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JP2004355032A - Vertical alignment type ECB mode liquid crystal display - Google Patents

Vertical alignment type ECB mode liquid crystal display Download PDF

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JP2004355032A JP2004263220A JP2004263220A JP2004355032A JP 2004355032 A JP2004355032 A JP 2004355032A JP 2004263220 A JP2004263220 A JP 2004263220A JP 2004263220 A JP2004263220 A JP 2004263220A JP 2004355032 A JP2004355032 A JP 2004355032A
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敏信 鹿島
Masatoshi Horii
正俊 堀井
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Abstract

【課題】 垂直配向型ECBモード液晶表示素子に関し、電気光学特性の急峻性とコントラストならびに透過率などの表示品質を向上させることを課題とする。
【解決手段】 垂直配向型ECBモード液晶表示素子は、電極と配向処理された垂直配向膜とを表面に形成し、所定間隔で互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層とを有する液晶セルと、前記液晶セル外側に配置されたクロスニコル配置の1対の偏光子と、を有し、前記配向処理が基板に接する液晶に配向方向を付与し、前記1対の基板上の配向方向間の角度を2等分する方向が、前記1対の偏光子の偏光方向のいずれか、またはクロスニコル配置の偏光方向間の角度を2等分する方向に沿い、前記基板と前記液晶層との界面に存在する液晶分子のプレティルト角が、前記基板面に対して85°〜60°の範囲に設定されている。
【選択図】 図10
PROBLEM TO BE SOLVED: To improve display quality such as steepness of electro-optical characteristics, contrast and transmittance in a vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device.
SOLUTION: A vertical alignment type ECB mode liquid crystal display element has electrodes and an alignment-treated vertical alignment film formed on a surface thereof, and a pair of substrates arranged to face each other at a predetermined interval, and disposed between the pair of substrates. A liquid crystal cell having a liquid crystal layer and a pair of polarizers arranged in a crossed Nicol arrangement disposed outside the liquid crystal cell, wherein the alignment treatment imparts an alignment direction to the liquid crystal in contact with the substrate, The direction that bisects the angle between the alignment directions on the pair of substrates is along one of the polarization directions of the pair of polarizers or the direction that bisects the angle between the polarization directions of the crossed Nicols arrangement. The pretilt angle of liquid crystal molecules existing at the interface between the substrate and the liquid crystal layer is set in a range of 85 ° to 60 ° with respect to the substrate surface.
[Selection] Fig. 10

Description

本発明は液晶表示素子に関し、特に電気光学特性の急峻性にすぐれ、光透過率、コントラスト特性、応答性(レスポンス)が良い垂直配向型ECBモード液晶表示素子に関する。   The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device having excellent steepness of electro-optical characteristics and excellent light transmittance, contrast characteristics, and responsiveness (response).

図1は、垂直配向型ECB(ElectricallyControlled Birefringence)モード液晶表示装置(LCD)を示す。図1の(A)に示すように、電圧無印加時に液晶分子6が上下基板3に対して垂直に配向している。このため、基板面内方向での光学的異方性がない。直交ニコル配置の偏光板1と組み合わせることにより、直交偏光板の黒レベルがそのまま得られ、高コントラストが得られやすい。なお、液晶分子の配列により基板法線方向を光軸とする光学異方性を示す。このため、斜め入射の光に対しては光学的異方性を示す。負の(一軸性)屈折率異方性を有する光学補償板(NOCフィルム)2を用いることにより、液晶層5の光学的異方性を補償して黒表示の視角補償が行え、良好な視野角特性を得やすい。なお、図1において、4は透明電極及び垂直配向膜を示す。   FIG. 1 shows a vertical alignment type ECB (Electrically Controlled Birefringence) mode liquid crystal display device (LCD). As shown in FIG. 1A, the liquid crystal molecules 6 are vertically aligned with respect to the upper and lower substrates 3 when no voltage is applied. Therefore, there is no optical anisotropy in the in-plane direction of the substrate. By combining with the polarizing plate 1 having the orthogonal Nicols arrangement, the black level of the orthogonal polarizing plate can be obtained as it is, and high contrast can be easily obtained. The optical anisotropy with the optical axis in the direction normal to the substrate is indicated by the arrangement of liquid crystal molecules. For this reason, it exhibits optical anisotropy with respect to obliquely incident light. By using an optical compensator (NOC film) 2 having a negative (uniaxial) refractive index anisotropy, the optical anisotropy of the liquid crystal layer 5 is compensated for, so that the viewing angle of black display can be compensated and a good visual field can be obtained. Easy to obtain angular characteristics. In FIG. 1, reference numeral 4 denotes a transparent electrode and a vertical alignment film.

図1の(B)に示すように、このECBモードでは、電圧印加時にセルの上下基板間の中央部の液晶分子から倒れはじめ、それと共に液晶層のリターデーンが変化して徐々に透過率が上昇するという電気光学的特性を持っている。   As shown in FIG. 1B, in this ECB mode, when a voltage is applied, the liquid crystal molecules in the central portion between the upper and lower substrates of the cell begin to fall, and at the same time, the retardation of the liquid crystal layer changes and the transmittance gradually increases. It has the electro-optical characteristics of

図2は、垂直配向ECB−LCDの電気光学特性を示す。横軸は印加電圧をVで示し、縦軸は透過光強度を任意単位で示す。なお、参考のため、単純マトリクスLCDとして最も一般的なスーパーツイステドネマチック(STN)LCDの電気光学特性を併せて示す。STN−LCDの電気光学特性は、低印加電圧の領域でも透過光強度が0にならず、黒表示が困難なことを示している。ただし、STN−LCDの透過光強度の立ち上がりは急峻であり、電圧変化に対し透過光強度が急激に変化することを示している。明状態の透過光強度も高く、比較的良好なコントラスト特性が高透過率で得られることが示されている。しかし、STNセルは黒表示が困難であり、青白、又は黄黒表示しかできない。白黒表示を可能にするためには、液晶のねじれ方向が異なる2つのセルを積層し、一方のセルを駆動する2層STN−LCD方式や、液晶セルに正の一軸性フィルムを1枚または複数枚重ね、フィルム補償STN−LCDとする方式がとられている。   FIG. 2 shows the electro-optical characteristics of the vertical alignment ECB-LCD. The horizontal axis indicates the applied voltage in V, and the vertical axis indicates the transmitted light intensity in arbitrary units. For reference, the electro-optical characteristics of a super twisted nematic (STN) LCD, which is the most common simple matrix LCD, are also shown. The electro-optical characteristics of the STN-LCD show that the transmitted light intensity does not become 0 even in a low applied voltage region, indicating that black display is difficult. However, the rise of the transmitted light intensity of the STN-LCD is steep, indicating that the transmitted light intensity changes rapidly with a change in voltage. It shows that the transmitted light intensity in the bright state is also high, and that relatively good contrast characteristics can be obtained with a high transmittance. However, STN cells have difficulty in displaying black, and can only display blue-white or yellow-black. In order to enable black-and-white display, two cells having different twist directions of the liquid crystal are stacked, and a two-layer STN-LCD method for driving one of the cells, or one or more positive uniaxial films in the liquid crystal cell are used. A method is adopted in which the sheets are stacked and a film compensation STN-LCD is used.

しかし、2層STN−LCD方式は、液晶セルを2枚用いるため、厚さの増加、重量の増加を生じる。また、フィルム補償STNは、黒レベルが出にくく、電極内では黒レベルが可能であっても電極外では黒レベルが浮き上がってしまったりする。このような場合、コントラストを高くすることは困難である。   However, in the two-layer STN-LCD method, since two liquid crystal cells are used, the thickness and the weight increase. Further, in the film compensation STN, a black level is hardly generated, and even if a black level is possible inside the electrode, the black level rises outside the electrode. In such a case, it is difficult to increase the contrast.

