JPH03276123A

JPH03276123A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH03276123A
Application number: JP2077393A
Authority: JP
Inventors: Haruo Iimura; 治雄飯村; Yasuyuki Takiguchi; 康之滝口; Akihiko Kanemoto; 金本　明彦
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-03-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1991-12-06
Anticipated expiration: 2014-04-12
Also published as: JP2881214B2

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〕本発明は液晶表示素子に関し、特に正の誘電異方性を有
する液晶が液晶層の厚み方向に９０°以上ねじれた構造
を有するように液晶セルが構成されたＳＴＮ型液晶表示
素子に関するものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来主
に用いられてきた液晶の表示モードは、ツイストネマテ
ィック（丁Ｎ）型と呼ばれ、一対の基板間で液晶分子が
約９０°ねじれた構造をとっており、液晶による偏光面
の回転と、電圧印加によるその効果の消失を利用してい
る。この表示モードは、時計や電卓等の低時分割耗動で
は十分なものであったが、表示容量を増大させるために
高時分割能動させると、コントラストが低下したり、視
角がせまくなるという欠点があった。これは、高時分割
能動になると、選択点と非選択点にかかる電圧の比が１
に近づくためで、高コントラスト、広視角の表示素子を
得るためには、素子の相対透過率が１０％変化する電圧
Ｖｌｌ＋に対する５０％変化する電圧ｖ５゜の比（Ｖ、
　ｏ／Ｖ工。）で表わされる急峻度γをできるだけ小さ
くすることが必要である。

ツイストネマティック型の場合、このγ値は１゜１３程
度である。このγ値を小さくするために、液晶分子のね
じれ角を大きくし、偏光軸を液晶配向方向とずらす方式
が提案されており、ＳＢＥモードやＳＴＮモードと呼ば
れている。このような方式によると、γ値を１．１以下
にすることができ、１／４００デユ一テイ程度の高時分
割駆動が可能になる。

しかし、このような方式では、複屈折による着色及びそ
の電圧による変化を利用するため、原理的に白黒表示を
行うことは困難であり、液晶セルの透過光または反射光
には着色を生じ、増色背景上への表示となってしまう。

ＳＴＮ型液晶表示素子の着色を解消する色補償板として
、複屈折性媒質を用いる方法が知られている（特開昭６
４−５１９号公報）。しかし、複屈折層を用いて色補償
したＳＴＮ型液晶表示素子は、その明るさ及び色が視角
方向に依存して変化してしまうという問題点がある。

本発明は、従来の液晶表示素子にみられる前記欠点を解
消し、容易に多色表示が得られる液晶表示素子を提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するために、本発明によれば、正の誘電異方性を有する
液晶組成物からなる液晶層が、電極を備えた一対の基板
間で、電圧無印加時に基板に対して略水平に配向し、液
晶層の厚み方向に１２０°以上、３６０°以下のねじれ
た構造を有するように構成された液晶セルと、該液晶層
を挾むようにして設けられた一対の偏光子との間の少な
くとも一方に、最大屈折率方向が基板に平行な面に対し
て傾斜した二つの複屈折層を、該傾斜方向が基板に平行
な面に対して対称となるように積層したものを設置した
ことを特徴とする液晶表示素子が提供される。

次に、図面を参照して、本発明の構成を詳述する。第１
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。この図において、セル］０はＳＴＮセルで、基板１
．１１は、それぞれ配向処理が施された配向膜３．１３
と透明電極４．１４を有し、離間、対向して配設され、
その間に液晶６が封入され。

シール剤５によって外気と遮断される。この液晶セルが
第１の偏光子２および第２の偏光子１２に挾まれ、基板
１と偏光子２との間に積層した二つの複屈折層７．８が
配設されて、液晶表示素子を構成している。

