JPH01131534A - 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、データ端末等の表示端末のような高密度表示に適
した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　　Ｊ、　Ｎｅｈｒｉ
ｎｇ、　　Ａｐｐｌ、、　Ｐｈｙｓ、、　Ｌｅｔｔ、　
４５（１０）　１０２１−１０２３　（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液晶の屈
折率異方性Δｎと液晶層の厚みｄとの積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。

一方、同様な方式を使用し、液晶の複屈折率と厚みとの
積Δｎ−ｄを０．６μｍ付近と小さ（設定することによ
り、ほぼ白と黒に近い表示が得られる方式が提案されて
いる。（Ｍ、　５ｈａｄｔｅｔ　　ａｌ、　　Ａｐｐｌ
、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　　５０（５）、　　１９
ｇ？。

ｐ、２３６　） しかし、この方式を使用した場合においては表示が暗（
、かつ、最大コントラストがあまり大きくな（、青味を
帯びるため、表示の鮮明度に欠ける欠点があった。

［発明の解決しようとする問題点１ これらの高ツイスト素子で高品質な白黒表示が実現でき
ないのは、偏光板によって直線偏光化された入射光が液
晶層を通過した後にだ円偏光となるため、及び入射光の
波長によりだ円偏光の主軸方向が大きく異なるためであ
り、このことによって観察者側に設けられた偏光板によ
る全波長にわたる制御を困難なものとしていた。

このように、これまでの高密度のドツトマトリックス液
晶表示素子では、高品質の白黒表示ができなかった。

また、このことにより、カラーフィルターと組み合わせ
たマルチカラーまたはフルカラー表示においては、色再
現性が悪いという欠点があった。

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、明るくコントラスト比が高い液晶表示素子を得る
ことである。

さらに、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、従来通常の９０’ツイストのツイスト
ネマチック（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またはフル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（なされたものであ
り、ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の基板
間に挟持された旋光性物質を含有した誘電異方性が正の
ネマチック液晶による第１の液晶層と、該第１の液晶層
を挟持する上下の基板の透明電極間に電圧を印加する手
段と、該第１の液晶層とは別に配向制御膜を有する一対
の基板間に挟持された旋光性物質を含有したネマチック
液晶による第２の液晶層とを有し、それらの液晶層の外
側に一対の偏光板を設置した液晶表示素子において、第
１の液晶層の第２の液晶層に近接する液晶分子軸方向と
第２の液晶層の第１の液晶層に近接する液晶分子軸方向
とがほぼ直交し、液晶層を挟持する基板間での液晶分子
のねじれ角が、第１の液晶層では２００〜３００°とさ
れ、第２の液晶層では第１の液晶層とは逆向きであって
ほぼ等しいねじれ角とされ、かつ夫々の液晶層の液晶の
屈折率異方性（Δｎ）とその液晶層の厚み（ｄ）との積
Δｎ−ｄが、第１の液晶層ではΔｎｌ　’　ｄ、＝　０
．４〜２μｍとされ、第２の液晶層ではΔｎ２・ｄ２は
第１の液晶層に時分割駆動時の選択電圧を印加した際の
液晶分子の液晶層に平行な面に対する平均的傾き角θの
液晶層の厚み方向の平均θｘ＋の余弦の２乗（ｃｏｓ２
（θｘ、））と第１の液晶層の八〇、ａｄ、との積Δｎ
＋　’　ｄ＋　’　　Ｃｏ５２（θｘ、）　　と、使用
時における第２の液晶層の液晶分子の液晶層に平行な面
に対する傾き角θ２の液晶層の厚み方向の平均θｘ２の
余弦の２乗（ｃｏｓ２（θｘ２））と第２の液晶層のΔ
ｎ２・ｄ２との積Δｎ２・ｄ２・ｃｏｓ２（θｘｉ）と
がほぼ等しくなるようにされ、かつそれら２つの液晶層
の外側に配置された一対の偏光板の偏光軸の交差角を６
０〜１２ｏ°　とするように配置したことを特徴とする
液晶表示素子を提供するものである。

本発明では液晶層が２層とされる。

まず、その１つのＭである第１の液晶層を構成する第１
の液晶セルは、従来のスーパーツイスト液晶表示素子の
液晶セルと同じ構成のセルであり、電極群が対向してお
り、これにより各ドツト毎にオンオフを制御可能とされ
る。この第１の液晶層のツイスト角は約２００〜３００
°とされる。

具体的には、ほぼ平行に配置された一対の透明電極基板
間に旋光性物質を含有した誘電異方・没が正のネマチッ
ク液晶を挟持し、両電極間での液晶分子のツイスト角を
２００〜３００１とすれば良い。

本発明では、上記第１の液晶層に隣接して第２の液晶層
を積層する。この第２の液晶層は、第１の液晶層とほぼ
同じツイスト角で、かつそのらせん方向が逆であるネマ
チック液晶層とされれば良い。この第２の液晶層の両側
の基板には、電極が形成されていてもよいし、されてい
なくてもよい。

ここで、第１の液晶層が観察者に対して手前側に設置さ
れていてもよいし、あるいは第２の液晶層が手前側に設
置されていてもよい。

もっとも、第１の液晶層を観察者側に配置すると、観察
者が液晶表示素子に触れた場合に、第１の液晶層の厚み
が変化して表示が色付いたり、第１の液晶層を挟持する
基板上の透明電極間に短絡が発生する等の不都合を生じ
ることがあるため、第２の液晶層を観察者側に配置する
ことが好ましい。

