JPH03252620A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、液晶表示素子に係り、特に表示色を無彩色化
した時分割駆動用液晶表示素子に関する。

（従来の技術） 近年、ワードプロセッサ、パーソナル・コンピュータ等
において表示容量の増大化や表示面積の大型化の要求が
高まり、高時分割駆動が可能な液晶表示素子として、一
対の基板間で液晶分子のツイスト角を１８０〜３６０°
と大きくした、いわゆるスーパツイスト型の液晶表示素
子が広く用いられている。

例えば特開昭６０−１０７０２号公報記では、ツイスト
角を１８０〜３６０°とするとともに、表示に複屈折効
果を利用したＳＢＥ　（スーパツィステッド・バイリフ
リンジエンス・エフェクト）型と称する複屈折率制御型
の液晶表示素子が提案されている。

この液晶表示素子は、一対の基板の外側に設ける偏光板
の配置の仕方により、２つの動作モードがある。１つは
、オフ状態（電圧無印加、または液晶分子が充分に応答
しない程度の電圧を印加した状態）で明るい黄色の表示
、オン状態（ある程度以上の電圧印加により、液晶が電
界方向に沿うように配列を変えた状態）で黒の表示が得
られるイエローモード（ポジティブモード）である。他
の１つは、オフ状態で深い青色の表示、オン状態で透過
となるブルーモード（ネガティブモード）である。

このＳＢＥ型液晶表示素子では、電圧に対する透過光の
変化が急峻であり、多桁のマルチプレックス駆動をした
場合においても、高コントラストで視野角も広いという
利点がある。しかしながら、黄色の背景に黒の表示（イ
エローモード）、あるいは青色の背景に白の表示（ブル
ーモード）であり、背景色は無彩色ではなく色付きがあ
るため、観察者の視感により視認性評価が異なり、人に
よってはその背景色により視認性（コントラスト等）が
低下していると評価する者もいる。また、色付きがある
ためカラーフィルタを配設することによるカラー化が不
可能であった。

そこで、ＳＢＥ型液晶表示素子を無彩色表示化するため
に、種々の提案がなされている。例えば特開昭８３−１
５１９２４号公報では、ＳＢＥ型液晶表示素子に補償用
の液晶素子や光学フィルムを重ね、液晶表示素子による
複屈折を補償して無彩色表示化することが提案されてい
る。しかし、補償用の液晶素子や光学フィルムを別途付
加するため、価格が上昇し、また製造工程も複雑なもの
となる。

更に、補償用の液晶素子や光学フィルムは、リタデーシ
ョン値に僅かに面内ムラがあっても表示ムラとなるため
、高精度に均一であることが要求され、これらの補償用
の液晶素子や光学フィルムの生産を困難にしている。

また他の例として特願昭８３−３０７８０号では、ＳＢ
Ｅ型液晶表示素子の液晶材料に二色性染料を混合した、
いわゆるＧＨ（ゲストホスト）型液晶表示素子が提案さ
れている。

この液晶表示素子は、基本的にはネガティブモトのＳＢ
Ｅ型液晶表示素子に正の二色性黒色染料を混合した液晶
を用いて、無彩色表示化するものである。この液晶表示
素子では、オン状態では、染料分子は、液晶分子ととも
に基板に垂直に近い状態に配列を変えるため、染料によ
る吸収は小さく白色となる。一方、オフ状態では、液晶
層を通過する光は、液晶分子に沿って配列した黒色染料
により吸収され、透過率は著しく低下し、黒の表示色と
なる。

このＧＨ型液晶表示素子では、液晶に染料が添加されて
いるのみなので、前述の補償用の液晶素子や光学フィル
ムを重ねたタイプの液晶表示素子はどの価格上昇はなく
、また液晶セルに要求される精度はＳＢＥ型と同等であ
る。また電圧に対する応答は、液晶分子のツイスト角を
９０°としたＴＮ（ツイストネマチック）型よりも急峻
である。

しかし、オフ状態では複屈折による着色を抑えて黒色表
示とするために、多量の色素添加を行なう必要があり応
答速度、透過率など素子の性能を悪化させることになる
。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、複屈折効果を利用したＳＢＥ型液晶表示
素子では背景に色付きがあり、また無彩色化するために
補償用の液晶素子や光学フィルムを付加した液晶表示素
子では製造が困難であり、更にＧＨ型液晶表示素子では
高速応答で高透過率の液晶表示素子を得ることができな
かった。

