JPH03111823A - 二層型ｓｔｎ液晶表示素子 - Google Patents

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、ＳＴＮ型の表示用液晶セルの光入射側または
出射側にＳＴＮ型の色補償用液晶セルを配置した二層型
ＳＴＮ液晶表示素子に関するものである。

〔従来の技術〕

最近、テレビジョン画像等を表示するドツトマトリック
ス液晶表示素子は、大画面化および高解像度化のために
表示画素数が極めて多くなってきており、これにともな
って、高デユーテイでマルチプレックス駆動できること
が要求されているが、従来から広く使用されているＴＮ
型の液晶表示素子は、高デユーテイでマルチプレックス
駆動すると動作マージンが低下し、そのために表示コン
トラストが低下するとともに視野角特性も悪くなるため
、最近では、マルチプレックス駆動特性をよくするため
に、液晶分子を通常のＴＮ型の液晶表示素子よりも大き
なツイスト角（１８０’〜２７０”　）でツイスト配列
させたＳＴＮ型液晶表示素子が開発されている。

しかし、このＳＴＮ型液晶表示素子は、その−方の偏光
板を、その偏光軸（透過軸または吸収軸：の方向がこの
偏光板側の基板面における液晶分子配向方向に対しある
ずれ角（３５’〜５０＠）をもたせて配置し、入射側偏
光板を通って入射した直線偏光を液晶層の複屈折性によ
り楕円偏光とするとともに、他方の出射側偏光板により
光の透過を制御して表示するものであり、前記液晶層は
、各波長の光に対する屈折率異方性が異なっているため
、特定の波長域の光の透過率が大きくなり、表示画面に
着色を生ずるという問題をもっている。

このため、従来から、ＳＴＮ型の表示用液晶セルの光入
射側または出射側にＳＴＮ型の色補償用液晶セルを配置
した二層型のＳＴＮ液晶表示素子が考えられている。

この二層型ＳＴＮ液晶表示素子は、その表示用液晶セル
における前述したＳＴＮ型液晶表示素子で生ずる表示の
着色を、色補償用液晶セルによってなくすようにしたも
ので、上記色補償用液晶セルは、表示用の電極がないだ
けでその他の構成は表示用液晶セルと同様であり、この
色補償用液晶セルの液晶分子は、表示用液晶セルの液晶
分子のツイスト方向と逆方向に同じツイスト角でツイス
ト配列されている。上記色補償用液晶セルの液晶として
は、従来、表示用液晶セルの液晶と同一の液晶材料が用
いられており、表示用液晶セルと色補償用液晶セルのう
ち、一方のセルの液晶はこれに左旋性の光学活性物質（
カイラル液晶等）を混入することによって左回りにツイ
スト配列し、他方のセルの液晶はこれに右旋性の光学活
性物質を混入することによって右回りにツイスト配列し
ている。また、上記表示用液晶セルと色補償用液晶セル
の隣接する側の基板面における液晶分子の配向方向は互
いにほぼ直交させである。

この二層型ＳＴＮ液晶表示素子によれば、表示用液晶セ
ルと色補償用液晶セルの液晶層の旋光分散現象によって
生じた各波長ごとの楕円偏光の楕円の軸がほぼ一致する
から、特定の波長域の光の漏れによる表示の色づきをな
くすことができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の二層型ＳＴＮ液晶表示素子は
、白色表示状態での表示色が温度によって変化してしま
うという問題をもっていた。すなわち、第５図は、表示
用液晶セルと色補償用液晶セルの液晶分子配列のツイス
ト角が２４０”　、両セルの２５℃におけるΔｎｏｄ　
（液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層の層厚ｄとの積）の
値が０．８２である従来の二層型ＳＴＮ液晶表示素子の
温度変化に対する色度の変化を示す色度図であり、従来
の二層型ＳＴＮ液晶表示素子では、温度が２５℃である
ときは表示色は白色点（無彩色点）Ｃの付近にあるが、
温度が０℃と低くなると表示色は黄色を帯び、また温度
が４０℃と高くなると表示色は青色を帯びる。

