JPH0219828A

JPH0219828A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0219828A
Application number: JP63169012A
Authority: JP
Inventors: Tomiaki Yamamoto; 山本　富章; Hitoshi Hado; 羽藤　仁; Shinichi Kamagami; 信一鎌上; Susumu Kondo; 進近藤; Akio Murayama; 昭夫村山; Shoichi Matsumoto; 正一松本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-08
Filing date: 1988-07-08
Publication date: 1990-01-23

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、液晶表示素子に係り、特に背碩色を無彩色化
した液晶表示素子に関する。

（従来の技術）液晶表示素子は、動作モードによりＴＮ型，ＤＳ型，Ｇ
Ｈ型，ＤＡＰ型および熱書き込み型等があり、なかでも
電卓および計測機器等の表示素子としては、ＴＮ型の液
晶表示素子が多く用いられている。

ところで、近年、ワードプロセッサ、パーソナル・コン
ピュータ等において表示容量の増大化や表示面積の大型
化の要求が高まるにつれ、ＴＮ型の液晶表示素子では、
コントラスト不足や視角範囲の狭さ等の問題が出てきて
いるために、新しい動作モードによる液晶表示素子の開
発が急がれていた。

このような要求に応える液晶表示素子として、例えば特
開昭６０−１０７０２＠公報に記載されている５ＢＥ（
スーパーツィステッド・パイアフリジエンス・エフェク
ト）型の複屈折率制御型の液晶表示素子が注目されてい
る。このＳＢＥ型の液晶表示素子の構成としては、少な
くとも片面側に透明電極が形成された２枚の透明基板を
対向ざぜ、周囲を封着してセルとし、このセル内にネマ
チック液晶を入れる。対向基板間の距離は、３〜１２１
ＪＪｎ程度でおり、ネマチック液晶としてはシクロヘキ
サン系、エステル系、ビフェニール系およびピリミジン
系液晶等が使われている。ネマチック液晶の中にはカイ
ラル剤が添加され、液晶分子の分子軸が１８０〜３６０
°の角度に一対の基板間で捩られている。また液晶分子
は、基板上の配向膜により、その分子軸が基板平面に対
し５°より大きい傾斜のチルト角θを有している。そし
て、液晶セルのリタデーションＲ＝△ｎ−ｄ−ｃｏｓ２
θは、０．６〜１，４柳である。

また、分子軸の捩れが２７０°のＳＢＥ型液晶表示素子
では、好ましくは基板の外側の前面と背面に偏光板を配
しており、前面偏光板の透過軸が前面基板の分子配向方
向に対して右回りに約３０゜背面偏光板の透過軸が背面
基板の配向方向に対して左回りに約３０’あるいは右回
りに約６０’である場合が最もよい構成とされている。

このうち前者の構成は非選択状態で明るい黄色の表示、
選択状態で黒の表示が得られ（イエローモード）、後者
の構成は非選択状態で深い青色の表示が得られ、選択状
態で透過となる（ブルーモード）。

このような構成をしたＳＢＥ型液晶表示素子では、電圧
に対する透過光の変化が急峻であり、多桁のマルチプレ
ックス駆動をした場合においても、高コントラストで視
野角も広い。

一方、ラビング技術によりプレチルト角を小さくした液
晶表示素子の一例として、液晶の捩れ角をｉｏｏ〜２０
０’とするいわゆるＳＴ（スーパーツイスト）型液晶表
示素子が知られている（ＳＩＤ　−８６ＤＩＧＥＴ、　
り１２２）。

また、他の例として特開昭６０−７３５２５号公報には
、リタデーションＲが０．５〜０．８ＩＪＩｎで、液晶
分子の捩れ角が２７０°のセルに対し前後の偏光板の光
軸がほぼ９０°とされ、かつ偏光板の光軸がディレクタ
を２分する方向が良いとされた液晶表示素子が示されて
いる。

さて、このような液晶表示素子では、いづれも背景色は
無彩色ではなく色付きがある。このため、黄色の背景に
黒の表示、あるいは青色の背景に白の表示であり、観察
者の視感により視認性評価が異なり、人によってはその
背景色により視認性（コントラスト等）が低下している
と評価する者もいる。また、ＳＴ’型およＵＳＢＥ型液
晶表示素子は、ともに複屈折率性を利用しているため、
透明阜板間の間隔の違いにより色むらが発生しやすく、
視野角方向からの色変化や温度が変化したときの色変化
が大きかった。

