JPH01147433A - 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】 〔技術分野〕 本発明は液晶表示素子に関するものである。

〔従来技術〕

従来、主流を占めてきたＴＮ（ツイストネマティック）
型液晶表示素子は、２枚の電極基板間に９０度の螺旋構
造を有する液晶層を設けた液晶セルと、これを挾むよう
にして設けられた一対の偏光子とから構成されている。

しかしながら、近年のドツトマトリクス型の液晶表示素
子の大型化に伴い時分割数が増大しているのに対し、従
来のＴＮ型液晶表示素子の時分割特性では対応できなく
なっており、１／６４デユ一テイ以上の時分割駆動では
、コントラストおよび視野角が低下してしまう。

これに対して、基板間で液晶分子を２７０度ツイストさ
せたスーパーツィステッドネマチック型（ＳＴＮ型）又
は５ＢＥ（Ｓｕｐｅｒ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｂｉｒｅｆｒ
ｉｎｇｅｎｃｅＥｆｆｅｃｔ）型の液晶表示素子が提案
されており、広視角、高コントラストが得られることが
報告されている〔丁ｊ、５ｃｈｅｆｆｅｒ　ｅｔ　ａｌ
、、ＳＩＤ　Ｄｉｇｅｃ＋ｔ、１２０（１９８５）〕。

しかしこの場合には、３０度前後の大きいプレティルト
角が必要なため、生産性の悪い斜方蒸着による配向処理
を行なわなければならないという問題があった。ラビン
グによる配向処理では散乱組織を生じてしまい、所期の
特性を得ることができない。

一方、薄型、軽量化、あるいは強度や加工性。

コストの低減などの観点からプラスチックフィルムを用
いた液晶表示素子が注目されている。

〔目　　　的〕

本発明は、従来のＳＴＮ型液晶表示素子に見られる前記
欠点を克服し、ラビングによる配向処理を可能にし、か
つ軽量、薄型及びコスト低減を可能にする液晶表示素子
を提供することを目的とする。

〔構　　成〕

本発明によれば、表示用電極を有し、少なくとも一方が
ガラス基板である２枚の基板に挾持され、基板に対して
略水平に配向し、厚み方向に１２０°以上３６０°以下
のねじれた構造を有し、正の誘電異方性を示す第１液晶
層を有する第１液晶セルと、透光性を有する２枚のプラ
スチックフィルム基板に挾持され、基板に対して略水平
に配向した第２液晶層を有する第２液晶セルとの積層体
を２枚の偏光板で挾持させた構造を有し、第２液晶セル
の液晶複屈折率Δｎ２と液晶層厚ｄ２との積Δｎ、　ｄ
２と第１液晶セルの液晶複屈折率Δｎ□と液晶層厚ｄ１
との積Δｎ０ｄ１との差が−０，６〜０．６μｍの範囲
にあることを特徴とする液晶表示素子が提供される。

次に本発明を図面を参照して説明する。

第１図は、従来のＳＴＮ型の液晶表示素子の構成例を示
す断面図である。

この図において、配向膜５，５′が形成され、配向処理
が施された透明電極３を有する第１の基板ｌと、同様の
第２の基板１′とが離間、対向して配設され。

その間に液晶３３′が封入され液晶セルが形成されてい
る。３，３′は透明電極、５，５′は配向膜、１４はシ
ール剤を示す。この液晶セルが第１の偏光子７および第
２の偏光子７′に挟まれて、液晶表示素子を構成してい
る。

第２図は、本発明の液晶表示素子の構成例を示す断面図
である。第１の液晶層２３は、透明電極２７が形成され
、配向処理が施された第１のガラス基板２１と、同様の
処理がなされた第２の基板２１′の間に形成されている
。基板２１の第１の液晶層とは反対側には、透光性のプ
ラスチックフィルムからなる第３及び第４の基板１１．
１１’との間に第２の液晶層１３が形成されている。第
１の液晶層２３においては、液晶は基板に対して、略水
平に配向するように配向処理がなされこの配向処理方向
に沿って液晶分子が優先配向する。この場合、液晶分子
の配向に関していう略水平とは、液晶分子の基板に対す
る傾き角がおおよぞＯ〜３０°の範囲にあることを言う
。

第１の液晶層からなる第１液晶セルと、第２の液晶層か
らなる第２液晶セルとは、別々に接合剤１６にて密接さ
れていることが好ましい。第１の液晶セルと第２の液晶
セルの積層体は、２枚の偏光板１５゜２５により挾持さ
れている。

第３図は、液晶の優先配向方向を示したもので、第１の
ガラス基板２１での液晶分子の優先配向方向Ｄ１と第２
の基板２１′での優先配向方向Ｄ２との間で液晶分子は
ω１だけねじれた構造をとっている。このようにω□は
配向処理によって決まるツイスト角であり、この配向制
御は従来公知の斜方蒸着や、無機または有機被膜を形成
したのちに綿布などでラビングすることにより行うこと
ができる。なお。

