液晶表示素子
【構成】液晶層での電圧非印加時の液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶の厚み（ｄ）との積△ｎ・ｄを、画素部分と画素外部分とで異ならせ、画素外部分の光透過率が、画素部分のオフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下となるようにされる。また、液晶層の外側に積層する複屈折板の主屈折率の関係をｎx ＞ｎz ＞ｎy とする。［ｎx 、ｎy は複屈折板面内方向の屈折率（ｎx ＞ｎy ）。ｎz は複屈折板の厚み方向の屈折率。］
【効果】従来の白黒表示スーパーツイステッド液晶表示素子と比べてより優れたコントラスト比を持つ白黒表示が得られる。
【効果】従来の白黒表示スーパーツイステッド液晶表示素子と比べてより優れたコントラスト比を持つ白黒表示が得られる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサー、データ端末等の表示端末のような高密度表示に適した液晶表示素子に関するものである。
【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. Phys. 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△ｎと液晶層の厚みｄとの積△ｎ・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。
【０００４】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、マルチカラーフィルターと組み合せて、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。
【０００５】一方、同様な方式を使用し、液晶の複屈折率と厚みとの積△ｎ・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. Lett.50(5),1987,p.236 ）。
【０００６】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。
【０００７】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),p.79,(1987)）。
【０００８】しかし、この方式は２層セルでの△ｎ・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。
【０００９】これらの問題点を解決するために、ほぼ平行に配置された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少なくとも１枚の複屈折板と一対の偏光板を設置した液晶表示素子が提案されている。
【００１０】これによれば、従来の二層式スーパーツイスト液晶表示素子と比べてより薄く、軽くてコンパクトな白黒表示液晶素子が得られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような液晶表示素子においては、例えば暗い背景に明るい表示のネガ型で駆動する場合、画素部分とその外側や境界部分（画素外部分）とでは光透過率が異なる。即ち、画素部分は電極が存在するため、その厚み分だけ、液晶の複屈折率△ｎと液晶層の厚みｄとの積△ｎ・ｄの値が画素外部分より小さくなり、透過光の複屈折状態が異なるため、画素部分がオフ状態のときでも、境界部分では画素部分よりも光透過率が高く、光抜けを生じることになる。そして、このような状況はポジ型で駆動した場合もほぼ同様である。
【００１２】このような問題点を解決するために、画素外部分の基板の厚みを画素部分の基板厚みとほぼ同じにして、液晶層の厚みを均一化した液晶表示素子が提案されている。しかし、このような液晶表示素子は通常マルチプレックス駆動ににより駆動されるが、これによれば、画素部分にはオフ時に電圧が印加されないのではなく、非選択電圧が印加されているため、画素上の液晶層の△ｎ・ｄの値が実質的に減少し、画素外部分との△ｎ・ｄの値の差を生じ、その透過光の複屈折状態の差からネガ型であれば画素外部分からの光抜けを生じ、全体として、コントラストの低下を生じる原因になっていた。
【００１３】本発明の目的は、従来技術が有していた前述の欠点を解消して、広視角で高コントラスト比の白黒に近い表示を実現することである。
【００１４】
【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た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少なくとも１枚の主屈折率の関係が、３個の主屈折率をｎx 、ｎy 、ｎz とし、ｎx 、ｎy を複屈折板面内方向の屈折率とし（ｎx ＞ｎy ）、ｎz を複屈折板の厚み方向の屈折率とした場合、ｎx ＞ｎz ＞ｎy の複屈折板と一対の偏光板を設置した液晶表示素子において、液晶層での電圧非印加時の液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶の厚み（ｄ）との積△ｎ・ｄを画素部分と画素外部分とで異ならせ、画素外部分の光透過率が、画素部分のオフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下となるようにされたことを特徴とする液晶表示素子を提供するものである。
【００１５】また、液晶層での電圧非印加時の液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶の厚み（ｄ）との積△ｎ・ｄが液晶層の画素部分の△ｎ1 ・ｄ11で０．４〜１．５μｍとされ、液晶層と偏光板との間の少なくとも一方に少なくとも１枚の主屈折率の関係がｎx ＞ｎz ＞ｎy の複屈折板であって、合計の複屈折板の△ｎ2 ・ｄ2 が、０．６×△ｎ1 ・ｄ11＜△ｎ2 ・ｄ2 ＜１．１×△ｎ1 ・ｄ11であり、さらに液晶層の画素外部分の△ｎ1 ・ｄ12との関係が、０．９×△ｎ2 ・ｄ2 ＜△ｎ1 ・ｄ12≦△ｎ1 ・ｄ11となるような複屈折板を配置したことを特徴とする液晶表示素子を提供するものである。
