JPH01257918A - 液晶表示素子及びそれを使用した液晶表示装置 - 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、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？！！４’％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　Ｎｅｈｒｉ
ｎｇ、　　Ａｐｐｌ、、　Ｐｈｙｓ、、　Ｌｅｔｔ、　
４５　（１０）１０２１−１０２３　（１９８４）　）
が知られていた。

しかし、この方法は用いられる液晶表示素子の液晶の複
屈折率Δｎと液晶層の厚みｄとの積Δｎ−ｄの値が実質
的に０．８〜１．２μｍの間にあり（特開昭６０−１０
７２０号）、表示色として、黄緑色と暗青色、青紫色と
淡黄色等、特定の色相の組み合せでのみ、良いコントラ
ストが得られていた。

このようにこの液晶表示素子では白黒表示ができなかっ
たことにより、マイクロカラーフィルターと組み合せて
、マルチカラー又はフルカラー表示ができない欠点があ
った。

一方、同様な方式を使用し、液晶の複屈折率と厚みとの
積Δｎ−ｄを０．５μｍ付近と小さく設定することによ
り、ほぼ白と黒に近い表示が得られる方式が提案されて
いる。（Ｍ、　５ｈａｄｔｅｔ　　ａｌ、　　Ａｐｐｌ
、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、　　５０（５）、　　１９
８７゜ｐ、２３６　） しかし、この方式を使用した場合においては表示が暗く
、かつ、最大コントラストがあまり大きくなく、青味を
帯びるため、表示の鮮明度に欠ける欠点があった。

また、これを改善することを目的として、ツイスト角を
大きくした第１の液晶セルに、同じ液晶でほぼ同じツイ
スト角で、かつそのらせん方向が逆である第２の液晶セ
ルを重ねて、両液具セルの隣接した液晶分子軸の配向方
向かほぼ直交するように配置することにより、オフ状態
で黒、オン状態で白となるネガ表示が実現できることが
提案されている。しかし、この方式では、オフ状態では
やや青味を帯び、オン状態ではやや黄味を帯びるという
欠点を有していた。

１発明の解決しようとする課題１ 本発明の目的は、従来技術が有していた前述の特有色を
有する欠点なを解消して、より白黒に近い表示を実現す
ると共に、明るくコントラスト比が高い液晶表示素子を
得ることを目的とするものである。

さらに、微細なカラーフィルターをセル内部またはセル
外部に形成して、従来通常の９０°ツイストのツイスト
ネマチック（ＴＮ）素子で実現されていた様な、モノカ
ラーまたはマルチカラー表示を実現しようとするもので
ある。

［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た一対の透明電極基板間に、旋
光性物質を含有し、その電圧無印加時における両電極間
での液晶分子のツイスト角を１６０〜３００°とした誘
電異方性が正のネマチック液晶を挟持した第１の液晶セ
ルと、ほぼ平行に配置された一対の基板間外側に、旋光
性物質を含有し、その電圧無印加時における両電極間で
の液晶分子のツイスト角を第１の液晶セルとほぼ同じツ
イスト角で、かつそのらせん方向が逆であるネマチック
液晶を挟持した第２の液晶セルとを積層し、その外側に
一対の偏光板を設置した液晶表示素子において、第２の
液晶セルに封入した液晶の屈折率異方性Δｎ、の波長分
散が、第１の液晶セルに封入した液晶の屈折率異方性Δ
ｎ１の波長分散よりも小さくされたことを特徴とする液
晶表示素子、及び、その液晶表示素子において第１の液
晶セルと第２の液晶セルの隣接した液晶分子の配向方向
がほぼ直交するように配置された液晶表示素子、及び、
それらの液晶表示素子の第１の液晶セルの一方の透明電
極を複数の行状に配置し、他方の透明電極を前記行にほ
ぼ直交するように複数の列状に配置し、それらを夫々行
電極群駆動回路及び列電極群駆動回路に接続し、第１の
液晶セルのみに電圧を印加して駆動を行うことを特徴と
する液晶表示装置を提供するものである。