本発明では、液晶は正の誘電異方性を有するネマティッ
ク液晶に、コレステリック液晶やカイラルネマティック
液晶を添加し、適当なピッチに調整したものを好ましく
用いる。この場合、ω１が小であると、急峻度が悪化し
、時分割屏動特性が低下してしまう。また、ω１が大き
すぎると電界印加時に散乱組織を生じ、表示品質が低下
するため好ましくない。これらのことより、ω１は１２
０’以上３６０６以下である必要がある。

第３図では、第１の基板から第２の基板へ向けてツイス
ト方向が左回りとなるように構成したが、配向処理の方
向やコレステリック液晶、カイラルネマティック液晶の
選択により右回りとすることもできる。

第２図において、第１の液晶層の偏光子２５と反対側に
は、第２の液晶層１３が第３のプラスチックフィルム基
板１１と第４のプラスチックフィルム基板１１との間に
形成される。両店板の液晶と接する側には、液晶分子を
略水平に優先配向させる配向処理がなされている。配向
処理は、第１の液晶層を配向させるのと同様な方法を用
いることができるが、必ずしも同じ方法を用いる必要は
ない。液晶としては、スメクティック液晶、ネマティッ
ク液晶またはネマティック液晶にコレステリック液晶や
カイラルネマティック液晶を添加したものを有利に用い
ることができる。第３図に示されるように、第３の基板
１１での液晶分子の優先配向方向Ｄ３と。

第４の基板１１′での優先配向方向Ｄ４との間で液晶は
ω２だけねじれた構造をとっている。

このような構成において、第１の液晶層を通過すると、
光はその波長によって異なる楕円率、楕円の方位角を有
する楕円偏光となる０本発明の原理は、第２の液晶層に
よってこれを再度直線偏光または直線偏光に近い楕円偏
光に戻し、該直線偏光と平行または直角に配置された偏
光子を通過させることによりそれぞれ白または黒の電圧
無印加時の背景色を得るものである。本原理を発現させ
。

白黒表示が可能で１表示品質にすぐれ、色むらの少ない
表示素子を得るには、第１の液晶層の屈折率異方性Δｎ
０と液晶層の厚さｄ□の積Δｎ、ｄ□と第２の液晶層の
屈折率異方性Δｎ２と液晶層の厚さｄ２の積Δｎ、ｄ、
との差（Δｎ１ｄ、−Δｎ、ｄ、）を、−０，６−０，
６μｍの範囲とすることが好ましい。Δｎ工ｄニーΔｎ
、ｄ□がこの範囲以上であると、青、緑、橙色の順に着
色し、またこの範囲以下でも同様である。この関係を表
−１に示す。

表−１ 本発明においては、第１の液晶層と第２の液晶層の配向
方向のなす角δを６０＠以上１２０°以下とすることが
好ましい。第１の液晶層のねじれの向きを正として示し
たが、液晶の配向方向のなす角は、−１２０°以上−６
０°以下も上記範囲に含まれる。また、第２の液晶層は
、第１の液晶層と同様にねじれていても良く、ねじれて
いなくても良い、また、ねじれの向きは、第１の液晶層
と同じであっても逆であっても良い。第２の液晶層のね
じれ角は、０″以上７２０°以下であることが好ましく
、１２０°以上３６０゜以下であることがより好ましい
。またねじれの向きは、第１の液晶層と逆であることが
より好ましい。

なお、表−１では第１の基板における偏光板透過軸と液
晶配向方向のなす角をβい第３の基板における偏光板透
過軸と液晶配向方向のなす角をβ２としβ、＝β２＝４
５°の場合で、ねじれ角ω０．ω２がそれぞれ１８０°
の場合について示したが、一方の偏光板を９０°回転さ
せると、色は補色の関係にある色調となる。

なお、Δｎ、ｄ□は０．４−１．３μ墓の範囲がら選ぶ
ことが好ましい、この範囲外であると、コントラストが
低下する。

このように、本発明の液晶表示素子は、上記の条件を満
足させることによりセルの背景色と白または黒とするこ
とができる。さらに、電圧を印加した場合、それぞれ黒
または白色表示となり、白黒表示が可能である。

なお１本発明の液晶表示素子の電圧突通率特性の急峻度
は従来のＳＴＮ型液晶表示素子と同様に１．０５以下で
あり、すぐれた時分割駆動特性を有している。

以上はセル構成の条件を例示したが、本発明の特徴は表
示が均一で、かつ文字の浮遊観がなく。

薄型の表示素子を実現するために、さらに第２の液晶セ
ルの基板として、プラスチックフィルムを用いることに
ある。プラスチックフィルムの液晶セルは２００μ−程
度まで薄く作製することが可能であり、このように薄型
のセルを用いることによって上記特性が実現される。

