JPH0843787A

JPH0843787A - カラー液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0843787A
Application number: JP7199616A
Authority: JP
Inventors: Minoru Akatsuka; 實赤塚; Yuji Hayata; 祐二早田; Kazutoshi Sawada; 和利沢田
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1995-08-04
Filing date: 1995-08-04
Publication date: 1996-02-16
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JP2768319B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＳＴＮを用いた高密度表示が可能で、コントラ
ストが良く、明るく、視野角の広いカラー液晶表示素子
を得る。【解決手段】セル内面にカラーフィルタが設けられたＳ
ＴＮ型液晶セルの両側に、ｎ_x 、ｎ_y を複屈折板面内方
向の屈折率とし（ｎ_x ＞ｎ_y ）、ｎ_z を複屈折板の厚み
方向の屈折率とした場合、ｎ_x ＞ｎ_z ＞ｎ_y となるよう
な２軸性の複屈折板４Ａ、４Ｂを配置し、その両外側に
偏光板１、２を配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高密度表示に適し
たカラー液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、両電極間の液晶分子のツイスト角
を大きくして、鋭い電圧−透過率変化を起し、高密度の
ドットマトリクス表示をする方法として、スーパーツイ
スト素子（T. J. Scheffer and J. Nehring, Appl. Phy
s. Lett. 45(10)1021-1023(1984)）が知られていた。

【０００３】しかし、この方法は用いられる液晶表示素
子の液晶の複屈折率Δｎと液晶層の厚みｄとの積Δｎ・
ｄの値が実質的に０．８〜１．２μｍの間にあり（特開
昭６０−１０７２０）、表示色として、黄緑色と暗青
色、青紫色と淡黄色等、特定の色相の組み合せでのみ、
良いコントラストが得られていた。このようにこの液晶
表示素子では白黒表示ができなかったことにより、マイ
クロカラーフィルタと組み合せて、マルチカラーまたは
フルカラー表示ができない欠点があった。

【０００４】一方、同様な方式を使用し、液晶の複屈折
率と厚みとの積Δｎ・ｄを０．６μｍ付近と小さく設定
することにより、ほぼ白と黒に近い表示が得られる方式
が提案されている（M. Schadt et al, Appl. Phys. Let
t. 50(5)236(1987) ）。しかし、この方式を使用した場
合においては表示が暗く、かつ、最大コントラストがあ
まり大きくなく、青味を帯びるため、表示の鮮明度に欠
ける欠点があった。

【０００５】また、白黒表示でかつコントラストの高い
液晶表示素子として、互いに逆らせんの液晶セルを２層
積層し、一方のセルのみ電圧を印加し、他方のセルは単
なる光学的な補償板として使用する方式が提案されてい
る（奥村ほか、テレビジョン学会技術報告、11(27)79(1
987)) 。しかし、この方式は２層セルでのΔｎ・ｄのマ
ッチングが非常に厳しく、歩留りの向上が困難なうえ、
液晶セルが２層必要なため、液晶セルの薄く軽いという
特長を犠牲にしている欠点があった。

【０００６】また、上述した２層セルの一方を１軸性の
複屈折フィルムで置き換え、白黒表示を可能にしたフィ
ルム積層型液晶表示素子も提案されている（特開昭６３
−２７１４１５等）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような１軸性の複
屈折フィルム方式のフィルム積層型液晶表示素子では、
液晶セルの補償を１軸性の複屈折フィルムで行っている
ので、垂直方向では見栄えが良いが、斜め方向から見た
場合に色付いたり、白黒が逆転したりする欠点があっ
た。このため、明るく、白黒度が良く、かつ、視野角の
広い液晶表示素子を、歩留り良く生産することが困難で
あった。

【０００８】明るく視野角の広い白黒表示素子は、単に
特有な色付きがなく見やすいというだけでなく、カラー
フィルタをセル内部またはセル外部に形成して、従来通
常の９０°ツイストのツイストネマチック（ＴＮ）素子
で実現されていたような、モノカラーまたはマルチカラ
ーまたはフルカラー表示を実現でき、薄く、軽く、低消
費電力という特長を発揮して、その市場が飛躍的に拡大
すると予想される。