また、両液高層の隣接した液晶分子軸をほぼ直交するよ
うに配置する。即ち、第１の液晶層の第２の液晶層に近
接する液晶分子軸方向と第２の液晶層の第１の液晶層に
近接する液晶分子軸方向とが、ほぼ直交するように配置
すればよい。具体的には、３枚基板で２層の液晶層を構
成する場合には、中央の基板の配向処理方向が両面で直
交するようにされればよい。また、４枚基板で構成する
場合には、積層される中間の２枚の基板の配向処理方向
が直交するようにされればよい。

この第２の液晶層に使用されるネマチック液晶は、第２
の液晶層を挟持する基板に電極が設けられない場合には
、電気的に分子配列方向を制御する必要がないので、液
晶の誘電異方性が正でな（でも使用可能である。また、
液晶表示素子を使用時にこの第２の液晶層を挟持する基
板の電極に電圧を印加して使用する場合には、第２の液
晶層の液晶も、その誘電異方性が正のネマチック液晶を
使用する。

本発明では、これら第１の液晶層と第２の液晶層の液晶
の屈折率異方性（Δｎ）とその液晶層の厚み（ｄ）との
積Δｎ−ｄが次のようにされる。

第１の液晶層ではΔｎ１・ｄ、＝　０．４〜２μｍとさ
れる。これは、０．４μｍ未満では、オン時の透過光が
最も無彩色に近いところでも青味が強くなり、　２μｍ
を越えると、オン時の透過光が最も無彩色に近いところ
でも黄色味が強（なるためである。特に、表示色の無彩
色化が厳しく要求される用途では、第１の液晶層の八〇
、・ｄｌは０．４〜ｌｔＬｍとされることが好ましい。

なお、このΔｎ１・ｄｌの範囲は、その液晶表示素子の
使用温度範囲内で満足されるようにされることが好まし
く、使用温度範囲内で美しい表示が得られる。もつとも
外の性能の要求のために、使用温度範囲の一部でのみ、
この関係を満足するようにされることもありうる。この
場合には、△旧・ｄ、の範囲が上記範囲からはずれる温
度範囲では、表示が色付（こととなる。

第２の液晶層ではΔｎ２・ｄ２は第１の液晶層に時分割
駆動時の選択電圧を印加した際の液晶分子の液晶層に平
行な面に対する平均的傾き角θの液晶層の厚み方向の平
均θｘ＋の余弦の２乗（ｃｏｓ２（θｘ１））と第１の
液・高層のΔｎｌ　ｅ　ｄｌとの積Δｎ、・ｄ、・　ｃ
ｏｓ２（θｘ、）と、使用時における第２の液晶Ｍの液
晶分子の液晶層に平行な面に対する傾き角θ２の液晶層
の厚み方向の平均θｘ２の余弦゛の２乗（ｃｏｓ”　（
θｘ２））と第２の液晶層のΔｎｘ　”　ｄｘとの積Δ
ｎｚ　Ｈｄｉ　・ｃｏｓ２（θｘ２）とがほぼ等しくな
るようにされる。

即ち、 Ｃ０８２（θｘｔ） を満足するようにされる。

ここで、第２の液晶層に使用時に電圧が印加されないタ
イプの場合には、第２の液晶層の液晶分子はほぼ水平に
近（寝ているため、第２の液晶層のΔｎ２・ｄ２は、第
１の液晶層のΔ助・ｄ。

・　ｃｏｓ２（θｘ１）とほぼ等しくなるようにされる
ようにされればよい。

具体的には、Δｎ１・ｄ、が０．４〜２μｍの範囲では
、第１の液晶Ｍを　１／６００デユーテイ以下で駆動す
る場合には、第２の液晶層のΔｎ２・ｄ２は第１の液晶
層の△ｎ１・ｄｌよりも２５〜ｂくすることが、表示品
位の良い表示素子が得られるので好ましい。特に、第２
の液晶層の△ｎ２・ｄ２を第１の液晶層のΔｎ、・ｄｌ
よりも３０〜７５％小さ（することが好ましい。

また、第２の液晶層に使用時に電圧が印加されるように
して、使用することもできる。

このタイプの場合には、第２の液晶層に用いられるネマ
チック液晶の誘電異方性は正とされる。さらに電圧非印
加時の第２の液晶層のΔｎ２”ｄａが第１の液晶層のΔ
ｎ＋　ｅ　ｄｌ　＠　　ｃｏｓ２（θｘＩ）よりも大き
くされる。

そして第２の液晶層に電圧を印加するために第２の液晶
層を挟持する上下の基板の液晶層に近接する面に透明電
極が形成され、これらの透明電極間に電圧を印加する手
段を設ける。

これら第２の液晶層の両側の透明電極間に電圧を印加す
ることにより、第２の液晶層の液晶分子をある程度立た
せる。この印加電圧は、通常は時分割駆動の選択電圧が
印加される。これにより、第２の液晶層の液晶分子がか
なり立ち上がり、液晶層に平行な面に対する傾き角θ２
を生じる。