本発明では、液晶層が２層とされる。

まず、その第１の液晶セルは、従来のスーパーツイスト
液晶表示素子の液晶セルと同じ構成のセルであり、電掻
群か相対向しており、これにより各ドツト毎にオンオフ
を制御可能とされる。この第１の液晶層のツイスト角は
約１６０〜３００＠とされる。

具体的には、ほぼ平行に配置された一対の透明電極基板
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
液晶を挟持し、その電圧無印加時における両電極間での
液晶分子のツイスト角を１６０〜３００°とすれば良い
。

本発明では、この第１の液晶層の屈折率異方性Δｎ１と
液晶層の厚みｄｌとの積Δｎ１６　ｄｌはかなり広い範
囲で使用可能であり、０．５〜２．０μｍ程度が使用で
きる。特に、従来のスーパーツイスト液晶表示素子で使
用される０、６〜１．４μｍ程度が明るく、かつコント
ラスト比の高い表示が容易に得られる。

本発明では、上記第１の液晶セルに隣接して第２の液晶
セルを積層する。この第２の液晶セルは、第１の液晶セ
ルとほぼ同じツイスト角で、そのらせん方向が逆であり
、かつその液晶の屈折率異方性へ〇２の波長分散が、第
１の液晶セルに封入した液晶の屈折率異方性Δｎ＋の波
長分散よりも小さくされたネマチック液晶セルとされれ
ば良い。

この場合、第１の液晶セルのΔｎ１−ｄｌと第２の液晶
セルのΔｎ、・ｄ２との値は、ほぼ等しくされることが
白黒表示の点からみて好ましい。

また、両液晶セルの隣接した液晶分子の配向方向をほぼ
直交するように配置することが好ましい、即ち、２つの
液晶セルを３枚の基板で構成する場合には、中央の基板
の配向方向が両面で直交するようにされればよい、４枚
の基板で構成する場合には、１１層される中間の２枚の
基板の配向処理方向が直交するようにされればよい。

この第２の液晶セルに使用されるネマチック液晶は電気
的に分子配列方向を制御する必要かないので、液晶の誘
電異方性が正でなくても使用可能である。このため、第
２の液晶セルには電極を形成しなくてよい。

本発明では、第２の液晶セルに封入した液晶の屈折率異
方性Δｎ２の波長分散が、第１の液晶セルに封入した液
晶の屈折率異方性Δｎ、の波長分散よりも小さくされる
ことが重要である。これにより、オンオフ時の色がより
白黒に近い色となる。

この波長分散とは、その液晶のΔｎが波長により異なる
ことからくる差のことであり、通常は可視光域の端であ
る４００ｎｍにおけるΔｎ４００と、７００ｎｍにおけ
るΔｎ７００とで見た場合の比Δｎ　４００　／Δｎ７
°０で判断すれば良い。

本発明では、第２の液晶セルに封入した液晶の屈折率異
方性Δｎ、の波長分散の比Δｎ２４０°／Δｎｌｌ′。

０が、第１の液晶セルに封入した液晶の屈折率異方性Δ
ｎ、の波長分散の比Δｎ　、　４００　／Δｎ、７００
よりも小さくされる。

もっとも、本発明においては０〈（Δｎ、４００／Δｎ
、？ＯＯ）　　　　　（Δｎ　、　４００　　／Δｎ、
”’　　）　　＜０．１５程度とされることが好ましい
、これは、この差が０．１５よりも大きくなると、オフ
時の黒レベルの透過率が高くなり、影響が大きく好まし
くない、また、０よりも小さくなると、白黒表示が得に
くくなる。特には、０．０３以上とされることがより白
黒表示に近付くため好ましい。

もし、前述した第１の液晶セルのΔｎ、・ｄ、と第２の
液晶セルのΔｎ２・ｄ、との値がくい違っている場合に
は、後述するように偏光板の偏光軸方向を相互にずらし
てみて、より鮮明な白黒表示となるように調節するよう
にする。