垂直配向ECB−LCDの電気光学特性は、低印加電圧状態で透過光の遮断が良好であり、良好な黒表示が得られる。ただし、印加電圧の増加に対する透過光強度の増加は比較的緩やかであり、電圧変化に対する透過光強度の急峻な増加は得難い。高いコントラストを得るためには、明表示時における透過率を著しく低くする必要がある。また、電気光学特性の急峻性が緩やかなため、走査本数すなわちデューティー比を高くすることが困難である。   Regarding the electro-optical characteristics of the vertical alignment ECB-LCD, good blocking of transmitted light is obtained under a low applied voltage state, and a good black display is obtained. However, the transmitted light intensity increases relatively slowly with an increase in the applied voltage, and it is difficult to obtain a sharp increase in the transmitted light intensity with a voltage change. In order to obtain a high contrast, it is necessary to significantly reduce the transmittance during bright display. Further, since the steepness of the electro-optical characteristics is moderate, it is difficult to increase the number of scanning lines, that is, the duty ratio.

液晶セル厚を厚くすると、電気光学特性の急峻性を改善することができる。しかしながら、電気光学特性の急峻性は改善するが、同時に電圧印加に対するレスポンスが著しく低下しやすい。   Increasing the thickness of the liquid crystal cell can improve the steepness of the electro-optical characteristics. However, the steepness of the electro-optical characteristics is improved, but at the same time, the response to voltage application tends to be significantly reduced.

垂直配向ECB−LCDにおいて、光透過率、コントラスト、レスポンスの間にはトレードオフの関係があり、すべてを同時に向上させることは困難である。   In the vertical alignment ECB-LCD, there is a trade-off relationship between light transmittance, contrast, and response, and it is difficult to improve all of them at the same time.

本発明の目的は、電気光学特性における急峻性に優れ、コントラストが高く、かつ明状態での光透過率が高い垂直配向ECB−LCDを提供することである。   An object of the present invention is to provide a vertical alignment ECB-LCD having excellent steepness in electro-optical characteristics, high contrast, and high light transmittance in a bright state.

本発明の他の目的は、高デューティ比の駆動が可能で表示品質の高い垂直配向ECB−LCDを提供することである。   It is another object of the present invention to provide a vertical alignment ECB-LCD which can be driven at a high duty ratio and has high display quality.

本発明の一観点による垂直配向型ECBモード液晶表示素子は、電極と配向処理された垂直配向膜とを表面に形成し、所定間隔で互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層とを有する液晶セルと、前記液晶セル外側に配置されたクロスニコル配置の1対の偏光子と、を有し、前記配向処理が基板に接する液晶に配向方向を付与し、前記1対の基板上の配向方向間の角度を2等分する方向が、前記1対の偏光子の偏光方向のいずれか、またはクロスニコル配置の偏光方向間の角度を2等分する方向に沿い、前記基板と前記液晶層との界面に存在する液晶分子のプレティルト角が、前記基板面に対して85°〜60°の範囲に設定されている。   A vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device according to one aspect of the present invention includes a pair of substrates formed with electrodes and an alignment-treated vertical alignment film on a surface thereof, and a pair of substrates arranged to face each other at a predetermined interval. A liquid crystal cell having a liquid crystal layer disposed thereon, and a pair of polarizers in a crossed Nicols arrangement disposed outside the liquid crystal cell, wherein the alignment treatment imparts an alignment direction to the liquid crystal in contact with the substrate. The direction that bisects the angle between the alignment directions on the pair of substrates is one of the polarization directions of the pair of polarizers, or the direction that bisects the angle between the polarization directions of the crossed Nicols arrangement. The pretilt angle of the liquid crystal molecules existing at the interface between the substrate and the liquid crystal layer is set in the range of 85 ° to 60 ° with respect to the substrate surface.

垂直配向型ECBモード液晶表示素子において、プレティルト角を小さな値(基板法線からの液晶分子の傾きが大きくなる方向)に設定することによって、液晶の弾性自由エネルギを高めることができる。電気光学特性の急峻性を高めると共に、コントラストと透過率とのいずれも良好な表示品質の液晶表示装置を得ることができる。 In the vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device, the elastic free energy of the liquid crystal can be increased by setting the pretilt angle to a small value (in the direction in which the inclination of the liquid crystal molecules from the substrate normal increases). The steepness of the electro-optical characteristics can be enhanced, and a liquid crystal display device having good display quality in both contrast and transmittance can be obtained.

図1に示す垂直配向型ECBモード液晶表示素子は、基板表面における液晶分子の基板面に対する傾き角(プレティルト角θp )を極力90°に近づけることにより液晶分子の配向変化の急峻性を高め、マルチプレックス駆動時におけるコントラストを高くするように設定されている。但し、電圧印加時に液晶分子が倒れる方向を制御するため、プレティルト角θpが90度未満に設定される。 The vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device shown in FIG. 1 increases the steepness of the change in the alignment of the liquid crystal molecules by bringing the inclination angle (pretilt angle θ p ) of the liquid crystal molecules on the substrate surface to the substrate surface as close as possible to 90 °. The contrast is set to be high at the time of multiplex driving. However, in order to control the tilting direction the liquid crystal molecules when a voltage is applied, pretilt angle theta p is set to less than 90 degrees.

図3は、液晶分子のディレクタnの傾き角θz と方位角φz を示す。上下の基板3は平行に配置され、xy平面を画定する。基板面の法線がz方向を画定する。液晶分子6のディレクタnがxy平面となす角がθzであり、ディレクタnのxy平面上への射影がx軸となす角が方位角φz である。これらの角θz 、φzは、共に液晶層内の厚さ方向位置zに従って変化する。 FIG. 3 shows the tilt angle θ z and the azimuth φ z of the director n of the liquid crystal molecules. The upper and lower substrates 3 are arranged in parallel and define an xy plane. The normal to the substrate surface defines the z-direction. The angle between the director n of the liquid crystal molecules 6 and the xy plane is θ z , and the angle between the projection of the director n onto the xy plane and the x axis is the azimuth φ z . These angles θ z and φ z both change according to the thickness position z in the liquid crystal layer.

図4は、液晶分子のプレティルト角θp を示す。液晶層5が上下の基板と接する位置において、液晶分子のディレクタnが基板面と平行な面となす角がプレティルト角θpである。液晶分子6は、基板面と接する位置においてはプレティルト角θp で配向する。なお、液晶層中央面12における液晶分子のディレクタをnmidとする。 FIG. 4 shows the pretilt angle θ p of the liquid crystal molecules. In the position the liquid crystal layer 5 is in contact with the upper and lower substrates, the director n is the substrate surface and the plane parallel to the angle of the liquid crystal molecules are pre-tilt angle theta p. Liquid crystal molecules 6, at a position in contact with the substrate surface are aligned at the pretilt angle theta p. Note that the director of the liquid crystal molecules on the liquid crystal layer center plane 12 is n mid .

