JPH01243021A - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高密度表示に適した液晶表示素子に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来、両電極間の液晶分子のツイスト角を大きくして、
鋭い電圧−透過率変化を起し、高密度のドツトマトリク
ス表示をする方法として、スーパーツイスト素子（Ｔ、
　Ｊ、　５ｃｈｅｆｆｅｒａｎｄ　　Ｊ、　Ｎｅｈｒｉ
ｎｇ、　　Ａｐｐｌ、、　Ｐｈｙｓ、、　Ｌｅｔｔ、　
４５（１０）　１０２１−１０２３　（１９８４）　）
が知られていた。

このような液晶表示素子では、より大きなねじれらせん
構造を実現するためには、配向制御膜のティルト角をよ
り大きくする必要がある。

しかし、ティルト角が８°以上になると、配向制御膜に
均一なティルト角を得ることが困難であり、表示ムラを
生じ易くなるという問題点を有していた。

［発明の解決しようとする課題ｌ このため、ツイスト角を大きくしてもドメインを生じに
くく、かつ、表示ムラも生じにくい液晶表示素子が望ま
れていた。

［課題を解決するための手段１ 本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであ
り、ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の透明
電極付きの基板間に挟持された旋光性物質を含有した誘
電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が１６０
〜３００°の液晶層と、この液晶層を挟持する上下の基
板の透明電極間に電圧を印加する駆動手段とを有する液
晶表示素子において、液晶層の両側の配向制ｕｓＭのテ
ィルト角の差が２〜６°であることを特徴とする液晶表
示素子、及び、ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する
一対の透明電極付きの基板間に挟持された旋光性物質を
含有した誘電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ
角が１６０〜３００′″の液晶層と、この液晶層を挟持
する上下の基板の透明電極間に電圧を印加する駆動手段
とを有し、この液晶層の外側に一対の偏光膜を複屈折モ
ードとなるように設置した液晶表示素子において、液晶
層の両側の配向制御膜のティルト角の差が２〜５°であ
ることを特徴とする液晶表示素子、及び、ほぼ平行に配
置され配向制御膜を有する一対の透明電極付きの基板間
に挟持された旋光性物質を含有した誘電異方性が正のネ
マチック液晶によるねじれ角が１６０〜３００＠の液晶
層と、この液晶層を挟持する上下の基板の透明電極間に
電圧を印加する駆動手段とを有し、この液晶層の外側に
一対の偏光膜を設置した液晶表示素子において、液晶層
と偏光膜との間の少なくとも一方に液晶層での複屈折を
補償する複屈折補慣層を設けるととともに液晶層の両側
の配向制御膜のティルト角の差が２〜５°であることを
特徴とする液晶表示素子を提供するものである。

本発明では、液晶表示素子の液晶層の両側にある配向制
御膜の夫々のティルト角（プレティルト角）の角度に２
〜５＠の差をつけるものである。これにより、一方の配
向制御膜ではティルト角が高いため、液晶層のねじれ角
が１６０〜３００°となってもドメインを生じにくくな
り、かつ、他方の配向制御膜ではティルト角が低いため
、均一なティルト角が得易く、表示ムラを生じにくくな
る。

このため具体的には、ティルト角が高い方の配向制御膜
ではティルト角が５°以上とされ、ティルト角が低い方
の配向制４１ｍではティルト角が３°以上とされ、両者
のティルト角の差が２〜５°とされればよい。

具体的には、ティルト角が高い方の配向制御膜ではティ
ルト角が５〜１５＠、ティルト角が低い方の配向制御膜
ではティルト角が３〜１０°程度とされればよく、好ま
しくはティルト角が高い方の配向制御膜ではティルト角
が５〜１０°、ティルト角が低い方の配向制御膜ではテ
ィルト角が３〜８°程度とされる。

なお、このティルト角は余程大きな変動がない限り、夫
々の基板の平均値であり、両方の配向制御膜のティルト
角の差の平均が２〜５°とされればよい。

このようなティルト角の差を得るためには、配向制御膜
となるポリイミド、ポリアミド等の材料を変えたり、そ
の硬化条件を変えたり、ラビング条件を変えたり、これ
らを組み合わせて上記のようなティルト角の差をつける
ようにすればよい。

本発明の適用される液晶表示素子としては、ほぼ平行に
配置され配向制御膜を有する一対のＩ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎ２
０ｊ−３ｎ０２）　、　５ｎ０２等の透明電極付きのガ
ラス、プラスチック等の基板間に、旋光性物質を含有し
た誘電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が１
６０〜３００°の液晶層を挟持した構造の液晶セルと、
この液晶層を挟持する上下の基板の透明電極間に電圧を
印加する駆動手段とを有するものである。

