JPS60162226A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JPS60162226A
JPS60162226A JP59015113A JP1511384A JPS60162226A JP S60162226 A JPS60162226 A JP S60162226A JP 59015113 A JP59015113 A JP 59015113A JP 1511384 A JP1511384 A JP 1511384A JP S60162226 A JPS60162226 A JP S60162226A
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JP
Japan
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liquid crystal
angle
rubbing direction
electrode substrate
degrees
Prior art date
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Pending
Application number
JP59015113A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuhiko Shindo
神藤 保彦
Shinji Hasegawa
真二 長谷川
Tamihito Nakagome
中込 民仁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Priority to US06/695,942 priority patent/US4652088A/en
Priority to GB08502315A priority patent/GB2154016A/en
Priority to DE19853503259 priority patent/DE3503259A1/de
Publication of JPS60162226A publication Critical patent/JPS60162226A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/1396—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the liquid crystal being selectively controlled between a twisted state and a non-twisted state, e.g. TN-LC cell
    • G02F1/1397—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the liquid crystal being selectively controlled between a twisted state and a non-twisted state, e.g. TN-LC cell the twist being substantially higher than 90°, e.g. STN-, SBE-, OMI-LC cells

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は液晶表示素子に係シ、特に優れた時分割駆動特
性を有、する電界効釆型液晶表示素子に関するものであ
る。
〔発明の背景〕
従来の液晶表示素子のツイステツ、ドネマチツクタイプ
と言われるものは、2枚の電極基板間に正の誘電率異方
性を有するネマチック液晶による90°ねじれたらせん
構造を有し、かつ両電極基板の外側には偏光板をその偏
光軸(あるいは吸収軸)が電極基板に隣接する液晶分子
に対し直交あるいは平行になるように配置するものであ
った。
2枚の電極基板間で液晶分子が90 ねじれたらせん状
構造をなすように配向させるには、例えば電極基板の、
液晶に接する表面を布などで一方向にこする方法、いわ
ゆる2ピング法によってなされる。
このときのこする方向、即ちラビング方向が液晶分子の
配列方向となる◎このようにして配向処理された2枚の
電極基、板をそれぽれのラビング方向が互にほぼ90度
に交差するように間隙をもたせて対向させ、2枚の電極
基板をシール剤によシ接着し、その間隙に正の誘電異方
性をもったネマチック液晶を封入すると、液晶分子はそ
の電極基板間でほぼ90度回転したらせん状構造の分子
配列をする。このようにして構成された液晶セルの上下
には偏光板が設けられるが、その偏光軸あるいは吸収軸
はそれぞれの電極基板に隣接する液晶分子の配列方向と
はぼ平行にする。ここで、以降の説明に必要な時分割駆
動特性を表わす量の定義について簡単に説明する。
第1図は従来の90度ねじれた液晶分子のらせん構造を
持つ液晶表示素子の典型的な電圧−輝度特性を示してい
る。これは印加電圧に対する反射状態)をOチにしてい
る。一般には、相対輝度が90%となる電圧をしきい値
vth 、 i oチとなる電圧を飽和値Yaat と
して液晶の特性のめやすにする。しかし、実用上は90
チ以上あれば画素は十分間るく液晶は非点灯状態、5(
l以下であれば画素は十分暗く、液晶は点灯状態として
よく、以下本明細書においては、相対輝度が90%、5
0チになる電圧をそれぞれ、しきい値電圧vth、飽和
電圧V satとする。
さらに液晶表示素子の電気光学特性は、見る方向によっ
ても変シ、この特性が良好な表示品質が得られ・る視野
を制限している。
ことで視角角度φの定義を第2図によって説明する。図
において、液晶表示素子1の上側電極基板11のラビン
グ方向を2、下側電極基板12の2ピング方向を3とし
、液晶分子のねじれ角を4とする0また液晶表示素子1
の表面に直交座標XI軸をとD、x軸方向を液晶分子の
ねじれ角4を2等分する方向に規定し、2軸をXY面の
法線方向に定め、観察方向5が2軸となす角を視角角度