この液晶層の厚み方向の平均θｘ２の余弦の２乗（ｃｏ
ｓ２（θｘ２））と第２の液晶層のΔｎ２　＊　ｄ２と
の積Δｎ２”　ｄｚ　”　　ＣＯ３２（θｘ２）が、該
第１の液晶層の選択電圧印加時の△ｎ１・ｄｌ・　ｃｏ
ｓ２（θｘ１）にほぼ等しくされるようにされればよい
。

これにより、第１の液晶層に選択電圧を印加した場合に
、液晶表示素子に垂直に入射した直線偏光は、２層の液
晶層を通過した後においても波長によらずほぼ完全な直
線偏光として観察されることとなり、観察者側の偏光板
を透過光の偏光方向にほぼ直交して設置することにより
、その光の透過率をほぼ０とすることができる。

一方第１の液晶層に非選択電圧を印加した場合には、前
述の関係のΔｎ１・ｄ１・　　ｃｏｓ２（θｘ１）に関
する関係が破れるため、透過光の偏光状態は波長によっ
て主軸方向が異なるだ円偏光となり、透過光が観察され
る。

このように選択時に透過率を０に近（することができ、
非選択時に光が透過してくるので、コントラスト比の大
きなポジ型液晶表示素子を得ることができる。さらに、
一対の偏光板の偏光軸がほぼ直交していれば上記の関係
は満たされるので、一対の偏光板の偏光軸をほぼ直交状
態で、第１の液晶層に非選択電圧を印加した際の透過光
が無彩色化される向きに一対の偏光板の偏光軸を設置す
るようにすることにより、ほぼ白黒の表示が得られる。

第１の液晶層のツイスト角は約２００〜３００゜とされ
る。これは、　２００°未満では高デユーテイでの時分
割駆動をした際のコントラストの向上が少なく、　３０
０°を越えるとドメインを生じ易（なり、またヒステリ
シス効果により時分割駆動特性がかえって低下するため
である。

第２の液晶層のツイスト角は、第１の液晶層のツイスト
角にほぼ等しく逆向きにされるが、±２０″程度の差で
あれば、特別な変更をしなくても、ほぼ同様の効果が得
られる。

なお、第１の液晶層のツイスト角と第２の液晶層のツイ
スト角とに差を付けた場合には、Δｎ−ｄ、中央の基板
の両面の配向方向の交差角、偏光板の偏光軸の交差角等
を調整して、白黒に近い表示にすることが可能である。

具体的には、第２の液晶層のツイスト角を小さ（した場
合には、第２の液晶層のΔｎ２・ｄ２をやや太きく、逆
に第２の液晶層のツイスト角を大きくした場合には、第
２の液晶層のΔｎ２・ｄ２をやや小さくし、かつ、中央
の基板の両面の配向方向の交差角を直交からずらしたり
、偏光板の偏光軸の交差角を直交からずらしたりして、
最適化するすることにより、本発明よりは劣るが、本発
明に近いコントラストの白黒表示ができる。

さらに、第１の液晶層と第２の液晶層の液晶のネマチッ
ク−等方相相転移温度（Ｔ、Ｉ）をほぼ等しくすること
により、両方の液晶の屈折率異方性（八〇）の温度異存
性をほぼ等しくすることができ、広い温度範囲にわたっ
てコントラスト比の高い白黒表示が得られる。

この２層の液晶層は夫々側の基板に挟持されて、４枚の
基板を使用して２つの液晶セルを形成し、これを積層し
て用いてもよいし、３枚の基板を使用して２Ｍの液晶層
を挟持するようにしてもよい。

本発明では、第２の液晶層は電極を形成しなくてもよい
し、形成したとしてもベタ電極で良いため、位置合わせ
等の問題を生じないので、容易に３枚の基板を使用して
２層の液晶層を挟持するようにすることができる。

本発明では、この２層の液晶層の外側に一対の偏光板が
配置される。

これら一対の偏光板の偏光軸は、ほぼ直交するように配
置されるが、最適な貼り付は角は第１及び第２の液晶層
のΔｎ−ｄの値及びそれらの整合度に依存するため、実
際には６０〜１２０゜の範囲で偏光軸の交差角を変化さ
せ、最適化すればよい。このため、第１及び第２の液晶
層のΔｎ−ｄとｃｏｓ２（θｘ）との積の値が整合して
いれば、一対の偏光板の偏光軸は直交するように配置さ
れることが好ましく、より白黒に近く、かつコントラス
ト比の高い表示が得られる。

さらに、観察者に対して手前側に設置された偏光板の偏
光軸の方向が観察者に最も近い液晶分子軸方向に対して
、３０〜６０°だけずらして設置されることが好ましい
。特に、３５〜５５°ずらすことが好ましい。このため
他の偏光板は手前側の偏光板と、偏光軸の交差角が６０
〜１２０°となるように配置されることが好ましい。特
に、第１及び第２の液晶層のΔｎ−ｄとｃｏｓ２（θｘ
）との積の値が整合していれば、前述の如く、これらの
偏光板の偏光軸はほぼ直交するように配置されることが
好ましい。

これは、手前側の偏光板の偏光軸の方向の液晶分子軸方
向からのずれが３０°よりも小さい場合や、６０°を越
えた場合には非選択電圧を印加したセグメントの透過率
が充分に得られず、全体に暗い表示となるためである。

