の表面にカルボン酸クロム錯体、
有機シラン化合物等を塗布あるいはプラズマ重合法等に
より被着し、化学的吸着により液晶分子を基板に配向さ
せる手段、ホトリソグラフィー、あるいは異方性エツチ
ング等の手段により基板の表面にグレーティング状の一
定方向の溝を形成し、液晶分子を配向させる手段、その
他の手段を用いることができる。

本発明において、液晶層Ｃを構成する液晶組成物として
は、特に限定されず、従来この種の用途に用いられてい
る公知の物質を用いることができる。

〔具体的実施例〕

以下、本発明の具体的実施例について説明する。

第５図は、本発明に係る液晶表示装置の一実施例を示す
説明用断面図である。この例の液晶表示装置においては
、２枚の上基板１および下基板２が離間した状態で対向
して配置され、上基板１は、支持板１１の内側の表面に
電極層４および配向層６を設けて、構成され、また下基
板２は、支持板２１の内側の表面に電極層５および配向
層７を設けて構成されている。さらに上基板ｌと下基板
２との間の空間はシール部３によってシールされ、液晶
セルが構成されている。液晶セルの内部には、複数のス
ペーサ８がそれぞれ離間した状態で配置されると共に、
液晶組成物が充填され、液晶ＪＩＣが形成されている。

また、上基板ｌおよび下基板２の外側の表面には、それ
ぞれ前方偏光素子９および後方偏光素子１０が設けられ
ている。同図において、１３は後方偏光素子１０の外側
の表面に設けられた反射板である。なお、透過タイプの
液晶表示装置においては、反射板１３を用いなくてもよ
い。

支持板１１および２１を構成する材料としては、ソーダ
ガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等のガラス；ｌ
軸延伸ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサル
フォン、ポリビニルアルコール等よりなるプラスチック
シート；アルミニウム、ステンレススチール等よりなる
金属シート；等を用いることができる。

電極層４および５は、例えば厚さ１．１ｎｕｓの支持板
１１および２１の表面に平行に離間して配置された例え
ば厚さ１０００人のＩＴＯ（スズとインジウムの酸化物
）よりなる透明電極ＥおよびＥ゛により構成され、一方
の電極層４を構成する透明電極Ｅと他方の電極層５を構
成する透明電極Ｅ°　はそれぞれが相互に直角をなすよ
う配置され、これによって、例えば０．３ｍ＋＊Ｘ０．
３＋ｕｓの画素からなるマトリックス形表示の電極構造
が構成されている。

配向層６および７は、例えばＳｔＯを蒸着材料として用
いて斜め蒸着法（蒸着角度：支持板１１および２１に対
してそれぞれ７°）により形成してなる例えば厚さ５０
０人の蒸着膜により構成されている。

なお、上基板１および下基板２には、必要に応じてさら
に誘電体層、アルカリイオン移動防止層、反射防止層、
偏光層、反射層等を設けてもよい。

前方偏光素子９は例えばｒＦ−１２０５ＤＵＪ　　（日
東電工■製）によって構成され、その偏光軸方向が、配
向層６の表面に接する液晶分子のダイレクタ方向に対し
て４０°のずれ角βを有するように配置されている。ま
た、後方偏光素子１０および反射板１３は、それぞれ例
えばｒ　Ｆ　−３２０５ＭＪ　　（日東電工■製）によ
って構成され、後方偏光素子ｌＯの偏光軸方向が、配向
層７の表面に接する液晶分子のダイレクタ方向に対して
５０°のずれ角Ｔを有するように配置されている。

スペーサ８は例えばグラスファイバーｒＰＦ−６５ＳＪ
（日本電気硝子■製）を用いて構成され、シール部３は
例えばストラクトボンドｒＸＮ−５Ａ−ＣＪ　　（三井
東圧化学側製）を用いて構成されている。

〈実施例１〉 液晶ＪＩＧを構成する液晶組成物として、ネマティック
液晶ＣＬｌに旋光性物質ｒＳ−８１１Ｊ　　（メルク社
製）を添加したもの（これを「液晶組成物ａ」とする、
）を用いて、第５図に示した構成と同様の液晶表示装置
を作製した。これを「液晶表示装置ｌ」とする。

この液晶表示装置１において、液晶組成物ａの屈折率異
方性Δｎは０．１５であり、液晶セル厚（ＷＬ晶層Ｃの
厚さｄ）は６．５ｎ、液晶分子のねじれ角αは、第６図
に示すように、前方から左回り　（反時計回り）に２７
０°である。また配向層６および７はいずれも蒸着法に
より形成され、蒸着方向すなわち配向処理方向Ｐおよび
Ｑは、第６図に示すように、当該配向処理方向ＰとＱと
の交差角の二等分線Ｆが表示パネルの長軸方向に一致す
る方向であり、かつ当該長軸方向に対する角度Ｂｙおよ
びＢｏがそれぞれ４５°である。

この液晶表示装置１をデユーティ比１／１００でマルチ
プレックス駆動方式により駆動し、凝視方向Ｕを変化さ
せて、波長４００〜７００ｎｍの可視光領域におけるコ
ントラスト比（選択状態（暗）における反射光の輝度と
非選択状態（明）における反射光の輝度との比）を測定
した。結果を第７図に示す。

同図において、θは凝視方向Ｕと上基板１の法線方向Ｔ
とのなす角度を表し、φは上基板１面に対する凝視方向
Ｕの投影方向成分Ｕ゛　と凝視基準方向Ｈとのなす角度
を表す。なお、角度φは上基板１に対して反時計回りを
正とした。

