JPH11305199A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】明表示の帯色をほとんどなくして良好な色品質
の表示を得ることができる反強誘電性液晶表示素子を提
供する。 【解決手段】対向面に電極３，６がそれぞれ形成された
一対の基板１，２間に反強誘電性液晶９を設け、前記一
対の基板１，２をはさんで一対の偏光板１０，１１を配
置した液晶表示素子において、前記反強誘電性液晶９の
屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値を、電
極３，６間に表示が明表示となる配向状態に液晶が配向
する電圧を印加したときの光の透過率が可視光帯域の全
域にわたってほぼ等しくなるように設定することによ
り、明表示の帯色がほとんどない良好な色品質の表示を
得るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、スメクティック
液晶を用いた液晶表示素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スメクティック液晶を用いた液晶表示素
子は、一般に広く利用されているネマティック液晶を用
いた液晶表示素子に比べて、高速応答特性および広視野
角特性の面で期待されている。

【０００３】この種の液晶表示素子には、反強誘電性液
晶表示素子やＤＨＦ液晶表示素子などがあり、これらの
液晶表示素子は、対向面に電極がそれぞれ形成された一
対の基板間に液晶を設け、前記一対の基板をはさんで一
対の偏光板を配置して構成されている。

【０００４】前記反強誘電性液晶表示素子は、カイラル
スメクティックＣ（SmCA* ）相を有する液晶を、螺旋構
造を消失させた状態で基板間に介在させたものであり、
両基板の電極間に印加される一方の極性の所定の値の第
１の電圧に応じて液晶分子が第１の方向にほぼ配列した
第１の強誘電相を示す第１の配向状態に配向し、他方の
極性の所定の値の第２の電圧に応じて液晶分子が第２の
方向にほぼ配列した第２の強誘電相を示す第２の配向状
態に配向し、電圧を印加しないときは液晶分子がそのダ
イレクタ（液晶分子の並んでいる方向を示す単位ベクト
ル）を前記第１の方向と第２の方向とに各スメクティッ
ク層毎に向けて配列した第３の配向状態にし、この３つ
の配向状態を制御して表示する。

【０００５】また、前記ＤＨＦ液晶表示素子は、ショー
トピッチの強誘電性液晶であるＤＨＦ（Deformed Helic
al Ferroelectric）液晶を、螺旋構造が存在する状態で
基板間に介在させたものであり、両基板の電極間に印加
される一方の極性の所定の値の第１の電圧に応じて液晶
分子が第１の方向にほぼ配列した第１の強誘電相を示す
第１の配向状態に配向し、他方の極性の所定の値の第２
の電圧に応じて液晶分子が第２の方向にほぼ配列した第
２の強誘電相を示す第２の配向状態に配向し、前記第１
の電圧と第２の電圧との間の任意の値の第３の電圧に応
じて螺旋構造の歪みを生じさせることにより、液晶分子
がそのダイレクタを前記第１の方向と第２の方向との間
の方向に向けて配列した第３の配向状態に配向する。こ
のＤＨＦ液晶表示素子は、前記螺旋構造の歪みによるダ
イレクタを制御して表示する。

【０００６】上記反強誘電性液晶表示素子やＤＨＦ液晶
表示素子などのようなスメクティック液晶を用いた液晶
表示素子の液晶層の層厚ｄと前記スメクティック液晶の
屈折率異方性Δｎとの積Δｎｄの値は、従来、電圧を印
加しない状態での光の透過率が可視光帯域の全域にわた
ってほぼ等しくなるように設定されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、Δｎｄの値を
上記のように設定した従来の液晶表示素子は、電圧を印
加しない状態での中間調の明るさの表示および一方の極
性の電圧を印加したときの暗表示は良好であるが、他方
の極性の電圧を印加したときの明表示に帯色を生ずると
いう問題をもっている。

【０００８】この明表示の帯色は、印加される電圧に応
じた配向状態の変化にともなって液晶層の屈折率異方性
Δｎが変化することによるものであり、反強誘電性液晶
表示素子やＤＨＦ液晶表示素子などのようなスメクティ
ック液晶を用いた液晶表示素子は、上述した各配向状態
での液晶分子の配列の状態が異なるため、液晶分子の配
列状態の変化にともなって液晶の屈折率異方性Δｎが変
化し、その屈折率異方性Δｎの変化により各波長光の透
過率に差が生じて、透過光が、その光を構成する各波長
光の強度の比に対応した色に帯色する。

【０００９】そして、従来の液晶表示素子は、そのΔｎ
ｄの値が、電圧を印加しない状態での光の透過率が可視
光帯域の全域にわたってほぼ等しくなるように設定され
ているため、電圧を印加しない状態での中間調の明るさ
の表示は、帯色のほとんどない良好な表示であり、ま
た、一方の極性の電圧を印加したときの暗表示は、帯色
がほとんど目立たない良好な表示であるが、他方の極性
の電圧を印加したときの明表示の帯色が目立つ。

【００１０】このため、従来のスメクティック液晶を用
いた液晶表示素子は、明表示の色品質が悪く、特に、複
数の色のカラーフィルタ（例えば赤、緑、青の３色のカ
ラーフィルタ）を備えてフルカラー画像等の多色カラー
画像を表示する液晶表示素子の場合は、良好な色再現性
が得られないという問題をもっている。

【００１１】この発明は、明表示の帯色をほとんどなく
して良好な色品質の表示を得ることができるスメクティ
ック液晶を用いた液晶表示素子を提供することを目的と
したものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の液晶表示素子
は、対向面に電極がそれぞれ形成された一対の基板と、
前記一対の基板間に液晶層を形成して設けられ、前記電
極間に印加される電圧に応じて液晶層のダイレクタが前
記一対の基板面と実質的に平行に面上で変化し、このダ
イレクタの変化に応じて前記液晶層のΔｎの値が変化す
るスメクティック液晶と、前記一対の基板をはさんで配
置された一対の偏光板とを備え、前記スメクティック液
晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積Δｎｄの値
が、前記電極間に表示が明表示となる配向状態に前記液
晶が配向する電圧を印加したときの光の透過率が可視光
帯域の全域にわたってほぼ等しくなるように設定されて
いることを特徴とする。

