JPH06324335A - Liquid crystal display element - Google Patents
Liquid crystal display elementInfo
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- JPH06324335A JPH06324335A JP5109524A JP10952493A JPH06324335A JP H06324335 A JPH06324335 A JP H06324335A JP 5109524 A JP5109524 A JP 5109524A JP 10952493 A JP10952493 A JP 10952493A JP H06324335 A JPH06324335 A JP H06324335A
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- liquid crystal
- crystal molecules
- crystal layer
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- crystal display
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に係り、
特に画像の表示コントラストや表示色等の視角特性を改
善した液晶表示素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device,
In particular, the present invention relates to a liquid crystal display device having improved viewing angle characteristics such as display contrast and display color of an image.
【０００２】[0002]
【従来の技術】液晶表示素子は、薄型軽量・低消費電力
という大きな特長を有するため、腕時計や電卓、日本語
ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ等の多種多
様な製品に広く用いられている。これら液晶表示素子の
ほとんどは、捩れネマティック（Twisted Nematic ；以
下、ＴＮと略称）型液晶、あるいはこれよりもさらに液
晶分子配列の捩れ角度を大きく設定されたＳＴＮ（Supe
r Twisted Nematic ；以下、ＳＴＮと略称）型液晶が用
いられている。例えばパーソナルコンピュータに用いら
れるディスプレイとしては、画面が大きく表示容量が多
いものが一般的になってきており、表示面の大きさはＡ
4 サイズ以上、その画素数は横 640、縦 480画素以上
の、いわゆるＶＧＡディスプレイ仕様が主流になってき
た。2. Description of the Related Art Liquid crystal display elements are widely used in a wide variety of products such as wrist watches, calculators, Japanese word processors, and personal computers because they have the great features of thinness, light weight, and low power consumption. Most of these liquid crystal display devices are Twisted Nematic (hereinafter abbreviated as TN) type liquid crystal, or STN (Supe
r Twisted Nematic (hereinafter abbreviated as STN) type liquid crystal is used. For example, as a display used in a personal computer, a display having a large screen and a large display capacity is generally used, and the size of the display surface is A.
The so-called VGA display specifications with 4 or more sizes and 640 pixels in the horizontal and 480 pixels in the vertical have become the mainstream.
【０００３】現在主流の液晶表示素子は、アクティブマ
トリックス方式と単純マトリックス方式の 2タイプに大
別することができるが、両方式ともに上記のようなＶＧ
Ａディスプレイ仕様をほぼ満足する性能を実現すること
が可能である。単純マトリックス方式は安価にできるこ
とが最大の特長の一つであり、それは帯状の透明電極が
配列された 2枚の基板を、その透明電極どうしがマトリ
ックス状に交差するように間隙を有して対向配置し、そ
の間隙に液晶層を封入・挟持しただけのシンプルな構造
であることによる。このようなシンプルな構造の単純マ
トリックス方式でＶＧＡディスプレイ仕様を実現するた
めには、液晶層の透過率−印加電圧（Ｔ−Ｖ）特性に急
峻性が要求される。ここで急峻性とは、液晶層に印加す
る電圧の値を変化したときにその液晶層の透過光の変化
する度合いを示す。Ｔ−Ｖ特性は液晶層の配列の総捩れ
角（以下、ツイスト角と呼ぶ）を大きくすることによっ
て急峻にすることができる。Liquid crystal display devices currently in the mainstream can be roughly classified into two types, an active matrix type and a simple matrix type. Both types of VG are as described above.
It is possible to realize the performance that almost satisfies the A display specifications. One of the main features of the simple matrix method is that it can be made inexpensive, and it is the two substrates with strip-shaped transparent electrodes arranged facing each other with a gap so that the transparent electrodes intersect in a matrix. This is due to the simple structure in which the liquid crystal layer is placed and sandwiched between the two. In order to realize the VGA display specifications by the simple matrix method having such a simple structure, the transmittance-applied voltage (TV) characteristic of the liquid crystal layer is required to have steepness. Here, the steepness refers to the degree of change in the transmitted light of the liquid crystal layer when the value of the voltage applied to the liquid crystal layer is changed. The TV characteristic can be made steep by increasing the total twist angle of the alignment of the liquid crystal layer (hereinafter referred to as the twist angle).
【０００４】しかしながら、実用的には単純マトリック
ス方式の液晶表示素子のツイスト角は 180度以上が必要
でありＳＴＮ型液晶が用いられることが多く、ツイスト
角がこのように大きくなると旋光分散によって表示画像
が本来表現したい画像の色とは異なる不都合な色に着色
するという問題がある。However, practically, the twist angle of a simple matrix type liquid crystal display element is required to be 180 degrees or more, and STN type liquid crystal is often used. When the twist angle becomes large like this, the display image is caused by optical rotation dispersion. However, there is a problem that it is colored in an inconvenient color different from the color of the image to be originally expressed.
【０００５】一方、アクティブマトリックス方式では、
各画素ごとに薄膜トランジスタ（Thin Film Transisto
r；以下、ＴＦＴと略称）などのスイッチング素子を配
置しているため、各画素の液晶層に印加する液晶印加電
圧を走査線の本数に関係なく任意の電圧比に設定するこ
とができる。それゆえ応答速度が速くテレビなどの動画
やＣＡＤなどで用いるマウスの動きにも十分な応答速度
を得ることができる。液晶層への電圧印加の制御はＴＦ
Ｔなどのスイッチング素子で行なうので、単純マトリッ
クス方式のようには透過率−印加電圧特性の急峻性を高
くする必要はなく、またツイスト角を大きくする必要も
ない。したがってツイスト角が90度程度のＴＮ型液晶が
用いられることが多い。On the other hand, in the active matrix system,
Thin film transistor for each pixel
Since a switching element such as r; hereinafter abbreviated as TFT) is arranged, the liquid crystal application voltage applied to the liquid crystal layer of each pixel can be set to an arbitrary voltage ratio regardless of the number of scanning lines. Therefore, the response speed is fast, and a sufficient response speed can be obtained even for a moving image of a television or a mouse used for CAD or the like. Control of voltage application to the liquid crystal layer is TF
Since a switching element such as T is used, it is not necessary to increase the steepness of the transmittance-applied voltage characteristic as in the simple matrix method, and it is not necessary to increase the twist angle. Therefore, a TN type liquid crystal having a twist angle of about 90 degrees is often used.
【０００６】このようにツイスト角が90度のＴＮ型液晶
の電気光学特性の急峻性はツイスト角がさらに大きいＳ
ＴＮ型液晶よりは劣るが、捩れ角が小さいので旋光分散
が小さくなり、電圧を印加しないとき明るい表示が得ら
れる偏光板配置（ノーマリーオープン）にした場合に
は、前記のような不都合な着色のほとんど目立たない画
像表示を得ることができる。従ってアクティブマトリッ
クス方式とＴＮセルとを組み合わせることにより、高速
で大表示容量の液晶表示素子を実現することができるの
である。これに更にカラーフィルタを組み合わせること
により、フルカラーの画像表示を行なうこともできる。As described above, the steepness of the electro-optical characteristics of the TN type liquid crystal having a twist angle of 90 degrees is S with a larger twist angle.
Although inferior to the TN type liquid crystal, the twist angle is small, so the optical rotatory dispersion is small, and in the case of a polarizing plate arrangement (normally open) where a bright display can be obtained when no voltage is applied, the above-mentioned inconvenient coloring It is possible to obtain an image display that is almost inconspicuous. Therefore, by combining the active matrix system and the TN cell, it is possible to realize a liquid crystal display device having a large display capacity at a high speed. A full color image can be displayed by further combining this with a color filter.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来技術による液晶表示素子においては、画面を観る
方位や角度によって表示の明暗が反転して見える、ある
いは表示画像が暗くなり見辛くなくなるという問題があ
る。あるいは表示画像が本来の画像の色とは別に不都合
に着色するという問題がある。However, in the liquid crystal display elements according to these conventional techniques, there is a problem that the brightness and darkness of the display appear to be reversed depending on the direction and angle of viewing the screen, or the display image becomes dark and difficult to see. is there. Alternatively, there is a problem that the displayed image is colored inconveniently in addition to the original color of the image.