また、この様な場合、表示の色相が黄色あるいは青色味
を帯びてくるため、無彩色とならないという問題点も生
じる。

このため、観察者に対して手前側に設置された偏光板の
偏光軸の方向が観察者に最も近い液晶分子軸方向に対し
て、３０〜６０°だけずらして設置されることが好まし
い。

本発明の液晶表示素子の電圧無印加時における液晶分子
軸、及び偏光板の偏光軸の相対位置を第１図及び第２図
に示した。

第１図は本発明による液晶表示素子を模式的に現わした
斜視図であり、第２図（Ａ）（Ｂ）は、夫々上から見た
第１図の上側の第２の液晶セル及び下側の第１の液晶セ
ルの液晶分子軸方向と隣接する偏光板の偏光軸の相対位
置を示した平面図である。

図において１．２は上下に貼付ける偏光板、３は電圧印
加をしないか、またはベタ電極を設は全体に電圧を印加
する第２の液晶セル、　４は電圧印加により具体的に文
字等を表示する第１の液晶セルを示している。５は上側
の偏光板ｌの偏光軸、６は下側の偏光板２の偏光軸、７
は第２の液晶セルの上側の液晶分子軸方向、　８は第２
の液晶セルの下側の液晶分子軸方向、９は第１の液晶セ
ルの上側の液晶分子軸方向、１０は第１の液晶セルの下
側の液晶分子軸方向を示している。

本発明では、この両液高層の隣接した液晶分子軸がほぼ
直交する、即ち、第２の液晶セルの下側の液晶分子軸方
向８と第１の液晶セルの上側の液晶分子軸方向９とのな
す角ψがほぼ９０゜とされる。

また、この例のように一対の偏光板の偏光軸５．６はほ
ぼ直交するようにされていることが好ましい。

さらにこの場合、上側の偏光板ｌの偏光軸５は、観察者
に最も近い液晶分子軸方向、即ち、上側の第２の液晶セ
ル３の上側の液晶分子軸方向７に対して時計回りに０１
＝ほぼ４０″の角をなす方向に配置され、下側の偏光板
２の偏光軸６は、この上側の偏光板１の偏光軸５とほぼ
直交する方向に配置される。即ち、下側の偏光板２の偏
光軸６は、観察者から最も遠い液晶分子軸方向１０に対
して同じく時計回りに０２＝ほぼ４０°だけずらした方
向に配置されることとなる。本発明では、この角度θ、
及びθ２が±３０〜６０°とされることが好ましい。

本発明では、この第１の液晶層と第２の液晶層とが、前
記（１）式を満足するようにされている。

これにより、この液晶表示素子は、ほぼ白黒に近く、明
るい高コントラスト比の表示が可能となる。

また、上記例では、上に配置した第２の液晶層を右らせ
んとし、下に配置した第１の液晶層を左らせんとしたが
、上下のらせんの組み合わせは、この逆としてもよい。

第３図及び第４図に本発明の具体的例の断面図を示す。

第３図は、第２の液晶層には電極が設けられていない例
を示している。

第３図において、　２１は電圧印加により具体的に表示
を行う　２００〜３００°ツイストの第１の液晶セル、
２２はだ円偏光を補正する逆ねじれの第２の液晶セルを
示している。

２３ａ、　２３ｂは第１の液晶セルを構成するプラスチ
ック、ガラス等の基板、２４ａ、　２４ｂはその内面に
形成されたＩ　Ｔ　Ｏ（ＩｎｚＯｓ−５ｎ０２）　、　
ＳｎＯ２等の透明電極、２５ａ、　２５ｂはポリイミド
、ボリアミド等の膜をラビングしたり、ＳｉＯ等を斜め
蒸着したりして形成した配向制御膜、２６ａ、　２６ｂ
は透明電極と配向制御膜の間に基板間短絡防止のために
必要により設けられるＴｉＯ□、ＳｉＯ□、Ａ１．０３
等の絶縁膜、２７ａはこれら２枚の基板２４ａ、　２４
ｂの周辺をシールするためのシール材、　２８ａはその
間に封入された誘電異方性が正のネマチック液晶を示し
ており、配向制御膜２５ａ、　２５ｂの配向処理方向及
び液晶のピッチは２００〜３００°ツイストとなるよう
にされている。

２３ｃ、　２３ｄは第２の液晶セルを構成する基板、２
５ｃ、　２５ｄは配向制御膜、２７ｂはシール材、　２
８ｂはその間に封入されたネマチック液晶を示しており
、配向制御膜２５ｃ、２５ｄの配向処理方向及び液晶の
ピッチは第１の液晶層とは逆ねじれてほぼ同一の角度の
ツイストとなるようにされている。この例においては、
第２の液晶セルには電圧が印加されないので、液晶のし
きい植着性を鋭（する必要がなく、通常のスパーツイス
ト液晶表示素子に要求されるような高ティルト角は必要
とされない。

