JPH02289824A

JPH02289824A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH02289824A
Application number: JP1330244A
Authority: JP
Inventors: Haruo Iimura; 治雄飯村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1989-02-10
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1990-11-29
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: US5016988A; JP3071204B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は，基板間に挾持された液晶層と、液晶層の外側
に配置された偏光子を有し，該液晶が電圧無印加時に基
板に対して略水平に配向し，液品層の厚み方向に１２０
＠以上、３６０＠以下のねじれた構造を有する液晶表示
素子に関するものである．〔従来の技術及び発明が解決
しようとする課題〕従来主に用いられてきた液晶の表示
モードは、ツイステッドネマチック（ＴＮ）型と呼ばれ
、一対の上下基板間で液晶分子が約９０゜ねじれた構造
をとっており，液晶による偏光面の回転と，電圧印加に
よるその効果の消失を利用している．この表示モードは
、時計や電卓等の低時分割駆動では十分なものであった
が，表示容量を増大させるために高時分割駆動させると
，コントラストが低下したり，視角がせまくなるという
欠点があった．これは，高時分割駆動になると、選択点
と非選択点にかかる電圧の比が１に近づくためで、高コ
ントラスト、広視角の表示素子を得るためには，素子の
相対透過率が１０％変化する電圧Ｖエ。に対する５０％
変化する電圧ｖ１の比（Ｖ，。／Ｖ．．）で表わされる
急峻度Ｙをできるだけ小さくすることが必要である。

シイステッドネマチック型の場合．このγ値は１．１３
程度である。このγ値を小さくするために、液晶分子の
ねじれ角を大きくし、偏光軸を液晶配向方向とずらす方
式が提案されており、ＳＢＥモードやＳＴＮモードと呼
ばれている．このような方式によると、γ値を１．１以
下にすることができ．　１／４００デューティ程度の高
時分割駆動が可能になる．しかし、このような方式では
，複屈折による着色及びその電圧による変化を利用する
ため，原理的に白黒表示を行うことは困難であり，液晶
セルの透過光又は反射光には着色を生じ，着色背景上へ
の表示となってしまう．このような着色を解消するため
に、ＳＴＮ型液晶セルにもう１枚液晶分子のねじれ方向
が逆の色消し用の液晶セルを重ねることも知られている
。しかし、この場合には、液晶セルを２枚重ねることか
ら、コスト高になる上．全体の厚さ及び重量も大きくな
り，さらに偏光板と表示液晶層との距離が大きくなるた
め、表示文字に浮遊感が発生する等の欠点がある。

ＳＴＮ型液晶表示素子の着色を解消する色補償板として
、液晶セルのかわりに複屈折層を用いる方法も知られて
いる．複屈折層は、その厚み及び重量の増加が少なく、
安価に製造可能なので、複屈折層を用いた方法は．液晶
セルを２枚重ねる方法よりも工業的に有利である．しか
し、複屈折暦を用いて色補償したＳＴＮ型液晶表示素子
は、その明るさ及び色が視角方向に依存して変化してし
まうという解決すべき問題がある．本発明は、従来の液晶表示素子に見られる前記欠点を克
服し、視角特性のすぐれた白黒表示可能の液晶表示素子
を提供することを目的とする。

て課題を解決するための手段及び作用〕本発明者らは，
前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果，本発明を
完成するに到った。

