JPH01105217A - ねじれらせん構造を有するネマチツク液晶表示装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶表示装置に係り、特に優れた時分割駆動特
性を有し、かつ白黒表示が可能な電界効果型液晶表示装
置に関する。

〔従来の技術〕

第２図に、従来の液晶表示装置に用いられている優れた
時分割駆動特性を有する液晶表示装置の構造を示す。第
２図に示すように正の誘電異方性を持つネマチック液晶
３（分子配向状態を略記）は２枚の電極基板１，２の間
に封入されている。

なお液晶分子は、図示したように基板間で９０゜を超え
て、好ましくは、１８ｏ６から２７０’の範囲でねじれ
たらせん構造を持っている。さらに、該電極基板１，２
の外側には、偏光板４，５が、その偏光軸（あるいは吸
収軸）を適当な角度になるように配置しである。この角
度は通常２０°から７０’の範囲内にある。

上記した構造の液晶表示装置は、ＵＳＰ４　、４４３　
、０６５やティ・ジョイ・シエファ氏の論文（ＳＩＤに
８５年ダイジエス１〜　ｐ、１２０−１２３゜“２４　
Ｘ　８０　　ｃｈａｒａｃｔｅｒ　ＬＣＤ　Ｐａｎｅｌ
　Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅＳｕｐｅｒｔｗｉｓｔａｄ　Ｂｉ
ｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ　Ｅｆｆｅｃｔ”　）に詳しく
述べられている。

なお、２枚の電極間で液晶分子が１８０度から２７０度
の範囲にねじれたらせん構造をなすように配向させるに
は、例えば電極基板の、液晶に接する表面を布などで一
方向にこする方法、いわゆるラビング法によってなされ
る。このときのこする方向即ちラビング方向８，９が液
晶分子の配列方向となる。このようにして配向処理され
た２枚の電極基板１，２をそれぞれのラビング方向８゜
９が互いにほぼ１８０度から２７０度の範囲に交差する
ように間隙をもたせて対向させ、２枚の電極基板１，２
をシール剤により接着し、その間隙に正の誘電異方性を
もったネマチック液晶３を封入すると、液晶分子はその
電極基板間でほぼ１８０度から２７０度の範囲に回転し
たらせん状構造の分子配列をする。このようにして棉成
された液晶素子の上下には偏光板４，５が設けられるが
、その偏光軸（あるいは吸収軸）６，７は、コントラス
トの最適値からそれぞれの電極基板に隣接する液晶分子
の配列方向を基準として、時計方向または反時計方向回
りで０度から７ｏ度の範囲間の大きさが必要となる。

なお、第２図にはバックライト１０を配置した透過モー
ドを示したが、バックライト１０のかわりに、反射板と
備えた反射モードの動作も、動作原理は透過モードの場
合と実質上同じである。

このような構造の液晶素子を用いたデイスプレィの印加
電圧と輝度の関係を第３図に示す。同図にはノーマリ−
オープンモードＡとノーマリ−クローズモードＢの２つ
のモードを示したが、いずれも印加電圧に対して輝度が
急峻に立ち上がる特性を有する。この特性がコントラス
トを低下させることなく高時分割駆動を可能にしている
要因である。

ここで、時分割駆動についてドツトマトリクスデイスプ
レィを例に取って簡単に説明する。第４図に示すように
、下側電極基板にストライプ状のＹ電極（信号電極）１
２を、上側電極基板にＸ電極（走査電極）１１を形成し
、文字等の表示は、ｘ、Ｙ両電極の交点部の液晶を点灯
あるいは非点灯にして行う。同図において、ｎ本の走査
電極をＸ１＃　Ｘ２１　＋＋＋＋＋４ｎ、Ｘｌ、Ｘ２．
−−Ｘｎと繰返し線順次走査を繰り返して時分割駆動を
行う。ある走査電極（図においてはＸａ）が選択された
とき、その電極上のすべての画素に、信号電極１２であ
るＹｌｌ　Ｙ２１・・・・・・Ｙｎより１表示すべき信
号に従い選択または非選択の表示信号を同時に加える。

