JPH04247432A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パーソナルコンピュー
ター、ワードプロセッサー、データ端末等の表示端末の
ような高密度表示に適した液晶表示素子に関するもので
ある。

【０００２】

【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
ドッ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．　Ｓｃｈｅｆｆｅｒ　　　ａｎ
ｄ　　　Ｊ．　Ｎｅｈｒｉｎｇ，　　　Ａｐｐｌ．，　
Ｐｈｙｓ．，　Ｌｅｔｔ．　４５　（１０）　１０２１
−１０２３　（１９８４）　）が知られていた。

【０００３】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△ｎと液晶層の厚みｄとの積△ｎ・
ｄの値が実質的に　０．８〜１．２　μｍの間にあり（
特開昭６０−１０７２０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。

【０００４】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、マルチ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。

【０００５】一方、同様な方式を使用し、液晶の複屈折
率と厚みとの積△ｎ・ｄを　０．６μｍ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．Ｓｃｈａｄｔ　ｅｔ　ａｌ
，　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　Ｌｅｔｔ．　５０（５）
，　１９８７，　ｐ．２３６　）。

【０００６】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。

【０００７】これらの高ツイスト素子で高品質な白黒表
示が実現できないのは、偏光板によって直線偏光化され
た入射光が液晶層を通過した後にだ円偏光となるため、
及び入射光の波長によりだ円偏光の主軸方向が大きく異
なるためであり、このことによって観察者側に設けられ
た偏光板による全波長にわたる制御を困難なものとして
いた。

【０００８】このように、これまでの高密度のドットマ
トリックス液晶表示素子では、高品質の白黒表示ができ
なかった。また、このことより、カラーフィルターと組
み合わせたマルチカラーまたはフルカラー表示において
は、色再現性が悪いという欠点があった。

【０００９】このような欠点を解決するため、ほぼ平行
に配置された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〜　３０
０°の第１の液晶層と、該第１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
、該第１の液晶層とは別に配向制御膜を有する一対の基
板間に挟持された第１の液晶層とは逆向きであってほぼ
等しいねじれ角を有する旋光性物質を含有したネマチッ
ク液晶による第２の液晶層とを有し、それらの液晶層の
外側に一対の偏光板を設置した液晶表示素子が提案され
ている（特開平１−１５７２０　号）。

【００１０】これによれば、従来のスーパーツイスト液
晶表示素子と比べてより優れたコントラスト比を持つ白
黒表示が可能となり、鮮明で表示品位の高いポジ型ある
いはネガ型の表示が得られる、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、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、などという種々の効果が認められ
、より多様性のある応用が開けるものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような液
晶表示素子においては、例えば暗い背景に明るい表示の
ネガ型で駆動する場合、画素部分と、その外側や境界部
分（画素外部分）とでは光透過率が異なる。即ち、画素
部分は電極が存在するため、その厚み分だけ、液晶の複
屈折率△ｎと液晶層の厚みｄとの積△ｎ・ｄの値が画素
外部分より小さくなり、透過光の複屈折状態が異なるた
め、画素部分とがオフ状態のときでも、画素外部分では
画素部分よりも光透過率が高く、光抜けを生じることに
なる。そして、このような状況はポジ型で駆動した場合
もほぼ同様である。

【００１２】このような問題点を解決するために、画素
外部分の基板の厚みを画素部分の基板厚みとほぼ同じに
して、液晶層の厚みを均一化した液晶表示素子が提案さ
れている。しかし、このような液晶表示素子は通常マル
チプレックス駆動ににより駆動されるが、これによれば
、画素部分にはオフ時に電圧が印加されないのではなく
、非選択電圧が印加されているため、画素上の液晶層の
△ｎ・ｄの値が実質的に減少し、画素外部分との△ｎ・
ｄの値の差を生じ、その透過光の複屈折状態の差からネ
ガ型であれば画素外部分からの光抜けを生じ、全体とし
て、コントラストの低下を生じる原因になっていた。

