JPH06324335A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像に本来表現したい色とは別の不都合な着
色が生じることなく、広く均一な視角特性を実現するこ
とのできる液晶表示素子を提供する。 【構成】 電圧無印加時に液晶層１９の液晶分子が基板
表面に対してほぼ水平姿勢を保ちつつその液晶分子の長
軸の方位が揃わないように基板上の配向膜９、１５の表
面を形成することで、電圧印加時に液晶分子の起きあが
る方位がランダムになる。その結果Ｔ−Ｖ特性はどの方
位でもほぼ同一となり広く均一な視角特性を実現するこ
とができる。そして液晶層１９へのカイラル剤の添加を
省略して液晶分子自体の捩れ能力によって捩れ配列を行
なわせることにより表示画像の色付きを軽減して表示品
質を向上させることができ、しかも液晶層１９のしきい
値電圧が低下するため低い印加電圧でも高コントラスト
の表示を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に係り、
特に画像の表示コントラストや表示色等の視角特性を改
善した液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、薄型軽量・低消費電力
という大きな特長を有するため、腕時計や電卓、日本語
ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ等の多種多
様な製品に広く用いられている。これら液晶表示素子の
ほとんどは、捩れネマティック（Twisted Nematic ；以
下、ＴＮと略称）型液晶、あるいはこれよりもさらに液
晶分子配列の捩れ角度を大きく設定されたＳＴＮ（Supe
r Twisted Nematic ；以下、ＳＴＮと略称）型液晶が用
いられている。例えばパーソナルコンピュータに用いら
れるディスプレイとしては、画面が大きく表示容量が多
いものが一般的になってきており、表示面の大きさはＡ
4 サイズ以上、その画素数は横 640、縦 480画素以上
の、いわゆるＶＧＡディスプレイ仕様が主流になってき
た。

【０００３】現在主流の液晶表示素子は、アクティブマ
トリックス方式と単純マトリックス方式の 2タイプに大
別することができるが、両方式ともに上記のようなＶＧ
Ａディスプレイ仕様をほぼ満足する性能を実現すること
が可能である。単純マトリックス方式は安価にできるこ
とが最大の特長の一つであり、それは帯状の透明電極が
配列された 2枚の基板を、その透明電極どうしがマトリ
ックス状に交差するように間隙を有して対向配置し、そ
の間隙に液晶層を封入・挟持しただけのシンプルな構造
であることによる。このようなシンプルな構造の単純マ
トリックス方式でＶＧＡディスプレイ仕様を実現するた
めには、液晶層の透過率−印加電圧（Ｔ−Ｖ）特性に急
峻性が要求される。ここで急峻性とは、液晶層に印加す
る電圧の値を変化したときにその液晶層の透過光の変化
する度合いを示す。Ｔ−Ｖ特性は液晶層の配列の総捩れ
角（以下、ツイスト角と呼ぶ）を大きくすることによっ
て急峻にすることができる。

【０００４】しかしながら、実用的には単純マトリック
ス方式の液晶表示素子のツイスト角は 180度以上が必要
でありＳＴＮ型液晶が用いられることが多く、ツイスト
角がこのように大きくなると旋光分散によって表示画像
が本来表現したい画像の色とは異なる不都合な色に着色
するという問題がある。

【０００５】一方、アクティブマトリックス方式では、
各画素ごとに薄膜トランジスタ（Thin Film Transisto
r；以下、ＴＦＴと略称）などのスイッチング素子を配
置しているため、各画素の液晶層に印加する液晶印加電
圧を走査線の本数に関係なく任意の電圧比に設定するこ
とができる。それゆえ応答速度が速くテレビなどの動画
やＣＡＤなどで用いるマウスの動きにも十分な応答速度
を得ることができる。液晶層への電圧印加の制御はＴＦ
Ｔなどのスイッチング素子で行なうので、単純マトリッ
クス方式のようには透過率−印加電圧特性の急峻性を高
くする必要はなく、またツイスト角を大きくする必要も
ない。したがってツイスト角が90度程度のＴＮ型液晶が
用いられることが多い。

【０００６】このようにツイスト角が90度のＴＮ型液晶
の電気光学特性の急峻性はツイスト角がさらに大きいＳ
ＴＮ型液晶よりは劣るが、捩れ角が小さいので旋光分散
が小さくなり、電圧を印加しないとき明るい表示が得ら
れる偏光板配置（ノーマリーオープン）にした場合に
は、前記のような不都合な着色のほとんど目立たない画
像表示を得ることができる。従ってアクティブマトリッ
クス方式とＴＮセルとを組み合わせることにより、高速
で大表示容量の液晶表示素子を実現することができるの
である。これに更にカラーフィルタを組み合わせること
により、フルカラーの画像表示を行なうこともできる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来技術による液晶表示素子においては、画面を観る
方位や角度によって表示の明暗が反転して見える、ある
いは表示画像が暗くなり見辛くなくなるという問題があ
る。あるいは表示画像が本来の画像の色とは別に不都合
に着色するという問題がある。