このように、走査電極１１と信号電極１２に加える電圧
パルスの組み合わせで交点の点灯、非点灯を選択する。

この場合の走査電極Ｘの数が時分割数に相当する。

ただし、この優れた時分割駆動特性を有するスーパー・
ツィステッドネマチックタイプと言われる液晶表示素子
は、第５図に背景色および表示色をＣＩＥ色度座標上に
示したが、背景または表示部の少なくとも一方に色が付
き、白黒の表示ができなかった。

しかし、近年、液晶表示素子の画質の改善と表示情Ｗ量
の増大に対する要求が厳しくなっており、要求仕様は、
白黒表示、さらにカラー表示へと移行している状況であ
り、この要求仕様を満足できない状況に到っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、背景と表示部の色を白色と黒色にする
点について配慮がされておらず、表示品質の点で限界が
あった。また、背景または表示部の少なくとも、どちら
か一方に色が付いてしまうため、この従来技術ではカラ
ーフィルタとの組合せにあるカラー化が不可能であった
。

本発明の目的は、背景と表示部の色付けを低減させ無彩
色に近くして、白黒表示を可能にするとともに、カラー
表示を可能にすることである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、液晶素子の構成条件により決定される複屈
折性によって着色する透過光を位相板を用いて位相補正
することにより、達成される。

〔作用〕

スーパー・ツィステッドネマチックタイプと言われる液
晶表示素子は、背景または表示部の少なくとも、いずれ
か一方に色が付く。この背景ま起は表示部の少なくとも
、いずれか一方の着色光に対し、複屈折性を有する位相
板を用いて位相補正することにより、背景および表示部
の色付きが低減され、無彩色に近づく。それによって、
従来の背景または表示部の少なくとも、いずれか一方に
色が付いていたスーパー・ツィステッドネマチック液晶
表示装置において、背景と表示部に色が付くのが低減さ
れるようになり、白黒表示が可能になる。本発明の他の
目的及び他の特徴は以下に述べる実施例の記載から明ら
かになるであろう。

〔実施例〕

以下、本発明を実施するに好適な液晶表示素子について
、図面を用いて詳細に説明する。

第６図は本発明になる液晶表示素子を上側から見た場合
の液晶分子の配列方向（例えばラビング方向）、液晶分
子のねじれ方向、偏光板の吸収軸（あるいは偏光軸）方
向を示している。第７図はそれらの関係を示す斜視図で
ある。

液晶分子２３のねじれ方向とねじれ角αは、上側電極基
板２１のラビング方向２８と下側電極基板２２のラビン
グ方向２９及びネマチック液晶に添加される旋光性物質
の種類と量によって規定される。ねじれ角αは、９０″
を超え、１８０６〜２７０＠が望ましい。

本実施例では、走査線数が２００本以上でも、コントラ
ストが十分に満足できるような白黒表示が可能な液晶素
子を提供することを目的としたので、ねじれ角αは２６
０度とした。

上側偏光板２４の偏光軸（あるいは吸収軸）２６と下側
偏光板２５の偏光軸（あるいは吸収軸）２７とのなす角
β３は、コントラスト、明るさ。

色等を考慮すると、位相板を用いない場合には０度から
６０度の範囲が好ましい。しかし、位相板を用いた本実
施例では、偏光板として例えば日東電工製Ｇ１２２５Ｄ
Ｕを用い、β３は２０度とした。また、上側偏光板２４
の偏光軸（あるいは吸収軸）２６と上側電極基板２１の
ラビング方向２８とのなす角β１及び下側偏光板２５の
偏光軸（あるいは吸収軸）２７と下側電極基板２２のラ
ビング方向２９とのなす角β２はコントラスト。

明るさ及び色等を考慮すると０度から６０度の範囲が望
ましい。本実施例ではβ１を２０度、β２を４０度とし
た。

また、本実施例になる液晶表示素子は、顕著なΔｎ−ｄ
ｎ−性を示し、コントラスト、明るさ。

色の点から０．４μｍ≦Δｎ−ｄ≦、０μｍの条件を満
足すると、特に良好な特性を示す。ここで。

Δｎの値については波長依存性があり、短波長側で大き
く、長波長側で小さくなる傾向がある。本明細書で使用
しているΔｎの値は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（波長６３２
８人）を使用し、２５℃で測定したものである。本実施
例ではビフェニール系液晶とエステルシクロヘキサン系
液晶を主成分とするネマチック液晶で、旋光性物質とし
てメルク社の８８１１を０．５　重量％添加したもので
ある。

