JPH0452620A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、透過形・反射形の両方式でも高コントラスト
に表示することのできる液晶表示装置に関する。

（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
高まるにつれ、ＴＮ型の液晶表示素子ではコントラスト
不足や視角範囲の狭さ等の問題が出てきたために、液晶
の捩じれ角を１００〜２００°とする、いわゆるＳＴ（
スーパーツイスト）型液晶表示素子（ＳＩＤ　、　８Ｂ
ＤＩＧＥＴ　、　ｐ１２２を参照）が用いられてきてい
る。これは第９図（ａ）に示すように、２枚の基板１．
１′とその間に挟持された液晶組成物とからなる液晶セ
ル２の前後に偏光板３．４を配設したもので、その表示
原理を第９図（ｂ）を用いて説明すると、偏光板３を通
った直線偏光１００は液晶セル２を通過することにより
一般に楕円偏光１０１となる。液晶セル２を通過した楕
円偏光は、所定の角度に置かれた偏光板４を通過（１０
２）して人間の目に感知される。このときの楕円の形状
は、液晶セル２における液晶分子の捩れ角であるツイス
ト角Ｗ、リタデーシションＲ−Δｎ　ｄｃｏｓθおよび
波長λによって決まる。ここで、Δｎは液晶セル中の液
晶組成物の複屈折率、ｄはセル厚（基板間隔）、θはチ
ルト角である。一般に透過率は波長により変化し、透過
光に色付きがある。液晶セルに電界を印加し、液晶分子
の配向を変えることにより、複屈折率Δｎは実効的に変
化し、これによりリタデーシションＲが変化して透過率
が変り、これを利用して表示が行われる。

ＳＴ型液晶表示素子は、このように複屈折率性を利用し
て表示を行うため、表示に色付きがある。

具体的には、偏光板配置によりイエローモード〔紺（ｏ
ｎ時）／黄（ｏｒｒ時）〕　ブルーモード（白（ｏｎ時
）／青（ｏ！’ｆ時）がある。イエローモードは表示形
態が反射形、ブルーモードは透過形として商品化されて
いるが、反射形のイエローモードは暗い場所での使用が
困難であり、透過形のブルーモードはＥＬ、ＦＬなどの
背面照明が必要なため、消費電流か多いという問題かあ
った。

この色付きを無くす方法として、ＯＭＩ型液晶表示素子
が知られている（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、
５０（５）　１９１ｉ７　ｐ、２３６を参照）。すなわ
ち、液晶の捩れ角が１８０°　　リタデーションＲ−Δ
ｎ　ｄｃｏｓθの値か０．５〜０．６、偏光板の吸収軸
の角度は９０°とされ、反射形の液晶表示装置として用
いられている。ＯＭｌ型液晶表示素子は表示色は無彩色
であるか、やはり表示形態は反射形であり、暗い場所で
の使用は困難であった。

また、白黒表示でかつ透過形の方式として、特開昭５７
−４８２２７号公報、特開昭５７−９６３１５号公報、
特開昭５７−１２５９１９号公報に２枚の液晶セルを重
ね、その両側に偏光板を置き、表示色を無彩色とした、
いわゆる２層セル方式の液晶表示素子か提案された。こ
れは互いに光学的に相補な性質を持たせた上述のＳＴ型
液晶セルを２枚用いたことを基本構成としている。２層
セル方式のＳＴ型液晶表示素子は白黒表示でかつ背面照
明を有しており、暗い場所での使用が可能であるという
長所を持つ。しかし、２枚の液晶セルの歩留まり等を含
めると、２枚の液晶セルを使うことは大変高価になるた
め、近年、２層セル方式の１枚の液晶セルの代りに熱可
塑性樹脂を延伸した膜状物からなる光学遅延板を少なく
とも１枚以上液晶セルと偏光板の間に設置した光学遅延
板方式の液晶表示装置か開発された。しかしながら、２
層セル方式および光学遅延板方式とも白黒表示はできる
が、背面照明を有しているため消費電流が多いという欠
点を持つ。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、着色ＳＴ型や表示色を無彩色としたＯ
ＭＩ方式、２層セル方式、光学遅延板方式ともその使用
形態は、反射形か透過形のいずれか一方のみに限定され
、使用場所によって好適な使用形態を選択するというこ
とはできなかった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、反射形、透
過形のいずれの表示形態においても高コントラスト表示
が得られる液晶表示装置を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） すなわち本発明の液晶表示装置は、対向設置され、それ
ぞれの対向面にＸ方向、Ｙ方向に電極が形成された第１
および第２の基板とこれらの基板の間で捩じれ配向され
た液晶組成物とからなる第１の液晶セルと、対向設置さ
れ、それぞれの対向面全面に電極か形成された第３およ
び第４の基板とこれらの基板の間で平行配向された液晶
組成物とからなる第２の液晶セルと、第１の液晶セルと
第２の液晶セルの間もしくはいずれか一方の外側に配置
される１枚の光学遅延板と、第１および第２の液晶セル
と光学遅延板とからなる液晶表示素子の両側に配置され
る第１および第２の偏光板とを具備したことを特徴とす
るものである。

