JP3322397B2 - Laminated retarder - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、積層位相差板に関
し、特に、ゲストホスト液晶を用い、偏光板を用いな
い、明るい反射型液晶表示素子に用いる積層位相差板に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laminated retardation film, and more particularly to a laminated retardation film used for a bright reflective liquid crystal display device using a guest-host liquid crystal and not using a polarizing plate.

【０００２】[0002]

【従来の技術】ネマチック液晶を用いた表示素子には、
液晶分子の配向によっていくつかのモードがある。最も
普及しているのは、捻れネマチック（ＴＮ）モードであ
り、その他にホメオトロピック（垂直）配向やホモジニ
アス（水平）配向の複屈折モード、ゲストホストモード
等がある。2. Description of the Related Art Display devices using nematic liquid crystals include:
There are several modes depending on the orientation of the liquid crystal molecules. The most widespread is the twisted nematic (TN) mode, and other examples include a homeotropic (vertical) orientation and a homogeneous (horizontal) orientation birefringence mode, a guest-host mode, and the like.

【０００３】ＴＮ液晶は、誘電率異方性が正のネマチッ
ク液晶を、水平配向処理を施した電極付き基板の間に挟
み、液晶分子長軸が基板間で９０°だけ連続的に捩れた
状態を安定状態としたものである。この場合、基板に垂
直に入射した直線偏光の偏波面は、液晶の配向に沿って
９０°だけ回転する。従って、偏光子と検光子を直交さ
せておけば、白表示となる。また、電圧印加によって液
晶分子が立つと、入射した直線偏光がそのまま液晶層を
進むため、検光子により吸収されて黒表示となる。A TN liquid crystal is a state in which a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy is sandwiched between substrates with electrodes that have been subjected to a horizontal alignment treatment, and the major axis of the liquid crystal molecules is continuously twisted by 90 ° between the substrates. In a stable state. In this case, the plane of polarization of linearly polarized light that is perpendicularly incident on the substrate is rotated by 90 ° along the orientation of the liquid crystal. Therefore, if the polarizer and the analyzer are orthogonal to each other, white display is obtained. Further, when the liquid crystal molecules rise by application of a voltage, the incident linearly polarized light travels through the liquid crystal layer as it is, and is absorbed by the analyzer to display black.

【０００４】ＴＮモードや複屈折モードの液晶表示素子
は偏光板を必要とするので、自然光の一方の偏光は吸収
されてしまう。このため、理想状態においても、透過率
は５０％以上とならず、通常、２０〜３０％程度であ
る。従って、特に外光を利用する反射型液晶を用いる
と、非常に暗い表示となってしまう。[0004] Since the liquid crystal display element of the TN mode or the birefringence mode requires a polarizing plate, one polarized light of natural light is absorbed. For this reason, even in an ideal state, the transmittance does not become 50% or more, and is usually about 20 to 30%. Therefore, when a reflective liquid crystal utilizing external light is used, a very dark display is obtained.

【０００５】偏光板を用いない明るいモードとしては、
図４に示すような相転移ゲストホストモードがあり、明
るく、コントラストの高いモードとして現在最もよく研
究されている。そして、このモードを使ったマルチカラ
ー反射型ＴＦＴ液晶パネルが試作されている（例えば、
Ｓ．Ｍｉｔｓｕｉ，Ｙ．Ｓｈｉｍａｄａ ｅｔ ａ
ｌ．，ＳＩＤ′９２，ｐｐ４３７−４４０）。二色性色
素と、捩れピッチの比較的短いコレステリック液晶とを
混合したゲストホスト液晶を基板の間に挟むと、図４
（ａ）に示すように、捩れの螺旋が基板に垂直な方向に
配向する。この場合、入射光は色素に吸収され、例え
ば、黒の色素を用いれば黒表示となる。二色性色素は液
晶分子の長軸方向に沿った吸収軸を有するので、入射し
た直線偏光が液晶分子によって旋光されない方が吸光度
は高くなる。このため、複屈折率Δｎのできるだけ小さ
いホスト液晶が用いられる。この液晶に電圧を印加する
と、まず、図４（ｂ）に示すように螺旋軸が基板に水平
となり、さらに電圧を印加すると、捩れが解けて図４
（ｃ）に示すような垂直配向となる。この場合、色素の
吸光度が小さいために、背後の反射板の色が明るく見え
る。As a bright mode without using a polarizing plate,
There is a phase-transition guest-host mode as shown in FIG. 4, which is currently the most studied as a bright and high-contrast mode. A multi-color reflective TFT liquid crystal panel using this mode has been prototyped (for example,
S. Mitsui, Y .; Shimada et a
l. , SID '92, pp437-440). When a guest-host liquid crystal in which a dichroic dye and a cholesteric liquid crystal having a relatively short twist pitch are mixed is sandwiched between substrates, FIG.
As shown in (a), the twist spiral is oriented in a direction perpendicular to the substrate. In this case, the incident light is absorbed by the dye, and for example, black display is achieved by using a black dye. Since the dichroic dye has an absorption axis along the major axis direction of the liquid crystal molecules, the absorbance becomes higher when the incident linearly polarized light is not rotated by the liquid crystal molecules. Therefore, a host liquid crystal having a birefringence Δn as small as possible is used. When a voltage is applied to the liquid crystal, first, the helical axis becomes horizontal to the substrate as shown in FIG. 4 (b).
The vertical alignment as shown in FIG. In this case, since the absorbance of the dye is small, the color of the reflecting plate behind it looks bright.

【０００６】ゲストホスト液晶には、セル厚ｄを大きく
したり、色素濃度を上げると、コントラストは上がる
が、明るさが低下するといった性質がある。尚、暗状態
と明状態の透過率（又は反射率）の対数の比率を「二色
性比」と呼んで、ゲストホスト液晶の性能の指標として
いる。二色性比が大きいほど明るく、コントラストの高
い表示が得られる。相転移ゲストホストモードにおいて
二色性比を高くするためには、複屈折率Δｎを小さくす
ることの他に、セル厚ｄと液晶の捩れピッチｐとの比率
ｄ／ｐを大きくすることが有効である。しかし、ｄ／ｐ
を大きくすればするほど駆動電圧が高くなるといった副
作用がある。通常用いられているｄ／ｐの値は２程度で
あり、駆動電圧は１０Ｖ前後と高く、ＴＮモードの２倍
以上である。また、電圧を上げていくときと、下げてい
くときの閾値電圧が異なり、ヒステリシスを示す。この
ため、中間調表示は困難である。また、無電圧状態と飽
和状態との間に螺旋軸の方向が変わる中間状態を経るの
で、マトリクス駆動には適していない。The guest-host liquid crystal has such a property that when the cell thickness d is increased or the dye concentration is increased, the contrast is increased but the brightness is decreased. Note that the ratio of the logarithm of the transmittance (or reflectance) between the dark state and the bright state is called “dichroic ratio” and is used as an index of the performance of the guest-host liquid crystal. The higher the dichroic ratio, the brighter the display and the higher the contrast. In order to increase the dichroic ratio in the phase transition guest-host mode, it is effective to increase the ratio d / p between the cell thickness d and the twist pitch p of the liquid crystal in addition to decreasing the birefringence Δn. It is. However, d / p
There is a side effect that the larger the value is, the higher the driving voltage becomes. The commonly used value of d / p is about 2, and the driving voltage is as high as about 10 V, which is twice or more that of the TN mode. In addition, the threshold voltage when increasing the voltage and the threshold voltage when decreasing the voltage are different, indicating hysteresis. For this reason, halftone display is difficult. In addition, it passes through an intermediate state in which the direction of the spiral axis changes between a no-voltage state and a saturated state, and is not suitable for matrix driving.