これは、温度によって液晶の屈折率異方性Δｎが変わる
ためであり、従来の二層型ＳＴＮ液晶表示素子では、色
補償用液晶セルの液晶として表示用液晶セルの液晶と同
一の液晶材料が用いているため、両セルのΔｎ−ｄは高
温でも低温でも互いに同じ割合で変化するが、温度が変
われば液晶の屈折率異方性Δｎが変わるために、この液
晶の屈折率異方性Δｎの変化によって両セルのΔｎ−ｄ
の値が変り、これによって表示色が変化する。第６図は
、表示用液晶セルと色補償用液晶セルの液晶分子配列の
ツイスト角を２４０＠とした二層型ＳＴＮ液晶表示素子
について、両セルのΔｎφｄの値を０．７８〜０．８７
の範囲で変えて白色表示状態における色度の変化を調べ
た結果を示した色度図であり、この図のように二層型Ｓ
ＴＮ液晶表示素子の表示色は両セルのΔｎ−ｄの値によ
って変る。

そして、両セルのΔｎ−ｄの値は、両セルの液晶の屈折
率異方性Δｎと液晶層厚ｄとによって決まるから、温度
によって両セルの液晶の屈折率異方性Δｎが変化すると
、これによって両セルのΔｎａ　ｄの値が変り、このΔ
ｎ−ｄの値に応じて表示色が変化する。

本発明は上記のような実情にかんがみてなされたもので
あって、その目的とするところは、ＳＴＮ型の表示用液
晶セルの光入射側または出射側に、この表示用液晶セル
の液晶分子のツイスト方向と逆方向に液晶分子をツイス
ト配列させたＳＴＮ型の色補償用液晶セルを配置した二
層型ＳＴＮ液晶表示素子として、広範囲の温度変化に対
しても、着色のない良好な白色表示を得ることができる
ものを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の二層型ＳＴＮ液晶表示素子は、上記目的を達成
するために、色補償用液晶セルの液晶として、屈折率異
方性の温度依存性が小さい液晶材料を用い、かつ、前記
色補償用液晶セルにおける液晶の屈折率異方性Δｎ２と
液晶層厚ｄ２との積Δｎ２・ｄ２の値と、前記表示用液
晶セルにおける液晶の屈折率異方性Δｎ１と液晶層厚ｄ
１との積Δｎ１　・ｄ、の値を、 Δｎ２・ｄ２≦Δｎ　＋ｅｄ　＋≦Δｎ　２ａｄ　２ｘ
　ｔ、ｔ。

の範囲にしたものである。

〔作用〕

すなわち、本発明の二層型ＳＴＮ液晶表示素子は、色補
償用液晶セルの液晶として、屈折率異方性の温度依存性
が小さい液晶材料を用いることにより、色補償用液晶セ
ルのΔｎ−ｄの値は温度変化にかかわらずほぼ一定とな
るようにしたものであり、色補償用液晶セルのΔｎ−ｄ
の値が一定であれば、表示用液晶セルのΔｎ−ｄの値が
温度によって変化しても、表示色は変化せず、広範囲の
温度変化に対しても着色のない良好な白色表示を得るこ
とができるし、また、色補償用液晶セルのΔｎ２ａｄ２
の値と、表示用液晶セルのΔｎ１　・ｄ、の値を、 Δｎ２・ｄ２≦Δｎ　、ａｄ　、≦Δｎ　ｚ’ｄ　２Ｘ
　１．１０の範囲にしておけば、良好な黒色表示を得る
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図を参照して説
明する。

第１図は本実施例の二層型ＳＴＮ液晶表示素子の断面図
であり、ここでは、表示用液晶セルの光出射側に色補償
用液晶セルを配置したものを示している。

この二層型ＳＴＮ液晶表示素子は、２つのＳＴＮ型液晶
セル１，２を積層するとともに、このセル積層体の両面
側にそれぞれ偏光板３，４を設けたもので、上記２つの
ＳＴＮ型液晶セル１゜２のうち、図において下側（光入
射側）の液晶セル１は表示用とされ、上側（光出射側）
の液晶セル２は色補償用とされている。なお、以下、表
示用の液晶セル１を表示セルといい、色補償用の液晶セ
ル２を補償セルという。