なお、表示に用いられる液晶層は、従来のスーパーツイ
スト液晶表示素子の液晶層と同じ構成の液晶層であり、
電極群が対向しており、これにより各ドツト毎にオンオ
フを制御可能とされる。

この液晶層のツイスト角は約１６０〜３００”とされる
。これは、　１６０°未満では急峻な透過率変化が必要
とされる高デーティでの時分割駆動をした際のコントラ
ストの向上が少なく、逆に３００”を越えるとヒステリ
シスや光を散乱するドメインを生じ易いためである。特
に、２００〜２６０６程度かコントラスト、ドメイン等
からみて好ましい。

なお、液晶層の液晶の屈折率異方性とその液晶層の厚み
との禎Δｎ−ｄは０．４〜１．５μｍ程度とされればよ
い。

このような液晶表示素子において、液晶層の両側の配向
制御膜のティルト角の差を２〜５″とすることにより、
液晶層のねじれ角か１６０〜３００°となってもドメイ
ンを生じにくく、表示ムラを生じにくくなる。

本発明は、特にこの液晶表示素子が複屈折モードで使用
される場合にその効果が大きい。この、この複屈折モー
ドでの使用のためには、この液晶層の外側に複屈折モー
ドとなるように一対の偏光膜を配置する。具体的には、
隣接する配向制御膜の配向処理方向から、偏光膜の偏光
軸を２０〜７０°ずらして配置すればよい。そして液晶
セルを通過した光が複屈折により色付いて見え、色差に
より表示がなされることになる。

このような複屈折モードを用いた液晶表示素子では、配
向にムラがあると、この配向のムラが極めて目立ち易く
なり、表示ムラとなって見えるため、本発明の効果が大
きい。

また、同様に液晶層と偏光膜との間の少なくとも一方に
液晶層での複屈折を補償する複屈折補慣層を設けて、複
屈折を補償した液晶表示素子にも効果が大きい。

この複屈折を補償する複屈折補慣層としては、表示に用
いられる液晶表示素子の液晶の屈折率異方性（Δｎ）と
その液晶層の厚み（ｄ）との積Δｎ−ｄとほぼ同じか低
いΔｎ−ｄを有し、ねじれ方向が逆で同じ程度のねじれ
角を有するか、それよりも６０〜１２０’ねじれ角に差
を付けた同様な液晶セルまたは一軸企の複屈折板等が用
いられる。これらの複屈折補Ｉ？！ｍは、液晶層の片側
に設けてもよいし、両側に設けてもよい。

このような複屈折補慣層を用いた液晶表示素子ても、配
向にムラがあると、この配向のムラが極めて目立ち易く
なり、表示ムラとなって見えるため、本発明の効果が大
きい。

この複屈折補慣層として、表示に用いられる液晶表示素
子とねじれ方向が逆で同じ程度のねじれ角を有する補償
用の液晶セルを積層した場合を例にとって説明すると、
これらの液晶セルを積層した外側に一対の偏光膜を適宜
配してやることにより、２つの液晶層中を通過した光は
楕円偏光が補償され、ほぼ直線偏光に戻るため、複屈折
狼特の着色が消え、ほぼ白黒表示とすることができる。

補償用の液晶セルとして６０〜１２０’ねじれ角に差を
付けた液晶セルを用いた場合にも、パラメータを適宜選
ぶことにより、ほぼ白黒表示とすることができる。

この複屈折補慣層として、プラスチックフィルム、無機
の結晶板等の一軸性の複屈折板を用いた場合にも、同様
にしてほぼ白黒表示とすることができる。

これらの液晶表示素子の用途の代表的な例としては、多
数の行列状の電極が形成されたドツトマトリックス液晶
表示素子があり、一方の基板に６４０本のストライプ状
の電極か形成され、他方の基板にこれに直交するように
４００本のストライプ状の電極が形成され、６４０Ｘ　
４００ドツトのような表示かなされる。さらにこの６４
０本のストライプ状の電極を夫々　３本−組として１９
２０本のストライプ状の電極とし、ＲＧＢのカラーフィ
ルターを配置してフルカラーで６４０×４００ドツトの
表示をすることもできる。