【００１６】本発明では、液晶層の片側または両外側であって、液晶層と偏光板との間に少なくとも１枚の複屈折板を配置したものである。
【００１７】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、明るい白黒表示の液晶表示素子が容易に得られる。
【００１８】この液晶層は、従来のスーパーツイステッド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。この液晶層のねじれ角は約１６０〜３００°とされる。
【００１９】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ねじれ角を１６０〜３００°とすればよい。これは、１６０°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比の向上が少なく、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。
【００２０】本発明では、液晶層において、電圧非印加時の液晶の屈折率異方性（△ｎ）とその液晶の厚み（ｄ）との積△ｎ・ｄを、画素部分とその画素外部分とで異ならせ、境界部分の光透過率が、画素部分のオフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下となるようにされる。具体的には、画素部分と、その境界部分とで、液晶層の厚みを異ならせることにより、△ｎ・ｄをそれぞれ調整する。
【００２１】本発明では、液晶層の△ｎ・ｄが特に次のようにされるのが好ましい。
【００２２】液晶層の画素部分では、△ｎ1 ・ｄ11は０．４〜１．５μｍとされる。これは、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、液晶層の画素部分の△ｎ1 ・ｄ11は０．５〜１．０μｍとされることが好ましい。
【００２３】なお、この△ｎ1 ・ｄ11の範囲は、その液晶表示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。もっとも他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、△ｎ1 ・ｄ11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。
【００２４】所望のパターンにパターニングをしたＩＴＯ（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。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、一方の基板に６４０本のストライプ状の電極が形成され、他方の基板をこれに直交するように４００本のストライプ状の電極が形成され、６４０×４００ドットのような表示がなされる。さらにこの６４０本のストライプ状の電極を夫々３本一組として１９２０本のストライプ状の電極とし、ＲＧＢのカラーフィルターを配置してフルカラーで６４０×４００ドットの表示をすることもできる。
【００２５】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けたり、カラーフィルターを電極の上もしくは下に積層してもよい。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、基板自体を偏光板で構成したり、基板と電極との間に偏光層として設けてもよい。
【００２６】本発明では、上記液晶層の片側もしくは両側に隣接して一枚以上の複屈折板を積層する。
【００２７】この複屈折板は、液晶層の片側および両側の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、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、偏光板と複屈折板とを複屈折板が液晶側にくるようにして積層して一体化した偏光板を用いたり、それらを組み合わせて設けたりすればよい。
【００２８】この複屈折板としては、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。
【００２９】この複屈折板とは、３個の主屈折率をｎx 、ｎy 、ｎz とし、ｎx 、ｎy を複屈折板面内方向の屈折率とし（ｎx ＞ｎy ）、ｎz を複屈折板の厚み方向の屈折率とした場合、ｎx ＞ｎz ＞ｎy となるような複屈折板である。
【００３０】所望の複屈折効果を得るために△ｎ2 ・ｄ2 ＝（ｎx −ｎy ）・ｄ2 を調整して使用するが、１枚の板で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３個の主屈折率をｎx 、ｎy 、ｎz の方向が一致するように複数枚組合せて用いてもよい。
【００３１】良好な白黒表示を行うためには、ある特定のツイスト角と△ｎ1 ・ｄ11を持った液晶層に対し、複屈折板の△ｎ2 ・ｄ2 の大きさおよびそれらの貼付け方向、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。
【００３２】片面および両側に配置される複屈折板の合計の△ｎ2 ・ｄ2 の大きさは、概略液晶層の画素部分の△ｎ1 ・ｄ11の大きさにほぼ等しいか、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易い。即ち、一枚以上の複屈折板の合計の△ｎ2 ・ｄ2 が、０．６×△ｎ1 ・ｄ11＜△ｎ2 ・ｄ2 ＜１．１×△ｎ1 ・ｄ11となるようにされればよい。
