JPH0424613A - ２層型液晶ディスプレイ装置 - 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】 「産業上の利用分前」 本発明は２層型液晶ディスプレイ装置に係わり、特に、
２個の液晶セルに電圧を印加すると、液晶分子の傾斜方
向が互いに反対となる様になっている光学的特性の視覚
依存性が小さい２層型液晶ディスプレイ装置に関するも
のである。

「従来の技術」 負の誘電率異方性を有する液晶を用い、電界制御複屈折
効果（ＥＣＢ効果）を利用した液晶ディスプレイは、直
交ニコルで用いた場合には電界無印加時で完全に黒とな
り、平行ニコルで用いた場合には白を表示することがで
きるので、コントラスト しきい特性も急峻であり、階調表示も可能である等の特
長を有しており、単純マトリクス型のフルカラー液晶デ
ィスプレイ装置に適している。

しかしながらＥＣＢ効果を利用した液晶ディスプレイ装
置は、垂直から僅かに傾いた液晶の分子配向を簡便に実
現する二とが困難であり、視角依存性も大きいという問
題点があった。

液晶は正の一軸性結晶である。従って負の誘電率異方性
を有する液晶を採用したＥＣＢ型デビデイスプレイ装置
角依存性が大きくなる理由は、電圧無印加時に液晶セル
の法線方向から見た場合には、液晶分子の光軸に平行に
見ることになるので複屈折性は生じないが、斜め方向か
ら見た場合乙こは、複屈折が生に、電圧無印加時にも直
交ニコルの時には光が透過してしまい、並行ニコルの時
ζごは光が楕円偏光となり完全に透過しないため暗くな
ってしまうからである。

前記傾斜垂直配向に関しては、本出願人よりラビング法
を用いた新規な配向方法が提案され、簡便な処理方法が
実現されている。そして視角依存性を小さくするなめに
、複屈折性を有する高分子フィルムを用いて電圧無印加
時の視角依存性を補償することのできるＥＣＢ型液晶デ
ィスプレイ装置が開発された。

［発明が解決しようとする課題」 しかしながら上記複屈折性を有する高分子フィルムを用
いて視角依存性を補償する方法は、電圧無印加時の視角
依存性は補償することができるが、電圧印加時の視角依
存性を補償することができないという問題点があった。

この視角依存性な第３図に基づいて詳細に説明する。第
３図に示す様に液晶分子が傾く平面内において、視角を
液晶分子が傾く方向を正、その反対方向を負として定義
する。そして電圧印加時には液晶分子が傾くので、Ｚ軸
方向から見たときに屈折率の楕円が第３図（ｃ）から、
視角が正の方向に大きくなって行くに従い、第３図（ｄ
）の揉に液晶分子の傾斜角度までは、屈折率の楕円の楕
円率が小さくなり複屈折性は小さ（なる。また液晶分子
の傾斜角と視角が一致した場合、即ち、液晶分子の光軸
と視角が一致した場合には、第３図（ｅ）の様に屈折率
の楕円は円に縮退し、液晶分子が複屈折性を示さなくな
る。更に視角が大きくなると、第３図（ｆ）、（ｇ）に
示す様に、再び屈折率の楕円の楕円率が大きくなり複屈
折性が大きくなる。このため直交ニコルのもので液晶分
子の傾斜方向に視角を大きくしていくに従い徐々に暗く
なり、液晶分子の傾斜角と視角方向が一致した場合には
、完全な遮光状態となる９更に視角が大きくなると、再
び徐々に明るくなるという現象が生じる。

オな、液晶分子の傾斜方向と反対の方向に視角を取った
場合には、第３図（ｂ）、（ａ）の様に屈折率の楕円の
楕円率が大きくなり複屈折性が大きくなる。このなめセ
ルのリタデーションが大きくなり、透過率の変動や着色
等の現象が生じるという問題点があった。従って、基板
法線方向から見たときにリタデーションが１／２波長に
なる様に（即ち、透過光強度が最大になる様に電圧を印
加）した場合に、液晶分子の傾斜方向に視角を取ると、
液晶セルのリタデーションが小さくなり、暗くなること
になる。逆に、液晶分子の傾斜方向と反対方向に視角を
取れば、液晶セルの複屈折性が大きくなり、波長による
リタデーションの差が大きくなるため、着色して見える
という問題点があった。

