JPS6231822A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JPS6231822A
JPS6231822A JP60169806A JP16980685A JPS6231822A JP S6231822 A JPS6231822 A JP S6231822A JP 60169806 A JP60169806 A JP 60169806A JP 16980685 A JP16980685 A JP 16980685A JP S6231822 A JPS6231822 A JP S6231822A
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Yasuhiko Shindo
神藤　保彦
Toshihiko Tojo
東條　俊彦
Shinji Hasegawa
真二 長谷川
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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り、特に優れた時分割駆動特
性および優れた表示色を有する電界効果製液晶表示素子
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ィステッドネマチックタイプと
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働ねじれたらせん構
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、、％　亙昌
Ｊ首戒左角”ｔ−ｇ”２枚の電極基板間で液晶分子が９
０”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、いわゆるラビ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九２枚
の電極基板をそれぞ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り接着し、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度何回転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
ほぼ平行にする。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輝度の相対値をとった
ものであり、輝度の初期値Ｖ＋　ＯＯ％、最終値（印加
電圧が十分大きいときの値）を０％にしている。一般に
は、相対輝度が９０チとなる電圧をしきい値Ｖｔｈ、１
０％となる電圧を飽和値Ｖ　ｓａｔとして液晶の特性の
めやすにする。しかし、実用上は９０％以上おれば画素
は十分間るく液晶は非点灯状態、５０％以下でおれば画
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％、５０優になる電圧
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
てもにシ、この特性が良好な表示品質が得られる視野を
開眼している。
ここで視角角度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ｌの上側電極基板！１のラビン
グ方向を２、下側電極基板１２のラビング方向を３とし
、液晶分子のねじれ角を今とする。また液晶表示素子ｌ
の表面に直交座標ＸＹ軸をとり、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、Ｚ軸をＸＹ面の
法線方向に定め、観察方向うがＺ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面内にるることとする。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、コントラストか
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４度が９０優になる
電圧をＶｔｈ、、５０％になる電圧をＶａａｔｌとし、
角度φ＝４０度の′１１４ｉ度が９０％になる電圧をｖ
　ｔｈ、としたとき、立ち上がり＠性ｒ、角度特性Δφ
及び時分割能簿を次式のように定義する。
　５ａｔｌ ｖ　ｔｈ。
　ｔｈ２ Δφ；□ Ｖ　ｔｈ。
　ｔｈ２ ５ａｉｌ 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△ｎ、上下電極基板間間隙をｄとした場合Δｎ
−ｄに依存しており、Δｎ−ｄが大きい場合（例えば０
．８μｍ以上）にはｒが良く（小さく）、Δφが悪い（
小さい］。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、時分割能喝で比較した場合には、Δｎ−
ｄの小さい方が良い。以上の具体的な例を表１に示す。
ここで時分割駆動について、ドツトマトリクスディ賃プ
レイを例に取って簡単に説明する。第３図に示すように
下側゛電極基板１２にストライプ状のＹｆｉ極（信号電
極）１３を、上側電極基板１１にＸｔ極（走査電極）１
４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１本
の走査電極を丙、Ｘ２．・・・・・・・・・・Ｘｎ、　
ｘ、　、　Ｘ２・・・・・・・・・・Ｘｎと繰シ返し線
順次走置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
ての画累に、信号電極１３であるＹｌ。
Ｙｌ・・・・・・・・・・Ｙｎよシ、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ｉｔ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の数が時分割数に粗描する。
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が災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鍛しくなっており、要求仕様を満足