（作　用） 上記構成の液晶表示装置において、第１および第２の基
板にそれぞれＸ電極、Ｙ電極が形成され、それらの基板
の間に捩じれ配向された液晶組成物が充填されている第
１の液晶セルは、信号を印加することにより文字などが
表示される。一方、第３および第４の基板にそれぞれベ
タ電極か形成され、それらの基板の間に平行配向された
液晶組成物が充填されている第２の液晶セルは、電圧を
印加しないときはホモジニアス配向の液晶組成物の複屈
折か生じるため、光学遅延板と同様の役目をし、電圧を
印加したときはホモジニアス配向の液晶組成物か液晶セ
ルの法線方向に並ぶため液晶組成物による複屈折効果か
生ぜず、光学的な役目を果たさない。

本発明の液晶表示装置を背面照明を持った透過形として
使用する場合は、第３図および第４図に示すように第２
の液晶セル１０に電圧を印加する。

第３図は第１の液晶セル１１に電圧が印加されない、ｏ
ｆｆの状態を示すもので、入射光は偏光板１２を通過す
ることにより直線偏光１０３になり、この直線偏光１０
３は第１の液晶セル１１を通過して楕円偏光１０４にな
る。この楕円偏光１０４は光学遅延板１３において直線
偏光に近い偏光１０５になり、ついで第２の液晶セル１
０を通過しても偏光状態は変わらず、直線偏光に近い偏
光１０５である。この偏光１０５と垂直方向に偏光板１
４の透過軸を設定することにより、観察者１５には暗状
態として観察される。すなわち、電圧が印加されない非
画素部が暗状態となり、背面照明が明るい透過形の液晶
表示装置においては高コントラスト表示か得られる。

一方、第４図に示すように、第１の液晶セル１１に電圧
を印加した。ｎの状態では、直線偏光１０３は第１の液
晶セル１１を通過して楕円偏光１０４とは異なった楕円
偏光１０６となり、さらに光学遅延板１３を通過するこ
とにより、偏光１０５と垂直となるような直線偏光に近
い偏光１０７となる。偏光１０７は上述と同様の作用に
より、観察者１５には明状態として観察される。したが
って、本液晶表示装置は背面照明を持った透過形として
高コントラスト表示が可能となる。

次に、本発明の液晶表示装置を反射形として使用する場
合は、第５図および第６図に示すように第２の液晶セル
１０に電圧を印加しない。第５図は第１の液晶セル１１
に電圧が印加されない、ｏｆ’ｒの状態を示すもので、
入射光は透過形で説明した通り、偏光板１２を通過して
直線偏光１０３になり、ついで第１の液晶セル１１を通
過して楕円偏光１０４になり、さらに光学遅延板１３を
通過して直線偏光に近い偏光１０５になる。しかしなが
ら、次の段階でこの偏光１０５は第２の液晶セル１０を
通過することにより、偏光１０５と垂直となるような直
線偏光に近い偏光１０８となる。