【０００８】この問題点を改善する方法として、従来
は、一画素内に液晶分子の起き上がる方向がほぼ 180度
異なる 2つの配向領域を設けた液晶表示素子を用いて視
角依存性を改善する方法（Two Domain Twisted Nemati
c；以下、ＴＤＴＮと略称。この技術は例えば特開昭64-
88520に開示されている）や、スプレイ配列を用いてＴ
ＤＴＮと同様の効果を得るというDomain Divided Twist
ed Nematic（以下、ＤＤＴＮと略称。これは例えば Y.K
oike,et.al.,1992,SID,p798 において公開されている）
方式などが提案されている。一般に液晶表示素子の電気
光学特性は、液晶分子の起き上がる方向に対して斜めか
ら観測した透過率は正面からのそれよりも小さくなる。
また起き上がる方向とは正反対の方向からの場合には、
斜めから観測した透過率は正面からのそれよりも大きく
なる。そこで前記のＤＤＴＮ方式の技術では、一画素内
を配向方向の異なる 2つの領域に分割して、その領域ご
とに斜めから観測される前記の相反する電気光学特性
を、両者の配向特性により得られる視角特性を合成して
足し合わせることにより互いに補完させて、正面方向で
観測される電気光学特性に近付けようとするものであ
る。As a method of improving this problem, conventionally, a method of improving the viewing angle dependency by using a liquid crystal display element having two alignment regions in which the rising directions of liquid crystal molecules are different by about 180 degrees in one pixel ( Two Domain Twisted Nemati
c; hereinafter abbreviated as TDTN. This technique is disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 64-
88520) or a splay sequence
Domain Divided Twist that achieves the same effect as DTN
ed Nematic (hereinafter abbreviated as DDTN. This is YK, for example)
oike, et.al., 1992, SID, p798)
Methods have been proposed. In general, in the electro-optical characteristics of a liquid crystal display element, the transmittance observed obliquely with respect to the rising direction of liquid crystal molecules is smaller than that from the front.
Also, if you are from the opposite direction to the rising direction,
The transmittance observed at an angle is larger than that from the front. Therefore, in the above-mentioned DDTN method, one pixel is divided into two regions having different alignment directions, and the above-mentioned contradictory electro-optical characteristics observed obliquely in each region can be obtained by both alignment characteristics. The visual angle characteristics are combined and added together so as to complement each other so as to approach the electro-optical characteristics observed in the front direction.
【０００９】しかしながら、このようなＤＤＴＮ方式の
液晶表示素子を製作する場合、一画素ずつを 2つの異な
る配向方向の領域に分割して形成しなければならず、製
造工程が極めて煩雑なものとなるという問題がある。そ
の結果、製造歩留まりを著しく低下させることになる。However, in the case of manufacturing such a liquid crystal display device of the DDTN system, it is necessary to divide each pixel into regions having two different alignment directions, which makes the manufacturing process extremely complicated. There is a problem. As a result, the manufacturing yield will be significantly reduced.
【００１０】上記のＤＤＴＮに類似した技術として、液
晶分子の基板表面から起き上がる方位を不統一にした多
数の配向領域を一画素内に設けるマルチドメインという
技術が報告されている（'93 Society for Information
Display, Advance program,p.67）。このマルチドメイ
ン方式によれば、電圧印加時に液晶分子の起きあがる方
位がほぼランダム（不統一）になる。その結果、Ｔ−Ｖ
特性はどの方位でもほぼ同一となり、広く均一な視角特
性を実現することができる。As a technique similar to the above-mentioned DDTN, a technique called multi-domain has been reported in which a large number of alignment regions in which the orientations of liquid crystal molecules rising from the substrate surface are made ununiform are provided in one pixel ('93 Society for Information.
Display, Advance program, p.67). According to this multi-domain method, the azimuths in which the liquid crystal molecules are raised when a voltage is applied are almost random (unified). As a result, TV
The characteristics are almost the same in all directions, and wide and uniform viewing angle characteristics can be realized.
【００１１】しかしながら、上記のように液晶分子の起
き上がる方向を不統一にした多数の配向領域を一画素内
に設ける場合、表示画像に色付きが生じる。このため、
カラーフィルタと組み合わせてフルカラー表示を行なう
場合などに、画像に本来表現したい色とは別の不都合な
着色が生じてしまい、表示品質が著しく低下するという
問題がある。However, when a large number of alignment regions in which the rising directions of the liquid crystal molecules are made ununiform as described above are provided in one pixel, the display image is colored. For this reason,
When full-color display is performed in combination with a color filter, inconvenient coloring other than the color originally desired to be expressed occurs in the image, resulting in a problem that the display quality is significantly deteriorated.
【００１２】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたもので、その目的は、画像に本来表現したい
色とは別の不都合な着色が生じることなく、広く均一な
視角特性を実現することのできる液晶表示素子を提供す
ることにある。The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a wide and uniform viewing angle characteristic without causing an inconvenient coloring different from the color originally desired to be expressed in an image. It is to provide a liquid crystal display device that can be realized.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の液晶表示素子は、画像表示用電極を有し、
液晶分子の長軸方向を同一方向に揃える配向処理を基板
表面に施されることを避けて形成された水平配向膜を有
し、互いが間隙を有して対向配置された 2枚の基板と、
液晶分子の長軸方向が電圧無印加時に前記基板表面に対
して略水平姿勢に保持されるとともに前記略水平姿勢を
保持しつつ前記基板表面で略不統一な方位を向き、前記
基板表面に対して垂直方向には前記 2枚の基板どうしの
間隙で前記液晶分子ごとに略不統一な捩れ角に該液晶分
子が捩れ配列されるように、前記 2枚の基板どうしの間
隙に挟持された液晶層とを具備することを特徴としてい
る。In order to solve the above problems, the liquid crystal display device of the present invention has an image display electrode,
It has a horizontal alignment film that is formed so that the substrate surface is not subjected to an alignment treatment that aligns the major axis directions of the liquid crystal molecules in the same direction, and two substrates are placed facing each other with a gap between them. ,
The long-axis direction of the liquid crystal molecules is held in a substantially horizontal posture with respect to the substrate surface when no voltage is applied, and while maintaining the substantially horizontal posture, the liquid crystal molecules are oriented in a substantially non-uniform azimuth direction with respect to the substrate surface. In the vertical direction, the liquid crystal sandwiched between the two substrates is arranged so that the liquid crystal molecules are twisted and aligned at a substantially ununiform twist angle for each liquid crystal molecule in the gap between the two substrates. And a layer.
【００１４】あるいは、画像表示用電極を有し、液晶分
子の長軸方向を同一方向に揃える配向処理を基板表面に
施されることを避けて形成された水平配向膜を有し、互
いが間隙を有して対向配置された 2枚の基板と、カイラ
ル剤無添加の液晶層であって、液晶分子の長軸方向が電
圧無印加時に前記基板表面に対して略水平姿勢に保持さ
れるとともに前記略水平姿勢を保持しつつ前記基板表面
で略不統一な方位を向き、前記基板表面に対して垂直方
向には前記液晶分子自体の捩れ能力によって該液晶分子
ごとに前記 2枚の基板どうしの間隙で捩れ配列するよう
に、前記 2枚の基板どうしの間隙に挟持された液晶層と
を具備し、かつ前記液晶層のリタデーション値を 200ｎ
ｍ乃至 650ｎｍの範囲に調節してなることを特徴として
いる。あるいは、上記の液晶表示素子において、少なく
とも 2色以上の色セルが配列されて、前記画像表示用電
極によって形成される各画素の光路上にそれぞれ前記色
セルが配置されるように形成されたカラーフィルタを具
備し、かつ該カラーフィルタの各色ごとに前記色セルの
透過光のピーク波長λと、該色セルに対応する画素領域
の液晶層の層厚ｄと、該液晶層の屈折率異方性Δｎと
を、0.66≦Δｎ・ｄ／λ≦0.68の範囲に調節してなるこ
とを特徴としている。Alternatively, it has an image display electrode and horizontal alignment films formed so as not to be subjected to an alignment treatment for aligning the major axis directions of the liquid crystal molecules in the same direction, and the horizontal alignment film is provided, and the horizontal alignment film is provided with a gap between them. And two liquid crystal layers which are arranged opposite to each other and a liquid crystal layer without addition of a chiral agent, in which the long axis direction of liquid crystal molecules is maintained in a substantially horizontal posture with respect to the substrate surface when no voltage is applied. While maintaining the substantially horizontal posture, the substrate surfaces are oriented in a substantially non-uniform orientation, and in the vertical direction with respect to the substrate surfaces, the twisting ability of the liquid crystal molecules themselves causes the two substrates to be separated by the liquid crystal molecules. A liquid crystal layer sandwiched between the two substrates so as to be twisted and aligned in the gap, and the retardation value of the liquid crystal layer is 200 n.
The feature is that it is adjusted in the range of m to 650 nm. Alternatively, in the above liquid crystal display element, color cells formed by arranging at least two or more color cells and arranging the color cells on the optical path of each pixel formed by the image display electrode. A color filter having a filter, and for each color of the color filter, a peak wavelength λ of transmitted light of the color cell, a layer thickness d of a liquid crystal layer in a pixel region corresponding to the color cell, and an anisotropic refractive index of the liquid crystal layer. The characteristic Δn is adjusted within the range of 0.66 ≦ Δn · d / λ ≦ 0.68.
【００１５】あるいは、上記の液晶表示素子において、
表示デバイスとして前記液晶表示素子が用いられる際の
観測方向とほぼ同じ方向に光学的吸収軸または光学的透
過軸を合致させるように偏光板を配置してなることを特
徴としている。Alternatively, in the above liquid crystal display device,
It is characterized in that a polarizing plate is arranged so that the optical absorption axis or the optical transmission axis is aligned with a direction substantially the same as the observation direction when the liquid crystal display element is used as a display device.
