JPH0534657A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ２枚の偏光板１、４の間に、２枚の基板間で
基板法線とほぼ平行な螺旋軸でねじれた配列をし駆動電
圧が印加される駆動用液晶セル３と、駆動用液晶セルの
基板法線とほぼ平行な螺旋軸でねじれた配列をした補償
用液晶層２とが配置された液晶表示素子に関する。２枚
の偏光板は電圧無印加時に暗状態が得られるように配置
され、補償用液晶層のねじれ角は３６０゜以上で、か
つ、駆動用液晶層のねじれ方向とは逆にねじれた配列を
しており、駆動用液晶セルと補償用液晶層の最近接する
液晶分子の長軸がほぼ平行であることを特徴とする。 【効果】 液晶表示素子の視角特性が改善され、視認性
にすぐれる高品位表示の液晶表示素子を提供することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に係わ
り、特にコントラスト比及び表示色の視角特性を制御し
た液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄型軽量、低消費電力という大き
な利点をもつ液晶表示素子は、日本語ワードプロセッサ
やデスクトップパーソナルコンピュータ等のパーソナル
ＯＡ機器の表示装置として積極的に用いられている。液
晶表示素子（以下ＬＣＤと略称）のほとんどは、ねじれ
ネマティック液晶を用いており、表示方式としては、複
屈折モードと旋光モードの２つの方式に大別できる。

【０００３】複屈折モードの表示方式のＬＣＤは、一般
に９０゜以上ねじれた分子配列をもち（ＳＴ方式と呼ば
れる）、急峻な電気光学特性をもつ為、各画素ごとにス
イッチング素子（薄膜トランジスタやダイオード）が無
くても単純なマトリクス状の電極構造でも時分割駆動に
より容易に大容量表示が得られる。しかし、このＳＴ方
式では、複屈折効果を利用しているため光の干渉に起因
して表示色が黄色と濃紺色のいわゆるイエローモード表
示や、白色と青色のいわゆるブルーモード表示となり、
白黒表示が不可能であった。このような表示の色づきを
解消する手段として、逆にねじれた第２の液晶セルを偏
光板と液晶セルの間に配置することによって白黒表示を
実現できることが特公昭６３−５３５２８号公報にて報
告されている。この白黒化の原理は、液晶分子がねじれ
配列とされる表示用液晶セルで楕円偏光となった常光成
分と異常光成分の光を、光学補償板である第２の液晶セ
ルによって相互に入れ替わらせ、楕円偏光を直線偏光へ
と変換される。その結果、光の干渉に起因する着色が解
消され、白黒表示を実現することができる。

【０００４】一方、旋光モードのＬＣＤは９０゜ねじれ
た分子配列をもち（ＴＮ方式）、応答速度が速く（数十
ミリ秒）高いコントラスト比と良好な階調表示性を示す
ことから、時計や電卓、さらにはスイッチング素子を各
画素ごとに具備しカラーフィルターと組み合わせたフル
カラーの表示の液晶テレビなど（ＴＦＴ−ＬＣＤやＭＩ
Ｍ−ＬＣＤ）に応用されている。

【０００５】カラー表示に関しては偏光板と液晶セルの
間に電圧無印加時に選択散乱を利用したある色相を示す
コレステリック液晶セルを配置し、コレステリック液晶
セルと液晶セルへの電圧印加の有無の組み合わせで特定
色相とその補色の２色カラー表示または、白黒表示モー
ドへの切り替えができることがMol.Cryst.Liq.Cryst.,1
977,VOL.39,PP.127-138 にて報告されている。

【０００６】しかし、これらの複屈折モードや旋光モー
ドや選択散乱を利用した液晶表示素子は、見る角度や方
位によって表示色やコントラスト比が変化するといった
視角依存性をもち、冷陰極線管（ＣＲＴ）の表示性能を
完全に越えるまでにはいたらない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】液晶分子は、液晶分子
の長軸方向と短軸方向に異なる屈折率を有することは一
般に知られている。この様な屈折率の異方性を示す液晶
分子にある偏光状態の光が入射すると、その光は液晶分
子の角度に依存して偏光状態が変化する。従って、液晶
セルに対し光が垂直に入射した場合と斜めに入射した場
合とでは、液晶セル中を伝搬する光の偏光状態は異な
り、その結果、液晶表示素子を見る時の方位や角度によ
って表示のパターンが反転して見えたり、表示のパター
ンが全く見えなくなったり、あるいは表示が色づくとい
った現象として現れ、実用上好ましくない。