【０００９】このため、コントラストが良く、明るく、
かつ、視野角の広いカラー液晶表示素子を、歩留り良く
得ることが望まれていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の問題点
を解決すべくなされたものであり、ほぼ平行に配置され
配向制御膜を有する一対の透明電極付きの基板間に挟持
された旋光性物質を含有した誘電異方性が正のネマチッ
ク液晶によるねじれ角が１６０〜３００°の液晶層と、
この液晶層を挟持する上下の基板の透明電極間に電圧を
印加する駆動手段とを有し、この液晶層の外側に一対の
偏光板を設置し、液晶層の両外側であって一対の偏光板
の内側に一対の複屈折板を配置したカラー液晶表示素子
において、セル内面にカラーフィルタが設けられ、液晶
層での液晶の屈折率異方性Δn₁と液晶層の厚みｄ₁ との
積Δｎ₁ ・ｄ₁ が０．４〜１．５μｍとされ、前記複屈
折板が３方向で屈折率が異なる複屈折板であって、３個
の主屈折率をｎ_x 、ｎ_y 、ｎ_z とし、ｎ_x 、ｎ_y を複屈
折板面内方向の屈折率とし（ｎ_x ＞ｎ_y ）、ｎ_z を複屈
折板の厚み方向の屈折率とした場合、ｎ_x ＞ｎ_z ＞ｎ_y
となるような複屈折板を配置したことを特徴とするカラ
ー液晶表示素子を提供する。

【００１１】また、その複屈折板の屈折率が（ｎ_z −ｎ
_y ）／（ｎ_x −ｎ_y ）≧０．１とされることを特徴とす
るカラー液晶表示素子、および、それらのセル内面にカ
ラーフィルタが設けられ、その上に透明電極が形成され
ていることを特徴とするカラー液晶表示素子、および、
それらのカラーフィルタが赤、青、緑の３色のストライ
プ状のカラーフィルタであることを特徴とするカラー液
晶表示素子を提供する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明では、液晶層と偏光板との
間の両側に、３個の主屈折率をｎ_x 、ｎ_y 、ｎ_z とし、
ｎ_x 、ｎ_y を複屈折板面内方向の屈折率とし（ｎ_x ＞ｎ
_y ）、ｎ_z を複屈折板の厚み方向の屈折率とした場合、
ｎ_x ＞ｎ_z ＞ｎ_y となるような関係を有する複屈折板を
配置したものである。

【００１３】このため、液晶層は１層でよく、生産性を
下げたり、色ムラを起こしやすい第２の液晶層を設けな
くても、明るい色のきれいなカラー液晶表示素子が容易
に得られる。さらに、１軸性の複屈折板を用いた場合に
比して、斜め方向から見た場合の表示の品位の劣化が少
なく、視野角の広いカラー液晶表示素子が容易に得られ
る。

【００１４】この液晶層は従来のスーパーツイスト液晶
表示素子の液晶層と同じ構成の液晶層であり、電極群が
対向しており、これにより各ドット毎にオンオフを制御
可能とされる。この液晶層のツイスト角は約１６０〜３
００°とされる。

【００１５】具体的には、ほぼ平行に配置された一対の
透明電極基板間に旋光性物質を含有した誘電異方性が正
のネマチック液晶を挟持し、両電極間での液晶分子のツ
イスト角を１６０〜３００°とすればよい。これは、１
６０°未満では急峻な透過率変化が必要とされる高デュ
ーティでの時分割駆動をした際のコントラストの向上が
少なく、逆に３００°を超えるとヒステリシスや光を散
乱するドメインを生じやすいためである。

【００１６】また液晶層の液晶の屈折率異方性（Δn₁）
とその液晶層の厚み（ｄ₁ ）との積Δｎ₁ ・ｄ₁ が０．
４〜１．５μｍとされる。これが０．４μｍ未満では、
オン時の透過率が低く、青味がかった表示色になりやす
く、また、１．５μｍを超えると、オン時の色相が黄色
から赤色を呈し、白黒表示となりにくい。特に、表示色
の無彩色化が厳しく要求される用途では、液晶層のΔｎ
₁ ・ｄ₁は０．５〜１．０μｍとされることが好まし
い。

【００１７】なお、このΔｎ₁ ・ｄ₁ の範囲は、その液
晶表示素子の使用温度範囲内で満足されるようにされる
ことが好ましく、使用温度範囲内で美しい表示が得られ
る。もっとも外の性能の要求のために、使用温度範囲の
一部でのみ、この関係を満足するようにされることもあ
りうる。この場合には、Δｎ₁ ・ｄ₁ の範囲が上記範囲
からはずれる温度範囲では、表示が色付いたり、視野角
特性が低下したりすることとなる。

【００１８】所望のパターンにパターニングをしたＩＴ
Ｏ（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ ）、ＳｎＯ₂ 等の透明電極を
設けたプラスチック、ガラス等の基板の表面にポリイミ
ド、ポリアミド等の膜を設け、この表面をラビングした
り、ＳｉＯ等を斜め蒸着したりして配向制御膜を形成し
た透明電極付きの基板を準備して、この透明電極付きの
基板の間に、前記した誘電異方性が正のネマチック液晶
による１６０〜３００°ツイストの液晶層を挟持するよ
うにされる。