この第１の液晶セルの第２の液晶セル側の液晶分子軸方
向と、第２の液晶セルの第１の液晶セル側の液晶分子軸
方向とはほぼ直交するように、夫々配向処理されている
。

これらの２つの液晶層の外側に一対の偏光板２９ａ、　
２９ｂが配置され、それらの偏光軸の交差角を６０〜１
２０＠、好ましくはほぼ直交するように配置する。特に
、観察者に対して手前側に設置された、即ち、この図に
おいては上側に設置された偏光板２９ａの偏光軸の方向
が観察者に最も近い配向制御膜２５ｃの液晶分子軸方向
に対して３０〜６０＠たけずらして設置されるようにさ
れることが好ましい。この場合、一対の偏光板の偏光軸
がほぼ直交状態にされることにより、裏側の偏光板２９
ｂの偏光軸の方向が観察者に最も遠い配向制御膜２５ｂ
の液晶分子軸方向に対してやはり３０〜６０°だけずら
して設置されることとなる。

３０は第１の液晶セルに電圧を印加するための手段であ
る駆動回路、３１は光源である。

この例においては、第２の液晶セルには電圧を印加しな
いので、透明電極、絶縁膜が形成されていな（、駆動回
路も設けられていない。

この場合には、第２の液晶Ｍに使用時に電圧が印加され
ないので、第２の液晶層のΔｎ２・ｄ２は、第１の液晶
層の選択電圧印加時のΔｎｌ　６　ｄｌ・　ｃｏｓ２（
θｘ１）とほぼ等しくなるようにされるようにされれば
よい。

第４図は、第２の液晶層にも電極が設けられて、使用時
にある程度電圧が印加される例を示している。

第４図において、　４１は電圧印加により具体的に表示
を行う２００〜３００°ツイストの第１の液晶セル、４
２はだ円偏光を補正する逆ねじれの第２の液晶セルを示
している。

４３ａ、　４３ｂは第１の液晶セルを構成するプラスチ
ック、ガラス等の基板、４４ａ、　４４ｂはその内面に
形成されたＩ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎ２０３−３ｎ０２）　、５
ｎ０２等の透明電極、４５ａ、　４５ｂはポリイミド、
ポリアミド等の膜をラビングしたり、ＳｉＯ等を斜め蒸
着したりして形成した配向制御膜、４６ａ、　４６ｂは
透明電極と配向制御膜の間に基板間短絡防止のために必
要により設けられるＴｉＯ□、ＳｉＯ□、Ａｌ２Ｏ３等
の絶縁膜、４７ａはこれら２枚の基板４４ａ、　４４ｂ
の周辺をシールするためのシール材、　４８ａはその間
に封入された誘電異方性が正のネマチック液晶を示して
おり、配向制御膜４５ａ、　４５ｂの配向処理方向及び
液晶のピッチは２００〜３００°ツイストとなるように
されている。

４３ｃ、　４３ｄは第２の液晶セルを構成する基板、４
４ｃ、　４４ｄは全面ベタの透明電極、４５ｃ、　４５
ｄは配向制御膜、４６ｃ、　４６ｄは必要に応じて設け
られる絶縁膜、４７ｂはシール材、４８ｂはその間に封
入された誘電異方性が正のネマチック液晶を示しており
、配向制御膜４５ｃ、４５ｄの配向処理方向及び液晶の
ピッチは第１の液晶層とは逆ねじれてほぼ同一の角度の
ツイストとなるようにされている。この例においては、
第２の液晶セルには電圧が印加されるが、細か（オンオ
フするのでなく、液晶のしきい植着性が鋭いとΔｎ２・
ｄ２・ｃｏｓ２（θｘｔ）を調節する電圧マージンが小
さ（なるので、通常のスパーツイスト液晶表示素子に要
求されるような高ティルト角は必ずしも必要とされない
。

この第１の液晶セルの第２の液晶セル側の液晶分子軸方
向と、第２の液晶セルの第１の液晶セル側の液晶分子軸
方向とはほぼ直交するように、夫々配向処理されている
。

これらの２つの液晶層の外側に一対の偏光板４９ａ、　
４９ｂが配置され、それらの偏光軸の交差角を６０〜１
２０°、好ましくはほぼ直交するように配置する。この
例においても、観察者に対して手前側に設置された、即
ち、この図においては上側に設置された偏光板４９ａの
偏光軸の方向が観察者に最も近い配向制御膜４５ｃの液
晶分子軸方向に対して３０〜６０°だけずらして設置さ
れるようにされることが好ましい。この場合、一対の偏
光板の偏光軸がほぼ直交状態にされることにより、裏側
の偏光板４９ｂの偏光軸の方向が観察者に最も遠い配向
制御膜４５ｂの液晶分子軸方向に対してやはり３０〜６
０°だけずらして設置されることとなる。

５０ａ、　５０ｂは夫々第１の液晶セル、第２の液晶セ
ルに電圧を印加するための手段である駆動回路、５１は
光源である。

この場合には、第２の液晶層に使用時に電圧が印加され
るので、夫々の液晶層に電圧が印加された状態のΔｎ−
ｄとｃｏｓ”　（θｘ）の積がほぼ等しく、即ち、電圧
印加時の第２の液晶層のΔｎ２・ｄ２・　ｃｏｓ”　（
θｘ２）が、選択電圧印加時の第１の液晶層のΔｎ１・
ｄ、・　ｃｏｓ２（θｘ１）にほぼ等しくされるように
されればよい。

この第２の液晶に印加される電圧は、Δｎ・ｄと　ｃｏ
ｓ２（θｘ）の積がほぼ等しくなるような電圧であれば
良（、実際にはセルの製造時のバラツキもあるので、各
液晶表示素子毎に適宜調整することが好ましい。