【０００７】偏光板を用いないもう一つのモードとして
は、図５に示すように、ホモジニアス（水平）配向させ
たゲストホスト液晶の背後に１／４波長板３１と反射板
３２を配置したモードがある（例えば、アプライド フ
ィジックス レターズ、３０巻、１２号、６１９頁、
Ｈ．Ｓ．Ｃｏｌｅ ａｎｄ Ｒ．Ａ．Ｋａｓｈｎｏｗ
（１９７７））。無電圧状態においては、図５（ａ）の
水平配向した液晶分子に平行な入射偏光は往路で色素に
吸収されてしまう。また、水平配向した液晶分子に垂直
な直線偏光は、液晶層を透過した後、往路の１／４波長
板３１を通って円偏光となり、反射板３２で反射されて
逆回りの円偏光となる。水平配向した液晶分子に垂直な
直線偏光は、さらに復路の１／４波長板３１を通って１
／２波長だけ位相がシフトし、液晶分子に水平な直線偏
光に変換されて液晶層に戻り、液晶中の二色性色素に吸
収されてしまう。このため、表示が暗くなる。一方、電
圧を印加すると、図５（ｂ）に示すような垂直配向とな
り、液晶層における光の吸収が少なくなる。このため、
表示が明るくなる。As another mode without using a polarizing plate, as shown in FIG. 5, there is a mode in which a quarter-wave plate 31 and a reflecting plate 32 are arranged behind a guest-host liquid crystal which is homogeneously (horizontally) oriented. (For example, Applied Physics Letters, Vol. 30, No. 12, p. 619,
H. S. Cole and R.S. A. Kashnow
(1977)). In the no-voltage state, the incident polarized light parallel to the horizontally aligned liquid crystal molecules in FIG. 5A is absorbed by the dye on the outward path. Further, the linearly polarized light perpendicular to the horizontally aligned liquid crystal molecules passes through the liquid crystal layer, passes through the quarter-wave plate 31 on the outward path, becomes circularly polarized light, is reflected by the reflecting plate 32, and becomes circularly polarized light in the opposite direction. . The linearly polarized light perpendicular to the horizontally aligned liquid crystal molecules further passes through a quarter-wave plate 31 on the return path, and
The phase is shifted by a half wavelength, converted into linearly polarized light horizontal to the liquid crystal molecules, returned to the liquid crystal layer, and absorbed by the dichroic dye in the liquid crystal. Therefore, the display becomes dark. On the other hand, when a voltage is applied, the liquid crystal layer becomes vertically aligned as shown in FIG. 5B, and light absorption in the liquid crystal layer is reduced. For this reason,
The display becomes bright.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の１
／４波長板を用いたものは、コントラストが非常に低い
ために、ほとんど注目されていなかった。このようにコ
ントラストが低いのは、光の入射角に依存して位相差が
異なるために、１／４波長板を往復した光が完全には直
線偏光に変換されず、復路で色素に吸収されない成分が
生じるからである。以下、このことを詳細に説明する。
すなわち、光の一方の偏光（液晶分子長軸に平行）は二
色性色素に吸収される。液晶分子長軸に垂直な偏光は液
晶層を透過し、位相差板へ入射する。位相差板として通
常の１／４波長板を用い、偏光と４５°の角度をなす遅
相軸方向の主屈折率をｎ_p 、遅相軸と直交する進相軸方
向の主屈折率をｎ_s とする。液晶層を透過した偏光が、
液晶分子長軸と基板法線とを含む面において入射角θで
入射するときの位相差は、入射角θに伴って小さくなる
複屈折と、入射角θに伴って大きくなる距離との積によ
って表記され、下記（数１）のようになる。[0005] However, the above-mentioned conventional 1
The one using a quarter-wave plate has received little attention because the contrast is very low. The low contrast is because the phase difference differs depending on the incident angle of light, so that the light that has reciprocated through the quarter-wave plate is not completely converted into linearly polarized light and is not absorbed by the dye on the return path. This is because components are generated. Hereinafter, this will be described in detail.
That is, one polarized light of the light (parallel to the long axis of the liquid crystal molecule) is absorbed by the dichroic dye. Polarized light perpendicular to the long axis of the liquid crystal molecules passes through the liquid crystal layer and enters the retardation plate. A normal quarter-wave plate is used as the retardation plate, and the main refractive index in the slow axis direction at an angle of 45 ° with the polarized light is n _p , and the main refractive index in the fast axis direction orthogonal to the slow axis is n. _s . Polarized light transmitted through the liquid crystal layer
The phase difference when incident at an angle of incidence θ on the plane containing the liquid crystal molecule long axis and the substrate normal is determined by the product of the birefringence, which decreases with the angle of incidence θ, and the distance, which increases with the angle of incidence θ. It is described as follows (Equation 1).

【０００９】[0009]

【数１】 (Equation 1)

【００１０】上記（数１）によって表記される位相差
は、近似的に下記（数２）のようになり、入射角θが増
大すると、ｃｏｓθに比例して減少する。The phase difference expressed by the above (Equation 1) is approximately as shown in the following (Equation 2), and decreases in proportion to cos θ as the incident angle θ increases.

【００１１】[0011]

【数２】 (Equation 2)

【００１２】これに対して、液晶分子短軸と基板法線と
を含む面においては複屈折は角度によらないため、位相
差は下記（数３）のようになり、入射角θが増大する
と、ｃｏｓθに反比例して急激に増加する。On the other hand, since the birefringence does not depend on the angle on the plane including the liquid crystal molecule short axis and the substrate normal, the phase difference becomes as shown in the following (Equation 3). , Cos θ, and increases sharply.

【００１３】[0013]

【数３】 (Equation 3)

【００１４】このように、例えば、入射角θ＝０゜のと
きに位相差板の位相差がλ／４となるように設定して
も、入射角θが３０゜程度傾くだけで位相差板の位相差
は大きく変わり、復路で色素に吸収されない光が生じて
コントラストは極めて低くなる。Thus, for example, even if the phase difference of the phase difference plate is set to be λ / 4 when the incident angle θ = 0 °, the phase difference plate is only tilted by about 30 °. The phase difference greatly changes, and light that is not absorbed by the dye occurs on the return path, so that the contrast becomes extremely low.

【００１５】また、この方式では液晶の配向がホモジニ
アス配向で、閾値特性の急峻性が不十分であるため、マ
トリクス駆動が可能な画素数はわずかである。In this method, the alignment of the liquid crystal is a homogeneous alignment, and the steepness of the threshold characteristic is insufficient. Therefore, the number of pixels that can be driven in a matrix is small.

【００１６】一方、現在広く使用されているモードとし
て、ＴＮモードの捩れを大きくした超捩れネマチック
（ＳＴＮ）モードがあり、このモードにおいても位相差
板が用いられている。偏光板の間にＳＴＮ液晶を挟む
と、捩れピッチが短いために複屈折色を呈する。そし
て、この複屈折量（位相差）が電圧によって変化するこ
とにより、表示の色が変わる。ＳＴＮ液晶の色付きを無
くすために、近年、高分子からなる位相差板を用いる技
術が著しく発達してきた。ＳＴＮ液晶の複屈折によって
生じる色付きを打ち消すためには、通常、位相差が４０
０〜５００ｎｍ程度の高分子位相差板が用いられる。し
かし、この色消しのための位相差板に入射角依存性があ
ると、視角方向によって表示が色づく等の欠点が生じる
ので、これを解消する以下のような提案がなされている
（例えば、Ｙ．Ｆｕｊｉｍｕｒａ，Ｔ．Ｎａｇａｔｕｋ
ａ，Ｈ．Ｙｏｓｈｉｍｉ ａｎｄ Ｔ．Ｓｈｉｍｏｍｕ
ｒａ：ＳＩＤ′９１ Ｄｉｇｅｓｔ，３５．１（１９９
１））。On the other hand, as a mode currently widely used, there is a super-twisted nematic (STN) mode in which the twist of the TN mode is increased, and a phase difference plate is also used in this mode. When the STN liquid crystal is interposed between the polarizing plates, it exhibits a birefringent color due to a short twist pitch. The display color changes as the amount of birefringence (phase difference) changes with voltage. In order to eliminate the coloring of the STN liquid crystal, a technique using a retardation plate made of a polymer has been remarkably developed in recent years. In order to cancel the coloring caused by the birefringence of the STN liquid crystal, a phase difference of usually 40 is required.
A polymer retardation plate of about 0 to 500 nm is used. However, if the phase difference plate for achromatism has an incident angle dependency, a drawback such as that the display is colored depending on the viewing angle direction occurs, and the following proposals have been made to solve this (for example, Y). Fujimura, T. Nagatuk
a, H .; Yoshimi and T.M. Shimomu
ra: SID'91 Digest, 35.1 (199
1)).

【００１７】位相差板の面内の主屈折率ｎ_p 、ｎ_s （ｎ
_p ＞ｎ_s 、ｎ_p の方向を遅相軸方向、ｎ_s の方向を進相
軸方向と呼ぶ）に対して、通常、厚み方向の主屈折率ｎ
_z はｎ_s と等しいかやや小さい。液晶パネルを正面から
見る場合にはｎ_z は関係しないが、液晶パネルを斜めか
ら見る場合にはｎ_z の成分が複屈折量に入ってくる。上
記（数３）に相当する方向、すなわち液晶分子短軸と基
板法線を含む面内の方向からは、ｎ_z をｎ_s よりも大き
くすることにより、斜めから見たときの複屈折率が小さ
くなり、光路が長くなるので、相殺されて位相差の変化
は小さくなる。The in-plane main refractive indices n _p , n _s (n
_p > n _s , the direction of n _p is called the slow axis direction, and the direction of n _s is called the fast axis direction).
_z is slightly smaller or equal to n _s. When the liquid crystal panel is viewed from the front, n _z is not relevant, but when the liquid crystal panel is viewed obliquely, the component of n _z is included in the birefringence amount. Direction corresponding to the equation (3), that is, from the direction of the plane including a liquid crystal molecule minor axis and the substrate normal, by the n _z is greater than n _s, the birefringence when viewed from an oblique Since the light path becomes smaller and the optical path becomes longer, the phase difference is canceled out and the change in the phase difference becomes smaller.

