JPH035721A

JPH035721A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH035721A
Application number: JP13914189A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Hirai; 平井　保功; Yoshihiro Kinoshita; 木下　喜宏; Kiyoshi Shobara; 潔庄原; Hitoshi Hado; 羽藤　仁; Shoichi Matsumoto; 正一松本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-06-02
Filing date: 1989-06-02
Publication date: 1991-01-11

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は液晶表示素子に係り、特に電圧無印加時に液
晶分子をほぼ垂直配向させておき、電圧印加により液晶
分子の配向状態を変化させることにより複屈折を制御し
て表示を行う、いわゆる複屈折制御形の液晶表示素子に
関する。

（従来の技術）従来、複屈折制御形の液晶表示素子は、透明電極を形成
した基板間に誘電率異方性が負の液晶を垂直配向させて
液晶セルとし、この液晶セルの両側にそれぞれの一光軸
の方向が直交する一対の偏光板を配置した構造となって
いる。

電極に電圧を印加しない状態では、液晶層の複屈折の効
果がないため、光は透過せず、暗状態である。また、電
極に電圧を印加した状態では、液晶分子は水平方向に傾
き、その複屈折の効果により光が透過するようになり、
明状態となる。この時、液晶分子が傾く方向がランダム
であるより、一定の方向に揃っていた方が、画面の均一
性が良く、見易い表示が得られる。したがって、液晶分
子が一定方向に揃って傾くように液晶分子を基板法線に
対し若干傾けて配向させることが必要である。

通常、この構成をとった場合、液晶表示素子を真正面か
ら観察する場合には高いコントラスト比の表示が得られ
る。しかし、正面から傾斜した方向から観察する場合に
は、正面と比べ複屈折の大きさが変化するため表示に色
が付いたり、光の洩れが多くなり、コントラスト比が低
い表示となる。

そこで、例えば特開昭６２−２１０４２３号公報には、
複屈折を補償する偏光手段を設け、液晶セルに入射する
偏光を円偏光に近い偏光とすることによって、斜め方向
から観測した時のコントラスト比を改善することが提案
されている。

また、複屈折制御形の液晶表示素子は、垂直配向してい
る液晶分子が電界を印加することによって傾くという動
作原理に起因して、表示素子を法線方向から観察したと
きの光の透過率が悪いという特性を有している。表示素
子を法線方向から観察したときの光の透過率を向上させ
るには、液晶材料の複屈折異方性を大きくしたり、液晶
セルの厚みを増加することが有効である。しかし、この
場合、液晶素子を斜め方向から観察した場合にコントラ
スト比が大巾に劣化したり、表示に色が付いたりし、実
用に耐えないものとなってしまう。

この構成で、上記特開昭６２−２１０４２３号公報に記
載されている偏光手段を用いても、斜め方向から見た場
合のコントラスト比、色付きは、実用に耐える程度まで
には改善されない。

また、特開昭６２−２７５２２７号公報に記載されてい
るように、偏光板と液晶セルとの間に適切なリタデーシ
ョンの位相差板を配置することにより、セル法線方向の
透過率は向上する。しかし、斜め方向から観察した場合
のコントラスト比は劣化する。

（発明が解決しようとする課題）特開昭６２−２１０４２３号公報に記載の液晶素子では
、表示素子を斜め方向から観察した時のコントラスト比
は改善される。しかし、表示素子を法線方向から観察し
たときの光の透過率が低く、このため視認性が悪く、ま
た実用化のためには高い輝度のバックライトを使用しな
ければならない等問題となる。

この発明は、上記のような問題点を解決し、透過率を増
加させ、明るく、また視野角が広く、広い範囲で斜め方
向から観測しても高いコントラスト比が得られる複屈折
形の液晶表示素子を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は、透明電極を形成した第１、第２の基板と、
これらの基板間に充填され、基板に対して垂直に配向さ
れた負の誘電率異方性を持つ液晶とを有する液晶セルと
、この液晶セルの両側にそれぞれ配設された第１、第２
の偏光板であって、それぞれの偏光板の偏光軸の成す角
度がほぼ９０”とされた第１、第２の偏光板と、前記液
晶セルと前記第１、第２の偏光板との間にそれぞれ配設
された第１、第２の複屈折媒体とを備えた複屈折制御形
の液晶表示素子において、前記液晶の複屈折異方性Δｎ
と液晶層の層厚ｄとの積Δｎｄが、０．６μｍ≦Δｎｄ
≦０．９μｍの範囲にあり、前記第１、第２の複屈折媒
体のそれぞれの光学軸が成す角度がほぼ９０°であり、
第１の偏光板の偏光軸と前記第１の複屈折媒体の光学軸
との成す角度が概ね４５°とされ、かつ第１の複屈折媒
体のリタデーションＲ１と、第２の複屈折媒体のリタデ
ーションＲ２とが、２０ｎＩ｜＜　ｌ　Ｒ１−Ｒ２＜４
０ｒ＋ｍを満足することを特徴とする液晶表示素子であ
る。