【０００８】この問題点を改善する方法として、従来
は、一画素内に液晶分子の起き上がる方向がほぼ 180度
異なる 2つの配向領域を設けた液晶表示素子を用いて視
角依存性を改善する方法（Two Domain Twisted Nemati
c；以下、ＴＤＴＮと略称。この技術は例えば特開昭64-
88520に開示されている）や、スプレイ配列を用いてＴ
ＤＴＮと同様の効果を得るというDomain Divided Twist
ed Nematic（以下、ＤＤＴＮと略称。これは例えば Y.K
oike,et.al.,1992,SID,p798 において公開されている）
方式などが提案されている。一般に液晶表示素子の電気
光学特性は、液晶分子の起き上がる方向に対して斜めか
ら観測した透過率は正面からのそれよりも小さくなる。
また起き上がる方向とは正反対の方向からの場合には、
斜めから観測した透過率は正面からのそれよりも大きく
なる。そこで前記のＤＤＴＮ方式の技術では、一画素内
を配向方向の異なる 2つの領域に分割して、その領域ご
とに斜めから観測される前記の相反する電気光学特性
を、両者の配向特性により得られる視角特性を合成して
足し合わせることにより互いに補完させて、正面方向で
観測される電気光学特性に近付けようとするものであ
る。

【０００９】しかしながら、このようなＤＤＴＮ方式の
液晶表示素子を製作する場合、一画素ずつを 2つの異な
る配向方向の領域に分割して形成しなければならず、製
造工程が極めて煩雑なものとなるという問題がある。そ
の結果、製造歩留まりを著しく低下させることになる。

【００１０】上記のＤＤＴＮに類似した技術として、液
晶分子の基板表面から起き上がる方位を不統一にした多
数の配向領域を一画素内に設けるマルチドメインという
技術が報告されている（'93 Society for Information
Display, Advance program,p.67）。このマルチドメイ
ン方式によれば、電圧印加時に液晶分子の起きあがる方
位がほぼランダム（不統一）になる。その結果、Ｔ−Ｖ
特性はどの方位でもほぼ同一となり、広く均一な視角特
性を実現することができる。

【００１１】しかしながら、上記のように液晶分子の起
き上がる方向を不統一にした多数の配向領域を一画素内
に設ける場合、表示画像に色付きが生じる。このため、
カラーフィルタと組み合わせてフルカラー表示を行なう
場合などに、画像に本来表現したい色とは別の不都合な
着色が生じてしまい、表示品質が著しく低下するという
問題がある。

【００１２】本発明は、このような問題を解決するため
に成されたもので、その目的は、画像に本来表現したい
色とは別の不都合な着色が生じることなく、広く均一な
視角特性を実現することのできる液晶表示素子を提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の液晶表示素子は、画像表示用電極を有し、
液晶分子の長軸方向を同一方向に揃える配向処理を基板
表面に施されることを避けて形成された水平配向膜を有
し、互いが間隙を有して対向配置された 2枚の基板と、
液晶分子の長軸方向が電圧無印加時に前記基板表面に対
して略水平姿勢に保持されるとともに前記略水平姿勢を
保持しつつ前記基板表面で略不統一な方位を向き、前記
基板表面に対して垂直方向には前記 2枚の基板どうしの
間隙で前記液晶分子ごとに略不統一な捩れ角に該液晶分
子が捩れ配列されるように、前記 2枚の基板どうしの間
隙に挟持された液晶層とを具備することを特徴としてい
る。

【００１４】あるいは、画像表示用電極を有し、液晶分
子の長軸方向を同一方向に揃える配向処理を基板表面に
施されることを避けて形成された水平配向膜を有し、互
いが間隙を有して対向配置された 2枚の基板と、カイラ
ル剤無添加の液晶層であって、液晶分子の長軸方向が電
圧無印加時に前記基板表面に対して略水平姿勢に保持さ
れるとともに前記略水平姿勢を保持しつつ前記基板表面
で略不統一な方位を向き、前記基板表面に対して垂直方
向には前記液晶分子自体の捩れ能力によって該液晶分子
ごとに前記 2枚の基板どうしの間隙で捩れ配列するよう
に、前記 2枚の基板どうしの間隙に挟持された液晶層と
を具備し、かつ前記液晶層のリタデーション値を 200ｎ
ｍ乃至 650ｎｍの範囲に調節してなることを特徴として
いる。あるいは、上記の液晶表示素子において、少なく
とも 2色以上の色セルが配列されて、前記画像表示用電
極によって形成される各画素の光路上にそれぞれ前記色
セルが配置されるように形成されたカラーフィルタを具
備し、かつ該カラーフィルタの各色ごとに前記色セルの
透過光のピーク波長λと、該色セルに対応する画素領域
の液晶層の層厚ｄと、該液晶層の屈折率異方性Δｎと
を、0.66≦Δｎ・ｄ／λ≦0.68の範囲に調節してなるこ
とを特徴としている。