【０００８】本発明は上記不都合を解決するものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、２枚の偏光板
の間に、２枚の基板間で基板法線とほぼ平行な螺旋軸で
ねじれた配列をし駆動電圧が印加される駆動用液晶セル
と、前記駆動用液晶セルの基板法線とほぼ平行な螺旋軸
でねじれた配列をした補償用液晶層とが配置された液晶
表示素子において、前記２枚の偏光板は電圧無印加時に
暗状態が得られるように配置され、前記補償用液晶層の
ねじれ角は３６０゜以上で、かつ、駆動用液晶層のねじ
れ方向とは逆にねじれた配列をしており、駆動用液晶セ
ルと前記補償用液晶層の最近接する液晶分子の長軸がほ
ぼ平行であることを特徴とする。

【００１０】

【作用】一般に液晶表示素子に用いられる偏光板の配置
には大きく分けて２通りあり、液晶セルに電圧を印加し
ないとき光が透過せず、電圧を印加したとき光の透過状
態が得られる（ノーマリークローズ）方式と、液晶セル
に電圧を印加しないとき光が透過し、電圧を印加したと
き光が遮断される（ノーマリーオープン）方式とがあ
る。以下ＴＮ方式に関して説明すると、図３は従来例の
ＴＮ方式のノーマリークローズとノーマリーオープンの
表示面法線から左右の方向に０゜から６０゜まで傾いた
時のコントラスト比依存性を示した図である。ノーマリ
ークローズの場合は(13.0)、ノーマリーオープンの場合
は(14.0)で示されている。これらを比較すると、ノーマ
リークローズの方がノーマリーオープンよりコントラス
ト比の視角依存性が少ないことが分かる。コントラスト
比とは、光が透過した状態（明状態）の輝度を光が遮断
された状態（暗状態）の輝度で割った値であり、コント
ラスト比は暗状態の輝度に大きく影響する。そこでノー
マリーオープンとノーマリークローズの両方式の暗状態
の輝度の左右方向における視角依存性を測定してみる
と、図４に示した様な特性が得られる。ノーマリークロ
ーズの場合を(13.1)でノーマリーオープンの場合を(14.
1)で示した。図から明らかなように、ノーマリークロー
ズの方がノーマリーオープンより暗状態の視角依存性が
小さく、その結果ノーマリークローズの方がノーマリー
オープンよりコントラスト比の視角特性が良くなってい
る。よって、偏光板配置をノーマリークローズにした方
がコントラスト比の視角特性が良い。しかし、ノーマリ
ークローズ方式は旋光分散による暗状態の色づきが著し
く、又セル厚によっても暗状態の表示色は大きく変化す
る。

【００１１】この様な暗状態の表示色を補償する手法と
して、逆にねじれた第２の液晶セルを偏光板と液晶セル
の間に配置する（二層セル方式）ことによって暗状態の
着色が解消できることが特開昭５７−９６３１５号（出
願人：シャープ）にて報告されている。この原理は、前
述したＳＴ方式の表示色を補償する原理と全く同一であ
る。この手法によると、光の干渉に起因する暗状態の着
色が解消され、高コントラストを実現することができ
る。図５はこの二層セル方式 (8.1) と従来例 (8.2)
における暗状態の輝度の左右方向における視角依存性を
示す図であるが、図より明らかなようにこの方法では暗
状態の透過率の視角依存性が大きく、視角が狭いという
欠点がある。このようにノーマリークローズの液晶セル
の表示色と視角の広さはトレードオフの関係を示す傾向
がある。

【００１２】発明者らは種々の検討をした結果、第２の
液晶セルのねじれ角が３６０°以上で、そのねじれ方向
を液晶層に電圧を印加する装置を有する液晶セル、即ち
駆動用液晶セルのねじれ方向と逆方向とし、駆動用の液
晶セルと第２の液晶セルの最近接した液晶分子の長軸方
向がほぼ平行になるように配置することにより表示色の
視野角を拡大すると共に暗状態の表示色も改善すること
ができることを見い出した。図６に駆動用液晶セルと光
学補償板である第２の液晶セルの最近接する液晶分子の
長軸方向とが平行になるように第２の液晶セルを偏光板
と駆動用液晶セルの間に配置した場合(9.1) と直交する
ように配置した場合(9.2) の暗状態の透過スペクトル図
を従来例(9.3) も併せて示す。図から明らかなように駆
動用液晶セルと第２の液晶セルの最近接した液晶分子の
長軸方向を平行にした方が透過スペクトルが波長に対し
ほぼ一定となり、その結果表示の着色が解消できる。

【００１３】以上、ＴＮ方式について説明したが、ねじ
れ角が９０°以上のＳＴ方式の液晶表示素子においても
同様な効果が得られるのは言うまでもない。

【００１４】上述の補償用液晶層としては、コレステリ
ック液晶の他に、ねじれ性を持つ高分子液晶層でも、同
様の機能が得られることは言うまでもなく、高分子液晶
を用いる場合、例えば駆動用液晶セルの基板の少なくと
もどちらか一方に、この様な高分子液晶層を塗布するこ
とによっても得られ、製造上容易となりより望まし液晶
表示素子が得られる。この場合、例えばポリシロキサン
主鎖とし、側鎖にビフェニルベンゾエートとコレステリ
ル基を適当な比で有した様な高分子共重合体液晶などを
用いることなどができる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の液晶表示素子の実施例を詳細に
説明する。