「課頭を解決するための手段」 本発明は−Ｆ記課題に鑑み案出されたもので、第１の液
晶セルと第２の液晶セルとからなる２層型液晶ディスプ
レイであって、電圧を印加した場合の第１の液晶セルに
封入された液晶分子の傾斜方向と、電圧を印加した場合
の第２の液晶セルに封入された液晶分子の傾斜方向とが
、互いに反対となる様に構成されている。

戸な本発明は、対向する一対の電極と有する第１の透明
基板と該透明基板間に封入された第１の液晶素材とから
なる第１の液晶セルと、対向する一対の電極を有する第
２の透明基板と該透明基板間に封入された第２の液晶素
材とからなる第２の液晶セルとからなっており、前記第
１及び第２の液晶素材が負の誘電率異方性を有する液晶
であり、電圧を印加した場合の第１の液晶セルに封入さ
れた第１の液晶分子の傾斜方向と、電圧を印加した場合
の第２の液晶セルに封入された第２の液晶分子の傾斜方
向とが、互いに反対となる様に構成されている。

そして本発明は、第１の液晶セルと第２の液晶セルが、
等しいリタデーションを有する様に構成することもでき
る。

「作用」 以上の様に構成された本発明は、第１の液晶セルに電圧
を印加した時の液晶分子の傾斜方向と、第２の液晶セル
に電圧を印加した時の液晶分子の傾斜方向とが、互いに
反対となる様になっている。

また本発明は、対向する一対の電極を有する第１の透明
基板と該透明基板間に負の誘電率異方性を有する液晶素
材を封入して第１の液晶セルを構成し、対向する一対の
電極を有する第２の透明基板と該透明基板間に負の誘電
率異方性を有する液晶素材を封入して第２の液晶セルを
構成し、電圧を印加した場合の第１の液晶セルに封入さ
れた第１の液晶分子の傾斜方向と、電圧を印加した場合
の第２の液晶セルに封入された第２の液晶分子の傾斜方
向とが、互いに反対となる様になっている。

そして本発明は、セル法線方向からみて１層型ＥＣＢセ
ルと同じ特性を有する２層型ＥＣＢセルにおいては、応
答回復時間を１／′４に高速化することができる。

「実施例」 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は２層型ＥＣＢセル１の構成を示すものであり、
２層型ＥＣＢセル１は、第１の液晶セル２と第２の液晶
セル３とからなっている。第１の液晶セルは、負の誘電
率異方性を有する液晶を用い、電界制御複屈折効果（Ｅ
ＣＢ効果）を利用したセルである。第１の液晶セル２は
、対向する一対の第１の基板２１．２１と、この第１の
透明基板２１．２１に形成された第１ｃｒ）透明電極２
２．２２と、第１の配向層２３．２３と、第１の液晶素
材２４とからなっている。第１の透明基板２１．２１は
、フロートガラスやポリエステルフィルムから構成され
ているが、透明性が高く表面が平坦であれば何れの材料
を採用することができる。第１の透明電極２２．２２は
、第１の液晶素材２４に電圧を印加するためのもので、
ＮＥＳＡＭやＩＴＯ膜を採用することもできるが、透明
性が高く、電気抵抗の低いものであれば、何れの電極部
材を使用することができる９第１の配向層２３は、Ｉｎ
２Ｏ３膜やＳｉＯを第１の透明基板２１に垂直蒸着した
もの、或は有機Ｓ　ｉ　Ｏ（ＯＣＤ）を第１の基板２１
にスピンコードしたもの等を採用することができる。更
にＤＭＯＡＰ等の垂直配向剤を使用し、ラビングマシン
等を利用して傾斜垂直配向を実現している。この傾斜垂
直配向処理は、回転するラビングローラーと水平移動台
を組合せ、適宜の重１をラビングローラーに印加させる
ことにより、液晶分子の傾斜角を調整することができる
。

ゴな、ラビング法に限らず、斜め蒸着法により傾斜垂直
配向処理を行うことができる。本実施例では第１の液晶
素材２４にチッソ■製のＥＮ−３８を使用しているが、
負の誘電率異方性を有する液晶であれば何れの液晶材料
も採用することができる。

同様に第２の液晶セル３は、対向する一対の第２の透明
基板３１．３１（但し本実施例では一方の第２の透明基
板３１が、第１の透明基板２１と共用となっている。）
と、この第２の透明基板３１．３１に形成された第２の
透明型［ｉ３２．３２と、第２の配向層３３．３３と、
第２の液晶素材３４とからなっている。

なお本実施例では、第１の透明基板２１の一方と、第２
の透明基板３１の一方とが共通となっている。本明細書
では一つの透明基板が、第１の透明基板２１と第２の透
明電極３１を兼ねる構成を含むものである。