【００１５】あるいは、上記の液晶表示素子において、
表示デバイスとして前記液晶表示素子が用いられる際の
観測方向とほぼ同じ方向に光学的吸収軸または光学的透
過軸を合致させるように偏光板を配置してなることを特
徴としている。

【００１６】なお、本発明は、前記の画像表示用電極と
して帯状の透明電極がそれぞれの基板に配列された、い
わゆる単純マトリックス型の液晶表示素子においても、
あるいは前記の画像表示用電極として一方の基板には対
向（共通）電極が形成され他方の基板には各画素ごとに
画素電極が配列された、いわゆるアクティブマトリック
ス型液晶表示素子においても適用することがてきること
は言うまでもない。

【００１７】また、前記の 2枚の基板の基板表面には、
例えば材料としてポリイミドを用いた水平配向膜を形成
し、これをラビング配向等の配向処理を施すことなく用
いるようにしてもよく、あるいはその他の配向膜材料を
用いて、前記と同様に配向処理を施すことなく用いるよ
うにしてもよい。いずれにせよ、液晶分子の長軸方向を
略水平姿勢に保持することができるように基板表面を形
成して液晶分子の長軸方向を略水平姿勢に保持しつつそ
の液晶分子の長軸が基板表面で向く方位を画素内の各位
置ごとに不統一になるとともに、液晶分子自体の持つ捩
れ能力に従ってそれぞれの液晶分子ごとが捩れ配列する
ようにすればよい。これは例えば、配向膜に配向処理を
施すことを避けるとともにカイラル剤無添加の液晶層を
用いるなどすることにより実現できる。

【００１８】

【作用】電圧無印加時に液晶分子が基板表面に対してほ
ぼ水平姿勢を保ちつつその液晶分子の長軸の方位が揃わ
ないように基板表面を形成することで、電圧印加時に液
晶分子の起きあがる方位がランダム（不統一）になる。
その結果Ｔ−Ｖ特性はどの方位でもほぼ同一となり、広
く均一な視角特性を実現することができる。

【００１９】そしてこの場合には、液晶層へのカイラル
剤の添加を省略して液晶分子自体の捩れ能力によって捩
れ配列を行なわせることにより、表示画像の色付きを軽
減して表示品質を向上させることができ、しかも液晶層
のしきい値電圧が低下するため、低い印加電圧でも高コ
ントラストの表示を得ることができることが種々の実験
による検討の結果、判った。

【００２０】従来の配向膜にラビング配向処理等を施し
て配向方位を一定方位に揃えたシングルドメイン方式の
場合には、ディスクリネーションの発生などを避けるた
めにカイラル剤が必要であったが、上記のように液晶分
子の長軸の方位が揃わないように基板表面を形成するマ
ルチドメイン方式の液晶表示素子の場合には、むしろ積
極的に液晶分子の長軸の方位を不統一のような状態にし
ているので、ディスクリネーションに関しては考慮する
必要はなくなるため、この問題に関してはカイラル剤の
添加等によるツイスト角の制御の必要性がなくなる。そ
して積極的に液晶分子のツイスト角をその液晶分子自体
の捩れ能力に基づいて液晶分子ごとに捩れ配列させて、
液晶層内での液晶分子のツイスト角の統一性をむしろ積
極的に失わせることで、液晶層を透過する光はさまざま
な位相を持つものとなり、それらの透過光の集合した表
示画像は色の偏りの少ない、すなわち白黒表示に近い色
になる。

【００２１】しかも、カイラル剤の添加を省略すること
により、液晶層の液晶分子の電圧応答特性がさらに向上
するので、液晶層のしきい値電圧が低下して、低い印加
電圧でも高コントラストの表示を得ることができる。

【００２２】そしてさらには、カラーフィルタなどを用
いてフルカラー表示に好適な白黒表示を行なう液晶セル
を得るために好適なリタデーション値と透過率との関係
を検討した結果、リタデーション値を 200ｎｍから 650
ｎｍの範囲に設定することで、表示画像の不都合な着色
を解消して、表示品質が極めて良好で視角特性の高い画
像表示が実現できることが判明した。