（作　用）複屈折制御形の液晶表示素子では、その表示品位は液晶
の複屈折異方性Δｎと液晶層の厚さｄとの積Δｎｄに大
きく依存する。−船釣にΔｎｄが大きいとコントラスト
比が高くなるが、視野角は狭くなる。一方Δｎｄが小さ
いとコントラスト比が小さいが、視野角は広くなる。適
切なΔｎｄの範囲は、本出願人により特願昭６３−２２
０５１１号で開示したように０．６μｍ≦Δｎｄ≦０．
９μωであり、この範囲とすることによりコントラスト
比の高さと視野角の広さとを両立できる。本発明はΔｎ
ｄがこの範囲で特に有効に作用する。

本発明では、液晶セルと、その両側に配置した第１．第
２の偏光板との間にそれぞれ第１．第２の複屈折媒体を
配置する。これらの複屈折媒体の光学軸は、互いにほぼ
９０度となるように、またこれに接する偏光板の偏光軸
との成す角度はほぼ４５″となるように配置する。なお
、これらの角度はリタデーションの微調整のために、±
５°程度の範囲内で調整が必要である。

ここで本発明のように、第１．第２の複屈折媒体のリタ
デーションの値Ｒ１，Ｒ２を互いに異ならせることによ
り、液晶層で生じたリタデーションに２つの複屈折媒体
のリタデーションの差（Ｒ１−Ｒ２）だけが加わること
になる。従って、液晶セルをマルチブレクス駆動したと
きのオン時の透過率は増加する。一方、オフ時の透過率
は、Ｒ１−Ｒ２＋が２０〜４０ｎｍを満たす範囲とする
ことにより、著しく増加することはなく、結果としてコ
ントラストが高く、明るい表示が得られる。

また液晶素子を斜め方向から観察した場合のコントラス
ト比の維持、色付きの防止のためには、２つの複屈折媒
体のリタデーンヨンの値の和（Ｒ１＋Ｒ２）を概ね１２
０〜５６０ｎｍの範囲に設定する必要がある。Ｌ２０ｎ
ｍ以下では液晶素子を斜め方向から観察したときに、液
晶セルで生じたリタデーション変化を補償するに足りな
いことからコントラスト比が大巾に劣化する。即ち、明
暗が反転する現象が起こる。また５［ｉ０ｎｍ以上では
、リタデーションが大きいことから液晶素子を斜め方向
から観察したときに色付きが生じ、さらにはコントラス
ト比は劣化する。

以上のより斜めから液晶表示素子を観察したときに、液
晶セルのリタデーションを補償し、かつ液晶表示素子を
法線方向から観察したときとおむね同じコントラスト比
、色味を呈するためには、２つの複屈折媒体のリタデー
ションの和は、１２０ｎｍ＜Ｒ１＋Ｒ２＜　５６０ｎｍ
の範囲とすることが必要である。

本発明では、０．θμＩ≦Δｎｄ≦０．９μｍの範囲内
において特に有効で、このΔｎｄの範囲をはずれると、
複屈折媒体による補償効果が低下するため、光の透過率
、視野角の改善効果は著しく低下する。

（実施例）この実施例の液晶表示素子は、第１図に断面図を、また
第２図に各部材の配置構成を示すように構成され、液晶
セル１０とこの液晶セル１０の外側に配設された第１、
第２の偏光板２０．２２と、第１．第２の偏光板２０．
２２と液晶セル１０との間に配置された第１．第２の複
屈折媒体２４．２６とからなっている。

液晶セル１０は、対向配置された第１．第２の基板１，
２と、これら第１．第２の基板１，２間に充填された誘
電率異方性が負の液晶３より構成されている。第１の基
板１の液晶３と接する側には透明な走査電極４とその」
二の微少プレチルト角を有する垂直配向膜５を有してい
る。また、第２の基板２の液晶３と接する側には透明な
信号電極６とその上の微少プレチルト角を有する垂直配
向膜７ををしている。垂直配向膜５，７は、−塩基性金
属錯体により形成し、表面をラビングした。

また液晶３には複屈折異方性Δｎが０．０９５であるＥ
Ｎ−１８（チッソ社製）を用い、液晶３の層厚ｄは８μ
ｌとし、Δｎｄを０．７６μｌとした。なお、８はシー
ル＋、イを示す。