【００１６】（実施例１）図１及び図２に本実施例にお
けるセル構成を示す。液晶表示素子は２枚の偏光板１、
４と、これらの間に補償用液晶セル２と駆動用液晶セル
３とを挟む構成を有している。偏光板１は透明基板１ａ
の内側に偏光膜１ｂを付けたものであり、偏光板４も同
様に透明基板４ａに偏光膜４ｂをつけて形成される。又
これら偏光板１、４の光透過軸(1.1),(4.1) はそれぞれ
平行になるように配置される。

【００１７】補償用液晶セル２はこれらの偏光板１、４
間に配置され、透明基板２ａ, ２ｂ間に液晶層２ｃを介
在させた液晶セル構造を有している。

【００１８】駆動用液晶セル３は補償用液晶セル２と偏
光板４間に配置される。上側基板３ａと下側基板３ｂと
はそれぞれ透明電極３ｃ、３ｄを形成しており、駆動電
源３ｆに接続される。基板３ａ, ３ｂ間にねじれネマテ
ィック液晶層３ｅがねじれ角が９０゜で導入され、駆動
電源３ｆから印加電圧に応じて状態を変化する。

【００１９】駆動用液晶セル３の液晶の光軸は下側基板
３ｂから上側基板３ａへと反時計回りにねじれている
（左ねじれ）。(3.1),(3.2) は、それぞれ上側と下側の
基板のラビング軸で、これらは互いに直交している。駆
動用液晶セル３の液晶層の厚みは６．０μｍである。

【００２０】補償用液晶セル２は、液晶層２ｃのねじれ
角が４５０゜、厚みが６．０μｍの液晶セルで(2.1),
(2.2) は、それぞれ上側と下側の基板２ａ, ２ｂのラビ
ング軸で、これらは互いに直交している。

【００２１】偏光板１と４の透過軸(1.1),(4.1) と補償
用液晶セル２の下側基板のラビング軸(2.2),駆動用液晶
セル３の上側基板のラビング軸(3.1) は平行で、補償用
液晶セル２の下側基板のラビング軸(2.2) と駆動用液晶
セル３の上側基板のラビング軸(3.2) は平行である。即
ち、補償用液晶セル２と駆動用液晶セル３の最近接する
液晶分子の長軸方向が平行となるように構成した。

【００２２】本構成の液晶表示素子の暗状態（電圧無印
加時）の図２中のＹ軸方位における視角依存性の一例を
図７に従来例も合わせて示す。図７は、液晶セルの図２
のｚ軸からｙ及び−ｙ方位に測定点が０゜から６０゜ま
で傾いたときの液晶セルの暗状態の透過率を示す図であ
る。図中の(10.1)は本実施例における視角特性を示し、
(10.2)は従来例における視角特性を示す図である。理想
的には、液晶セルを見る角度がどんなに傾いても透過率
が小さく、その変化が一定であることが望ましい。従来
例と比較すると、本実施例の方が透過率の傾き角の変化
が小さく、表示パネルが対角１０インチサイズのＴＦＴ
−ＬＣＤを本構成で作成し１６階調表示をしたところ、
視点を変化させても１６階調間の識別ができる高コント
ラストなＬＣＤが実現できた。コントラスト比の視角特
性を測定したところ、６０゜コーンでコントラスト比１
０：１以上が得られ、入射角が６０゜以上でも表示画の
反転や表示色の変化の無い良好な表示が得られた。

【００２３】（比較例）実施例１において駆動用液晶セ
ル３と上の偏光板１との間に補償用液晶セル２を配置し
ない場合の液晶表示素子の視角特性を測定した。測定結
果を図７の(10.2)に示す。暗状態は視角により変化し、
６０゜コーンではコントラスト比の最大値が、５：１し
か得られず、入射角が６０゜以上になると見る方位によ
って表示画が反転したり、全く見えなくなったりした。

【００２４】（実施例２）実施例１において、補償用液
晶セル２として、高分子液晶フィルムを用い、実施例１
と同様に配置した。電気光学特性を測定したところ実施
例１と全く同一の特性が得られ、１０インチのＴＦＴ−
ＬＣＤを本構成で作成し１６階調表示をしたところ、視
点を変化させても１６階調間の識別ができる高コントラ
ストなＬＣＤが実現できた。視角特性を測定したとこ
ろ、６０゜コーンでコントラスト比１５：１以上が得ら
れ、入射角が６０゜以上でも表示画の反転や表示色の変
化の無い良好な表示が得られた。