【００２３】また、均一で良好な視野角をさらに広いも
のにするためには、液晶表示素子の画面を観るときの観
測方向（通常は画面に対して真正面の方向）に偏光板の
吸収軸またはこれに直交する透過軸を合致させるように
偏光板を配置することが望ましい。これは偏光板にも視
角依存性が存在しているからである。

【００２４】また、本発明によれば配向膜へのラビング
配向処理等の煩雑な処理を省略することができ、かつカ
イラル剤の添加も省略することができるため、製造歩留
まりの向上や製造工程の簡易化をも図ることができると
いう利点もある。

【００２５】

【実施例】以下、本発明に係る液晶表示素子の実施例を
図面に基づいて詳細に説明する。 （実施例１）図１は
本発明に係る液晶表示素子の主要部の構成を模式的に示
す図である。走査線１と信号線３とがほぼ直交するよう
に配置され、その交差部ごとに走査線１および信号線３
に接続されるとともに画素電極５に接続されてこの画素
電極５への電圧印加を制御するスイッチング素子として
のＴＦＴ７が配設され、それらを被覆するように配向処
理を施されていない配向膜９が形成されたＴＦＴアレイ
基板１１と、これに対向配置される対向電極１３が形成
され、その上を被覆するように配向処理を施されていな
い配向膜１５が形成された対向基板１７とが間隙（セル
ギャップ）を有して組み合わされ、その両基板１１、１
７の間隙に液晶層１９が封入・挟持されて液晶セル２１
が形成されている。そしてこの液晶セル２１を上下から
挟むように、偏光板２３、２５がガラス基板２７、２９
それぞれの外向きの面側に貼設されて、この液晶表示素
子の主要部は構成されている。

【００２６】液晶セル２１には、前記したように基板ほ
ぼ全面を被覆するように水平配向を行なう配向膜９、１
５が形成されており、これら配向膜９、１５は表面にラ
ビング処理が施されておらず、積水ファインケミカル社
製の粒径 3.5μｍのスペーサ（図示省略）が間隙材とし
て両基板間に介挿されてセルギャップ約 3.5μｍに保た
れるとともに、基板周囲にシール材（図示省略）が塗布
されて両基板１１、１７が組み合わされて形成されてい
る。液晶層１９としては、ＺＬＩ−4535（Ｅ．メルク社
製）を用いた。この液晶層１９には、カイラル剤は全く
添加されていない。このような液晶組成物を等方相の状
態で空セルに注入し液晶層１９として両基板１１、１７
間に封入・挟持させた。このように形成された液晶表示
素子のΔｎは0.0865であり、このときリタデーション値
Δｎｄは約 300ｎｍであった。またその捩れピッチは、
ほぼランダムに右捩れ・左捩れが混在するとともにツイ
スト角も様々に異なるものが混在するものとなった。

【００２７】偏光板２３、２５としては、直交ニコルの
偏光板（G1220DU 、日東電工製）を用いて、その光吸収
軸どうしが互いに直交するように配置した。

【００２８】また図示は省略したが液晶セル２１の電極
引き出し部には外部の液晶駆動回路から入力される走査
信号電圧および映像信号電圧が供給されて、この液晶表
示素子が駆動される。

【００２９】ここで、一般にＴＮセルに用いられる偏光
板の配置方式としては、大別すると2通りあり、上下の
偏光板の光吸収軸を互いに平行させて配置する方式と、
上下の偏光板の光吸収軸を直交させて配置する方式とが
ある。前者の方式は、液晶セルに電圧を印加しないとき
には光が透過せず、電圧を印加したときに光の透過状態
が得られる（ノーマリークローズ）。また後者の方式
は、液晶セルに電圧を印加しないときに光が透過し、電
圧を印加したときには光が遮断される（ノーマリーオー
プン）。そして図２は従来例のＴＮ方式のノーマリーオ
ープンとノーマリークローズの表示面法線から左右の方
向に60度まで視角を傾けたときのコントラスト比の視角
依存性を示す図であるが、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３に示すような特性が得られる。同図から明らか
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
比の視角特性が良い。ノーマリーオープンとノーマリー
クローズの暗状態の違いを考察してみると、ノーマリー
オープンの場合は液晶層にしきい値以上の電圧を印加し
ており、ノーマリークローズの場合は液晶層にしきい値
以下の電圧しか印加されていない。液晶層にしきい値以
上の電圧を印加すると、液晶分子がセル厚方向に並び捩
れ配列が解かれる。このような配列状態はしきい値以下
の電圧しか印加されていない基板にほぼ水平に捩れた配
列状態と比較して配列の見え方の視角変化が大きい。従
って以上の理由により、視角を広くするにはノーマリー
クローズを用いた方が良いことが判明した。