【００１３】そして、前記スメクティック液晶として
は、前記電極間に印加される一方の極性の所定の値の第
１の電圧に応じて液晶分子が第１の方向にほぼ配列した
第１の強誘電相を示す第１の配向状態に配向し、他方の
極性の所定の値の第２の電圧に応じて液晶分子が第２の
方向にほぼ配列した第２の強誘電相を示す第２の配向状
態に配向し、前記第１の電圧と第２の電圧との間の任意
の値の第３の電圧に応じて液晶分子がそのダイレクタを
前記第１の方向と第２の方向との間の方向に向けて配列
した第３の配向状態に配向する液晶が適用される。

【００１４】この発明の液晶表示素子は、そのΔｎｄの
値を、表示が明表示となる配向状態に液晶が配向する電
圧を印加したときの光の透過率が可視光帯域の全域にわ
たってほぼ等しくなるように設定したものであるため、
明表示に帯色を生ずることはほとんどなく、したがっ
て、良好な色品質の表示を得ることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明は、上記のように、対向
面に電極がそれぞれ形成された一対の基板間に、前記電
極間に印加される電圧に応じて液晶層のダイレクタが前
記一対の基板面と実質的に平行に面上で変化し、このダ
イレクタの変化に応じて前記液晶層のΔｎの値が変化す
るスメクティック液晶を設け、前記一対の基板をはさん
で一対の偏光板を配置した液晶表示素子において、前記
スメクティック液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄと
の積Δｎｄの値を、前記電極間に表示が明表示となる配
向状態に前記液晶が配向する電圧を印加したときの光の
透過率が可視光帯域の全域にわたってほぼ等しくなるよ
うに設定することにより、明表示の帯色がほとんどない
良好な色品質の表示を得るようにしたものである。

【００１６】前記液晶スメクティック液晶は、前記電極
間に印加される一方の極性の所定の値の第１の電圧に応
じて液晶分子が第１の方向にほぼ配列した第１の強誘電
相を示す第１の配向状態に配向し、他方の極性の所定の
値の第２の電圧に応じて液晶分子が第２の方向にほぼ配
列した第２の強誘電相を示す第２の配向状態に配向し、
前記第１の電圧と第２の電圧との間の任意の値の第３の
電圧に応じて液晶分子がそのダイレクタを前記第１の方
向と第２の方向との間の方向に向けて配列した第３の配
向状態に配向する液晶が用いられる。

【００１７】この発明の液晶表示素子において、前記第
１の方向と第２の方向とのなす角は４５°以上が好まし
く、前記一対の偏光板は、そのうちの一方の偏光板の透
過軸が、前記第１の方向と第２の方向とのなす角度の中
間の方向と、前記第１の方向と第２の方向のいずれか一
方との間の角度範囲内にあり、他方の偏光板の透過軸
が、前記一方の偏光板の透過軸に対し実質的に直交また
は平行である状態で配置するのが望ましい。

【００１８】例えば、前記一対の偏光板をその透過軸を
実質的に直交させて配置する場合、前記表示が明表示と
なる液晶のより好ましい配向状態は、前記電極間に、前
記液晶分子がそのダイレクタを前記一方の偏光板の透過
軸に対し一方向にほぼ４５°の角度で交差する方向に向
けて配列する電圧が印加された状態である。

【００１９】その場合、前記表示が明表示となる配向状
態に液晶が配向したときの前記Δｎｄの値を、測定波長
を５５０ｎｍとしたとき、実質的に０．２５μｍに設定
すれば、前記明表示の帯色をより効果的に防ぐことがで
きる。

【００２０】また、この液晶表示素子は、前記電極間
に、液晶分子がそのダイレクタを前記一方の偏光板の透
過軸に対し一方向にほぼ４５°の角度で交差する方向に
向けて配列する一方の極性の電圧と、前記液晶分子がそ
のダイレクタを前記一方の偏光板の透過軸とほぼ直交ま
たは平行な方向に向けて配列する他方の極性の電圧と、
前記一方の極性の電圧と前記他方の極性の電圧との間の
任意の値の電圧とを印加することにより駆動するのが望
ましく、その場合、印加電圧の値を前記一方の極性の電
圧と他方の極性の電圧との間において段階的または連続
的に変化させれば、表示の明るさに階調をもたせた表示
を得ることができる。

【００２１】

【実施例】以下、この発明の第１の実施例を、スメクテ
ィック液晶の一種である反強誘電性液晶を用いた液晶表
示素子を例にとって、図面を参照し説明する。図１はこ
の実施例による液晶表示素子の断面図であり、この液晶
表示素子は、枠状のシール材８を介して接合された一対
の透明基板１，２間に反強誘電性液晶９を設け、前記一
対の基板１，２をはさんで一対の偏光板１０，１１を配
置して構成されている。

【００２２】この実施例の液晶表示素子は、フルカラー
画像等の多色カラー画像を表示するアクティブマトリッ
クス型液晶表示素子であり、前記一対の基板１，２のう
ちの一方の基板、例えば背面側（図１において下側）の
基板１の内面には、マトリックス状に配列する複数の透
明な画素電極３が形成され、その上に配向膜４が設けら
れている。