第２の液晶セルであるプラスチックフィルムのセルを作
製する上での好ましい条件を示すと、プラスチックフィ
ルムとしては等方性又は−軸方向に延伸されたフィルム
を用いることができる。−軸延伸されたフィルムの場合
、該フィルムは光学的に異方性であり、延伸方向および
その垂直方向に光学軸を有する。したがって、隣接する
基板の延伸軸と偏光板の透過軸または吸収軸のなす角を
ほぼ平行にする必要がある。表示コントラストの点から
はこの角を±３度以下にすることが好ましい。±３度を
こえると表示が暗くなり実用上不都合である。更に、−
軸延伸されたフィルムの消光角角度分布は±５度以上、
好ましくは±２．５度以内が必要である。

一方、等方性、−軸延伸フィルム基板のどちらを用いて
も、２枚の基板間の間隔を精度良く維持する必要がある
。そのために、２枚の基板間にスペーサーを分散する。

この際、用いるスペーサーとしての直径の分布が標準偏
差で０．２７μｌ以下に制御する必要がある。これ以上
のものを用いると着色ムラが発生し、表示品質が低下す
る。

更に、ガラス基板を用いた第１の液晶セルとプラスチッ
クフィルムを用いた第２の液晶セルは互に密接する方が
表示品質を良好に維持できる。そのためには第１の液晶
セルと第２の液晶セルを結合剤１６で密接する。このた
めの接合剤としては、第１の液晶セルと第２の液晶セル
の熱伸縮率の差を吸収し、熱り歴に耐えるようにするこ
とが必要であることと、光の透過性に優れしかも屈折率
が基板に近いものが好ましい。これらのことから、接合
剤としては、屈折率が１．２〜１．７であり、弾性を有
する可撓性高分子材料が用いられる。実用的材料として
は、通常使用されているアクリル樹脂のような液晶セル
用粘着剤あるいは高分子接着剤が用いられる。高分子接
着剤としてはシリコン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹
脂、液状ゴム等が用いられるが、シリコン樹脂を取り扱
い上容易に用いることができる。

第２の液晶セルであるプラスチックフィルムセルの内側
には、本質的には透明電極を形成する必要はないが、静
電気による液晶の誤動作を防ぐために透明電極を形成し
たり、さらに透明電極を接地したり、さらには駆動回路
により動作させることもできる。

〔効　　果〕

このようにして構成された本発明の液晶表示素子は、そ
の製作が従来のＳＴＮ型のものと異って非常に容易であ
る上、白黒表示が可能であり、さらに、その電圧透過率
特性の急峻度は従来のＳＴＮ型液晶表示素子と同様に１
．０５以下であり、すぐれた時分割駆動特性を有してい
る。

〔実施例〕

次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１ 透明電極を有するガラス基板にポリイミドを塗布、ラビ
ングし、ねじれ角が１８０°となるように上下基板をは
り合わせた。上下基板の間隔は、スペーサーにより、８
．２５μＩとなるように構成した。

上下基板間にΔｎ＝０．１１５なるネマティック液晶に
左まわりのねじれを誘起するカイラルネマティック液晶
Ｓ−８１１を添加したものを充填し、第１の液晶セルと
した。Δｎ□ｄ１＝０．９５　μｒｎ。

透光性を有するポリエーテルサルフオンフイルムを主体
としたフィルム基板を用い、同様に処理し、上下基板の
間に粒径分布の標準偏差が０．２５μｍの粒状の高分子
スペーサーを用い、上下基板の間隔が８．２５μｍとな
るように構成した第２の液晶セル（Δｎ２ｄ、　＝０　
、９５μｍ）を作製した。第１の液晶セルと第２の液晶
セルを重なり合う基板面でのラビング方向がほぼ直交す
るように重ね合わせて、さらに、セルの上下をニュート
ラルグレーの偏光板ではさみ、液晶表示素子とした。偏
光板の偏光軸は、偏光板の隣接する基板上でのラビング
方向と４５°の角度をなすように配置した。

このようにして得た液晶表示素子は、背景色が白色で、
第１のセルへの電圧印加により黒色の表示が可能であっ
た。また、０．３μｍ程度のセル厚変動でも色むらは認
められなかった。電圧−透過率特性の急峻度は１．０３
で、１／２００ｄｕｔｙの時分割坊区動でも十分なコン
トラストが認められた。