【００３０】一方、視角が広くなる技術として液晶分子
の起き上がる方位が不統一な多数の配向領域を一画素内
に設ける、いわゆるマルチドメインセル方式という技術
がある。これは液晶分子の長軸が電圧無印加時に基板表
面に対してほぼ水平な姿勢を保ち、かつ配向処理を行な
うことを避けて、液晶分子の長軸の方位が揃わないよう
にすることで、電圧印加時に液晶分子が起きあがる方位
がランダムになり、その結果、Ｔ−Ｖ特性はどの方位で
もほぼ同一となる。その一例として、ノーマリークロー
ズのＴＮセル（従来と同様に配向方位を統一したもの）
の場合とマルチドメインセルの場合について、入射角60
度での上下左の方位でのＴ−Ｖ特性をそれぞれ図４、５
に各々示す。マルチドメインセルにおいては、Ｔ−Ｖ特
性に方位角依存性がほとんど全く無いことが判る。しか
しながらマルチドメインセルを従来のＴＮセルと同じセ
ル条件（リタデーションおよび捩れ角の大きさ）で製作
すると、表示画像が着色するという不都合が生じる。

【００３１】ここで、光吸収軸を直交させた偏光板間に
液晶セルを配置し、液晶セルのリタデーション△ｎｄ
（液晶の屈折率差△ｎと液晶層の厚みｄとの積）を変化
したときの透過率の変化を赤、緑、青の三原色の主波長
に関してプロットした結果を図６、図７に示す。なお前
記の透過率の計算は次に述べるような式に基づいて行な
った。すなわち、 2枚の偏光板間に、捩れた液晶配列の
液晶層を有する液晶セルを挟持した場合の透過率は、
Ｅ．Ｐ．ＲＡＹＮＥＳによって次のように導かれている
（Mol.Cryst.Liq.Letters Vol.4 (6),pp159-163 ） Ｔ＝｛ｃｏｓβ・ｃｏｓ（θ−Ａ＋Ｐ） ＋ｓｉｎβ・ｓｉｎ（θ−Ａ＋Ｐ）／（１＋α² ）^1/2 ｝² ＋ｓｉｎ² β・ｃｏｓ² （θ−Ａ−Ｐ）・α² ／（α² ＋１）…（１） ここで、 Ｔ： 2枚の偏光板を平行に配置した場合の透過率に対す
る 2枚の偏光板間で捩れた液晶配列の液晶セルを挟持し
た場合の透過率の比 θ：液晶の捩れ角（ｒａｄ．） Ａ：入射光側の偏光板の吸収軸と入射光側基板表面の液
晶分子のダイレクタとのなす角（ｒａｄ．） Ｐ：出射光側の偏光板の吸収軸と入射光側基板表面の液
晶分子のダイレクタとなす角（ｒａｄ．） α＝Δｎｄπ／（λ・θ）、π：円周率、λ：入射光波
長（ｎｍ） β＝θ・（１＋α² ）^1/2 である。前述した´93ＳＩＤにおいてＹ．Ｔｏｋｏらに
よって提案されたいわゆるマルチドメイン方式の液晶表
示素子は、入射光側基板表面の液晶分子のダイレクタの
方位はランダムであり、（１）式におけるＡの値は 0〜
180度の種々の値をとることになる。よって前述した´
93ＳＩＤにおいてＹ．Ｔｏｋｏらによって提案された液
晶表示素子の透過率を算出するには、（１）式をＡにつ
いて 0から 180度まで積分し、これを 180度で除算すれ
ばよい。したがって、 2枚の偏光板どうしの主偏光軸の
なす角を90度（上記のごとく直交ニコルに配置したか
ら）とすると、（１）式は次のように変換することがで
きる。すなわち、 Ｔ＝｛ｃｏｓβ・ｃｏｓ（θ−π／ 2） ＋ｓｉｎβ・ｓｉｎ（θ−π／ 2）／（１＋α² ）^1/2 ｝² ＋ｓｉｎ² β・α² ／｛２・（α² ＋１）｝………（２） この式（２）に、捩れ角θ＝90度を代入して、前記の透
過率を求めることができる。