上記表示セル１は、枠状のシール材１０を介して重合接
着した一対の透明基板１１．１２間に液晶１３を封入し
たもので、側基板１１，１２の対向面には、図示しない
が、表示用の透明電極（例えば単純マトリックス型の液
晶セルの場合は走査電極と信号電極）が形成され、その
上には配向処理が施されている。また、上記補償セル２
は、枠状のシール材２０を介して重合接着した一対の透
明基板２１．２２間に液晶２３を封入したもので、側基
板２１．２２の対向面には表示用の電極はなく、配向処
理だけが施されている。なお、上記表示セル１および補
償セル２の側基板１１．１２面および２１．２２面の配
向処理は、ポリイミド等からなる水平配向膜の膜面をラ
ビング処理したものである。

第２図は上記表示セル１および補償セル２の液晶分子配
向方向と偏光板３，４の偏光軸の方向を示したもので、
図においてｌｌａおよび１２ａは表示セル１の下基板１
１面および上基板１２面の配向処理方向、ＴＩは液晶分
子配列のツイスト方向を示している。この表示セル１の
液晶１３は左旋性の光学活性物質（カイラル液晶等）を
混入して左回りの旋光性をもたせたネマティック液晶と
されており、この液晶１３の分子は側基板１１゜１２間
において、透過光の進行方向から見て（下基板１２側か
ら見て）左回りに、上記配向処理方向１１ａ、１２ａの
ずれ角に相当するツイスト角（図では２４０’　）でツ
イスト配列されている。また、第２図において、２１ａ
および２２．ａは補償セル１の下基板２１面および上基
板２２面の配向処理方向、Ｔ２は液晶分子配列のツイス
ト方向を示しており、この補償セル２の下基板２１面の
配向処理方向２１ａは上記表示セル１の上基板１２面の
配向処理方向１２ａとほぼ直交している。この補償セル
２の液晶２３は右旋性の光学活性物質（カイラル液晶等
）を混入して右回りの旋光性をもたせたネマティック液
晶とされており、この液晶２３の分子は両基板２１．２
２間において、透過光の進行方向から見て右回りに、上
記表示セル１における液晶分子配列のツイスト角と同角
度（２４Ｇ＠）ツイスト配列されている。一方、第２図
において３ａ、４ａは一対の偏光板３，４の偏光軸方向
であり、上偏光板４の偏光軸方向４ａは、この上偏光板
４側の液晶セル（補償セル）２の上基板２２面の配向処
理方向２２ａに対し、透過光の進行方向から見て右回り
に３５°〜５０″ずれており、下偏光板３の偏光軸方向
３ａは、上偏光板４の偏光軸方向４ａに対してほぼ直交
している。

また、上記表示セル１のネマティック液晶１３としては
、従来の二層型ＳＴＮ液晶表示素子において表示セルお
よび補償セルに用いているＳＴＮ液晶素子用液晶材料を
用いており、補償セル２のネマティック液晶２３として
は、屈折率異方性Δｎの温度依存性が小さい液晶材料を
用いている。