【００３３】この複屈折板の合計の△ｎ2 ・ｄ2 は、０．６×△ｎ1 ・ｄ11よりも小さくなるとオンにおける透過率が低くなり、表示が暗くなり、逆に１．１×△ｎ1 ・ｄ11よりも大きくなるとオフにおける透過率が高くなるため、コントラスト比が低下することとなるので、前述の範囲とされる。
【００３４】具体的に、２枚の複屈折板を積層して用いる場合には、その△ｎ2 ・ｄ2 の大きさは通常ほぼ等しくされるため、概略液晶層の画素部分の△ｎ1 ・ｄ11の大きさの半分にほぼ等しいか、その半分よりも少し小さめに設定される。０．６×△ｎ1 ・ｄ11／２＜△ｎ2 ・ｄ2 ＜１．１×△ｎ1 ・ｄ11／２とされればよい。
【００３５】さらに、液晶層の画素外部分では、△ｎ1 ・ｄ12は、複屈折板の合計の０．９×△ｎ2 ・ｄ2 の大きさより大きく、かつ、液晶層の画素部分の△ｎ1 ・ｄ11の大きさとほぼ同等に設定すればコントラスト比が高い表示を得やすい。即ち、△ｎ1 ・ｄ12が０．９×△ｎ2 ・ｄ2 ＜△ｎ1 ・ｄ12≦△ｎ1 ・ｄ11となるようにされればよい。
【００３６】この液晶層の画素外部分の△ｎ1 ・ｄ12は、上記範囲外にあると例えばネガ型の場合、画素外部分からの光漏れが大きくなり、コントラスト比が低下することとなる。
【００３７】以下図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００３８】図１は、本発明による液晶表示素子を模式的に表した斜視図である。
【００３９】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ｎx 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。
【００４０】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△ｎ1 ・ｄ11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°の液晶層、４は液晶層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の長軸方向、８は液晶層の下側の液晶分子の長軸方向、９は積層された複屈折板の主屈折率ｎx 方向を示している。
【００４１】図２において、液晶層の上側の液晶分子の長軸方向７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の長軸方向７からみた複屈折板４の主屈折率ｎx 方向９を時計回りに計ったものをθ2、液晶層の下側の液晶分子の長軸方向８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 とする。
【００４２】本発明では、このθ1 、θ2 、θ3 を白黒表示となるように最適化すればよい。
【００４３】図３は本発明による液晶表示素子の別の例を模式的に表した斜視図である。
【００４４】図４（Ａ）（Ｂ）は、夫々上から見た図３の上側の偏光板の偏光軸方向、複屈折板の光軸方向および液晶層の上側の液晶分子の長軸方向、並びに、複屈折板の主屈折率ｎx 方向および下側の偏光板の偏光軸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。
【００４５】図３において、１１、１２は一対の偏光板、13は文字や図形を表示するための△ｎ1 ・ｄ11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°の液晶層、１４Ａ、１４Ｂは液晶層の上下に積層された複屈折板、１５は上側の偏光板の偏光軸、１６は下側の偏光板の偏光軸、１７は液晶層の上側の液晶分子の長軸方向、１８は液晶層の下側の液晶分子の長軸方向、１９Ａは積層された上側の複屈折板の主屈折率ｎx 方向、１９Ｂは積層された下側の複屈折板の主屈折率ｎx 方向を示している。
【００４６】図４において、液晶層の上側の液晶分子の長軸方向１７からみた上側の偏光板の偏光軸１５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の長軸方向１７からみた上側の複屈折板１４Ａの主屈折率ｎx 方向１９Ａを時計回りに計ったものをθ2 、液晶層の下側の液晶分子の長軸方向１８からみた下側の複屈折板１４Ｂの主屈折率ｎx 方向１９Ｂを時計回りに計ったものをθ4 、液晶層の下側の液晶分子の長軸方向１８からみた下側の偏光板の偏光軸１６の方向を時計回りに計ったものをθ3 とする。
【００４７】本発明では、このθ1 、θ2 、θ3 、θ4 を白黒表示となるように最適化すればよい。
【００４８】本発明で用いる複屈折板の主屈折率の定義につき図５を参照して説明する。
【００４９】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軸方向とする。この夫々の方向の屈折率をｎx 、ｎy 、ｎz とする。この場合、ｎx ＞ｎy であり、△ｎ2 ＝ｎx −ｎy であり、本発明では、ｎx ＞ｎz＞ｎy とされる。なお、ｄは複屈折板の厚みである。
【００５０】本発明では、第１の液晶層において、その画素部分と、画素外部分とで、両者の△ｎ・ｄをそれぞれ調整するためには、例えば、液晶層の厚みを両者で異ならせることにより行える。図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、そのような基板の製造方法の一例を示す断面図である。
【００５１】図において、基板２１上に、電極２２を形成しさらに、遮光層２３を形成する。この上に適宜の厚みの感光性樹脂２４を塗布し、基板２１の下側から紫外線照射し、現像により非照射部分の感光性樹脂層を除去し、さらに遮光層も除去する。感光樹脂層２４の膜厚を制御することにより、画素外部分の基板厚み、ひいては液晶層の厚みを調整することができる。