図5は、LCDを基板法線方向から見たときの偏光子、検光子、液晶層上面および下面の配向容易軸、nmid の関係を示す。x軸を基準方向とし、x軸から反時計回り方向に角度を定義する。液晶層中央面のディレクタnmid の方位角をφmid とし、液晶層上面の配向容易軸の方向をφpcとする。検光子の透過軸の方位角をφAとする。偏光子の透過軸は検光子の透過軸と直交する。液晶層下面の配向容易軸は、液晶層上面の配向容易軸からφc のクロス角をなす。 Figure 5 shows a polarizer when viewed LCD from the substrate normal direction, the analyzer, the liquid crystal layer upper and lower surfaces of the alignment easy axis, the relationship between n mid. An angle is defined in a counterclockwise direction from the x-axis with the x-axis as a reference direction. The azimuth of director n mid on the liquid crystal layer center plane is φ mid, and the direction of the easy alignment axis on the upper surface of the liquid crystal layer is φ pc . The azimuth angle of the transmission axis of the analyzer and phi A. The transmission axis of the polarizer is orthogonal to the transmission axis of the analyzer. Easy orientation axis of the liquid crystal layer lower surface forms a cross angle phi c from easy orientation axis of the liquid crystal layer top surface.

図1に示す垂直配向LCDの構造において、液晶層5の厚み方向の中央部の分子の方位角方向(基板と配向な面内方向)がクロスニコル配置の偏光板1の透過軸(矢印)に対して45°方向であるときの透過光強度Tは、下記の式(1)により定義される。   In the structure of the vertically aligned LCD shown in FIG. 1, the azimuthal direction (in-plane direction aligned with the substrate) of the molecule at the center in the thickness direction of the liquid crystal layer 5 corresponds to the transmission axis (arrow) of the polarizing plate 1 in the crossed Nicols arrangement. On the other hand, the transmitted light intensity T in the 45 ° direction is defined by the following equation (1).

Figure 2004355032
Figure 2004355032

ここで、ne 、no はそれぞれ液晶の異常光と常光の屈性率を示し、θavは液晶層内分子の平均傾き角を示す。dはセル厚を示し、λは入射波長、Iは入射光強度を示す。θavは、印加電圧によって変化する。実効的なリターデーションΔneffdは垂直配向LCDを基板法線方向から見たときの実効的なリターデーションであり、電圧無印加時にはプレティルト角θp が90度に近い場合、0である。基板間に電圧を印加すると、液晶分子が傾くことにより、実効的なリターデーションΔneffdは増大する。なお、この時、液晶層内分子の平均傾き角θavは低下する。 Here, n e, n o each represents an extraordinary light and tropism rate of ordinary LCD, theta av represents the average inclination angle of the liquid crystal layer molecules. d indicates the cell thickness, λ indicates the incident wavelength, and I indicates the incident light intensity. θ av changes depending on the applied voltage. The effective retardation Δn eff d is the effective retardation when the vertically aligned LCD is viewed from the normal direction of the substrate, and is 0 when the pretilt angle θ p is close to 90 degrees when no voltage is applied. When a voltage is applied between the substrates, the liquid crystal molecules tilt, and the effective retardation Δn eff d increases. At this time, the average tilt angle θ av of the molecules in the liquid crystal layer decreases.

電気光学特性における急峻性を高めるには、小さな電位差で実効的なリターデーションΔneff dの変化が大きいほうが良好である。したがって、電気光学特性における急峻性を高めるには、1)リターデーションΔnd(Δn=ne−no )を大きくする2)液晶分子の配向変化を急峻にするの2つの方法が考えられる。 In order to increase the steepness in the electro-optical characteristics, it is better that the change in the effective retardation Δn eff d with a small potential difference is large. Therefore, to increase the steepness of electrooptical characteristics, 1) the retardation Δnd (Δn = n e -n o ) the increase 2) Two methods for a steep orientation change of the liquid crystal molecules are contemplated.

第1の方法1)はセル厚dを大きくすることにより実現できるが、液晶配向変化のレスポンスはセル厚dの2乗に比例して低速化する。レスポンスを維持して急峻性を高めるには困難な方法となる。残る方法として、第2の方法2)が注目される。   The first method 1) can be realized by increasing the cell thickness d, but the response of the change in the liquid crystal alignment is slowed down in proportion to the square of the cell thickness d. This is a difficult method to maintain the response and increase the steepness. As the remaining method, attention is paid to the second method 2).

液晶配向変化の急峻性を高めるには初期配向状態における液晶層内の弾性自由エネルギを高めることが有効である。図3のx,y,z座標系において、液晶層の厚みdをz軸方向に取った場合、液晶層内の単位面積当たりの弾性自由エネルギFは、次の式(2)で定義できる。   In order to increase the steepness of the liquid crystal alignment change, it is effective to increase the elastic free energy in the liquid crystal layer in the initial alignment state. In the x, y, z coordinate system of FIG. 3, when the thickness d of the liquid crystal layer is taken in the z-axis direction, the elastic free energy F per unit area in the liquid crystal layer can be defined by the following equation (2).

Figure 2004355032
Figure 2004355032

ここで、θz :液晶層厚方向の位置zにおけるティルト角φz :液晶層厚方向の位置zにおけるツイスト角k11、k22、k33:弾性定数P0:自然ピッチである。 Here, θ z : tilt angle φ z at position z in the liquid crystal layer thickness direction: twist angles k 11 , k 22 , k 33 at position z in the liquid crystal layer thickness direction: elastic constant P 0 : natural pitch.

d を整理すると、以下の式(3)で表現できる。 By rearranging f d , it can be expressed by the following equation (3).

Figure 2004355032
Figure 2004355032

図1の構造を有する垂直配向ECB−LCDの場合、液晶分子6はz軸に沿って方位角方向φの変化がないため、式(3)の第2項、第3項は0になり、弾性自由エネルギが低い状態にある。第3項に関しては、液晶にカイラリティがなく、自然ピッチP0が無限大のため、二重に0となる。 In the case of the vertical alignment ECB-LCD having the structure of FIG. 1, the liquid crystal molecules 6 do not change in the azimuthal direction φ along the z-axis, so that the second and third terms of the equation (3) become 0, The elastic free energy is low. Regarding the third term, since the liquid crystal has no chirality and the natural pitch P 0 is infinite, it becomes double zero.

垂直配向ECB−LCDの上下基板間にラビング処理等により液晶の配向容易軸がねじれるような構造を導入すると、液晶分子の方位角φz のz軸方向の変化が生じ、第2項が有限な値となる。さらに、液晶層内にカイラル剤を添加し、自然ピッチを有限な値とすることにより、第3項も有限な値をとり、液晶層内の弾性自由エネルギを高めることができる。液晶層内の弾性自由エネルギを高めることにより、液晶分子の急峻な配向変化が期待できる。 When a structure in which the axis of easy alignment of liquid crystal is twisted by rubbing treatment or the like between the upper and lower substrates of the vertical alignment ECB-LCD is introduced, the azimuthal angle φ z of the liquid crystal molecules changes in the z-axis direction, and the second term is finite. Value. Furthermore, by adding a chiral agent to the liquid crystal layer and setting the natural pitch to a finite value, the third term also takes a finite value and the elastic free energy in the liquid crystal layer can be increased. By increasing the elastic free energy in the liquid crystal layer, a sharp change in alignment of liquid crystal molecules can be expected.

しかし、式(3)の第2項、第3項は液晶のティルト角θz の関数であるcos2 θz も含む。cos2 θzに比例し、弾性自由エネルギが高くなることを示している。初期配向におけるθz が90度に近い垂直配向LCDにおいては、cos2θz が0に近いため、液晶にカイラル剤を添加しても大きなエネルギ変化は期待しがたい。 However, the second term of equation (3), the third term also cos 2 theta z is a function of the tilt angle theta z of the liquid crystal contains. proportional to cos 2 θ z, shows that the elastic free energy increases. In a vertically aligned LCD in which θ z in the initial alignment is close to 90 degrees, cos 2 θ z is close to 0, so that even if a chiral agent is added to the liquid crystal, a large change in energy cannot be expected.