本発明において、液晶セルを構成する基板は光学的に等
方向な透明基板であればよく、ガラス、プラスチック等
が使用可能である。

この内、具体的な内容の表示を行う第１の液晶セルを構
成する基板には、電極が形成されており、所望の電極間
に電圧を印加することにより液晶をオンオフして表示を
行う。この電極としては通常Ｉ　Ｔ　Ｏ、５ｎＯｚ等の
透明電極及びこれに必要に応じて組み合わされたＡ１．
　Ｃｒ、Ｔｉ等の低抵抗リードが使用でき、所望のバタ
ーニングがされる。この代表的な例としては、多数の行
列状の電極が形成されたドツトマトリックス液晶表示素
子があり、一方の基板に６４０本のストライブ状の電極
が形成され、他方の基板にこれに直交するように４００
本のストライブ状の電極が形成され、　６４０Ｘ　　４
００ドツトのような表示がなされる。

液晶分子を配向させるための処理は、公知のラビング法
、斜め蒸着法等が使用でき、必要に応じて、電極上にＳ
ｉＯ□、ＴｉＯ□、ＡＩ□０３等の無機材料の短絡防止
様の絶縁膜及び／又はポリイミド、ポリアミド等の有機
材料の膜を形成した後に配向処理されればよい。

なお、本発明では、白黒表示に近い表示が得られるため
、カラーフィルターを併用してカラフルな表示が可能と
なる。特に、高デユーテイ駆動でも、コントラスト比が
高く採れるため、フルカラーによる階調表示も可能であ
り、液晶テレビにも使用できる。

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、視角によるズレを生じなく、より精密なカラー表示
が可能となる。具体的には、電極の下側に形成されても
よいし、電極の上側に形成されてもよい。

特に、本発明では明るい表示が可能なため、透過型でも
反射型でも適用可能であり、その応用範囲が広い。

ここで、上記説明では、第２の液晶層を上に配置したが
、逆に下に配置してもよい。

また、上記説明では、２層の液晶層を構成するために４
枚の基板を使用したが、中間の２枚の基板な１枚の基板
で代用しても良いことば明らかである。

また、より色を完全に白黒化する必要がある場合には、
色を補正するためのカラーフィルターを併用したり、特
定の波長分布を有する照明を用いたりしてもよい。

本発明の液晶表示素子は、白い背景に黒色の表示となる
ため、通常はポジ型の表示となり、反射型で使用される
ことが多いが、透過型で使用することも可能である。こ
の場合、画素以外の背景部分を印刷等による遮光膜で覆
うことにより、表示のコントラスト比を高めることがで
きる。さらに、遮光膜を用いるとともに、表示したくな
い部分に選択電圧を印加するように、逆の駆動をするこ
ともできる。

本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内で、
通常の液晶表示素子で使用されている種々の技術が適用
可能である。

［作用１ 本発明の動作原理については、必ずしも明らかではない
が、およそ次のように推定できる。

即ち、第１の液晶層に選択電圧が印加されている状態に
おいて、偏光板を透過してほぼ完全に直線偏光化された
光が第１の液晶層を透過すると、だ円偏光の状態となる
が、このだ円偏光が第２の液晶層を透過することで、第
１の液晶層に入射する前の直線偏光の状態に近づけられ
る。

この場合、第１の液晶層と第２の液晶層とが、逆向きで
あってほぼ等しいねじれ角とされ、かつ第２の液晶層で
はΔｎ２・ｄ２は第１の液晶層に時分割駆動時の選択電
圧を印加した際のΔ１１−ｄ、ａ　　ｃｏｓ２（θｘ１
）と、使用時における第２の液晶層のΔｎ２・ｄ２・ｃ
ｏｓ２（θｘ２）とがほぼ等しくなるようにされること
により、ほぼ完全に直線偏光に戻されることになる。

本発明に示されるような２層の液晶層を用いた場合のこ
のような効果は、光学的に一軸異方性を有する薄層など
の媒質を、その光軸が互いに直交するように積層させた
場合、見かけ上光学的異方性を失うという事実に基づい
ている。

このようにほぼ直線偏光に戻された出射光に対して、そ
の入射側の偏光板の偏光軸と直交する方向に出射側の偏
光板の偏光軸を設けることにより、透過光が吸収され、
黒色化する。

一方、第１の液晶層に非選択電圧が印加された状態また
は背景の電圧の印加されていない状態においては、第１
の液晶層の液晶分子の配列が変わり、出射側に配置され
た偏光板を両液高層を通過した光が通過することとなる
ので、非選択電圧印加部（電気的に非選択とされたセグ
メント部）または背景部が白色化し、結果として白と黒
との表示色のポジ型表示とになる。

これにより、従来のスーパーツイスト液晶表示素子が黄
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、本発明で
は、明るく鮮明な白黒表示で高コントラスト比の表示が
可能となる。

本発明では、時分割特性がスーパーツイスト液晶表示素
子と同程度であるうえ、前述したように明るく鮮明な白
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
のマルチカラー液晶表示素子とすることも可能である。