【００５２】この遮光層としては、パターニングができ、光を遮断するものであればよく、市販のフォトレジストやニッケルメッキまたは遮光性のインク等を使用した印刷等を用いてもよい。また感光性樹脂層としては、紫外線等により硬化するものであればよく、市販のネガ型フォトレジストや感光性樹脂等を用いてもよい。
【００５３】液晶表示素子がマルチプレックス駆動による場合には、前述のように、画素部分には、ゼロでない非選択電圧が印加されるので、駆動時の液晶層の△ｎ・ｄが実質的に減少するため、画素外部分の液晶層の厚みを小さくして、非駆動時の液晶層の△ｎ・ｄを画素部分よりも小さくすることが望ましい。即ち、一般的には、基板厚みは、画素部分よりも画素外部分のほうが厚くなるようにすることが望ましい。
【００５４】なお、本発明では、白黒表示に近い表示が得られるため、カラーフィルター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とれるため、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。
【００５５】このカラーフィルターは、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。
【００５６】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ーや、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。
【００５７】本発明は、このような構成の液晶セルの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。
【００５８】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。
【００５９】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、カラーフィルターを併用してもよい。
【００６０】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可能である。
【００６１】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。
【００６２】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。
【００６３】本発明では、時分割特性がスーパーツイステッド液晶表示素子と同等であるうえ、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ー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も可能である。
【００６４】本発明の液晶表示素子は、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサー、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、魚群探知機、レーダー、オシロスコープ、各種民生用ドットマトリクス表示装置等の白黒表示、カラー表示を問わず各種の用途に使用可能である。
【００６５】
【作用】本発明では、画素部分と画素外部分との液晶層の厚みを調整し、非駆動時の液晶層の△ｎ・ｄを画素部分よりも小さくし、境界部分の光透過率が、画素部分のオフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下となるようにされたので、従来よりもコントラスト比の良い液晶表示素子が得られる。
【００６６】また、特に、画素外部分の液晶層の厚みを小さくして、非駆動時の液晶層の△ｎ・ｄを画素部分よりも小さくしてやることにより、マルチプレックス駆動における駆動時の液晶層と複屈折板との光学的補償を確実なるものとし、境界部分の光透過率が、画素部分のオフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下となるようにされたので、従来よりもコントラストの良い液晶表示素子が得られる。
【００６７】さらに、主屈折率の関係がｎx ＞ｎz ＞ｎy の複屈折板を用いることにより、広い視野角が得られる。
【００６８】
【実施例】第１の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯの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、ポジ型フォトレジストを塗布し、マスクを用いて露光し、現像することにより透明電極部の上に遮光層を形成した。さらに、透明電極の膜厚より厚くなるように感光性樹脂を塗布した。これをガラス基板の下側から紫外線照射して未照射部分の感光性樹脂層を除去し、遮光層を形成していたフォトレジストを除去して、画素外部分に電極部より厚い、感光性樹脂層を形成した。これに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。
【００６９】第２の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯの透明電極を第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、蒸着法によりＳｉＯ2 による短絡防止用の絶縁膜を形成した後、ポジ型フォトレジストを塗布し、マスクを用いて露光し、現像することにより透明電極部の上に遮光層を形成した。さらに、透明電極の膜厚より厚くなるように感光性樹脂を塗布した。これをガラス基板の下側から紫外線照射して未照射部分の感光性樹脂層を除去し、遮光層を形成していたフォトレジストを除去し、画素外部分に電極部より厚い、感光性樹脂層を形成した。これに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。