STN−LCDに代表される水平配向LCDの場合、θz が0に近いため、弾性自由エネルギが高くなり、急峻な配向変化が得られるものと考えられる。本発明者らは、垂直配向LCDにおける弾性自由エネルギを高め、より急峻な配向変化を実現するために、ティルト角を90度からより低い値に変化させることを提案する。すなわち、cos2θz を大きくし、式(3)における第2項、第3項の値を増大することにより、弾性自由エネルギを高めることができると期待される。さらに、基板間の配向容易軸(ラビング方向)のねじれ角を大きくすることや、カイラル剤の添加により液晶ディレクタの方位角方向のz軸に沿う変化を大きくすることにより、弾性自由エネルギのさらなる増大が期待され、急峻な電気光学特性を提供するものと考えられる。 For horizontal alignment LCD typified by STN-LCD, theta because z is close to 0, the elastic free energy increases, steep orientation change is thought to be obtained. The present inventors propose to change the tilt angle from 90 degrees to a lower value in order to increase the elastic free energy in the vertical alignment LCD and realize a steeper alignment change. That is, it is expected that the elastic free energy can be increased by increasing cos 2 θ z and increasing the values of the second and third terms in equation (3). Furthermore, the elastic free energy is further increased by increasing the torsion angle of the easy alignment axis (rubbing direction) between the substrates and increasing the change of the liquid crystal director along the z-axis in the azimuthal direction by adding a chiral agent. Is expected to provide steep electro-optical characteristics.

以下に、コンピュータシミュレーションによる結果を示す。なお、シミュレータはシンテック社製の液晶表示器シミュレータ「LCDMASTER」を用いた。   The results of the computer simulation are shown below. The simulator used was a liquid crystal display simulator “LCDMASTER” manufactured by Shintec.

図4に示すように、LCD構造は、液晶層5両側に直交ニコル配置の一対の偏光板1を配置する。液晶層上面10、下面11に位置する液晶分子6の基板平面に対する傾き角、すなわちプレティルト角をθp とし、液晶層中央面12のディレクタをnmidと定義する。 As shown in FIG. 4, in the LCD structure, a pair of polarizing plates 1 arranged in an orthogonal Nicol arrangement are arranged on both sides of the liquid crystal layer 5. The inclination angle of the liquid crystal molecules 6 positioned on the upper surface 10 and the lower surface 11 of the liquid crystal layer with respect to the substrate plane, that is, the pretilt angle is defined as θ p, and the director of the liquid crystal layer central surface 12 is defined as nmid .

図5に示すように、図4のセル構造を基板上部からみた場合の各パラメータ、すなわち、検光子、偏光子、液晶層上面下面容易軸(配向方向)、液晶層中央面のディレクタの方向関係を定義する。x軸の正方向を方位角0°とし、これを角度の基準軸とする。液晶層中央面のディレクタの方位角をφmid、検光子の透過軸方向をφ、液晶層上面の配向容易軸方向をφpc、クロス角をφ、偏光子と検光子の透過軸がなす角度は常に90°(クロスニコル配置)とする。 As shown in FIG. 5, each parameter when the cell structure of FIG. 4 is viewed from above the substrate, that is, the analyzer, the polarizer, the easy axis (orientation direction) of the lower surface of the liquid crystal layer, and the directional relationship of the director on the center surface of the liquid crystal layer. Is defined. The positive direction of the x-axis is set to an azimuth of 0 °, and this is set as a reference axis of the angle. The azimuth angle of the director on the center plane of the liquid crystal layer is φ mid , the transmission axis direction of the analyzer is φ A , the direction of the easy alignment axis on the top surface of the liquid crystal layer is φ pc , the cross angle is φ c , and the transmission axes of the polarizer and the analyzer are The angle formed is always 90 ° (cross Nicol arrangement).

図6は、液晶層厚d=3.8μm、Δn=0.22、Δε=−1.6、液晶層厚dの液晶材料の自然ピッチp(自然ピッチP0を以下pと記す)に対する比d/p=0、θp=80°、φmid =0°、φA =φmid +45°、φpc=φmid+φc/2の時における電気光学特性のクロス角φc 依存性を示す。なお、クロス角φc とは、液晶層上面の配向容易軸と液晶層下面の配向容易軸とがなす方位角度(ねじれ角あるいはツイスト角とも称する)を言う。 FIG. 6 shows the ratio of the liquid crystal layer thickness d = 3.8 μm, Δn = 0.22, Δε = −1.6 to the natural pitch p of the liquid crystal material having the liquid crystal layer thickness d (the natural pitch P 0 is hereinafter referred to as p). Shows the cross angle φ c dependence of the electro-optical characteristics when d / p = 0, θ p = 80 °, φ mid = 0 °, φ A = φ mid + 45 °, φ pc = φ mid + φ c / 2. . Note that the cross angle phi c, refers to the orientation axis of easy and forms azimuth angle of the alignment easy axis of the liquid crystal layer lower surface of the liquid crystal layer upper surface (also called the twist angle or the twist angle).

図5において、φmid=0とすると、nmidが基準軸方向に重なる。φpc=φmid+φ/2は、φpc−φmid=φ/2と変形でき、液晶層上面の配向容易軸と液晶層中央のディレクタの方位軸との間の角度は、クロス角の半分、すなわち液晶層上面の配向容易軸方向と液晶層下面の配向容易軸方向との間の角度を2等分する方向であることを示す。φ=φmid+45°は、液晶層中央のディレクタ方位軸の方向がクロスニコル配置された一対の偏光子のなす角度を2等分する方向であることを示す。 In FIG. 5, when φ mid = 0, n mids overlap in the reference axis direction. φ pc = φ mid + φ c / 2 can be transformed into φ pc −φ mid = φ c / 2, and the angle between the easy alignment axis on the upper surface of the liquid crystal layer and the azimuth axis of the director at the center of the liquid crystal layer is the cross angle. , Ie, the direction which divides the angle between the easy axis direction of the upper surface of the liquid crystal layer and the easy axis direction of the lower surface of the liquid crystal layer into two. φ A = φ mid + 45 ° indicates that the direction of the director azimuth axis at the center of the liquid crystal layer is a direction that bisects the angle formed by a pair of polarizers arranged in crossed Nicols.

クロス角φc が増大するに従って、しきい値が増大し、電気光学特性における急峻性が向上し、最低透過光強度が低下することがわかる。クロス角φcが増大するに従って、弾性自由エネルギが増大し、しきい値上昇、急峻性向上を引き起こしていると考えられる。 It can be seen that as the cross angle φ c increases, the threshold value increases, the steepness in electro-optical characteristics improves, and the minimum transmitted light intensity decreases. According cross angle phi c is increased, the elastic free energy increases, the threshold increases, believed to be causing the steepness increased.

図7に、液晶層中央面12のディレクタnmid の極角成分θm 対印加電圧特性のクロス角依存性を示す。クロス角φcが増大するに従って、電圧無印加時のθm が90°に近づくため、電気光学特性において最低透過光強度が低下すると考えられる。 Figure 7 shows a cross-angle dependence of the polar angle component theta m versus applied voltage characteristic of the director n mid of the liquid crystal layer center plane 12. According cross angle phi c is increased, since the theta m when no voltage is applied approaches 90 °, minimum transmitted light intensity in the electro-optical characteristic is considered to decrease.