また、本実施例では、Δｎ＝０．０８３　の液晶を用い
、液晶層の厚さは６μｍとした。したがって、本実施例
の液晶素子のΔｎ−ｄは、０．５　　になるように設定
した。

さらに、上記のような液晶表示素子と偏光板の構成では
、前述したように背景と表示部に色が付くので、本発明
では、液晶表示素子と上側偏光板２４との間に背景色と
表示色を無彩色にするための位相板を配置した。

この背景色と表示色を無彩色に近づけるための位相板と
して、２枚のガラス基板３、３２の間にねじれ角αが０
度、いわゆる平行配向の液晶３３を封入した素子を用い
た。

なお、一般にこの位相板としての平行配向液晶素子の上
側基板３１のラビング方向３４と上側偏光板２４の偏光
軸２６とのなす角８番及び下側基板３２のラビング方向
３５と下側偏光板２５の偏光軸２７とのなす角β５は、
液晶表示素子の背景色及び表示色の補色をつくることを
考慮すると、０度から６０度の範囲が望ましい。

本実施例では、β４を２５度、β５を４５度またはβ４
を６５度、β５を４５度とした。さらに、この位相板と
しての平行配向液晶素子のΔｎ−ｄは０．３６　とした
。

尚、本実施例では、光源３０として冷陰極管を用いたが
、熱陰極管やエレクトロルミネッセントでもよい。

このような液晶素子の構成にすることにより、背景色及
び表示色をほぼ無彩色にすることができる。本実施例で
は、ねじれ角αが２６０度の液晶表示素子を用いたが、
ねじれ角αが１８０度から２７０度の範囲、さらに、そ
れ以上の範囲でも同様に背景色及び表示色をぼぼ無彩色
にすることができる。

尚、本実施例では、光源３０として冷陰極管を用いたが
、光源を用いずに反射板を用いた外光利用型でも、同様
の無彩色が得られる。

第８図には本実施例における背景及び表示部の色をＣＩ
Ｅ色度座標に示した。同図しこ、示すように、背景色及
び表示部の色ともにＣ光源に近いところにあってほぼ無
彩色になっており、白黒表示になっていることをしめし
ている。また、このときの白表示時の輝度と黒表示時の
輝度との比であるコン１−ラスト比は９対１である。

第９図には本発明を実施するに好適な別の実施例による
液晶素子の構成を示す。同図に示すように、第７図に示
したねじれ角αが２６０度でΔｎ−ｄが０．５　　の液
晶表示素子の変わりに、ねじれ角αが２６０度でΔｎ−
ｄが０．５液晶材料中に０．１５重量パーセントの黒色
二色性色素を添加したゲスト・ホスト型液晶表示素子を
用い、他の構成は第６図と同じである。

第１０図には本実施例における背景及び表示部の色をＣ
ＩＥ色度座標に示した。同図に示すように、背景色及び
表示部の色ともにＣ光源に近いところにあってほぼ無彩
色になっており、第７図に示した実施例より優れた白黒
表示になっていることをしめしている。また、このとき
の白表示時の輝度と黒表示時の輝度との比であるコント
ラスト比は１５対１である。

尚、前記２つの実施例において液晶表示素子のΔｎを０
．５　としたが、Δｎ−ｄが０．６　から０．９７の液
晶表示素子を用いた場合でも、同様の白黒表示が得られ
る。

その構成は、第６図及び第８図に示すものと同様である
が、位相板として用いる液晶素子にねじれ角αが１８０
度のものを用いる。このときの、β１は５０度、β２は
３０度、β３は２０度、β番は２５度、β５は４５度で
ある。

位相板として用いる補正用液晶素子のねじれ角（β２）
と補正用液晶素子のΔｎ−ｄとの好適な関係を第１３図
に示す。

第１１図には第９図に示した構成において、液晶表示素
子として有機又は無機カラーフィルターを備えた液晶表
示素子を用い、１／２００デユーテイで駆動した場合の
表示色をＣＩＥ色度座標上に示した。

同図に示すように、各色とも色純度が高く、表色範囲の
広いことが判る。尚、本実施例で用いた有機又は無機カ
ラーフィルターは、液晶カラーテレビジョン受像機に使
用しているものを用いた。