φとする。なお、この場合簡単のために観察方向5はX
2面内にあることとする。また、第2図に示されたφを
正とし、このような方向から見た場合、コントラストが
高くなるので、このような方向を視野方向という。
第1図において、角度φ=10度の輝度が90チになる
電圧をVthx、 50チになる電圧をVllatlと
し、角度φ=40度の輝度が90チになる電圧をvth
* としたとき、立ち上がシ特性r、角度特性Δφ及び
時分割能mを次式のように定義する。
従来の液晶表示素子の時分割駆動特性は、液晶の屈折率
異方性をΔn、上下電極基板間間隙をdとした場合Δn
−dに依存しておシ、Δn−dが大きい場合(例えば0
.8μm以上)にはγが良く(小さく)、Δφが悪い(
小さい)〇一方、Δn−dが小さい場合(例えば0.8
μm以下)にはrが悪く(大きく)、Δφが良い(大き
い)。しかし、時分割能mで比較した場合に拡、Δn−
dの小さい方が良い。以上の具体的な例を表1に示す。
表 1 ゛ここで時分割駆動について、ドツトマトリクスディス
プレイを例に取って簡単に説明する。第3図に示すよう
に、第2図の下側電極基板12にストライプ状のY電極
(信号電極)13を、同様に上側電極基板11にX電極
(走査電極)14を形成し、文字等の表示は、X、Y両
電極の交点部の液晶を点灯あるいは非点灯にして行う。
図においてn本の走査電極をXi 、X2 、・・曲・
・・・・・Xn、XI、X2・・・・・・・・・・・−
Xn と繰シ返し線順次走査を繰返して時分割駆動する
。ある走査電極(図においてはXs)が選択されたとき
、その電極上のすべての画素に、信号電極13であるY
l 、Yz・・曲・・・・・・YnjJ)、表示すべき
信号に従い選択また非選択の表示信号を同時に加える。
このように、走査電極と信号電極に加える電圧パルスの
組合せで交点の点灯、非点灯を選択する。この場合の走
査電極Xの数が時分割数に相尚する。
従来の液晶表示素子では、表1に例示したような時分割
駆動特性しか得られないために、時分割数32あるいは
64が実用的には限界であった。
しかし、近年、液晶表示素子の画質の改善と表示情報量
増大に対する要求が厳しくなっておル、要求仕様を満足
でき々い状況に到っている0〔発明の目的〕 本発明の目的は、従来の液晶表示素子と全く異なったセ
ル構造をとることによって、極めて優れた時分割駆動特
性を持ち、時分割数32以上でも良好な画質を持った液
晶表示素子を提供することにある。
[発明の概要〕 このような目的を達成するために本発明による液晶表示
素子は、液晶分子のらせん構造のねじれ角を90度から
160度の範囲とし、この液晶分子のらせん構造の前後
に一対の偏光板を設け、それら偏光板の吸収軸(あるい
は偏光軸)を、電極基板に隣接する液晶分子の配向方向
に対し一定角角度ずらせて配設することを特徴とするも
のである0 〔発明の実施例〕 次に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
第4図は本発明による液晶表示素子を上側から見た場合
の液晶分子の配列方向(例えば2ピング方向)、液晶分
子のねじれ方向、偏光板の吸収軸(あるいは偏光軸)方
向を示している。この場合は液晶分子が上側電極基板の
ラビング方向6を起点として反時計回シに下側電極基板
のラビング方向Tまで角度αだけねじれている。また、
上側電極基板のラビング方向6と上側偏光板の吸収軸(
あるいは偏光軸)8とのなす角度β1は上側電極基板の
う、ピング方向6を起点として、液晶分子のねじれ方向
10(この場合は反時計回多方向)と同じにとシ、下側
電極基板のラビング方向Tと下側偏光板の吸収軸(ある
いは偏光軸)9とのなす角度β2は2ピング方向Tを起
点として、液晶分子のねじれ方向10と逆の方向(この
場合は時計回多方向)にとる。ここでβ1あるいはβ2
に180度の整数倍の角度を加えたものはβ1およびβ
2と等価であることは言うまでもない。以降、β1とβ
2の値は等価な角度群の最小値をもって代表する。
さらに液晶分子のねじれ方向10とねじれ角α拡、上側
電極基板の2ピング方向6と下側電極基板の2ピング方
向7およびネマチック液晶に添加される旋光性物質の種
類と量によって規定される。
ねじれ角αは、しきい値近傍の点灯状態が光を散乱する
配向となることから、最大値が制限され、160度が上
限であシ、また下限は液晶表示素子の色の視角依存性が
顕著となることによって制限され、90度が限界でおる
。
上側偏光板の吸収軸(あるいは偏向軸)8と上側電極基
板のラビング方向6とのなす角β1および下側偏光板の
吸収軸(あるいは偏光軸)9と下側電極基板のラビング
方向Tとのなす角度β2はコント2スト、時分割特性、
明るさおよび色等を考慮すると、それぞれ25度から6
5度の範囲に設定することが好ましい。
なお、第4図において唸液晶分子のねじれ方向10を反
時計回プとしてβlおよびβ2を定義したが、液晶分子
のねじれ方向10が時計回シの場合であっても、β1と
β20角度をとる方向を第4′図と逆にすれば同様であ
ることは言うまでもない。
また、・本発明による液晶表示素子は顕著なΔn・d依
存性を示し、コントラスト、明るさ9色の点から0.5
5μm≦Δn−d≦0.9μmの条件を満足すると殊に
良好な結果を示す0こζでΔnの値は、一般に波長依存
性があ夛、短波長側で大きく、長波長側で小さくなる傾
向がある0本明細書で使用しているΔnの値は、He−
N・レーザ光(波長6328 A)を使用し、25℃で
測定したものであるから、他の波長で測定した場合には
本明細書におけるΔn−dの値は若干変化する。
ここで本発明による液晶表示素子の具体的な一実施例に
ついてその構造と測定結果を説明する0第5図はその構
造、すなわち電極基板のラビング方向、液晶分子のらせ
ん構造のねじれ方向および角度、偏光板の吸収軸(ある
いは偏光軸)の関係を示し、液晶表示素子を上側から見
た図である0使用した液晶は、ビフェニール系液晶とエ
ステルシフ四ヘキサン(ECH)系液晶を主成分とする
ネマチック液晶で、旋光性物質としてメルク社の881