【００１８】長塚ら（上記）が行ったシミュレーション
によれば、下記（数４）の関係を満たす場合において、
位相差の入射角依存性が最も小さくなる。According to the simulation performed by Nagatsuka et al. (Above), when the following equation (4) is satisfied,
The incident angle dependence of the phase difference is minimized.

【００１９】[0019]

【数４】 (Equation 4)

【００２０】上記（数４）の関係を実現する代表的な位
相差板として、日東電工（株）製の３次元屈折率制御位
相差フィルムＮＲＺがある。この位相差フィルムＮＲＺ
においては、ポリカーボネートの延伸方法を工夫するこ
とにより、厚み方向の主屈折率ｎ_z も制御されている。As a typical retardation plate for realizing the relationship of the above (Equation 4), there is a three-dimensional refractive index control retardation film NRZ manufactured by Nitto Denko Corporation. This retardation film NRZ
In, the main refractive index _{nz in the} thickness direction is also controlled by devising a method of stretching polycarbonate.

【００２１】これ以外に、複屈折率Δｎが正と負の通常
の位相差フィルムを貼合わせることによっても、上記
（数４）の条件を満たす位相差板が実現される。In addition, a retardation film satisfying the above condition (Equation 4) can be realized by laminating ordinary retardation films having positive and negative birefringence Δn.

【００２２】本発明は、以上のことに鑑みてなされたも
のであり、例えば、偏光板の無い明るく、コントラスト
の高い反射型液晶表示素子に用いる積層位相差板を提供
することを目的とする。The present invention has been made in view of the above, and has as its object to provide, for example, a laminated retardation plate used for a reflective liquid crystal display device without a polarizing plate, which is bright and has high contrast.

【００２３】[0023]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る積層位相差板の構成は、屈折率の波長
依存性が小さい位相差板Ａと、屈折率の波長依存性が大
きく、かつ、位相差が前記位相差板Ａよりも小さい位相
差板Ｂとを、遅相軸をほぼ直交させて貼り合わせた積層
位相差板であって、前記位相差板Ｂの厚み方向の屈折率
ｎ_zBが遅相軸方向の屈折率ｎ_pBよりも大きいことを特徴
とする。この積層位相差板の構成によれば、屈折率の波
長依存性が小さい位相差板Ａと、屈折率の波長依存性が
大きく、かつ、位相差が前記位相差板Ａよりも小さい位
相差板Ｂとを、遅相軸をほぼ直交させて貼り合わせた積
層位相差板であって、前記位相差板Ｂの厚み方向の屈折
率ｎ _zBが遅相軸方向の屈折率ｎ_pBよりも大きいことを特
徴とするものであるため、位相差の入射角依存性を補償
しつつ、波長に比例して位相差が単調増加する積層位相
差板が実現される。従って、全ての波長に対して反射光
が無くなり、色付き表示が低減すると共に、コントラス
トもさらに高くなる。In order to achieve the above object,
Therefore, the configuration of the laminated retardation plate according to the present invention, the wavelength of the refractive index
Retarder A with low dependence and large wavelength dependence of refractive index
A phase difference smaller than that of the phase difference plate A
Lamination with difference plate B bonded with the slow axis almost perpendicular
A retardation plate, wherein the refractive index in the thickness direction of the retardation plate B is
n_zBIs the refractive index n in the slow axis direction_pBCharacterized by greater than
And According to the configuration of the laminated retardation plate, the refractive index wave
The retardation plate A with small length dependence and the wavelength dependence of the refractive index
Large and the phase difference is smaller than the phase difference plate A
The product obtained by laminating the retardation plate B with the slow axis almost perpendicular to
A phase difference plate, wherein the phase difference plate B is refracted in a thickness direction.
Rate n _zBIs the refractive index n in the slow axis direction_pBSpecially larger than
Compensates for the angle-of-incidence dependence of the phase difference
While the phase difference monotonically increases in proportion to the wavelength
A difference plate is realized. Therefore, reflected light for all wavelengths
Is eliminated, colored display is reduced, and contrast
The price is even higher.

【００２４】また、前記本発明の積層位相差板の構成に
おいては、位相差板Ｂの厚み方向の屈折率ｎzBと遅相軸
方向の屈折率ｎpBの差と、位相差板Ｂの厚みｄ_B との積
（ｎ _zB−ｎ_pB）×ｄ_B が、積層位相差板の位相差のほぼ
半分であるのが好ましい。この好ましい例によれば、位
相差の入射角依存性がさらに小さくなる。また、この場
合には、位相差板Ａがポリプロピレン又はポリビニルア
ルコールからなり、位相差板Ｂがポリカーボネートから
なるのが好ましい。Further, in the structure of the laminated retardation plate of the present invention,
In the following, the refractive index nzB in the thickness direction of the retardation plate B and the slow axis
Of the refractive index npB in the direction and the thickness d of the retardation plate B_BProduct with
(N _zB-N_pB) × d_BIs almost equal to the retardation of the laminated retarder.
Preferably it is half. According to this preferred example, the position
The incident angle dependence of the phase difference is further reduced. Also this place
If the retarder A is made of polypropylene or polyvinyl alcohol,
Retarder B made of polycarbonate
Is preferred.

【００２５】[0025]

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて本発明
をさらに具体的に説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to embodiments.

【００２６】従来、明るさと、コントラストの指標であ
る二色性比が高く、反射型カラー液晶に最適として、相
転移ゲストホストモードが研究されてきた。一方、本発
明の液晶表示素子は、１／４波長板を用いたゲストホス
トモードと、入射角依存性を無くした位相差板とを組み
合わせたものであり、これにより従来のものと比較して
二色性比が２割も高い表示が得られる。Conventionally, a phase-change guest-host mode has been studied as a dichroic ratio, which is an index of brightness and contrast, is high and is optimal for a reflective color liquid crystal. On the other hand, the liquid crystal display element of the present invention is a combination of a guest-host mode using a quarter-wave plate and a retardation plate that eliminates the dependence on the incident angle. A display with a dichroic ratio as high as 20% can be obtained.

【００２７】ＳＴＮ用の位相差板としては、通常、位相
差が４００ｎｍ前後のフィルムが用いられていたが、位
相差のさらに小さいフィルムも作製可能である。入射角
が変わっても位相差の変化が極めて小さい位相差板の位
相差をλ／４相当まで小さくし、この位相差板をゲスト
ホスト液晶の背後に配置すれば、従来の１／４波長板を
用いたものでは非常に低かったコントラストが著しく高
くなる。As a retardation plate for STN, a film having a retardation of about 400 nm is usually used, but a film having a smaller retardation can be produced. If the phase difference of the phase difference plate whose change in phase difference is extremely small even if the incident angle changes is reduced to λ / 4 and this phase difference plate is arranged behind the guest-host liquid crystal, the conventional quarter-wave plate can be obtained. In contrast, the contrast which was very low in the case of using is significantly increased.

【００２８】また、従来のゲストホスト液晶はホモジニ
アス配向であったため、閾値特性の急峻性が得られず、
マトリクス駆動には適さなかったが、ＳＴＮ液晶で明ら
かなように、捩れ配向を与えることにより閾値特性の急
峻性が向上する。ところが、ＳＴＮ液晶では、複屈折に
よって入射直線偏光が楕円偏光となるような捩れに設定
されており、このような条件の下では、色素による吸光
度が低下してしまう。しかし、捩れ配向が導波路となる
モーガンの極限の条件を満たせば、入射した直線偏光の
偏波面が液晶分子長軸に沿って旋光するため、ホモジニ
アス配向の場合と同様の吸光度が得られる。ここで、モ
ーガンの極限の条件とは、液晶の複屈折をΔｎ、捩れピ
ッチをｐ、入射光の波長をλとした場合に下記（数５）
によって表記される条件である。Further, since the conventional guest-host liquid crystal has a homogeneous alignment, the sharpness of the threshold characteristic cannot be obtained.
Although not suitable for matrix driving, the steepness of the threshold characteristic is improved by imparting a twist orientation, as is clear from STN liquid crystal. However, in the STN liquid crystal, the incident linearly polarized light is set to be an elliptically polarized light due to birefringence, and under such conditions, the absorbance of the dye decreases. However, if the torsional orientation satisfies the Morgan's extreme condition of becoming a waveguide, the plane of polarization of the incident linearly polarized light rotates along the long axis of the liquid crystal molecules, and the same absorbance as in the case of the homogeneous orientation is obtained. Here, Morgan's extreme conditions are as follows when the birefringence of the liquid crystal is Δn, the twist pitch is p, and the wavelength of the incident light is λ.
Is a condition represented by

【００２９】[0029]

【数５】 (Equation 5)

【００３０】以下に、具体的実施の形態を挙げて本発明
をさらに詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific embodiments.