【００２３】なお、図では省略しているが、前記背面側
基板１の内面には、前記各画素電極３にそれぞれ接続さ
れたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）からなる能動素子が設
けられるとともに、各行のＴＦＴにゲート信号を供給す
るゲートラインと、各列のＴＦＴにデータ信号を供給す
るデータラインとが設けられている。

【００２４】また、他方の基板、つまり前面側（図にお
いて上側）の基板２の内面には、複数の色のカラーフィ
ルタ、例えば赤、緑、青の３色のカラーフィルタ５Ｒ，
５Ｇ，５Ｂが、前記各画素電極３にそれぞれ対応させて
形成されており、その上に前記画素電極３の全てに対向
する一枚膜状の透明な対向電極６が形成され、さらにそ
の上に配向膜７が設けられている。

【００２５】前記一対の基板１，２の内面にそれぞれ設
けられた配向膜４，７には、互いに数度程度のずれ角を
もった方向に沿った配向処理（例えばラビング処理）が
施されており、前記反強誘電性液晶９は、バルクの状態
における螺旋構造を消失させた状態で基板１，２間に介
在されるとともに、そのスメクティック層構造の法線の
方向を両基板１，２の配向膜４，７により規制され、乱
れのない層構造をつくって基板１，２間に設けられてい
る。

【００２６】この反強誘電性液晶９は、両基板１，２の
電極３，６間に印加される一方の極性の所定の値の第１
の電圧に応じて液晶分子が第１の方向にほぼ配列した第
１の強誘電相を示す第１の配向状態に配向し、他方の極
性の所定の値の第２の電圧に応じて液晶分子が第２の方
向にほぼ配列した第２の強誘電相を示す第２の配向状態
に配向し、前記第１の電圧と第２の電圧との間の任意の
値の第３の電圧（電圧が０Ｖの状態、つまり電圧無印加
状態を含む）に応じて液晶分子がそのダイレクタを前記
第１の方向と第２の方向との間の方向に向けて配列した
第３の配向状態に配向する。

【００２７】図２は、前記反強誘電性液晶９の印加電界
に対する液晶分子の配列状態の変化を示すモデル図であ
り、図において、ａは液晶分子、ｂ１，ｂ２は液晶分子
ａの自発分極の向きを示している。

【００２８】図２のように、基板１，２間に螺旋構造を
消失させた状態で介在された反強誘電性液晶９は、スメ
クティック層構造の法線Ｌに対し、あるチルト角θで傾
いた方向に液晶分子ａが配列する性質をもっており、こ
の反強誘電性液晶９の配向状態には、３つの安定状態が
ある。

【００２９】その第１の安定状態は、前記電極３，６間
に、一方の極性の強い電圧が印加されたときの状態であ
り、このときは、液晶分子ａの自発分極が印加される一
方向の電界と作用して、ほとんどの液晶分子ａが、図２
の(I) のようにスメクティック層構造の法線Ｌに対し一
方の方向に傾いた第１の方向に上記チルト角θで配列す
る。

【００３０】第２の安定状態は、前記電極３，６間に、
他方の極性の強い電圧が印加されたときの状態であり、
このときは、液晶分子ａの自発分極が印加される他方向
の電界と作用して、ほとんどの液晶分子ａが、図２の(I
I)のように、スメクティック層構造の法線Ｌに対し他方
の方向に傾いた第２の方向に上記チルト角θで配列す
る。

【００３１】第３の安定状態は、電圧が印加されないと
きの状態であり、このときは、図２の(III) のように、
液晶分子ａがスメクティック層構造の法線Ｌに対し同じ
チルト角θで交互に逆向き（各層ごとに互い違いの向
き）に配列する。

【００３２】これらの安定状態のうち、第１の安定状態
は、上述した第１の配向状態（強誘電相を示す配向状
態）に相当し、このときの液晶分子のダイレクタは、ス
メクティック層構造の法線Ｌに対し一方の方向に上記チ
ルト角θだけ傾いた第１の方向にある。

【００３３】また、第２の安定状態は、上述した第２の
配向状態（強誘電相を示す配向状態）に相当し、このと
きの液晶分子のダイレクタは、スメクティック層構造の
法線Ｌに対し他方の方向に上記チルト角θだけ傾いた第
２の方向にある。

【００３４】さらに、第３の安定状態は、上述した第３
の配向状態のうちの電圧無印加状態での配向状態に相当
し、このときは、液晶層全体での液晶分子ａの平均的な
配列方向がスメクティック層構造の法線Ｌ方向にあるた
め、液晶分子のダイレクタは、前記スメクティック層構
造の法線Ｌに沿った方向にある。

【００３５】また、前記反強誘電性液晶９は、前記３つ
の安定状態のほかに、前記第１および第２の安定状態と
第３の安定状態との間の状態、すなわち、スメクティッ
ク層構造の法線Ｌに対する液晶分子のチルト角θは同じ
であるが、前記法線Ｌに対して一方の方向に傾いた状態
に配列する液晶分子数と他方の方向に傾いた方向に配列
する液晶分子数との比率が異なる配向状態にも配向す
る。

【００３６】この配向状態は、上述した第３の配向状態
のうちの電圧無印加状態以外の配向状態に相当し、一方
の方向に傾いた状態に配列する液晶分子数と他方の方向
に傾いた方向に配列する液晶分子数との比率は印加電圧
に応じて変化し、それに応じて液晶分子のダイレクタの
向きが、前記第１および第２の方向と前記スメクティッ
ク層構造の法線Ｌに沿った方向との間で変化する。

【００３７】このように、前記反強誘電性液晶９は、電
極３，６間に印加される電圧に応じて、液晶分子ａが第
１の方向にほぼ配列した第１の強誘電相を示す第１の配
向状態と、液晶分子ａが第２の方向にほぼ配列した第２
の強誘電相を示す第２の配向状態と、液晶分子ａがその
ダイレクタを前記第１の方向と第２の方向との間の方向
に向けて配列した第３の配向状態とに配向する。