【００１３】本発明の目的は、従来技術が有していた前
述の欠点を解消して、高コントラストの白黒に近い表示
を実現することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】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°の第１
の液晶層と、該第１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、該第１の
液晶層とは別に配向制御膜を有する一対の基板間に挟持
された第１の液晶層とは逆向きであってほぼ等しいねじ
れ角を有する旋光性物質を含有したネマチック液晶によ
る第２の液晶層とを有し、それらの液晶層の外側に一対
の偏光板を設置した液晶表示素子において、第１の液晶
層と第２の液晶層との隣接する液晶分子の長軸方向がほ
ぼ直交し、夫々の液晶層の液晶の屈折率異方性（△ｎ）
と液晶層の厚み（ｄ）との積△ｎ・ｄを、第１の液晶層
において画素部分とその画素外部分とで異ならせ、境界
部分の光透過率が、画素部分のオフ時の光透過率に比べ
て実質的に同等以下となるようにされたことを特徴とす
る液晶表示素子を提供するものである。

【００１５】また、特に、上記の液晶表示素子において
、第１の液晶層の画素部分の△ｎ１・ｄ１１　が　０．
４〜　１．５μｍとされ、第１の液晶層の画素部分の△
ｎ１・ｄ１１　と第２の液晶層の△ｎ２・ｄ２との関係
が、０．７　×△ｎ１・ｄ１１　＜　　△ｎ２・ｄ２　
　＜　１．１×△ｎ１・ｄ１１　とされ、さらに第１の
液晶層の画素外部分の△ｎ１・ｄ１２　との関係が、０
．８５×△ｎ２・ｄ２　　＜　　△ｎ１・ｄ１２　＜　
　△ｎ１・ｄ１１　となるようにされたことを特徴とす
る液晶表示素子を提供するものである。

【００１６】本発明では、液晶層が２層とされる。以下
は特にネガ型の場合を例に採り説明する。

【００１７】まず、その１つの層である第１の液晶層を
構成する第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、これにより各ドット毎にオンオフを制
御可能とされる。この第１の液晶層のねじれ角は約　１
６０〜　３００°とされる。

【００１８】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、両電極間での液晶分子のね
じれ角を　１６０〜　３００°とすればよい。

【００１９】本発明では、上記第１の液晶層に隣接して
第２の液晶層を積層する。この第２の液晶層は、第１の
液晶層とほぼ同じねじれ角で、かつそのらせん方向が逆
であるネマチック液晶層とされればよい。この第２の液
晶層の両側の基板には、電極が形成されていてもよいし
、されていなくてもよい。

【００２０】ここで、第１の液晶層が観察者に対して手
前側に設置されていてもよいし、あるいは第２の液晶層
が手前側に設置されていてもよい。

【００２１】もっとも、第１の液晶層を観察者に配置す
ると、観察者が液晶表示素子に触れた場合に、第１の液
晶層の厚みが変化して表示が色付いたり、第１の液晶層
を挟持する基板上の透明電極間に短絡が発生する等の不
都合を生じることがあるため、第２の液晶層を観察者に
配置することが望ましい。

【００２２】また、両液晶層の隣接した液晶分子の長軸
をほぼ直交するように配置する。即ち、第１の液晶層の
第２の液晶層に隣接する液晶分子の長軸方向と第２の液
晶層の第１の液晶層に隣接する液晶分子の長軸方向とが
、ほぼ直交するように配置すればよい。具体的には、３
枚基板で２層の液晶層を構成する場合には、中央の基板
の配向処理方向が両面で直交するようにされればよい。

【００２３】この第２の液晶層に使用されるネマチック
液晶は、第２の液晶層を挟持する基板に電極が設けられ
ていない場合には、電気的に分子配列方向を制御する必
要がないので、液晶の誘電異方性が正でなくても使用可
能である。しかし、液晶表示素子を使用時にこの第２の
液晶層を挟持する基板の電極に印加して使用する場合に
は、第２の液晶層も、その誘電異方性が正のネマチック
液晶を使用する。

【００２４】本発明では、第１の液晶層において液晶の
屈折率異方性（△ｎ）とその液晶の厚み（ｄ）との積△
ｎ・ｄを、画素部分とその画素外部分とで異ならせ、画
素外部分の光透過率が、画素部分のオフ時の光透過率に
比べて実質的に同等以下となるようにされる。具体的に
は、画素部分と、その画素外部分とで、液晶層の厚みを
異ならせることにより、△ｎ・ｄをそれぞれ調整する。