【００１９】この代表的な例としては、多数の行列状の
電極が形成されたドットマトリックス液晶表示素子があ
り、一方の基板に６４０本のストライプ状の電極を夫々
３本１組として１９２０本のストライプ状の電極とし、
ＲＧＢのカラーフィルタを配置してフルカラーで６４０
×４００ドットの表示をすることができる。本発明で
は、このようなカラーフィルタをセル内面に設ける。こ
のカラーフィルタは、電極の上もしくは下に積層され
る。

【００２０】なお、電極と配向制御膜との間に基板間短
絡防止のためにＴｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂ Ｏ₃ 等の絶
縁膜を設けたり、透明電極にＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ等の低抵
抗のリード電極を併設したりしてもよい。

【００２１】この液晶層の両外側に一対の偏光板を配置
する。この偏光板自体もセルを構成する基板の外側に配
置することが一般的であるが、性能が許せば、基板自体
を偏光板と複屈折板で構成したり、基板と電極との間に
複屈折層と偏光層として設けてもよい。

【００２２】本発明では、上記液晶層の両側に隣接し
て、厚み方向の屈折率が面内方向の屈折率と異なる複屈
折板を積層する。この複屈折板は、液晶層と偏光板との
間に設ければよい。

【００２３】また、この複屈折板は液晶層と偏光板との
間に設ければよく、例えば、液晶層と電極の間に層状に
設けたり、電極と基板の間に層状に設けたり、基板自体
を複屈折板としたり、基板と偏光板との間に層状に設け
たり、それらを組み合わせて設けたりすればよい。

【００２４】本発明の複屈折板は、後述の複屈折性を示
す透明板であれば使用でき、プラスチックフィルム、無
機の結晶板等が使用可能である。

【００２５】この複屈折板とは、３個の主屈折率をｎ
_x 、ｎ_y 、ｎ_z とし、ｎ_x 、ｎ_y を複屈折板面内方向の
屈折率とし（ｎ_x ＞ｎ_y ）、ｎ_z を複屈折板の厚み方向
の屈折率とした場合、ｎ_x ＞ｎ_z ＞ｎ_y となるような複
屈折板である。

【００２６】所望の複屈折効果を得るためにΔｎ₂ ・ｄ
₂ ＝（ｎ_x −ｎ_y ）・ｄ₂ を調整して使用するが、１枚
の板では調整できない場合には、同じ複屈折板または異
なる複屈折板を複数枚組合せて用いてもよい。

【００２７】良好なカラー表示を行うためには、液晶層
と複屈折板とで良好な白黒表示を行う必要があり、ある
特定のツイスト角とΔｎ₁ ・ｄ₁ を持った液晶層に対
し、複屈折板のΔｎ₂ ・ｄ₂ の大きさおよびそれらの貼
り付け方向、さらに一対の偏光板の偏光軸の方向を最適
化することが重要である。

【００２８】複屈折板のΔｎ₂ ・ｄ₂ の大きさは、この
複屈折板を液晶層の両面に配置するため、概略液晶層の
Δｎ₁ ・ｄ₁ の大きさのほぼ半分の値か、それよりも少
し小さめに設定すれば良好な白黒表示を得やすい。具体
的には、約０．１〜０．７５μｍとされればよい。ま
た、この複屈折板を複数枚重ねて使用する場合には、総
合したΔｎ₂ ・ｄ₂ の値が上記の範囲になるようにすれ
ばよい。

【００２９】そして、次に角度依存性を良くするため
に、ｎ_z の調整が必要である。本発明では、（ｎ_z −ｎ
_y ）／（ｎ_x −ｎ_y ）の値を０．１以上にすることが好
ましい。これは、この値が０．１未満の場合には、一軸
性の複屈折板との効果の差が充分得られにくいためであ
る。

【００３０】以下図面を参照して本発明をさらに詳細に
説明する。図１は本発明による液晶表示素子を模式的に
現わした斜視図である。図２（Ａ）（Ｂ）は、夫々上か
ら見た図１の上側の偏光板の偏光軸方向、複屈折板の主
屈折率ｎ_x の方向および液晶層の上側の液晶分子の長軸
方向、並びに、下側の偏光板の偏光軸方向、複屈折板の
主屈折率ｎ_x の方向および液晶層の下側の液晶分子の長
軸方向の相対位置を示した平面図である。

【００３１】図１において、１、２は一対の偏光板、３
は文字や図形を表示するためのΔｎ₁ ・ｄ₁ が０．４〜
１．５μｍの誘電異方性が正のネマチック液晶によるね
じれ角が１６０〜３００°の左らせん（上から見て反時
計方向のねじれ）液晶層、４Ａ、４Ｂはその上下に積層
された複屈折板、５は上側の偏光板の偏光軸、６は下側
の偏光板の偏光軸、７は液晶層の上側の液晶分子、８は
液晶層の下側の液晶分子、９Ａは上側の複屈折板の主屈
折率ｎ_x の方向、９Ｂは下側の複屈折板の主屈折率ｎ_x
の方向を示している。