この２つの液晶セルは、夫々別の基板に挟持されて、４
枚の基板を使用して２つの液晶セルを形成し、これを積
層して用いてもよいし、３枚の基板を使用して２つの液
晶層を有するセルとしてもよい。

本発明では、第２の液晶セルは電極を形成しないでよい
ため１位置合わせ等の問題を生じないので、容易に３枚
の基板を使用して２層の液晶層を挟持するようにするこ
とができる。

本発明では、液晶のツイスト角は約１６０〜３００°と
される。これにより、高いコントラスト比で、かつドメ
インの発生が少ない液晶表示素子か容易に得られる。

本発明では、この２屑の液晶層の外側に一対の偏光板か
配置される。

より白黒に近く、かつコントラスト比の高い表示を得る
ためには、これら一対の偏光板の偏光軸は、−１１９的
にはほぼ直交するように配置されることが好ましいが、
最適な貼り付は角は第１及び第２の液晶セルのΔｎ１・
ｄ、、Δｎ２・ｄ、の値とそれらの差に依存するため、
実際には６０〜１２０＠の範囲で偏光軸の交差角を変化
させ、最適化すればよい。

さらに、これらの偏光板の偏光軸が、その偏光板に隣接
した液晶層の対向した基板面上での液晶分子軸の交差角
をほぼ等分する方向に配置されることが好ましい。

本発明の液晶表示素子の電圧無印加時における液晶分子
軸、及び偏光板の偏光軸の相対位置を第１図及び第２図
に示した。

第１図は本発明による液晶表示素子を模式的に現わした
斜視図であり、第２図（Ａ）（Ｂ）は、夫々上から見た
第１図の上側の第２の液晶セル及び下側の第１の液晶セ
ルの液晶分子軸方向と隣接する偏光板の偏光軸の相対位
置を示した平面図である。

図において１．２は上下に貼付ける偏光板、３は電圧印
加をしない第２の液晶セル、４は電圧印加により具体的
に文字等を表示する第１の液晶セルを示している。５は
上側の偏光板１の偏光軸、６は下側の偏光板２の偏光軸
、７は第２の液晶セルの上側の液晶分子軸方向、８は第
２の液晶セルの下側の液晶分子軸方向、９は第１の液晶
セルの上側の液晶分子軸方向、１０は第１の液晶セルの
下側の液晶分子軸方向を示している。

本発明では、この両液晶層の隣接した液晶分子軸がほぼ
直交する、即ち、第２の液晶セルの下側の液晶分子軸方
向８と第１の液晶セルの上側の液晶分子軸方向９とのな
す角ψがほぼ９０′″とされることが好ましい。

また、この例のように一対の偏光板の偏光軸５．６はほ
ぼ直交するようにされていることが好ましい、さらにこ
の場合、上側の偏光板１の偏光軸５は、隣接する液晶層
の液晶分子軸方向、即ち、上側の第２の液晶セル３の上
側の液晶分子軸方向７と下側の液晶分子軸方向８とのな
す角Ｏ３のほぼ等分する方向に配置されることが好まし
い、同様に下側の偏光板２の偏光軸６は、隣接する液晶
層の液晶分子軸方向、即ち、下側の第１の液晶セル４の
上側の液晶分子軸方向９と下側の液晶分子軸方向１０と
のなす角θ１のほぼ等分する方向に配置されることが好
ましい。

さらに、第２の液晶セルの液晶の屈折率異方性Δｎ２の
波長分散が、第１の液晶セルの液晶の屈折率異方性Δｎ
＋の波長分散よりも小さく、特に、０．０３＜　（Δｎ
　、　４００　／Δｎ、？０Ｏ）−（Δｎ、４００／Δ
ｎ、”’　）　＜０．１５程度とされる。