この液晶表示素子は、一方の偏光子の外側に反射板を配
設して反射型のものとして用いることもできる。また、
本発明の液晶表示素子の別の構成例として、基板自体が
複屈折層をかねることもできる。この場合、素子の層構
成は従来のＳＴＮ型液晶表示素子と同じであるが、基板
１．　ＩＩの内少なくとも一方が積層した二つの複屈折
層からなる点が異なる。本発明のさらに別の構成例とし
て、複屈折層を偏光板自体の構成要素として組み込むこ
ともできる。一般に用いられるヨウ素や色素の二色性を
利用する偏光子では、延伸フィルムにヨウ素や色素を吸
着させて偏光能をもたせ、さらにその保護のため他の二
枚のフィルムで該延伸フィルムとをサンドインチした構
成となっているが、複屈折層を液晶層側の該保護フィル
ムと該延伸フィルムとの間に配することができるし、ま
たその液晶層側の保護フィルムを複屈折層で構成するこ
ともできる。以上のように、本発明で用いる複屈折層は
、液晶層と偏光子との間であればどこに配置してもよい
。

本発明の液晶表示素子の構成例のように、基板と偏光子
との間に複屈折層を設ける場合、基板としては透光性を
有するガラス、プラスチックなどを用いる。プラスチッ
ク基板を用いたときは、基板の厚さを０．２ｍｍ以下の
薄厚にすることが容易であり、そのため表示素子をきわ
めて薄く、かつ軽量に構成することができる。また、基
板が薄いため１表示が二重像とならず広視角の表示素子
を得ることができる。

本発明の液晶表示素子の各基板における配向処理は、液
晶分子が電圧無印加時に略水平配向するように行われ、
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そＯｏから３０’の
範囲にあることを言う。この配向制御は、基板に対して
、従来公知の斜方蒸着や、無機または有機被膜を形成し
た後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。本発明に使用する配向膜３．１３としては、ポリ
アミド、ポリイミドなどの高分子被膜等にラビング処理
したものや、ＳｉＯ３ＭｇＯ１ＭｇＦ２などを用いて斜
め蒸着したものが用いられる。

通常の複屈折フィルムは、第２図のように、基板に平行
な面内に最大屈折率方向ａがあり、方向ａ（屈折率ｎａ
）、同面内でａに直交する方向ｂ（屈折率ｎｂ）、基板
な垂直な方向Ｃ（屈折率ｎ。）の三方向の屈折率によっ
て特徴づけられる。

一方、本発明の複屈折層７．８は、第３図のように、最
大屈折率方向が基板に平行な面に対して傾斜している。

さらに、二つの複屈折層７，８を、該傾斜方向が基板に
平行な面に対して対称となるように積層する。複屈折層
７の最大屈折率方向ａ７の屈折率をｎａ７、ａ７方向に
垂直な平面内で基板に平行な方向ｂ７の屈折率をｎｂ７
．８７方向およびｂ７方向に垂直な方向Ｃ７の屈折率を
ｎ。７とする。ａ７方向が基板に平行な面に対して成す
角度をα７とする。また、複屈折層８の最大屈折率方向
ａ３の屈折率を０８．、ａ、方向に垂直な平面内で基板
に平行な方向す、の屈折率をｎｌ）＠、　＆Ｂ力方向よ
びす、方向に垂直な方向Ｃ６の屈折率をｎｃｓとする。

ａ、方向が基板に平行な面に対して成す角度をα１とす
る。複屈折層７と８の傾斜方向は、基板に平行な面に対
して対称なので、α７とα８は等しい。この様な複屈折
層を実現するものとして、液晶分子を傾斜配向させた液
晶セルを二つ重ねたもの、同様に高分子液晶を傾斜配向
させて二つ重ねたもの、高分子フィルムを熱的、機械的
に変形させて積層したもの、さらに雲母や水晶などの結
晶を光軸に対して傾いた面で切り出し積層したものなど
を例示することができる。

第４図は、本発明に関わる角度の定義を示したものであ
る。Ｄｌ、Ｄ２は、第１の基板１、第２の基板１１上の
液晶分子を下側基板１１上に射影した方向で、矢印は液
晶分子を射影するときに基板１１に対してわずかに上を
向いた方の向きを示している。液晶層は、ＤｌとＤ２と
の間で液晶分子がω１だけねじれた構造をとっている。