【００３２】本発明で用いる複屈折板の主屈折率の定義
について図３を参照して説明する。本発明の複屈折板
は、ｘ、ｙ、ｚの３方向で屈折率が異なっている。この
ため、複屈折板の面内方向での屈折率の大きい方向をｘ
軸方向とし、屈折率の小さい方向をｙ軸方向とし、厚み
方向をｚ軸方向とする。この夫々の方向の屈折率をｎ
_x 、ｎ_y 、ｎ_z とする。この場合、ｎ_x ＞ｎ_y であり、
Δｎ₂ ＝ｎ_x −ｎ_y であり、本発明ではｎ_x ＞ｎ_z ＞ｎ
_y とされる。なお、ｄは複屈折板の厚みである。

【００３３】図２において、液晶層の上側の液晶分子７
の長軸方向からみた上側の偏光板の偏光軸５の方向を時
計回りに計ったものをθ₁ 、液晶層の上側の液晶分子７
の長軸方向からみた上側の複屈折板の主屈折率ｎ_x の方
向９Ａを時計回りに計ったものをθ₂ 、液晶層の下側の
液晶分子８の長軸方向からみた下側の偏光板の偏光軸６
の方向を時計回りに計ったものをθ₃ 、液晶層の下側の
液晶分子８の長軸方向からみた下側の複屈折板の主屈折
率ｎ_x の方向９Ｂを時計回りに計ったものをθ₄ とす
る。本発明では、このθ₁ 、θ₂ 、θ₃ 、θ₄ をカラー
フィルタを除いてみた場合に白黒表示となるように最適
化すればよい。

【００３４】本発明の液晶表示素子をネガ型表示で使用
する場合に、例えば、液晶層のねじれ角を２４０°程度
とし、そのΔｎ₁ ・ｄ₁ を０．８μｍ程度とし、その上
下に配置した一対の複屈折板の夫々のΔｎ₂ ・ｄ₂ を
０．４μｍ程度とすれば、一対の偏光板の偏光軸をほぼ
６０〜１２０°程度の角度で交差するように配置するこ
とが好ましい。

【００３５】また、同じ液晶層と複屈折板とを使用し、
ポジ型表示で使用する場合には、一対の偏光板の偏光軸
をほぼ±３０°程度の角度で交差するように配置するこ
とが好ましい。これにより、この液晶表示素子は、視角
特性に優れたコントラストの高い白黒表示が可能とな
る。

【００３６】この場合、特にネガ表示については、５°
≦θ₂ ≦１４０°、４０°≦θ₄ ≦１７０°とすること
により、オフの透過率が低く、オンの透過率が高い充分
なコントラストを持つ表示が実現できるため好ましい。

【００３７】また、θ₁ 、θ₂ 、θ₃ 、θ₄ に関して
は、θ₁ ＜θ₂ とした場合にはθ₃ ＜θ₄ とすることが
好ましく、θ₁ ＞θ₂ とした場合にはθ₃ ＞θ₄ とする
ことが好ましい。これにより、この液晶表示素子は、視
野角特性に優れたコントラスト比の高い白黒表示が可能
となる。

【００３８】特に、４０°≦θ₂ ≦１４０°でかつ４０
°≦θ₄ ≦１４０°とするか、−２０°≦θ₂ ≦２０°
でかつ−２０°≦θ₄ ≦２０°とすることにより、オフ
の透過率が低く、充分なコントラスト比が得られるため
好ましい。

【００３９】また、上記例では、液晶層を左らせんとし
たが、らせんが逆の場合には、液晶層の液晶分子の長軸
方向、偏光板の偏光軸の方向、複屈折板の主屈折率ｎ_x
の方向との関係θ₁ 、θ₂ 、θ₃ 、θ₄ を反時計回りに
して、同様に選ぶことにより、上記例と同様に容易に白
黒表示が得られる。

【００４０】以上の説明は、液晶表示素子の垂直方向に
対して得られた最適化であり、一軸性の複屈折板を用い
た場合と同様である。しかし、一軸性の複屈折板で補償
した場合には、垂直方向ではうまく補償して高コントラ
ストの白黒素子にできても、斜め方向では補償がずれて
色付いたり、白黒が逆転してしまい、きれいなカラー表
示が得られないことがある。

【００４１】本発明では、ｎ_x ＞ｎ_z ＞ｎ_y とすること
により、斜め方向から見た場合の色付を防止し、見栄え
を向上させることができる。このｎ_z は、ｎ_x より大き
くても、ｎ_y より小さくても、角度依存性は低下し、斜
め方向から見た場合の見栄えが低下する。特に、（ｎ_z
−ｎ_y ）／（ｎ_x −ｎ_y ）≧０．１とすることにより、
この効果が大きい。