【００２５】（実施例３）実施例１において、駆動用液
晶セル３として、２４０°ねじれのＳＴセルを用い、図
８のような軸構成で実施例１と同様に配置した。図８に
おける角度(1.1),(2.1),(2.2),(3.1),(3.2),(4.1) は図
２における各軸(1.1),(2.1),(2.2),(3.1),(3.2),(4.1)
の角度に対応している。(1.1) は０°、(2.2) は１２０
°、(3.1)は１２０°、(4.1) は０°とした。本構成で
電気光学特性を測定したところ実施例１と同様な補償効
果が得られた。視角特性を測定したところ、３０゜コー
ンでコントラスト比１３：１以上が得られ、入射角３０
゜以上でも表示画の反転や表示色の変化のない良好な表
示が得られた。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、液晶表示素子の視角特
性が改善され、視認性にすぐれる高品位表示の液晶表示
素子を提供することができる。また、本発明をＴＦＴや
ＭＩＭなどの３端子、２端子素子を、用いたアクティブ
マトリクス液晶表示素子に応用しても優れた効果が得ら
れることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の液晶表示素子を示す断面
図。

【図２】本発明の実施例１の液晶表示素子の構成を示す
分解斜視図。

【図３】従来のＴＮ型液晶表示素子の左右方向のノーマ
リーオープンとノーマリークローズ方式のコントラスト
比の視角特性を説明する図。

【図４】従来のＴＮ型液晶表示素子の左右方向のノーマ
リーオープンとノーマリークローズ方式の暗状態の輝度
の視角特性を説明する図。

【図５】二層セル構成の公知例と従来例による視角特性
を説明する図。

【図６】補償用液晶セルと駆動用液晶セルの最隣接する
液晶分子の長軸方向が平行である場合と直交する場合と
併せて従来例の透過スペクトルを説明する図。

【図７】本発明の実施例と従来例による暗状態の視角特
性を説明する図。

【図８】本発明の実施例３の液晶表示素子の軸構成を示
す図。

【符号の説明】

１、４ ・・・偏光板 ２・・・補償用液晶セル ３・・・駆動用液晶セル

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【手続補正書】

【提出日】平成４年７月２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】

【作用】一般に液晶表示素子に用いられる偏光板の配置
には大きく分けて２通りあり、液晶セルに電圧を印加し
ないとき光が透過せず、電圧を印加したとき光の透過状
態が得られる（ノーマリークローズ）方式と、液晶セル
に電圧を印加しないとき光が透過し、電圧を印加したと
き光が遮断される（ノーマリーオープン）方式とがあ
る。以下ＴＮ方式に関して説明すると、図３は従来例の
ＴＮ方式のノーマリークローズとノーマリーオープンの
表示面法線から左右の方向に０゜から６０゜まで傾いた
時のコントラスト比依存性を示した図である。ノーマリ
ークローズの場合は(13.0)、ノーマリーオープンの場合
は(14.0)で示されている。これらを比較すると、ノーマ
リークローズの方がノーマリーオープンよりコントラス
ト比の視角依存性が少ないことが分かる。コントラスト
比とは、光が透過した状態（明状態）の輝度を光が遮断
された状態（暗状態）の輝度で割った値であり、コント
ラスト比は暗状態の輝度に大きく影響する。そこでノー
マリーオープンとノーマリークローズの両方式の暗状態
の輝度の左右方向における視角依存性を測定してみる
と、図４に示した様な特性が得られる。ノーマリークロ
ーズの場合を(14.1)でノーマリーオープンの場合を(13.
1)で示した。図から明らかなように、ノーマリークロー
ズの方がノーマリーオープンより暗状態の視角依存性が
小さく、その結果ノーマリークローズの方がノーマリー
オープンよりコントラスト比の視角特性が良くなってい
る。よって、偏光板配置をノーマリークローズにした方
がコントラスト比の視角特性が良い。しかし、ノーマリ
ークローズ方式は旋光分散による暗状態の色づきが著し
く、又セル厚によっても暗状態の表示色は大きく変化す
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽藤 仁 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 久武 雄三 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ２枚の偏光板の間に、２枚の基板間で基
   板法線とほぼ平行な螺旋軸でねじれた配列をし駆動電圧
   が印加される駆動用液晶セルと、前記駆動用液晶セルの
   基板法線とほぼ平行な螺旋軸でねじれた配列をした補償
   用液晶層とが配置された液晶表示素子において、前記２
   枚の偏光板は電圧無印加時に暗状態が得られるように配
   置され、前記補償用液晶層のねじれ角は３６０゜以上
   で、かつ、駆動用液晶層のねじれ方向とは逆にねじれた
   配列をしており、駆動用液晶セルと前記補償用液晶層の
   最近接する液晶分子の長軸がほぼ平行であることを特徴
   とする液晶表示素子。