すなわち、第４図における偏光１０７とほぼ同じ偏光状
態となる。したがって、観察者１５には明状態として観
察される。すなわち、電圧か印加されない非画素部が明
状態となり、これは背面照明のない反射形として高コン
トラストで明るい表示を得るために望ましい。

一方、第６図に示すように、第１の液晶セル１１に電圧
を印加した、いわゆるｏｎ状態では、第４図の透過形で
説明した通り、偏光板１２を通過した直線偏光１０３は
第１の液晶セル１１を通過して楕円偏光１０６になり、
ついで光学遅延板１３を通過して直線偏光に近い偏光１
０７になる。偏光１０７は次の第２液晶セルを通過する
ことにより、第４図の透過形の場合と異なって偏光１０
７と垂直となるような直線偏光に近い偏光１０９となる
。この偏光１０９は第３図の偏光１０５とほぼ同じ偏光
状態となり、観察者１５には暗状態として観察される。

したがって、本液晶表示装置は反射形として高コントラ
スト表示が可能となる。

すなわち、本発明の液晶表示装置は透過形としても反射
形としても使用することかでき、どちらにおいても高コ
ントラストの表示か可能である。

また、光学遅延板１３は第１の液晶セル１１と偏光板１
２の間、または第２の液晶セル１０と偏光板１４の間に
設置しても同様の効果が得られる。

本発明の液晶表示装置・において用いられる液晶組成物
は、電圧に対して液晶分子の配向角が急激に変化するよ
うにツイスト角が大きい方がよく、１８０　’から２７
０　’の間が望ましい。光学遅延板としては延伸有機フ
ィルムが用いられ、この光学遅延板は液晶セルの基板を
兼ねることもできる。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の実施例について、特に白
黒表示が可能な場合について説明する。

なお、全図面においては共通する部分については同一符
号を付記した。

第１図は本発明の一実施例の液晶表示装置の断面図であ
り、この液晶表示装置の各構成要素の積層関係とこれに
対応する各構成要素における配向方向、吸収軸もしくは
光学軸方向等の関係を第２図に示す。この液晶表示装置
において第１の液晶セル１１として、Ｘ方向、Ｙ方向の
透明電極１５．１６が形成された基板１７．１８がほぼ
平行に設置され、この間に液晶組成物１９が封入されて
、その周囲がエポキシ接着剤からなるシール剤２０で封
止固定されている。そのセル厚（基板間隔）ｄは８．３
５μ履であり、液晶分子は基板１８の配向方向ｒ１基板
１７の配向方向ｒ′によって左回りにツイスト角ＩＩ’
−２４０’で捩じれ配向している。

この第１の液晶セル１１の液晶組成物１９には、ＺＬ１
２２９３　（メルク社製）に左回りのカイラル剤として
Ｓ−８１１（Ｅ、　　メルク社製）をｄ／ｐｔ（ｐｔ：
ピソチ）が約０．６になるように添加したものを用いた
。

第２の液晶セル１０としては、透明のへ夕電極２１．２
２か形成された基板２３．２４がほぼ平行に設置され、
その間に液晶組成物２５が封入されて、その周囲がエポ
キシ接着剤からなるシール剤２０で封止固定されている
。この第２の液晶セル１０においては、液晶分子は基板
２４の配向方向ｒ＋、基板２３の配向方向ｒ１　によっ
て平行配向しており、セル厚（基板間隔）ｄは４．８μ
ｌである。なお、ｒｌ、「１′は、第２図に示すように
、第１の液晶セル１１の基板１７の配向方向ｒ′に対し
てＡ−６０度となるようにした。

第２の液晶セル１０の液晶組成物２５には、ＺＬ１４１
１９（メルク社製）を用いた。この液晶組成物２５の複
屈折率Δｎは０．０８であったので、リタデーションＲ
−Δｎ　ｄｃｏｓθは約０．２９０μ利であった。