【００３１】〈第１の実施の形態〉図１は本発明に係る
液晶表示素子の第１の実施の形態を示す断面図である。
図１に示すように、ガラスからなる上基板１の上には、
酸化インジウム錫からなる行電極３ａ、３ｂ及び３ｃが
形成されている。また、同じくガラスからなる下基板２
の上には、酸化インジウム錫からなる列電極４が形成さ
れている。また、行電極３ａ、３ｂ及び３ｃと列電極４
の上には、ポリイミド配向膜５が印刷され、どちらの基
板も紙面の右から左の方向へラビング処理が施されてい
る。そして、これらの基板は、球形スペーサを用いて１
２μｍの間隔で貼り合わされ、その周囲にはシール樹脂
６が塗布されている。これにより、空セルが形成されて
いる。<First Embodiment> FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a liquid crystal display device according to the present invention.
As shown in FIG. 1, on an upper substrate 1 made of glass,
Row electrodes 3a, 3b and 3c made of indium tin oxide are formed. The lower substrate 2 also made of glass
A column electrode 4 made of indium tin oxide is formed thereon. The row electrodes 3a, 3b and 3c and the column electrodes 4
A polyimide alignment film 5 is printed thereon, and both substrates are subjected to a rubbing process from right to left on the paper. Then, these substrates are formed using spherical spacers.
The layers are bonded at an interval of 2 μm, and a seal resin 6 is applied around them. As a result, an empty cell is formed.

【００３２】ＢＤＨ(株)製のネマチック液晶Ｅ−８（Δ
ｎ＝０．２３）に微量のカイラル剤Ｓ−８１１を混合し
てピッチ２４μｍのカイラルネマチック液晶とし、そこ
へアントラキノン系の二色性色素を複数色混合した黒の
二色性色素１１を１％溶解してゲストホスト液晶を生成
し、このゲストホスト液晶を上記空セルに注入した。こ
れにより、液晶パネル１２が形成されている。A nematic liquid crystal E-8 (.DELTA.
n = 0.23) and a small amount of a chiral agent S-811 to obtain a chiral nematic liquid crystal having a pitch of 24 μm, and a black dichroic dye 11 obtained by mixing a plurality of anthraquinone dichroic dyes with 1%. Upon dissolution, a guest-host liquid crystal was generated, and the guest-host liquid crystal was injected into the empty cell. Thus, a liquid crystal panel 12 is formed.

【００３３】以上のようにして液晶パネル１２を形成し
たところ、液晶はセル内で１８０°捩れ、超ねじれネマ
チック構造７が実現された。透過偏光顕微鏡を用いてこ
のセルを観察したところ、上基板１の上の液晶分子８の
長軸に平行な偏光９は吸収され、液晶分子８の長軸に垂
直な偏光１０は透過してくるのが確認された。すなわ
ち、入射した直線偏光はいずれも捩れに沿って旋光し、
一方は二色性色素１１に吸収され、他方はほとんど吸収
されずに透過して破線の矢印１６、１６’のように進行
する。上記（数５）に示すモーガンの極限の条件式にこ
の液晶パネル１２の定数を当てはめると、捩れピッチｐ
が２４μｍ、液晶の複屈折Δｎが０．２３であるため、
波長６９０ｎｍまでのほとんどの可視光が上記（数５）
を満たしており、実験と一致していることが分かる。相
転移ゲストホストモードの場合は、液晶の複屈折は小さ
い方が良かったが、本実施の形態の液晶表示素子におい
ては、応答速度を上げるために、液晶の複屈折を大きく
して、液晶層が薄くてもモーガンの極限値を超えるよう
にした。When the liquid crystal panel 12 was formed as described above, the liquid crystal was twisted by 180 ° in the cell, and the super-twisted nematic structure 7 was realized. Observation of this cell using a transmission polarization microscope reveals that polarized light 9 parallel to the major axis of the liquid crystal molecules 8 on the upper substrate 1 is absorbed, and polarized light 10 perpendicular to the major axis of the liquid crystal molecules 8 is transmitted. Was confirmed. In other words, all the incident linearly polarized light rotates along the twist,
One is absorbed by the dichroic dye 11 and the other is transmitted with little absorption and proceeds as indicated by the dashed arrows 16, 16 '. When the constant of the liquid crystal panel 12 is applied to the Morgan's limit conditional expression shown in the above (Equation 5), the twist pitch p
Is 24 μm and the birefringence Δn of the liquid crystal is 0.23.
Most visible light up to a wavelength of 690 nm is as described above (Equation 5)
Are satisfied, and it can be seen that this is consistent with the experiment. In the case of the phase change guest-host mode, the smaller the birefringence of the liquid crystal, the better. However, in the liquid crystal display device of this embodiment, in order to increase the response speed, the birefringence of the liquid crystal is increased, Even thinner than Morgan's limit.

【００３４】液晶パネル１２の背後には、１／４波長板
である日東電工（株）製のＮＲＺで、波長５５０ｎｍの
入射光に対して１４０ｎｍの位相差を与える位相差板１
３が配設されており、さらに、位相差板１３の背後には
拡散アルミ反射板１４が配設されている。位相差板１３
の延伸方向（複屈折の主軸方向）は、下基板２の上の液
晶分子１５の長軸（配向方向）に対して４５°の角度を
なす方向に向けられており、この方向の主屈折率ｎ_p と
面内でこれに直交する主屈折率ｎ_s との差と、位相差板
１３の厚みｄとの積は１４０ｎｍ、ｎ_s 、ｎ_p と厚み方
向の主屈折率ｎ _z との差と、位相差板１３の厚みｄとの
積は７０ｎｍである。これにより、波長５５０ｎｍの光
は、およそ±５０°の、どの方向から位相差板１３に入
射した偏光も１／２波長だけ回転し、入射偏光と直交す
る直線偏光１７、１７’となって、液晶層へ戻る。そし
て、この直線偏光１７、１７’は、往路と同様に液晶分
子長軸に沿って旋光し、二色性色素１１に吸収される。
このため、反射光は無くなる。Behind the liquid crystal panel 12, a quarter-wave plate
NRZ manufactured by Nitto Denko Corporation with a wavelength of 550 nm.
Retardation plate 1 that gives a phase difference of 140 nm to incident light
3 is provided, and further behind the retardation plate 13
A diffused aluminum reflector 14 is provided. Phase plate 13
The stretching direction (principal axis direction of birefringence) is
Angle of 45 ° to the major axis (orientation direction)
The main refractive index n in this direction._pWhen
Principal refractive index n orthogonal to this in the plane_sAnd the phase difference plate
The product of the thickness 13 and the thickness d is 140 nm, n_s, N_pAnd thickness
Principal refractive index n _zAnd the thickness d of the retardation plate 13
The product is 70 nm. Thereby, the light of wavelength 550 nm
Enter the retardation plate 13 from any direction of about ± 50 °.
The emitted polarized light also rotates by 波長 wavelength and is orthogonal to the incident polarized light.
And returns to the liquid crystal layer. Soshi
The linearly polarized lights 17 and 17 ′ have a liquid crystal
The light is rotated along the child long axis and is absorbed by the dichroic dye 11.
Therefore, there is no reflected light.

【００３５】但し、位相差板を構成する材料がポリカー
ボネートである場合には、位相差の波長分散（波長依
存）が比較的大きく、特に青の波長は複屈折量Δｎｄ／
λが大きくなるので、吸収されない成分が多く、少し青
っぽい表示となる。ＳＴＮモードの色消しのための位相
差板としては、液晶分子の複屈折の波長分散に合わせた
方がよりコントラストが高いため、位相差の波長分散が
大きいポリカーボネートが適していた。しかし、本発明
の場合には、色付き表示が低減し、コントラストも高く
なる点で、位相差の波長分散の小さいポリビニルアルコ
ールの方が適している。However, when the material constituting the retardation plate is polycarbonate, the wavelength dispersion of the retardation (wavelength dependence) is relatively large, and especially the blue wavelength has a birefringence Δnd /
Since λ is large, many components are not absorbed, and the display is slightly bluish. As a retardation plate for achromatism in the STN mode, polycarbonate having a large wavelength dispersion of the retardation was suitable because the contrast was higher when the wavelength dispersion of the birefringence of the liquid crystal molecules was adjusted. However, in the case of the present invention, polyvinyl alcohol having a small wavelength dispersion of the phase difference is more suitable in that the colored display is reduced and the contrast is increased.

