JPS62279315A - 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】 ３、発明の詳細な説明 技術分野 本発明は、高時分割駆動が可能なツィステッド・ネマテ
ィック（ＴＮ）型液晶表示素子に関する。

従ＩＬ胤 近年、表示容量の大きな、液晶表示素子が求められてい
る。安価に大容量表示を行わせるためには、電圧平均化
法による時分割駆動法がとられる。この方式では選択電
圧と非選択電圧とで与えられ、表示容量すなわちＮが増
大すると、σは１に近づき０Ｎ−ＯＦＦの電圧比が小さ
くなってしまう。例えば、Ｎ＝６４では、σ＝１．１３
４、Ｎ＝１２８ではｉ＝１．１０９である。このような
、小さな電圧比で駆動するためには、電圧−透過率特性
（Ｔ−Ｖ特性）の急峻度が／ＪＳさくならなければ、良
好なコントラストが得られない。急峻度γは、第４図に
おいて γ＝Ｘ ｖｉ。

で定義される。ここで、ｖｌ。は透過率が１０％変化す
る電圧（いわゆる閾値電圧）であり、■、。

は透過率が５０％変化する電圧（いわゆる飽和電圧）で
ある。上下基板間で約９０度液晶分子にねじれ構造をも
たせた従来のＴＮ型の液晶表示素子では、γ値が１．１
２〜１．１３程度であって、高次分割駆動を行うために
は不十分であり、良好なコントラストを得ることができ
ず、表示品質を著しく損ねてしまう。

基板間で９０〜１６０度のねじれのらせん構造を形成し
、偏光子の吸収軸あるいは透過軸と液晶分子の配列方向
とを２５〜６５度の範囲でずらして、高時分割駆動特性
および表示品質を改善することが提案されている（特開
昭６０−１６２２２５号公報。

特開昭６０−１６２２２６号公報）。

しかしながら、この方式では着色が顕著となり、閾値電
圧の近傍でコントラストが低下し動作品質上好ましくな
い。

また、近年、基板としてガラスの代わりにプラスチック
基板を用いた液晶表示素子が研究されている。基板に用
いられるプラスチックフィルムとしては、ポリサルホン
、ポリエーテルサルホン、ポリカーボネート、ポリイミ
ド、ポリエステル、セルロースアセテート、−軸延伸ポ
リエステル、二軸延伸ポリエステル等を挙げることがで
きるが、透明性、表面平滑性、耐溶剤性１寸法安定性、
耐液晶性、光学的特性等から一軸延伸プラスチックフィ
ルムが最も好適である。−軸延伸プラスチックフィルム
を用いた場合も、大容量表示の要求から急峻度が十分で
ないことはガラス基板の場合と同様である。しかも、−
軸延伸プラスチックフィルムは光学的に異方性であるた
め、コントラストの低下や複屈折による着色のために、
表示品質が劣化するという問題がある。

且玉立旦孜 本発明は、急峻度が小さく時分割駆動特性に優れ、しか
も、コントラストの低下や着色などに視感上の劣化もな
く表示品質に優れた液晶表示素子を提供するものである
。

見匪旦青双 本発明の液晶表示素子は、電極を有する一対の基板間に
液晶が封入され、該基板表面で液晶分子が基板に対して
略水平配向するように配向処理が施され１両基板間で液
晶分子がねじれ構造をとるように構成された液晶セルと
、一対の偏光子を具備した液晶素子において、以下の（
ｉ）〜（ｉｖ）の構成要件を充足することを特徴とする
。

（ｉ）周基板間での液晶分子のねじれ角（ω）が９５以
上１２０度以下（９５°≦ω≦１２０’）の範囲にある
こと。

（ｉｉ）液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄ（μｍ）
との積Δｎ−ｄが、０．８５　μｍ以上１．４μｍ以下
（０，８５≦Δｎ−ｄ≦１．４）または０．４　μｒｓ
以上０．７　μｍ以下（０，４≦Δｎ−ｄ≦０．７）の
範囲にあること。

（■）基板面での液晶分子の優先配向方向と、この基板
に近接して設けた偏光子の透過軸または吸収軸との角度
（Φ）を、２０度を超えない範囲（−２０’＜Φ＜＋２
０’）としたこと。