これにより、この液晶表示素子は、より白黒に近い表示
が可能となる。

本発明において、液晶セルを構成する基板は光学的に等
友釣な透明基板であればよく、ガラス、プラスチック等
が使用可能である。

この内、具体的な内容の表示を行う第１の液晶セルを構
成する基板には、電極が形成され、所望の電極間に電圧
を印加することにより液晶をオンオフして表示を行う、
この電極としては通常Ｉ　Ｔ　Ｏ（ＩｎｔＯｉ−３ｎｏ
ｗ）　、Ｓｎｏｗ等の透明電極及びこれに必要に応じて
組み合わされたＡＩ、Ｃｒ、Ｔｉ等の低抵抗リードが使
用でき、所望のバターニングがされる。この代表的な例
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
のストライブ状の電極が形成され、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がなされる
。

液晶分子を配向させるための処理は、公知のラビング法
、斜め蒸着法等が使用でき、必要に応じて、電極上に５
１０ｍ、　Ｔｉ１ｔ、　ＡＩＪｓ等の無機材料の膜及び
／又はポリイミド、ポリアミド等の有機材料の膜を形成
した後、配向処理されればよい。

なお、本発明では、白黒表示に近い表示が得られるため
、カラーフィルターを併用してカラフルな表示が可能と
なる。特に、高デユーテイ駆動でも、コントラスト比が
高く採れるため、フルカラーによる階調表示も可能であ
り、液晶テレビにも使用できる。

このカラーフィルターは、セル内面に形成することによ
り、視角によるズレを生じなく、より精密なカラー表示
が可能となる。具体的には、電極の下側に形成されても
よいし、電極の上側に形成されてもよい。

また、上記説明では、電圧を印加しない第２の液晶セル
を上に配置したが、逆に下に配置してもよい。

また、より色を完全に白黒化する必要がある場合には、
色を補正するためのカラーフィルターを併用したり、特
定の波長分布を有する照明を用いたりしてもよい。

本発明の液晶表示素子は、黒い背景に白色の表示となる
ため、通常はネガ型の表示となり、透過型で使用される
ことか多いが、反射型ての使用も可能である。また、反
射型の場合には背景部分を印刷により白色に近い色とし
、表示したくない部分に選択電圧を印加するように、逆
の駆動をすることもできる。

本発明の液晶表示素子は、第１の液晶セルの一方の透明
電極を複数の行状に配置し、他方の透明電極を前記行に
ほぼ直交するように複数の列状に配置し、それらの行電
極群と列電極群とを夫々行電極群駆動回路及び列電極群
駆動回路に接続し、第１の液晶セルのみに電圧を印加し
て駆動を行うタイプの液晶表示装置に好的であり、特に
、ドツトマトリックスタイプの液晶表示装置に適してい
る。

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。

［作用１ 本発明の動作原理については、必ずしも明らかではない
が、およそ次のように推定できる。

即ち、第１の液晶セルに電界が印加されていない状態に
おいて、第１の液晶セルに進入した直線偏光が、この第
１の液晶セルを出射する時にだ円偏光化される。このだ
円偏光が第２の液晶セルに進入し、出射する時には、ほ
ぼ直線偏光化され、入射光側の偏光方向とほぼ平行な方
向に偏光軸をもつこととなる。この出射光に対し、直交
して偏光軸を設けると、光の吸収が起こり、黒色化する
。

実際の駆動においては、オフ時においても非選択電圧が
印加されるため、完全な補償状態からはずれることとな
る。そのため、第１の液晶セルと第２の液晶セルのΔｎ
の波長分散を同じにすると、このオフ時のぬけＩ）色は
青味を帯びることとなる。そこで、第２の液晶セルに波
長分散の小さい液晶を用いると、青色波長での補償状態
が異なって、結果としてより黒に近い黒レベルを実現で
きる。

一方、第１の液晶セルに電界が印加された状態において
は、第１の液晶セルの液晶分子の配列が変わり、常に電
界が印加されていない第２の液晶セルの出射側で、入射
側の偏光方向とほぼ直交する方向に偏光軸が偏り、出射
側に配置された偏光板をそのまま通過するので、電界印
加部（電気的に選択されたセグメント部）が白色化し、
結果として白と黒との表示色になる。