【００７０】この２枚の基板の周辺をシール材でシールして、液晶セルを注入する層を形成し、この層に誘電異方性が正のネマチック液晶を注入して、注入口を封止した。この液晶セルの片側に、複屈折板を積層し、さらに、両側に、偏光板を配置して、ネガ型の液晶表示素子を形成した。
【００７１】このとき、液晶層は２４０°ねじれの左らせんとし、表１の実施例１および比較例１のように各△ｎ・ｄを設定し、液晶層の片側に配置された複屈折板の主屈折率ｎx 方向と、この液晶表示素子の液晶分子の長軸方向、および偏光板の偏光軸方向との相対的な関係は、θ1 ＝４５°、θ2 ＝９５°、θ3 ＝１３５°とした。
【００７２】この液晶表示素子の裏側に冷陰極管付のバックライトを配置して、１／２００デューティ、１／１５バイアスで駆動した場合、鮮明な白黒表示が得られた。
【００７３】この時、非選択電圧に相当するセグメントは黒色、選択電圧に相当するセグメントは白色であり、いわゆるネガ表示であった。また、この液晶表示素子の開口率は８０％であった。実施例１は比較例１に比べて広視角で高コントラスト比が得られた。
【００７４】
【表１】
【００７５】さらに実施例２、比較例２として、それぞれ実施例１、比較例１の液晶表示素子において、液晶層の両面に複屈折板を夫々積層し、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光軸方向との相対的な関係は、θ1 ＝１５０°、θ2 ＝８５°、θ3 ＝１２０°、θ4 ＝９０°とした。この液晶表示素子の裏側に冷陰極管付のバックライトを配置して、１／２００デューティ、１／１５バイアスで駆動した場合、鮮明な白黒表示が得られた。このとき、非選択電圧に相当するセグメントは黒色、選択電圧に相当するセグメントは白色であり、いわゆるネガ表示であった。実施例２は比較例２に比べ広視角で高コントラスト比が得られた。視角の様子を図７に示す。
【００７６】
【発明の効果】以上に説明したように本発明は、従来の白黒表示スーパーツイステッド液晶表示素子と比べて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。
【００７７】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テッド液晶表示素子と遜色がない等の優れた効果を有する。
【００７８】また、表示が白黒に近いということから、カラーフィルター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ー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。
【００７９】特に、本発明では白黒表示が可能であるにもかかわらず、明るい表示が可能であり、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。
【００８０】本発明は、本発明に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表した斜視図
【図２】夫々上からみ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ｎx 方向の相対位置を示した平面図
【図３】本発明による液晶表示素子を模式的に表した斜視図
【図４】夫々上からみ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ｎx 方向の相対位置を示した平面図
【図５】複屈折板の主屈折率の定義を示す概念図
【図６】基板の基本的製造方法を示す断面図
【図７】本発明の実施例と比較例の視角を示す図
【符号の説明】
１、２、１１、１２：偏光板
３、１３：液晶層
４、１４Ａ、１４Ｂ：複屈折板
５、６、１５、１６：偏光軸
７、８、１７、１８：液晶分子の長軸方向
９、１９Ａ、１９Ｂ：複屈折板の主屈折率ｎx 方向
２１：基板
２２：電極
２３：遮光層
２４：感光性樹脂層
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサー、データ端末等の表示端末のような高密度表示に適した液晶表示素子に関するものである。
【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. Phys. 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△ｎと液晶層の厚みｄとの積△ｎ・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。
【０００４】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、マルチカラーフィルターと組み合せて、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。
【０００５】一方、同様な方式を使用し、液晶の複屈折率と厚みとの積△ｎ・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. Lett.50(5),1987,p.236 ）。
【０００６】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。
【０００７】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),p.79,(1987)）。
【０００８】しかし、この方式は２層セルでの△ｎ・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。
【０００９】これらの問題点を解決するために、ほぼ平行に配置された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少なくとも１枚の複屈折板と一対の偏光板を設置した液晶表示素子が提案されている。