【００４２】このような複屈折板としては、２軸延伸フ
ィルムや、雲母、石膏、硝石等の２軸性結晶を用いれば
よい。

【００４３】また、以上の説明では簡単に説明するため
に、複屈折板の厚み方向の屈折率ｎ_z が厚み方向に対し
て均一であると仮定しているが、必ずしも均一である必
要はなく、厚み方向の平均の屈折率が前記した条件を満
足していればよく、厚み方向に対し、ｎ_z が不均一でも
同様な効果を生じる。

【００４４】なお、本発明では、白黒表示に近く、視野
角の広い表示が得られるため、カラーフィルタを併用し
てカラフルな表示が可能となる。特に、高デューティ駆
動でも、コントラスト比が高く採れるため、フルカラー
による階調表示も可能であり、液晶テレビにも使用でき
る。

【００４５】このカラーフィルタは、セル内面に形成す
ることにより、視角によるズレを生じなく、より精密な
カラー表示が可能となる。具体的には、電極の下側に形
成されてもよいし、電極の上側に形成されてもよい。

【００４６】また、より色を完全に白黒化する必要があ
る場合には、色を補正するためのカラーフィルタや、カ
ラー偏光板を併用したり、液晶中に色素を添加したり、
あるいは特定の波長分布を有する照明を用いたりしても
よい。本発明は、このような構成の液晶セルに電極に電
圧を印加するための駆動手段を接続し、駆動を行う。

【００４７】特に、本発明では明るい表示が可能なた
め、透過型でも反射型でも適用可能であり、その応用範
囲が広い。なお、透過型で使用する場合には裏側に光源
を配置する。もちろん、これにも導光体、カラーフィル
タ等を併用してもよい。本発明の液晶表示素子は透過型
で使用することが多いが、明るいため反射型で使用する
こともできる。

【００４８】透過型で使用する場合、画素以外の背景部
分を印刷等による遮光膜で覆うこともできる。また、遮
光膜を用いるとともに、表示したくない部分に選択電圧
を印加するように、逆の駆動をすることもできる。本発
明は、この外、本発明の効果を損しない範囲内で、通常
の液晶表示素子で使用されている種々の技術が適用可能
である。

【００４９】本発明では、時分割特性がスーパーツイス
ト液晶表示素子と同程度であるうえ、前述したように明
るく鮮明な白黒表示が可能なため、赤、緑、青の三原色
の微細カラーフィルタをセル内面等に配置することによ
り、高密度のマルチカラー液晶表示素子とすることが可
能である。

【００５０】本発明の液晶表示素子は、パーソナルコン
ピュータ、ワードプロセッサ、ワークステーション等の
表示素子として好適であるが、この外液晶テレビ、魚群
探知器、レーダー、オシロスコープ、各種民生用ドット
マトリックス表示装置等カラー表示に使用できる。

【００５１】本発明の動作原理については、必ずしも明
らかではないが、およそ次のように推定できる。まず、
液晶表示素子を垂直方向から見た場合について考察す
る。図４（Ａ）は、本発明の液晶表示素子と対比するた
めに複屈折板を使用しないスーパーツイスト液晶表示素
子の構成を示す側面から見た模式図であり、ねじれ角が
１６０〜３００°で、Δｎ₁ ・ｄ₁ が０．４〜１．５μ
ｍの正の誘電異方性を有するネマチック液晶による液晶
層１３、とその上下に配置された一対の偏光板１１、１
２とを示している。この例では上下に配置された一対の
偏光板１１、１２の偏光軸の交差角を９０°としてい
る。

【００５２】このような構成の液晶表示素子の場合、液
晶層に電圧が印加されていない状態または非選択電圧の
ような低い電圧が印加された状態において、入射側の下
側の偏光板１２を通してほぼ完全に直線偏光化された光
が、この液晶層１３を透過すると、だ円偏光状態とな
る。このだ円偏光の形や方向は光の波長により異なり、
光を赤緑青の３原色に分けて考えると、図４（Ｂ）のよ
うになる。これらの形も方向も異なっただ円偏光が出射
側の上側の偏光板１１を通過すると、赤緑青の光によっ
て通過する光の強度が夫々異なり、そのため特定の色に
着色して見えることとなる。なお、図４（Ｂ）において
１５、１６は夫々偏光板１１、１２の偏光軸を示す。