【００３２】図６、７の透過率曲線において、赤、緑、
青の 3つの曲線が一致するときに表示色は無着色とな
る。図６は従来と同様の90度ツイストの液晶セルの場合
を示しており、図７はカイラル剤を用いた90度ツイスト
のマルチドメイン液晶セルの場合を示している。図６の
従来の90度ツイストの液晶セルの場合には、赤、緑、青
の 3つの曲線がほぼ一致するリタデーション値（Δｎ
ｄ）の範囲は 550ｎｍ±50ｎｍであり、図７の90度ツイ
ストのマルチドメイン型液晶セルの場合には 440ｎｍ±
50ｎｍとなる。この範囲にリタデーション値（Δｎｄ）
を調節してマルチドメイン液晶セルを作製すれば着色の
ほとんどない白黒表示を得ることができる。これらの結
果を比較すると判るように、マルチドメイン液晶セルに
おいて白黒表示が得られるリタデーション値（Δｎｄ）
は 440ｎｍ±50ｎｍの範囲となるが、このような設定を
満たすように液晶セルを製造することは、製造時のセル
ギャップなどの寸法マージンが極めて小さいために製造
技術の高精度な管理が必要となり製造が困難なものとな
る。

【００３３】上記の技術は、液晶層にカイラル剤を添加
されて液晶分子のツイスト角が同一方向に90度程度に統
一されたマルチドメイン方式の液晶セルの場合における
技術であるが、本発明の技術によれば液晶分子の配向方
位を不統一にすることに加えて、カイラル剤無添加の液
晶層を用いることにより、液晶分子のツイスト（ツイス
ト角とその捩れ方向）を不統一にすることができ、さら
に広範囲のリタデーション値の条件において表示の色付
きを解消することができるのである。すなわち、液晶層
１９の液晶分子のツイスト角をその液晶分子自体の捩れ
能力に基づいて液晶分子ごとに異なった捩れ方向および
ツイスト角に捩れ配列させることで、液晶層１９内での
液晶分子のツイスト角の統一性を積極的に消失させる。
その結果、液晶層１９を透過する光はさまざまな位相を
持つものとなり、それらの透過光の集合した表示画像は
色の偏りの少ない、白黒表示に近い色の表示画像にな
る。このような本発明に係る液晶セルのリタデーション
−透過率曲線を図８に示す。フルカラー表示にさらに有
効な白黒表示を行なう液晶セルを得るために好適なリタ
デーション値と透過率との関係を検討した結果、図８の
リタデーション−透過率曲線からも読み取れるように、
リタデーション値を 200ｎｍから 650ｎｍの範囲に設定
することで、表示画像の不都合な着色をさらに効果的に
解消して、表示品質が極めて良好で視角特性の高い画像
表示が実現できることが判明した。

【００３４】しかも、本発明によれば、カイラル剤の添
加を省略することにより液晶層１９の液晶分子の電圧応
答特性がさらに向上するので、液晶層１９の応答しきい
値電位がさらに低下して、低い印加電圧でも高コントラ
ストの表示を得ることができるようになる。これを図９
に示す。同図において、カイラル剤を添加してツイスト
角を90度にしたマルチドメイン方式の液晶セルのリタデ
ーション−透過率曲線をＡで示し、カイラル剤を無添加
の本発明に係るマルチドメイン方式の液晶セルのリタデ
ーション−透過率曲線をＢで示している。この図からも
明らかなように、カイラル剤を用いた場合では、印加電
圧を高くしても曲線Ａで示される透過率は完全には 0に
なることがない。これは、カイラル剤による液晶分子の
捩れ作用によって液晶層のしきい値電圧が高くなる方向
に変化するためと考えられる。これに比べてカイラル剤
を無添加の本発明に係るマルチドメイン方式の液晶セル
の場合には、印加電圧を高くしてゆくと曲線Ｂで示され
る透過率はほぼ完全に 0になる。しかも曲線Ｂは全体的
に曲線Ａよりも同一印加電圧に対しての透過率の変化の
度合いが大きなものとなっていることが分かる。

【００３５】上述のような主要部の構成で、画面の大き
さが 9.5インチのＴＦＴアクティブマトリックス型液晶
表示素子を製作し、これを駆動してテストパターンの画
像を表示させ、その画像表示品質を検証したところ、白
黒表示で視角の広い液晶表示素子が実現できることが確
認された。また中間階調表示を行なわせたところ、どの
方位から観察しても表示画像の明暗反転が生じることな
く、良好な表示を実現できることが確認された。

【００３６】（実施例２）上記第１の実施例において、
スペーサ径 5μｍとした他は上記実施例とほぼ同様の構
成で画面の大きさが 9.5インチのＴＦＴアクティブマト
リックス型の液晶表示素子を作製した。この場合のリタ
デーション値は約 430ｎｍである。

【００３７】製造上、液晶層１９に± 0.5μｍの厚みむ
らが生じたが、上記第１の実施例と同様のテストパター
ンを表示させ、その画像表示色を検証したところ、液晶
層１９の厚みむらの部分に表示色のむらが発生すること
はなかった。また、その表示品質を検証したところ、白
黒表示で視角の広い液晶表示素子が実現できることが確
認された。また、中間階調表示を行なわせたところ、ど
の方位から観察しても表示画像の明暗反転が生じること
なく、良好な表示を実現できることが確認された。