即ち、本発明によれば，基板間に挾持された液晶層と，
液晶層の外側に配置された偏光子を有し、該液晶が、電
圧無印加時に基板に対して略水平に配向し，液晶層の厚
み方向に１２０゜以上、３６０゜以下のねじれた構造を
有し，該液晶層と少なくとも一方の偏光子との間に、複
屈折性を有する層を、該複屈折層の基板に平行な面内の
最大屈折率方向に対して、該複屈折層に隣接する偏光子
の偏光透過軸が２０’−７０°（絶対値として）の範囲
にあるように配設し、該複屈折層の基板に平行な面内の
最大屈折率ｎＸと１最小屈折率ｎＹ、および該複屈折暦
の基板に垂直な方向の屈折率ｎＸが、次式（１）または
（Ｉｆ）の関係を満たす液晶表示素子が提供される．ｎ
ｒ＜ｎＸ＜ｎｘ　　　　　　　　　　　　　　−　（夏
）ｎｙ＜ｎＸｓｎｘ　　　　　　　　　　　　　・・・
（■）次に，本発明を図面を参照して詳述する．第１図
は本発明の液晶表示素子の構成例を示す断面図である．
この図において、ｌは第１の基板，１１は第２の基板で
あり，それぞれの基板１，１１は，配向処理が施された
配向膜３，１３と透明電極４，１４を有し、両者の基板
ｌ，１１は離間、対向して配設され、その間に液晶６が
封入されて、液晶セルが形成されている．５はシール剤
を示す．この液晶セルが第１の偏光子２および第２の偏
光子１２に挾まれ，基板１と偏光子２との間に複屈折層
７が配設されて、液晶表示素子を構成している．この液晶表示素子は，一方の偏光子の外側に反射板を配
設して、反射型のものとして用いることもできる．本発明の液晶表示素子の第１の基板１および第２の基板
１１における配向処理は、液晶分子が電圧無印加時に略
水平配向するように行われ，この配向処理方向に沿って
液晶分子が優先配向する．この場合、液晶分子の配向に
関していう略水平とは、液晶分子の基板に対する傾き角
がおおよそ０゜〜３０゜の笥囲にあることを言う．第２図は，本発明に関わる角度の定義を示したものであ
る．Ｄユ、Ｄ２は、第１の基板１、第２の基板１１上の
液晶分子を下側基板ｌｌ上に射影した方向で、矢印は液
晶分子を射影する時に基板１１に対してわ？かに上を向
いた方の向きを示している。液晶層はＤユとＤ２との間
で液晶分子がω１だけねじれた構造をとっている。この
ように、ω１は配向処理によって決まるツイスト角であ
り、この配向制御は基板に対して従来公知の斜方蒸着や
，無機または有機被膜を形成したのちに綿布などでラビ
ングすることにより行うことができる。なお，本発明で
は、液晶は正の誘電異方性を有するネマテイック液晶に
コレステリック液晶やカイラルネマテイツク液晶を添加
し、適当なピッチに調整したものを好ましく用いる．こ
の場合、ω、が小であると、急峻度が悪化し、時分割駆
動特性が低下してしまう．また、ω１が大きすぎると電
界印加時に散乱組織を生じ、表示品質が低下するため好
ましくない．このことより，ω■は１２０＠以上３６０
＠以下である必要がある．第２図では、セルを第１の基板側からみたときに、第２
の基板（下基板）から第１の基板（上基板）へ向けてツ
イスト方向が右回りとなるように構成したが、配向処理
の方向や、コレステリツク液晶又はカイラルネマティッ
ク液晶の選択により左回りとすることもできる．本発明の液晶表示素子の構成例のように，基板と，偏光
子との間に複屈折層を設ける場合、基板１．１１として
は透光性を有するガラス、プラスチックなどを用いる．
プラスチック基板を用いたときには、基板の厚さを０．
２鳳璽以下の薄厚にすることが容易であり、そのため表
示素子を極めて薄く、かつ軽量に構成することができる
．また、基板が薄いために表示が２重像とならず広視角
の表示素子を得ることができる。

また，本発明に使用する配向膜３，１３としては、ボリ
アミド、ポリイミドなどの高分子成膜等にラビング処理
したものや、Ｓｉｎ．　ＭｇＯ．　ＭｇＦ２などを用い
て斜め蒸着したものが用いられる。

また、本発明の液晶表示素子の別の構成例として、基板
自体が複屈折層を兼ねることもできる。

この場合、素子の層構成は従来のＳＴＮ型の液品表示素
子と同じであるが、基板１，１１のうち少なくとも一方
が複屈折性を有する点で異なる．この複屈折暦を兼ねた
基板は，複屈折性材料単体で構成されていてもよく，ま
た他のフィルム，ガラスなどと積層されていても良い．本発明の液晶表示素子のさらに別の構成例として、複屈
折層は、偏光板自体の構成要素として組み込むこともで
きる．一般に用いられる沃素や色素の２色性を利用する
偏光子では，延伸フィルムに沃素や色素を吸着させて偏
光能をもたせ、さらにその保護のため他の２枚のフィル
ムで延伸フィルムをサンドイッチした構成となっている
が，複屈折層は、液晶層側の保護フィルムと延伸フィル
ムとの間に配することができるし、又はその液晶側の保
護フィルムを複屈折層で構成することができる．以上のように、本発明で用いる複屈折層は、液晶層と偏
光子との間であればどこに配置しても良い。