本発明は、上記従来の問題点を解決しようとするもので
は、表示が無彩色で高コントラスト、広視野角、高透過
率、かつ高速応答の液晶表示素子を提供することを目的
とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の液晶表示素子は、それぞれ表面に電極が形成さ
れ、距離ｄで対向設置された一対の基板と、これら基板
の対向面に形成され、液晶分子を前記一対の基板間で１
８０〜２７０度の範囲内で所定のツイスト角φで捩れ配
向させる分子配向膜と、前記基板間に挟持された少なく
とも１種以上からなる負の二色性染料が混合された液晶
組成物と、前記基板に隣接して配置され、光軸の方向が
隣接した基板近接の前記液晶分子の分子軸の方向と一致
しておらず、かつ互いの光軸のなす角が４５〜９０度の
範囲内にある２枚の偏光板とを具備し、前記液晶組成物
の複屈折率をΔｎ１前記分子配向膜と近接する液晶分子
の長軸とがなすプレチルト角をθとしたとき、下記関係
式を満足することを特徴とする液晶表示素子である。

０．３５≦Δｎ・ｄ−ｃｏｓ２θ≦０．７５（作　用） 本発明は、基本的にはポジティブモードのＳＢＥ型液晶
表示素子において液晶組成物に負の二色性染料を混合し
たものである。負の二色性染料は、染料分子の長軸方向
の吸光度がそれと垂直方向（短軸方向）の吸光度に比べ
て小さいものである。このため、第１図に示すように、
液晶層２６に電圧を印加しないオフ状態においては染料
分子１１は基板２４．２５に対しほぼ平行となり光を殆
ど吸収せず、オン状態では染料分子１１が基板２４．２
５に対しほぼ垂直になって特定の波長の光を吸収する。

ここで、二色性染料として黒色のものを用いると上記動
作のオン状態において黒表示を得ることができる。

特に、オン状態では黒表示がポジティブモードのＳＢＥ
型液晶表示素子における複屈折効果による黒表示と黒染
料による黒表示との相乗効果により得られるので、−層
透過率が低くなり、非常にコントラストの高い表示を得
ることができる。特願昭８３−３０７８０号に記載のネ
ガティブモードのＳＢＥ型液晶表示素子を正の二色性染
料を用いて白黒表示化する技術、即ち、黒表示をオフ状
態における複屈折による表示の着色を染料の効果で黒色
化するようにした技術に比べ、黒表示の実現にあたり添
加する染料濃度が少なくて良い。このため、本発明によ
れば、染料が応答速度、透過率等に与える悪影響も非常
に少なくてすむという大きな利点がある。

なお、本発明においては、オフ状態における複屈折率効
果による着色を防止するため、液晶組成物の複屈折率△
ｎとセル厚ｄの設定には注意を要する。

即ち、第２図に示すセル構成及び第３図に示す偏光板配
置（これらの説明は実施例１を参照）で、上記の二色性
染料を含まない場合において、一般に液晶分子のツイス
ト角φ、プレチルト角θ、偏光板の角度をＰｒ、、Ｐｆ
としたとき、複屈折による透過光強度Ｔｒは次の式によ
り与えられる。

Ｔｒ　＝　ｆｃｏｓβ−ｃｏｓ（φ＋Ｐｒ−Ｐｆ）＋（
ｓ１ｎβ／ｊｌ　＋ａ２）　ｓｉｎ　（φ＋Ｐｒ−Ｐｆ
）＋２＋ ２ （α　／（１＋α　）　ｌ　ｓｉｎ　２β・Ｃ０８２（
φ−Ｐｒ　−Ｐｆ　） α−（△ｎ−ｄ−ｃｏｓ２θ）・π／φλβ−φ／ｉ１
゜ この式を用い、オフ状態で、波長λに対する透過光強度
をリタデーションＲ（−Δｎ−ｄ−ｃｏｓ２θ）を変え
ながら求めたものを第４図から第６図に示す。