【００３８】また、前記一対の基板１，２をはさんで配
置された一対の偏光板１０，１１のうちの一方の偏光
板、例えば前面側の偏光板１１は、その透過軸を、前記
第１の方向（以下、第１の安定状態におけるダイレクタ
の向きという）と第２の方向（以下、第２の安定状態に
おけるダイレクタの向きという）とのなす角度の中間の
方向と、前記第１の安定状態におけるダイレクタの向き
と第２の安定状態におけるダイレクタの向きとのいずれ
か一方との間の角度範囲内の方向に合せて配置され、他
方の偏光板、つまり背面側の偏光板１０は、その透過軸
を、前面側偏光板の１１透過軸に対し実質的に直交また
は平行にして配置されている。

【００３９】なお、前記反強誘電性液晶９は、前記第１
の安定状態におけるダイレクタの向きと第２の安定状態
におけるダイレクタの向きとのなす角度が４５°以上
（スメクティック層構造の法線Ｌに対する液晶分子ａの
チルト角θが２２．５°以上）であるものであるのが望
ましく、例えば前記第１の安定状態におけるダイレクタ
の向きと第２の安定状態におけるダイレクタの向きとの
なす角度が４５°である場合は、前面側偏光板１１を、
その透過軸を前記第１の方向と第２の方向のいずれか一
方に対し実質的に直交または平行にして配置する。

【００４０】図３は、前記反強誘電性液晶９の第１の安
定状態におけるダイレクタの向きと第２の安定状態にお
けるダイレクタの向きとのなす角度が４５°である場合
の、反強誘電性液晶９の３つの安定状態におけるダイレ
クタの向きと一対の偏光板１０，１１の透過軸の向きを
示しており、図において、破線ＤI ，ＤIIは第１と第２
の安定状態におけるダイレクタの向き、実線ＤIII は第
３の安定状態におけるダイレクタの向きを示し、１０
ａ，１１ａは一対の偏光板１０，１１の透過軸を示して
いる。

【００４１】図３のように、この例では、前面側偏光板
１１の透過軸１１ａを、前記反強誘電性液晶９の第１と
第２の安定状態のいずれか一方、例えば第２の安定状態
におけるダイレクタの向きＤIIと実質的に平行にし、背
面側偏光板１０の透過軸１０ａを、前面側偏光板１１の
透過軸１１ａに対して実質的に直交させている。

【００４２】この液晶表示素子は、その背面側から入射
し、背面側偏光板１１と液晶層と前面側偏光板１０とを
透過して前面に出射する光の透過を、前記反強誘電性液
晶９の液晶分子のダイレクタの向きの変化により制御し
て表示するものであり、前記電極３，６間に、液晶分子
がそのダイレクタを前側偏光板１１の透過軸１１ａに対
し一方向にほぼ４５°の角度で交差する方向に向けて配
列する一方の極性の電圧と、前記液晶分子がそのダイレ
クタを前記前面側偏光板１１の透過軸１１ａとほぼ平行
な方向に向けて配列する他方の極性の電圧と、前記一方
の極性の電圧と前記他方の極性の電圧との間の任意の値
の電圧とを印加することにより駆動される。

【００４３】この液晶表示素子の透過光の強度、つまり
表示の明るさは、反強誘電性液晶９の液晶分子のダイレ
クタの向きに応じて変化し、例えば反強誘電性液晶９の
３つの安定状態におけるダイレクタの向きＤI ，ＤII，
ＤIII と、一対の偏光板１０，１１の透過軸１０ａ，１
１ａの向きとを図３に示した関係に設定した場合は、電
極３，６間に液晶分子がそのダイレクタを前側偏光板１
１の透過軸１１ａに対し一方向にほぼ４５°の角度で交
差する方向（図３に示した第１の安定状態におけるダイ
レクタの向きＤI ）に向けて配列する一方の極性の電圧
を印加したときに表示が最も明るくなり、液晶分子がそ
のダイレクタを前側偏光板１１の透過軸１１ａとほぼ平
行な方向（図３に示した第２の安定状態におけるダイレ
クタの向きＤII）に向けて配列する他方の極性の電圧を
印加したときに表示が最も暗くなる。

【００４４】また、前記表示の明るさは、電極３，６間
に印加する電圧を前記一方の極性の電圧と前記他方の極
性の電圧との間で変化させることによる液晶分子のダイ
レクタの向きの変化の応じて変化し、ダイレクタの向き
が前側偏光板１１の透過軸１１ａに対し一方向にほぼ４
５°の角度で交差する方向から前記前側偏光板１１の透
過軸１１ａとほぼ平行な方向に向かって変化するのにと
もなって、表示が明から暗に変化してゆき、その過程に
おいて印加電圧が０Ｖ（電圧無印加状態）になり、液晶
分子がそのダイレクタを前記表示が最も明るくなる方向
と表示が最も暗くなる方向との中間の方向（図３に示し
た第３の安定状態におけるダイレクタの向きＤIII ）に
向けて配列したときに、表示が中間調の明るさになる。

【００４５】したがって、電極３，６間に印加する電圧
の値を前記一方の極性の電圧と他方の極性の電圧との間
において段階的または連続的に変化させることにより、
表示の明るさに階調をもたせた表示を得ることができ
る。

【００４６】なお、上記液晶表示素子の各画素領域（各
画素電極３と対向電極６とが互いに対向する領域）から
の出射光は、赤、緑、青のカラーフィルタ５Ｒ，５Ｇ，
５Ｇのうちのその画素領域に対応するカラーフィルタに
よりその吸収波長帯域の光を吸収されて前記カラーフィ
ルタの色に着色した光であり、各画素領域を出射する
赤、緑、青の画素光の組み合わせによりフルカラー画像
等の多色カラー画像が表示される。