なお、電極と配向制御膜との間に基鈑間短絡防止のため
にＴｉＯ２，５ｉｆｔ、Ａｌ２０１等の絶縁膜を設けた
り、透明電極にＡ１．Ｃｒ、Ｔｉ等の低抵抗のリード電
極を併設したり、カラーフィルターや遮光膜を電極の上
もしくは下に積層したりしてもよい。

特に、本発明は一方の基板の内面にカラーフィルターを
形成したカラー液晶表示素子に好適である。即ち、基板
と電極との間または電極上にカラーフィルターを設ける
場合、このカラーフィルターもしくはその保護コート等
は熱に弱い傾向かあり、このカラーフィルターを形成し
た側の基板は低温または弱いラビング処理で配向制御膜
を形成する必要がある。

このため、カラーフィルターを設けていない基板側の配
向制御膜は高温または強いラビング処理をして高ティル
ト角の配向制御膜とし、カラーフィルターを設けた基板
側の配向制御膜は低温または弱いラビング処理をして低
ティルト角の配向制御膜として液晶表示素子を形成すれ
ばよい。

これにより、上記の本発明の利点を生かした上に、カラ
ー表示が可能な液晶表示素子を容易に得ることができる
。

また、より色を完全に白黒化する必要かある場合には、
色を補正するためのカラーフィルターや、カラー偏光膜
を併用したり、液晶中に色素を添加したり、あるいは特
定の波長分布を有する照明を用いたりしてもよい。

本発明は、このような構成の液晶セルに電極に電圧を印
加するための駆動手段を接続し、駆動を行う。

なお、透過型で使用する場合には裏側に光源を配置する
。もちろん、これにも導光体、カラーフィルター等を併
用してもよい。

本発明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内で、
通常の液晶表示素子で使用されている種々の技術が適用
可能である。

本発明の液晶表示素子は、パーソナルコンピューター、
ワードプロセッサー、ワークステーション等の表示素子
として好適であるが、この外液晶テレビ、魚群探知器、
レーダー、オシロスコープ、各種民生用ドツトマトリッ
クス表示装置等白黒表示、カラー表示をとわず種々の用
途に使用可能である。

［作用１ 液晶表示素子は、ねじれ角が大きく、ティルト角が小さ
い場合には、電極間に電圧を印加するとストライプ状の
ドメインが発生し易い。

このストライプ状のドメインは、電圧を印加した時に液
晶分子が連続的に立ち上がらずにらせん＃１造のままら
せんが横倒し、即ち、セル内面にらせん軸が平行となっ
てしまう現象と考えられている。

このドメインは、温度か高くなるほど発生し易いという
性質を持っており、実用的な温度範囲でドメインを発生
させないためには、ねじれ角に見合ったティルト角を有
する配向制御膜を用いる必要がある。

本発明では、電極付きの基板上に形成される一対の配向
制御膜の物理的または化学的性質を夫々変えて、そのテ
ィルト角に２〜５°差を付けてやることにより、ティル
ト角の非対称化を行うものである。

このように配向制＜ｎ膜を非対称とすることにより、液
晶分子の傾き角が最小となる場所がセルの中央からずれ
ることになり、電圧印加時のセル中央でのティルトバイ
アスが大きくなり、ドメイン構造をとらずに液晶分子が
連続的に立ち上がることになると思われる。

これにより、両方の基板の配自制ｆ！！膜のティルト角
を揃えて高くした液晶表示素子に比してドメインを生じ
にくくなる。

それと同時に、他方の配向制御膜はティルト角が低くて
よいため、配向制御膜全体にわたって均一なティルト角
が得易く、表示ムラを生じにくくなる。

［実施例１ 実施例１ 第１の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯ透
明電極をストライプ状にパターニングし、蒸着法により
Ｓｉｎ、による短絡防止用の絶縁膜を形成し、ポリイミ
ドのオーバーコートをスピンコードし、これをラビング
してティルト角が４″の配向制御膜を形成した基板を作
成した。

第２の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯ透
明電極を第１の基板と直交するようにストライプ状にパ
ターニングし、ＳｉＯ□の絶縁膜を形成し、第１の基板
とは異なるポリイミドのオーバーコートをし、これを第
１の基板のラビング方向と交差角６０″となるようにラ
ビングしてティルト角が７＠の配向制御膜を形成した基
板を作成した。

この２枚の基板の周辺をシール材でシールして、液晶セ
ルを形成し、この液晶セル内に誘電異方性が正のネマチ
ック液晶（メルク社製「ＺＬＩ−２２９３Ｊ　）を注入
して２４０°ねじれの右らせん液晶層となるようにし、
注入口を封止して液晶セルを作成した。