【００３６】この液晶表示素子の電極間に２．５Ｖ、６
０Ｈｚの矩形波を印加すると、図１の液晶分子１８と二
色性色素１９が共に垂直配向となる。このため、色素の
吸光度が低下して、明るい表示となる。明暗部のコント
ラストを、通常の天井灯の室内照明の下で、輝度計を用
いて測定したところ、約８：１であった。2.5 V, 6 between electrodes of this liquid crystal display element
When a rectangular wave of 0 Hz is applied, both the liquid crystal molecules 18 and the dichroic dye 19 in FIG. 1 are vertically aligned. For this reason, the absorbance of the dye is reduced, and a bright display is obtained. The contrast of the light and dark areas was measured using a luminance meter under normal room lighting of a ceiling light, and was about 8: 1.

【００３７】比較のために、同じ液晶パネルの背後に、
従来と同じ通常の１／４波長板と反射板を配置して測定
したところ、コントラストは約２．３であった。For comparison, behind the same liquid crystal panel,
The contrast was about 2.3 when the measurement was performed by disposing a normal quarter-wave plate and a reflection plate as in the related art.

【００３８】また、本実施の形態の液晶パネルを通常の
電圧平均化法によってマトリクス駆動すると、デューテ
ィー比１／３２でコントラスト４．５が得られた。尚、
ホモジニアス配向ではデューティー比１／４程度が限度
である。また、パルス幅変調によって中間実効電圧を与
えれば、階調表示も容易であった。Further, when the liquid crystal panel of this embodiment was driven in a matrix by a normal voltage averaging method, a contrast of 4.5 was obtained at a duty ratio of 1/32. still,
In the homogeneous alignment, the duty ratio is limited to about 1/4. Further, if an intermediate effective voltage is applied by pulse width modulation, gradation display was easy.

【００３９】液晶の捩れが本実施の形態の１８０°より
も大きく２５０°以下であれば、閾値特性の急峻性がよ
り向上し、マトリクス駆動の可能な画素数が増える。し
かし、この場合においても、モーガンの極限値以上の捩
れピッチが保たれなければならないので、同じ液晶を用
いればセル厚が増す。そして、このセル厚は通常のＳＴ
Ｎ液晶の場合よりも大きいので、応答速度はかなり遅く
なる。液晶の捩れが１８０°の場合、応答速度は超捩れ
配向としては非常に速く、マトリクス駆動を行うときの
閾値特性の急峻性もある程度保たれるので、最もバラン
スの取れた条件といえる。If the twist of the liquid crystal is larger than 180 ° in the present embodiment and equal to or smaller than 250 °, the steepness of the threshold characteristic is further improved, and the number of pixels that can be driven in a matrix is increased. However, even in this case, since the twist pitch of the Morgan's limit value or more must be maintained, the cell thickness increases if the same liquid crystal is used. This cell thickness is equal to the normal ST
Since it is larger than that of the N liquid crystal, the response speed is considerably slow. When the twist of the liquid crystal is 180 °, the response speed is extremely fast as a super-twisted orientation, and the steepness of the threshold characteristic when performing matrix driving is maintained to some extent.

【００４０】尚、本実施の形態においては、位相差板１
３として１／４波長板である日東電工（株）製のＺＮＲ
のを用いているが、必ずしもこれに限定されるものでは
なく、反射した偏光が１／２波長だけ回転する位相差板
であればよい。また、入射角依存性の補償の方法、及び
位相差も本実施の形態に挙げたものに限定されるもので
はない。例えば、通常の位相差７０ｎｍの一軸位相差板
に、位相差が−７０ｎｍの負の位相差板を貼り合わせて
も、位相差の入射角依存性は小さくなり、コントラスト
は従来よりも高くなる。In the present embodiment, the phase difference plate 1
3 is a 1/4 wavelength plate ZNR manufactured by Nitto Denko Corporation
However, the present invention is not limited to this, and any retardation plate may be used as long as the reflected polarized light rotates by １ ／ wavelength. Further, the method of compensating the incident angle dependence and the phase difference are not limited to those described in the present embodiment. For example, even if a negative retardation plate with a phase difference of -70 nm is bonded to a normal uniaxial retardation plate with a retardation of 70 nm, the dependence of the phase difference on the incident angle is reduced, and the contrast is higher than before.

【００４１】また、白黒表示の場合、１／４波長板の基
準となる波長として視感度の最も高い５５０ｎｍを用い
るのが望ましいが、色表示の場合には、その表示色の波
長に合わせる必要がある。In the case of monochrome display, it is desirable to use 550 nm, which has the highest luminous efficiency, as the reference wavelength of the quarter-wave plate, but in the case of color display, it is necessary to match the wavelength of the display color. is there.

【００４２】また、本実施の形態においては、下基板２
の上の液晶分子１５の長軸（配向方向）と位相差板１３
の延伸軸（複屈折の主軸）の交差角を４５°としている
が、必ずしもこの角度に限定されるものではなく、３０
°〜６０°の範囲の角度であれば、暗状態はかなり暗く
なり、コントラストの高い表示が実現される。In this embodiment, the lower substrate 2
Axis (alignment direction) of the liquid crystal molecules 15 on the screen and the retarder 13
Is set to 45 ° at the intersection of the stretching axes (principal axes of birefringence), but is not necessarily limited to this angle.
If the angle is in the range of ° to 60 °, the dark state becomes considerably dark, and a display with high contrast is realized.

【００４３】〈第２の実施の形態〉上記第１の実施の形
態においては、多数ラインのマトリクス駆動が可能とな
るように、水平配向膜を用いて１８０°ツイスト配向さ
せた。しかし、画素数の少ない表示パネルに用いる場合
には、閾値特性の急峻性が問題とならないので、二色性
比をより高くすることのできる配向状態を検討した。そ
の結果、配向膜として垂直配向膜を用い、液晶として誘
電率異方性が負のネマチック液晶を用いることにより、
二色性比がさらに大きくなることが分かった。なぜな
ら、水平配向膜は束縛力が大きいため、配向膜近傍の液
晶分子並びに二色性色素分子は、電圧が加わっても動か
ないので、やや暗くなるからである。これに対して、垂
直配向膜は束縛力が非常に小さいため、配向膜近傍の液
晶分子も応答し、大きな二色性比が得られる。<Second Embodiment> In the first embodiment, 180 ° twist alignment is performed by using a horizontal alignment film so that matrix driving of a large number of lines can be performed. However, when used for a display panel with a small number of pixels, the steepness of the threshold characteristic does not pose a problem, so that an alignment state that can further increase the dichroic ratio was studied. As a result, by using a vertical alignment film as an alignment film and a nematic liquid crystal having a negative dielectric anisotropy as a liquid crystal,
It was found that the dichroic ratio was further increased. This is because the liquid crystal molecules and dichroic dye molecules in the vicinity of the alignment film do not move even when a voltage is applied, so that the horizontal alignment film is slightly dark because the binding force is large. On the other hand, since the vertical alignment film has a very small binding force, the liquid crystal molecules near the alignment film also respond, and a large dichroic ratio can be obtained.

【００４４】図２は本発明に係る液晶表示素子の第２の
実施の形態を示す断面図である。液晶２７としては、誘
電率異方性が負のメルク（株）製のＺＬＩ２８０６中に
ポジタイプの黒の二色性色素（分子が倒れたとき吸光す
る）を２％溶かしたものを使用した。配向膜２５とし
て、日産化学（株）製のポリイミド系垂直配向膜ＳＥ１
２１１を両基板に塗布した。上基板には紙面右向きに、
下基板には紙面左向きに、互いに反平行となるようにラ
ビング処理を施した。そして、これらの基板を、球形ス
ペーサを用いて５μｍ間隔で貼り合わせた。このように
して形成された空セルに前記した液晶２７を注入したと
ころ、基板法線から数度傾いた配向３８、３９が実現さ
れた。無電圧下においては、このようにほぼ垂直配向と
なるので、吸光されない。一方、電圧を印加すると、液
晶分子２８及び色素分子３１がラビング方向へ倒れて、
ほぼホモジニアス（水平）配向状態となるため、配向方
向に平行な偏光９は吸光されてしまう。上記第１の実施
の形態と同様に、入射角依存性を補償した１／４波長板
である位相差板１３と反射板１４をセルの背後に配置す
れば、往路で透過した偏光１０は、位相差板１３から再
び出射する時に１８０°だけ位相が回転し、復路で吸光
されてしまう。FIG. 2 is a sectional view showing a second embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention. As the liquid crystal 27, a liquid obtained by dissolving 2% of a positive type black dichroic dye (absorbing when a molecule falls down) in ZLI2806 manufactured by Merck Ltd. having a negative dielectric anisotropy was used. As the alignment film 25, a polyimide-based vertical alignment film SE1 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.
211 was applied to both substrates. On the upper board, facing right on the paper,
The lower substrate was subjected to a rubbing treatment so as to be antiparallel to each other, facing left on the paper. Then, these substrates were bonded at intervals of 5 μm using spherical spacers. When the above-described liquid crystal 27 was injected into the empty cell thus formed, alignments 38 and 39 inclined several degrees from the substrate normal were realized. Under no voltage, light is not absorbed because it is almost vertically aligned. On the other hand, when a voltage is applied, the liquid crystal molecules 28 and the dye molecules 31 fall in the rubbing direction,
Since it is in a substantially homogeneous (horizontal) alignment state, the polarized light 9 parallel to the alignment direction is absorbed. Similarly to the first embodiment, if the retardation plate 13 and the reflection plate 14, which are quarter-wave plates, which compensate for the incident angle dependence, are disposed behind the cell, the polarized light 10 transmitted on the outward path becomes When the light is again emitted from the phase difference plate 13, the phase is rotated by 180 °, and the light is absorbed on the return path.