【００２５】本発明では、これら第１の液晶層と第２の
液晶層の△ｎ・ｄが特に次のようにされるのが好ましい
。

【００２６】第１の液晶層の画素部分では、△ｎ１・ｄ
１１　は　０．４〜　１．５μｍとされる。これは、　
０．４μｍ未満では、オン時の透過率が低く、青味がか
った表示色になりやすく、また　１．５μｍを越えると
オン時の色相が黄色から赤色を呈し、白黒表示となりに
くい。特に、表示色の無彩色が厳しく要求される用途で
は、第１の液晶層の画素部分の△ｎ１・ｄ１１　は　０
．５〜　１．０μｍとされることが好ましい。

【００２７】なお、この△ｎ１・ｄ１１　の範囲は、そ
の液晶表示の使用温度範囲内で満足されるようにされる
ことが好ましく、使用温度範囲内で美しい表示が得られ
る。もっとも外の性能の要求のために、使用温度範囲の
一部でのみ、この関係を満足するようにされることもあ
りうる。この場合には、△ｎ１・ｄ１１　の範囲が上記
範囲からはずれる温度範囲では、表示が色付いたり、視
野角特性が低下したりすることとなる。

【００２８】第２の液晶層では、△ｎ２・ｄ２は、第１
の液晶層の画素部分の△ｎ１・ｄ１１　の大きさにほぼ
等しいか、それよりも少し小さめに設定すれば良好な白
黒表示を得やすい。即ち、△ｎ２・ｄ２が、　０．７×
△ｎ１・ｄ１１　＜△ｎ２・ｄ２＜　１．１×△ｎ１・
ｄ１１　となるようにされればよい。

【００２９】この第２の液晶層の△ｎ２・ｄ２は、０．
７　×△ｎ１・ｄ１１　よりも小さくなるとオンにおけ
る透過率が低くなり、表示が暗くなり、逆に　１．１×
△ｎ１・ｄ１１　よりも大きくなるとオフにおける透過
率が高くなるため、コントラスト比が低下することとな
るので、前述の範囲とされる。特にコントラストを上げ
るためには、第２の液晶層の△ｎ２・ｄ２は、０．９８
×△ｎ１・ｄ１１　よりも小さくすることが望ましい。

【００３０】さらに、第１の液晶層の画素外部分での△
ｎ１・ｄ１２　は、第２の液晶層の０．８５×△ｎ２・
ｄ２の大きさより大きくかつ第１の液晶層の画素部分の
△ｎ１・ｄ１１　の大きさより小さく設定すればコント
ラスト比が高い表示を得易い。即ち、△ｎ１・ｄ１２　
が０．８５×△ｎ２・ｄ２＜△ｎ１・ｄ１２　＜△ｎ１
・ｄ１１　となるようにされればよい。この第１の液晶
層の画素外部分の△ｎ１・ｄ１２　は、上記範囲外にあ
ると画素外部分からの光漏れが大きくなり、コントラス
ト比が低下することとなる。

【００３１】また、この第２の液晶層の△ｎ２・ｄ２は
、所望の△ｎ２・ｄ２を得るために第２の液晶層を挟持
する基板の電極に印加して使用することもできる。

【００３２】第１の液晶層のねじれ角は、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ュ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　３０
０°を越えるとヒステリシスや光を散乱するドメインを
生じやすいためである。

【００３３】また、第２の液晶層のねじれ角は、第１の
液晶層のねじれ角にほぼ等しく逆向きにされるが、±２
０°程度の差であれば、特別な変更をしなくても、ほぼ
同等な効果が得られる。

【００３４】なお、第１の液晶層のねじれ角と第２の液
晶層のねじれ角とに差をつけた場合には、△ｎ・ｄ、中
央の基板の両面の配向方向の交差角、偏光板の偏光軸の
交差角等を調整して、白黒に近い表示にすることが可能
である。具体的には、第２の液晶層のねじれ角を小さく
した場合には、第２の液晶層の△ｎ２・ｄ２をやや大き
く、逆に第２の液晶層のねじれ角を大きくした場合には
、第２の液晶層の△ｎ２・ｄ２をやや小さくし、かつ、
中央の基板の両面の配向方向の交差角を直交からずらし
たりして、最適化することにより、交差角を直交させた
ものよりは劣るが、実用上十分なコントラストの白黒表
示ができる。