【００１６】なお、本発明は、前記の画像表示用電極と
して帯状の透明電極がそれぞれの基板に配列された、い
わゆる単純マトリックス型の液晶表示素子においても、
あるいは前記の画像表示用電極として一方の基板には対
向（共通）電極が形成され他方の基板には各画素ごとに
画素電極が配列された、いわゆるアクティブマトリック
ス型液晶表示素子においても適用することがてきること
は言うまでもない。The present invention also applies to a so-called simple matrix type liquid crystal display element in which strip-shaped transparent electrodes are arranged on the respective substrates as the image display electrodes.
Alternatively, it may be applied to a so-called active matrix type liquid crystal display element in which a counter (common) electrode is formed on one substrate as the image display electrode and a pixel electrode is arranged for each pixel on the other substrate. Not to mention coming.
【００１７】また、前記の 2枚の基板の基板表面には、
例えば材料としてポリイミドを用いた水平配向膜を形成
し、これをラビング配向等の配向処理を施すことなく用
いるようにしてもよく、あるいはその他の配向膜材料を
用いて、前記と同様に配向処理を施すことなく用いるよ
うにしてもよい。いずれにせよ、液晶分子の長軸方向を
略水平姿勢に保持することができるように基板表面を形
成して液晶分子の長軸方向を略水平姿勢に保持しつつそ
の液晶分子の長軸が基板表面で向く方位を画素内の各位
置ごとに不統一になるとともに、液晶分子自体の持つ捩
れ能力に従ってそれぞれの液晶分子ごとが捩れ配列する
ようにすればよい。これは例えば、配向膜に配向処理を
施すことを避けるとともにカイラル剤無添加の液晶層を
用いるなどすることにより実現できる。Further, on the substrate surfaces of the above two substrates,
For example, it is possible to form a horizontal alignment film using polyimide as a material and use it without performing alignment treatment such as rubbing alignment, or use another alignment film material and perform the alignment treatment in the same manner as described above. It may be used without applying. In any case, the substrate surface is formed so that the long axis direction of the liquid crystal molecules can be held in a substantially horizontal posture, and the long axis direction of the liquid crystal molecules is held in the substantially horizontal posture while the long axis direction of the liquid crystal molecules is kept in the substantially horizontal posture. The orientation on the surface is not uniform for each position in the pixel, and each liquid crystal molecule may be twisted and aligned according to the twisting ability of the liquid crystal molecule itself. This can be realized by, for example, avoiding the alignment treatment of the alignment film and using a liquid crystal layer containing no chiral agent.
【００１８】[0018]
【作用】電圧無印加時に液晶分子が基板表面に対してほ
ぼ水平姿勢を保ちつつその液晶分子の長軸の方位が揃わ
ないように基板表面を形成することで、電圧印加時に液
晶分子の起きあがる方位がランダム（不統一）になる。
その結果Ｔ−Ｖ特性はどの方位でもほぼ同一となり、広
く均一な視角特性を実現することができる。[Operation] The direction in which the liquid crystal molecules rise when a voltage is applied by forming the substrate surface so that the liquid crystal molecules maintain a substantially horizontal position with respect to the substrate surface when no voltage is applied, and the long axis directions of the liquid crystal molecules are not aligned. Becomes random (unified).
As a result, the TV characteristics are almost the same in all directions, and wide and uniform viewing angle characteristics can be realized.
【００１９】そしてこの場合には、液晶層へのカイラル
剤の添加を省略して液晶分子自体の捩れ能力によって捩
れ配列を行なわせることにより、表示画像の色付きを軽
減して表示品質を向上させることができ、しかも液晶層
のしきい値電圧が低下するため、低い印加電圧でも高コ
ントラストの表示を得ることができることが種々の実験
による検討の結果、判った。In this case, the addition of the chiral agent to the liquid crystal layer is omitted and the twisted alignment is performed by the twisting ability of the liquid crystal molecules themselves, thereby reducing the coloring of the display image and improving the display quality. As a result of various experiments, it was found that a high contrast display can be obtained even with a low applied voltage because the threshold voltage of the liquid crystal layer is lowered.
【００２０】従来の配向膜にラビング配向処理等を施し
て配向方位を一定方位に揃えたシングルドメイン方式の
場合には、ディスクリネーションの発生などを避けるた
めにカイラル剤が必要であったが、上記のように液晶分
子の長軸の方位が揃わないように基板表面を形成するマ
ルチドメイン方式の液晶表示素子の場合には、むしろ積
極的に液晶分子の長軸の方位を不統一のような状態にし
ているので、ディスクリネーションに関しては考慮する
必要はなくなるため、この問題に関してはカイラル剤の
添加等によるツイスト角の制御の必要性がなくなる。そ
して積極的に液晶分子のツイスト角をその液晶分子自体
の捩れ能力に基づいて液晶分子ごとに捩れ配列させて、
液晶層内での液晶分子のツイスト角の統一性をむしろ積
極的に失わせることで、液晶層を透過する光はさまざま
な位相を持つものとなり、それらの透過光の集合した表
示画像は色の偏りの少ない、すなわち白黒表示に近い色
になる。In the case of the single domain method in which the conventional orientation film is subjected to the rubbing orientation treatment and the like to align the orientation direction to a constant orientation, the chiral agent is necessary in order to avoid the occurrence of disclination. As described above, in the case of a multi-domain liquid crystal display device in which the substrate surface is formed so that the major axis directions of the liquid crystal molecules are not aligned, it is rather positive that the major axis directions of the liquid crystal molecules are not unified. Since it is in a state, it is not necessary to consider the disclination, and therefore, it is not necessary to control the twist angle by adding a chiral agent or the like for this problem. Then, the twist angles of the liquid crystal molecules are positively twisted and aligned for each liquid crystal molecule based on the twisting ability of the liquid crystal molecule itself,
By making the twist angle uniformity of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer rather aggressive, the light transmitted through the liquid crystal layer has various phases, and the display image that is a collection of these transmitted light shows different colors. The color is less biased, that is, the color is close to black and white.
【００２１】しかも、カイラル剤の添加を省略すること
により、液晶層の液晶分子の電圧応答特性がさらに向上
するので、液晶層のしきい値電圧が低下して、低い印加
電圧でも高コントラストの表示を得ることができる。Moreover, by omitting the addition of the chiral agent, the voltage response characteristics of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer are further improved, so that the threshold voltage of the liquid crystal layer is lowered and a high contrast display is obtained even at a low applied voltage. Can be obtained.
【００２２】そしてさらには、カラーフィルタなどを用
いてフルカラー表示に好適な白黒表示を行なう液晶セル
を得るために好適なリタデーション値と透過率との関係
を検討した結果、リタデーション値を 200ｎｍから 650
ｎｍの範囲に設定することで、表示画像の不都合な着色
を解消して、表示品質が極めて良好で視角特性の高い画
像表示が実現できることが判明した。Further, as a result of studying the relationship between the retardation value and the transmittance, which is suitable for obtaining a liquid crystal cell for displaying in black and white, which is suitable for full-color display by using a color filter or the like, the retardation value is from 200 nm to 650.
It has been found that by setting the thickness in the range of nm, it is possible to eliminate the inconvenient coloring of the display image and realize an image display with extremely good display quality and high viewing angle characteristics.
【００２３】また、均一で良好な視野角をさらに広いも
のにするためには、液晶表示素子の画面を観るときの観
測方向（通常は画面に対して真正面の方向）に偏光板の
吸収軸またはこれに直交する透過軸を合致させるように
偏光板を配置することが望ましい。これは偏光板にも視
角依存性が存在しているからである。In order to further widen the uniform and good viewing angle, the absorption axis of the polarizing plate or the absorption axis of the polarizing plate in the observation direction (usually right in front of the screen) when viewing the screen of the liquid crystal display device. It is desirable to arrange the polarizing plate so that the transmission axes orthogonal to this can be matched. This is because the polarizing plate also has a viewing angle dependency.
【００２４】また、本発明によれば配向膜へのラビング
配向処理等の煩雑な処理を省略することができ、かつカ
イラル剤の添加も省略することができるため、製造歩留
まりの向上や製造工程の簡易化をも図ることができると
いう利点もある。Further, according to the present invention, complicated processing such as rubbing alignment processing for the alignment film can be omitted, and addition of a chiral agent can be omitted, so that the manufacturing yield is improved and the manufacturing process is improved. There is also an advantage that it can be simplified.