【００４７】次に、上記液晶表示素子のΔｎｄ（反強誘
電性液晶９の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積）の
値について説明すると、この液晶表示素子では、前記Δ
ｎｄの値を、電極３，６間に表示が明表示となる配向状
態に液晶が配向する電圧を印加したときの光の透過率が
可視光帯域の全域にわたってほぼ等しくなるように設定
している。このΔｎｄの値は、次のような条件に基づい
て設定される。

【００４８】上記液晶表示素子の光の透過率は、図３に
示したように一対の偏光板１０，１１の透過軸１０ａ，
１１ａが互いに直交し、反強誘電性液晶９の第３の安定
状態（電圧無印加状態）における液晶分子のダイレクタ
の向きＤIII と前面側偏光板１１の透過軸１１ａとのな
す角度が２２．５°である場合、前記第３の安定状態で
のダイレクタの向きＤIII に対する電圧を印加したとき
のダイレクタの向きの変化角をαとすると、可視光帯域
の各波長光の透過率は、次の (1)式で表わされる。

【００４９】 Ｔ＝Ｔ₀ ｓｉｎ² ２（２２．５−α）ｓｉｎ² （πΔｎｄ／λ）… (1) Ｔ；出射光の強度 Ｔ₀ ；出射光の強度 λ；波長 そして、電圧を印加しない状態である第３の安定状態で
の液晶の屈折率異方性をΔｎ(OFF) とすると、この第３
の安定状態、つまり前記ダイレクタの向きの変化角αが
０°であるときの透過率は、 Ｔ＝（１／２）Ｔ₀ ｓｉｎ² （πΔｎ(OFF) ｄ／λ）… (2) となる。

【００５０】また、一方の極性または他方の極性の電圧
を印加したときの第１の安定状態および第２の安定状態
での液晶の屈折率異方性をΔｎ(ON)とし、前記第１の安
定状態でのダイレクタの向きの変化角αを−２２．５
°、前記第２の安定状態でのダイレクタの向きの変化角
αを＋２２．５°とすると、第１の安定状態、つまりダ
イレクタが前面側偏光板１１の透過軸１１ａに４５°で
交差する方向と実質的に平行な向きＤI になったときの
透過率は、 Ｔ＝Ｔ₀ ｓｉｎ² （πΔｎ(ON)ｄ／λ）… (3) となり、第２の安定状態、つまりダイレクタが前面側偏
光板１１の透過軸１１ａと実質的に平行な向きＤIIにな
ったときの透過率は、 Ｔ＝０… (4) となる。なお、上記各式で表わされる透過率は理論上の
値であり、実際の透過率は、それに近い値である。

【００５１】そして、図３のように偏光板１０，１１を
配置したときは、表示が最も明るくなる液晶の配向状態
が前記第１の安定状態であるため、表示が明表示となる
配向状態に液晶が配向する電圧を印加したときの光の着
色を無くすためには、前記第１の安定状態でのΔｎｄの
値を、上記 (3)式により求められる透過率が可視光帯域
の全ての波長（λ）においてほぼ等しくなるように選べ
ばよい。

【００５２】そのΔｎｄの値は、測定波長を５５０ｎｍ
（可視光帯域の中間波長）としたとき、実質的に０．２
５μｍであり、このように、表示が明表示となる配向状
態に液晶が配向する電圧を印加したときのΔｎｄの値が
実質的に０．２５μｍになるようにするには、液晶表示
素子の製造に際して、その液晶層厚ｄが、 ｄ＝０．２５／Δｎ(ON) となるように両基板１．２間の間隔を調整すればよい。

【００５３】すなわち、例えば、反強誘電性液晶９に、
第３の安定状態（電圧無印加状態）での屈折率異方性Δ
ｎ(OFF) が、Δｎ(OFF) ＝０．１６５であるものを用い
る場合、液晶層厚ｄを１．３μｍに設定すれば、表示が
明表示となる配向状態に液晶が配向する電圧を印加した
ときのΔｎｄの値が実質的に０．２５μｍになる。この
電圧を印加したときの液晶の屈折率異方性Δｎ(ON)は、
Δｎ(ON)＝０．１９２である。

【００５４】このように、上記液晶表示素子は、そのΔ
ｎｄの値を、表示が明表示となる配向状態に液晶が配向
する電圧を印加したときの光の透過率が可視光帯域の全
域にわたってほぼ等しくなるように設定したものであ
り、この液晶表示素子によれば、明表示に帯色を生ずる
ことはほとんどないため、良好な色品質の表示を得るこ
とができる。

【００５５】なお、前記反強誘電性液晶９の屈折率異方
性Δｎは、液晶分子の配列状態の変化にともなって変化
するため、上記のようにΔｎｄの値を表示が明表示とな
る配向状態に液晶が配向する電圧を印加したときの光の
透過率が可視光帯域の全域にわたってほぼ等しくなるよ
うに設定すると、液晶の配向状態を表示が暗くなる方向
に変化させるのにともなって各波長光の透過率に差が生
じるが、表示が暗くなれば、それにともなって各波長光
の透過率の差による表示の帯色が目立たなくなるため、
中間調の明るさの表示や暗表示も、帯色がほとんど目立
たない良好な表示である。

【００５６】図４は、上記のように液晶層厚ｄをｄ＝
０．２５／Δｎ(ON)（表示が明表示となる配向状態に液
晶が配向する電圧を印加したときのΔｎｄの値が実質的
に０．２５μｍ）に設定した液晶表示素子（以下、実施
例素子という）と、液晶の配向状態および偏光板の配置
状態を上記実施例と同じにし、液晶層厚ｄをｄ＝０．２
５／Δｎ)OFF) （電圧無印加状態でのΔｎｄの値が約
０．２１５μｍ）に設定した液晶表示素子（以下、比較
素子という）との白と黒の表示の色度を示すＣＩＥ色度
図であり、（ａ）は実施例の液晶表示素子の色度を示
し、（ｂ）は比較素子の色度を示している。