なお、セル１０の液晶は、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が好ま
しく用いられる。この場合、ω、が小さいと、急峻度が
悪化し時分割特性が低下してしまう。また、ω、が大き
すぎると電圧印加時に散乱組織を生じ１表示品質が低下
するため好ましくない。このことより、ω、は１２０°
以上、３６０″以下である必要がある。第２図では、セ
ルを基板１側からみたときに、基板１１から基板１へ向
けてツイスト方向が時計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またはカイラル
ネマティック液晶の選択により反時計回りとすることも
できる。

ａ７及びａ８方向は基板に垂直な同一平面上にあるので
、両方向を基板に平行な面に射影すると同一方向になる
。この方向が第４図のＸ方向で、隣接する基板１上にお
ける液晶分子配向方向Ｄ１に対してδの角度を有してい
る。また、複屈折Ｆｆ！Ｊ８に隣接する偏光子２の透過
軸Ｐ、は、Ｘ方向に対してβ、の角度を成して配設され
る。さらに、偏光子１２の透過軸Ｐ２は、基板１１上で
の液晶分子配向方向Ｄ２とβ２の角度を成す。なお、角
度は液晶のねじれの向きを正とする。

複屈折層を偏光子で挾んだときに生じる色は、複屈折層
のりタープ−ジョン及び偏光板の方向によって決まる。

また、色の視角方向による変化は、複屈折層のりタープ
−ジョンの視角依存性によって左右される。複屈折層の
りタープ−ジョンの視角依存性が小さければ、色の視角
依存性も小さくなる。したがって、ＳＴＮ型液晶表示素
子の色補償に用いる複屈折層も、そのリターデーション
の視角依存性が小さい方が、液晶表示素子の色の視角依
存性が小さくなる。

第５図に、通常の複屈折フィルム及び本発明を構成して
いる複屈折層のりタープ−ジョンの視角依存性の例を示
す。リターデーションは、複屈折層の垂直方向から見た
ときのりタープ−ジョンで正規化している。また、視角
方向θは、複屈折層に垂直で最大屈折率方向を含む平面
内で、複屈折層に垂直な方向からの角度を示す。通常の
複屈折フィルムの屈折率は、ｎａ＝１．６、ｎｂ：１．
５、ｎ（、＝１．４５、本発明の複屈折層の屈折率及び
傾斜角度は、ｎｃ７”ｎａ＠”１．６．　ｎｂｔ”ｎｌ
）ｓ”ｌ−５、ｎｃ、＝ｎｃ、＝１．４５、α７：α。

＝２５′である。

第５図のように、本発明を構成している複屈折層は、通
常の複屈折フィルムよりもリターデーションの視角依存
性が小さい。このため１本発明の液晶表示素子は、通常
の複屈折フィルムを用いて構成した液晶表示素子よりも
色の視角依存性が小さくなり、視角特性が向上する。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を述べるが、本発明はこれらに限
定されるものではない。

（実施例１）透明電極を有し、上下ガラス基板間での液晶のねじれ角
ω□が２００″′であり、液晶層のりタープ−ジョン（
液晶分子の複屈折と液晶層の厚みの積）が０．９２．で
あるＳＴＮセルを作製した。液晶は、正の誘電異方性を
有するネマティック液晶ＺＬＩ２２９３（メルク社製）
にカイラルネマティック液晶５８１１（メルク社製）を
添加したものを用いた。配向処理は、ポリイミド膜のラ
ビング処理により行った。

また、複屈折層として、上下ガラス基板間で液晶がホモ
ジニアス配向している二つのセルを作製した。ＳｉＯの
斜め蒸着により配向処理を行い、液晶分子の長軸方向（
ａｔまたはａ８方向）が基板に平行な面に対して約３０
°になるようにした。この二つのホモジニアスセルを第
３図のように積層し、上側基板と上側偏光板の間にＸ方
向がＳＴＮセルの上側基板上の液晶分子配向方向と直交
する（δ：９０°）ように設置した。ホモジニアスセル
の基板に垂直な方向における液晶層のりタープ−ジョン
は共に０゜４１７μｌ、使用した液晶はＺＬＩ２２９３
である。

一方、ＳＴＮセルの下部には、ニュートラルグレー偏光
板をその透過軸が下側基板上の液晶分子配向方向に対し
て４５６の角度を成す（β２：４５°）ように配置した
。さらに、この偏光板の下には、冷陰極管を用いたバッ
クライトを設置した。また、ホモジニアスセルの上部に
は、ニュートラルグレー偏光板をその透過軸がホモジニ
アスセルのＸ方向に対して一４５°の角度を成す（β２
＝−４５°）ように配置した。