【００２５】[0025]
【実施例】以下、本発明に係る液晶表示素子の実施例を
図面に基づいて詳細に説明する。 （実施例１）図１は
本発明に係る液晶表示素子の主要部の構成を模式的に示
す図である。走査線１と信号線３とがほぼ直交するよう
に配置され、その交差部ごとに走査線１および信号線３
に接続されるとともに画素電極５に接続されてこの画素
電極５への電圧印加を制御するスイッチング素子として
のＴＦＴ７が配設され、それらを被覆するように配向処
理を施されていない配向膜９が形成されたＴＦＴアレイ
基板１１と、これに対向配置される対向電極１３が形成
され、その上を被覆するように配向処理を施されていな
い配向膜１５が形成された対向基板１７とが間隙（セル
ギャップ）を有して組み合わされ、その両基板１１、１
７の間隙に液晶層１９が封入・挟持されて液晶セル２１
が形成されている。そしてこの液晶セル２１を上下から
挟むように、偏光板２３、２５がガラス基板２７、２９
それぞれの外向きの面側に貼設されて、この液晶表示素
子の主要部は構成されている。Embodiments of the liquid crystal display device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a main part of a liquid crystal display element according to the present invention. The scanning line 1 and the signal line 3 are arranged so as to be substantially orthogonal to each other, and the scanning line 1 and the signal line 3 are arranged at each intersection.
The TFT 7 as a switching element that is connected to the pixel electrode 5 and controls the voltage application to the pixel electrode 5 is provided, and the alignment film 9 that is not subjected to the alignment treatment to cover them is provided. The formed TFT array substrate 11 and the counter substrate 17 on which the counter electrode 13 that is arranged to face the TFT array substrate 11 is formed, and the alignment film 15 that is not subjected to the alignment treatment so as to cover the gap are formed ( Cell substrates), both substrates 11, 1
The liquid crystal layer 19 is enclosed and sandwiched in the space 7
Are formed. Then, the polarizing plates 23 and 25 are arranged on the glass substrates 27 and 29 so as to sandwich the liquid crystal cell 21 from above and below.
The main part of this liquid crystal display element is formed by being attached to the outer surface side of each.
【００２６】液晶セル２１には、前記したように基板ほ
ぼ全面を被覆するように水平配向を行なう配向膜９、１
５が形成されており、これら配向膜９、１５は表面にラ
ビング処理が施されておらず、積水ファインケミカル社
製の粒径 3.5μｍのスペーサ（図示省略）が間隙材とし
て両基板間に介挿されてセルギャップ約 3.5μｍに保た
れるとともに、基板周囲にシール材（図示省略）が塗布
されて両基板１１、１７が組み合わされて形成されてい
る。液晶層１９としては、ＺＬＩ−4535（Ｅ．メルク社
製）を用いた。この液晶層１９には、カイラル剤は全く
添加されていない。このような液晶組成物を等方相の状
態で空セルに注入し液晶層１９として両基板１１、１７
間に封入・挟持させた。このように形成された液晶表示
素子のΔｎは0.0865であり、このときリタデーション値
Δｎｄは約 300ｎｍであった。またその捩れピッチは、
ほぼランダムに右捩れ・左捩れが混在するとともにツイ
スト角も様々に異なるものが混在するものとなった。In the liquid crystal cell 21, as described above, the alignment films 9 and 1 for performing horizontal alignment so as to cover almost the entire surface of the substrate.
No. 5 is formed, the surfaces of these alignment films 9 and 15 are not subjected to rubbing treatment, and spacers (not shown) made by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd. having a particle size of 3.5 μm are interposed as a gap material between both substrates. The cell gap is maintained at about 3.5 μm, and a sealing material (not shown) is applied around the substrates to form both substrates 11 and 17 in combination. As the liquid crystal layer 19, ZLI-4535 (manufactured by E. Merck) was used. No chiral agent is added to the liquid crystal layer 19. Such a liquid crystal composition is injected into an empty cell in an isotropic phase state to form a liquid crystal layer 19 on both substrates 11, 17
Enclosed and sandwiched between. The Δn of the liquid crystal display element thus formed was 0.0865, and the retardation value Δnd at this time was about 300 nm. The twist pitch is
Right-handed and left-handed twists were mixed almost randomly, and twist angles were also mixed in various ways.
【００２７】偏光板２３、２５としては、直交ニコルの
偏光板（G1220DU 、日東電工製）を用いて、その光吸収
軸どうしが互いに直交するように配置した。As the polarizing plates 23 and 25, crossed Nicols polarizing plates (G1220DU, manufactured by Nitto Denko) were used and were arranged so that their light absorption axes were orthogonal to each other.
【００２８】また図示は省略したが液晶セル２１の電極
引き出し部には外部の液晶駆動回路から入力される走査
信号電圧および映像信号電圧が供給されて、この液晶表
示素子が駆動される。Although not shown, the electrode lead-out portion of the liquid crystal cell 21 is supplied with a scanning signal voltage and a video signal voltage input from an external liquid crystal drive circuit to drive the liquid crystal display element.
【００２９】ここで、一般にＴＮセルに用いられる偏光
板の配置方式としては、大別すると2通りあり、上下の
偏光板の光吸収軸を互いに平行させて配置する方式と、
上下の偏光板の光吸収軸を直交させて配置する方式とが
ある。前者の方式は、液晶セルに電圧を印加しないとき
には光が透過せず、電圧を印加したときに光の透過状態
が得られる（ノーマリークローズ）。また後者の方式
は、液晶セルに電圧を印加しないときに光が透過し、電
圧を印加したときには光が遮断される（ノーマリーオー
プン）。そして図２は従来例のＴＮ方式のノーマリーオ
ープンとノーマリークローズの表示面法線から左右の方
向に60度まで視角を傾けたときのコントラスト比の視角
依存性を示す図であるが、これらを比較すると、ノーマ
リークローズの方がノーマリーオープンよりコントラス
ト比の視角依存性が少ないことが分かる。コントラスト
比とは、光が透過した状態（明状態）の輝度を光が遮断
された状態（暗状態）の輝度で割った値であり、コント
ラスト比は暗状態の輝度に大きく影響する。そこでノー
マリーオープンとノーマリークローズの両方式の暗状態
の輝度の左右方向における視角依存性を測定してみる
と、図３に示すような特性が得られる。同図から明らか
なように、ノーマリークローズの方がノーマリーオープ
ンより暗状態の視角依存性が小さく、その結果ノーマリ
ークローズの方がノーマリーオープンよりコントラスト
比の視角特性が良い。ノーマリーオープンとノーマリー
クローズの暗状態の違いを考察してみると、ノーマリー
オープンの場合は液晶層にしきい値以上の電圧を印加し
ており、ノーマリークローズの場合は液晶層にしきい値
以下の電圧しか印加されていない。液晶層にしきい値以
上の電圧を印加すると、液晶分子がセル厚方向に並び捩
れ配列が解かれる。このような配列状態はしきい値以下
の電圧しか印加されていない基板にほぼ水平に捩れた配
列状態と比較して配列の見え方の視角変化が大きい。従
って以上の理由により、視角を広くするにはノーマリー
クローズを用いた方が良いことが判明した。Here, there are roughly two types of arrangement methods of the polarizing plates generally used in the TN cell, and a method of arranging the light absorption axes of the upper and lower polarizing plates in parallel with each other,
There is a method of arranging the light absorption axes of the upper and lower polarizing plates at right angles. In the former method, light is not transmitted when a voltage is not applied to the liquid crystal cell, and a light transmission state is obtained when a voltage is applied (normally closed). In the latter method, light is transmitted when a voltage is not applied to the liquid crystal cell, and light is blocked when a voltage is applied (normally open). FIG. 2 is a diagram showing the viewing angle dependence of the contrast ratio when the viewing angle is tilted to the left and right directions up to 60 degrees from the normal to the normally open and normally closed display surface of the conventional TN method. Comparing with, it can be seen that normally closed has less viewing angle dependence of contrast ratio than normally open. The contrast ratio is a value obtained by dividing the luminance in a state where light is transmitted (bright state) by the luminance in a state where light is blocked (dark state), and the contrast ratio greatly affects the luminance in a dark state. Then, when the viewing angle dependency in the left-right direction of the luminance in the dark state of both the normally open type and the normally closed type is measured, the characteristics shown in FIG. 3 are obtained. As is clear from the figure, normally closed has less visual angle dependence in the dark state than normally open, and as a result, normally closed has better viewing angle characteristics of contrast ratio than normally open. Considering the difference between the normally open and normally closed dark states, a voltage above the threshold is applied to the liquid crystal layer in the case of normally open, and a threshold voltage is applied to the liquid crystal layer in the case of normally closed. Only the following voltages are applied. When a voltage above the threshold value is applied to the liquid crystal layer, the liquid crystal molecules are aligned in the cell thickness direction and the twisted arrangement is released. In such an array state, the viewing angle change of the appearance of the array is large as compared with the array state in which the voltage is applied below the threshold value and the substrate is twisted substantially horizontally. Therefore, for the above reasons, it has been found that normally closed is better for widening the viewing angle.