ここで言う複屈折層とは、面内で屈折率異方性を有する
もので、かつ透光性を有することが必要である．具体的
には、ポリエステル，ポリ力ーボネート，ポリアリレー
ト，ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリ
エーテルスルホン等の芳香族系高分子や、ポリエチレン
、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系高分子、塩化
ビニリデン，ポリビニルアルコール、ポリスチレン，ア
クリル樹脂等のビニル系高分子、セルロース及びその誘
導体たとえば再生セルロース（セロハン）、ジアセチル
セルロース、トリアセチルセルロース等の各高分子の延
伸または押し出し成形フィルムを例示することができる
。また、雲母、方解石、水晶などの結晶の薄片を光学軸
に平行な面で切り出したものを例示することもできる。

大面積のものが容易に得られるという点で高分子系のも
のを特に有利に用いることができる。

複屈折層の屈折率異方性Δｎ（ＢＭ）は、この複屈折層
の基板に平行な面内の最大屈折率方向（ｘ方向）に平行
な偏光に対する屈折率と直交する偏光に対する屈折率の
差であると定義される．複屈折層のＸ方向に対して，該
複屈折層に隣接する偏光子の偏光軸が傾斜すること、即
ち、平行以外および直交以外の角度に保持することが必
要である．複屈折層のＸ方向が隣接する偏光子の偏光軸
と平行もしくは直交していると，本発明の効果はまった
く発現せず、着色背景上への表示となってしまう．複屈
折層のＸ方向に対して、隣接する偏光子の偏光透過軸が
なす角（第２図の角度β、の絶対値）の好ましい範囲は
，２０’−７０°である．第２図に示すように、第２の
基板１１に隣接する偏光子ｌ２の透過軸Ｐ２は、第２の
基板ｌｌ上での液晶の配向方向Ｄよとβ２の角度を成す
．複屈折層７は，そのＸ方向が隣接する基板１上におけ
る液晶配向方向Ｄ１に対してδの角度を有している．ま
た複屈折層７に隣接する偏光子２の透過軸Ｐ１は複屈折
層７のＸ方向に対してβ、の角度を成して配設される．
なお，角度は液晶のねじれの方向を正とする．なお、第
２図では偏光子の透過軸を用いて説明したが、これらを
すべて偏光子の吸収軸におきかえてもまったく等価であ
る．さらに第３図に示すように、複屈折層７について板面内
でＸ方向に直交する方向をｙ方向，これらス，ｙ両方向
に直交する方向，即ち複屈折層７の厚み方向を２方向と
し，これらの方向における屈折率をそれぞれｎＸｙｎＹ
＋ｎＺとする．また、視角方向を第４図のように定義する。即ち、基板
平面に直交する方向をＮ，この方向Ｎと入射光方向のな
す角をθ、入射光の基板平面への射影と方向肝とのなす
角をφとする．従って、視角方向はθとφによって定ま
る・第１図のように構成された液晶表示素子の視角特性につ
いて調べた結果について述べる。表−１に、該液晶表示
素子のセルパラメーター、偏光板の角度及び複屈折層の
代表的な特性値を示す。

表−１表一ｌにおいて、Δｎ（ＬＣ）・ｄ　（ＬＣ）は液晶の
屈折率異方性Δｎ　（ＬＣ）と液晶層の厚さｄ（ＬＣ）
の積で，Δｎ（ＢＭ）・ｄ　（Ｂｌ４）は複屈折層の面
内の屈折率異方性Δｎ（ＢＮ）　（：ｎｘ−ｎｙ）と複
屈折層の厚さｄ　（ＢＭ）の積である。