同図から理解されるように、上基板１および下基板２に
おけるそれぞれの配向層６および７の配向処理方向Ｐお
よびＱのなす角Ｒの二等分線Ｆに垂直な方向Ｇを、液晶
表示面（上基板１面）に対する凝視方向Ｕの投影方向成
分の凝視基準方向Ｈに設定することにより、コントラス
ト比が高くしかも範囲の広い実用凝視可能範囲りとする
ことができることがわかる。そして、特に凝視基準方向
Ｈに凝視方向Ｕの投影方向成分が一致している場合が、
表示色相の変化の小さい最良の液晶画像を視ることがで
き、しかもコントラスト比が左右対称であり品質の良好
な液晶画像を視ることができる。

〈実施例２〉 液晶層Ｃを構成する液晶組成物として、ネマティック液
晶ＣＬ２に旋光性物’１ｒｓ−８１１Ｊ　　（メルク社
製）を添加したもの（これを「液晶組成物ｂ」とする。

）を用いたほかは、実施例１と同様にして液晶表示装置
を作製した。これを「液晶表示装置２」とする。

以上の液晶表示装置２において、液晶組成物すの屈折率
異方性Δｎは０．１２であり、液晶セル厚（液晶層Ｃの
厚さｄ）は７，５ｎ、液晶分子のねじれ角αは前方から
左回り　（反時計回り）に２７０゜である、また配向Ｎ
６および７はいずれも蒸着法により形成され、配向処理
方向ＰおよびＱは実施例１と同様とした。

この液晶表示装置２を用いて実施例１と同様にしてコン
トラスト比の視角依存性を測定したところ、実施例１と
同等の結果が得られた。

〈実施例３〉 液晶層Ｃを構成する液晶組成物として、ネマティック液
晶ＣＬ１に旋光性物質ｒｓ−８１１Ｊ　　（メルク社製
）を添加したもの（これを「′ｌ＆品組成物Ｃ」とする
、）を用いたほかは、実施例１と同様にして液晶表示装
置を作製した。これを「液晶表示装置３」とする。

以上の液晶表示装置３において、液晶組成物Ｃの屈折率
異方性Δｎは０．１５であり、液晶セル厚（液晶層Ｃの
厚さｄ）は６．５μ、液晶分子のねじれ角αは前方から
左回り　（反時計回り）に２５０゜である、また配向層
６および７はいずれも蒸着法により形成され、配向処理
方向ＰおよびＱは、当該配向処理方向ＰとＱとの交差角
の二等分線Ｆが表示パネルの長軸方向に一致する方向で
あり、かつ当該長軸方向に対する角度ＢＰおよびＢ、が
それぞれ３５°である。

この液晶表示装置１を用いて実施例１と同様にしてコン
トラスト比の視角依存性を測定したところ、実施例１と
同等の結果が得られた。

〈実施例４〉 液晶層Ｃを構成する液晶組成物として、ネマティック液
晶ＣＬ３に旋光性物質ｒＳ−８１１Ｊ　　（メルク社製
）を添加したもの（これを「液晶組成物ｄ」とする、）
を用いたほかは、実施例１と同様にして液晶表示装置を
作製した。これを「液晶表示袋Ｗ４Ｊとする。

以上の液晶表示装置４において、液晶組成物ｄの屈折率
異方性Δｎは０．１３であり、液晶セル厚（液晶層Ｃの
厚さｄ）は７ｎ、液晶分子のねじれ角αは前方から左回
り　（反時計回り）に２００”である、また配向層６お
よび７はいずれもラビング法により形成され、配向処理
方向ＰおよびＱは、向きが第６図とは逆向きであるが、
当該配向処理方向ＰとＱとの交差角の二等分線Ｆが表示
パネルの長軸方向に一致する方向であり、かつ当該長軸
方向に対する角度ＢＰおよびＢｏがそれぞれ１０”であ
る。

この液晶表示装置４を用いて実施例１と同様にしてコン
トラスト比の視角依存性を測定したところ、コントラス
ト比が若干低くなり、実用凝視可能範囲が若干狭くなっ
たが、コントラスト比の凝視基準方向に対する対称性お
よび指向性に関しては実施例１と同等の結果が得られた
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示装置の一例の概略を示す説明
図、第２図および第４図はそれぞれ配向処理方向と凝視
基準方向との関係を示す説明図、第３図は実際の凝視方
向と凝視基準方向との関係を示す臣明図、第５図は液晶
表示装置の具体的構成例を示す説明用断面図、第６図は
本発明の具体的実施例における凝視方向と凝視基準方向
との関係を示す説明図、第７図は本発明に係る液晶表示
装置におけるコントラスト比の視角依存性を示す説明図
である。 １・・・上基板　　　　　　２・・・下基板１１．２１
・・・支持板　　　　３・・・シール部４．５・・・電
極層　　　　　６．７・・・配向層Ｃ・・・液晶層　　
　　　　９・・・前方偏光板１０・・・後方偏光板　　
　　１３・・・反射板Ｐ、　Ｑ・・・配向処理方向　Ｈ
・・・凝視基準方向Ｌ・・・実用凝視可能範囲 孝１回 多２図 多３図 １−１（ＭＺ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）各々配向層を有する一対の基板間に液晶組成物を配
   置してなり、当該液晶組成物における液晶分子のねじれ
   角の大きさが１８０〜３６０°である液晶表示装置にお
   いて、 液晶表示面に対する凝視方向の投影方向成分の凝視基準
   方向を、前記配向層のそれぞれの配向処理方向同志の交
   差角の二等分線に垂直な方向に設定したことを特徴とす
   る液晶表示装置。