第２の液晶セル３は、第１の液晶セル２と同様な構成と
なっており、はぼ同一の特性となっている。しかしなが
ら、第１の液晶セル２及び第２の液晶セル３のそれぞれ
に電圧を印加した場合の液晶分子の傾斜方向が互いに反
対方向となっている。

従って第１の液晶セル２と第２の液晶セル３の電圧印加
時に、第１の液晶セル２の液晶分子の傾斜方向に視角を
取れば、第１の液晶セル２では視角が大きくなるに従い
複屈折性は小さくなる。これに対して第２の液晶セル３
は、液晶分子の傾斜方向と逆の方向に視角を収ることに
なり、複屈折性は大きくなる。このために第１の液晶セ
ル２と第２の液晶セル３を積層した場合、複屈折性の視
角依存性が抑えられ、２層型ＥＣＢセル１全体ては光字
的特性が補償されることになる。

また電圧印加時に第１の液晶セル２の液晶分子の傾斜方
向と反対側では、視角が大きくなるにつれ複屈折性が第
１の液晶セル２では大きくなる。

これに対して第２の液晶セル３は、複屈折性は小さくな
ることになる。従って、この場合にも光学的特性の視角
依存性が補償されることになる。

次に本実施例の数値計算によるシミュレーションについ
て説明する９ 本シミュレーションは、電圧印加時の液晶分子の分子配
向を連続体理論により求め、この後にＢｅｒｒｅｍａｎ
の４×４マトリクス法により光学的な特性を計算するこ
ととした。なお座標は、第２図に示す様に定義しな９セ
ル基板の法線方向を２軸とし、視角方向は極力α、方位
角βで示すことにする。液晶分子の傾斜方向はβ−４５
°とした９偏光子は直交ニコルとし、Ｘ及びｙ方向に偏
光方向を一致させるものとする。更にシミュレーション
に用いた液晶の物理定数は、ＥＮ−３８を考慮して表１
に示すものを用いた。

このシミュレーション結果を示したのが第４図から第１
２図である。第４図は、セルの法線方向における透過率
の印加電圧依存性を示したものである。なお印加電圧は
プレチルト角が０度の場合のしきい値で規格化している
。なお本実施例における視角依存性の電圧粂件は基板法
線方向における透過率が１００％、即ち、液晶セルのリ
タデーションが１／２波長となる電圧を印加したものと
する。そして特に記載なき場合には、使用した波長は５
５０％ｍとする。

ここでリタデーションとは、常光と異常光の光路差を示
す量で、平行配向した液晶セルの場合、液晶の屈折率異
方性をＡｎ、セル厚をｄとすれば、電圧を印加しない時
のリタデーションＲはＲ＝　Ｊ　ｎ　ｄ となる。そして垂直配向した液晶セルの場合、電圧を印
加しなければリタデーションＲはゼロとなる。更に液晶
セルは、電圧を印加することによってリタデーションＲ
を変化させることができる。

第５図及び第６図は、各々１層型と２層型ＥＣＢセルに
おいて、極力αをパラメータとした透過率の方位角β依
存性をそれぞれ示したものて′ある。

両者を比較すると、１旧型ＥＣＢセルに比較して本実施
例の２層型ＥＣＢセル１は、極力αが大きくなっても透
過率のβ依存性が少ないこと、愛な、極力αが大きくな
っても透過率の低下が見られないことがわかる。この結
果、本実施例の２層型ＥＣＢセル１は１旧型ＥＣＢセル
に比較して視角依存性が改善されていることが理解され
る９第７図は、電圧印加時に液晶分子の傾斜方向（即ち
、方位角βを４５度とした場合）の透過率の極月依存性
である。この結果、１旧型ＥＣＢセル（ＥＣＢセル）の
視角依存性は非常に大きいが、これに比べ、本実施例の
２層型ＥＣＢセル１　（ＤＥＣＢセル）は、１旧型ＥＣ
Ｂセル（ＥＣＢセル）に比較してかなり視角依存性が改
善されることが理解される。また、セル法線方向に関し
て対称な特性を示すことがわかる。

第８図に方位角βを１３５度とした時の透過率の極月依
存性を示す。第７図と同様に本実施例の２Ｍ型ＥＣＢセ
ル１　（Ｄ−ＥＣＢセル）は、１旧型ＥＣＢセル（ＥＣ
Ｂセル）に比較してかなり視角依存性が改善されること
が理解される。