【００１０】これによれば、従来の二層式スーパーツイスト液晶表示素子と比べてより薄く、軽くてコンパクトな白黒表示液晶素子が得られる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような液晶表示素子においては、例えば暗い背景に明るい表示のネガ型で駆動する場合、画素部分とその外側や境界部分（画素外部分）とでは光透過率が異なる。即ち、画素部分は電極が存在するため、その厚み分だけ、液晶の複屈折率△ｎと液晶層の厚みｄとの積△ｎ・ｄの値が画素外部分より小さくなり、透過光の複屈折状態が異なるため、画素部分がオフ状態のときでも、境界部分では画素部分よりも光透過率が高く、光抜けを生じることになる。そして、このような状況はポジ型で駆動した場合もほぼ同様である。
【００１２】このような問題点を解決するために、画素外部分の基板の厚みを画素部分の基板厚みとほぼ同じにして、液晶層の厚みを均一化した液晶表示素子が提案されている。しかし、このような液晶表示素子は通常マルチプレックス駆動ににより駆動されるが、これによれば、画素部分にはオフ時に電圧が印加されないのではなく、非選択電圧が印加されているため、画素上の液晶層の△ｎ・ｄの値が実質的に減少し、画素外部分との△ｎ・ｄの値の差を生じ、その透過光の複屈折状態の差からネガ型であれば画素外部分からの光抜けを生じ、全体として、コントラストの低下を生じる原因になっていた。
【００１３】本発明の目的は、従来技術が有していた前述の欠点を解消して、広視角で高コントラスト比の白黒に近い表示を実現することである。
【００１４】
【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た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少なくとも１枚の主屈折率の関係が、３個の主屈折率をｎx 、ｎy 、ｎz とし、ｎx 、ｎy を複屈折板面内方向の屈折率とし（ｎx ＞ｎy ）、ｎz を複屈折板の厚み方向の屈折率とした場合、ｎx ＞ｎz ＞ｎy の複屈折板と一対の偏光板を設置した液晶表示素子において、液晶層での電圧非印加時の液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶の厚み（ｄ）との積△ｎ・ｄを画素部分と画素外部分とで異ならせ、画素外部分の光透過率が、画素部分のオフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下となるようにされたことを特徴とする液晶表示素子を提供するものである。
【００１５】また、液晶層での電圧非印加時の液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶の厚み（ｄ）との積△ｎ・ｄが液晶層の画素部分の△ｎ1 ・ｄ11で０．４〜１．５μｍとされ、液晶層と偏光板との間の少なくとも一方に少なくとも１枚の主屈折率の関係がｎx ＞ｎz ＞ｎy の複屈折板であって、合計の複屈折板の△ｎ2 ・ｄ2 が、０．６×△ｎ1 ・ｄ11＜△ｎ2 ・ｄ2 ＜１．１×△ｎ1 ・ｄ11であり、さらに液晶層の画素外部分の△ｎ1 ・ｄ12との関係が、０．９×△ｎ2 ・ｄ2 ＜△ｎ1 ・ｄ12≦△ｎ1 ・ｄ11となるような複屈折板を配置したことを特徴とする液晶表示素子を提供するものである。
【００１６】本発明では、液晶層の片側または両外側であって、液晶層と偏光板との間に少なくとも１枚の複屈折板を配置したものである。
【００１７】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、明るい白黒表示の液晶表示素子が容易に得られる。
【００１８】この液晶層は、従来のスーパーツイステッド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。この液晶層のねじれ角は約１６０〜３００°とされる。
【００１９】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ねじれ角を１６０〜３００°とすればよい。これは、１６０°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比の向上が少なく、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。
【００２０】本発明では、液晶層において、電圧非印加時の液晶の屈折率異方性（△ｎ）とその液晶の厚み（ｄ）との積△ｎ・ｄを、画素部分とその画素外部分とで異ならせ、境界部分の光透過率が、画素部分のオフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下となるようにされる。具体的には、画素部分と、その境界部分とで、液晶層の厚みを異ならせることにより、△ｎ・ｄをそれぞれ調整する。
【００２１】本発明では、液晶層の△ｎ・ｄが特に次のようにされるのが好ましい。
【００２２】液晶層の画素部分では、△ｎ1 ・ｄ11は０．４〜１．５μｍとされる。これは、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、液晶層の画素部分の△ｎ1 ・ｄ11は０．５〜１．０μｍとされることが好ましい。
【００２３】なお、この△ｎ1 ・ｄ11の範囲は、その液晶表示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。もっとも他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、△ｎ1 ・ｄ11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。