【００３０】一方、視角が広くなる技術として液晶分子
の起き上がる方位が不統一な多数の配向領域を一画素内
に設ける、いわゆるマルチドメインセル方式という技術
がある。これは液晶分子の長軸が電圧無印加時に基板表
面に対してほぼ水平な姿勢を保ち、かつ配向処理を行な
うことを避けて、液晶分子の長軸の方位が揃わないよう
にすることで、電圧印加時に液晶分子が起きあがる方位
がランダムになり、その結果、Ｔ−Ｖ特性はどの方位で
もほぼ同一となる。その一例として、ノーマリークロー
ズのＴＮセル（従来と同様に配向方位を統一したもの）
の場合とマルチドメインセルの場合について、入射角60
度での上下左の方位でのＴ−Ｖ特性をそれぞれ図４、５
に各々示す。マルチドメインセルにおいては、Ｔ−Ｖ特
性に方位角依存性がほとんど全く無いことが判る。しか
しながらマルチドメインセルを従来のＴＮセルと同じセ
ル条件（リタデーションおよび捩れ角の大きさ）で製作
すると、表示画像が着色するという不都合が生じる。On the other hand, as a technique for widening the viewing angle, there is a technique called a so-called multi-domain cell system in which a large number of alignment regions in which the rising directions of liquid crystal molecules are not uniform are provided in one pixel. This is because the long axes of the liquid crystal molecules maintain a substantially horizontal posture with respect to the substrate surface when no voltage is applied, and by avoiding alignment treatment, the long axes of the liquid crystal molecules are not aligned. The azimuths in which the liquid crystal molecules rise when voltage is applied become random, and as a result, the TV characteristics are almost the same in all azimuths. As an example, a normally closed TN cell (with the same orientation and orientation as in the past)
Angle of incidence of 60 for both and for multi-domain cells
4 and 5 show the TV characteristics in the left, right, up, and down directions, respectively.
Are shown in each. It can be seen that in the multi-domain cell, the TV characteristic has almost no azimuth angle dependence. However, when the multi-domain cell is manufactured under the same cell conditions (retardation and the size of the twist angle) as the conventional TN cell, there is a problem that the display image is colored.
【００３１】ここで、光吸収軸を直交させた偏光板間に
液晶セルを配置し、液晶セルのリタデーション△ｎｄ
（液晶の屈折率差△ｎと液晶層の厚みｄとの積）を変化
したときの透過率の変化を赤、緑、青の三原色の主波長
に関してプロットした結果を図６、図７に示す。なお前
記の透過率の計算は次に述べるような式に基づいて行な
った。すなわち、 2枚の偏光板間に、捩れた液晶配列の
液晶層を有する液晶セルを挟持した場合の透過率は、
Ｅ．Ｐ．ＲＡＹＮＥＳによって次のように導かれている
（Mol.Cryst.Liq.Letters Vol.4 (6),pp159-163 ） Ｔ＝｛ｃｏｓβ・ｃｏｓ（θ−Ａ＋Ｐ） ＋ｓｉｎβ・ｓｉｎ（θ−Ａ＋Ｐ）／（１＋α2 ）1/2 ｝2 ＋ｓｉｎ2 β・ｃｏｓ2 （θ−Ａ−Ｐ）・α2 ／（α2 ＋１）…（１） ここで、 Ｔ： 2枚の偏光板を平行に配置した場合の透過率に対す
る 2枚の偏光板間で捩れた液晶配列の液晶セルを挟持し
た場合の透過率の比 θ：液晶の捩れ角（ｒａｄ．） Ａ：入射光側の偏光板の吸収軸と入射光側基板表面の液
晶分子のダイレクタとのなす角（ｒａｄ．） Ｐ：出射光側の偏光板の吸収軸と入射光側基板表面の液
晶分子のダイレクタとなす角（ｒａｄ．） α＝Δｎｄπ／（λ・θ）、π：円周率、λ：入射光波
長（ｎｍ） β＝θ・（１＋α2 ）1/2 である。前述した´93ＳＩＤにおいてＹ．Ｔｏｋｏらに
よって提案されたいわゆるマルチドメイン方式の液晶表
示素子は、入射光側基板表面の液晶分子のダイレクタの
方位はランダムであり、（１）式におけるＡの値は 0〜
180度の種々の値をとることになる。よって前述した´
93ＳＩＤにおいてＹ．Ｔｏｋｏらによって提案された液
晶表示素子の透過率を算出するには、（１）式をＡにつ
いて 0から 180度まで積分し、これを 180度で除算すれ
ばよい。したがって、 2枚の偏光板どうしの主偏光軸の
なす角を90度（上記のごとく直交ニコルに配置したか
ら）とすると、（１）式は次のように変換することがで
きる。すなわち、 Ｔ＝｛ｃｏｓβ・ｃｏｓ（θ−π／ 2） ＋ｓｉｎβ・ｓｉｎ（θ−π／ 2）／（１＋α2 ）1/2 ｝2 ＋ｓｉｎ2 β・α2 ／｛２・（α2 ＋１）｝………（２） この式（２）に、捩れ角θ＝90度を代入して、前記の透
過率を求めることができる。Here, a liquid crystal cell is disposed between the polarizing plates whose light absorption axes are orthogonal to each other, and the retardation Δnd of the liquid crystal cell is set.
FIGS. 6 and 7 show the results of plotting the change in transmittance when the difference between the refractive index difference Δn of the liquid crystal and the thickness d of the liquid crystal layer is plotted with respect to the dominant wavelengths of the three primary colors of red, green and blue. . The calculation of the above-mentioned transmittance was carried out based on the following formula. That is, when a liquid crystal cell having a liquid crystal layer having a twisted liquid crystal array is sandwiched between two polarizing plates, the transmittance is
E. P. It is guided by RAYNES as follows (Mol.Cryst.Liq.Letters Vol.4 (6), pp159-163) T = {cosβ · cos (θ−A + P) + sinβ · sin (θ−A + P) / ( 1 + α 2 ) 1/2 } 2 + sin 2 β · cos 2 (θ−A−P) · α 2 / (α 2 +1) ... (1) where: T: Two polarizing plates are arranged in parallel. Of the transmittance when a liquid crystal cell with a twisted liquid crystal array is sandwiched between two polarizing plates with respect to the transmittance of θ: The twist angle of the liquid crystal (rad.) A: The absorption axis of the polarizing plate on the incident light side and the incidence Angle formed by the director of liquid crystal molecules on the light-side substrate surface (rad.) P: Angle formed by the absorption axis of the polarizing plate on the output light side and the director of liquid crystal molecules on the substrate surface of the incident light side (rad.) Α = Δndπ / (Λ · θ), π: circular constant, λ: incident light wavelength (nm) β = θ · (1 + α 2 ) 1/2 . In the above-mentioned '93 SID, Y. In the so-called multi-domain liquid crystal display element proposed by Toko et al., The director orientation of liquid crystal molecules on the incident light side substrate surface is random, and the value of A in the equation (1) is 0 to
It will take various values of 180 degrees. Therefore, the above
Y. 93 SID. To calculate the transmittance of the liquid crystal display device proposed by Toko et al., The equation (1) may be integrated from 0 to 180 degrees with respect to A and divided by 180 degrees. Therefore, if the angle formed by the main polarization axes of the two polarizing plates is 90 degrees (because they are arranged in the orthogonal Nicols as described above), the equation (1) can be converted as follows. That is, T = {cos β · cos (θ−π / 2) + sin β · sin (θ−π / 2) / (1 + α 2 ) 1/2 } 2 + sin 2 β · α 2 / {2 · (α 2 +1) } (2) By substituting the twist angle θ = 90 degrees into the equation (2), the transmittance can be obtained.
【００３２】図６、７の透過率曲線において、赤、緑、
青の 3つの曲線が一致するときに表示色は無着色とな
る。図６は従来と同様の90度ツイストの液晶セルの場合
を示しており、図７はカイラル剤を用いた90度ツイスト
のマルチドメイン液晶セルの場合を示している。図６の
従来の90度ツイストの液晶セルの場合には、赤、緑、青
の 3つの曲線がほぼ一致するリタデーション値（Δｎ
ｄ）の範囲は 550ｎｍ±50ｎｍであり、図７の90度ツイ
ストのマルチドメイン型液晶セルの場合には 440ｎｍ±
50ｎｍとなる。この範囲にリタデーション値（Δｎｄ）
を調節してマルチドメイン液晶セルを作製すれば着色の
ほとんどない白黒表示を得ることができる。これらの結
果を比較すると判るように、マルチドメイン液晶セルに
おいて白黒表示が得られるリタデーション値（Δｎｄ）
は 440ｎｍ±50ｎｍの範囲となるが、このような設定を
満たすように液晶セルを製造することは、製造時のセル
ギャップなどの寸法マージンが極めて小さいために製造
技術の高精度な管理が必要となり製造が困難なものとな
る。In the transmittance curves of FIGS. 6 and 7, red, green,
The display color is uncolored when the three blue curves match. FIG. 6 shows a case of a 90 ° twist liquid crystal cell similar to the conventional case, and FIG. 7 shows a case of a 90 ° twist multi-domain liquid crystal cell using a chiral agent. In the case of the conventional 90-degree twisted liquid crystal cell of FIG. 6, the retardation value (Δn
The range of d) is 550 nm ± 50 nm, and in the case of the 90 ° twist multi-domain type liquid crystal cell in FIG. 7, it is 440 nm ± 50 nm.