上述のクロス角依存性は、プレティルト角をθp =80度に設定して行った。プレティルト角θp が90度に近い場合は、上述のように弾性自由エネルギの大きな変化は期待しがたいものと考えられる。 The cross angle dependence described above was performed by setting the pretilt angle to θ p = 80 degrees. If the pretilt angle theta p is close to 90 degrees, a large change in the elastic free energy as described above is considered to hard to expect.

図8は、液晶層厚d=3.8μm、Δn=0.22、Δε=−1.6、液晶層厚dと自然ピッチP0 の比d/p=0、θp =89.9度、φmid=0度、φA=φmid +45度、φpc=φmid +φc/2の時における電気光学特性のクロス角φc 依存性を示す。クロス角を変化させても、電気光学特性の変化は認められない。 8, the liquid crystal layer thickness d = 3.8μm, Δn = 0.22, Δε = -1.6, the ratio d / p = 0 of the liquid crystal layer thickness d and the natural pitch P 0, θ p = 89.9 ° , Φ mid = 0 °, φ A = φ mid +45 degrees, and φ pc = φ mid + φ c / 2, showing the cross angle φ c dependence of the electro-optical characteristics. Even if the cross angle is changed, no change in the electro-optical characteristics is observed.

次に、液晶にカイラル剤を添加した場合について、シミュレーション計算を行った。   Next, simulation calculations were performed for the case where a chiral agent was added to the liquid crystal.

図9は、液晶層厚d=3.8μm、Δn=0.22、Δε=−1.6、d/p=0.7、φmid =0°、φA =φmid+45°、φpc=φmid +φc /2、クロス角φc =270°に設定した時における電気光学特性のプレティルト角θp依存性のシミュレーション結果を示す。プレティルト角は、89.9度、88度、85度、80度、70度とした。プレティルト角θpが小さくなるに従って、電気光学特性における急峻性が高くなることが判る。特に、θp ≦85°では急峻性が高くなると同時に最大透過光強度も増大している。85度と88度の間で特性の変化が見られる。θp=70°ではしきい値電圧以下でも透過光強度の若干の上昇が見られ、黒レベルの劣化が懸念される。 FIG. 9 shows the liquid crystal layer thickness d = 3.8 μm, Δn = 0.22, Δε = −1.6, d / p = 0.7, φ mid = 0 °, φ A = φ mid + 45 °, φ pc 7 shows a simulation result of the dependence of the electro-optical characteristics on the pretilt angle θ p when setting = φ mid + φ c / 2 and cross angle φ c = 270 °. The pretilt angles were 89.9 degrees, 88 degrees, 85 degrees, 80 degrees, and 70 degrees. According pretilt angle theta p decreases, it can be seen that the steepness is increased in the electro-optical properties. In particular, when θ p ≦ 85 °, the steepness increases and the maximum transmitted light intensity also increases. A characteristic change is observed between 85 degrees and 88 degrees. At θ p = 70 °, the transmitted light intensity slightly increases even below the threshold voltage, and there is a concern that the black level may deteriorate.

プレティルト角θp が小さくなり黒レベルが上昇する現象は、偏光板配置をφA =φmid にすることにより解決できる。即ち、液晶層中央面12の液晶分子方位角配向方向に沿う(平行な)方向に一方の偏光板透過軸の方向を揃えればよい。 The phenomenon that the pretilt angle θ p decreases and the black level increases can be solved by setting the polarizing plate arrangement to φ A = φ mid . That is, the direction of the transmission axis of one polarizing plate may be aligned with the direction (parallel) along the liquid crystal molecule azimuthal orientation direction of the liquid crystal layer center plane 12.

図10に、液晶層厚d=3.8μm、液晶の光学異方性Δn=0.22、Δε=−1.6、φmid =0度、φA =φmid、φpc=φmid +φc /2、クロス角φc =270度に設定した場合の電気光学特性におけるプレティルト角θp依存性の計算結果を示す。プレティルト角θは、50度、60度、70度、80度とした。なお、d/p値はθp =80度で0.7、θp=70度で0.63、θp ≦60度で0.48とした。θp が60度〜80度の特性では良好な黒レベルが得られている。θpが50度の時には印加電圧にかかわらず透過光強度がほぼ一定な値を示し、黒レベルがまったく得られないことがわかる。θp <50度においても同様な結果が予想される。したがって、プレティルト角θpは約60度以上とすることが望ましい。 In FIG. 10, the liquid crystal layer thickness d = 3.8 μm, the optical anisotropy Δn of the liquid crystal Δn = 0.22, Δε = −1.6, φ mid = 0 degree, φ A = φ mid , φ pc = φ mid + φ The calculation result of the dependence of the pre-tilt angle θ p on the electro-optical characteristics when c / 2 and the cross angle φ c = 270 degrees are shown. The pretilt angles θ p were set to 50 degrees, 60 degrees, 70 degrees, and 80 degrees. Incidentally, d / p value 0.7 at theta p = 80 °, 0.63 theta p = 70 °, was 0.48 at theta p ≦ 60 degrees. theta p is a property of 60 to 80 degrees have excellent black level is obtained. When θ p is 50 degrees, the transmitted light intensity shows a substantially constant value irrespective of the applied voltage, indicating that no black level can be obtained. Similar results are expected when θ p <50 degrees. Therefore, the pretilt angle theta p is preferably set to about 60 degrees or more.

図11に、液晶層厚d=3.8μm、Δn=0.22、Δε=−1.6、d/p=0.7、φmid =0°、φA =φmid+45°、φpc=φmid +φc /2、θp =85°に設定した時の電気光学特性のクロス角φc依存性のシミュレーション結果を示す。クロス角φc が増大するに従って、電圧2.5V印加時における黒レベルの低下と電気光学特性の急峻性の向上が見られる。なお、φc>270度では電気光学特性にヒステリシスが発生した。 FIG. 11 shows the liquid crystal layer thickness d = 3.8 μm, Δn = 0.22, Δε = −1.6, d / p = 0.7, φ mid = 0 °, φ A = φ mid + 45 °, φ pc 7 shows a simulation result of the dependence of the electro-optical characteristics on the cross angle φ c when = φ mid + φ c / 2 and θ p = 85 °. As the cross angle φ c increases, the black level decreases and the steepness of the electro-optical characteristics increases when a voltage of 2.5 V is applied. When φ c > 270 degrees, hysteresis occurred in the electro-optical characteristics.

図12に、液晶層厚d=3.8μm、Δn=0.22、Δε=−1.6、φmid =0°、φA =φmid +45°、φpc=φmid+φc /2、φc =240°、θp =80°に設定した時における電気光学特性のd/p依存性のシミュレーション結果を示す。d/p値が大きくなるに従って、しきい値の低下と電気光学特性における急峻性の向上が見られる。 FIG. 12 shows the liquid crystal layer thickness d = 3.8 μm, Δn = 0.22, Δε = −1.6, φ mid = 0 °, φ A = φ mid + 45 °, φ pc = φ mid + φ c / 2, The simulation results of the d / p dependence of the electro-optical characteristics when φ c = 240 ° and θ p = 80 ° are shown. As the d / p value increases, the threshold value decreases and the steepness in electro-optical characteristics improves.