【００２４】所望のパターンにパターニングをしたＩＴＯ（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。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、一方の基板に６４０本のストライプ状の電極が形成され、他方の基板をこれに直交するように４００本のストライプ状の電極が形成され、６４０×４００ドットのような表示がなされる。さらにこの６４０本のストライプ状の電極を夫々３本一組として１９２０本のストライプ状の電極とし、ＲＧＢのカラーフィルターを配置してフルカラーで６４０×４００ドットの表示をすることもできる。
【００２５】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けたり、カラーフィルターを電極の上もしくは下に積層してもよい。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、基板自体を偏光板で構成したり、基板と電極との間に偏光層として設けてもよい。
【００２６】本発明では、上記液晶層の片側もしくは両側に隣接して一枚以上の複屈折板を積層する。
【００２７】この複屈折板は、液晶層の片側および両側の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、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、偏光板と複屈折板とを複屈折板が液晶側にくるようにして積層して一体化した偏光板を用いたり、それらを組み合わせて設けたりすればよい。
【００２８】この複屈折板としては、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。
【００２９】この複屈折板とは、３個の主屈折率をｎx 、ｎy 、ｎz とし、ｎx 、ｎy を複屈折板面内方向の屈折率とし（ｎx ＞ｎy ）、ｎz を複屈折板の厚み方向の屈折率とした場合、ｎx ＞ｎz ＞ｎy となるような複屈折板である。
【００３０】所望の複屈折効果を得るために△ｎ2 ・ｄ2 ＝（ｎx −ｎy ）・ｄ2 を調整して使用するが、１枚の板で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３個の主屈折率をｎx 、ｎy 、ｎz の方向が一致するように複数枚組合せて用いてもよい。
【００３１】良好な白黒表示を行うためには、ある特定のツイスト角と△ｎ1 ・ｄ11を持った液晶層に対し、複屈折板の△ｎ2 ・ｄ2 の大きさおよびそれらの貼付け方向、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。
【００３２】片面および両側に配置される複屈折板の合計の△ｎ2 ・ｄ2 の大きさは、概略液晶層の画素部分の△ｎ1 ・ｄ11の大きさにほぼ等しいか、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易い。即ち、一枚以上の複屈折板の合計の△ｎ2 ・ｄ2 が、０．６×△ｎ1 ・ｄ11＜△ｎ2 ・ｄ2 ＜１．１×△ｎ1 ・ｄ11となるようにされればよい。
【００３３】この複屈折板の合計の△ｎ2 ・ｄ2 は、０．６×△ｎ1 ・ｄ11よりも小さくなるとオンにおける透過率が低くなり、表示が暗くなり、逆に１．１×△ｎ1 ・ｄ11よりも大きくなるとオフにおける透過率が高くなるため、コントラスト比が低下することとなるので、前述の範囲とされる。
【００３４】具体的に、２枚の複屈折板を積層して用いる場合には、その△ｎ2 ・ｄ2 の大きさは通常ほぼ等しくされるため、概略液晶層の画素部分の△ｎ1 ・ｄ11の大きさの半分にほぼ等しいか、その半分よりも少し小さめに設定される。０．６×△ｎ1 ・ｄ11／２＜△ｎ2 ・ｄ2 ＜１．１×△ｎ1 ・ｄ11／２とされればよい。
【００３５】さらに、液晶層の画素外部分では、△ｎ1 ・ｄ12は、複屈折板の合計の０．９×△ｎ2 ・ｄ2 の大きさより大きく、かつ、液晶層の画素部分の△ｎ1 ・ｄ11の大きさとほぼ同等に設定すればコントラスト比が高い表示を得やすい。即ち、△ｎ1 ・ｄ12が０．９×△ｎ2 ・ｄ2 ＜△ｎ1 ・ｄ12≦△ｎ1 ・ｄ11となるようにされればよい。
【００３６】この液晶層の画素外部分の△ｎ1 ・ｄ12は、上記範囲外にあると例えばネガ型の場合、画素外部分からの光漏れが大きくなり、コントラスト比が低下することとなる。
【００３７】以下図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００３８】図１は、本発明による液晶表示素子を模式的に表した斜視図である。
【００３９】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ｎx 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。
【００４０】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△ｎ1 ・ｄ11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°の液晶層、４は液晶層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の長軸方向、８は液晶層の下側の液晶分子の長軸方向、９は積層された複屈折板の主屈折率ｎx 方向を示している。
【００４１】図２において、液晶層の上側の液晶分子の長軸方向７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の長軸方向７からみた複屈折板４の主屈折率ｎx 方向９を時計回りに計ったものをθ2、液晶層の下側の液晶分子の長軸方向８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 とする。
【００４２】本発明では、このθ1 、θ2 、θ3 を白黒表示となるように最適化すればよい。
【００４３】図３は本発明による液晶表示素子の別の例を模式的に表した斜視図である。