It becomes 50 nm. Retardation value (Δnd) in this range
When a multi-domain liquid crystal cell is manufactured by adjusting the value, a black and white display with almost no coloring can be obtained. As can be seen by comparing these results, the retardation value (Δnd) at which monochrome display is obtained in the multi-domain liquid crystal cell
Is in the range of 440 nm ± 50 nm, but manufacturing a liquid crystal cell to meet such settings requires highly precise control of manufacturing technology because the dimensional margin such as the cell gap during manufacturing is extremely small. It is difficult to manufacture.
【００３３】上記の技術は、液晶層にカイラル剤を添加
されて液晶分子のツイスト角が同一方向に90度程度に統
一されたマルチドメイン方式の液晶セルの場合における
技術であるが、本発明の技術によれば液晶分子の配向方
位を不統一にすることに加えて、カイラル剤無添加の液
晶層を用いることにより、液晶分子のツイスト（ツイス
ト角とその捩れ方向）を不統一にすることができ、さら
に広範囲のリタデーション値の条件において表示の色付
きを解消することができるのである。すなわち、液晶層
１９の液晶分子のツイスト角をその液晶分子自体の捩れ
能力に基づいて液晶分子ごとに異なった捩れ方向および
ツイスト角に捩れ配列させることで、液晶層１９内での
液晶分子のツイスト角の統一性を積極的に消失させる。
その結果、液晶層１９を透過する光はさまざまな位相を
持つものとなり、それらの透過光の集合した表示画像は
色の偏りの少ない、白黒表示に近い色の表示画像にな
る。このような本発明に係る液晶セルのリタデーション
−透過率曲線を図８に示す。フルカラー表示にさらに有
効な白黒表示を行なう液晶セルを得るために好適なリタ
デーション値と透過率との関係を検討した結果、図８の
リタデーション−透過率曲線からも読み取れるように、
リタデーション値を 200ｎｍから 650ｎｍの範囲に設定
することで、表示画像の不都合な着色をさらに効果的に
解消して、表示品質が極めて良好で視角特性の高い画像
表示が実現できることが判明した。The above technique is a technique in the case of a multi-domain liquid crystal cell in which a chiral agent is added to the liquid crystal layer and the twist angles of the liquid crystal molecules are unified to about 90 degrees in the same direction. According to the technology, in addition to making the orientation of liquid crystal molecules ununiform, it is possible to make the twist of the liquid crystal molecules (twist angle and its twisting direction) ununiform by using a liquid crystal layer containing no chiral agent. In addition, the coloring of the display can be eliminated under a wide range of retardation value conditions. That is, the twist angles of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 19 are twisted and aligned in different twist directions and twist angles for each liquid crystal molecule based on the twisting ability of the liquid crystal molecules themselves. Actively eliminate the uniformity of the horn.
As a result, the light transmitted through the liquid crystal layer 19 has various phases, and the display image in which the transmitted light is collected becomes a display image of a color close to black and white with little color deviation. FIG. 8 shows the retardation-transmittance curve of the liquid crystal cell according to the present invention. As a result of examining the relationship between the retardation value and the transmittance suitable for obtaining a liquid crystal cell that performs more effective black and white display for full-color display, as can be read from the retardation-transmittance curve of FIG.
It was found that by setting the retardation value in the range of 200 nm to 650 nm, the inconvenient coloring of the displayed image can be more effectively eliminated, and image display with extremely good display quality and high viewing angle characteristics can be realized.
【００３４】しかも、本発明によれば、カイラル剤の添
加を省略することにより液晶層１９の液晶分子の電圧応
答特性がさらに向上するので、液晶層１９の応答しきい
値電位がさらに低下して、低い印加電圧でも高コントラ
ストの表示を得ることができるようになる。これを図９
に示す。同図において、カイラル剤を添加してツイスト
角を90度にしたマルチドメイン方式の液晶セルのリタデ
ーション−透過率曲線をＡで示し、カイラル剤を無添加
の本発明に係るマルチドメイン方式の液晶セルのリタデ
ーション−透過率曲線をＢで示している。この図からも
明らかなように、カイラル剤を用いた場合では、印加電
圧を高くしても曲線Ａで示される透過率は完全には 0に
なることがない。これは、カイラル剤による液晶分子の
捩れ作用によって液晶層のしきい値電圧が高くなる方向
に変化するためと考えられる。これに比べてカイラル剤
を無添加の本発明に係るマルチドメイン方式の液晶セル
の場合には、印加電圧を高くしてゆくと曲線Ｂで示され
る透過率はほぼ完全に 0になる。しかも曲線Ｂは全体的
に曲線Ａよりも同一印加電圧に対しての透過率の変化の
度合いが大きなものとなっていることが分かる。Moreover, according to the present invention, the voltage response characteristic of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 19 is further improved by omitting the addition of the chiral agent, so that the response threshold potential of the liquid crystal layer 19 is further lowered. It becomes possible to obtain a high-contrast display even with a low applied voltage. Figure 9
Shown in. In the figure, the retardation-transmittance curve of a multi-domain liquid crystal cell in which a twist angle is set to 90 degrees by adding a chiral agent is indicated by A, and a multi-domain liquid crystal cell according to the present invention in which no chiral agent is added is shown. The retardation-transmittance curve of B is shown by B. As is clear from this figure, in the case of using the chiral agent, the transmittance shown by the curve A does not become 0 even if the applied voltage is increased. It is considered that this is because the twisting action of the liquid crystal molecules by the chiral agent causes the threshold voltage of the liquid crystal layer to increase. In contrast, in the case of the multi-domain liquid crystal cell according to the present invention in which the chiral agent is not added, the transmittance shown by the curve B becomes almost zero as the applied voltage is increased. Moreover, it can be seen that the curve B has a larger degree of change in transmittance with respect to the same applied voltage than the curve A as a whole.
【００３５】上述のような主要部の構成で、画面の大き
さが 9.5インチのＴＦＴアクティブマトリックス型液晶
表示素子を製作し、これを駆動してテストパターンの画
像を表示させ、その画像表示品質を検証したところ、白
黒表示で視角の広い液晶表示素子が実現できることが確
認された。また中間階調表示を行なわせたところ、どの
方位から観察しても表示画像の明暗反転が生じることな
く、良好な表示を実現できることが確認された。A TFT active matrix type liquid crystal display device having a screen size of 9.5 inches is manufactured by the above-mentioned structure of the main part and is driven to display an image of a test pattern. As a result of verification, it was confirmed that a liquid crystal display device that can display in black and white and has a wide viewing angle can be realized. Further, when the halftone display was performed, it was confirmed that a good display can be realized without causing the display image to be reversed in brightness regardless of the azimuth.
【００３６】（実施例２）上記第１の実施例において、
スペーサ径 5μｍとした他は上記実施例とほぼ同様の構
成で画面の大きさが 9.5インチのＴＦＴアクティブマト
リックス型の液晶表示素子を作製した。この場合のリタ
デーション値は約 430ｎｍである。(Embodiment 2) In the above first embodiment,
A TFT active matrix type liquid crystal display device having a screen size of 9.5 inches was manufactured with substantially the same structure as the above example except that the spacer diameter was 5 μm. The retardation value in this case is about 430 nm.
【００３７】製造上、液晶層１９に± 0.5μｍの厚みむ
らが生じたが、上記第１の実施例と同様のテストパター
ンを表示させ、その画像表示色を検証したところ、液晶
層１９の厚みむらの部分に表示色のむらが発生すること
はなかった。また、その表示品質を検証したところ、白
黒表示で視角の広い液晶表示素子が実現できることが確
認された。また、中間階調表示を行なわせたところ、ど
の方位から観察しても表示画像の明暗反転が生じること
なく、良好な表示を実現できることが確認された。In the manufacturing process, the liquid crystal layer 19 had a thickness unevenness of ± 0.5 μm. When the same test pattern as in the first embodiment was displayed and the image display color was verified, the thickness of the liquid crystal layer 19 was confirmed. The unevenness of the display color did not occur in the uneven part. Further, when the display quality was verified, it was confirmed that a liquid crystal display device having a wide viewing angle in black and white display could be realized. Further, when the halftone display was performed, it was confirmed that a good display can be realized without causing the display image to be reversed in brightness regardless of the azimuth direction.