第１図には本発明を実施するに好適な別の実施例による
液晶素子の構成を示す。同図に示すように、第７図に示
した位相板として用いた平行配向液晶素子のみわりに、
複屈折性を有するフィルム７１を用いたものであり、そ
の他の構成は同じである。

上側電極基板６１と下側電極基板６２に設けた配向膜の
それぞれのラビング方向６８．６９及び液晶６３から構
成される表示素子は、第７図に示したものと同じで、ツ
イスト角２６０度、Δｎ＝０．０８３　　、液晶層の厚
さ６μｍとした。この液晶表示素子の上下に偏光板６４
．６５を設け、それらの偏光軸（あるいは吸収軸）６６
．６７と上記ラビング方向との関係も第７図に示した構
成と同じである。また、下偏光板６５側にバックライト
７０を設けた。このバックライトも三液型冷陰極管であ
る。このような構成のスーパーツィステッドネマチック
液晶素子において、上側偏光板６４と表示素子間に複屈
折性を有するフィルム７１を設け、このフィルム７１に
より位相補正を行う、液晶素子が１枚の構成法である。

第１２図にはその構成における背景色と表示部の色をＣ
ＩＥ色度座標上に示したものである。同図に示すように
、背景及び表示部の色は、Ｃ光源に近いほぼ無彩色とな
り、白黒表示が可能になる。

なお１本実施例で用いたフィルム７１は、ポリカーボネ
ートフィルムを、−軸延伸して複屈折性を与えたもので
、その複屈折率Δｎと厚さｄの積は、液晶素子のねじれ
角を２４０’　、Δｎ−ｄを０．８μｍとした時には、
０．４μｍ程度、液晶素子のねじれ角を２４０″、Δｎ
−ｄを、２　μｍとした時には、０．７μｍ程度、この
とき上側ラビング軸６８とフィルムの延伸軸（即ち、光
学的主軸）とのなす角は９０度程度となり、液晶表示素
子の素子条件により、最適な値を選べばよいことが判っ
ている。

液晶表示素子のねじれ角を２４０°としたとき、液晶層
のΔｎｄと、位相板として用いるフィルムのΔｎｄの好
適な組合せを、表１及び第１４図に示す。

表　　１ また、最適なΔｎ−ｄを選ぶために、フィルム素材は、
ポリビニルアルコールやトリアニルシアノレートなど、
各種の透明な素材を用いてもよい。

さらに、最適なΔｎ−ｄの値にする為には、複数枚のフ
ィルムを重ねても良いことは明らかである。

尚、位相板として用いる平行配向液晶素子及び複屈折性
を有するプラスチックフィルムを、ねじれ角αが１８０
度から２７０度の範囲の液晶表示素子と上側偏光板との
間に配置した構成について説明したが、位相板として用
いる平行配向液晶素子及び複屈折性を有するプラスチッ
クフィルムを、ねじれ角αが１８０度から２７０度の範
囲の液晶表示素子と下側偏光板との間に配置した構成に
ついても、同様に背景色及び表示色を無彩色にすること
ができ、白黒表示が得られる。

以上、説明したように背景または表示部の色を液晶表示
素子と複屈折性を有する部材とを組み合わせることによ
り、背景及び表示部の色を無彩色に近づけ、白黒表示を
可能にした。さらに、白黒表示が可能になった為、三原
色のカラーフィルタをモザイク状に配置する一般的に知
られているカラー化手法によって、スーパーツィステッ
ドネマチック型表示素子を用いた表示装置でカラー化を
実現することを可能にした。