（ｉｖ）一対の偏光子の透過軸または吸収軸の交角（β
）を、前記基板間での液晶分子のねじれ角（ω）よりも
小さく、かつ、７０度よりも大きい範囲（７０’　＜β
くω）としたこと。

以下、添付図面に沿って本発明をさらに詳細に説明する
。

第１図は、本発明の液晶表示素子の構成例を示す断面図
である。配向膜１５が形成され配向処理が施された透明
電極１３を有する第１の基板１１と、同様の第２の基板
２１とが離間、対向して配設され、その間に液晶３３が
封入されてＴＮ型液晶セル３１が形成されている。２３
は透明電極、２５は配向膜、３５はシール剤を示す。こ
の液晶セル３１が第１の偏光子１７および第２の偏光子
２７に挟まれて、液晶表示素子を構成している。

第２図および第３図は、本発明で規定する角度について
示す説明図である６第１図の基板１１および第２図の基
板２１は液晶分子が略水平配向するように配向処理が施
されており、この配向処理方向に沿って液晶分子が優先
配向する。第２の基板１１での液晶分子の優先配向方向
Ｄ□と、第２の基板２１での液晶分子の優先配向方向Ｄ
２との角度ωは、９５°≦ω≦１２０°の範囲にあり、
液晶分子は開基板１１．２１間で、この角度でねじれた
ラセン構造をとっている。このようにωは配向処理によ
って決まるツイスト角であり、この配向制御は従来公知
の斜方蒸着や、無機または有機被膜を形成したのちに綿
布などでラビングすることにより行なうことができる。

なお、逆回転のツイストを防止するために、ネマティッ
ク液晶にコレステリック液晶やカイラルネマティック液
晶を添加してもよい。また、第２図および第３図では第
１の基板から第２の基板へ向けてツイスト方向が左回り
となるように構成したが、配向処理方向の方向やコレス
テリック液晶、カイラルネマティック液晶の選択により
右回りとすることもできる。

第１の基板１１の液晶分子の優先配向方向Ｄ１と、第１
の基板１１側の第１の偏光子１７の透過軸Ｐ工とのなす
角度Φ、は、−２０”　＜Φ□〈＋２０゜の範囲にある
。

同様に、第２の基板２１の液晶分子の優先配向方向Ｄ２
と、第２の基板１２側の第２の偏光子２７の透過軸Ｐ２
との成す角度Φ２は、−２０’　＜Φ２く＋２０ａの範
囲にある。

さらに、第１の偏光子１７の透過軸Ｐ工と、第２の偏光
子２７の透過軸Ｐ２との成す角度βは、ツイスト角ωよ
り小さく７０度より大きいこと、即ち７０°くβくωの
範囲である。

以上の条件を満たすことによって、Ｔ−Ｖ特性の急峻度
が小さく高時分割駆動が可能となり。

しかも、着色の発生やコントラストの低下などにより画
像品質を損ねることなく動作することが可能となる。第
５図は、β＝９０°、Φ１＝Φ２の場合のツイスト角ω
と急峻度γとの関係を示すグラフである。ツイスト角を
大きくすることにより急峻度γは小さくなるが、ツイス
ト角。

が１２０度を超えると、複屈折による着色が大となり表
示品質を損ねるとともに、表示素子を斜め方向から見た
ときのコントラストが著しく低下する。

βが７０°くβくωの範囲を逸脱すると、着色が顕著に
なったり、コントラストが著しく低下する。

Φ、またはΦ２のうちはいずれも、その絶対値が２０度
を超えない範囲に設定される。Φ０．Φ２がいずれも２
０度を超えると、やはり着色が顕著になったり、閾値電
圧の近傍で透過率が第６図のように変化し、動作品質上
好ましくない。

また１本発明では、用いられる液晶の屈折率方向△ｎと
液晶層厚ｄ（μｍ）（第１図参照）との積△ｎ−ｄが、
０．８５≦Δｎ−ｄ≦１．４または０．４５≦△ｎ−ｄ
≦０．７０の範囲とすることが必要である。Δｎ−ｄを
０．４５μｍより小さくしたり０．７０＜Δｎ−ｄく０
．８５とすると、素子の表示面が赤〜紫に着色し視感上
好ましくない。また。