【００５３】これに対して、本発明では図５（Ａ）にそ
の側面から見た模式図を示すようになる。図５（Ａ）
は、ねじれ角が１６０〜３００°で、Δｎ₁ ・ｄ₁ が
０．４〜１．５μｍの正の誘電異方性を有するネマチッ
ク液晶による液晶層２３、その両側に配置された各１枚
の２軸性の複屈折板２４Ａ、２４Ｂ、さらにその上下に
配置された一対の偏光板２１、２２とを示している。な
お、以下の説明では、複屈折板による色補正を分かりや
すくするために、カラーフィルタは除外して示してあ
る。

【００５４】この例では、液晶層のねじれ角を２４０
°、Δｎ₁ ・ｄ₁ を０．８２μｍとし、上下に配置され
た一対の偏光板２１、２２の偏光軸の交差角を９０°と
している。なお、この例では説明を簡単にするために本
発明の複屈折板を両側に各１枚配置して使用している
が、両側に２枚以上の複屈折板を用いてもよい。

【００５５】この複屈折板は、それ自体を偏光板の間に
挟持すると、垂直方向から見た場合、この複屈折板のΔ
ｎ₂ ・ｄ₂ の値によって、入射直線偏光を任意のだ円偏
光にしたり、円偏光にしたり、あるいは直線偏光に戻し
たりできる性質がある。そのため、適当なΔｎ₂ ・ｄ₂
の複屈折板を液晶層に重ねることにより、図５（Ｂ）の
ようにすることができる。

【００５６】即ち、液晶層に電圧が印加されていない状
態または非選択電圧のような低い電圧が印加された状態
において、入射側の下側の偏光板22を通してほぼ完全に
直線偏光化された光が、この下の複屈折板24B で適当な
だ円偏光となる。このだ円偏光が、液晶層２３を透過す
ると、また別のだ円偏光状態となる。このだ円偏光とな
った光をさらに複屈折板24A を通過させることにより、
条件によってはだ円偏光を再度直線偏光に近い状態に戻
せる場合がある。

【００５７】これは、光を赤緑青の３原色に分けて考え
ると、図５（Ｂ）のようになる。この例のように、赤緑
青の偏光軸の方向がほぼ揃い、かつ、ほぼ直線偏光に戻
っている場合、出射側の偏光軸の向きにかかわらず、通
過する光強度の波長依存性をなくすことができる。即
ち、無彩色化することができることとなる。このように
液晶層と複屈折板で無彩色化できれば、それにカラーフ
ィルタを組合せると、鮮やかなカラー表示が可能にな
る。

【００５８】この例のように、その偏光軸を９０°交差
して偏光板を設置して、出射側での偏光が出射側である
上側の偏光板の吸収軸と一致している場合には、透過光
強度は最も小さくなり、黒く見えることとなる。これに
より、ネガ表示となる。なお、図５（Ｂ）において２
５、２６は夫々偏光板２１、２２の偏光軸を示す。

【００５９】逆に、上側の偏光板の偏光軸を下側の偏光
板の偏光軸とほぼ平行にしてあれば、これらの強度は大
きいこととなり白く見えることとなり、ポジ表示とな
る。なお、表示のネガ、ポジは、液晶層のねじれ角、そ
のΔｎ₁ ・ｄ₁ 、複屈折板のΔｎ₂ ・ｄ₂ 、それらと偏
光板との角度θ₁ 、θ₂ 、θ₃ 、θ₄ 等の構成要件を変
えることにより、変わる。

【００６０】一方、この構成で液晶層に充分な電圧を印
加した場合には、液晶層を透過しただ円偏光の形や方向
が電圧印加前と異なってくる。そのため、複屈折板を通
過した後のだ円偏光状態も異なり、これによって透過率
が変化し、表示が可能になる。

【００６１】しかし、複屈折板の挿入により、電圧を印
加しない状態でうまくだ円偏光の形や方向を揃えられて
黒または白の状態ができたとはいえ、かならずしも電圧
印加状態で白または黒の状態になるとは限らない。この
ため、液晶層のツイスト角、Δｎ₁ ・ｄ₁ 等のパラメー
タにより、複屈折板のΔｎ₂ ・ｄ₂ 、その光軸方向、偏
光板の偏光軸方向等を実験的に最適化することが好まし
い。

【００６２】このように、液晶表示素子を垂直方向から
見た場合には、複屈折板として単に一軸性の複屈折板を
使用しても、条件を最適化すれば、良好な白黒表示素子
を得ることができる。しかし、このような白黒表示素子
を斜め方向から見た場合には、表示が色付いて見えた
り、白黒が逆転して見えたりすることがある。

【００６３】これは、もともと液晶分子は自体は一軸性
であるが、図６のように液晶セル内ではらせん構造を取
っており、さらにマルチプレックス駆動のために、液晶
セルに選択電圧や非選択電圧を印加した場合には、中央
付近の液晶分子が立ち上がっているため、もはや一軸性
の媒体とは見なせなく、疑似的な二軸性の媒体と見なせ
る。

