JPH03248121A - 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】

本発明は液晶表示素子に係り、特に優れた時分割駆動特
性を有する電界効果型液晶表示素子に関するものである
。

【従来の技術】

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異方性を
有するネマチック液晶による９０’ねじれたらせん構造
を有し、かつ画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るものであった
（％公昭５１−１３６６６号公報）。 ２枚の電極基板間で液晶分子が９０°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た２枚の電極基板をそれぞれ
のラビング方向が互いにほぼ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
９Ｏ度回転し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。 図５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、輝度の初期値を１００％、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％となる電圧をしきい値Ｖｔｈ、１０％
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％以上あれば画素は十
分間るく液晶は非点灯状態、５０％以下であれば画素は
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％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
ても変り、この特性が良好な表示品質が得られる視野を
制限している。 ここで視角角度φの定義を図６によって説明する。図に
おいて、液晶表示素子１の上側電極基板１１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４とする。また液晶表示素子１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５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Ｘ７面内にあ
ることとする。また、図６に示されたφを正とし、この
ような方向から見た場合、コントラストが高くなるので
、このような方向を視野方向という。 図５において、角度φ＝１０度における輝度が９０％に
なる電圧をＶｔｈｌ、５０％になる電圧をＶ　５ａｔ１
とし、角度φ＝４０度における輝度が９０％になる電圧
をＶｔｈ２としたとき、立ち上がり時性γ、角度特性Δ
φ及び時分割能ｍを次式のように定義する。 γ＝ｖＳａｔ１／■ｔｈ１ Δφ＝ｖｔｈ２／■ｔｈ１ ｍ＝■Ｌｈ２／ｖＳａｔ１ 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Δｎ、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）にはアが良く（小さく）　Δφが悪い（
小さい）。一方Δｎ−ｄが小さい場合（例えば０．８μ
ｍ以下）にはγが悪く（大きく）　Δφが良い（大きい
）。しかし、時分割能ｍ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。

【表１】 ここで時分割駆動について、ドツトマトリクスデイスプ
レィを例に取って簡単に説明する。図７に示すように下
側電極基板１２にストライプ状のＹ電極（信号電極）１
３を、上側電極基板１１にＸ電極（走査電極）１４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−Ｘｎ、Ｘ　　
　Ｘ−−Ｘｎと繰 いてｎ本の走査電極をＸｌ、Ｘ２，１，２り返し線順次
走査を繰返して時分割駆動する。ある走査電極が選択さ
れたとき、その電極上のすべての画素に、信号電極１３
であるＹｌ、　Ｙ２．　　　　　　・Ｙｎより、表示す
べき信号に従い選択または非選択の表示信号を同時に加
える。このように、走査電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の数が時分割数に相当する。

【発明が解決しようとする課題】

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が実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厳し
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
。 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１００以上でも良好な画質を持った
液晶表示素子を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

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２００度か
ら２６０度の範囲とし、この液晶分子のらせん構造の前
後に一対の偏光板を設け、それら偏光板の吸収軸（ある
いは偏光軸）を電極基板に隣接する液晶分子の配向方向
に対し一定角度ずらせて配設することを特徴とするもの
である。

【作用】

本発明の液晶表示素子においては、液晶分子のらせん構
造のねじれ角を２００度から２６０度の範囲とし、この
液晶分子のらせん構造の前後に配設された偏光板の吸収
軸（あるいは偏光軸）をそれに隣接する液晶分子の配向
方向に対し一定の角度ずらせて配設することにより、印
加電圧−光透過率特性カーブが急峻になり、時分割能が
大幅に向上する。

【実施例】

次に、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。 図１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。図２はそれらの関係を示す斜視図である
。図６と構造、機能が同一な部分は同一の符号を付した
。 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のラビング方向６と下側電極基板１２のラビ
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。 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、２６０度が上限で
あり、また下限はコントラストによって制限され、２０
０度が限界である。 また、上側の偏光板１５の吸収軸（あるいは偏光軸）８
と上側電極基板１１のラビング方向６とのなす角β１及
び下側の偏光板１６の吸収軸（あるいは偏光軸）９と下
側電極基板１２のラビング方向７とのなす角β２はコン
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く、さらに
３０度から６０度の範囲に設定することがより好ましい
。 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１色の点から０．８μ
ｍ≦Δｎ−ｄ≦１．２μｍの条件を満足すると良好な結
果を示し、０．９μｍ≦Δｎ−ｄ≦１．１μｍ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り、短波長側で大きく、長
波長側で小さくなる傾向がある。本明細書で使用してい
るΔｎの値は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光（波長６３２８Ａ）
を使用し、２５℃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細書における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を説明する。 図３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

【化１】 ＣＲ。 ・・・・　（化１） を０．７重量％添加したものである−０この混合液晶の
Δｎは０．１２３である。 図３において、上側及び下側電極基板のラビング方向６
．７は２２０度の角度で交差し、旋光性物質５８１１に
よって、ねじれ方向は１０．ねじれ角αは２２０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が、
ラビング方向６，７となす角β１．β２はいずれも４５
度である。 次に以上のようなセル構造で、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り、色及び明るさ
を観察した。その結果を表２に示す。 この結果からΔｎ−ｄ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、図３の関係がある
場合はΔｎ−ｄが０．７μｍから１．２μｍの範囲にお
いては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、ア、Δφ１ｍいずれもが著しく
改良されていることが分かる。

【表３】 図３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
、他の種類の正の誘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。特にフェ
ニルシクロヘキサン（ＰＣＨ）系の混合液晶を用いると
応答特性の点で有利である。なお、以上の例では、らせ
ん構造のねじれ方向を反時計回りとして説明したが、図
４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。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
から所定の角度ずらせる方向は、液晶のらせん構造のね
じれ方向あるいはその反対方向のいずれでも同等の作用
効果が得られる。 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
の関係を図１９図３及び図４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、従来全く不可能で
あった高時分割駆動特性および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】

【図１】 本発明になる液晶表示素子の液晶分子の配列方向、液晶
分子のねじれ方向及び偏光板の軸の方向の関係を示した
説明図である。

【図２】 本発明になる液晶表示素子の液晶分子の配列方向、液晶
分子のねじれ方向及び偏光板の軸の方向の関係を示す斜
視図である。

【図３】 本発明の第１の実施例の液晶表示素子の液晶分子の配列
方向、液晶分子のねじれ方向及び偏光板の軸の方向の関
係を示した説明図である。

【図４】 本発明の第２の実施例における液晶分子−の配列方向、
液晶分子のねじれ方向及び偏光板の軸の方向の関係を示
した説明図である。

【図５】 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である。

【図６】 時分割駆動特性の測定方向を定義する説明図である。

【図７】 時分割駆動を説明する図である。

【符号の説明】

１　　・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
板の吸収軸あるいは偏光軸方向、９・　・下側偏光板の
吸収軸あるいは偏光軸方向、１７・　・液晶分子。

【書類名】 図面

【図１】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正の誘電異方性を有し、旋光性物質が添加されたフェニ
   ルシクロヘキサン系混合ネマチック液晶が、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の範囲内にあってラビング配
   向処理された面を対向させて配置された上下一対の電極
   基板間に挟持され、その厚さ方向に２００度から２６０
   度の範囲内のねじれたらせん構造を形成し、かつこのら
   せん構造を挟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と
   ２０度から７０度の範囲内の角度ずらせることを特徴と
   する液晶表示素子。