これと比較のために、第１の基板にも第２の基板と同じ
ポリイミドのオーバーコートをし、これをラビングして
ティルト角が７″の配向制御膜を形成した外は上記実施
例と同様にして、比較例の液晶セルを作成した。この比
較例の液晶セルは、両方の基板の配向制御膜ともそのテ
ィルト角がほぼ７″であった。

この比較例の液晶セルと、実施例の液晶セルとを比較し
たところ、ｄ／ｐ＝０．５７における電圧印加時のドメ
インの発生温度を、実施例の液晶セルでは比較例の液晶
セルに比して１０°Ｃ引き上げることができた。

この実施例の液晶セルの両面に一対の偏光膜を偏光軸を
夫々隣接の配向制御方向から４０″ずつずらして（両方
の偏光膜の偏光軸が５０″で交差するように）配置して
、複屈折モードでイエローモードの液晶表示素子を作成
した。

この液晶表示素子は、配向が均一であり、表示ムラはほ
とんど生じなかった。

実施例２ 実施例１の液晶セルに逆ねじれでねじれ角が１５０”の
複屈折補償用の液晶セルを積層し、この両面に一対の偏
光膜を偏光軸を夫々隣接の配向制御方向から５０″ずつ
ずらして（両方の偏光膜の偏光軸が１００”で交差する
ように）配置して、複屈折を補償した白黒表示の液晶表
示素子を作成した。

この液晶表示素子は、表示がほぼ白黒表示であり、配向
が均一であり、表示ムラはほとんど生じなかった。

実施例３ また、この液晶セルの両面に、複屈折補償用の一軸性の
複屈折板を夫々ｆｉｔＪ’ｆｆし、さらにその上下に一
対の偏光膜を積層した。

この液晶表示素子も、表示がほぼ白黒表示であり、配向
が均一であり、表示ムラはほとんど生じなかった。

実施例４．５ 第１の基板の基板上に、ＲＧＢａ色のカラーフィルター
をストライプ状に形成し、その上に表面を平坦化するた
めの保護コート層を形成し、その上にＩＴＯ透明電極膜
を形成したほかは実施例１と同様にして表示用の液晶セ
ルを製造した。

この液晶セルを用いて、実施例２．３と同様に複屈折補
慣層を積層して液晶表示素子を作成した。

この液晶表示素子は、表示がほぼＲＧＢ３色のカラー表
示が可能であり、配向が均一であり、表示ムラはほとん
ど生じなかった。

［発明の効果］ 以上に説明したように本発明は、従来のスーパーツイス
ト液晶表示素子と比べて、ドメインを生しにくくなり、
かつ、均一なティルト角が得易く、表示ムラを生じにく
くなる。

また、時分割表示特性や視野角特性も従来のスーパーツ
イスト液晶表示素子と遜色がない等の優れた効果を有す
る。

本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で今後とも種
々の応用が可能なものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の透
   明電極付きの基板間に挟持された旋光性物質を含有した
   誘電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が１６
   ０〜３００°の液晶層と、この液晶層を挟持する上下の
   基板の透明電極間に電圧を印加する駆動手段とを有する
   液晶表示素子において、液晶層の両側の配向制御膜のテ
   ィルト角の差が２〜５°であることを特徴とする液晶表
   示素子。
2. （２）ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の透
   明電極付きの基板間に挟持された旋光性物質を含有した
   誘電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が１６
   ０〜３００°の液晶層と、この液晶層を挟持する上下の
   基板の透明電極間に電圧を印加する駆動手段とを有し、
   この液晶層の外側に一対の偏光膜を複屈折モードとなる
   ように設置した液晶表示素子において、液晶層の両側の
   配向制御膜のティルト角の差が２〜５°であることを特
   徴とする液晶表示素子。
3. （３）ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の透
   明電極付きの基板間に挟持された旋光性物質を含有した
   誘電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が１６
   ０〜３００°の液晶層と、この液晶層を挟持する上下の
   基板の透明電極間に電圧を印加する駆動手段とを有し、
   この液晶層の外側に一対の偏光膜を設置した液晶表示素
   子において、液晶層と偏光膜との間の少なくとも一方に
   液晶層での複屈折を補償する複屈折補慣層を設けるとと
   ともに液晶層の両側の配向制御膜のティルト角の差が２
   〜５°であることを特徴とする液晶表示素子。