【００６４】また、この時、図６のように、液晶セル中
央付近の液晶分子に着目し、この領域における平均的な
主屈折率をｎ_Lx、ｎ_Ly、ｎ_Lz（ここでｎ_Lxは中央の液晶
分子の基板への投影方向における平均的屈折率、ｎ_Lyは
基板面内にありｎ_Lxと直角な方向の平均的屈折率、ｎ_Lz
は厚み方向の平均的屈折率）とすると、この領域では液
晶分子が少しらせん構造を取っており、かつ、立ち上が
っているので、ｎ_Lx＞ｎ_Lz＞ｎ_Lyとなっていることが予
想される。

【００６５】このため、このような液晶セルを斜め方向
からも補正するためには、同じような特性の複屈折板が
好ましく、本発明のｎ_x ＞ｎ_z ＞ｎ_y となるような複屈
折板を使用することが好ましいこととなる。

【００６６】

【実施例】

実施例１、２まず、液晶層と複屈折板とによる白黒度を確認するため
に、カラーフィルタを形成していない基板を用いて、液
晶表示素子を作成した。

【００６７】第１の基板として、ガラス基板上に設けら
れたＩＴＯ透明電極をストライプ状にパターニングし、
蒸着法によりＳｉＯ₂ による短絡防止用の絶縁膜を形成
し、ポリイミドのオーバーコートをスピンコートし、こ
れをラビングして配向制御膜を形成した基板を作成し
た。

【００６８】第２の基板として、ガラス基板上に設けら
れたＩＴＯ透明電極を第１の基板と直交するようにスト
ライプ状にパターニングし、ＳｉＯ₂ の絶縁膜を形成
し、ポリイミドのオーバーコートをし、これを第１の基
板のラビング方向と交差角６０°となるようにラビング
して配向制御膜を形成した基板を作成した。

【００６９】この２枚の基板の周辺をシール材でシール
して、液晶セルを形成し、この液晶セル内に誘電異方性
が正のネマチック液晶を注入して２４０°ねじれの液晶
層となるようにし、注入口を封止した。この液晶層では
Δｎ₁ ・ｄ₁ は０．８２μｍであった。

【００７０】この液晶セルの両面に一枚ずつ表１に示す
ような屈折率を持つ種々の複屈折板を貼り付けて視野角
の広さを比較した。

【００７１】

【表１】

【００７２】この液晶表示素子の液晶分子の長軸方向、
偏光板の偏光軸方向および複屈折板の主屈折率n_xの方向
との相対的な関係は、θ₁ ＝１５０°、θ₂ ＝８０°、
θ₃＝１１５°、θ₄ ＝９０°とした。また、評価は、
１／２００デューティ、１／１５バイアスで駆動してオ
ン状態、オフ状態でのコントラスト比で行った。

【００７３】その結果を図７〜図１１に示す。図７〜図
１１は、等コントラスト曲線と呼ばれるもので、セルの
観察方向を極座標表示し、その角度を（θ、Ψ）と表わ
した場合、この（θ、Ψ）により、液晶セルのコントラ
スト比がどのように変化しているかをθを０〜５０°で
変化させ、Ψを０〜３６０°変化させて示したものであ
る。なお、Ψは図の主視角方向（下方）を０°とし、反
時計回りに０〜３６０°とし、θは中心を０°とし、同
心円状に０〜５０°とした。コントラスト比（ＣＲ比）
の曲線は１、１０、５０のみを示した。

【００７４】図９、図１０が、本発明による液晶表示素
子の実施例であり、図７、図８、図１１は比較例であ
る。ただし、これらは比較をしやすくするために、全て
カラーフィルタは除外した構成で測定したものである。

【００７５】本発明では、表１に示すように、ｎ_x ＞ｎ
_z ＞ｎ_y となるような複屈折板を使用しているので、従
来の単なる一軸性の複屈折板の場合（ｎ_x ＞ｎ_y ＝ｎ
_z 、比較例２、図８）より、斜線で示したコントラスト
比が１以下、即ち、白黒のコントラストが逆転してしま
う領域が非常に小さくなった。また、コントラスト比が
高い領域（１０以上）も広くなり、視野角が広く高コン
トラスト比の素子が可能になった。

【００７６】一方、本発明以外の二軸性複屈折板を用い
た場合、即ち、比較例１（ｎ_x ＞ｎ_y ＞ｎ_z ）および比
較例３（ｎ_z ＞ｎ_x ＞ｎ_y ）の場合には、夫々図７およ
び図１１のように、やはり本発明のものよりも視野角が
狭く、かつ、コントラスト比の高い領域も狭いことがわ
かった。