図13に、液晶層厚d=3.8μm、Δε=−1.6、φmid =0°、φA =φmid +45°、φpc=φmid+φc /2、φc =270°、θp =80°、d/p=0.7に設定した時における電気光学特性の液晶のΔn依存性のシミュレーション結果を示す。Δnが大きくなるに従って、急峻性と最大透過光強度が向上することが判る。 FIG. 13 shows the liquid crystal layer thickness d = 3.8 μm, Δε = −1.6, φ mid = 0 °, φ A = φ mid + 45 °, φ pc = φ mid + φ c / 2, φ c = 270 °, The simulation result of the dependence of the electro-optical characteristics on the Δn of the liquid crystal when θ p = 80 ° and d / p = 0.7 is shown. It can be seen that the steepness and the maximum transmitted light intensity improve as Δn increases.

図9〜図13の結果を併せて考慮すると、プレティルト角が約60度から85度であれば良好な結果を得られよう。   Considering the results of FIGS. 9 to 13 in addition, good results will be obtained if the pretilt angle is approximately 60 to 85 degrees.

図14は、液晶のΔn=0.22、Δε=−1.6、φmid =0度、φA =φmid +45度、φpc=φmid+φpc/2、φpc=270度、θp =80度、d/p=0.7に設定した場合の、電気光学特性のリターデーションΔnd依存性を示す。リターデーションΔndは、0.5μm、0.7μm、0.9μm、1.3μm、1.5μmとした。リターデーションΔndが大きくなるにしたがって、最大透過光強度は増大するが、Δndが1.5μmになると、逆に透過光強度が低下してしまう。したがって、リターデーションの値は1.3μm前後以下にすることが望ましい。透過率10%以上を維持するためには、Δnd≧0.7が必要であろう。 FIG. 14 shows Δn = 0.22, Δε = −1.6, φ mid = 0 degree, φ A = φ mid +45 degrees, φ pc = φ mid + φ pc / 2, φ pc = 270 degrees, θ of the liquid crystal. 9 shows dependence of electro-optical characteristics on retardation Δnd when p = 80 degrees and d / p = 0.7. The retardation Δnd was 0.5 μm, 0.7 μm, 0.9 μm, 1.3 μm, and 1.5 μm. As the retardation Δnd increases, the maximum transmitted light intensity increases, but when Δnd becomes 1.5 μm, the transmitted light intensity decreases. Therefore, the value of the retardation is desirably about 1.3 μm or less. In order to maintain a transmittance of 10% or more, Δnd ≧ 0.7 will be required.

図15にΔn を0.22に固定したときの電気光学特性の誘電率異方性Δε依存性のシミュレーション結果を示す。Δεの絶対値が大きくなるに従ってしきい値が低下することが判る。   FIG. 15 shows a simulation result of the dependence of the electro-optical characteristics on the dielectric anisotropy Δε when Δn is fixed at 0.22. It can be seen that the threshold value decreases as the absolute value of Δε increases.

以上、プレティルト角θp 、クロス角φc 、d/pを大きくすることにより垂直配向LCDにおいてより急峻な電気光学特性を得ることができることが判った。マルチプレックス駆動を行う場合には、上記シミュレーション解析結果より以下の条件で液晶セルを設計するとよいと考えられる。 As described above, it has been found that by increasing the pretilt angle θ p , the cross angle φ c , and the d / p, a steeper electro-optical characteristic can be obtained in a vertically aligned LCD. When performing multiplex driving, it is considered that the liquid crystal cell should be designed under the following conditions based on the simulation analysis results.

(1) プレティルト角θp : 85°〜60°、(より安全には約80°〜60°)
(2) クロス角φc : 180°〜270°、
(3) d/p : 0〜0.7、
(4) 液晶のリタデーションΔnd : 0.7〜1.3μm、
(5) 誘電率異方性Δε : 負。
(1) Pretilt angle θ p : 85 ° to 60 ° (more safely about 80 ° to 60 °)
(2) Cross angle φ c : 180 ° to 270 °,
(3) d / p: 0 to 0.7,
(4) Retardation Δnd of liquid crystal: 0.7 to 1.3 μm,
(5) Dielectric anisotropy Δε: negative.

以上の説明では、たとえば液晶セルの背面に設けた光源装置からの光を表示に利用する、透過型液晶表示装置の場合を例にして説明したが、図16に示すような外光を表示光として利用する反射型液晶表示装置にも適用できる。   In the above description, for example, a case of a transmission type liquid crystal display device in which light from a light source device provided on the back surface of a liquid crystal cell is used for display has been described, but external light as shown in FIG. The present invention can also be applied to a reflection type liquid crystal display device used as a device.

図16において図1と同じ参照番号のものは同一の要素を示す。9は光反射板である。図16の(A)の構成では偏光板は1枚であり、1/4波長板8を使用する。この場合、光の利用効率は向上する。図16の(B)は偏光板1をクロスニコル配置で2枚使用している。なお、光反射板9は(必要な場合一方の偏光板と共に)、基板の内側に配置してもよい。   In FIG. 16, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same elements. 9 is a light reflection plate. In the configuration shown in FIG. 16A, the number of polarizing plates is one, and a 波長 wavelength plate 8 is used. In this case, the light use efficiency is improved. FIG. 16B uses two polarizing plates 1 in a crossed Nicols arrangement. The light reflecting plate 9 (along with one of the polarizing plates if necessary) may be arranged inside the substrate.

次に、実際に垂直配向型液晶セルを作成してその性能を測定した結果について説明する。   Next, the results of actually preparing a vertical alignment type liquid crystal cell and measuring its performance will be described.

(プレティルト角の制御)従来、プレティルト角85度以下の配向処理は非常に困難であると考えられていた。一般的には、SiOx の斜方蒸着または回転斜方蒸着により基板表面に異法的な表面形状を形成した後、その上に垂直配向膜を塗布する手法が知られている。 (Control of Pretilt Angle) Conventionally, it has been considered that it is very difficult to perform an alignment treatment at a pretilt angle of 85 degrees or less. In general, after the formation of the different legal surface shape of the substrate surface by oblique evaporation or rotary oblique evaporation of SiO x, it is known techniques for applying a vertical alignment film thereon.

本発明者らは、垂直配向膜にラビング処理を施すことにより、プレティルト角85度以下の配向処理を実現した。使用する配向膜は垂直配向規制力がなるべく低いものを用いたほうが良好な配向制御が可能であった。使用する液晶は、垂直配向性が弱いものが好ましい。具体的には、屈折率異方性Δnが大きいもののほうがこの傾向が高い。   The present inventors have realized an alignment treatment at a pretilt angle of 85 degrees or less by performing a rubbing treatment on the vertical alignment film. As the alignment film to be used, the one having the lowest possible vertical alignment control force could be used for better alignment control. It is preferable that the liquid crystal used has weak vertical alignment. Specifically, this tendency is higher when the refractive index anisotropy Δn is large.

JSR社製 垂直配向膜JALS−688(厚さ40nm)をガラス基板上にスピンコーティングした後、綿製ラビング布によりラビング処理を施した。種々の試みの結果、ラビング時の擦る強さと液晶材料により、プレティルト角が制御可能であることがわかった。   A vertical alignment film JALS-688 (40 nm thick) manufactured by JSR was spin-coated on a glass substrate, and then rubbed with a cotton rubbing cloth. As a result of various attempts, it was found that the pretilt angle could be controlled by the rubbing strength during rubbing and the liquid crystal material.