なお、表示セル１と補償セル２の液晶層の層厚（セルギ
ャップ）ｄ＋、ｄ２は、はぼ同じか、あるいは補償セル
２の方が僅かに小さくなっている。

上記補償セル２のネマティック液晶２３、つまり屈折率
異方性Δｎの温度依存性が小さい液晶材料としては、Ｃ
−Ｎ点が一２５℃以上、Ｎ−１点が１００℃以上のネマ
ティック相を示す温度範囲の広いものが適しており、こ
の液晶材料は、■　低粘性液晶（Ｃ−Ｎ点が低い液晶）
例えば、フェニールシクロヘキサン系液晶である、 Ｒ３はアルキル基 Ｒ２は炭素数２〜５のアルキル基 またはアルコキシ基 ■ 誘電異方性Δ εが正に大きい液晶 例えば、 フェニールシクロヘキサン系液晶で ある、 ３ は炭素数２〜５のアルキル基 あるいは、 ビフェニール系液晶である、 または ４ Ｒう は炭素数２〜５のアルキル基 ■　高温液晶（Ｎ−１点が高い液晶） 例えば、ビフェニール系液晶である、 または Ｒｈ　、Ｒｙ　、Ｒｓ　、Ｒｈは炭素数２〜５のアルキ
ル基 等の各種液晶化合物を適宜の割合で混合した液晶組成物
として得ることができる。なお、上記補償セル２は液晶
層に駆動電圧を印加されるものではなく、シたがって補
償セル２の液晶２３は常にツイスト配向状態にあるから
、この補償セル２の液晶２３は、ＳＴＮ液晶素子用の液
晶材料に限らず、ネマティック相を示す温度範囲の広い
ものであれば、例えば車載用のＴＮ液晶表示素子に使用
されているような広温度範囲の液晶の使用が可能である
（この場合は、液晶に混入するカイラル液晶等の光学活
性物質の量を適度に選べばよい）。

また、前記補償セル２における液晶２３の屈折率異方性
Δｎ２と液晶層厚ｄ２との積Δｎ２・ｄ２の値と、表示
セル１における液晶１３の屈折率異方性Δｎｌと液晶層
厚ｄ１との積Δｎ、・ｄｌの値は、 Δｎ２・ｄ２≦Δｎ　、−ｄ　、≦Δｎ２＠ｄ　２Ｘ　
１．１０の範囲に設定しである。

この二層型ＳＴＮ液晶表示素子は、その表示セル１を高
デユーテイでマルチプレックス駆動することによって表
示駆動されるもので、表示セル１における表示の着色は
補償セル２によって防止される。

第３図は上記二層型ＳＴＮ液晶表示素子を高デユーテイ
でマルチプレックス駆動したときの駆動電圧に対する光
透過率の変化を示したもので、上記二層型ＳＴＮ液晶表
示素子は、無電圧状態および非選択状態では光透過率が
０％に近い黒色表示となり、選択状態では光透過率が大
きい白色表示となる。

しかして、上記実施例の二層型ＳＴＮ液晶表示素子にお
いては、その補償セル２の液晶として、屈折率異方性Δ
ｎの温度依存性が小さい液晶材料を用いているため、補
償セル２のΔｎ２ｅｄ２の値は温度変化にかかわらずほ
ぼ一定であり、補償セル２のΔｎ２・ｄ２の値が一定で
あれば、表示セル１のΔｎ、・ｄｌの値が温度によって
変化しても、表示色は変化せず、広範囲の温度変化に対
しても着色のない良好な白色表示を得ることができる。

すなわち、第４図は、上記実施例の二層型ＳＴＮ液晶表
示素子について、表示セル１のΔｎ１　・ｄｌの値を０
．７８〜０，８７に変化させたときの白色表示状態にお
ける色度の変化を調べた結果を示した色度図であり、こ
こでは、表示セル１と補償セル２の液晶分子配列のツイ
スト角を２４０”補償セル２のΔｎ２・ｄ２の値を０．
８２とした二層型ＳＴＮ液晶表示素子の色度変化を示し
ている。

この色度図のように、補償セル２のΔｎ２・ｄ２の値が
一定であれば、表示セル１のΔｎ、ａｄ。

の値がどのように変化しても、表示色は常に白色点（無
彩色点）Ｃの付近にある。このことは、温度変化により
表示セル１の液晶１３の屈折率異方性Δｎ１が変化し、
これによって表示セル１のΔｎ１　・ｄｌの値が変化し
ても、二層型ＳＴＮ液晶表示素子の表示色はほとんど変
わらないことを示しており、したがって上記実施例の二
層型ＳＴＮ液晶表示素子によれば、広範囲の温度変化に
対しても、着色のない良好な白色表示を得ることができ
る。