また、第１．第２の複屈折媒体２４．２６には、それぞ
れリタデーションＲ１，Ｒ２が１７０ｎｍ。

１４０ｎｆｆ＋の延伸ポリマーフィルムからなる位相差
板を用いた。第１．第２の複屈折媒体２４．２６は、位
相差板の光学異方軸（以下単に光学軸と称す。

延伸ポリマーフィルムの場合は延伸軸と一致する）が第
２図に示すように、ｙ軸に対し、それぞれ４０度、１３
５度に配設した。第１．第２の偏光板２０．２２の偏光
軸は互いに直交するように配置され、一方の偏光板２０
の偏光軸は第２図のｙ軸と平行になるように配置される
。なお、液晶分子は電界印加によってｙ軸方向へ傾斜す
るように、垂直配向膜５，７をラビングして基板に対し
てプレチルト角α、例えば０．５度を持たせである。

この実施例の液晶表示素子は、走査電極４と信号電極６
に電圧が印加されない時には、液晶分子は第１、第２の
基板１，２に対して垂直となっている。一方、走査電極
４と信号電極６に電圧を印加すると垂直配向された液晶
分子３は基板１．２に対して水平方向に傾むく。

この構成のセルをデユーティ比１／２００でマルチプレ
クス駆動したところ、第１．第２の複屈折媒体に、同じ
例えば１４０ｎｍのリタデーションの位相差板を使用し
た構成の液晶表示素子に比べ、明るい表示が得られた。

また表示素子と法線方向から傾いて観察した場合におい
ても良好なコントラスト比を維持できた。

なお、比較のために第１．第２の複屈折媒体のリタデー
ション差ＩＲＩ　−Ｒ２１を変化させた場合のコントラ
スト比と透過率の測定結果を第３図に示す。この場合、
第１．第２の位相差板のリタデーションの和Ｒ１＋Ｒ２
が２８０ｒ＋ｍから３３０ｎａ＋の範囲となるように調
整を行いながら測定した。第３図よりＲ１とＲ２との差
が２０〜４０ｎｆｆ！であるときには、Ｒ１−Ｒ２の時
に比べ高い透過率が得られることが分かる。

またＲ１とＲ２との差が２０〜４０ｎｍであるように調
整した時の、Ｒ１＋Ｒ２について視野角の広さを４ｐ１
定した結果を第４図に示す。視野角の広さはコントラス
ト比が３以上得られるコーン角φ（第２図参照）と、色
付きが生じないコーン角φで与えた。第４図よりＲ１＋
Ｒ２を１２０〜５６０ｎＩ１１の範囲内とすることによ
り、良好な視野角をも維持できることが分かる。

なお、第１．第２の複屈折媒体のりタデ−ジョンの値の
大小関係は、上記実施例と逆であっても同様の効果が得
られる。

［発明の効果］本発明によれば、明るく、広い範囲で斜め方向から観察
しても高いコントラスト比が得られる液晶表示素子が実
現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の液晶表示素子の断面図、第
２図は一実施例の液晶表示素子の構成を示す図、第３図
はリタデーションの差とコントラスト比および透過率と
の関係示す図、第４図はリタデーションの和と視野角と
の関係を示す図である。第１図

Claims

【特許請求の範囲】透明電極を形成した第１、第２の基板と、これらの基板
間に充填され、基板に対して垂直に配向された負の誘電
率異方性を持つ液晶とを有する液晶セルと、この液晶セルの両側にそれぞれ配設された第１、第２の
偏光板であって、それぞれの偏光板の偏光軸の成す角度
がほぼ９０゜とされた第１、第２の偏光板と、前記液晶セルと前記第１、第２の偏光板との間にそれぞ
れ配設された第１、第２の複屈折媒体とを備えた複屈折
制御形の液晶表示素子において、前記液晶の複屈折異方
性Δｎと液晶層の層厚ｄとの積Δｎｄが、０．６μｍ≦
Δｎｄ≦０．９μｍの範囲にあり、前記第１、第２の複屈折媒体のそれぞれの光学軸が成す
角度がほぼ９０゜であり、第１の偏光板の偏光軸と前記
第１の複屈折媒体の光学軸との成す角度が概ね４５゜と
され、かつ第１の複屈折媒体のリタデーションＲ１と、
第２の複屈折媒体のリタデーションＲ２とが、２０ｎｍ＜｜Ｒ１−Ｒ２｜＜４０ｎｍを満足することを特徴とする液晶表示素子。