図17にその一例を示す。横軸がラビング強度を示し、縦軸がプレティルト角を示す。使用した液晶材料はすべて誘電率異方性が負であり、LC−A、LC−Bの屈折率異方性は0.2、0.22とほぼ0.2の非常に大きな値を有する。一方、メルク製MLC−2012、チッソ製EN−38はΔnが0.1前後の液晶である。屈折率異方性Δnが0.1前後のMLC−2012、EN−38では、ラビング強度を変化させても85度以下のプレティルト角は得られなかった。屈折率異方性が約0.2以上の液晶を用いた場合は、ラビング強度の増加と共にプレティルト角が減少し、85度以下のプレティルト角を得ることができた。これらの結果から、Δnの値が大きい液晶材料ほど、プレティルト角を広い範囲で制御できることが予想される。たとえば、LC−A、LC−Bを用いることにより、85度以下のプレティルト角を実現することができる。   FIG. 17 shows an example. The horizontal axis indicates the rubbing strength, and the vertical axis indicates the pretilt angle. All of the liquid crystal materials used have negative dielectric anisotropy, and LC-A and LC-B have very large refractive index anisotropies of 0.2 and 0.22, which are almost 0.2. On the other hand, MLC-2012 manufactured by Merck and EN-38 manufactured by Chisso are liquid crystals having Δn of about 0.1. With MLC-2012 and EN-38 having a refractive index anisotropy Δn of about 0.1, a pretilt angle of 85 ° or less was not obtained even when the rubbing strength was changed. When a liquid crystal having a refractive index anisotropy of about 0.2 or more was used, the pretilt angle was reduced as the rubbing strength was increased, and a pretilt angle of 85 degrees or less could be obtained. From these results, it is expected that a liquid crystal material having a larger value of Δn can control the pretilt angle in a wider range. For example, by using LC-A and LC-B, a pretilt angle of 85 degrees or less can be realized.

(実施例1)図1に示したLCDの構造で、下記の表1に示す条件を設定し、クロス角φc=0°、90°、180°のセルを各々作成し、それらの電気光学特性を測定した。 (Example 1) With the structure of the LCD shown in FIG. 1, the conditions shown in Table 1 below were set, and cells with cross angles φ c = 0 °, 90 °, and 180 ° were formed, and their electro-optics were formed. The properties were measured.

図18に結果を示す。クロス角φc を大きくすることによりシミュレーション結果と同様な傾向であるしきい値の上昇、急峻性の向上、黒レベルの低下する効果が得られている。 FIG. 18 shows the results. Threshold rise of the simulation results and similar tendency by increasing the cross angle phi c, and improvement of sharpness, the effect of reduction in the black level obtained.

Figure 2004355032
Figure 2004355032

(実施例2)図1に示したLCDの構造で、下記の表2に示す条件になるようにLCDを作製した。   Example 2 An LCD having the structure shown in FIG. 1 was manufactured under the conditions shown in Table 2 below.

図19に、それらの電気光学的特性を測定した結果を示す。図19には、としてプレティルトθp =89.9°、クロス角φc =0°の従来のセルの電気光学的特性も示す。明らかに本実施例のセルの方が急峻性が良いことが判る。 FIG. 19 shows the results of measuring their electro-optical characteristics. FIG. 19 also shows the electro-optical characteristics of a conventional cell having a pretilt θ p = 89.9 ° and a cross angle φ c = 0 °. Obviously, the cell of this embodiment has better steepness.

Figure 2004355032
Figure 2004355032

表3は、1/120デューティ最適バイアス法マルティプレックス駆動時の透過率T、コントラストCRmaxを表2の実施例とθp =89.9°の従来のものとで比較したものである。あきらかに表2の実施例のものが透過率が高く、コントラストが良好であることが判る。プレティルト角81°で良好な結果が得られている。プレティルト角は約60度〜81度が好ましいであろう。 Table 3 shows a comparison between the transmittance T and the contrast CR max at the time of the 1/120 duty optimal bias method multiplex driving in the embodiment shown in Table 2 and the conventional one having θ p = 89.9 °. Obviously, the examples of Table 2 have high transmittance and good contrast. Good results have been obtained with a pretilt angle of 81 °. The pretilt angle will preferably be between about 60 degrees and 81 degrees.

Figure 2004355032
Figure 2004355032

図20は、セル厚dを5μmに厚く変更した場合のセルの電気光学特性を示す。セル厚を増加するとΔndが増加することにより、より急峻な電気光学特性が得られることが判る。   FIG. 20 shows the electro-optical characteristics of the cell when the cell thickness d is changed to 5 μm. It can be seen that a sharper electro-optical characteristic can be obtained by increasing Δnd as the cell thickness increases.

図21は、表1で示した条件中、d/pを0.6に変更した場合の電気光学特性を示す。図21には比較のために表1の条件のままのセルの特性も示してある。図のように、d/pが小さくなることにより、しきい値の上昇と急峻性の低下が見られる。   FIG. 21 shows the electro-optical characteristics when d / p is changed to 0.6 in the conditions shown in Table 1. FIG. 21 also shows the characteristics of the cell under the conditions of Table 1 for comparison. As shown in the figure, as the value of d / p decreases, the threshold value increases and the steepness decreases.

以上の電気光学特性はすべて白黒表示の場合である。STN−LCD等で行われる色補償等は一切行わずに、白黒表示が可能であった。   All of the above electro-optical characteristics are for a monochrome display. Black-and-white display was possible without performing any color compensation or the like performed by an STN-LCD or the like.

液晶表示装置の液晶層が、二色性色素を含有した液晶材料を含む垂直配向型ECBモード液晶表示素子にも上述の構成を適用できることは当業者に自明であろう。   It will be obvious to those skilled in the art that the above configuration can be applied to a vertical alignment type ECB mode liquid crystal display element in which a liquid crystal layer of a liquid crystal display device includes a liquid crystal material containing a dichroic dye.

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。また、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   As described above, the present invention has been described in connection with the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

垂直配向型ECBモード液晶表示素子の液晶分子の配向状態を説明するための斜視図である。FIG. 3 is a perspective view for explaining an alignment state of liquid crystal molecules of a vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device. 垂直配向型ECBモードLCDとSTN型LCDの電気光学急峻度特性を比較した図である。FIG. 4 is a diagram comparing the electro-optical steepness characteristics of a vertical alignment type ECB mode LCD and an STN type LCD. 基板面と液晶分子の配向方向の関係を示す座標である。These are coordinates indicating the relationship between the substrate surface and the orientation direction of the liquid crystal molecules. 本発明の実施例の液晶セルの構造と液晶分子を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a structure of a liquid crystal cell and liquid crystal molecules according to an example of the present invention. 液晶セルの方位角方向の各パラメータの方向関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a directional relationship of each parameter in an azimuth direction of a liquid crystal cell. 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性のクロス角φc 依存性を示すグラフである。5 is a graph showing the cross angle φ c dependence of the electro-optical characteristics of the liquid crystal cell according to the example of the present invention. 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性のクロス角依存性を示すグラフである。4 is a graph showing cross-angle dependence of electro-optical characteristics of a liquid crystal cell according to an example of the present invention. プレティルト角をほぼ垂直に設定した場合の、電気光学特性のクロス角依存性を示すグラフである。9 is a graph showing the cross angle dependence of the electro-optical characteristics when the pretilt angle is set almost perpendicular. 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性のプレティルト角θp 依存性を示すグラフである。5 is a graph showing the dependence of the electro-optical characteristics of a liquid crystal cell according to an embodiment of the present invention on the pretilt angle θ p . 液晶セルの電気光学特性の、プレティルト角依存性を示すグラフである。4 is a graph showing the pretilt angle dependence of the electro-optical characteristics of a liquid crystal cell. 本発実施例による液晶セルの電気光学特性のクロス角φc 依存性を示すグラフである。5 is a graph showing the cross angle φ c dependence of the electro-optical characteristics of the liquid crystal cell according to the present embodiment. 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性のd/p依存性を示すグラフである。4 is a graph showing d / p dependence of electro-optical characteristics of a liquid crystal cell according to an example of the present invention. 本発明の実施例による液晶セルの電気光性のΔn依存性のを示すグラフである。6 is a graph showing the Δn dependence of the light-emitting property of a liquid crystal cell according to an example of the present invention. 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性のリターデーションΔnd依存性を示すグラフである。4 is a graph showing the retardation Δnd dependence of the electro-optical characteristics of a liquid crystal cell according to an example of the present invention. 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性の誘電率異方性Δε依存性を示すグラフである。5 is a graph showing the dielectric anisotropy Δε dependence of the electro-optical characteristics of a liquid crystal cell according to an example of the present invention. 本発明の実施例による反射型液晶表示装置の液晶セルの構造を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a structure of a liquid crystal cell of a reflective liquid crystal display according to an embodiment of the present invention. 種々の垂直配向膜を用いた場合の、プレティルト角対ラビング強度の関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between pretilt angle and rubbing strength when various vertical alignment films are used. 本発明の実施例による液晶セルのクロス角の違いによる電気光学特性を示すグラフである。5 is a graph showing electro-optical characteristics according to a difference in a cross angle of a liquid crystal cell according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性を示すグラフである。4 is a graph illustrating electro-optical characteristics of a liquid crystal cell according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性を示すグラフである。4 is a graph illustrating electro-optical characteristics of a liquid crystal cell according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性を示すグラフである。4 is a graph illustrating electro-optical characteristics of a liquid crystal cell according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