また、上記実施例の二層型ＳＴＮ液晶表示素子では、補
償セル２のΔｎ２争ｄ２の値と、表示セルｌのΔｎ１　
・ｄｌの値を、 Δｎ２ａｄ２≦Δｎ１・ｄｌ≦Δｎ　２’ｄ　２Ｘ　１
．０５の範囲にしているから、無電圧状態および非選択
状態での黒色表示も良好であり、したがって上記実施例
の二層型ＳＴＮ液晶表示素子によれば、温度変化に関係
なく常に良好な白黒表示を実現することができる。

なお、上記実施例では、補償セル２の Δｎ２・ｄ２の値と、表示セル１のΔｎ、・ｄｌの値を
、 Δ　ｎ　　２ａｄ　　２≦　Δ　ｎ　　、＊ｄ　　、≦
　Δ　ｎ　　ｆｄ　　２Ｘ　　１．０５の範囲にしてい
るが、このΔｎ２　ｄ２とΔｎ、＊ｄ、の値は、 Δｎ２ａｄ２≦Δｎ　＋争ｄ　、≦Δｎ　２’ｄ　２Ｘ
　１．１０の範囲であればよく、また、表示セル１と補
償セル２の液晶分子配列のツイスト角も、１８０’〜２
７０＠の範囲であれば任意のツイスト角でよい。

さらに、上記実施例では、表示セル１の光出射側に補償
セル２を設けているが、この補償セル２は表示セル１の
光入射側にあってもよい。

〔発明の効果〕

本発明の二層型ＳＴＮ液晶表示素子は、色補償用液晶セ
ルの液晶として、屈折率異方性の温度依存性が小さい液
晶材料を用いているから、広範囲の温度変化に対しても
着色のない良好な白色表示を得ることができるし、また
、色補償用液晶セルのΔｎ２・ｄ２の値と、表示用液晶
セルのΔｎ１　・ｄｌの値を、 Δｎ２＊ｄ２≦Δｎ　、ａｄ　、≦Δｎ　２”ｄ　２Ｘ
　１．１０の範囲にしているために、良好な黒色表示を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の一実施例を示したもので、第
１図は二層型ＳＴＮ液晶表示素子の断面図、第２図は表
示用液晶セルおよび色補償用液晶セルの液晶分子配向方
向と偏光板の偏光軸の方向を示す平面図、第３図は二層
型ＳＴＮ液晶表示素子を高デユーテイでマルチプレック
ス駆動したときの駆動電圧に対する光透過率の変化を示
す図、第４図は表示用液晶セルのΔｎ、・ｄ、の変化に
よる表示色の変化を示す色度図である。第５図は従来の
二層型ＳＴＮ液晶表示素子における温度変化に対する表
示色の変化を示す色度図、第６図は従来の二層型ＳＴＮ
液晶表示素子における表示用液晶セルおよび色補償用液
晶セルのΔｎｏｄの変化による表示色の変化を示す色度
図である。 １・・・表示用液晶セル、 ２・・・色補償用液晶セル、 ３゜ ４・・・偏光板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＳＴＮ型の表示用液晶セルの光入射側または出射側に、
   この表示用液晶セルの液晶分子のツイスト方向と逆方向
   に液晶分子をツイスト配列させたＳＴＮ型の色補償用液
   晶セルを配置した二層型のＳＴＮ液晶表示素子において
   、前記色補償用液晶セルの液晶として、屈折率異方性の
   温度依存性が小さい液晶材料を用い、かつ、前記色補償
   用液晶セルにおける液晶の屈折率異方性Δｎ＿２と液晶
   層厚ｄ＿２との積Δｎ＿２・ｄ＿２の値と、前記表示用
   液晶セルにおける液晶の屈折率異方性Δｎ＿１と液晶層
   厚ｄ＿１との積Δｎ＿１・ｄ＿１の値を、Δｎ＿２・ｄ
   ＿２≦Δｎ＿１・ｄ＿１≦Δｎ＿２・ｄ＿２×１．１０
   の範囲にしたことを特徴とする二層型ＳＴＮ液晶表示素
   子。