【００３８】（実施例３）上記第１の実施例において、
偏光板２５の吸収軸を液晶表示素子の画面を観る際の観
測方向に合致させた。すなわち液晶セル２１の短辺に対
してほぼ平行になるように配置した。これに合わせて偏
光板２３をその吸収軸が偏光板２５の吸収軸と直交する
ように配置した。このような変更点の他は上記実施例と
ほぼ同様の構成で画面の大きさが 9.5インチのＴＦＴア
クティブマトリックス型の液晶表示素子を作製した。こ
のような第３の実施例の液晶表示素子に上記各実施例と
同様のテストパターンを表示させ、観測方向から目視に
て画面を観察し、その表示品質を検証したところ、上記
第１の実施例の場合よりもさらに広い視角にわたって均
一なコントラストの表示が実現されていることが確認さ
れた。

【００３９】（実施例４）この第４の実施例において
は、液晶セル２１にカラーフィルタを組み込んで、フル
カラーの画像表示を行なう液晶表示素子に本発明を適用
した場合について述べる。図１０は本実施例の液晶表示
素子の液晶セル部分を示す断面図である。なお上記第１
の実施例等と同様の部位には同一の符号を付与して示し
ている。

【００４０】ＴＦＴアレイ基板１１側のガラス基板２７
上に赤色セル１００１、緑色セル１００３、青色セル１
００５の 3色の色セルが配列されてカラーフィルタ１０
０７が形成されている。これらの各色セル１００１、１
００３、１００５の上にそれぞれ画素電極５が形成され
ており、さらにその上を被覆するように配向膜９が形成
されている。このとき、前記の各色セルごとにその上の
配向膜上面から対向基板１７側の配向膜１５表面までの
間隔（セルギャップ）が、それぞれ下記の述べるような
間隔になるように、それぞれの色セルごとに異なった厚
さに設定されている。すなわち、赤色セル１００１に対
応する画素領域でのセルギャップｄ_R 、緑色セル１００
３に対応する画素領域でのセルギャップｄ_G 、青色セル
１００５に対応する画素領域でのセルギャップｄ_B がそ
れぞれ、ｄ_R ＝ 4.8μｍ、ｄ_G ＝4.4μｍ、ｄ_B ＝ 3.5
μｍとなるような厚さにそれぞれの色セルが形成されて
いる。

【００４１】そして配向膜９、１５間に液晶層１９とし
てカイラル剤が全く添加されていないＺＬＩ−4535
（Ｅ．メルク社製）が封入・挟持され、その他は上記各
実施例とほぼ同様の構成で画面の大きさが 9.5インチの
ＴＦＴアクティブマトリックス型の液晶表示素子とし
て、本実施例の液晶表示素子は形成されている。

【００４２】ところで、特にノーマリクローズ（ 2枚の
偏光板の吸収軸を平行して配置）の液晶セルにカラーフ
ィルタなどを用いて色純度の高いフルカラー表示を実現
するためには、例えば上記のような赤・緑・青の 3色セ
ルを各画素ごとに配置する場合では、各色の波長に対す
る透過率をほぼ等しくすることが望ましい。これを実現
するためには、それぞれの色セルごとのリタデーション
値Δｎｄを、例えば上記の例では赤色セル１００１の場
合のΔｎｄ_R を約 420ｎｍ、緑色セル１００３のΔｎｄ
_G を約 380ｎｍ、青色セル１００５のΔｎｄ_B を約 300
ｎｍにそれぞれ設定すればよい。この設定値は図８に示
すリタデーション−透過率特性の極値を示すリタデーシ
ョン値である。このようなリタデーション値を計算によ
り解析的に導き出すと、次式のようになる。すなわち、

【数１】 この（３）式をΔｎｄ／λに関して微分して、透過率が
極大になるときのΔｎｄ／λの値を求めると約0.67とな
り、実用的には（４）式の範囲に適合する。

【００４３】このような第４の実施例の液晶表示素子に
テストパターン画像を表示させ、その画像表示品質を検
証したところ、白黒表示で視角の広い液晶表示素子が実
現できることが確認された。また中間階調表示を行なわ
せたところ、どの方位から観察しても表示画像の明暗反
転が生じることなく、良好な表示を実現できることが確
認された。

【００４４】なお、上記の実施例においては、ＴＦＴア
クティブマトリックス型液晶表示素子に本発明を適用し
た場合について述べたが、本発明の適用はこのようなＴ
ＦＴアクティブマトリックス型液晶表示素子のみには限
定しない。この他にも例えばＭＩＭ素子のような 2端子
素子を用いたアクティブマトリックス型液晶表示素子
や、単純マトリックス型液晶表示素子にも適用すること
ができることは言うまでもない。