【００７７】実施例３、４実施例１、２の液晶表示素子の電極付の基板の一方の基
板として、基板上にストライプ状に赤、緑、青の３色の
カラーフィルタ層を形成し、その上に電極を形成した電
極付基板を用いてセルを構成し、駆動したところ、フル
カラーの階調駆動が可能であった。

【００７８】

【発明の効果】以上に説明したように本発明は、従来の
２層型スーパーツイスト液晶表示素子または一軸性複屈
折板を積層したスーパーツイスト液晶表示素子と比べ
て、広い視野角およびより優れたコントラスト比を持つ
白黒表示が可能となり、鮮明で表示品位の高いポジ型あ
るいはネガ型の表示が得られる。

【００７９】また、時分割表示特性や視野角特性も従来
のスーパーツイスト液晶表示素子と遜色がない等の優れ
た効果を有する。また、表示が白黒に近く、かつ、広視
野ということから、カラーフィルタと組み合わせること
により、カラフルな表示が可能となり、特に、赤、緑、
青のカラーフィルタを画素ごとに配置することにより、
マルチカラーやフルカラーの表示も実現できるという効
果も認められ、より多様性のある応用が開ける。

【００８０】特に、本発明では白黒度が高く鮮やかなカ
ラー表示が可能であるにもかかわらず、明るい表示可能
であり、透過型のみならず、反射型の表示も可能であ
り、その応用範囲が広いものである。

【００８１】さらに、本発明では、単に複屈折板を配置
するのみで、第２の液晶層を設けなくても明るい白黒度
の高い表示が可能なものであり、液晶表示素子の生産性
がきわめて高いという利点も有する。

【００８２】本発明は、本発明の効果を損しない範囲内
で今後とも種々の応用が可能なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示素子を模式的に現わした
斜視図。

【図２】（Ａ）（Ｂ）は、夫々上から見た上側および下
側の液晶分子の長軸方向、偏光板の偏光軸方向および複
屈折板の主屈折率ｎ_x の方向の相対位置を示した平面
図。

【図３】複屈折板の主屈折率の定義を示す斜視図。

【図４】（Ａ）（Ｂ）は、単なるスーパーツイスト液晶
表示素子の構成を示した模式図およびその偏光の状態を
説明する平面図。

【図５】（Ａ）（Ｂ）は、本発明の液晶表示素子の構成
を示した模式図およびその偏光の状態を説明する平面
図。

【図６】液晶セルの分子配列を示した図。

【図７】液晶表示素子の等コントラスト曲線を示した
図。

【図８】液晶表示素子の等コントラスト曲線を示した
図。

【図９】液晶表示素子の等コントラスト曲線を示した
図。

【図１０】液晶表示素子の等コントラスト曲線を示した
図。

【図１１】液晶表示素子の等コントラスト曲線を示した
図。

【符号の説明】

偏光板：１、２、１１、１２、
２１、２２液晶層：３、１３、２３複屈折板：４Ａ、４Ｂ、２４Ａ、
２４Ｂ偏光軸：５、６、１５、１６、
２５、２６液晶分子の長軸方向：７、８複屈折板の主屈折率ｎ_x の方向：９Ａ、９Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ平行に配置され配向制御膜を有する一
対の透明電極付きの基板間に挟持された旋光性物質を含
有した誘電異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角
が１６０〜３００°の液晶層と、この液晶層を挟持する
上下の基板の透明電極間に電圧を印加する駆動手段とを
有し、この液晶層の外側に一対の偏光板を設置し、液晶
層の両外側であって一対の偏光板の内側に一対の複屈折
板を配置したカラー液晶表示素子において、セル内面に
カラーフィルタが設けられ、液晶層での液晶の屈折率異
方性Δn₁と液晶層の厚みｄ₁ との積Δｎ₁ ・ｄ₁ が０．
４〜１．５μｍとされ、前記複屈折板が３方向で屈折率
が異なる複屈折板であって、３個の主屈折率をｎ_x 、ｎ
_y 、ｎ_z とし、ｎ_x 、ｎ_y を複屈折板面内方向の屈折率
とし（ｎ_x ＞ｎ_y ）、ｎ_z を複屈折板の厚み方向の屈折
率とした場合、ｎ_x ＞ｎ_z ＞ｎ_yとなるような複屈折板
を配置したことを特徴とするカラー液晶表示素子。
【請求項２】複屈折板の屈折率が（ｎ_z −ｎ_y ）／（ｎ
_x −ｎ_y ）≧０．１とされることを特徴とする請求項１
記載のカラー液晶表示素子。
【請求項３】セル内面にカラーフィルタが設けられ、そ
の上に透明電極が形成されていることを特徴とする請求
項１または２記載のカラー液晶表示素子。
【請求項４】カラーフィルタが赤、青、緑の３色のスト
ライプ状のカラーフィルタであることを特徴とする請求
項１、２または３記載のカラー液晶表示素子。