実施例２ 実施例１において、第１の液晶セルを、ガラス基板を用
い、ツイスト角が１８０°、Δｎｄ力＜０．７μｍとな
るように同様な方法で作製した。一方、第２の液晶セル
はポリエーテルスルホンフィルムの代りしこ一軸延伸ポ
リエステルフイルムを用１．Ｎ、Δ１．ｄ２＝０．７μ
ｍとなるように同様な方法で作製した。第１の液晶セル
と第２の液晶セルの組型なる基板での液晶配向方向がほ
ぼ直交するように重ね合わせて偏光板ではさんで液晶表
示素子とした。偏光板の透過軸は偏光板を隣接する基板
の光軸と平行するようにした。この素子は背景色がほぼ
白色であり第１の液晶層に電圧印加により濃紺の表示カ
スされた。

実施例３ 実施例１と同様に第１の液晶セルと第２の液晶セルを作
製し、２つのセルを組型なる基板での液晶配向方向がほ
ぼ直交するように重ね合わせて第１の液晶セルと第２の
液晶セルを低温硬化剤シリコン樹脂の厚さ約１μ票の接
合層を介し密着接合した後２枚の偏光板ではさんで液晶
表示素子とした。

この素子は背景色がほぼ白色であり、第１の液晶セルに
電圧印加により濃紺の表示がされた。又、接合剤として
用いたシリコン樹脂は透明であり、屈折率が基板とほぼ
同じ（ｎ岬１．４）ため表示性には何ら損傷はなかった
。むしろ、第１の液晶セルと第２の液晶セルの間に空気
層がなくなるため表示が明るくなった。更に、この表示
素子を６０℃、９０％に５００１（ｒｓ放装しても表示
品質の欠陥は現われなかった。

また、シリコン樹脂の代りに合成樹脂系粘着剤を用いて
も同じ結果が得られた。

実施例４ 透明電極を有するガラス基板にポリイミドを塗布、ラビ
ングし、ツイスト角が１８０°となるように上下基板を
はり合わせた。上下基板の間隔は、スペーサーにより８
．２５μ飄となるように構成した。

上下基板間にΔｎ＝０．１１５なるネマティック液晶に
左まわりのねじれを誘起するカイラルネマティック液晶
を添加したものを充填し、Δｎ１ｄ１＝０．９５μｍの
第１の液晶セルを作製した。実施例１と同様に透光性ポ
リエーテルスルホンフィルム（１００μｍ）を用い第２
の液晶セルを作製した（Δｎ、ｄ、＝０．９５μｍ）。

第１の液晶セルと第２の液晶セルを重なり合う基板面で
のラビング方向が直交するように重ねあわせ、さらにセ
ルの上下をニュートラルグレーの偏光板ではさみ、液晶
表示素子とした。偏光板の偏光軸は偏光板の隣接する基
板上でのラビング方向とβ、＝４５°、β、＝−４５’
の角度をなすように配置した。この液晶表示素子は背景
色が白色で、第１のセルへの電圧印加により黒色の表示
が可能であった。

実施例５ 実施例１と同様にして、ツイスト角が１８０°、Δｎ１
ｄ、＝０．９５、Δｎ１ｄ、−Δｎ、ｄ、＝−０，４５
または＋０．４５の液晶表示素子を作製した。このもの
は黒色背景上に白表示であり、一方の偏光板を９０°回
転させることにより、白黒が反転した。また、同様にす
ぐれた時分割駆動特性を示した。

実施例６ 実施例１において第２の液晶セルに右まわりのねじれを
誘起するカイラルネマティック液晶ＣＢ１５を添加した
ものを用い、他は同様にして液晶表示素子を作製した。

この場合にも白黒表示が可能であり、またすぐれた時分
割駆動特性が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の液晶表示素子の構成例を示す断面図、第
２図は本発明の液晶表示素子の構成例を示す断面図、第
３図は、本発明液晶表示素子の角度関係の説明図である
。 １．１’、１１．１１’、２１．２１’・・・基板、１
１．１１’・・・透光性プラスチックフィルム基板、２
１．２１’・・・ガラス基板、５．５’　、１２．１２
’　、２２．２２’・・・配向膜、３．３’　、２２，
２２’・・・電極、７，７’、１５，２５・・・偏光板
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）表示用電極を有し、少なくとも一方がガラス基板
   である２枚の基板に挾持され、基板に対して略水平に配
   向し、厚み方向に１２０゜以上３６０゜以下のねじれた
   構造を有し、正の誘電異方性を示す第１液晶層を有する
   第１液晶セルと、透光性を有する２枚のプラスチックフ
   ィルム基板に挾持され、基板に対して略水平に配向した
   第２液晶層を有する第２液晶セルとの積層体を２枚の偏
   光板で挾持させた構造を有し、第２液晶セルの液晶複屈
   折率Δｎ＿２と液晶層厚ｄ＿２との積Δｎ＿２ｄ＿２と
   第１液晶セルの液晶複屈折率Δｎ＿１と液晶層厚ｄ＿１
   との積Δｎ＿１ｄ＿１との差が−０．６〜０．６μｍの
   範囲にあることを特徴とする液晶表示素子。