【００４５】位相差板１３として、上記第１の実施の形
態と同じ１／４波長板である日東電工（株）製のＺＮＲ
を用いた場合、反射率は５０％、コントラストは１５で
あった。二色性比に換算すれば、約４．９となる。比較
のために、同じ二色性色素を用いて、相転移ゲストホス
ト型液晶パネルを作製したところ、反射率が５０％の場
合に、コントラストは約９であった。二色性比に換算す
れば、約４．２となる。このことから、本実施の形態の
液晶表示素子の方が、コントラストで約１．５倍、二色
性比で１８％も大きいことが分かる。また、本実施の形
態の液晶表示素子の構成によれば、階調表示も可能で、
駆動電圧も５Ｖと低くなった。尚、１／４波長板として
入射角依存性を補償していない位相差板を用いた場合に
は、反射率が５０％のときに、コントラストは４．５と
非常に低かった。The retardation plate 13 is the same quarter-wave plate as that of the first embodiment, and is a ZNR manufactured by Nitto Denko Corporation.
When was used, the reflectance was 50% and the contrast was 15. Converted to a dichroic ratio, it is about 4.9. For comparison, a phase-change guest-host type liquid crystal panel was prepared using the same dichroic dye. The contrast was about 9 when the reflectance was 50%. Converted to a dichroic ratio, it is about 4.2. This indicates that the liquid crystal display element of the present embodiment is about 1.5 times in contrast and 18% in dichroic ratio. Further, according to the configuration of the liquid crystal display element of the present embodiment, gradation display is also possible,
The drive voltage was as low as 5V. In the case where a retardation plate whose incident angle dependency was not compensated for was used as the quarter-wave plate, the contrast was extremely low at 4.5 when the reflectance was 50%.

【００４６】ところで、位相差板としてＮＲＺを用いた
場合には、位相差の波長依存性が大きいために、表示が
色づいてしまう。入射角依存性を補償しつつ、波長に比
例して位相差が単調増加する位相差板が実現されれば、
全ての波長に対して反射光が無くなり、色付き表示が低
減すると共に、コントラストもさらに高くなる。本発明
者らは、このような位相差板を、日東電工（株）製の広
帯域波長フィルムを改良することによって実現し、上記
第１の実施の形態の液晶表示素子をさらに改良した。When NRZ is used as the retardation plate, the display is colored because the wavelength dependence of the retardation is large. If a retardation plate whose phase difference monotonically increases in proportion to the wavelength while compensating the incident angle dependence is realized,
There is no reflected light for all wavelengths, which reduces colored display and further enhances contrast. The present inventors have realized such a retardation plate by improving a broadband wavelength film manufactured by Nitto Denko Corporation, and further improved the liquid crystal display device of the first embodiment.

【００４７】まず、従来技術である日東電工（株）製の
広帯域波長フィルムの波長依存補償の原理について説明
する。この広帯域波長フィルムは、屈折率の波長依存性
の大きいフィルムａ（ポリカーボネート）と波長依存性
の小さいフィルムｂ（ポリプロピレン）を重ね合わせる
ことによって構成されている。図６に、これらのフィル
ムａ、ｂのΔｎｄの波長依存性を示す。実線３０ａ、３
０ｂはそれぞれのフィルムａ、ｂの位相差を示してい
る。また、実線３０ｃは、フィルムｂと、フィルムｂよ
りも薄いフィルムａとを、遅相軸を直交させて貼り合わ
せた積層フィルムのΔｎｄを示している。すなわち、実
線３０ｃは、フィルムｂのΔｎｄとフィルムａのΔｎｄ
との差になり、単調増加の曲線を描く。また、点直線３
１は、Δｎｄ＝λ／４の場合の位相差を示したものであ
り、実線３０ｃはこの点直線３１に近く、どの波長に対
してもΔｎｄ＝λ／４という条件に近いことが分かる。
しかし、従来の広帯域波長フィルムにおいては、入射角
依存性が補償されていないため、ＮＲＺを使用した場合
よりもコントラストが低下してしまった。First, the principle of wavelength-dependent compensation of a conventional broadband wavelength film manufactured by Nitto Denko Corporation will be described. This broadband wavelength film is constituted by laminating a film a (polycarbonate) having a large wavelength dependence of the refractive index and a film b (polypropylene) having a small wavelength dependence. FIG. 6 shows the wavelength dependence of Δnd of these films a and b. Solid line 30a, 3
0b indicates the phase difference between the films a and b. Further, a solid line 30c indicates Δnd of a laminated film obtained by laminating the film b and the film a thinner than the film b with the slow axes perpendicular to each other. That is, the solid line 30c represents the Δnd of the film b and the Δnd of the film a.
And draw a monotonically increasing curve. Also, point line 3
1 shows the phase difference when Δnd = λ / 4, and it can be seen that the solid line 30c is close to the dotted line 31 and is close to the condition of Δnd = λ / 4 for any wavelength.
However, in the conventional broadband wavelength film, the incident angle dependency is not compensated, so that the contrast is lower than in the case where NRZ is used.

【００４８】広帯域波長フィルムのような積層フィルム
の入射角依存性を補償する第１の手段としては、貼り合
わせる２種類のフィルムのいずれをも、入射角依存性が
小さくなる上記（数４）を満たすように、厚み方向の屈
折率を調整する方法がある。しかし、実際には、このよ
うな調整が困難な材料もあり、また、コスト高にも繋が
る。そこで、本実施の形態においては、通常のポリプロ
ピレンフィルムと、厚み方向の屈折率ｎ_z を大きくした
ポリカーボネートフィルムを貼り合わせることにより、
積層位相差板を構成した。As a first means for compensating the incident angle dependence of a laminated film such as a broadband wavelength film, the above (Equation 4) in which the incident angle dependence is reduced for both of the two types of films to be bonded is as follows. There is a method of adjusting the refractive index in the thickness direction so as to satisfy the above. However, in practice, there are materials that are difficult to adjust, and also lead to high costs. Therefore, in the present embodiment, by bonding a normal polypropylene film and a polycarbonate film having a large refractive index _nz in the thickness direction,
A laminated retardation plate was formed.

【００４９】図３は本発明に係る積層位相差板の構成を
示す概念図である。ポリプロピレンフィルムの遅相軸方
向、進相軸方向、厚み方向の屈折率及び厚みをｎ_p1、ｎ
_s1、ｎ_z1、ｄ₁ とし、ポリカーボネートフィルムの遅相
軸方向、進相軸方向、厚み方向の屈折率及び厚みを
ｎ_p2、ｎ_s2、ｎ_z2、ｄ₂ とする。ポリプロピレンフィル
ムの進相軸とポリカーボネートフィルムの進相軸とを直
交させるのは従来と同じであるが、本実施の形態におい
ては、ポリカーボネートフィルム厚み方向の屈折率ｎ_z2
を遅相軸方向の屈折率ｎ_p2よりも大きく設定している。
なぜなら、ポリプロピレンフィルムの位相差は、進相軸
方向の屈折率ｎ_s1を含む面内で入射角θが大きくなると
上記（数３）に従ってｃｏｓθに反比例して大きくなる
が、もしｎ_z2＝ｎ_p2であれば、ポリカーボネートフィル
ムの位相差がｃｏｓθに反比例し、積層位相差板全体の
位相差もｃｏｓθに反比例して大きくなるため、ポリカ
ーボネートフィルムの入射角依存性がさらに大きくなる
からである。FIG. 3 is a conceptual diagram showing the configuration of the laminated retardation plate according to the present invention. The refractive index and thickness in the slow axis direction, the fast axis direction, and the thickness direction of the polypropylene film are n _p1 and n
_s1, and n _z1, d _1, to a slow axis direction of the polycarbonate film, fast axis direction, the refractive index and thickness of the thickness direction and _{n p2, n s2, n z2} , d 2. Although the fast axis of the polypropylene film and the fast axis of the polycarbonate film are orthogonal to each other as in the related art, in the present embodiment, the refractive index _{nz2 in the} polycarbonate film thickness direction is used.
Is set to be larger than the refractive index n _p2 in the slow axis direction.
This is because the phase difference of the polypropylene film increases in inverse proportion to cos θ according to the above (Equation 3) when the incident angle θ increases in the plane including the refractive index n _s1 in the fast axis direction, but if n _z2 = n _p2 In this case, the retardation of the polycarbonate film is inversely proportional to cos θ, and the retardation of the entire laminated retardation plate is also increased inversely proportional to cos θ, so that the incident angle dependence of the polycarbonate film is further increased.