一方、第１および第２の液晶セル１１．１０の間に積層
される光学遅延板１３には厚さ約０．５ｗの延伸ポリビ
ニルアルコールを用い、その延伸方向が第１の液晶セル
１１の基板１７の配向方向ｒ′に対してＡ−６０度とな
るように配置した。このときの光学遅延板１３のリタデ
ーションＲは０゜２９０μ膳であった。

また、このような液晶表示素子の前後に配置される偏光
板１２．１４としてＬＬＣ−８，１−１８（三立電機社
製）を用い、第２図に示すように、それぞれの偏光板１
２．１４の吸収軸ｐ１、ｐ２が基板１７の配向方向ｒ′
に対してＩＪ−１５８Ｐ２〜１１７　’となるようにし
た。

さらに、本実施例においては偏光板１２と照明（バック
ライト）２６の間に半透過板２７を設置した。

以上のように構成された液晶表示装置において、バック
ライト２６を点灯し、第２の液晶セル１０に電圧を印加
した状態で、第１の液晶セル１１に電圧を印加したとき
（点灯）Ａと印加しないとき（非点灯）Ｂの透過率の波
長依存性を第７図に示す。このグラフから明らかなよう
に、点灯時、非点灯時の透過率ともほぼ波形に関係なく
平坦で無彩色表示ができ、点灯時には白、非点灯時には
黒の表示となり、いわゆるノーマリブラック・モードと
なる。また、この液晶セルを１７４００デユーテイでマ
ルチプレクス駆動したときのコントラストは約１０：１
と高かった。

一方、バックライト２６を消灯し、第２の液晶セル１０
に電圧を印加しない状態で、第１の液晶セル１１に電圧
を印加したとき（点灯）Ｃと印加しないとき（非点灯）
Ｄの透過率の波長依存性を第８図に示す。このグラフか
ら明らかなように、点灯時、非点灯時の透過率ともほぼ
波形に関係なく平坦で無彩色表示ができ、点灯時には黒
、非点灯時には白の表示となり、いわゆるノーマリホワ
イト・モードとなる。また、この液晶セルをＩ／４００
デユーティでマルチプレクス駆動したときのコントラス
トは約５：１と高かった。

本実施例でＣ誹特に白黒表示が得られる場合について述
べたが、光学遅延板の配置やそのリタデーション値、ま
たは偏光板を適当に選択することにより、着色表示でも
高コントラストの表示が得られることは明らかである。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の液晶表示装置は反射形お
よび透過形のいずれても高コントラスト表示か可能であ
り、そのときに好適な使用形態を自由に選択することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の液晶表示装置を示す断面図
、第２図は第１図の液晶表示装置の構成および各構成要
素の光学的方向の関係を概略的に説明する図、第３図な
いし第６図は本発明の液晶表示装置の作用を説明する図
、第７図および第８図は第１図の液晶表示装置の透過率
の波長依存性を示すグラフ、第９図（ａ）、（ｂ）はそ
れぞれＳＴ型液晶表示装置の構成とその表示原理を説明
する図である。 １０・・・第２の液晶セル、１１・・・第１の液晶セル
、１２．１４・・・偏光板、１３・・・光学遅延板、１
５．１６．２１．２２・・・電極、１７．１８．２３．
２４・・・基板、１９．２５・・・液晶組成物、２０・
・・シール剤、２７・・・半透過板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 対向設置され、それぞれの対向面にＸ方向、Ｙ方向に電
   極が形成された第１および第２の基板とこれらの基板の
   間で捩じれ配向された液晶組成物とからなる第１の液晶
   セルと、対向設置され、それぞれの対向面全面に電極が
   形成された第３および第４の基板とこれらの基板の間で
   平行配向された液晶組成物とからなる第２の液晶セルと
   、前記第１の液晶セルと第２の液晶セルの間もしくはい
   ずれか一方の外側に配置される１枚の光学遅延板と、前
   記第１および第２の液晶セルと光学遅延板とからなる液
   晶表示素子の両側に配置される第１および第２の偏光板
   とを具備したことを特徴とする液晶表示装置。