第９図は１旧型ＥＣＢセルにおいて、液晶の傾斜方向、
即ち、方位角βを４５度として、各波長をパラメータと
した場合の透過率の極月依存性を示したものである。計
算に用いた波長は、青が４５０％ｍ、緑が５５０％ｍ、
赤が６５０％ｍである。

第１０図は、本実施例の２層型ＥＣＢセル１において、
各波長企パラメータとした場合の透過率の極月依存性を
示したものである９ 第９図と第１０図を比較すると、１旧型ＥＣＢセルは液
晶分子の傾斜方向では、透過率が小さくなって表示が暗
くなってしまう。更に液晶分子の傾斜方向の反対側では
、各波長によるリタデーシゴンの差が大きくなり着色す
る。これに対して本実施例の２旧型ＥＣＢセル１は、各
波長のリタデーションの差が大きくならないなめ、着色
が抑えられ、透過率の大きな変化がなく、均一な表示が
得られる。

第１１図は液晶が傾く方向の法線方向（即ち、方位角β
を１３５度とした時）の１旧型ＥＣＢセルにおいて、各
色をパラメータとした場合の透過率の極月依存性を示し
たものである。

第１２図は、本実施例の２旧型ＥＣＢセル１において、
各色をパラメータとした場合の透過率の極月依存性を示
したものである。

第１ｊ図と第１２図を比較すると、どちらの場合にも着
色は見られないが、本実施例の２旧型ＥＣＢセル１の方
が視角依存性が優れていることが理解される。

ところで液晶セルにおいて応答回復時間は、セル厚の２
乗に比例することが知られている。同じリタデーション
を持った１層型と２層型のＥＣＢセルを比較した場合、
２層型ＥＣＢセルのセル厚は１層型の１／２になるなめ
、応答回復時間は１／４と高速になることが期待される
。

「効果」 以上の様に構成された本発明は、電圧を印加した場合の
第１の液晶セルに封入された液晶分子の傾斜方向と、電
圧を印加した場合の第２の液晶セルに封入された液晶分
子の傾斜方向とが、互いに反対となる様に構成されてい
るので、電圧印加時の光学特性の視角依存性を補償する
ことができるという卓越した効果がある。

更に本発明は、１Ｉｉｌ型の液晶セルの長所を損なうこ
となく、電圧印加時の光学特性の視角依存性を補償する
ことができるという効果がある。

そして本発明は、セル法線方向からみて１旧型ＥＣＢセ
ルと同じ特性と有する２層型ＥＣＢセルにおいては、応
答回復時間を１／４に高速化できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すもので、第１図は本実施例の
構成を示す図であり、第２図は座標の定義を説明する図
、第３図は視角依存性を説明する図、第４図〜第１２図
はシミュレーションの結果を説明する図である。 １　・　・ ２　・　・ ２１　・ ２２　・ ２３　・ ２４　・ ３　・　・ ３１　・ ３２　・ ３３　・ ２層型ＥＣＢセル 第１の液晶セル 第１の透明基板 第１の透明電極 第１の配向層 第１の液晶素材 第２の液晶セル 第２の透明基板 第２の透明電極 第２の配向層 ３４　・ ・第２の液晶素材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の液晶セルと第２の液晶セルとからなる２層
   型液晶ディスプレイであって、電圧を印加した場合の第
   １の液晶セルに封入された液晶分子の傾斜方向と、電圧
   を印加した場合の第２の液晶セルに封入された液晶分子
   の傾斜方向とが、互いに反対となる様に構成されている
   ことを特徴とする２層型液晶ディスプレイ装置。
2. （２）対向する一対の電極を有する第１の透明基板と該
   透明基板間に封入された第１の液晶素材とからなる第１
   の液晶セルと、対向する一対の電極を有する第２の透明
   基板と該透明基板間に封入された第２の液晶素材とから
   なる第２の液晶セルとからなつており、前記第１及び第
   ２の液晶素材が負の誘電率異方性を有する液晶であり、
   電圧を印加した場合の第１の液晶セルに封入された第１
   の液晶分子の傾斜方向と、電圧を印加した場合の第２の
   液晶セルに封入された第２の液晶分子の傾斜方向とが、
   互いに反対となる様に構成されていることを特徴とする
   ２層型液晶ディスプレイ装置。
3. （３）第１の液晶セルと第２の液晶セルが、等しいリタ
   デーションを有している請求項１〜２記載の２層型液晶
   ディスプレイ装置。