【００４５】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、本発明の液晶表示素子の各部位の形成材料などの変
更が種々可能であることは言うまでもない。

【００４６】

【発明の効果】以上、詳細な説明で明示したように、本
発明によれば、画像に本来表現したい色とは別の不都合
な着色が生じることなく、広く均一な視角特性を実現す
る液晶表示素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示素子の主要部の構成を模
式的に示す図。

【図２】ＴＮ方式のノーマリーオープンとノーマリーク
ローズの表示面法線から左右の方向に60度まで視角を傾
けたときのコントラスト比の視角依存性を示す図。

【図３】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示
す図。

【図４】ノーマリークローズのＴＮセルの入射角60度で
の上下左の方位でのＴ−Ｖ特性を示す図。

【図５】ノーマリークローズのマルチドメインセルの入
射角60度での上下左の方位でのＴ−Ｖ特性を示す図。

【図６】ＴＮ型液晶セルのリタデーション△ｎｄを変化
したときの透過率の変化を赤、緑、青の三原色の主波長
に関してプロットした結果を示す図。

【図７】カイラル剤を用いたマルチドメイン液晶セルの
リタデーション△ｎｄを変化したときの透過率の変化を
赤、緑、青の三原色の主波長に関してプロットした結果
を示す図。

【図８】本発明に係る液晶セルのリタデーション−透過
率曲線を示す図。

【図９】本発明に係る液晶セルの電圧応答特性を示す
図。

【図１０】カラーフィルタを用いてカラー表示を行な
う、本発明に係る第４の実施例の液晶表示素子の構造を
示す図。

【符号の説明】

１…走査線、３…信号線、５…画素電極、７…ＴＦＴ、
９、１５…配向膜、１１…ＴＦＴアレイ基板、１３…対
向電極、１７…対向基板、１９…液晶層、２１…液晶セ
ル、２３、２５…偏光板、２７、２９…ガラス基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像表示用電極を有し、液晶分子の長軸
   方向を同一方向に揃える配向処理を基板表面に施される
   ことを避けて形成された水平配向膜を有し、互いが間隙
   を有して対向配置された 2枚の基板と、 液晶分子の長軸方向が電圧無印加時に前記基板表面に対
   して略水平姿勢に保持されるとともに前記略水平姿勢を
   保持しつつ前記基板表面で略不統一な方位を向き、前記
   基板表面に対して垂直方向には前記 2枚の基板どうしの
   間隙で前記液晶分子ごとに略不統一な捩れ角に該液晶分
   子が捩れ配列されるように、前記 2枚の基板どうしの間
   隙に挟持された液晶層とを具備することを特徴とする液
   晶表示素子。
2. 【請求項２】 画像表示用電極を有し、液晶分子の長軸
   方向を同一方向に揃える配向処理を基板表面に施される
   ことを避けて形成された水平配向膜を有し、互いが間隙
   を有して対向配置された 2枚の基板と、 カイラル剤無添加の液晶層であって、液晶分子の長軸方
   向が電圧無印加時に前記基板表面に対して略水平姿勢に
   保持されるとともに前記略水平姿勢を保持しつつ前記基
   板表面で略不統一な方位を向き、前記基板表面に対して
   垂直方向には前記液晶分子自体の捩れ能力によって該液
   晶分子ごとに前記 2枚の基板どうしの間隙で捩れ配列す
   るように、前記 2枚の基板どうしの間隙に挟持された液
   晶層とを具備し、 かつ前記液晶層のリタデーション値を 200ｎｍ乃至 650
   ｎｍの範囲に調節してなることを特徴とする液晶表示素
   子。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２いずれかに記載
   の液晶表示素子において、 少なくとも 2色以上の色セルが配列されて、前記画像表
   示用電極によって形成される各画素の光路上にそれぞれ
   前記色セルが配置されるように形成されたカラーフィル
   タを具備し、 かつ該カラーフィルタの各色ごとに前記色セルの透過光
   のピーク波長λと、該色セルに対応する画素領域の液晶
   層の層厚ｄと、該液晶層の屈折率異方性Δｎとを、0.66
   ≦Δｎ・ｄ／λ≦0.68の範囲に調節してなることを特徴
   とする液晶表示素子。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２いずれかに記載
   の液晶表示素子において、 表示デバイスとして前記液晶表示素子が用いられる際の
   観測方向とほぼ同じ方向に光学的吸収軸または光学的透
   過軸を合致させるように偏光板を配置してなることを特
   徴とする液晶表示素子。