Δｎ−ｄを１．４μｍより大きくすると、第６図に示し
たいわゆる”ｂｏｕｎｄｓ’が顕著となり、特に素子を
斜め方向から見た場合に著しいコントラストの低下や、
本来表示すべきＯＮの画素がＯＦＦの画素よりも濃度が
低くなる表示の反転（コントラスト反転）が生じやすく
なる。

以上の説明では偏光子の透過軸を取り上げて説明したが
、これを吸収軸に置き換えても同様である。また、第１
の偏光子と第２の偏光子の透過軸を平行とする平行ニコ
ルとしても同様である。この場合は、一方の偏光子の透
過軸と他方の偏光子の吸収軸との成す角度がβとなる。

基板として、ガラスなどの光学的等方性基板を用いる場
合は、上記の条件を満たすことにより高品位の高時分割
駆動液晶表示素子が実現できるが、光学異方性を有する
基板の場合は、コントラストが大幅に低下することがあ
る。既に触れたように、−軸延伸プラスチックフィルム
は、透明性、表面平滑性、耐溶剤性１寸法安全性、耐液
晶性、光学的特性などの点で優れており、プラスチック
フィルムを基板とする液晶表示素子の特性をいかんなく
発揮して、軽量化、薄型化などを実現することができる
。第７図に示すように、−軸延伸プラスチックフィルム
４１は、製膜時の張力のためにｎＸｔ　ｎｙｌ　ｎ２で
代表される屈折率異方性を示す。−軸延伸プラスチック
フィルムを基板として用いた液晶表示素子において、良
好な表示品質を実現するためには、−軸延伸プラスチッ
クフィルムの延伸方向と、それに隣接する偏光子の透過
軸方向を略直行または略平行とする。ここで、延伸方向
とは。

−軸延伸プラスチックフィルム４１のフィルム面内の屈
折率ｎＸｔｎＹのうち大きい屈折率を有する方向を指す
。

第８図および第９図は、−軸延伸プラスチックフィルム
を用いた場合に本発明で規定する角度について示す説明
図であり、Ｘ工、ｘ２の方向が新たに示されている以外
は第２図および第３図に示したものと同様である。第１
の基板１１の延伸方向Ｘ工と第１の偏光子１７の透過軸
Ｐ１の示す角α□は、略直行または略平行であり、好ま
しくは一５°≦α、≦５°または８５°≦α１≦９５で
ある。また、第２の基板２１の延伸方向ｘ２と第２の偏
光子２７の透過軸Ｐ２との成す角α２は、略直行または
略平行であり、好ましくは−５゜≦α２≦５′はまたは
８５″≦α２≦９５である。この角度α０．α２が上記
範囲を逸脱すると、コントラストが大幅に低減するとと
もに、複屈折率による着色が顕著となり表示品質が劣化
してしまう。

さらに、液晶表示セルを挟む第１および第２の基板１７
．２７の延伸方向Ｘ工、ｘ２は略平行であることが好ま
しい。一般に、−軸延伸フィルムは熱寸法の安定性に異
方性があるため、加工時や作成後の熱履歴による異方性
のある熱膨張、収縮のために液晶層厚が変化してしまい
２色ムラを生じやすくなる。

又Ｊ１ソ１敦 本発明によれば、液晶分子のねじれ角（ツイスト角）を
通常のＴＮ型表示素子より大きくするとともに、液晶の
屈折率異方性と液晶層厚の積や、偏光子の軸方向の組合
せを最適に設定することにより、高時分割駆動ＴＮ型液
晶表示素子の時分割特性、コントラスト、着色、視角範
囲などの表示品質が極めて高く、動作特性に優れた液晶
表示が可能となる。