この白状態においては、通常の条件では、黄色味を帯び
るが、本発明の条件においては、より白に近い白レベル
を得ることができる。

これにより、従来のスーパーツイスト液晶表示素子が黄
緑色と暗青色、青紫色と淡黄色等特定の色相の組み合せ
でのみ良好なコントラストを示したのに対し、本発明で
は、鮮明な白黒表示で高コントラスト比が可能となる。

本発明では、時分割特性がスーパーツイスト液晶表示素
子と同程度であるうえ、前述したように鮮明な白黒表示
が可能なため、赤、緑、青の三原色の微細カラーフィル
ターをセル内面等に配置することにより、高密度のマル
チカラー液晶表示素子とすることも可能である。

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、カラー表示をとゎず種々の用
途に使用可能である。

［実施例１ 次に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１ 第１図及び第２図のような構成を有する液晶表示素子を
作成した。

１枚目の基板として、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バターニングし、ポリイミド
のオーバーコートをし、これをラビングして配向層を形
成した基板を使用した。

２枚目の基板として、１枚目の基板とガラス基板上に設
けられたＩＴＯ透明電極を１枚目の幕板と直交するよう
にストライプ状にパターニングし、ポリイミドのオーバ
ーコートをし、これをラビングして配向層を形成すると
ともに、電極の形成されていないその裏側にもポリイミ
ドのオーバーコートをし、これを表側と直交するような
方向にラビングして配向層を形成した基板を使用した。

３枚目の基板として、電極の形成されていない単なるガ
ラス基板を使用し、ポリイミドのオーバーコートをし、
これをラビングして配向層を形成した基板を使用した。

この３枚の基板の周辺をシール材でシールして、液晶を
注入する層を２つ形成した。この第１の液晶層には、メ
ルク社製の混合液晶ｒ　ＺＬＩ−３３２９Ｊを封入し、
第２の液晶層には、メルク社製の混合液晶ｒ　ＺＬＩ−
３２７６Ｊを封入した。

この第１の液晶層の混合液晶ｒ　ＺＬＩ−３３２９Ｊの
波長分散の比Δｎ　、　４００　／Δｎ、ｔｏｏは１．
２３であり、第２の液晶層の混合液晶ｒ　ＺＬＩ−３２
７６Ｊの波長分散の比Δｎ　、　４００　／Δｎ１°０
は１．１６であつた。即ち、（Δｎ１→００／Δｎ、ｙ
ｏｏ）　　（Δｎ、４００／Δｎ、ｙｏｏ　）の値は０
．０７であった。

これらの両方の液晶層のツイスト角はともに２４０１と
し、互いに逆ねじれとし、Δｎ、・ｄ、とΔｎ、・ｄ、
の値はともに０．８μｍとした。

この液晶セルの両面に夫々偏光板を隣接の対向した基板
の液晶分子軸の交差角を等分した方向に配置した。これ
により、一対の偏光板の偏光軸は直交する状態とされた
。

この液晶表示素子を裏側に冷陰極放電骨付のバックライ
トを配置して、　１／２００デユーテイ、ｌ／１５バイ
アスで駆動した。

比較例として、２つの液晶層に共にメルク社製の混合液
晶ｒ　ＺＬＩ−３３２９Ｊを封入して、Δｎｌ・ｄｌと
Δｎオ・ｄ、の値はともに０．８μｍとした以外は実施
例１と同様にして液晶表示素子を製造した。この比較例
の液晶表示素子も実施例と同様の条件で駆動した。

第３図は、これら実施例と比較例の駆動時の表示色の状
態を示す図であり、ｒＯＪはこの実施例のオン状態を、
「・」はこの実施例のオフ状態を、「口」は比較例のオ
ン状態を、「■」は比較例のオフ状態を示している。