【００３５】さらに、第１の液晶層と第２の液晶層の液
晶のネマチック−等方相転移温度（ＴＮＩ）をほぼ等し
くすることにより、両方の液晶の屈折率異方性（△ｎ）
の温度依存性をほぼ等しくすることができ、広い温度範
囲にわたってコントラスト比の高い白黒表示が得られる
。

【００３６】この２層の液晶層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層の液晶層を挟持するようにしてもよい。

【００３７】本発明では、第２の液晶層は電極を形成し
なくてもよいし、形成したとしてもベタ電極でよいため
、位置合わせの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。

【００３８】本発明では、この２層の液晶層の外側に一
対の偏光板が配置される。これら一対の偏光板の偏光軸
は、ネガ型の場合ではほぼ直交するように配置されるが
、最適な貼り付け角は第１及び第２の液晶層の△ｎ・ｄ
の値に依存するため、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。

【００３９】さらに、観察者に対して手前側に配置され
た偏光板の偏光軸の方向が観察者に最も近い液晶分子の
長軸方向に対して、３０〜６０°だけずらして設置され
ることが好ましい。特に、３５〜５５°だけずらすこと
が好ましい。このため、他の偏光板は手前側の偏光板と
、偏光軸の交差角が６０〜　１２０°となるように配置
されることが好ましい。

【００４０】これは、手前側の偏光板の偏光軸の方向の
液晶分子の長軸方向からのずれが３０°よりも小さい場
合や、６０°を越えた場合には選択電圧を印加したセグ
メントの透過率が充分に得られず、全体に暗い表示とな
るためである。また、この様な場合、表示の色相が黄色
あるいは青味を帯びてくるため、無彩色とならないとい
う問題点も生じる。

【００４１】このため、観察者に対して手前側に配置さ
れた偏光板の偏光軸の方向が観察者に最も近い液晶分子
の長軸方向に対して、３０〜６０°だけずらして設置さ
れることが好ましい。

【００４２】なお、ポジ型の場合は、偏光板の交差角は
、０°±３０°程度とされる。

【００４３】以下図面を参照して本発明をネガ型の場合
についてさらに詳細に説明する。

【００４４】本発明の液晶表示素子の電圧無印加時にお
ける液晶分子の長軸、及び偏光板の偏光軸の相対位置を
図１及び図２に示した。

【００４５】図１は、本発明による液晶表示素子を模式
的に表した斜視図であり、図２（Ａ）（Ｂ）は、夫々上
から見た図１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の長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。

【００４６】図において、　１、２は一対の偏光板、　
３は電圧を印加しないか、またはベタ電極を設けて全体
に電圧を印加する第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
分子の長軸方向、８は第２の液晶セルの下側の液晶分子
の長軸方向、　９は第１の液晶セルの上側の液晶分子の
長軸方向、１０は第１の液晶セルの下側の液晶分子の長
軸方向を示している。

【００４７】本発明では、この両液晶層の隣接した液晶
分子の長軸がほぼ直交する。即ち、第２の液晶セルの下
側の液晶分子の長軸方向８　と第１の液晶セルの上側の
液晶分子の長軸方向９　とのなす角ψがほぼ９０°とさ
れる。

【００４８】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ることが好ましい
。

【００４９】さらにこの場合、上側の偏光板１　の偏光
軸５　は、観察者に最も近い液晶分子の長軸方向、即ち
、上側の第２の液晶セル３　の上側の液晶分子の長軸方
向７　に対して時計回りにθ１　＝ほぼ４５°の角度を
なす方向に配置され、下側の偏光板２　の偏光軸６　は
、この上側の偏光板１　の偏光軸５　とほぼ直交する方
向に配置される。即ち、下側の偏光板２　の偏光軸６　
は、観察者から最も遠い液晶分子の長軸方向１０に対し
て同じく時計回りにθ２　＝ほぼ４５°だけずらした方
向に配置されることとなる。

【００５０】また、上記例では、上に配置した第２の液
晶層を右らせんとし、下に配置した第１の液晶層を左ら
せんとしたが、上下のらせんの組み合せは、この逆とし
てもよい。

【００５１】図３及び図４に本発明の具体例の断面図を
示す。

【００５２】図３は、第２の液晶層には電極が設けられ
ていない例を示している。

【００５３】図３において、２１は電圧印加により具体
的に表示を行う約１６０〜　３００°ツイストの第１の
液晶セル、２２は楕円偏光を補償する逆ねじれの第２の
液晶セルを示している。