【００５７】図４の（ａ），（ｂ）において、ＣO は無
彩色点、ＣW は白の表示（赤、緑、青の全ての画素を最
も明るくした状態）の色度点、ＣB は黒の表示（赤、
緑、青の全ての画素を最も暗くした状態）の色度点を示
している。

【００５８】上記実施例素子と比較素子の表示の色度を
比較すると、液晶層厚ｄをｄ＝０．２５／Δｎ(OFF) に
設定した比較素子は、図４の（ｂ）のように、黒の表示
の色度点ＣB は無彩色点ＣO に極く近いが、白の表示の
色度点ＣW が無彩色点ＣO に対して黄色の色度方向にず
れる。そのため、この比較素子は、暗表示は良好である
が、明表示での赤、緑、青のカラーバランスが崩れ、表
示されるカラー画像が黄色味を帯びてしまう。

【００５９】これに対して、液晶層厚ｄをｄ＝０．２５
／Δｎ(ON)に設定した実施例素子は、図４の（ａ）のよ
うに、黒の表示の色度点ＣB が無彩色点ＣO に対して若
干青色の色度方向にずれるずれるが、白の表示の色度点
ＣW が無彩色点ＣO に極く近い。

【００６０】したがって、この実施例素子によれば、明
表示での赤、緑、青のカラーバランスが良い、色品質の
良いカラー画像を表示することができる。また、この実
施例素子の場合は、表示の明るさを明から暗に変化させ
るのにともなって、表示が青色を帯びるようになるが、
実際の表示画像の観察において色品質を左右する帯色
は、特に明表示での帯色であり、表示が暗くなれば、そ
れにともなって帯色が目立たなくなるため、中間調の明
るさの表示や暗表示も、帯色がほとんど目立たない良好
な表示である。

【００６１】なお、上記実施例では、図３に示したよう
に、一対の偏光板１０，１１を、その透過軸１０ａ，１
１ａを互いに直交させて配置したが、前記偏光板１０，
１１は、その透過軸１０ａ，１１ａを互いに実質的に平
行にして配置してもよい。

【００６２】図５は、この発明の第２の実施例による反
強誘電性液晶９の３つの安定状態におけるダイレクタの
向きＤI ，ＤII，ＤIII と一対の偏光板１０，１１の透
過軸１０ａ，１１ａを示している。

【００６３】この実施例は、一対の偏光板１０，１１の
両方の透過軸１０ａ，１１ａを反強誘電性液晶９の第２
の安定状態におけるダイレクタの向きＤIIに対し実質的
に直交させたものであり、この例では、反強誘電性液晶
９が一方の方向の極性の電圧の印加により第１の安定状
態に配向したとき、つまり液晶分子のダイレクタが両偏
光板１０，１１の透過軸１０ａ，１１ａに対し一方向に
ほぼ４５°の角度で交差する向きＤI になったときに表
示が暗表示になり、反強誘電性液晶９が他方の方向の極
性の電圧の印加により第２の安定状態に配向したとき、
つまり液晶分子のダイレクタが両偏光板１０，１１の透
過軸１０ａ，１１ａに対し実質的に直交する向きＤIIに
なったときに表示が明表示になる。

【００６４】なお、図５では、一対の偏光板１０，１１
の透過軸１０ａ，１１ａを反強誘電性液晶９の第２の安
定状態におけるダイレクタの向きＤIIに対し実質的に直
交させたが、一対の偏光板１０，１１の透過軸１０ａ，
１１ａは反強誘電性液晶９の第２の安定状態におけるダ
イレクタの向きＤIIに対し実質的に平行にしてもよく、
その場合は、液晶分子のダイレクタが両偏光板１０，１
１の透過軸１０ａ，１１ａに対し一方向にほぼ４５°の
角度で交差する向きＤI になったときに表示が暗表示に
なり、液晶分子のダイレクタが両偏光板１０，１１の透
過軸１０ａ，１１ａに対し実質的に平行な向きＤIIにな
ったときに表示が明表示になる。

【００６５】また、上記実施例では、図３に示したよう
に、反強誘電性液晶９の第１の安定状態におけるダイレ
クタの向きＤI と第２の安定状態におけるダイレクタの
向きＤIIとのなす角度を４５°としたが、前記反強誘電
性液晶９は、前記第１と第２の安定状態におけるダイレ
クタの向きＤI ，ＤIIのなす角度が４５°よりも大きい
ものがより好ましい。

【００６６】この実施例においても、反強誘電性液晶９
のΔｎｄの値を、表示が明表示となる配向状態に液晶が
配向する電圧を印加したときの光の透過率が可視光帯域
の全域にわたってほぼ等しくなるように設定すれば、明
表示の帯色がほとんどない良好な色品質の表示を得るこ
とができる。

【００６７】図６は、この発明の第３の実施例による反
強誘電性液晶９の３つの安定状態におけるダイレクタの
向きＤI ，ＤII，ＤIII と一対の偏光板１０，１１の透
過軸１０ａ，１１ａを示している。

【００６８】この実施例は、反強誘電性液晶９に、第１
と第２の安定状態におけるダイレクタの向きＤI ，ＤII
のなす角度が約６０°（スメクティック層構造の法線Ｌ
に対する液晶分子ａのチルト角θが約３０°）であるも
のを用いた例であり、この実施例では、前面側偏光板１
１の透過軸１１ａを、前記第１の安定状態におけるダイ
レクタの向きＤI と第２の安定状態におけるダイレクタ
の向きＤIIとのなす角度の中間の方向である第３の安定
状態におけるダイレクタの向きＤIII と、前記第１の安
定状態におけるダイレクタの向きＤI と第２の安定状態
におけるダイレクタの向きＤIIとのいずれか一方との間
の角度範囲内の方向に合せ、背面側偏光板１０の透過軸
１０ａを、前面側偏光板の１１透過軸１１ａに対し実質
的に直交させている。

