JP3130682B2 - 液晶表示素子 - Google Patents
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Description
る液晶表示素子に関し、とくに一画素を複数方向に配向
分割した液晶表示素子に関する。
液晶表示素子は、ワードプロセッサやデスクトップパー
ソナルコンピュータ等のパーソナルOA機器の表示装置
として積極的に用いられている。液晶表示素子(以下L
CDと略称)の殆どは、ネマティック液晶を用いてお
り、表示方式としては、このなかでも複屈折モ−ドと旋
光モードの2つの方式に大別できる。
ードのLCDは、例えば、90°以上ねじれた分子配列
をもち、(ST方式と呼ばれる)、急峻な電気光学特性
を持つため、各画素ごとにスイッチング素子(薄膜トラ
ンジスタやダイオード)が無くても時分割駆動により容
易に大容量表示が得られる。
た分子配列をもち(TN方式と呼ばれる)、応答速度が
速く(数十ミリ秒)高いコントラスト比を示すことか
ら、時計や電卓、さらにはスイッチング素子を各画素ご
とに設けることにより大表示容量で高コントラストな高
い表示性能を持ったLCD(たとえばTFT−LCD)
を実現することができる。
い、また、3色のカラーフィルターと組み合わせて他色
表示(例えば8階調なら512色)を実現している。こ
れらの階調表示は印加電圧を変化させることによって行
っている。ここで、TN方式の印加電圧−透過率特性の
一例を図15に示す。図から明らかなように、正面では
曲線は単調な減少曲線となっているが、斜めから観察し
た場合の曲線は極値を持っている。このため、TN方式
においては正面における印加電圧−透過率特性に基づい
て階調表示を行う駆動電圧を決めると、斜めから観察し
た場合には表示の反転や黒つぶれ、白抜けといった現象
が生じる。
素内に液晶分子の起き上がる方向が180°異なる二領
域を設けた液晶表示素子を用いて視角依存性を改善する
方法(Two Domain TN:TDTNと略称、例えば、特
開昭64−88520号公報)や、スプレイ配列を用
い、TDTNと同様の効果を得Domain Dibided TN
(DDTNと略称 Y.Koike,et.al.,1992,SID,p798 )
などが提案されている。これらは、前述した印加電圧−
透過率特性の視角依存性が異なる二領域を一画素とし
て、前述した極値を事実上なくすことを目的としてい
る。
素内で、配向方向を2方向以上設ける必要があり、生産
上実用的であるラビング法では、実現しがたい。また、
DDTNでは、各画素内で、プレチルト角を2種以上設
ける必要があり、生産上実用的に実現する手法として
は、2種以上の配向膜をパターニング法等を用いて設け
ることになり、生産コストを大幅に増大させることにな
る。さらに、有機配向膜を用いる場合は、その成膜に際
し用いる溶剤が他の有機配向膜を溶かす能力を持ってい
るため、事実上2種の有機配向膜は成膜すら困難であ
る。TFT−LCDを作成する場合は、電荷保持率の観
点から、この有機配向膜を用いることが必要不可欠とさ
れており、実用上2種以上の配向膜をパターニング法等
を用いて設けることは困難であるといえる。つまりは、
一画素内で2種以上の配向状態を設けることは、実用上
問題があることになる。
のLCDには、階調表示を行う際、印加電圧−透過率特
性に極値が存在することによる表示の反転現象等の視角
依存性が生じていた。また、これらを解決する手段とし
ては、液晶分子の起き上がる方向を一画素内に2方向以
上設けて事実上の極値をなくすことが提案されている
が、従来の技術では、2種以上の配向状態を設けること
により成し得ようとしているので、実用上実現が困難で
あった。
り、前述したように液晶分子の起き上がる方向を一画素
内に2方向以上設けて事実上の極値をなくすことを新規
なセル構成等により実現しようとするものである。
旋光性の観点から、0.4μm以下にすることは好まし
くなく、このため、コントラスト比の視角依存性も問題
となっていた。
点を解決する手段として、2枚の電極付き基板およびこ
れら基板間に挟持された誘電異方性が正のネマテイック
液晶の液晶層とからなる液晶セルと、この液晶セルを挟
む一対の偏光子とからなる液晶表示素子において、前記
2枚の基板表面における液晶の液晶分子の基板平面方向
の配列方向が平行とし、かつ液晶の屈折率異方性(Δ
n)と液晶層厚(d)の積(Δn・d)を0.25±
0.05μmとする手段と、一画素を形成する一方もし
くは双方の基板の前記電極に、この電極を区画する非電
極形成部分を設け、前記液晶層に電圧を印加したとき
に、前記液晶分子のチルト方向が横電界によって一画素
内で2方向以上となるようにする手段とからなることを
特徴とする液晶表示素子を提供するものである。
ル及び光学異方素子を挟持し、かつ、前記液晶セルと光
学異方素子の屈折率異方性と層厚の和がΔn・d=0.