また、ＴＮ型液晶表示素子では、カラーフィルタを配設
することによりカラー化が容易であるのに対し、ＳＢＥ
型液晶表示素子では背景色に色付きがあるためカラー化
が不可能であった。

この点を改良した例としてＯＭＩ型液晶表示素子が知ら
れている（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、５０（
５）　１９８７　ｐ、２３６）。すなわら、液晶の捩れ
角が１８０’　、リタデーションＲ＝△ｎ−ｄ−ｃｏｓ
２θの値カ０．５〜０．６４Ｓ＠光板はその一方の透過
軸がラビング軸と平行とされ、２枚の偏光板の吸収軸の
角度は９０’とされている。

しかし、このＯＭＩ型液晶表示素子では、液晶の捩れ角
が１８０°であるため、電圧に対する透過光の変化はあ
まり急峻でなく、駆動デユーティ（ｄｕｔｙ）比を小さ
くすると、コントラスト不足。

視角の狭さ、背景の暗さ等の問題があった。

このような背景の暗さやコントラスト不足を解消するも
のとして特開昭５７−４６２２７号公報、特開昭５７−
９６３１５号公報、特開昭５７−１２５９１９号公報に
２枚の液晶セルを重ね、その両側に偏光板を置き、白黒
表示とした液晶表示素子が提案され、またこれをＳＢＥ
方式のＬＣＤで応用した例がＪＪＡＰ（２６，ＮＯＶ、
１１．１１７７８４（１９８７））に記載されている。

これらの特徴は、２枚の液晶セルにおいて互いのツイス
ト方向を逆方向とし、それぞれの液晶セルのワタデージ
ョンがほぼ等しくしておくものでおる。

即ち、第６図に示すように、偏光板３を通過した直線偏
光１０３は、第１の液晶セル５を通過することにより惰
円偏光１０１′となる。この箔内偏光は、第１の液晶セ
ル５とツイスト角が逆でほぼ等しく、またワタデージョ
ンもほぼ等しい第２の液晶セル６を通過することにより
、直線偏光１０２′となり、第２の偏光板４を通過し、
人間の目に感知される。

ここで重要なのは、第１の液晶口ル５と第２の液晶セル
６とに光学的に相補な性質を持たせであることである。

これにより、第１の液晶セル５を通過後の箔内の形状の
波長依存性は、第２の液晶セル６による箔内の形状の波
長依存性と相補的となる。この結果、第１．第２の液晶
セル５．６の透過光は波長依存性がなく、色づきのない
無彩色表示が１％られる。このことは、可視領域のすべ
ての光が表示に使え、明るい表示が得られるということ
も示す。

このとき、第１の液晶セル５と第２の液晶セル６とが光
学的に相補的になることが必要であるので、それぞれの
液晶セルのワタデージョンが、例えば±０．０５塵以内
でほぼ同じであることが必要でおる。

なお、第１の液晶セル５の基板１，１−に電極を形成し
、通常のドツトマトリクス形液晶表示素子と同様に駆動
を行い、一方策２の液晶セル６の基板２，２−には電極
を形成せずに液晶を駆動しないで、単に箔内形状の補正
用として用いる。

このようにして、２層セル方式のＳＴ型液晶表示素子は
白黒表示で、かつ桁数を増すことができるという長所を
持つが、視野角がＳＢＥ型やＯＭＩ型に比べ狭く、また
２枚の液晶セルの歩留り等を含めると２枚の液晶セルを
使うことは大変高価になる。

（発明が解決しようとする課題）上述のように、捩れ角が１８０°以上のいわゆるＳＴ型
液晶表示素子やＳＢＥ型液晶表示素子では背景に色付き
があり、また背景に色付きがない無彩色のＯＭＩ型液晶
表示素子場合においては高コントラストで背景が明るい
液晶表示素子を得ることができなかった。