さらに、位相板として、液晶材料を用いる場合と、フィ
ルムを用いる場合では、後者は透過率が高いことが実験
的に判ったので、特に反射型表示装置に使用すると効果
が顕著である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、背景及び表示部の色を無彩色に近づけ
ることができるので、白黒表示、さらにはカラー表示可
能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶表示装置の構成図、第２図は
従来のスーパーツィステッドネマチックタイプの液晶素
子の構成図、第３図は従来及び本発明の液晶素子を用い
たデイスプレィの印加電圧と輝度の関係を示す特性図、
第４図は時分割駆動を説明するためのドツトマトリクス
デイスプレィの電極構成図、第５図は従来のスーパーツ
ィステッドネマチックタイプの液晶表示素子の背景色及
び表示色を示すＣＩＥ色度座標図、第６図は本発明の液
晶表示素子を上側から見た場合の液晶分子の配向方向（
例えばラビング方向）、液晶分子のねじれ方向、偏光板
の吸収軸（あるいは偏光軸）方向を示す図、第７図は第
６図の関係を示す斜視図、第８図は本発明における液晶
表示素子の背景及び表示部の色のＣＩＥ色度座標図、第
９図は本発明の別の実施例における液晶表示素子の構成
図、第１０図は第９図に示す構成の実施例における液晶
表示素子の背景及び表示部の色のＣＩＥ色度座標図、第
１１図は有機カラーフィルターを備えた液晶表示素子を
用いた場合の表示色をＣＩＥ色度座標図、第１２図は第
１１図に示す構成の実施例における液晶表示素子の背景
及び表示部の色をＣＩＥ色度座標上に示した図、第１３
図は位相板とし７て用いる補正用液晶素子のねじれ角と
八〇−ｄとの関係を示す図、第１４図は位相板として用
いるフィルムのΔｎ−ｄと液晶素子のΔｎ−ｄとの関係
を示す図である。 、２１，４、６１・・・液晶表示素子の上側電極基板、
２，２２，４２，６２・・・液晶表示素子の下側電極基
板、３，２３，３３，４３．．５３．６３・・・液晶分
子、４，２４，４４，６４・・・上側偏光板、５．２５
，４５，６’５・・・下側偏光板、６，２６゜４６．６
６・・・上側偏光板の偏光軸、７，２７゜４７．６７・
・・下側偏光板の偏光軸、８，２８゜４８．６８・・・
液晶表示素子の上側電極基板のラビング方向、９，２９
，４９．６９・・・液晶表示素子の下側電極基板のラビ
ング方向、１０，３０゜５０．７０・・・バックライト
、１１・・・走査電極、１２００．信号電極、３、５１
・・・位相板として用いる液晶素子の上側電極基板、３
２．５２・・・位相板として用いる液晶素子の下側電極
基板、３４゜５４・・・位相板として用いる液晶素子の
上側電極基板のラビング方向、３５．５５・・・位相板
として用いる液晶素子の下側電極基板のラビング方向、
５６・・・２色性色素、７１・・・複屈折性を有するプ
ラスチックフィルム。 第（昭 第　Ｚの 謄３０ 拓Ｓの ｇ４ｂ国 第′Ｔ図 唱ｇの 華１０口 第　１１　　図 第１２０ 第１３０ 華１４の

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対向する複数の電極間に設けられた９０°を超える
   ねじれ角を持つツイスト・ネマチツク型の液晶層と、 該液晶層をはさんで配置された一対の偏光板と、 該一対の偏光板の間に設けられた複屈折性を有するフィ
   ルムを含む少なくとも一つの位相補正用位相板と を具備することを特徴とする液晶表示装置。 ２、請求項１に於いて、 上記フィルムは、ポリカーボネート、ポリビニルアルコ
   ール、トリアニルシアノレート等の有機材料から構成さ
   れることを特徴とする液晶表示装置。 ３、対向する複数の電極間に設けられた９０°を超える
   ねじれ角を持つツイスト・ネマチック型の第１の液晶層
   と、 該第１の液晶層をはさんで配置された一対の偏光板と、 該一対の偏光板の間に設けられたねじれ角が実質的に０
   °又は１８０°の少なくとも一つの第２の液晶層と を具備することを特徴とする液晶表示装置。 ４、請求項１に於いて、液晶層の屈折率異方性Δｎと層
   厚ｄとの積が０．４μｍから２．５μｍの範囲にあるこ
   とを特徴とする液晶表示装置。 ５、請求項１に於いて、液晶層の屈折率異方性Δｎと層
   厚ｄとの積が０．４μｍから１．０μｍの範囲にあるこ
   とを特徴とする液晶表示装置。 ６、請求項３に於いて、液晶層の屈折率異方性Δｎと層
   厚ｄとの積が０．４μｍから２．５μｍの範囲にあるこ
   とを特徴とする液晶表示装置。 ７、請求項３に於いて、液晶層の屈折率異方性Δｎと層
   厚ｄとの積が０．４μｍから１．０μｍの範囲にあるこ
   とを特徴とする液晶表示装置。