【００５４】２３ａ　、２３ｂ　は第１の液晶セルを構
成するプラスチック、ガラス等の基板、２４ａ２４ｂ　
はその内面に形成されたＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２
）、ＳｎＯ２等の透明電極、２５ａ　、２５ｂ　はポリ
イミド、ポリアミド等の膜をラビングしたり、ＳｉＯ　
等を斜め蒸着したりして形成した配向制御膜、２６ａ　
、２６ｂ　は透明電極と配向制御膜との間に基板間短絡
防止のために必要により設けられるＴｉＯ２、ＳｉＯ２
、Ａｌ２Ｏ３　等の絶縁膜、２７ａはこれら２枚の基板
２３ａ　、２３ｂ　の周辺をシールするためのシール材
、　２８ａはその間に封入された誘電異方性が正のネマ
チック液晶を示しており、配向制御膜２５ａ　、２５ｂ
　の配向処理方向及び液晶のピッチは　１６０〜　３０
０°ツイストとなるようにされている。

【００５５】２３ｃ　、２３ｄ　は第２の液晶セルを構
成する基板、２５ｃ　、２５ｄ　は配向制御膜、　２７
ｂはシール材、　２８ｂはその間に封入されたネマチッ
ク液晶を示しており、配向制御膜２５ｃ　、２５ｄ　の
配向処理方向及び液晶のピッチは第１の液晶層とは逆ね
じれでほぼ同一の角度のツイスト角となるようにされて
いる。この例においては、第２の液晶セルには電圧が印
加されないので、通常のスーパーツイスト液晶表示素子
に要求されるような高ティルト角は必要とされない。

【００５６】この第１の液晶セルの第２の液晶セル側の
液晶分子の長軸方向と、第２の液晶セルの第１の液晶セ
ル側の液晶分子の長軸方向とはほぼ直交するように、夫
々配向処理されている。

【００５７】これらの２つの液晶層の外側に一対の偏光
板２９ａ　、２９ｂ　が配置され、それらの偏光軸の交
差角を６０〜　１２０°、好ましくはほぼ直交するよう
に配置する。特に、観察者に対して手前側に配置された
、即ち、この図においては上側に配置された偏光板２９
ａ　の偏光軸の方向が観察に最も近い配向制御膜２５ｃ
　の液晶分子の長軸方向に対して３０〜６０°だけずら
して設置されるようにされることが好ましい。この場合
、一対の偏光板の偏光軸がほぼ直交状態にされることに
より、裏側の偏光板２９ｂ　の偏光軸の方向が観察に最
も遠い配向制御膜２５ｂ　の液晶分子の長軸方向に対し
てやはり３０〜６０°だけずらして設置されることとな
る。

【００５８】３０は第１の液晶セルに電圧を印加するた
めの手段である駆動回路、３１は光源である。

【００５９】この例においては、第２の液晶セルには電
圧を印加しないので、透明電極、絶縁膜が形成されてな
く、駆動回路も設けられていない。

【００６０】この場合には、第２の液晶層の△ｎ２・ｄ
２は、第１の液晶層の画素部分の△ｎ１・ｄ１１　の大
きさにほぼ等しいか、それよりも少し小さめに設定され
ればよい。

【００６１】図４は、第２の液晶層にも電極が設けられ
て、使用時にある程度電圧が印加される例を示している
。

【００６２】図４において、４１は電圧印加により具体
的に表示を行う約１６０〜　３００°ツイストの第１の
液晶セル、４２は楕円偏光を補償する逆ねじれの第２の
液晶セルを示している。

【００６３】４３ａ　、４３ｂ　は第１の液晶セルを構
成するプラスチック、ガラス等の基板、４４ａ４４ｂ　
はその内面に形成されたＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２
）、ＳｎＯ２等の透明電極、４５ａ　、４５ｂ　はポリ
イミド、ポリアミド等の膜をラビングしたり、ＳｉＯ　
等を斜め蒸着したりして形成した配向制御膜、４６ａ　
、４６ｂ　は透明電極と配向制御膜との間に基板間短絡
防止のために必要により設けられるＴｉＯ２、ＳｉＯ２
、Ａｌ２Ｏ３　等の絶縁膜、４７ａはこれら２枚の基板
４３ａ　、４３ｂ　の周辺をシールするためのシール材
、　４８ａはその間に封入された誘電異方性が正のネマ
チック液晶を示しており、配向制御膜４５ａ　、４５ｂ
　の配向処理方向及び液晶のピッチは　１６０〜　３０
０°ツイストとなるようにされている。