1を0.3重量%添加したものである0この混合液晶の
Δnは0.123である0 第5図において、上側および下側電極基板のラビング方
向6.7のなす角度は120度であシ、旋光性物質58
11によってねじれ方向は10.ねじれ角αは120度
となる。また、ラビング方向6.7と偏光板の吸収軸8
,9とのなす角度β1゜β2はいずれも45度である。
以上のようなセル構造で液晶層の厚さdを変えてΔn−
dを変化させた液晶セルを作シ、色および明るさを観察
した。その結果を表2に示す。
表2 この結果から、Δnodが0.75μm近傍、すなわち
0.65μmから0.85μmの範囲において、明るさ
および色ともに表示素子として全く問題がない極めて良
好なレベルであることがわかった0またΔn−dのさら
に詳細な検討から第5図の関係がある場合はΔn−dが
0.55μmからo、cpopmの範囲においては実用
上何ら問題がないことがわかった。
次にΔn−d=0.75μmの液晶セルの時分割駆動特
性を測定した結果を表3に示す0表1に示した従来の液
晶表示素子に比較してr、Δφ、mのいずれもが著しく
改善されていることがわかる0表3 なか、第5図では偏光板の軸として吸収軸を使用したが
、偏光軸を使用しても砥とんど同様の結果が得られた。
また、実施例ではビフェニール系とECH系の混合液晶
を使用したが、他の種類の正の誘電異方性をもつネマチ
ック液晶でも同様の効果が得られることは言うまでもな
い。また、以上の例では、らせん構造のねじれ方向を反
時計回シとして説明したが、第6図に示す如く時計回シ
のねじれ方向の場合も全く同じ作用効果が得られること
は勿論である。
また、旋光性物質についても2ピング方向とねじれ方向
との関係を第4図、第5図および第6図の如く保てば、
種類を限定するものではないことは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、従来全く、。
不可能であった高時分割駆動特性および高品質め表示特
性をもつ液晶表示素子が得られるという極めて優れた効
果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は時分割特性の定義に用いられる液晶表示素子の
電圧−輝度特性を示す説明図、第2図は時分割駆動特性
の測定方向を定義する説明図、第3図は時分割駆動を説
明する図、第4図、第5図および第6図は本発明による
液晶表示素子の液晶分子の配列方向、液晶分子のねじれ
方向および偏光板の軸の方向の関係の一実施例を示す説
明図である。 1・・・・液晶表示素子、2,6・・會・上側電極基板
の2ピング方向、3.7@−・・下側電極基板の2ピン
グ方向、4.10@・m−液晶分子のねじれ方向、8・
・・・上側偏光板の吸収軸あるいは偏光軸方向、9*會
**下側偏光板の吸収軸あるいは偏光軸方向、11・−
・1上側電極基板、12・・・・下側電極基板。 第1@ 印カロ電lヒ(文交〃イ直) 第2図 第5図 第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 正の誘電異方性を有し、旋光性物質が添加されたネマチ
    ック液晶が、対向配置された上下一対の電極基板間に挾
    持され、その厚さ方向に90度から160度の範囲内の
    ねじれのらせん構造を形成し、かつこのらせん構造を挾
    んで設けられた一対の偏光板の偏光軸あるい紘吸収軸を
    、その一方が隣接する電極基板の液晶分子配列方向と上
    記ねじれ方向に、他方が上記ねじれ方向と逆方向にそれ
    ぞれ25度から65度の範囲内値だけずらし、かつ液晶
    層の厚みd(μm)と液晶の屈折率異方性Δnの積Δn
    −dが0.55μmから0290μmの範囲にあること
    を特徴とする液晶表示素子。
JP59015113A 1984-02-01 1984-02-01 液晶表示素子 Pending JPS60162226A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP59015113A JPS60162226A (ja) 1984-02-01 1984-02-01 液晶表示素子
US06/695,942 US4652088A (en) 1984-02-01 1985-01-29 Liquid crystal display device
GB08502315A GB2154016A (en) 1984-02-01 1985-01-30 Liquid crystal display device
DE19853503259 DE3503259A1 (de) 1984-02-01 1985-01-31 Fluessigkristall-anzeigevorrichtung

Applications Claiming Priority (1)

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JP59015113A JPS60162226A (ja) 1984-02-01 1984-02-01 液晶表示素子

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6374030A (ja) * 1986-09-12 1988-04-04 エフ ホフマン―ラ ロシュ アーゲー 液晶ディスプレイ
US4859037A (en) * 1986-02-18 1989-08-22 Seiko Epson Corporation Liquid crystal electrically-controlled birefringence display devices with improved contrast
US4930877A (en) * 1988-02-23 1990-06-05 Alps Electric Co., Ltd. Liquid crystal display

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