第４図ａ　−ｅは、それぞれφ−２４０度としてＲを０
．３．０．５．０．６．０．６．０．７及び０．９と変
えた場合の結果である。ここで偏光板はオン状態におい
てＲとはほぼ無関係に最も黒く　（無彩色）かつ透過率
が低くなるように、第１及び第２の偏光板３２．３３の
偏向軸を互いに直交させ、常にその状態を保ったままで
３０度ごとに回転して計算した。

なお、Ｐｆ　−Ｐｒ　＋９０度とし、Ｐｒ−０度、３０
度。

６０度、９０度、１２０度、１５０度、１８０度の場合
について計算した。

さて、上述の計算結果を検討すると以下の結論が得られ
る。

まず、φ−２４０度の場合にはＲ＝０．８からＲ−〇、
７程度の時が、オフ状態で最も透過率が高くかつ波長依
存性が少ない。

また、Ｒが０．３５〜０．７５の範囲からはずれた場合
、例えばＲ＝０．３のように小さい側ならば透過率の波
長依存性が小さいが、透過率が低いためオン状態とのコ
ントラストは非常に小さくなる。一方、Ｒ＝０．９のよ
うに大きい側ならば透過率の波長依存性が大きく激しく
色付く。

なお、ツイスト角φを１８０度〜２７０度の間で変えた
場合にも、上記φ−２４０の場合と同様の傾向０ の結果が得られる。但し、オフ状態で最も透過率が高く
かつ波長依存性が少なくなる最も好ましいリタデーショ
ンＲの値は、φの値により少し変化し、φ−１８０度の
時は、Ｒ−０，５程度、φ−２４０度の時はＲ＝０．７
程度である。それぞれの場合の計算結果を第５図および
第６図に示す。

以上のような検討から、良好な白黒表示を得るにはリタ
デーションＲは０．３５〜０．７５の範囲で選ぶのが望
ましいことが判る。

また、オフ時の微小な着色を補う色の二色性染料を用い
ることも効果的である。即ち、例えば第４図Ｃに示すよ
うにＲ＝０．６μｍの場合、複屈折による透過率は波長
λが約４８０ｎｍにおいて最大となっており、そのオフ
時の表示はやや青味〜緑味がかったものとなっている。

このものに対しては、負の二色性染料として、完全な黒
色染料を用いるのではなく、最大吸収波長が約４８０ｎ
ｍの補色の負の二色性染料を使用するとオフ時において
、多少でもこの波長の光を吸収するので色味の調整がで
き、良好な色味、コントラストの表示を行なうことがで
きる。

なお、本発明は、前述のように基本的にはポジティブモ
ードのＳＢＥ型液晶表示素子において液晶組成物に負の
二色性染料を混合したものである。

このため、液晶分子を一対の基板間で１８０〜２７０度
の範囲内で所定のツイスト角φて捩れ配向させ、また基
板に隣接して配置される２枚の偏光板は、その光軸の方
向が隣接した基板近接の液晶分子の分子軸の方向と一致
しておらず、かつ互いの光軸のなす角が４５〜９０度の
範囲内となるように配置される。

（実施例） 〈実施例１〉 本発明に係る液晶表示素子の実施例を第１図乃至第３図
を用いて説明する。

第２図は本発明の液晶表示素子の断面図を示す。

透明電極２０．２１とポリイミドからなる配向膜２２゜
２３が形成された基板２４．２５とがほぼ平行に設置さ
れており、この間には負の二色性色素を混合した液晶組
成物２６が封入されており、その周囲はエポ１ ２ キシ接着剤からなるシール剤■７で封止固定されており
、液晶セル９となっている。このようなセルの上下に第
１および第２の偏光板３２．３３が設置されている。

配向膜２２，２３上の液晶分子配向制御は、ラビング処
理によってなされ、ラビング方向と配向方向は一致する
。ラビング方向と偏光板の偏光軸の定義を第３図に示す
。この図は第２図における第２の偏光板１９側上方より
見た状態であり、ｐ、ｐ’はそれぞれ第１．第２の偏光
板の偏光軸、ｒ汀°はそれぞれ配向膜２２，２３のラビ
ング軸方向を示す。なお、ラビング方向ｒ、ｒ’は基板
間で液晶分子がツイスト角２４０度で左回りに捩れ配向
するようになされた。第１、第２の偏光板の偏光軸の角
度はｒからの角度Ｐ　ｒ　％　Ｐ　ｆで定義する。セル
厚ｄは６．７μｍとした。液晶組成物２６としては複屈
折率Δｎが０．０９３である。ＲＮ４２４４　（Ｆ、ホ
フマンラロシュ社製）に、左回りのカイラル剤Ｓ−８１
１（Ｅ、メルク社製）を添加したものを用いた。またプ
レチルト角θは約３度である。従って、リタデーション
Ｒ（△ｎ−ｄ−ＣＯ８２θ）は０．６２となる。