【００５０】ｎ_z2＝ｎ_p2の場合、積層位相差板の位相差
は下記（数６）のように表記され、仮想的には入射角依
存性を補償していない単層の１／４波長板と同じであ
る。When n _z2 = n _p2 , the phase difference of the laminated phase difference plate is expressed as the following (Equation 6), and the １ ／ wavelength of a single layer which does not virtually compensate for the incident angle dependence Same as board.

【００５１】[0051]

【数６】 (Equation 6)

【００５２】従って、この仮想の単層１／４波長板の入
射角依存性を補正するために上記（数４）を当てはめれ
ば、下記（数７）の関係を満たすように設計した場合に
位相差の入射角依存性が最も小さくなることが予想され
る。Therefore, if the above (Equation 4) is applied in order to correct the incident angle dependence of this virtual single-layer quarter-wave plate, when the design is made so as to satisfy the following (Equation 7): It is expected that the incident angle dependence of the phase difference will be the smallest.

【００５３】[0053]

【数７】 (Equation 7)

【００５４】上記（数７）は、ポリカーボネートフィル
ムの厚み方向の屈折率ｎ_z2と遅相軸方向の屈折率ｎ_p2の
差と、ポリカーボネートフィルムの厚みｄ₂ との積（ｎ
_z2−ｎ _p2）×ｄ₂ が、積層位相差板の位相差のほぼ半分
であることを意味している。実際、図４の積層位相差板
のｎ_z2を変えて観察したところ、これが事実であること
が確認された。本実施の形態においては、ポリプロピレ
ンフィルムの面内の複屈折（ｎ_p1−ｎ_s1）×ｄ₁ が６０
５ｎｍ、ポリカーボネートフィルムの面内のΔｎｄ、す
なわち（ｎ_p2−ｎ_s2）×ｄ₂ が４６５ｎｍ、（ｎ_z2−ｎ
_s2）×ｄ₂ が５３５ｎｍとなる積層位相差板を使用し
た。但し、これらの位相差は波長５５０ｎｍの光によっ
て測定した場合の値である。The above (Equation 7) is a polycarbonate fill.
Refractive index n in the thickness direction_z2And the refractive index n in the slow axis direction_p2of
Difference and thickness d of polycarbonate film_TwoWith (n
_z2-N _p2) × d_TwoBut almost half of the phase difference of the laminated retarder
It means that Actually, the laminated retardation plate of FIG.
N_z2And observed that this is a fact
Was confirmed. In the present embodiment, the polypropylene
In-plane birefringence (n_p1-N_s1) × d₁Is 60
5 nm, Δnd in plane of polycarbonate film,
Meaning (n_p2-N_s2) × d_TwoIs 465 nm, (n_z2-N
_s2) × d_TwoIs 535 nm.
Was. However, these phase differences are caused by light having a wavelength of 550 nm.
This is the value when measured by

【００５５】この入射角依存性と波長依存性を補償した
積層位相差板を図２の構成を有する液晶表示素子に用い
たところ、無電圧状態における反射率は約５０％、５Ｖ
印加時のコントラストは約２０となり、明るく、高コン
トラストで、しかも無彩色の白黒コントラスト表示が実
現された。また、二色性比に換算すると、５．３とな
る。すなわち、相転移ゲストホスト型液晶パネルの場合
と比較して、コントラストは２倍となり、二色性比は２
６％も大きくなる。尚、入射角依存性と波長依存性の両
方を補償できる本発明の積層位相差板においては、波長
依存性の大きいポリカーボネートフィルムの厚み方向の
屈折率ｎz2が遅相軸方向の屈折率ｎ_p2よりも大きいが、
積層位相差板全体としては上記（数４）を満足する。When the laminated retardation film compensated for the incident angle dependence and the wavelength dependence was used for a liquid crystal display device having the structure shown in FIG. 2, the reflectance in a no-voltage state was about 50% and 5V.
The contrast at the time of application was about 20, and a bright, high-contrast, achromatic black-and-white contrast display was realized. In addition, it is 5.3 when converted into a dichroic ratio. That is, as compared with the case of the phase change guest-host type liquid crystal panel, the contrast is twice and the dichroic ratio is 2
6% larger. Incidentally, in the laminated retardation plate of the present invention that can compensate for both the incident angle dependence and the wavelength dependence, the refractive index nz2 in the thickness direction of the polycarbonate film having a large wavelength dependence is larger than the refractive index n _{p2 in the} slow axis direction. Is also big,
The entire laminated retardation plate satisfies the above (Equation 4).

【００５６】すなわち、上記したように、（ｎ_p1−
ｎ_s1）×ｄ₁ ＝６０５ｎｍ、ｎ_z1＝ｎ_s1、（ｎ_p2−
ｎ_s2）×ｄ₂ ＝４６５ｎｍ、（ｎ_z2−ｎ_s2）×ｄ₂ ＝５
３５ｎｍであるため、これらの関係式から、積層位相差
板の遅相軸方向、進相軸方向、厚み方向の平均屈折率Ｎ
_p 、Ｎ_s 、Ｎ_z は、下記（数８）〜（数１０）のように
表記される。That is, as described above, (n _p1 −
_{n s1) × d 1 = 605nm} , n z1 = n s1, (n p2 -
_{n s2) × d 2 = 465nm} , (n z2 -n s2) × d 2 = 5
Since it is 35 nm, from these relational expressions, the average refractive index N in the slow axis direction, the fast axis direction, and the thickness direction of the laminated retardation plate
_p, N _s, N _z is expressed as follows (Equation 8) through (10).

【００５７】[0057]

【数８】 (Equation 8)

【００５８】[0058]

【数９】 (Equation 9)

【００５９】[0059]

【数１０】 (Equation 10)

【００６０】また、（数８）−（数９）より、下記（数
１１）の関係式が導かれ、（数９）−（数１０）より、
下記（数１２）の関係式が導かれる。Further, the following relational expression (Equation 11) is derived from (Equation 8)-(Equation 9), and from (Equation 9)-(Equation 10),
The following relational expression (Equation 12) is derived.

【００６１】[0061]

【数１１】 [Equation 11]

【００６２】[0062]

【数１２】 (Equation 12)

【００６３】さらに、上記（数１１）、（数１２）よ
り、下記（数１３）の関係式が導かれる。Further, from the above (Equation 11) and (Equation 12), the following relational expression (Equation 13) is derived.

【００６４】[0064]

【数１３】 (Equation 13)

【００６５】上記（数１３）は上記（数４）と同じ関係
式であり、位相差の入射角依存性が最も小さくなること
を示している。すなわち、本積層位相差板は、本発明の
液晶表示素子の位相差板として有用である。(Equation 13) is the same relational expression as (Equation 4), and indicates that the incident angle dependence of the phase difference is minimized. That is, the present laminated retardation film is useful as a retardation film of the liquid crystal display device of the present invention.

【００６６】尚、本実施の形態においては、積層位相差
板の位相差をλ／４としているが、本発明の液晶表示素
子以外に使用する場合には、上記（数７）のλ／８の代
わりにφ／２（φは位相差）を代入した条件を満たすよ
うに一方の位相差板を設計することにより、位相差の波
長依存性と入射角依存性を補償した積層位相差板が得ら
れる。In the present embodiment, the retardation of the laminated retardation plate is set to λ / 4. However, when it is used for a device other than the liquid crystal display device of the present invention, the λ / 8 of the above (Equation 7) is used. Is designed to satisfy the condition of substituting φ / 2 (φ is the phase difference) in place of the above, a laminated phase difference plate compensating for the wavelength dependence and the incident angle dependence of the phase difference can be realized. can get.

【００６７】また、本実施の形態においては、積層位相
差板の素材としてポリプロピレンとポリカーボネートを
用いているが、必ずしもこの構成に限定されるものでは
なく、積層位相差板を構成する２種類の材料のうち屈折
率の波長依存性が小さい材料としてポリビニルアルコー
ルを用いることもできる。Further, in the present embodiment, polypropylene and polycarbonate are used as the material of the laminated retardation plate, but the present invention is not necessarily limited to this configuration. Among them, polyvinyl alcohol can be used as a material having a small wavelength dependence of the refractive index.