【００６４】４３ｃ　、４３ｄ　は第２の液晶セルを構
成する基板、４４ｃ　、４４ｄ　は透明電極、４５ｃ　
、４５ｄ　は配向制御膜、４６ｃ　、４６ｄ　は透明電
極と配向制御膜との間の絶縁膜、４７ｂ　はシール材、
　４８ｂはその間に封入されたネマチック液晶を示して
おり、配向制御膜４５ｃ　、４５ｄ　の配向理方向及び
液晶のピッチは第１の液晶層とは逆ねじれでほぼ同一の
角度のツイスト角となるようにされている。この例にお
いては、第２の液晶セルには電圧が印加されるが、細か
くオンオフするのではないので、通常のスーパーツイス
ト液晶表示素子に要求されるような高ティルト角は必ず
しも必要とされない。

【００６５】この第１の液晶セルの第２の液晶セル側の
液晶分子の長軸方向と、第２の液晶セルの第１の液晶セ
ル側の液晶分子の長軸方向とはほぼ直交するように、夫
々配向処理されている。

【００６６】これらの２つの液晶層の外側に一対の偏光
板４９ａ　、４９ｂ　が配置され、それらの偏光軸の交
差角を６０〜　１２０°、好ましくはほぼ直交するよう
に配置する。この例においても、観察者に対して手前側
に配置された、即ち、この図においては上側に配置され
た偏光板４９ａ　の偏光軸の方向が観察に最も近い配向
制御膜４５ｃ　の液晶分子の長軸方向に対して３０〜６
０°だけずらして設置されるようにされることが好まし
い。この場合、一対の偏光板の偏光軸がほぼ直交状態に
されることにより、裏側の偏光板４９ｂ　の偏光軸の方
向が観察に最も遠い配向制御膜４５ｂ　の液晶分子の長
軸方向に対してやはり３０〜６０°だけずらして設置さ
れることとなる。

【００６７】５０ａ　、５０ｂ　は夫々第１の液晶セル
、第２の液晶セルに電圧を印加するための手段である駆
動回路、５１は光源である。

【００６８】この場合には、第２の液晶層に使用時に電
圧が印加されるので、この第２の液晶層に印加される電
圧は、第２の液晶層の△ｎ２・ｄ２が第１の液晶層の画
素部分の△ｎ１・ｄ１１　の大きさにほぼ等しいか、そ
れよりも少し小さめに設定されるような電圧であればよ
く、実際にはセルの製造時のバラツキもあるので、各液
晶表示素子毎に調整することが好ましい。

【００６９】本発明では、第１の液晶層において、その
画素部分と、画素外部分とで、両者の△ｎ・ｄをそれぞ
れ調整するためには、例えば、液晶層の厚みを両者で異
ならせることにより行なえる。図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）
は、そのような基板の製造方法の一例を示す断面図であ
る。

【００７０】図において、基板６１上に、電極６２を形
成しさらに、遮光層６３を形成する。この上に適宜の厚
みの感光性樹脂６４を塗布し、基板６１の下側から紫外
線照射し、現像により非照射部分の感光性樹脂層を除去
し、さらに遮光層も除去する。感光樹脂層６４の膜厚を
制御することにより、画素外部分の基板厚み、ひいては
液晶層の厚みを調整することができる。

【００７１】この遮光層としては、パターニングができ
、光を遮断するものであればよく、市販のフォトレジス
トやニッケルメッキまたは遮光性のインク等を使用した
印刷等をもちいてもよい。また感光性樹脂層としては、
紫外線等により硬化するものであればよく、市販のネガ
型フォトレジストや感光性樹脂等を用いてもよい。

【００７２】液晶表示素子がマルチプレックス駆動によ
る場合には、前述のように、画素部分には、ゼロでない
非選択電圧が印加されるので、駆動時の液晶層の△ｎ・
ｄが実質的に減少するため、画素外部分の液晶層の厚み
を小さくして、非駆動時の液晶層の△ｎ・ｄを画素部分
よりも小さくしてやることが望ましい。即ち、一般的に
は、基板厚みは、画素部分よりも画素外部分のほうが厚
くなるようにすることが望ましい。