【００６９】前面側偏光板１１の透過軸１１ａは、図６
に示したように、前記第３の安定状態におけるダイレク
タの向きＤIII に対し、第１の安定状態におけるダイレ
クタの向きＤI の方向に２２．５°ずれた方向に合せる
のが好ましい。

【００７０】この実施例は、反強誘電性液晶９に、第１
と第２の安定状態におけるダイレクタの向きＤI ，ＤII
のなす角度が約６０°のものを用い、そのダイレクタの
変化範囲のうちの第３の安定状態（電圧無印加状態）に
おけるダイレクタの向きＤIII を中心にして一方と他方
にそれぞれほぼ２２．５°ずつずれた図に二点鎖線で示
した２つ方向の間のほぼ４５°の角度範囲内でダイレク
タを変化させて表示するようにしたものであり、一対の
偏光板１０，１１の透過軸１０ａ，１１ａの向きを図の
ように設定した場合は、液晶分子がそのダイレクタを前
側偏光板１１の透過軸１１ａに対し一方向にほぼ４５°
の角度で交差する方向に向けて配列する一方の極性の電
圧を印加したときに表示が最も明るくなり、液晶分子が
そのダイレクタを前側偏光板１１の透過軸１１ａとほぼ
平行な方向に向けて配列する他方の極性の電圧を印加し
たときに表示が最も暗くなる。

【００７１】すなわち、この実施例は、反強誘電性液晶
９が有する約６０°のダイレクタ変化範囲のうちのほぼ
４５°のダイレクタの変化範囲を利用して表示するもの
であり、このようにすれば、反強誘電性液晶９を強誘電
相を示す第１および第２の安定状態まで配向させる上述
した第１の実施例に比べて、明表示や暗表示からの表示
の書換えを応答性良く行なわせることができる。

【００７２】そして、この実施例においても、反強誘電
性液晶９のΔｎｄの値を、表示が明表示となる配向状態
に液晶が配向する電圧を印加したときの光の透過率が可
視光帯域の全域にわたってほぼ等しくなるように設定す
れば、明表示の帯色がほとんどない良好な色品質の表示
を得ることができる。

【００７３】なお、上記各実施例の液晶表示素子は、い
ずれも、反強誘電性液晶を用いたものであるが、この発
明は、例えばショートピッチの強誘電性液晶であるＤＨ
Ｆ液晶を、螺旋構造が存在する状態で基板間に介在させ
たＤＨＦ液晶表示素子など、電極間に印加される一方の
極性の所定の値の第１の電圧に応じて液晶分子が第１の
方向にほぼ配列した第１の強誘電相を示す第１の配向状
態に配向し、他方の極性の所定の値の第２の電圧に応じ
て液晶分子が第２の方向にほぼ配列した第２の強誘電相
を示す第２の配向状態に配向し、前記第１の電圧と第２
の電圧との間の任意の値の第３の電圧に応じて液晶分子
がそのダイレクタを前記第１の方向と第２の方向との間
の方向に向けて配列した第３の配向状態に配向するスメ
クティック液晶を用いた液晶表示素子に広く適用するこ
とができる。

【００７４】また、上記各実施例の液晶表示素子は、反
強誘電性液晶を一対の基板間に封入した際に、液晶分子
が反強誘電相を形成して配列する液晶層を用いたもので
あるが、これに限ることなく、ダイレクタの変化に応じ
て液晶層のΔｎの値が変化する液晶層であって、例えば
一対の基板間に封入した際に、液晶分子がフェリ相を形
成して配列する液晶層、あるいはフェリ相，強誘電相，
反強誘電相等の異なる相が混在するように配列した液晶
層、さらにはスメクティック層間で無秩序に配列した液
晶層を用いたものも適用することができる。

【００７５】さらに、この発明は、アクティブマトリッ
クス型のものに限らず、単純マトリックス型の液晶表示
素子にも、また、カラーフィルタを備えない白黒表示を
行なう液晶表示素子にも適用することができる。

【００７６】

【発明の効果】この発明は、対向面に電極がそれぞれ形
成された一対の基板間に、前記電極間に印加される一方
の極性の所定の値の第１の電圧に応じて液晶分子が第１
の方向にほぼ配列した第１の強誘電相を示す第１の配向
状態に配向し、他方の極性の所定の値の第２の電圧に応
じて液晶分子が第２の方向にほぼ配列した第２の強誘電
相を示す第２の配向状態に配向し、前記第１の電圧と第
２の電圧との間の任意の値の第３の電圧に応じて液晶分
子がそのダイレクタを前記第１の方向と第２の方向との
間の方向に向けて配列した第３の配向状態に配向するス
メクティック液晶を設け、前記一対の基板をはさんで一
対の偏光板を配置した液晶表示素子において、前記スメ
クティック液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積
Δｎｄの値を、前記電極間に表示が明表示となる配向状
態に前記液晶が配向する電圧を印加したときの光の透過
率が可視光帯域の全域にわたってほぼ等しくなるように
設定したものであるから、明表示の帯色がほとんどない
良好な色品質の表示を得ることができる。