なお、液晶組成物には、各色の単色染料を適当に混合し
調整した黒色を示す負の二色性染料を１ｗｔ％添加した
。

偏光板の角度をＰｒ＝−２５度、Ｐｆ＝５５度とし、オ
ン・オフの動作をさせたところ、オフ状態で僅かに緑が
かった白、オン状態で良好な黒を示す白黒表示が得られ
た。この時の分光透過率曲線を第７図に示す。またコン
トラスト比は１０以上、オフ時の透過率は約１５％が得
られた。

なお、第８図は染料を含まないホスト液晶の複屈折によ
る分光透過率曲線、第９図は染料の分光透過率曲線（光
入射側にラビング方向と吸収軸を一致させた偏光板を１
枚だけ設置して測定）である。

〈実施例２〉 実施例１においてはオフ状態では完全な白表示とはなら
ず、約５００ｎｍ付近に緩かな透過率のピクを持つ薄縁
がかった色となった。この色付き３ ４ を補正し、白表示とするため、黒色を示す負の二色性染
料の色味を第１０図のように５００ｎｍ付近に緩かな吸
収ピークを持ち僅かに赤味がかった色を示す様に調整し
、これを用いたところ、良好な白黒表示が得られた。こ
の時に分光透過率曲線を第１１図に示す。コントラスト
比は１０以上、オフ時の透過率は約１５％が得れた。

く比較例〉 実施例１におけるセル構成から偏光板の角度の変更及び
染料を正の二色性染料に変更することにより、ネガティ
ブモードのＳＢＥ型液晶表示素子の構成で白黒化する方
法の液晶表示素子を作成した。

偏光板はＰｒ＝６０度、Ｐｆ＝５２度とした。その結果
この方法によってもコントラスト比１０程度の白黒表示
を得ることができたが、その場合染料濃度は３ｗｔ％必
要とし白表示時の透過率は約５％しか得られず、実施例
１に比べかなり暗い表示となった。

Ｆ発明の効果］ 本発明によれば、表示が無彩色（白黒）で、高コントラ
スト、高視野角、高透過率かつ高速応答の液晶表示素子
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示素子の作用を説明する図、第
２図は本発明の一実施例の液晶表示素子の断面図、第３
図は本発明の液晶表示素子における配向方向と偏光板の
偏光軸との関係を示す図、第４図乃至第６図はリタデー
ションと分光透過率曲線との関係を示す図、第７図は実
施例１の液晶表示素子の分光透過率曲線を示す図、第８
図は実施例１の液晶表示素子においてホスト液晶のみの
場合の分光透過率曲線を示す図、第９図は実施例１にお
いて使用した染料の分光透過率曲線を示す図、第１Ｏ図
は実施例２において使用した染料の分光透過率曲線を示
す図、第１１図は実施例２の液晶表示素子の分光透過率
曲線を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 それぞれ表面に電極が形成され、距離ｄで対向設置され
   た一対の基板と、これら基板の対向面に形成され、液晶
   分子を前記一対の基板間で１８０〜２７０度の範囲内で
   所定のツイスト角φで捩れ配向させる分子配向膜と、前
   記基板間に挟持された少なくとも１種以上からなる負の
   二色性染料が混合された液晶組成物と、前記基板に隣接
   して配置され、光軸の方向が隣接した基板近接の前記液
   晶分子の分子軸の方向と一致しておらず、かつ互いの光
   軸のなす角が４５〜９０度の範囲内にある２枚の偏光板
   とを具備し、前記液晶組成物の複屈折率をΔｎ、前記分
   子配向膜と近接する液晶分子の長軸とがなすプレチルト
   角をθとしたとき、下記関係式を満足することを特徴と
   する液晶表示素子。 ０．３５≦Δｎ・ｄ、ｃｏｓ＾２θ≦０．７５