【００７３】本発明において、液晶セルを構成する基板
は光学的に等方的な透明基板であればよく、プラスチッ
ク、ガラス等が使用可能である。

【００７４】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、電極が形成されており、
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ＩＴＯ、Ｓｎ
Ｏ２等の透明電極及びこれに必要に応じて組み合わされ
たＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ等の低抵抗のリードが使用でき、所
望のパ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、一方の基板に　６４０
本のストライプ状の電極が形成され、他方の基板をこれ
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、　６４０×　４００ドットのような表示がなさ
れる。さらにこの　６４０本のストライプ状の電極を夫
々３本一組として１９２０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ドットの表示をすることもできる。

【００７５】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ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３　等の無機
材料の短絡防止用の絶縁膜またはポリイミド、ポリアミ
ド等の有機材料の膜を形成した後に配向処理されればよ
い。

【００７６】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。特に高デューティ駆動でも、コント
ラスト比が高くとれるため、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。

【００７７】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。

【００７８】また、色をより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や、
カラー偏光板を併用したり、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。

【００７９】特に、本発明では明るい表示が可能なため
、透過型でも反射型でも適用可能であり、その応用範囲
が広い。

【００８０】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
ルターを併用してもよい。

【００８１】本発明の液晶表示素子は透過型で使用する
ことが多いが、明るいため反射型で使用することも可能
である。

【００８２】ここで、上記説明では、第２の液晶層を上
に配置したが、逆に下に配置してもよい。また、上記説
明では、２層の液晶層を構成するために４枚の基板を使
用したが、中間の２枚の基板を１枚の基板で代用しても
よいことは明かである。

【００８３】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。

【００８４】

【作用】本発明では、画素部分と画素外部分との液晶層
の厚みを調整し、非駆動時の液晶層の△ｎ・ｄを画素部
分よりも小さくし、境界部分の光透過率が、画素部分の
オフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下となるよう
にされたので、従来よりもコントラストの良い液晶表示
素子が得られる。

【００８５】また、特に、画素外部分の液晶層の厚みを
小さくして、非駆動時の液晶層の△ｎ・ｄを画素部分よ
りも小さくしてやることにより、マルチプレックス駆動
における駆動時の第１の液晶層と第２の液晶層との光学
的補償を確実なるものとし、境界部分の光透過率が、画
素部分のオフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下と
なるようにされたので、従来よりもコントラストの良い
液晶表示素子が得られる。

【００８６】

【実施例】第１の基板として、ガラス基板上に設けられ
たＩＴＯの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ＳｉＯ２による短絡防止用の絶縁膜を形成
し、ポジ型フォトレジストを塗布し、マスクを用いて露
光し、現像することにより透明電極部の上に遮光層を形
成した。さらに、透明電極の膜厚より厚くなるように感
光性樹脂を塗布した。これをガラス基板の下側から紫外
線照射して未照射部分の感光性樹脂層を除去し、遮光層
を形成していたフォトレジストを除去して、画素外部分
に電極部より厚い、感光性樹脂層を形成した。これにポ
リイミドのオーバーコートをスピンコートし、これをラ
ビングして配向制御膜を形成した基板を作成した。

【００８７】第２の基板として、ガラス基板上に設けら
れたＩＴＯの透明電極を第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、蒸着法によりＳｉＯ２に
よる短絡防止用の絶縁膜を形成した後、ポジ型フォトレ
ジストを塗布し、マスクを用いて露光し、現像すること
により透明電極部の上に遮光層を形成した。さらに、透
明電極の膜厚より厚くなるように感光性樹脂を塗布した
。これをガラス基板の下側から紫外線照射して未照射部
分の感光性樹脂層を除去し、遮光層を形成していたフォ
トレジストを除去し、画素外部分に電極部より厚い、感
光性樹脂層を形成した。これにポリイミドのオーバーコ
ートをスピンコートし、これをラビングして配向制御膜
を形成したするとともに、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し、これを表面の
ラビング方向と直交するようにラビングして配向制御膜
を形成した基板を作成した。

【００８８】第３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、これをラビングして配向
制御膜を形成した基板を作成した。