【００７７】この発明の液晶表示素子において、前記第
１の方向と第２の方向とのなす角が４５°以上であり、
一方の偏光板の透過軸が、前記第１の方向と第２の方向
とのなす角度の中間の方向と、前記第１の方向と第２の
方向のいずれか一方との間の角度範囲内にあるととも
に、他方の偏光板の透過軸が、前記一方の偏光板の透過
軸に対し実質的に直交しており、前記表示が明表示とな
る液晶の配向状態が、液晶分子がそのダイレクタを前記
一方の偏光板の透過軸に対し一方向にほぼ４５°の角度
で交差する方向に向けて配列する電圧が印加された状態
である場合、前記表示が明表示となる配向状態に液晶が
配向したときの前記Δｎｄの値を、測定波長を５５０ｎ
ｍとしたとき、実質的に０．２５μｍに設定すれば、前
記明表示の帯色をより効果的に防ぐことができる。

【００７８】また、この液晶表示素子は、前記電極間
に、液晶分子がそのダイレクタを前記一方の偏光板の透
過軸に対し一方向にほぼ４５°の角度で交差する方向に
向けて配列する一方の極性の電圧と、前記液晶分子がそ
のダイレクタを前記一方の偏光板の透過軸とほぼ直交ま
たは平行な方向に向けて配列する他方の極性の電圧と、
前記一方の極性の電圧と前記他方の極性の電圧との間の
任意の値の電圧とを印加することにより駆動するのが望
ましく、その場合、印加電圧の値を前記一方の極性の電
圧と他方の極性の電圧との間において段階的または連続
的に変化させれば、表示の明るさに階調をもたせた表示
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例による液晶表示素子の
断面図。

【図２】第１の実施例で用いた反強誘電性液晶の印加電
界に対する液晶分子の配列状態の変化を示すモデル図。

【図３】第１の実施例による反強誘電性液晶の３つの安
定状態におけるダイレクタの向きと一対の偏光板の透過
軸の向きを示す図。

【図４】第１の実施例による液晶表示素子と、液晶層厚
ｄをｄ＝０．２５／Δｎ(OFF)に設定した比較素子との
白と黒の表示の色度を示すＣＩＥ色度図。

【図５】この発明の第２の実施例による反強誘電性液晶
の３つの安定状態におけるダイレクタの向きと一対の偏
光板の透過軸を示図。

【図６】この発明の第３の実施例による反強誘電性液晶
の３つの安定状態におけるダイレクタの向きと一対の偏
光板の透過軸を示図。

【符号の説明】

１，２…基板 ３，６…電極 ５Ｒ，５Ｇ，５Ｂ…カラーフィルタ ９…反強誘電性液晶 ＤI …第１の安定状態におけるダイレクタの向き ＤII…第２の安定状態におけるダイレクタの向き ＤIII …第３の安定状態におけるダイレクタの向き １０，１１…偏光板 １０ａ，１１ａ…透過軸

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向面に電極がそれぞれ形成された一対の
   基板と、 前記一対の基板間に液晶層を形成して設けられ、前記電
   極間に印加される電圧に応じて液晶層のダイレクタが前
   記一対の基板面と実質的に平行に面上で変化し、このダ
   イレクタの変化に応じて前記液晶層のΔｎの値が変化す
   るスメクティック液晶と、 前記一対の基板をはさんで配置された一対の偏光板とを
   備え、 前記スメクティック液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚
   ｄとの積Δｎｄの値が、前記電極間に表示が明表示とな
   る配向状態に前記液晶が配向する電圧を印加したときの
   光の透過率が可視光帯域の全域にわたってほぼ等しくな
   るように設定されていることを特徴とする液晶表示素
   子。
2. 【請求項２】前記スメクティック液晶は、前記電極間に
   印加される一方の極性の所定の値の第１の電圧に応じて
   液晶分子が第１の方向にほぼ配列した第１の強誘電相を
   示す第１の配向状態に配向し、他方の極性の所定の値の
   第２の電圧に応じて液晶分子が第２の方向にほぼ配列し
   た第２の強誘電相を示す第２の配向状態に配向し、前記
   第１の電圧と第２の電圧との間の任意の値の第３の電圧
   に応じて液晶分子がそのダイレクタを前記第１の方向と
   第２の方向との間の方向に向けて配列した第３の配向状
   態に配向した液晶層を形成することを特徴とする請求項
   １に記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】前記第１の方向と第２の方向とのなす角が
   ４５°以上であり、前記一対の偏光板のうちの一方の偏
   光板の透過軸が、前記第１の方向と第２の方向とのなす
   角度の中間の方向と、前記第１の方向と第２の方向のい
   ずれか一方との間の角度範囲内にあり、他方の偏光板の
   透過軸が、前記一方の偏光板の透過軸に対し実質的に直
   交または平行であることを特徴とする請求項１〜２のい
   ずれか１つに記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】前記一対の偏光板の透過軸が実質的に直交
   しており、前記表示が明表示となる液晶の配向状態が、
   前記電極間に、前記液晶分子がそのダイレクタを前記一
   方の偏光板の透過軸に対し一方向にほぼ４５°の角度で
   交差する方向に向けて配列する電圧が印加された状態で
   あることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記
   載の液晶表示素子。
5. 【請求項５】前記表示が明表示となる配向状態に液晶が
   配向したときの前記Δｎｄの値が、測定波長を５５０ｎ
   ｍとしたとき、実質的に０．２５μｍに設定されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の
   液晶表示素子。
6. 【請求項６】前記電極間に、液晶分子がそのダイレクタ
   を前記一方の偏光板の透過軸に対し一方向にほぼ４５°
   の角度で交差する方向に向けて配列する一方の極性の電
   圧と、前記液晶分子がそのダイレクタを前記一方の偏光
   板の透過軸とほぼ直交または平行な方向に向けて配列す
   る他方の極性の電圧と、前記一方の極性の電圧と前記他
   方の極性の電圧との間の任意の値の電圧とを印加して駆
   動されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つ
   に記載の液晶表示素子。