またＳＴ型液晶セルを２枚使った液晶表示素子は背景に
色付きのない白黒表示で高コントラストであるが高価で
あった。

本発明は、上記従来の問題点を解決しようとするもので
は、背景が無彩色で明るく、高コントラスト、広視野角
の液晶表示素子を安価に提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の液晶表示素子は、それぞれ対向面に電極が形成
され、対向設置された第１、第２の基板と、第１の基板
と第２の基板との間で捩れ配向された液晶組成物からな
る液晶セルと、液晶セルの両側に配置された第１、第２
の偏光板とを有する液晶表示装置において、第１の基板
と第１の偏光板の間に、第１の基板側から第１と第２の
光学遅延板を配置してなり、第１の基板と前記第２の基
板の間隔をｄ、液晶組成物のチルト角をθ、液晶組成物
の複屈折率を△ｎとしたとぎ、液晶セルのワタデージョ
ンをＲ０（＝Δｎ−ｄ−ｃｏｓ２θ）の値がＯ８４乃至
１．３μｍの範囲にあり、第１の光学遅延板のワタデー
ジョンが０．２５乃至０．３５μｍ、また第２の光学遅
延板のリタデーシ」ンが０．３５乃至０．４５μｍにあ
ることを特徴とする液晶表示素子である。

（作　用）本発明の液晶表示素子の作用を説明する。

第５図は、従来の技術の複屈折効果により表示を行う、
例えばＳＢＥ型液晶表示素子やＳＴ型液晶表示素子の表
示原理を説明する図である。（基板１，１′とその間に
挟持された液晶組成物とからなる）液晶セル５の前後に
偏光板３．４が配設されている。偏光板３を通った直線
偏光１０３は液晶、セル５を通過することにより一般に
惰円偏光１Ｏｌ−となる。液晶セル５を通過した楕円偏
光は、所定の角度に置かれた偏光板４を通過し、人間の
目に感知される。このときの楕円の形状は、液晶セル５
における液晶分子の捩れ角であるツイスト角ψ、リタデ
ーションＲ＝Δｎψｄ−ｃｏｓ２θおよび波長人によっ
て決まる。ここで、Δｎは液晶セル５中の液晶組成物の
複屈折率、ｄはセル厚（基板間隔）、θはチルト角であ
る。

一般に、透過率は波長により変化し、透過光に色づきが
ある。液晶セルに電界を印加し、液晶分子の配向を変え
ることにより、複屈折率Δｎは実効的に変化し、これに
よりリタデーションＲが変化し、透過率が変り、このこ
とを用いて表示を行なう。

前述の２層方式はこのような液晶セルを互いに光学的に
相補な性質を持たせた２枚のセルを用いたことを基本構
成としている。

さて、本発明は、１枚の液晶セルの片側に２枚の光学遅
延板を配置させた構成であり、その作用を第２図を用い
て説明する。偏光板３を通過した直線偏光１０３は、液
晶セル５を通過することにより楕円偏光１０１′となる
。液晶セルの上側に光学遅延板１０．１１を置き、楕円
偏光１０１−を直線偏光１０２′にし、偏光板４を介し
て人間の目に感知される。

このとき重要なのは、液晶セル５を通過した楕円偏光１
０１−を直線偏光、また直線偏光に近い偏光１０２′に
変換することでおる。

本発明者等の検討によれば、光学遅延板を２枚積層した
構造が良好であった。なお、光学遅延板を１枚だけ用い
た場合には、偏光１０２′が完全に直線偏光ではなく多
少楕円であり、黒レベルが完全に黒とならず灰色で、多
少コントラストが劣る。

また、積層数を３枚以上とすると偏光１０２−は直線偏
光に近くなり、コン１〜ラストが非常に高く視認状態も
良好であるが、光学遅延板を３枚以上用いることは、液
晶表示素子を高価にする。

また、２枚のの光学遅延板の光学軸が３５度乃至６０度
の範囲の角度をなしていることを好ましい。、また、電
圧に対して液晶分子の配向角が急激に変化するように、
ツイスト角は大きい方が良く、１８０″から２７０°の
間が良く、またセルのリタデーションは白黒表示には０
．４乃至１．３μｍの間にあることが望ましい。