1 偏光板
2 光学補償板
3 基板
4 電極及び垂直向膜
5 液晶層
6 液晶分子
7 反射板
8 1/4波長板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polarizer 2 Optical compensator 3 Substrate 4 Electrode and vertical film 5 Liquid crystal layer 6 Liquid crystal molecule 7 Reflector 8 1/4 wavelength plate

Claims (11)

電極と配向処理された垂直配向膜とを表面に形成し、所定間隔で互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層とを有する液晶セルと、
前記液晶セル外側に配置されたクロスニコル配置の1対の偏光子と、
を有し、前記配向処理が基板に接する液晶に配向方向を付与し、前記1対の基板上の配向方向間の角度を2等分する方向が、前記1対の偏光子の偏光方向のいずれか、またはクロスニコル配置の偏光方向間の角度を2等分する方向に沿い、前記基板と前記液晶層との界面に存在する液晶分子のプレティルト角が、前記基板面に対して85°〜60°の範囲に設定されている
垂直配向型ECBモード液晶表示素子。
An electrode and an alignment-treated vertical alignment film are formed on the surface, a pair of substrates disposed to face each other at a predetermined interval, and a liquid crystal cell having a liquid crystal layer disposed between the pair of substrates,
A pair of polarizers in a crossed Nicol arrangement arranged outside the liquid crystal cell,
Wherein the alignment treatment imparts an alignment direction to the liquid crystal in contact with the substrate, and a direction that bisects an angle between the alignment directions on the pair of substrates is any one of the polarization directions of the pair of polarizers. Alternatively, along a direction that bisects the angle between the polarization directions of the crossed Nicols arrangement, the pretilt angle of the liquid crystal molecules existing at the interface between the substrate and the liquid crystal layer is 85 ° to 60 ° with respect to the substrate surface. A vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device set in the range of °.
前記一対の基板の配向方向が面内のねじれ角を画定し、前記ねじれ角が180°〜270°の範囲に設定されている請求項1記載の垂直配向型ECBモード液晶表示素子。   2. The vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device according to claim 1, wherein the orientation direction of the pair of substrates defines an in-plane twist angle, and the twist angle is set in a range of 180 ° to 270 °. 前記液晶層のリタデーションが0.7μm〜1.3μmに設定されている請求項1記載の垂直配向型ECBモード液晶表示素子。   2. The vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device according to claim 1, wherein the retardation of the liquid crystal layer is set to 0.7 [mu] m to 1.3 [mu] m. 前記液晶層はカイラル剤が添加されている液晶材料を含む請求項1記載の垂直配向型ECBモード液晶表示素子。   2. The vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal layer includes a liquid crystal material to which a chiral agent is added. 前記液晶層は、液晶材料のカイラルピッチをpとし、前記一対の基板の前記所定間隔をdとしたときに、0≦d/p≦0.7の関係を満たすように設定されている請求項4記載の垂直配向型ECBモード液晶表示素子。   The liquid crystal layer is set so as to satisfy a relation of 0 ≦ d / p ≦ 0.7 when a chiral pitch of a liquid crystal material is p and the predetermined interval between the pair of substrates is d. 5. The vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device according to item 4. さらに、前記一対の基板の外側に前記液晶層を透過する光の光源を配置した請求項1記載の垂直配向型ECBモード液晶表示素子。   2. The vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device according to claim 1, further comprising a light source for transmitting light passing through said liquid crystal layer disposed outside said pair of substrates. 前記一対の偏光子のいずれかと前記液晶セルとの間に配置された1/4波長板を有する請求項6記載の垂直配向型ECBモード液晶表示素子。   7. The vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device according to claim 6, further comprising a quarter-wave plate disposed between any one of the pair of polarizers and the liquid crystal cell. 前記プレティルト角が81度から60度の範囲である請求項1〜7のいずれか1項に記載の垂直配向型ECBモード液晶表示素子。   The vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 7, wherein the pretilt angle is in a range of 81 degrees to 60 degrees. さらに、前記一対の基板の間あるいは前記一対の基板の外側に前記液晶層を透過した光を反射する反射板を配置した請求項1に記載の垂直配向型ECBモード液晶表示素子。   2. The vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device according to claim 1, further comprising a reflector disposed between the pair of substrates or outside the pair of substrates to reflect light transmitted through the liquid crystal layer. 前記液晶層は、二色性色素を含有した液晶材料を含む請求項1に記載の垂直配向型ECBモード液晶表示素子。 The vertical alignment type ECB mode liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal layer includes a liquid crystal material containing a dichroic dye. 電極と配向処理された垂直配向膜とを表面に形成し、所定間隔で互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層とを有する液晶セルと、
前記液晶セルの上方に配置された偏光子と、
前記液晶セルの下方に配置された反射板と、
前記液晶セルと前記反射板との間に配置された1/4波長板と、
を有し、前記1対の基板上の配向処理の面内方向間の角度を2等分する方向が、前記偏光子の透過軸方向、遮光軸方向のいずれか、またはこれらの方向間の角度を2等分する方向に沿い、前記基板と前記液晶層との界面に存在する液晶分子のプレティルト角が、前記基板面に対して85°〜60°の範囲に設定されている
垂直配向型ECBモード液晶表示素子。
An electrode and an alignment-treated vertical alignment film are formed on the surface, a pair of substrates disposed to face each other at a predetermined interval, and a liquid crystal cell having a liquid crystal layer disposed between the pair of substrates,
A polarizer disposed above the liquid crystal cell,
A reflector disposed below the liquid crystal cell,
A quarter-wave plate disposed between the liquid crystal cell and the reflector,
Wherein the direction that bisects the angle between the in-plane directions of the alignment treatment on the pair of substrates is any one of the transmission axis direction and the light shielding axis direction of the polarizer, or the angle between these directions. And a pre-tilt angle of liquid crystal molecules existing at an interface between the substrate and the liquid crystal layer is set in a range of 85 ° to 60 ° with respect to the substrate surface. Mode liquid crystal display element.
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