JPH0237319A - 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】 ［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、特に表示色を無彩色化
した液晶表示素子に関する。

（従来の技術） 近年、電圧に対する透過光の変化が急峻で多桁のマルチ
プレックス駆動をした場合にも高コントラストで視野角
も広く得られる、ＳＴ（スーパ・ツイスト）型必るいは
ＳＢＥ　（スーパーツィステッド・パイリフリジエンス
・エフェクト）型と称する、液晶分子の捩れ角をＴＮ型
に比べ１８０度ないし２７０度と大きくした複屈折率制
御型の液晶表示素子が開発されている（例えば特開昭６
０−１０７０２号公報を参照）。

これらの液晶表示素子は偏光板の配置の仕方により、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
られるイエローモードと、非選択状態で深い青色の表示
、選択状態で透過となるブルーモードの２つ表示モード
がある。

これらの表示モードでは表示色は無彩色ではなく、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、表示色が無彩色ではないの
で、ＴＮ型液晶表示素子のようにカーフィルタの配設に
よるカラー化が不可能である。

このような背景から液晶表示素子の無彩色化を行なう技
術が、例えばＪ　Ｊ　Ａ　Ｐ　（２Ｂ、　ＮＯＶ、　１
１．１１７７８４（１９８７））で提案されている。こ
れは、２枚の液晶セルにおいて互いの液晶分子の捩れ方
向を逆で、同一の捩れ角とし、またそれぞれの液晶セル
のワタデージョンＲ（＝△ｎ−ｄ−ｃｏｓ２θ、八ｎ：
液晶の複屈折率、ｄ：セル間隔、θ：液晶のチルト角）
をほぼ等しくするとともに、２枚の液晶セルの隣接する
液晶分子の光学軸を垂直とするものである。

即ち、この液晶表示素子は第８図に示すように構成され
、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楕円偏光１０１−となる。こ
の楕円偏光は、第１の液晶セル５と捩れ角が逆でほぼ等
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。第１の
液晶はル５と第２の液晶セル６とに光学的に相補な性質
を持たせることにより、第１の液晶セル５を通過俊の楕
円の形状の波長依存性は、第２の液晶セル６による楕円
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、色付きのない無彩色表示が１ｑられる。

このため、第１の液晶セル５と第２の液晶セル６とが光
学的に相補的に作用するので、それぞれの液晶セルのワ
タデージョンは、例えば±０．０５μｍ以内でほぼ同じ
でおることが必要となる。

このような２層セル方式の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、２枚
の液晶セルのを用いるので厚く、また重くなるという問
題がある。更には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、またこれらを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、厚く
、重い、高１西である等の欠点を持つ。

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および第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お
よび第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の偏光板との間に光学遅延板を配置して
なり、液晶セルのワタデージョンをＲＯとしたとき、光
学遅延板のワタデージョンがＲＯｘ　０．５５乃至ＲＯ
ｘ　Ｏ，８０の範囲にあり、かつ光学遅延板の光学軸が
第１の基板と接する液晶分子の配向方向と１００度乃至
１３０度の角度をなす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７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楕円偏
光１０１′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１．１／、ワタデ
ージョンＲ＝Δｎ−ｄ−ｃｏｓ”θおよび波長人によっ
て決まる。ここで、八ｎは液晶セル５中の液晶組成物の
複屈折率、ｄはセル厚く基板間隔）、θはチル１−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。

第８図に示す前述した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、本発明の液晶表示素子では、第４図に示すように
液晶セルの片側に、光学遅延板を配置させたものである
。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−どなる。液晶セル５
の上側に光学遅延板１０を置き、楕円偏光１０１−を直
線偏光に近い楕円偏光１０２′にし、第２の偏光板４を
介して人間の目に感ス０させる。このとき重要なのは、
液晶セル５を通過した楕円偏光１０１−を直線偏光、ま
た直線偏光に近い偏光１０２′に変換することである。

本発明者等の検討によれば、液晶セルのリタデーション
ＲＯに対して、光学遅延板のリタデーションをＲＯＸ　
０．５５乃至ＲＯＸ　０．８０の範囲のものを用い、か
つ光学遅延板の光学軸が、これと接する基板表面での液
晶分子の配向方向と１００度乃至１３０度の角度をなし
たものが、良好な白黒表示（無彩色表示）が実現できる
ことが明らかになった。

第５図は、光学遅延板のリタデーションの）互いによる
電圧無印加時の透過光の波長依存性を示す。

この図は液晶組成物の複屈折率Δｎを０．１００、液晶
セル厚を約６．６μｍとした液晶セル（リタデーション
ＲＯは約０．６６μｍ）について測定したものを示す。

光学遅延板のリタデーションがＲＯＸｏ、５３未満の場
合およびＲＯＸ　Ｏ，８３を超える場合は、第５図から
明らかなように、色付きが生じ、無彩色表示が得られな
い。色付きのない無彩色表示を実現するには、光学遅延
板のリタデーションは液晶セルの１ツタデージヨンＲＯ
に対してＲＯＸｏ、５５乃至ＲＯｘ　０．８０の範囲の
ものを用いることが好ましい。なお、液晶セルのリタデ
ーションＲＯは０．５乃至１，０μｍの範囲で設定する
ことができ、またこの範囲の液晶セルに対しては、光学
遅延板のワタデージョン値の違いによる透過光の波長依
存性はほぼ同様の傾向を示した。

また、光学遅延板の光学軸は光学遅延板と接する基板の
界面で液晶分子の配向方向と１００度乃至１３０度の角
度をなすことが望ましく、この範囲からずれた場合には
視認上で問題となる色付きもしくはコン１〜ラストの低
下をもたらす。