25±0.05μmになるように選択することを特徴と
する。
枚の基板表面における液晶分子のチルト方向、及びプレ
チルト角が等しいか、もしくはプレチルト角がともに0
°であることを特徴とする。
下その達成原理及び手法について図面を用いて説明す
る。
理について説明する。
液晶を用い、電圧無印加時の液晶分子配列が、ほぼ、い
わゆるホモジニアス配列をなす。これら分子の分子長軸
方向と偏光板吸収軸のなす角は45°である。したがっ
て、電圧無印加時の透過率は、次式で表せる。
じてセル平面と垂直の方向に傾いていくので、正面から
観察した場合の実効的なリタデーション値は小さくなっ
ていく(Δnが小さくなっていくため)。したがって、
正面から観察した場合の透過率も、(1)式より、電圧
印加に伴って、減少していくことになる。(液晶分子が
ほぼ垂直になると、透過率もほぼ0になる。)よって、
本発明の液晶表示素子は電圧無印加時に液晶組成物のΔ
nに等しいΔnによって、(1)式に基づいた透過光を
得て、電圧印加時は印加電圧に基づいた実効的なΔn、
しいてはリタデーション値に基づいた透過光を得る。
要する3原色の波長=440nm,550nm,620
nmについて計算するとΔn・dとTの関係は図11の
ようになる。この図から明らかなように、電圧無印加時
のΔn・dを0.25μmまたはこの値を中心とする±
0.05μmの範囲にすると、各波長間の透過率の差が
小さくなるので、透過光はほぼ白色となる。また、電圧
を印加することによってΔn・dが減少することによっ
て、ほぼどの波長も透過光が減少することになるので、
本発明の液晶表示素子は、電圧無印加時:白色の透過光
から電圧印加時:黒色の透過光の制御がなされるわけで
ある。
面により説明する。
一実施例を示す。
光子すなわち一対の偏光板11、12間に液晶セル13
が挟持される。上側偏光板11の吸収軸11aは、表示
面水平方向hに対して時計回りに45°傾くように配置
され、下側偏光板12の吸収軸12aは同じく水平方向
hに対して反時計回りに45°傾いて配置され、偏光板
相互の吸収軸の交差角は90°になっている。
ガラスからなる上側基板15と、各画素ごとに区画され
た640×400個のマトリクス配列の電極16を有す
る下側基板17とを、各電極を4μmのセル厚で対向さ
せてこれら間に正の誘電異方性をもつネマティック液晶
(ZLI−1165、(株)メルクジャパン製)を挟持
させて、液晶層18とする。
5であり、したがってΔn×dは0.25μmである。
向膜27、28(図4)が形成されており、上下基板い
ずれもが、水平方向hに対して90°傾いた表示面垂直
方向vにラビング処理15a、17aされている。この
ため、液晶の配向はツイストせずv方向に一様に向いて
いる。このラビング処理は一基板につき一度行えば良
い。この場合、図6に示すように、液晶分子18aは上
側基板15上においてプレチルト角α、下側基板17上
において上側基板とは反対方向に傾くプレチレルト角α
を有するから、液晶分子の一端maは相互に密接し、他
端mbは相互に疎となる分子配列(スプレイ配列)にな
る。ここで基板面に平行になる層厚方向の分子位置は中
央のC位置にある層厚をdとすると、d/2の位置にあ
る。
れた電極16中の一画素電極16aを示している。電極
16aは長方形に形成され、中央部に電極を領域Aと領
域Bに2分するように区画するスリットすなわち非電極
形成部21が形成され、このスリットの両端部分22、
23で電極がつながる構成を有している。本実施例で電
極寸法は、110μm×3300μm、スリットは90
μm×25μmである。
ンジスタのスイッチ素子24が配置されて、電極に接続
され、また電極周囲に配せんされた信号線電極25およ
びゲート線電極26に接続されている。この画素電極が
表示画面の一画素を構成し、これら画素電極の多数がマ
トリクス配列して液晶表示制御を行わせる。
を印加したときに発生する電界の様子を示す。この場
合、画素電極16aの非電極形成部21の存在により、
上側基板15上の対向電極14との間の画素電極領域内
に横電界成分をもつ電界Ea、Ebが発生する。この電
界により液晶分子のチルト配向方向が2分される。
6aの領域Aと領域B上の液晶分子の配列状態を示すも
ので、領域Aでは液晶分子18Aの層厚方向のほとんど
は下側基板17のプレチルトの方向に沿って並び、領域
Bでは液晶分子18Bの層厚方向のほとんどが上側基板
15のプレチルト角の方向に沿って並ぶ。いいかえる
と、図6のスプレイ配列の液晶分子が両基板と平行にな
る位置Cが、領域Aでは上側基板15側に、領域Bでは
下側基板17側に位置することになる。このため、両領
域の液晶分子の全体としての傾き方向が異なるので、視
角依存性も異なってくる。