本発明の液晶表示素子は、パーソナルコンピューター、
ワ１・ドブ口セッサー、ワークステーション等の表示素
子として好適であるが、この外液具テレビ、魚群探知器
、レーダー、オシロスコープ、各種民生用ドツトマトリ
ックス表示装置等白黒表示、カラー表示をとわず種々の
用途に使用可能である。

［実施例１ 次に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１ １枚目の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯ
透明電極をストライブ状にパターニングし、蒸着法によ
りＳｉＬによる短絡防止用の絶縁膜を形成し、ポリイミ
ドのオーバーコートをスピンコードし、これをラビング
して配自制間膜を形成した基板を使用した。

２枚目の基板として、１枚目の基板とガラス基板上に設
けられたＩＴＯ透明電極を１枚目の基板と直交するよう
にストライブ状にバターニングし、ＳｉＯ□の絶縁膜を
形成し、ポリイミドのオーバーコートをし、これを１枚
目の基板のラビング方向と交差角６０°となるようにラ
ビングして配向制御膜を形成するとともに、電極の形成
されていないその裏側にもポリイミドのオーバーコート
をし、これを表側のラビング方向と直交するようにラビ
ングして配向制御膜を形成した基板を使用した。

３枚目の基板として、電極の形成されていない単なるガ
ラス基板を使用し、ポリイミドのオーバーコートをし、
これをラビングして配向制御膜を形成した基板を使用し
た。

この３枚の基板の周辺をシール材でシールして、液晶を
注入する層を２つ形成した。この２つの層に互いに逆ね
じれの誘電異方性が正のネマチック液晶を注入して、注
入口を封止した。

この時、第１の液晶層は２４０°ねじれの右らせん、第
２の液晶層は２４０°ねじれの左らせんとした。そのΔ
ｎ−ｄは、第１の液晶層ではΔｎ＋　６　ｄ、＝　０．
８７ｇ　ｍとされ、第２の液晶層ではΔｎ、　・ｄ２＝
　０．４８μｍとした。

この液晶セルの両面に一対の偏光板を、その偏光軸が互
いに直交するように配置した。その際、観察者に対して
手前側に設置された偏光板の偏光軸は、観察者に最も近
い液晶分子の長軸方向に対して時計回りに４５°だけず
らして配置した。

この液晶表示素子を裏側に冷陰極放電管材のバックライ
トを配置して、　１／２００デユーテイ、ｌ／１５バイ
アスで駆動した場合、鮮明な白黒表示が得られた。

この時、非選択電圧に相当するセグメントは白色、選択
電圧に相当するセグメントは黒色であり、いわゆるポジ
表示であり、コントラスト比は約３０であった。

さらに、この液晶表示素子の第１の液晶層に印加する電
圧波形を１００Ｈｚの矩型波として、電圧対透過率を測
定したところ、非選択電圧を印加した状態における透過
率が３２％であり、比較的白黒に近い表示が可能である
ＯＭＩ素子について測定した結果である１９％よりもか
なり高いものであり、本発明の実施例の液晶表示素子が
明るい表示が可能であることがわかった。

実施例２ 実施例１において第１の液晶層は２４０°ねじれの左ら
せん、第２の液晶層は２４０°ねじれの右らせんとした
他は、同様に行なったところ、実施例１とほぼ同等な白
黒表示が得られた。

実施例３．４ 実施例１及び実施例２の液晶表示素子において、第２の
液晶層の両面にも透明電極なベタ電極で形成し、そのΔ
ｎ−ｄは、第１の液晶層では△ｎ、・ｄ、＝０．８７μ
ｍとされ、第２の液晶層ではΔｎ２・ｄ２＝０．５０μ
ｍとした。

使用時には、この第２の液晶層にも電圧を印加するよう
にし、第１の液晶層の選択電圧を印加した状態のΔｎ＋
　”　ｄ＋　’　　ＣＯ３２（θｘ１）　と、第２の液
晶層に電圧を印加した状態のΔｎ２・ｄ２・ｃｏｓ”　
（θｘｉ）とがほぼ等しくなるようにした。

この結果、それぞれ実施例１、実施例２と同様の白黒表
示が得られた。

実施例５．６．７，８ 実施例１．２．３及び実施例４のツイスト角を２６０°
とした外は、それぞれ実施例１．２．３．４と同様にし
て液晶表示素子を作成し、駆動したところ、コントラス
ト比がやや増加したことを除き、それぞれ実施例１．２
．３．４と同様の白黒表示が得られた。

実施例９．１０，１１．１２ 実施例１．２．３及び実施例４の液晶層をそれぞれ別の
基板で挟持するように４枚の基板を使用して構成した外
は、それぞれ実施例１．２．３．４と同様にして液晶表
示素子を作成し、駆動したところ、コントラスト比がや
や低下したことを除き、それぞれ実施例１．２．３．４
と同様の白黒表示が得られた。

実施例１３．１４ 実施例１及び実施例２の液晶表示素子の電極上にストラ
イブ状に３色のカラーフィルター層を形成して駆動した
ところ、フルカラーの階調駆動が可能であった。

［発明の効果］ 以上に説明したように本発明は、従来のスーパーツイス
ト液晶表示素子と同等乃至はより優れたコントラスト比
を持ちながら、より白黒に近い表示が可能となり、表示
として明る（鮮明でかつ表示品位が高いポジ型の表示が
得られる。