できない状況に到っている。
〔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以上でも艮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１６０度か
ら３６０度の範囲とし、この液晶分子のらせん構造の前
後に少なくとも一方が色偏光板からなる一対の偏光板を
配設し、それら偏光板の吸収４１１（Ｔｏ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
。
以下余白 ／′ ７、／ 、・′／ 〔発明の実施例〕 次に、図面を用いて本発明のｓＡ施例を詳細に説明する
。
第４図は本発明にな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（例えばラビング方向）、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。第５図はそれらの関係を示す斜視図で
ある。第２図と構造、機能が同一な部分は同一の符号を
付した。なお、本発明による液晶表示素子を反射製表示
素子として使用する場合は、下側の偏光＠１６の下に反
射板２０を配置する。
液晶分子１７のねじれ方向１０とねじれ角αは、上側電
極基板１１の２ピング方向６と下側電極基板１２の２ピ
ング方向７及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。
また、ねじれ角αが大きいときには、前述のラビング法
に代えて、酸化シリコン（Ｓｉｎ）などを電極基板面に
対し３度から１０１１傾いた方向から蒸着する斜方蒸着
法（＃公昭５４−１２０６７号公報）を使用して液晶分
子配向膜を形成することが好ましい。すなわち、電極基
板に隣接する液晶分子の、該基板に対する傾き、いわゆ
るチルト（ｔｉｌｔ）角を大きくすることが好ましい。
壜お、ラビング法の代わ、６に斜方蒸着法を用いる場合
は、その蒸着方向は、第４図、Ｗ４５図、第６図、第７
図および第８図におけるラビング方向（矢印方向）とは
逆方向（１８０度回転した方向）とする。
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、３６０度が上限で
Ｔｏｂ、また下限はコントラストによって制限され、１
６０度が限界である。
上側の偏光板１５の吸収軸（Ｔｏるいは偏光軸）８と上
側電極基板１１のラビング方向６とのなす角１重及び下
側の偏光板１６の吸収軸（Ｔｏるいは偏光ｌ１４１）９
と下側電極基板１２の２ピング方向７とのなす角β鵞は
フントラスト、明るさ及び色等を考慮すると、それぞれ
２０度から７０度の範囲に設定することが好ましい。
また、本発明になる液晶表示素子は顕著なΔｎ−ｄｎ−
性を示し、コントラスト、明るさ９色の点から０．７μ
！ｎ≦Δｎ−ｄ≦１．２μｍの条件を満足すると殊に良
好な結果を示す。ここでΔｎの値については一般に波長
依存性があシ、短波長側で大きく、長波長側で小さくな
る傾向がある。本ＢＡｍ書で使用しているΔｎの値は、
Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（波長６３２８Ａ）を使用し、２５
°Ｃ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ｗｉ書におけるΔｎ−ｄの値は若干変化する
。
ここで本発明にな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？説明する。
第６図はその構造、即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及び角度、偏光板の偏光
軸（あるいは吸収軸）の関係を示し液晶表示素子を上側
から見た図である。
使用した液晶はビフェニール系液晶とエステルシクロヘ
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８８１１を０，５重Ｉ
ｋ悌添加したものである。この混合液晶のΔｎはＯ，ｌ
　２３である。
第６図において、上側及び下側電極基板のラビング方向
６．７は互に平行であシ、旋光性物質５８１１によって
、ねじれ方向は１０．ねじれ角αは１８０度となる。
上側の偏光板の吸収軸８と下側の偏光板の吸収軸９は互
に平行で６）、ラビング方向６，７となす角βｌ、βｆ
はいずれも４５度である。
ここで、上側電極基板１！の２ピング方向６、下側電極
基板Ｉ２の２ピング方向７、および液晶分子１７のらせ
ん構造の関係を、第６図の実施例の場合を例にとって説
明する。電極基板をラビング処理すると、一般に第７図
に示すようにラビング方向に沿って傾斜方向の異なる２
つの微小傾斜がほぼ周期的にａｂ返したものが形成され
る。したがってらせん構造を形成する液晶分子が電極基
板間でほぼ平行に配列されるためには上下基板のラビン
グ処理の方向ｔ−ｇ７図に示す如くほぼ一致させること
が、表示画質を良好なものにする。
以上のように本発明においては、偏光板の偏光軸および
吸収軸がともに、隣接する電極基板の液晶分子の配列方
向すなわち液晶分子の光軸と一致していない。従って液
晶分子は複屈折効果を示すので、液晶贋金通過する光の
透過率は波長依存性金示し無彩色の光ではなくなる。本
発明は、この液晶層の前後に配置される一対の偏光板の
うちの少なくとも一方を色偏光板とし、液晶表示素子か
ら観察者側へ出射される光をほぼ無彩色の光とするもの
でるる。
本発明における色偏光板の分光特性を最適化するＫｌた
って、先ず第５図における上側の偏光板１５および下側
の偏光板１６として、第９図に示す分光特性を有するニ
ュートラル偏光板を使用した評価を行う。第９図におい
て、曲、％ｌＩはニュートラル偏光板一枚の分光透過率
特性１曲線■は、曲、ｖｉ！ｔの分光透過率特性を示す
ニュートラル偏光板２枚をそれらの偏光軸を平行にして
重ねた場合の分光透過率特性２曲線■は、曲線１０分光
透過率特性を示すニュートラル（ｊ４光板２枚をそれら
の偏光軸を直交させて重ねた場合の分光透過率特性を示
す。
第６図に示した構成をなす液晶表示素子の液晶層の厚さ
ｄを変えて、Δｎ−ｄを変化させた液晶セルを作シ、芭