ら、本実施例の液晶表示素子を斜めから観察した場合、
分子の傾く方向は2方向ある。このため、印加電圧−透
過率曲線は極値を持たず、前述した反転現象を緩和する
ことができる。
場合、領域Aの見かけ上のリタデーション変化は図7の
曲線Aのようになり、印加電圧−透過率曲線は図8の曲
線Aのようになる。また、領域Bでは、見かけ上のリタ
デーション変化は図7の曲線Bのようになり、印加電圧
−透過率曲線は図8の曲線Bのようになる。したがっ
て、全体としてのリタデーション変化は図7の曲線(A
+B)のようになり、印加電圧−透過率曲線は図8の曲
線(A+B)のようになる。これにより、本発明の液晶
表示素子は斜めから観察した場合においても、2領域の
印加電圧−透過率特性の視角依存性が緩和されるため、
印加電圧−透過率特性に極値を持たず、反転現象が実用
上ない液晶表示素子となるわけである。
のように2領域間で配向処理を異ならせる必要がないた
め、前述した素子の高精細化に伴う問題等を生じない。
最小で0.25±0.05μmとすることができるの
で、この場合従来のTN型液晶表示素子よりも小さい設
定値となり、いわゆるコントラストの視角依存性を軽減
できる。
印加電圧−透過率特性を測定したところ、図9に示すよ
うに、どの視角方向においても、曲線に極値が生じなか
った。本発明の液晶表示素子を用いて、階調表示を行っ
たところ、どの視角においても反転現象の生じない良好
な白黒の表示が得られた。また、等コントラスト特性を
測定したところ、図10に示すように、極めて広い視角
依存性が得られた。
て、ラビングした配向膜の変わりに配向膜として、微細
な2μmピッチのライン&スペースを有する感光性配向
膜プロビミド(チバガイギー(株))製を用い、液晶分
子が基板平面に対して実施例1と同様の方向に水平配列
し、尚かつプレチルト角が上下基板とも〜0°となるよ
うにした。(この配向処理方法は第17回液晶討論会講
演予稿集p26、2F108(1991)に詳しくのべ
られており、プレチルト角が0°となることを特徴とし
ている。)実施例1同様、視角を振って印加電圧−透過
率特性を測定したところ、実施例1と同等の効果がえら
れた。
mとする以外実施例1同様にセルを作成したところ、電
圧無印加時の透過光が黄色く着色し、白黒表示が実現で
きなかった。このことは、セルのリタデーションを0.
25±0.05μmにしないと電圧無印加時の透過光が
着色してしまうことを意味する。
のラビング方向のみ逆とし、それ以外はすべて同じ条件
にてセルを作成した。このセルに電圧を印加したが液晶
分子配列状態は2種類にならなかった。このことから、
本発明のように横電界を用いて液晶分子の傾く方向を2
方向以上とする場合は、基板表面における配向処理が2
枚の基板表面における液晶分子のチルト方向、及びプレ
チルト角が等しい、もしくはプレチルト角がともに0°
であるとすることが必要であることを意味する。つま
り、上下で逆極性のプレチルトもしくは、ともにプレチ
ルト0°とすることによって、液晶分子が傾くことので
きる方向が2方向となるようにする必要があるわけであ
る。
物のΔnを0.1、セル厚を3.5μmとする以外実施
例1同様の条件にて、セルを作成し、このセルのラビン
グ方向と直交する方位に光軸が来るようにポリカーボネ
イトからなるR=100μmのリタデーションフィルム
を1枚重ねて、実施例1同様に直交偏光子間に挟み、本
発明の液晶表示素子を得た。
定したところ正面において実施例1より、低電圧にて実
施例1同様のコントラスト比をえることができた。
説明する。図12はセル厚み方向に対する液晶分子のチ
ルト角を示したものである。この図から明らかなように
基板表面の液晶分子のチルト角は印加電圧に対しあまり
変化しない。このことは実効的なリタデーション値が0
になりにくいことを意味する。したがって、透過率も0
になりにくい。このことから、リタデーション値を0に
するには、電圧印加時に残存するリタデーション値(図
12においてチルト角が0にならない液晶分子により、
生ずるリタデーション)を相殺するリタデーションを持
つ光学異方素子をあらかじめ加えて、0.25±0.0
5μmとなるようにすればよい。本実施例におけるR=
0.35μmの液晶セルでは、その分子配列方向と直交
する方位に光軸を持つ0.1μmのリタデーション値を
もつリタデーションフィルムを加えればよい。こうする
ことにより、本発明の液晶表示素子は、ほぼ所望の駆動
電圧にて、高いコントラスト比を得ることができる。
ョン値を変えることによって、印加電圧−透過率特性の
急峻性を自由に制御することができるので、スイッチン
グ素子を用いない単純な電極構造を用いても、大容量表
示が可能となる。
a、32aを直交して配置した一対の偏光板31、32