（実施例）以下、本発明に係る液晶表示素子の実施例を第１図およ
び第４図を用いて詳細に説明する。

第３図は本発明の液晶表示素子の断面図を示す。

透明電極７，７−とポリイミドからなる配向膜８゜８−
が形成された基板１，１−とがほぼ平行に設置されてお
り、この間には液晶組成物９が封入されており、その周
囲はエポキシ接着剤からなるシール剤１２で封止固定さ
れており、液晶セル５となっている。この液晶セル５に
おいて、液晶分子は、基板１の配向方向ｒ、ｌ板１′の
配向方向ｒ−によって左回りにツイスト角１１／、　＝
　２４０”で捩れ配向しており、チルト角は１．５度で
あり、セル厚く基板間隔）ｄ、は６．６１ＪＩＩ４であ
る。

液晶セル５には液晶組成物として、ＺＬＩ３７１１（メ
ルク社製）に左回りのカイラル剤とじてＳ−８１１（Ｅ
、メルク社製）をｄ／ｐｔ　（ｄ　：基板間隔、ｐｔ：
ピッチ）が約０．６になる様に添加したものを用いた。

この液晶組成物の複屈折率△ｎ、は０．１０４５であっ
たので、リタデーションＲ＝Δｎ−ｄ−ｃｏｓ２θは約
０．７７ｍであった。

一方、延伸ポリビニルアルコールからなる厚さ約０．５
脚の第１の光学遅延板１０の延伸方向が水平方向より４
５度となるように配置し、その上に第２の光学遅延板１
１の延伸方向が水平方向より６．５度に配置だ。またこ
のときの第１の光学遅延板１０のリタデーション値Ｒは
０．２９９μｓ、第２の光学遅延板１１のリタデーショ
ン値Ｒは０．３９４脚であり、また偏光恢の角度は水平
方向よりＰｔ−６９度、Ｐ２＝−１７度で必った（第１
図を参照）。

この実施例において、液晶セル５に電圧を印加し、液晶
を点灯、非点灯させたときの透過率の波長依存性を第５
図に示す。同図から分る様に非点灯時、点灯時の透過率
とも、はぼ波形に関係なく平坦で無彩色表示ができ非点
灯時には黒、点灯時には白の表示でいわゆるノーマリブ
ラック・モードでめった。た。また、この液晶セルを１
／２００デユーテイでマルヂプレタス駆動したときのコ
ントラストは１１：１と高く、また視野角も広かった。

（比較例）実施例において、第２の光学遅延板１１を取除いた。液
晶素子の点灯時、非点等時の波長依存制を第６図に示す
。同図から明らかなような非点等時に黄色の色付きが、
また点灯時には白あるいは淡い黄色であった。

［発明の効果］本発明によれば、背景が無彩色で明るく、高コントラス
ト、広視野角の液晶表示素子が安価に得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の液晶表示素子における配向
方向、偏光板の吸収軸の方向および光学遅延板の光軸方
向の関係を示す図、第２図は本発明の液晶表示素子の作
用を説明する図、第３図は本発明の一実施例の液晶表示
素子の断面図、第４図は本発明の液晶表示素子の透過率
の波長依存性を示す図、第５図および第６図は従来例の
液晶表示素子を作用をそれぞれ説明する図、第７図は比
較例の液晶表示素子の透過率の波長依存性を示す図であ
る。茅茶今矛 ■ 茅１辺

Claims

【特許請求の範囲】

（１）それぞれ対向面に電極が形成され、対向設置され
た第１、第２の基板と、前記第１の基板と第２の基板と
の間で捩れ配向された液晶組成物からなる液晶セルと、
前記液晶セルの両側に配置された第１、第２の偏光板と
を有する液晶表示装置において、前記第１の基板と前記第１の偏光板の間に、第１の基板
側から第１と第２の光学遅延板を配置してなり、前記第
１の基板と前記第２の基板の間隔をｄ、前記液晶組成物
のチルト角をθ、前記液晶組成物の複屈折率をΔｎとし
たとき、前記液晶セルのリタデーシヨンをＲ＿０（＝Δ
ｎ・ｄ・ｃｏｓ＾２θ）の値が０．４乃至１．３μｍの
範囲にあり、前記第１の光学遅延板のリタデーシヨンが
０．２５乃至０．３５μｍ、また前記第２の光学遅延板
のリタデーションが０．３５乃至０．４５μｍにあるこ
とを特徴とする液晶表示素子。
（２）前記第１と第２の光学遅延板の光学軸が３５度乃
至６０度の範囲の角度をなしていることを特徴とするす
る請求項１記載の液晶表示素子。