【００６８】以上のように、本発明の液晶表示素子は、
ＳＴＮの複屈折モードにおいて用いられていた視野角補
償位相差板を、従来コントラストが非常に低いために注
目されていなかった１／４波長板を用いる反射型ゲスト
ホスト液晶と組み合わせたものである。これにより、従
来の反射型液晶の問題点がすべて解消され、明るく、非
常にコントラストの高い、かつ、階調表示も容易で、駆
動電圧の低い液晶表示素子が実現される。また、１／４
波長板の入射角依存性と波長依存性の両方を補償するこ
とのできる位相差板が実現され、これを本発明の液晶表
示素子に用いることにより、表示性能がさらに向上す
る。As described above, the liquid crystal display device of the present invention
This is a combination of a viewing angle compensating retardation plate used in the birefringence mode of STN and a reflection type guest-host liquid crystal using a な か っ wavelength plate, which has not been noticed conventionally because the contrast is very low. This solves all the problems of the conventional reflection type liquid crystal, and realizes a liquid crystal display element which is bright, has a very high contrast, can easily perform gradation display, and has a low driving voltage. Also, 1/4
A retardation plate capable of compensating for both the incident angle dependence and the wavelength dependence of the wavelength plate is realized, and the display performance is further improved by using the retardation plate in the liquid crystal display device of the present invention.

【００６９】また、従来、ゲストホストモードにおいて
は、ゲストホスト液晶がホモジニアス配向や相転移ゲス
トホストのように３６０°以上捩れていたため、マトリ
クス駆動は困難であった。しかし、本実施の形態のよう
に、ゲストホスト液晶を２５０°以下の捩れネマティッ
ク構造とし、この捩れネマティック構造の捩れピッチを
モーガンの極限値よりも大きくすれば、入射角依存性を
補償した位相差板と組み合わせることにより、単純マト
リクス駆動によってもコントラストの高い表示を実現す
ることが可能となる。Conventionally, in the guest-host mode, the matrix-drive has been difficult because the guest-host liquid crystal is twisted by 360 ° or more like a homogeneous alignment or a phase-change guest host. However, as in the present embodiment, when the guest-host liquid crystal has a twisted nematic structure of 250 ° or less, and the twist pitch of the twisted nematic structure is larger than the limit value of Morgan, the phase difference that compensates for the incident angle dependence is provided. By combining with a plate, a display with high contrast can be realized even by simple matrix driving.

【００７０】本発明の液晶セルにアクティブ素子を付加
して多数の画素を駆動し、高透過率のマイクロカラーフ
ィルターを用いれば、反射型でカラー表示も可能にな
る。但し、本発明の液晶表示素子においては、液晶層の
背後に位相差板と反射板とが設けられるので、液晶層と
位相差板及び反射板との距離が大きい場合には二重像が
見える。このため、理想的には、位相差板と反射板が液
晶パネルの内部に設けられるのが望ましい。位相差板と
反射板を液晶パネルの外部に設ける場合には、液晶層と
位相差板との間に入る基板としてなるべく薄いもの、例
えばプラスチックフィルム基板等を用いるのが望まし
い。これにより、画素ピッチが細かい場合であっても、
二重像の問題はほぼ解消される。When a large number of pixels are driven by adding an active element to the liquid crystal cell of the present invention and a micro color filter having a high transmittance is used, a reflective color display can be performed. However, in the liquid crystal display device of the present invention, since the retardation plate and the reflection plate are provided behind the liquid crystal layer, a double image can be seen when the distance between the liquid crystal layer and the retardation plate and the reflection plate is large. . Therefore, ideally, it is desirable that the retardation plate and the reflection plate are provided inside the liquid crystal panel. When the retardation plate and the reflection plate are provided outside the liquid crystal panel, it is desirable to use a substrate as thin as possible between the liquid crystal layer and the retardation plate, for example, a plastic film substrate. Thereby, even when the pixel pitch is fine,
The problem of double images is almost eliminated.

【００７１】[0071]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る積層
位相差板によれば、位相差の入射角依存性を補償しつ
つ、波長に比例して位相差が単調増加する積層位相差板
が実現される。従って、全ての波長に対して反射光が無
くなり、色付き表示が低減すると共に、コントラストも
さらに高くなる。As described above, according to the multilayered phase difference plate of the present invention, the phase difference monotonically increases in proportion to the wavelength while compensating the incident angle dependence of the phase difference. Is realized. Therefore, there is no reflected light for all wavelengths, so that colored display is reduced and the contrast is further increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明に係る液晶表示素子の第１の実施の形態
を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a liquid crystal display device according to the present invention.

【図２】本発明に係る液晶表示素子の第２の実施の形態
を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention.

【図３】本発明に係る積層位相差板の概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram of a laminated retardation plate according to the present invention.

【図４】従来技術における液晶表示素子の一例を示す断
面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an example of a liquid crystal display device according to the related art.

【図５】従来技術における液晶表示素子の他の一例を示
す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the liquid crystal display element in the related art.

【図６】従来技術における積層位相板の位相差の波長依
存特性図である。FIG. 6 is a diagram showing a wavelength dependence characteristic of a phase difference of a laminated phase plate according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 上基板 ２ 下基板 ３ａ、３ｂ、３ｃ 行電極 ４ 列電極 ５、２５ 配向膜 ６ シール樹脂 ７ 超捩れネマチック構造 ８、１５、１８、２８ 液晶分子 ９、１０ 偏光 １１、１９ 二色性色素 １２ 液晶パネル １３ 位相差板 １４ 反射板 ２７ 液晶 ３１ 色素分子 ３８、３９ 配向 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Upper substrate 2 Lower substrate 3a, 3b, 3c Row electrode 4 Column electrode 5, 25 Alignment film 6 Seal resin 7 Super twisted nematic structure 8, 15, 18, 28 Liquid crystal molecule 9, 10, Polarization 11, 19 Dichroic dye 12 Liquid crystal panel 13 Retardation plate 14 Reflector 27 Liquid crystal 31 Dye molecules 38, 39 Orientation

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−121703（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−13916（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−120804（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−313014（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−85519（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−158701（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−20316（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−256023（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−103822（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−11710（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−82779（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 5/30 G02F 1/13363 Continuation of the front page (56) References JP-A-4-121703 (JP, A) JP-A-3-13916 (JP, A) JP-A-2-120804 (JP, A) JP-A-5-313014 (JP) JP-A-3-85519 (JP, A) JP-A-2-158701 (JP, A) JP-A-7-20316 (JP, A) JP-A-2-256023 (JP, A) 3-103822 (JP, A) JP-A-6-11710 (JP, A) JP-A-6-82779 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁷ , DB name) G02B 5/30 G02F 1/13363

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 屈折率の波長依存性が小さい位相差板Ａ
と、屈折率の波長依存性が大きく、かつ、位相差が前記
位相差板Ａよりも小さい位相差板Ｂとを、遅相軸をほぼ
直交させて貼り合わせた積層位相差板であって、前記位
相差板Ｂの厚み方向の屈折率ｎ_zBが遅相軸方向の屈折率
ｎ_pBよりも大きいことを特徴とする積層位相差板。1. A retardation plate A having a small wavelength dependence of a refractive index.
And a retardation plate B in which the wavelength dependence of the refractive index is large and the retardation is smaller than the retardation plate A, and the retardation plates B are bonded with their slow axes substantially orthogonal to each other, the retardation plate laminated retardation plate thickness direction of the refractive index n _zB is and greater than the slow axis direction of the refractive index n _pB of B. 【請求項２】 位相差板Ｂの厚み方向の屈折率ｎ_zBと遅
相軸方向の屈折率ｎ_pBの差と、位相差板Ｂの厚みｄ_B と
の積（ｎ_zB−ｎ_pB）×ｄ_B が、積層位相差板の位相差の
ほぼ半分である請求項１に記載の積層位相差板。Wherein the difference in refractive index n _pB in the thickness direction of the refractive index n _zB the slow axis direction of the retardation plate B, the product of the thickness d _B of the phase difference plate B (n _zB -n _pB) × d _B is laminated retardation film according to claim 1 which is approximately half of the phase difference of the laminated phase plate. 【請求項３】 位相差板Ａがポリプロピレン又はポリビ
ニルアルコールからなり、位相差板Ｂがポリカーボネー
トからなる請求項２に記載の積層位相差板。3. The laminated retardation plate according to claim 2, wherein the retardation plate A is made of polypropylene or polyvinyl alcohol, and the retardation plate B is made of polycarbonate.