前記のように構成された液晶表示素子は、電圧無印加時
には黒色で、電圧印加によって白色となり、視角方向に
よる色変化が小さく、優れた視角特性を有していること
が確認された。

（実施例２）複屈折層として、ガラス板上に高分子液晶層を形成した
。ガラス面の配向処理は、　ＳｉＯの斜め蒸着によって
行い、分子長軸方向（ａ、またはａ８方向）が基板に平
行な面に対して約３０”になるようにした。この二つの
高分子液晶層を、第３図のように積層した。該ガラス板
に垂直な方向における高分子液晶層のりタープ−ジョン
は、両液晶層共に０゜４１７、で、高分子液晶は直鎖形
の物を用いた。

該高分子液晶層を、実施例１に使用したＳＴＮセルの上
側基板と上側偏光板の間に、δ＝９ｏ°となるように設
置し、上下偏光板をβ１＝４５°、β２＝４５°となる
ように配置した。さらに、下側偏光板の下には、冷陰極
管を用いたバックライトを設置した。

前記のように構成された液晶表示素子は、電圧無印加時
には白色で、電圧印加によって黒色となり、実施例１と
同様に、視角方向による色変化が小さく、優れた視角特
性を有していることが確認された。

（実施例３）透明電極を有し、上下ガラス基板間での液晶のねじれ角
ω□が２４０°であり、液晶層のりタープ−ジョンが１
．ＯＲであるＳＴＮセルを作製した。液晶は、ネマティ
ック液晶ＺＬＩ２２９３にカイラルネマティック液晶５
８１１を添加したものを用いた。配向処理は、ポリイミ
ド膜のラビング処理により行った。

また、キャスティングされたポリマーフィルムの片面を
熱ロールで延伸し、フィルム中の高分子を斜めに配向さ
せ、第３図のように積層して、本発明の複屈折層を作製
した。該複屈折層の傾斜角度は約２５°、該ポリマーフ
ィルムに垂直な方向における該複屈折層のりタープ−ジ
ョンは両複屈折層共に０．４７Ｉａとなるように、延伸
条件及びフィルムの厚みを調整した。この２枚のポリマ
ーフィルムを、ＳＴＮセルの上にδ；９０３となるよう
に設置した。

一方、ＳＴＮセルの下部には、反射板付ニュートラルグ
レー偏光板をβ２＝４５°となるように配置した。また
、ポリマーフィルムの上部には、ニュートラルグレー偏
光板をβ２＝４５°となるように配置した。

前記のように構成された液晶表示素子も、実施例１と同
様に白黒表示となり、視角方向による色変化が小さく、
優れた視角特性を有していることが確認された。

〔発明の効果〕

本発明によれば、上記構成としたので、複屈折層を用い
て色補償をしたＳＴＮ型液晶表示素子の視角特性を改良
することでき、表示品質の優れた白黒表示液晶表示素子
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の液晶表示素子の構成例の断面図であ
る。第２図は、通常の複屈折フィルムの屈折率の方向を
示す図である。第３図は、本発明の液晶表示素子を構成
する複屈折層の説明図である。第４図は、本発明の液晶
表示素子の液晶分子配向方向、偏光板の方向等の角度関
係の説明図である。第５図は、通常の複屈折フィルム及
び本発明を構成している複屈折層のりタープ−ジョンの
視角依存性の例を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）正の誘電異方性を有する液晶組成物からなる液晶
層が、電極を備えた一対の基板間で、電圧無印加時に基
板に対して略水平に配向し、液晶層の厚み方向に１２０
°以上、３６０°以下のねじれた構造を有するように構
成された液晶セルと、該液晶層を挾むようにして設けら
れた一対の偏光子との間の少なくとも一方に、最大屈折
率方向が基板に平行な面に対して傾斜した二つの複屈折
層を、該傾斜方向が基板に平行な面に対して対称となる
ように積層したものを設置したことを特徴とする液晶表
示素子。