表−１の例について，複屈折層の面内の屈折率ｎＸｙｎ
ｙは固定し、厚み方向の屈折率ｎＸを変えたときの，φ
＝Ｏ゜及びφ＝９０゜における正面（θ＝０゜）から見
た時と斜め（θ：４０’　）から見た時の明るさの差Δ
Ｌ”　（４０）及び色の差ΔＥ”（４０）の変化をそれ
ぞれ第５図及び第６図に示す．ただし、Δピ（４０）及
びΔＥ”（４０）は、式（Ｉｆ）、（ＩＩＦ）のように
定義される．ΔＬ”（４０）＝Ｌ”（４０）一ピ（０）
　　　　　　　・・・・・・（ＩＩ）ΔＥ”（４０）＝
（（１（４０）−Ｌ”（の）”＋（ｕ”（４０）−ｕ’
（の）”＋（Ｖ”（４０）−Ｖ”（の）”）”２・・・
（ＩＩＩ）Ｌ”（０），ｕ”（０），ｖ”（０）及びピ（４０），
ｕ”（４０），ｖ”（４０）は、視角θ＝０１及び４０
°におけるＬ”，ｕ”，ｖ”（ＣＩＥＬＵＶ表色系）で
ある．第５図及び第６図のように，正面から見た時と斜めから
見た時の明るさ及び色の変化を小さくするためには、ｎ
Ｘ　ｔｉ−ｎｘとｎｙの間の値に設定する必要がある．
　ｎＸをｎｘよりも大きいかまたはｎ，よりも小さくす
ると，視角による明るさ及び色の変化が大きくなってし
まう．このように、複屈折層の屈折率を制御することに
より、複屈折層を用いて色補償をしたＳＴＮ型液晶表示
素子の視角特性を改良することが可能となる．以上は、
表−１の例について述べたが、前記の方法は表−１の例
に限定されず、複屈折層を用いて色補償をしたＳＴＮ型
液晶表示素子全般に適用できる．〔実施例〕次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１透明電極を有し、上下ガラス基板間での液晶のねじれ角
が２００°であり，Δｎ（ＬＣ）　−ｄ　（ＬＣ）が０
．９２ｌｌｍである液晶セルを作製する，この場合、液
晶としては正の誘電異方性を有するネマティック液晶Ｚ
ＬＩ２２９３にカイラルネマティック液晶Ｓ８１１を添
加したものを用いる．この液晶における配向処理は，そ
れぞれ上記上下ガラス基板上に形成されるポリイミド膜
のラビング処理により行う．このセルの下部には反射板
付きニュートラルグレー偏光板をその透過軸が下基板の
ラビング方向に対して４５゜の角度をなすように配置す
る（β２＝４５゜）．上基板上には、複屈折層としてポ
リマーフィルム〔Δｎ？ＢＭ）　・ｄ　（ＢＭ）：０．
　８３１ｂｌｌｌ　，　ｎｘ＝１　．　５３２３，　ｎ
ｙ＝１　．　５１５６，　ｎＸ＝１．５２０４］をその
Ｘ方向と上側基板のラビング方向とが直交するように配
置し（δ＝９０゜）、さらにその上に偏光板をその透過
軸がフィルムのＸ方向に対して−４５゜の角度（β■＝
−４５゜）をなすように配置する．前記のように構成さ
れた液晶表示素子は、電圧無印加時には黒色で、電圧印
加によって白色となり，視角方向による明るさ及び色の
変化が小さく、すぐれた視角特性を有している．実施例２実施例ｌにおいて，上側偏光板の透過軸方向を買方向に
対して４５゜の角度（β１＝４５゜）となるように配置
する．このように構成された液晶表示素子は、電圧無印
加時に白色で、電圧印加時に黒色となり、実施例１と同
様に、視角方向による明るさ及び色の変化が小さくなる
．実施例３実施例１と同様にして、ツイスト角ωエが１８０＠、Δ
ｎ（ＬＣ）・ｄ　（ＬＣ）が０．７２−である液晶セル
を作製する．この液晶セルに対し，偏光板角度β，＝４
５“と？るように下側偏光板を配置する。セルの上部に
は、ポリマーフィルム〔Δｎ（ＢＭ）・ｄ（ＢＭ）＝０
．６３，ｎｘ＝１．６０４，ｎｙ＝１．５５２１，ｎＸ
＝１．５８１７）をＸ方向が上側基板のラビング方向と
直交するようにして，配置する．上側偏光板の偏光軸は
複屈折層のＸ方向に対して一４５゛または４５゜となる
ように配置する．この素子は，それぞれの偏光板配置で
電圧無印加時に黒色と白色となり、電圧印加時には、そ
れぞれ白色および黒色となる．視角による明るさ及び色
の変化は小さく，すぐれた視角特性を有している。