【００３８】（実施例３）上記第１の実施例において、
偏光板２５の吸収軸を液晶表示素子の画面を観る際の観
測方向に合致させた。すなわち液晶セル２１の短辺に対
してほぼ平行になるように配置した。これに合わせて偏
光板２３をその吸収軸が偏光板２５の吸収軸と直交する
ように配置した。このような変更点の他は上記実施例と
ほぼ同様の構成で画面の大きさが 9.5インチのＴＦＴア
クティブマトリックス型の液晶表示素子を作製した。こ
のような第３の実施例の液晶表示素子に上記各実施例と
同様のテストパターンを表示させ、観測方向から目視に
て画面を観察し、その表示品質を検証したところ、上記
第１の実施例の場合よりもさらに広い視角にわたって均
一なコントラストの表示が実現されていることが確認さ
れた。(Embodiment 3) In the above first embodiment,
The absorption axis of the polarizing plate 25 was aligned with the observation direction when viewing the screen of the liquid crystal display device. That is, the liquid crystal cell 21 is arranged so as to be substantially parallel to the short side. In accordance with this, the polarizing plate 23 is arranged so that its absorption axis is orthogonal to the absorption axis of the polarizing plate 25. Except for such changes, a TFT active matrix type liquid crystal display device having a screen size of 9.5 inches was manufactured with substantially the same configuration as that of the above embodiment. When the same test pattern as that in each of the above-described examples was displayed on the liquid crystal display element of the third example and the screen was visually observed from the observation direction to verify the display quality, the first example was obtained. It was confirmed that a display with uniform contrast was realized over a wider viewing angle than in the case of the example.
【００３９】（実施例４）この第４の実施例において
は、液晶セル２１にカラーフィルタを組み込んで、フル
カラーの画像表示を行なう液晶表示素子に本発明を適用
した場合について述べる。図１０は本実施例の液晶表示
素子の液晶セル部分を示す断面図である。なお上記第１
の実施例等と同様の部位には同一の符号を付与して示し
ている。(Fourth Embodiment) In the fourth embodiment, a case where the present invention is applied to a liquid crystal display element for displaying a full-color image by incorporating a color filter in the liquid crystal cell 21 will be described. FIG. 10 is a sectional view showing a liquid crystal cell portion of the liquid crystal display element of this embodiment. The above first
The same parts as those of the embodiment are given the same reference numerals.
【００４０】ＴＦＴアレイ基板１１側のガラス基板２７
上に赤色セル１００１、緑色セル１００３、青色セル１
００５の 3色の色セルが配列されてカラーフィルタ１０
０７が形成されている。これらの各色セル１００１、１
００３、１００５の上にそれぞれ画素電極５が形成され
ており、さらにその上を被覆するように配向膜９が形成
されている。このとき、前記の各色セルごとにその上の
配向膜上面から対向基板１７側の配向膜１５表面までの
間隔（セルギャップ）が、それぞれ下記の述べるような
間隔になるように、それぞれの色セルごとに異なった厚
さに設定されている。すなわち、赤色セル１００１に対
応する画素領域でのセルギャップｄR 、緑色セル１００
３に対応する画素領域でのセルギャップｄG 、青色セル
１００５に対応する画素領域でのセルギャップｄB がそ
れぞれ、ｄR ＝ 4.8μｍ、ｄG ＝4.4μｍ、ｄB ＝ 3.5
μｍとなるような厚さにそれぞれの色セルが形成されて
いる。Glass substrate 27 on the TFT array substrate 11 side
Red cell 1001, green cell 1003, blue cell 1 on top
Three color cells of 005 are arranged and the color filter 10
07 are formed. Each of these color cells 1001, 1
The pixel electrode 5 is formed on each of 003 and 1005, and the alignment film 9 is formed so as to cover the pixel electrode 5. At this time, for each color cell, the distance (cell gap) from the upper surface of the alignment film thereabove to the surface of the alignment film 15 on the side of the counter substrate 17 is set so as to be as described below. Different thickness is set for each. That is, the cell gap d R in the pixel area corresponding to the red cell 1001 and the green cell 100
The cell gap d G in the pixel region corresponding to 3 and the cell gap d B in the pixel region corresponding to the blue cell 1005 are d R = 4.8 μm, d G = 4.4 μm, and d B = 3.5, respectively.
Each color cell is formed to have a thickness of μm.
【００４１】そして配向膜９、１５間に液晶層１９とし
てカイラル剤が全く添加されていないＺＬＩ−4535
（Ｅ．メルク社製）が封入・挟持され、その他は上記各
実施例とほぼ同様の構成で画面の大きさが 9.5インチの
ＴＦＴアクティブマトリックス型の液晶表示素子とし
て、本実施例の液晶表示素子は形成されている。Then, ZLI-4535 in which no chiral agent is added as a liquid crystal layer 19 between the alignment films 9 and 15 is formed.
(Manufactured by E. Merck Co., Ltd.) is enclosed and sandwiched, and other than that, the liquid crystal display device of this embodiment is used as a TFT active matrix type liquid crystal display device having a configuration similar to that of each of the above embodiments and a screen size of 9.5 inches. Has been formed.
【００４２】ところで、特にノーマリクローズ（ 2枚の
偏光板の吸収軸を平行して配置）の液晶セルにカラーフ
ィルタなどを用いて色純度の高いフルカラー表示を実現
するためには、例えば上記のような赤・緑・青の 3色セ
ルを各画素ごとに配置する場合では、各色の波長に対す
る透過率をほぼ等しくすることが望ましい。これを実現
するためには、それぞれの色セルごとのリタデーション
値Δｎｄを、例えば上記の例では赤色セル１００１の場
合のΔｎｄR を約 420ｎｍ、緑色セル１００３のΔｎｄ
G を約 380ｎｍ、青色セル１００５のΔｎｄB を約 300
ｎｍにそれぞれ設定すればよい。この設定値は図８に示
すリタデーション−透過率特性の極値を示すリタデーシ
ョン値である。このようなリタデーション値を計算によ
り解析的に導き出すと、次式のようになる。すなわち、In order to realize a full-color display with high color purity by using a color filter or the like in a normally closed liquid crystal cell (where the absorption axes of two polarizing plates are arranged parallel to each other), for example, the above-mentioned method is used. When arranging such three-color cells of red, green, and blue for each pixel, it is desirable that the transmittances for the wavelengths of the respective colors be substantially equal. In order to realize this, the retardation value Δnd for each color cell, for example, Δnd R in the case of the red cell 1001 in the above example is about 420 nm, and Δnd R of the green cell 1003 is
G is about 380 nm, and Δnd B of the blue cell 1005 is about 300.
It may be set to each nm. This set value is a retardation value showing the extreme value of the retardation-transmittance characteristic shown in FIG. When such a retardation value is analytically derived by calculation, the following equation is obtained. That is,
【数１】 この（３）式をΔｎｄ／λに関して微分して、透過率が
極大になるときのΔｎｄ／λの値を求めると約0.67とな
り、実用的には（４）式の範囲に適合する。[Equation 1] When the value of Δnd / λ when the transmittance is maximized is obtained by differentiating the expression (3) with respect to Δnd / λ, it becomes about 0.67, which is practically within the range of the expression (4).
【００４３】このような第４の実施例の液晶表示素子に
テストパターン画像を表示させ、その画像表示品質を検
証したところ、白黒表示で視角の広い液晶表示素子が実
現できることが確認された。また中間階調表示を行なわ
せたところ、どの方位から観察しても表示画像の明暗反
転が生じることなく、良好な表示を実現できることが確
認された。When a test pattern image was displayed on the liquid crystal display device of the fourth embodiment and the image display quality was verified, it was confirmed that a liquid crystal display device with monochrome display and a wide viewing angle could be realized. Further, when the halftone display was performed, it was confirmed that a good display can be realized without causing the display image to be reversed in brightness regardless of the azimuth.
【００４４】なお、上記の実施例においては、ＴＦＴア
クティブマトリックス型液晶表示素子に本発明を適用し
た場合について述べたが、本発明の適用はこのようなＴ
ＦＴアクティブマトリックス型液晶表示素子のみには限
定しない。この他にも例えばＭＩＭ素子のような 2端子
素子を用いたアクティブマトリックス型液晶表示素子
や、単純マトリックス型液晶表示素子にも適用すること
ができることは言うまでもない。In the above embodiments, the case where the present invention is applied to the TFT active matrix type liquid crystal display element has been described, but the application of the present invention is such a T-type.
The invention is not limited to the FT active matrix type liquid crystal display element. Needless to say, the present invention can also be applied to an active matrix type liquid crystal display element using a two-terminal element such as an MIM element and a simple matrix type liquid crystal display element.
【００４５】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、本発明の液晶表示素子の各部位の形成材料などの変
更が種々可能であることは言うまでもない。Needless to say, various changes can be made to the material for forming each part of the liquid crystal display device of the present invention without departing from the scope of the present invention.
【００４６】[0046]
【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、本
発明によれば、画像に本来表現したい色とは別の不都合
な着色が生じることなく、広く均一な視角特性を実現す
る液晶表示素子を提供することができる。As has been clearly described in the detailed description above, according to the present invention, a liquid crystal display which realizes a wide and uniform viewing angle characteristic without causing inconvenient coloring different from the color originally intended to be expressed in an image. An element can be provided.