なお、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、液晶組成物のツイスト角は大ぎい方が良く、１
８０°から２７０°の間が望ましい。

また、延伸有機フィルムからなる光学遅延板は液晶セル
の基板を兼ねることもできる。

（実施例） 以下、本発明に係る液晶表示素子の実施例を第１図乃至
第３図を用いて詳細に説明する。

〈実施例１〉 第２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Ｊ−３つ、そ
の周囲はエポキシ接着剤からなるシール剤１５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では、液晶分子は基板１の配向方向ｒ、基板１′の配
向方向ｒ−によって左回りにツイスト角ψ＝　２４０’
で捩れ配向しており、チルト角θは１．５度であり、セ
ル厚（基板間隔）ｄは６．６μｍである（第１図を参照
）。この時、基板１，１−界面では液晶分子の長軸はｒ
。

ｒ′に沿ってそれぞれ配向されており、基板１−との界
面では液晶分子は一３０度の角度に光学軸を持っている
。

液晶セル５には液晶組成物として、ＺＬＩ３９７０　（
Ｅ、メルク社製）に左回りのカイラル剤としてＳ−８１
１（Ｅ、メルク社製）をｄ／Ｃ）　ｔ（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０．０９６でおったので、ワタ
デージョンＲ＝△ｎ−ｄ・ＣＯ５２θは約０．６３μｍ
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
μｍの光学遅延板１０の延伸方向（光学軸）が、第１図
において、水平方向よりＡ　＝　８５ｉ、即ち、基板１
′のラビング方向から１１５度となるように配置した。

このときの光学遅延板１０のリタデーション値Ｒは０．
４６μｍであった。また液晶セルと光学遅延板の前後に
第１、第２の偏光板３，４を、第１図に示す様に、それ
ぞれ水平方向よりＰ１＝１４°、　ｐ２　＝２３°の偏
光板角で設置した。

この実施例において、液晶セル５に電圧を印７ＪＯ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３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
非点灯時には白、点灯時には黒の表示でいわゆるノーマ
リブラック・モードでおった。またこの液晶セルを１／
２００デユーテイでマルチプレクス駆動したときのコン
トラストは約７＝１と高く、また視野角も広かった。

〈・実施例２〉 実施例１において、光学遅延板１０の延伸方向が液晶セ
ルの一辺に対してＡ＝８４°即ち、基板１′のラビング
方向から１１４度となるように配置した。

また偏光板３，４の吸収軸の角度をそれぞれＰ１＝９３
°、Ｐ２　＝　１１５’とした。

この液晶表示素子はいわゆるノーマリブラック・モード
でおり、実施例１と同様に駆動した時、点灯時には白表
示、非点灯時には黒表示で無彩色表示ができ、またコン
トラストが約８：１と高く、また視野角も広い表示が得
られた。

（比較例１〉 実施例１において、光学遅延板のワタデージョンを０．
３２μｍにかえた。この比較例にあける液晶表示素子の
点灯時、非点灯時の透過率の波長依存性を第６図に示す
。同図から明らかにように、非点灯時の透過率の波長依
存性が大きく無彩色表示ができない。即ち、点灯時には
白色であるが、非点灯時には青色の表示となる。

（比較例２〉 実施例１において、光学遅延板のワタデージョンを０．
５２μｍにかえた。この比較例の液晶表示素子は、点灯
時には白色、非点灯時の透過率の波長依存性が大きく無
彩色表示ができない。即ち、点灯時には白色であるが、
非点灯時には灰色の表示となり、コントラス１〜は３：
１と非常に小さかった。

（比較例３〉 実施例１において、光学遅延板１０の光学軸を基板１−
のラビング方向から１４０度、つまりＡ＝１１０度にな
るように設置した。また、偏光板３，４をそれぞれＰ１
＝１４度、Ｐ２＝２３度の偏光板角で設置した。この液
晶表示素子は点灯ざまたところ、点灯時には白色で、非
点灯時には茶色の表示となり、無彩色表示ではなかった
。

（比較例４〉 実施例１において、光学遅延板１０の光学軸を基板１−
のラビング方向から９０度、つまりＡ＝６０度になるよ
うに設置した。また偏光板３，４をそれぞれＰｌ　＝１
４度、ｐ２　＝２３度の偏光板角で設置した。この液晶
表示素子は点灯させたところ、点灯時には青色で、非点
灯時には灰色の表示となり、無彩色表示ではなかった。

［発明の効果コ 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学軸
方向の関係を示す図、第２図は本発明の一実施例の液晶
表示素子の断面図、第３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４図は本発明の液晶表示
素子の作用を説明する示す図、第５図は種々のワタデー
ジョンの光学遅延板に対する透過率の波長依存性を示す
図、第６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、第７図および第８図は従来例の液晶表示素
子の作用をそれぞれ説明する図で必る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 それぞれ対向面に電極が形成され、対向設置された第１
   および第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および第２の偏光板
   とを有する液晶表示装置において、 前記第１の基板と第１の偏光板との間に光学遅延板を配
   置してなり、前記液晶セルのリタデーションをＲ０とし
   たとき、前記光学遅延板のリタデーションがＲ０×０．
   ５５乃至Ｒ０×０．８０の範囲にあり、かつ前記光学遅
   延板の光学軸が前記第１の基板と接する液晶分子の配向
   方向と１００度乃至１３０度の角度をなすことを特徴と
   する液晶表示素子。