実施例４実施例ｌと同様にして、ツイスト角ω、が２４０＠、Δ
ｎ（ＬＣ）・ｄ（ＬＣ）が１．０声である液晶セルを作
製する。

この液晶セルに対し、実施例１と同じボリマーフィルム
で厚みを変えたフィ・ルム〔Δｎ（ＢＭ）・ｄ（ＢＭ）
＝０．９４．）を複屈折層として用い，同様にして表示
素子を構成する（β８＝４５゜，δ：９０゜、β■＝４
５゜）．この液晶表示素子においても、同様に白黒表示
になり，視角による明るさ及び色の変化が小さくなる。

実施例５基板としてポリエーテルスルホン製のプラスチックフィ
ルムを用いたほかは、実施例１と同様にして液晶セルを
作製する．この素子もガラス基板の場合と同様に白黒表
示になり，すぐれた視角特性を示す．〔発明の効果〕本発明によれば、上記構成としたので、複屈折層を用い
て色補償をしたＳＴＮ型液晶表示素子の視角特性を改良
し、表示品質のすぐれた白黒表示液晶表示素子を得るこ
とができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示素子の構成例の断面図である
．第２図は本発明の液晶表示素子の液晶配向方向，偏光
軸方向等の角度関係の説明図である．第３図は複屈折層
の屈折率の方向を示す図である．第４図は視角方向の定
義を示す図である．第５図は液晶表示素子を正面から見
た時と斜め方向から見たときの明るさの差ΔＬ１のｎＸ
依存性を示すグラフである．第６図は液晶表示素子を正
面から見た時と斜め方向から見たときの色差ΔＥ１のｎ
Ｘ依存性を示すグラフである．１，ｌ１・・・基板、２，ｌ２・・・偏光子、３，１３・・・配向膜，４，１４・・・透明電極、５・・・シール剤、６・・・液晶，７・・・複屈折層、Ｄエ・・・第１基板上の液晶の配向方向、Ｄよ・・・第
２基板上の液晶の配向方向，Ｐ１・・・第１基板側の偏
光子の偏光軸方向、Ｐ，・・・第２基板側の偏光子の偏
光軸方向。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）液晶層が、電極を備えた一対の基板により挾持さ
れ、該液晶層中の液晶分子が、電圧無印加時に基板表面
に対して略水平に配向し、液晶層の厚み方向に１２０°
以上、３６０°以下のねじれた構造を有する液晶セルと
、該液晶セルを挾むようにして設けられた一対の偏光子と
、該液晶層と少くとも一方の偏光子との間に設けられた複
屈折層とより成り、かつ、該複屈折層に隣接する偏光子の偏光透過軸（Ｐ＿１）が
該複屈折層の該基板に平行な面内の最大屈折率方向（ｘ
）に対してなす角度（β＿１）が２０°〜７０°（絶対
値として）の範囲にあり、該複屈折層の該基板表面に平
行な面内の最大屈折率ｎ＿Ｘと最小屈折率ｎ＿Ｙ、およ
び該複屈折層の該基板表面に垂直な方向の屈折率ｎ＿Ｚ
が、次式（ I ）または（II）の関係で表わされる液晶
表示素子。ｎ＿Ｙ＜ｎ＿Ｚ＜ｎ＿Ｘ・・・（ I ）ｎ＿Ｙ＜ｎ＿Ｚ≦ｎ＿Ｘ・・・（II）