また、時分割表示特性や視野角の広さも従来のスーパー
ツイスト液晶表示素子と遜色ない等の優れた効果を有す
る。

また、表示が白黒に近いということから、カラーフィル
ターと組み合わせることにより、カラフルな表示が可能
となり、特に、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、より多様性の
ある応用が開ける。

特に、本発明では白黒に近い表示が可能であるにもかか
わらず、明るい表示可能であり、反射型のみならず、透
過型の表示も可能であり、その応用範囲が広いものであ
る。

本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で今後とも種
々の応用が可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶表示素子を模式的に現わした
斜視図である。 第２図（Ａ）（Ｂ）は、夫々上から見た第１図の上側の
第２の液晶セル及び下側の第１の液晶セルの液晶分子軸
方向と隣接する偏光板の偏光軸の相対位置を示した平面
図である。 第３図及び第４図は、本発明の液晶表示素子の例の断面
図。 １．２は偏光板、 ３は電圧印加をしない第２の液晶セル、４は電圧印加を
する第１の液晶セル、 ５は上側の偏光板ｌの偏光軸、 ６は下側の偏光板２の偏光軸。 ７は第２の液晶セルの上側の液晶分子軸方向、８は第２
の液晶セルの下側の液晶分子軸方向、９は第１の液晶セ
ルの上側の液晶分子軸方向、ＩＯは第１の液晶セルの下
側の液晶分子軸方向学　１　口

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の基
   板間に挟持された旋光性物質を含有した誘電異方性が正
   のネマチック液晶による第１の液晶層と、該第１の液晶
   層を挟持する上下の基板の透明電極間に電圧を印加する
   手段と、該第１の液晶層とは別に配向制御膜を有する一
   対の基板間に挟持された旋光性物質を含有したネマチッ
   ク液晶による第２の液晶層とを有し、それらの液晶層の
   外側に一対の偏光板を設置した液晶表示素子において、
   第１の液晶層の第２の液晶層に近接する液晶分子軸方向
   と第２の液晶層の第１の液晶層に近接する液晶分子軸方
   向とがほぼ直交し、液晶層を挟持する基板間での液晶分
   子のねじれ角が、第１の液晶層では２００〜３００°と
   され、第２の液晶層では第１の液晶層とは逆向きであっ
   てほぼ等しいねじれ角とされ、かつ夫々の液晶層の液晶
   の屈折率異方性（Δｎ）とその液晶層の厚み（ｄ）との
   積Δｎ・ｄが、第１の液晶層ではΔｎ＿１・ｄ＿１：０
   ．４〜２μｍとされ、第２の液晶層ではΔｎ＿２・ｄ＿
   ２は第１の液晶層に時分割駆動時の選択電圧を印加した
   際の液晶分子の液晶層に平行な面に対する平均的傾き角
   θの液晶層の厚み方向の平均θｘ＿１の余弦の２乗（ｃ
   ｏｓ＾２（θｘ＿１））と第１の液晶層のΔｎ＿１・ｄ
   ＿１との積Δｎ＿１・ｄ＿１・ｃｏｓ＾２（θｘ＿１）
   と、使用時における第２の液晶層の液晶分子の液晶層に
   平行な面に対する傾き角θ＿２の液晶層の厚み方向の平
   均θｘ＿２の余弦の２乗（ｃｏｓ＾２（θｘ＿２））と
   第２の液晶層のΔｎ＿２・ｄ＿２との積Δｎ＿２・ｄ＿
   ２・ｃｏｓ＾２（θｘ＿２）とがほぼ等しくなるように
   され、かつそれら２つの液晶層の外側に配置された一対
   の偏光板の偏光軸の交差角を６０〜１２０°とするよう
   に配置したことを特徴とする液晶表示素子。
2. （２）第２の液晶層には使用時に電圧が印加されない特
   許請求の範囲第１項記載の液晶表示素子。
3. （３）第２の液晶層に用いられるネマチック液晶の誘電
   異方性が正であり、電圧無印加時の第２の液晶層のΔｎ
   ＿２・ｄ＿２が第１の液晶層のΔｎ＿１・ｄ＿１・ｃｏ
   ｓ＾２（θｘ＿１）よりも大きく、かつ第２の液晶層を
   挟持する上下基板の液晶層に近接する面に透明電極が形
   成され、該透明電極間に電圧を印加する手段を有し、該
   第２の液晶層の透明電極間に電圧を印加することにより
   、第２の液晶層の液晶分子の液晶層に平行な面に対する
   傾き角θ＿２の液晶層の厚み方向の平均θｘ＿２の余弦
   の２乗（ｃｏｓ＾２（θｘ＿２））と第２の液晶層のΔ
   ｎ＿２・ｄ＿２との積Δｎ＿２・ｄ＿２・ｃｏｓ＾２（
   θｘ＿２）が、該第１の液晶層のΔｎ＿１・ｄ＿１・ｃ
   ｏｓ＾２（θｘ＿１）にほぼ等しくされ、第２の液晶層
   に使用時に電圧が印加されるようにした特許請求の範囲
   第１項記載の液晶表示素子
4. （４）観察者に対して手前側に設置された偏光板の偏光
   軸の方向が観察者に最も近い液晶分子軸方向に対して、
   ３０〜６０°だけずらして設置され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。