【図１】本発明に係る液晶表示素子の主要部の構成を模
式的に示す図。FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a main part of a liquid crystal display element according to the present invention.
【図２】ＴＮ方式のノーマリーオープンとノーマリーク
ローズの表示面法線から左右の方向に60度まで視角を傾
けたときのコントラスト比の視角依存性を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the viewing angle dependence of the contrast ratio when the viewing angle is inclined up to 60 degrees to the left and right from the display surface normal of the normally open and normally closed TN systems.
【図３】ノーマリーオープンとノーマリークローズの両
方式の暗状態の輝度の左右方向における視角依存性を示
す図。FIG. 3 is a diagram showing the viewing angle dependence of the luminance in the dark state in both the normally open type and the normally closed type in the dark state.
【図４】ノーマリークローズのＴＮセルの入射角60度で
の上下左の方位でのＴ−Ｖ特性を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a TV characteristic in a vertically closed azimuth at an incident angle of 60 degrees of a normally closed TN cell.
【図５】ノーマリークローズのマルチドメインセルの入
射角60度での上下左の方位でのＴ−Ｖ特性を示す図。FIG. 5 is a diagram showing TV characteristics in a vertically closed azimuth at an incident angle of 60 degrees in a normally closed multi-domain cell.
【図６】ＴＮ型液晶セルのリタデーション△ｎｄを変化
したときの透過率の変化を赤、緑、青の三原色の主波長
に関してプロットした結果を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a result of plotting a change in transmittance when the retardation Δnd of a TN type liquid crystal cell is changed with respect to a dominant wavelength of three primary colors of red, green and blue.
【図７】カイラル剤を用いたマルチドメイン液晶セルの
リタデーション△ｎｄを変化したときの透過率の変化を
赤、緑、青の三原色の主波長に関してプロットした結果
を示す図。FIG. 7 is a diagram showing the results of plotting the change in transmittance when the retardation Δnd of a multi-domain liquid crystal cell using a chiral agent is changed, with respect to the dominant wavelengths of the three primary colors of red, green, and blue.
【図８】本発明に係る液晶セルのリタデーション−透過
率曲線を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a retardation-transmittance curve of a liquid crystal cell according to the present invention.
【図９】本発明に係る液晶セルの電圧応答特性を示す
図。FIG. 9 is a diagram showing voltage response characteristics of a liquid crystal cell according to the present invention.
【図１０】カラーフィルタを用いてカラー表示を行な
う、本発明に係る第４の実施例の液晶表示素子の構造を
示す図。FIG. 10 is a diagram showing a structure of a liquid crystal display device of a fourth embodiment according to the present invention, which performs color display using a color filter.
１…走査線、３…信号線、５…画素電極、７…ＴＦＴ、
９、１５…配向膜、１１…ＴＦＴアレイ基板、１３…対
向電極、１７…対向基板、１９…液晶層、２１…液晶セ
ル、２３、２５…偏光板、２７、２９…ガラス基板1 ... Scan line, 3 ... Signal line, 5 ... Pixel electrode, 7 ... TFT,
9, 15 ... Alignment film, 11 ... TFT array substrate, 13 ... Counter electrode, 17 ... Counter substrate, 19 ... Liquid crystal layer, 21 ... Liquid crystal cell, 23, 25 ... Polarizing plate, 27, 29 ... Glass substrate
Claims (4)
方向を同一方向に揃える配向処理を基板表面に施される
ことを避けて形成された水平配向膜を有し、互いが間隙
を有して対向配置された 2枚の基板と、 液晶分子の長軸方向が電圧無印加時に前記基板表面に対
して略水平姿勢に保持されるとともに前記略水平姿勢を
保持しつつ前記基板表面で略不統一な方位を向き、前記
基板表面に対して垂直方向には前記 2枚の基板どうしの
間隙で前記液晶分子ごとに略不統一な捩れ角に該液晶分
子が捩れ配列されるように、前記 2枚の基板どうしの間
隙に挟持された液晶層とを具備することを特徴とする液
晶表示素子。1. A horizontal alignment film having an image display electrode and formed so as not to be subjected to alignment treatment for aligning the major axis directions of liquid crystal molecules in the same direction, and having a gap between them. And two substrates arranged opposite to each other, and the long-axis direction of the liquid crystal molecules is held in a substantially horizontal posture with respect to the substrate surface when no voltage is applied, and the substrate surface is kept in the substantially horizontal posture. So that the liquid crystal molecules are twisted and arrayed in a substantially non-uniform twist angle in the direction perpendicular to the substrate surface in the direction perpendicular to the substrate surfaces in the gap between the two substrates. And a liquid crystal layer sandwiched between the two substrates.
方向を同一方向に揃える配向処理を基板表面に施される
ことを避けて形成された水平配向膜を有し、互いが間隙
を有して対向配置された 2枚の基板と、 カイラル剤無添加の液晶層であって、液晶分子の長軸方
向が電圧無印加時に前記基板表面に対して略水平姿勢に
保持されるとともに前記略水平姿勢を保持しつつ前記基
板表面で略不統一な方位を向き、前記基板表面に対して
垂直方向には前記液晶分子自体の捩れ能力によって該液
晶分子ごとに前記 2枚の基板どうしの間隙で捩れ配列す
るように、前記 2枚の基板どうしの間隙に挟持された液
晶層とを具備し、 かつ前記液晶層のリタデーション値を 200ｎｍ乃至 650
ｎｍの範囲に調節してなることを特徴とする液晶表示素
子。2. A horizontal alignment film, which has an image display electrode and is formed so as not to be subjected to an alignment treatment for aligning the major axis directions of liquid crystal molecules in the same direction, and has a gap between them. And two liquid crystal layers that are arranged opposite to each other and a liquid crystal layer without addition of a chiral agent, and the long axis direction of the liquid crystal molecules is maintained in a substantially horizontal position with respect to the substrate surface when no voltage is applied. While maintaining the substantially horizontal posture, the substrate surfaces are oriented in a substantially non-uniform orientation, and in the vertical direction with respect to the substrate surfaces, the twisting ability of the liquid crystal molecules themselves causes the two substrates to be separated by the liquid crystal molecules. A liquid crystal layer sandwiched between the two substrates so that they are twisted and aligned in a gap, and the retardation value of the liquid crystal layer is 200 nm to 650 nm.
A liquid crystal display device characterized by being adjusted to a range of nm.
の液晶表示素子において、 少なくとも 2色以上の色セルが配列されて、前記画像表
示用電極によって形成される各画素の光路上にそれぞれ
前記色セルが配置されるように形成されたカラーフィル
タを具備し、 かつ該カラーフィルタの各色ごとに前記色セルの透過光
のピーク波長λと、該色セルに対応する画素領域の液晶
層の層厚ｄと、該液晶層の屈折率異方性Δｎとを、0.66
≦Δｎ・ｄ／λ≦0.68の範囲に調節してなることを特徴
とする液晶表示素子。3. The liquid crystal display element according to claim 1 or 2, wherein at least two or more color cells are arrayed, and are arranged on an optical path of each pixel formed by the image display electrode. A color filter formed so that the color cells are arranged, and for each color of the color filter, a peak wavelength λ of transmitted light of the color cell and a liquid crystal layer of a pixel region corresponding to the color cell The layer thickness d and the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal layer are 0.66
A liquid crystal display device characterized by being adjusted within a range of ≦ Δn · d / λ ≦ 0.68.
の液晶表示素子において、 表示デバイスとして前記液晶表示素子が用いられる際の
観測方向とほぼ同じ方向に光学的吸収軸または光学的透
過軸を合致させるように偏光板を配置してなることを特
徴とする液晶表示素子。4. The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the optical absorption axis or the optical transmission axis is in substantially the same direction as an observation direction when the liquid crystal display element is used as a display device. A liquid crystal display element, characterized in that a polarizing plate is arranged so as to match with each other.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5109524A JPH06324335A (en) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | Liquid crystal display element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5109524A JPH06324335A (en) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | Liquid crystal display element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06324335A true JPH06324335A (en) | 1994-11-25 |
Family
ID=14512446
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5109524A Withdrawn JPH06324335A (en) | 1993-05-11 | 1993-05-11 | Liquid crystal display element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06324335A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0720503A (en) * | 1993-06-29 | 1995-01-24 | Stanley Electric Co Ltd | Liquid crystal display device and its production |
| KR20000065706A (en) * | 1999-04-08 | 2000-11-15 | 김순택 | Liquid crystal display and method for surface treatment of alignment film and apparatus thereof |
-
1993
- 1993-05-11 JP JP5109524A patent/JPH06324335A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0720503A (en) * | 1993-06-29 | 1995-01-24 | Stanley Electric Co Ltd | Liquid crystal display device and its production |
| KR20000065706A (en) * | 1999-04-08 | 2000-11-15 | 김순택 | Liquid crystal display and method for surface treatment of alignment film and apparatus thereof |
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