で単純マトリクス構造の液晶セル33を挟持している。
さらに上側偏光板31と液晶セル33間に光学異方性素
子としてリタデーションフィルム39を配置する。液晶
セル33は行方向に延在する多数のストライプ状電極3
4を有する上側基板35と、列方向に延在する多数のス
トライプ状電極36を有する下側基板37を各基板の電
極を対向させて、一定間隔(液晶セル厚)を置いて配置
される。この間隙に液晶層(図示しない)が挟まれる。
34と下側基板37の基板36とが交差する領域40を
1画素としてこれら電極の電圧印加により液晶表示を行
う。本実施例では図において下側基板の電極36の画素
領域40を形成している中央部に領域を2分するように
スリット状の非電極形成部41が形成される。この非電
極形成部41により、両電極34、36に駆動電圧を印
加したときに液晶層内に横電界成分(基板面方向)をも
つ電界を発生させる。図4と同様に非電極形成部を境に
して領域内の横電界は反対方向になるので同じく図5の
ように同一電極領域内に2種類の液晶分子配向が形成さ
れる。このため配向のラビング処理は各基板ともに一度
でよく、製造工程が簡略化される。
を0.2、セル厚を5.0μmとし、R=750μmの
リタデーションフィルムを用いた。実施例3と同様にし
て印加電圧−透過率特性を測定したところ実施例3以上
に曲線は急峻となった。この液晶表示素子を用い、1/
400デューティのマルチプレックス駆動を行ったとこ
ろ表示面正面にて200:1のコントラスト比を得た。
また、コントラスト比の視角依存性も対称的な方位性を
示した。
る配向処理にて、液晶分子の傾く方向を2方向以上とす
ることができ、容易に安価で安定して、反転現象等の生
じない極めて広視角の液晶表示素子を実現できる。
発明はMIMからなるスイッチング素子を用いても同様
の効果を得ることは言うまでもなく、また、3原色のカ
ラーフィルターを用いての表示のカラー化をなしても同
様の同様の効果を得ることは言うまでもない。
効的なリタデーションを補償しうる光学異方素子を加味
すればさらなる広視角化が望めることも言うまでもな
い。
た場合の電界のかかり方の一例を説明する断面図。
列を説明する断面図。
ション値の変化を説明する図。
例を示す図。
定結果の一例を示す図。
定結果の一例を示す図。
対する透過光強度の関係を計算した図。
液晶分子チルト角の関係を説明する図。
視図。
率特性の一例を示す曲線図。
Claims (3)
- 【請求項1】 2枚の電極付き基板およびこれら基板間
に挟持された誘電異方性が正のネマテイック液晶の液晶
層とからなる液晶セルと、この液晶セルを挟む一対の偏
光子とからなる液晶表示素子において、 前記2枚の基板表面における液晶の液晶分子の基板平面
方向の配列方向が平行とし、かつ液晶の屈折率異方性
(Δn)と液晶層厚(d)の積(Δn・d)を0.25
±0.05μmとする手段と、 一画素を形成する一方もしくは双方の基板の前記電極
に、この電極を区画する非電極形成部分を設け、前記液
晶層に電圧を印加したときに、前記液晶分子のチルト方
向が横電界によって一画素内で2方向以上となるように
する手段とからなることを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項2】 2枚の電極付き基板およびこれら基板間
に挟持された誘電異方性が正のネマテイック液晶の液晶
層とからなる液晶セルと、この液晶セルを挟む一対の偏
光子とからなる液晶表示素子において、 一画素を形成する一方もしくは双方の基板の前記電極
に、この電極を区画する非電極形成部分を設け、前記液
晶層に電圧を印加したときに、前記液晶分子のチルト方
向が横電界によって一画素内で2方向以上となるように
する手段を有する液晶セルと、 少なくとも前記一方の偏光子と前記液晶セルとの間に配
置されリタデーション値がRの光学異方素子と、 前記液晶セルの液晶層の屈折率異方性Δnと層厚dの積
Δn・dと、前記光学異方性素子のRの総和が0.25
±0.05μmになるようにする手段とを具備すること
を特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項3】 2枚の基板表面における液晶分子のチル
ト方向およびプレチルト角が等しいかもしくはプレチル
ト角がともに0°であることを特徴とする請求項1また
は請求項2記載の液晶表示素子。
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JP04284220A JP3130682B2 (ja) | 1992-10-22 | 1992-10-22 | 液晶表示素子 |
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