及び明るさを観察した。その結果を表２に示す。
この結果からΔｎｏｄが１μｍ近傍で明るさ及び色とも
に表示素子として問題のないレベルであることが分かっ
た。Δｎ−ｄの更に詳細な検討から、第６図の関係が６
る場合はΔｎ−ｄが０．７μｍから１．２μＩｎの範囲
において実用上問題ないことが分かった。
表　　　２ 次にΔｎ−ｄ　＝０．９８μｍ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。表１に示した従来の
液晶表示素子に比較してｋｒｌΔφ２ｍいずれもが著し
く改良されていることが分かる。
表　３ 第６図Ｏｒ：！を成で、△ｎ−ｄｍ１μｍとした際の液
晶示背景領域が黄色となることがわかる。このように上
側の偏光板および下側の偏光板として、第９図に示すよ
うな特性金有するニュートラル偏光板を使用すると液晶
表示素子を透過する青色光領域の分光強反が低下してし
まう。これを防止する目的で、本実施例では、第５図に
おける下側の偏光板１６として第１藍図に示すように緑
色光２よび／またはその近彷領域の透過率が、他の色光
領域【おけるより低下する分光特性、例えばマゼンタ色
、あるいは青紫から赤紫色の範囲の色を示す偏光板を使
用するものである。ｇｔｔ図において、曲線■は色偏光
板一枚の分光透過率特性２曲線■は、曲線■の分光透過
率特性を示す色偏光板２枚をそれらの偏光＠を平行にし
て重ねた場合の分光透過率特性１曲線■は、曲線■の分
光透過率特性を示す色偏光板２枚をそれらの偏光軸を直
交させて重ねた場合の分光透過率特注にホす。
上側偏光板１５として、第９図の曲線■の分光透過率特
性を示すニュートラル偏光板、下側偏光板１６として、
第ｉｔ図の凹森Ｉの分光透過率特性を示す色偏光板を使
用した第６図の構成でΔｎ−ｄ−１の液晶表示素子にお
いて、下側偏光板１６を透過する分光透過率特性を測定
するとＷＪ１２図の如くなる。これから明らかな様に、
分光透過率特性は第１０図に比し、広い可視光波長領域
に亘ってほぼ平坦となシ、透過光は、無彩色の光になつ
ｉたことがわかる。すなわち液晶表示素子の表示背景が
無彩色化されたことになシ、液晶表示素子の表示品質が
大幅に向上したことになる。
上記評価は、透過光の分光特性に依ったが、第５図に示
した反射板２０によシ反射されて再び上側の偏光板１５
から出射する光の分光特性で評価してもほぼ同様な結果
が得られた。
以上の如く本発明に２いては、入射光の偏光軸と液晶分
子の光軸の不一致から生ずる透過率波長依存性を補正し
液晶表示素子からの透過光をほぼ無彩色に近似するよう
少なくとも一方の偏光板を色偏光板とするものである。
な２第６図では偏光板の軸として吸収軸を使ったが、偏
光軸を使用してもほ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０電異方性を持つネマチック液
晶でも同様の効果が得られることは言うまでもない。な
お、以上の例では、らせん講造のねじれ方向を反時計回
りとして説明したが、第８図に示す如く時計回りのねじ
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ラビング方向とねじれ方向と
の関係をｇ４図、第６図、第７図、及び第８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、従来全く不可症で
あった高時分割駆動特性ｐよび表示背景がほぼ無彩色で
高品質の表示特性を持つ液晶表示素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
ｇ１図は時分割駆動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、Ｗ、３図は時分割駆動
を説明する図、第４図、＃Ｉ５図、第６図及び第８図は
本発明になる液晶表示素子の液晶分子の配列方向、液晶
のねじれ方向及び偏光板の軸の方向の関係の一実施例を
示し之説明図、第７図はラビング方向と液晶分子の配列
を説明する図、第９図はニュートシル偏光板の分光透過
率の一例を示す図、第１０図は入射光の偏光軸と液晶分
子の光軸の不一致から生ずる液晶表示素子の透過率波長
依存性を説明するための図、第１１図は本発明になる液
晶表示素子の色偏光板の一実施例の分光透過率を示す図
、第１２図は本発明になる液晶表示素子の分光透過率を
示す図である。 ！・・・・液晶表示素子、２，６・・・・上側電極基板
のラビング方向、３，７・・・・下側電極基板のラビン
グ方向、４．１０・・・・液晶分子のねじれ方向、８・
・・・上側偏光板の吸収軸めるいは偏光軸方向、９・・
・・下＠偏光板の吸収Ｉｇｉｌおるいは偏光軸方向、＋
７・・・・液晶分子、２０・・・・反射板。 第１０ 卿７１１：１ｉ足（尖効履） 囁２図 矛（７図 う皮表（ｎｍ）

Claims (1)

  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１６０度から３６０度の範
    囲内のねじれた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は吸
    収軸を、隣接する電極基板の液晶分子配列方向に対し２
    ０度から７０度の範囲内の角度ずらせるとともに、入射
    光の偏光軸と液晶分子の光軸の不一致から生ずる透過率
    波長依存性を補正し素子からの透過光をほぼ無彩色に近
    似するよう少なくとも一方の偏光板を色偏光板とするこ
    とを特徴とする液晶表示素子。 ２、液晶層の厚みｄ（μｍ）と液晶の屈折率異方性Δｎ
    の積Δｎ・ｄが０．７μｍから１．２μｍの範囲にある
    特許請求の範囲第１項記載の液晶表示素子。 ３、光入射側の偏光板をニュートラル偏光板とし、反射
    板が隣接して配置される側の偏光板を色偏光板とする特
    許請求の範囲第１項記載の液晶表示素子。 ４、液晶層の厚みｄ（μｍ）と液晶の屈折率異方性Δｎ
    の積Δｎ・ｄが０．７μｍから１．２μｍの範囲にあり
    、色偏光板がマゼンタ色偏光板である特許請求の範囲第
    １項記載の液晶表示素子。
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