この図からも明らかなように、オン状態、オフ状態のい
ずれにおいても実施例の素子は比較例の素子よりも夫々
よりＣ光源に近い色を示しており、この実施例が比較例
よりもより白黒に近いことがわかる。

なお、この実施例の素子の、非選択電圧に相当するセグ
メントは黒色、選択電圧に相当するセグメントは白色で
あり、コントラスト比（画素部分）は約３０であった。

実施例２ 実施例１の液晶表示素子の電極上にストライプ状に３色
のカラーフィルター層を形成して駆動したところ、中間
調においても良好な色再現性を有するフルカラーの階調
駆動が可能であった。

［発明の効果コ 以上に説明したように本発明は、従来のスーパーツイス
ト液晶表示素子と同等またはそれ以上のコントラスト比
を持ちながら、より白黒に近い表示が可能となり、表示
として鮮明でかつ表示品位が高い表示が得られる。

また、時分割表示特性や視野角の広さも従来のスーパー
ツイスト液晶表示素子と遜色ない等の優れた効果を有す
る。

また、表示が白黒に近いということから、カラーフィル
ターと組み合わせることにより、カラフルな表示が可能
となり、特に、赤、緑、青のカラーフィルターを画素ご
とに配置することにより、マルチカラーやフルカラーの
表示も実現できるという効果も認められ、より多様性の
ある応用が開ける。

本発明は、本発明の効果を損しない範囲内で公知の液晶
表示素子に使用される種々の応用が可能なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶表示素子を模式的に現わした
斜視図である。 第２図（Ａ）（Ｂ）は、夫々上から見た第１図の上側の
第２の液晶セル及び下側の第１の液晶セルの液晶分子軸
方向と隣接する偏光板の偏光軸の相対位置を示した平面
図である。 第３図は、実施例及び比較例の表示色を示す色度図であ
る。 】、２は偏光板、 ３は電圧印加をしない第２の液晶セル、４は電圧印加を
する第１の浦晶セル、 ５は上側の偏光板ｌの偏光軸、 ６は下側の偏光板２の偏光軸、 ７は第２の液晶セルの上側の液晶分子軸方向、８は第２
の液晶セルの下側の液晶分子軸方向、９は第１の液晶セ
ルの上側の液晶分子軸方向、１０は第１の液晶セルの下
側の液晶分子軸方向鴛２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ほぼ平行に配置された一対の透明電極基板間に、
   旋光性物質を含有し、その電圧無印加時における両電極
   間での液晶分子のツイスト角を１６０〜３００°とした
   誘電異方性が正のネマチック液晶を挟持した第１の液晶
   セルと、ほぼ平行に配置された一対の基板間外側に、旋
   光性物質を含有し、その電圧無印加時における両電極間
   での液晶分子のツイスト角を第１の液晶セルとほぼ同じ
   ツイスト角で、かつそのらせん方向が逆であるネマチッ
   ク液晶を挟持した第２の液晶セルとを積層し、その外側
   に一対の偏光板を設置した液晶表示素子において、第２
   の液晶セルに封入した液晶の屈折率異方性Δｎ＿２の波
   長分散が、第１の液晶セルに封入した液晶の屈折率異方
   性Δｎ＿１の波長分散よりも小さくされたことを特徴と
   する液晶表示素子。
2. （２）第１の液晶セルと第２の液晶セルの隣接した液晶
   分子の配向方向がほぼ直交するように配置された請求項
   １記載の液晶表示素子。
3. （３）請求項１または２記載の液晶表示素子の第１の液
   晶セルの一方の透明電極を複数の行状に配置し、他方の
   透明電極を前記行にほぼ直交するように複数の列状に配
   置し、それらを夫々行電極群駆動回路及び列電極群駆動
   回路に接続し、第１の液晶セルのみに電圧を印加して駆
   動を行うことを特徴とする液晶表示装置。
4. （４）偏光板の偏光軸が、対向した基板面上での液晶分
   子軸の交差角をほぼ等分する方向に配置されている特許
   請求の範囲第１項〜第３項のいず