実施例１ ガラス基板にポリイミドを主成分とする被膜を形成し、
これをラビングして配向膜とした。

ツイスト角ωが後記の表−１のようになるようにして上
下基板を貼り合せ、外周をエポキシ系接着剤でシールし
、空セルを作製した。この空セルに、屈折率異方性Δｎ
＝０．１２３のネマティック液晶に左回りらせんを形成
するカイラルネマティック液晶をツイスト角に応じて適
当に添加した液晶を封入し、さらに基板の外側に一対の
偏光板（王立電気層ＬＬＣ２８２−１２）を表−１に示
したように配置して液晶表示素子を作成した。

この表示素子のγ値を測定して表−１に示した。なお１
表中でコントラスト反転とは、１７６４デユーティ−駆
動した際に法線からの視角をθとして、θ＝Ｏ″のとき
最も良いコントラストで電圧を調整したとき、θ＝３０
＠でコントラストが反転したことを示す。

（以下余白） 実施例２ 一軸延伸ポリエステルフィルムにポリイミドを主成分と
する被膜を形成し、これをラビングして配向膜とした。

ツイスト角ωが前記の表−１のようになるように、かつ
、基板の延伸方向を平行にして上下基板を貼り合せ、外
周をエポキシ系接着剤でシールし、空セルを作製した。

この空セルに、実施例１と同様にして液晶を封入し、さ
らに基板の外側に一対の偏光板（王立電気環ＬＬＣ２８
２−１２）を、基板の延伸方向と隣接した透過軸を平行
にしくα工、α２＝０）、かつ、表−１に示したように
配置して液晶表示素子を作成した。

この表示素子のγ値を測定したところ、表−１に示した
ものと同様の結果が得られた。

また、上側偏光板の透過軸と上側基板の延伸方向との成
す角度（α□）を、α１；１０度となるようにして同様
の表示セルを作成したところ、上記のＮα２８〜５４と
もコントラストが１７３に低下した。

この関係をさらに詳細に説明したものが第１０図であり
、ω＝１００度、Φ、＝Φ２＝５度、α、＝α２の条件
での、α（α□、α２）の大きさとコントラストとの関
係を示すグラフである。αが０度あるいは９０度からは
ずれることにより、急激にコントラストが低下している
ことが判る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示素子の構成例を示す断面図で
ある。 第２図は、基板と偏光子との関係を示す分解斜視図であ
る。 第３図は、各軸の角度関係を示す図である。 第４図および第６図は、Ｔ−Ｖ特性をを示グラフである
。 第５図はツイスト角ωと急峻度γとの関係を示すグラフ
である。 第７図は、−軸延伸プラスチックフィルムの屈折率異方
性を示す説明図である。 第８図は、基板と偏光子との関係を示す分解斜視図であ
る。 第９図は、各軸の角度関係を示す図である。 第１０図は、基板の延伸方向と偏光子の透過軸との成す
角度αと、コントラストとの関係を示すグラフである。 １１・・・第１の基板　　　１７・・・第１の偏光子２
１・・・第２の基板　　　２７・・・第２の偏光子３３
・・・液　　　晶 ’ｆｆ１２図 州４閏　　　　　　　　　殆６１￥ｌ 昂５図 ツイスト角ω（ｃｌｅｑ） 肩７閃 兜８（￥１ 児９関

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極を有する一対の基板間に液晶が封入され、該基
   板表面で液晶分子が基板に対して略水平配向するように
   配向処理が施され、両基板間で液晶分子がねじれ構造を
   とるように構成された液晶セルと、一対の偏光子を具備
   した液晶素子において、 （ｉ）両基板間での液晶分子のねじれ角を９５度以上１
   ２０度以下の範囲とし、 （ｉｉ）液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄ（μｍ）
   との積Δｎ・ｄが、０．８５μｍ以上１．４μｍ以下の
   範囲、または０．４μｍ以上０．７０μｍ以下の範囲と
   し、 （ｉｉｉ）基板面での液晶分子の優先配向方向と、この
   基板に近接して設けられた偏光子の透 過軸または吸収軸との角度を２０度を超ない範囲とし、
   かつ、 （ｉｖ）一対の偏光子の透過軸または吸収軸の交角を、
   前記基板間での液晶分子のねじれ 角よりも小さく、かつ、７０度よりも大きい範囲 としたことを特徴とする液晶表示素子。