【００８９】この３枚の基板の周辺をシ−ル材でシ−ル
して、液晶セルを注入する層を２つ形成し、この２つの
層にお互いに逆ねじれの誘電異方性が正のネマチック液
晶を注入して、注入口を封止した。

【００９０】この時、第１の液晶層は　２４０°ねじれ
の左らせん、第２の液晶層は　２４０°ねじれの右らせ
んとし、表１のように各△ｎ・ｄを設定し、この液晶セ
ルの両面に一対の偏光板をその偏光軸が互いに直交する
ように配置し、その際、観察者に対して手前側に配置さ
れた偏光板の偏光軸の方向が観察者に最も近い液晶分子
の長軸方向に対して、時計回りに４５°だけずらして配
置した。

【００９１】この液晶表示素子の裏側に冷陰極管付のバ
ックライトを配置して、１／２００　デューティ、１／
１５バイアスで駆動した場合、鮮明な白黒表示が得られ
た。

【００９２】この時、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、
いわゆるネガ表示であった。また、この液晶表示素子の
開口率は８０％であった。画素外部分の△ｎ１・ｄ１２
　を変えた本発明の実施例１および２と比較例１〜３に
ついてコントラスト比を表１に示した。なお、表１の例
で画素部分のオフ時の光透過率は　０．３％であった。

【００９３】

【表１】

【００９４】

【発明の効果】以上に説明したように本発明は、従来の
白黒表示スーパーツイスト液晶表示素子と比べてより優
れたコントラスト比を持つ白黒表示が可能となり、鮮明
で表示品位の高いポジ型あるいはネガ型の表示が得られ
る。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】特に、本発明では白黒表示が可能であるに
もかかわらず、明るい表示が可能であり、透過型のみな
らず、反射型の表示も可能であり、その応用範囲が広い
ものである。

【００９８】本発明は、本発明に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。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明による液晶表示素子を模式的に表し
た斜視図

【図２】　　上からみた図１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の長軸方向と隣接す
る偏光板の偏光軸の相対位置を示した平面図

【図３】　
　本発明の液晶表示素子の例の断面図

【図４】　　本発
明の液晶表示素子の別の例の断面図

【図５】　　基板の
基本的製造方法を示す断面図

【符号の説明】

１、２　　：　　偏光板 ３　　　　：　　第２の液晶セル ４　　　　：　　第１の液晶セル ５　　　　：　　上側の偏光板１　の偏光軸６　　　　
：　　下側の偏光板２　の偏光軸７　　　　：　　第２
の液晶セルの上側の液晶分子の長軸方向８　　　　：　
　第２の液晶セルの下側の液晶分子の長軸方向９　　　
　：　　第１の液晶セルの上側の液晶分子の長軸方向１
０　　　　：　　第１の液晶セルの下側の液晶分子の長
軸方向

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ほぼ平行に配置された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°の第１の液晶層と、該第１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、該第１の液晶層とは別に配向制御
   膜を有する一対の基板間に挟持された第１の液晶層とは
   逆向きであってほぼ等しいねじれ角を有する旋光性物質
   を含有したネマチック液晶による第２の液晶層とを有し
   、それらの液晶層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１の液晶層と第２の液晶層との隣
   接する液晶分子の長軸方向がほぼ直交し、夫々の液晶層
   の液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶層の厚み（ｄ）と
   の積△ｎ・ｄを、第１の液晶層において画素部分と画素
   外部分とで異ならせ、画素外部分の光透過率が、画素部
   分のオフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下となる
   ようにされたことを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】第１の液晶層の画素部分の△ｎ１・ｄ１１
   　が　０．４〜　１．５μｍとされ、第１の液晶層の画
   素部分の△ｎ１・ｄ１１　と第２の液晶層の△ｎ２・ｄ
   ２との関係が、０．７　×△ｎ１・ｄ１１　＜　　△ｎ
   ２・ｄ２　　＜　１．１×△ｎ１・ｄ１１とされ、さら
   に第１の液晶層の画素外部分の△ｎ１・ｄ１２　との関
   係が、０．８５×△ｎ２・ｄ２　　＜　　△ｎ１・ｄ１
   ２　＜　　△ｎ１・ｄ１１　となるようにされたことを
   特徴とする請求項１の液晶表示素子。
3. 【請求項３】第２の液晶層に使用時に電圧が印加される
   ようにした請求項１または請求項２の液晶表示素子。