【００４４】図４（Ａ）（Ｂ）は、夫々上から見た図３の上側の偏光板の偏光軸方向、複屈折板の光軸方向および液晶層の上側の液晶分子の長軸方向、並びに、複屈折板の主屈折率ｎx 方向および下側の偏光板の偏光軸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。
【００４５】図３において、１１、１２は一対の偏光板、13は文字や図形を表示するための△ｎ1 ・ｄ11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°の液晶層、１４Ａ、１４Ｂは液晶層の上下に積層された複屈折板、１５は上側の偏光板の偏光軸、１６は下側の偏光板の偏光軸、１７は液晶層の上側の液晶分子の長軸方向、１８は液晶層の下側の液晶分子の長軸方向、１９Ａは積層された上側の複屈折板の主屈折率ｎx 方向、１９Ｂは積層された下側の複屈折板の主屈折率ｎx 方向を示している。
【００４６】図４において、液晶層の上側の液晶分子の長軸方向１７からみた上側の偏光板の偏光軸１５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の長軸方向１７からみた上側の複屈折板１４Ａの主屈折率ｎx 方向１９Ａを時計回りに計ったものをθ2 、液晶層の下側の液晶分子の長軸方向１８からみた下側の複屈折板１４Ｂの主屈折率ｎx 方向１９Ｂを時計回りに計ったものをθ4 、液晶層の下側の液晶分子の長軸方向１８からみた下側の偏光板の偏光軸１６の方向を時計回りに計ったものをθ3 とする。
【００４７】本発明では、このθ1 、θ2 、θ3 、θ4 を白黒表示となるように最適化すればよい。
【００４８】本発明で用いる複屈折板の主屈折率の定義につき図５を参照して説明する。
【００４９】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軸方向とする。この夫々の方向の屈折率をｎx 、ｎy 、ｎz とする。この場合、ｎx ＞ｎy であり、△ｎ2 ＝ｎx −ｎy であり、本発明では、ｎx ＞ｎz＞ｎy とされる。なお、ｄは複屈折板の厚みである。
【００５０】本発明では、第１の液晶層において、その画素部分と、画素外部分とで、両者の△ｎ・ｄをそれぞれ調整するためには、例えば、液晶層の厚みを両者で異ならせることにより行える。図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、そのような基板の製造方法の一例を示す断面図である。
【００５１】図において、基板２１上に、電極２２を形成しさらに、遮光層２３を形成する。この上に適宜の厚みの感光性樹脂２４を塗布し、基板２１の下側から紫外線照射し、現像により非照射部分の感光性樹脂層を除去し、さらに遮光層も除去する。感光樹脂層２４の膜厚を制御することにより、画素外部分の基板厚み、ひいては液晶層の厚みを調整することができる。
【００５２】この遮光層としては、パターニングができ、光を遮断するものであればよく、市販のフォトレジストやニッケルメッキまたは遮光性のインク等を使用した印刷等を用いてもよい。また感光性樹脂層としては、紫外線等により硬化するものであればよく、市販のネガ型フォトレジストや感光性樹脂等を用いてもよい。
【００５３】液晶表示素子がマルチプレックス駆動による場合には、前述のように、画素部分には、ゼロでない非選択電圧が印加されるので、駆動時の液晶層の△ｎ・ｄが実質的に減少するため、画素外部分の液晶層の厚みを小さくして、非駆動時の液晶層の△ｎ・ｄを画素部分よりも小さくすることが望ましい。即ち、一般的には、基板厚みは、画素部分よりも画素外部分のほうが厚くなるようにすることが望ましい。
【００５４】なお、本発明では、白黒表示に近い表示が得られるため、カラーフィルター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とれるため、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。
【００５５】このカラーフィルターは、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。
【００５６】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ーや、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。
【００５７】本発明は、このような構成の液晶セルの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。
【００５８】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。
【００５９】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、カラーフィルターを併用してもよい。
【００６０】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可能である。
【００６１】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。
【００６２】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。
【００６３】本発明では、時分割特性がスーパーツイステッド液晶表示素子と同等であるうえ、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ー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も可能である。
【００６４】本発明の液晶表示素子は、パーソナルコンピューター、ワードプロセッサー、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、魚群探知機、レーダー、オシロスコープ、各種民生用ドットマトリクス表示装置等の白黒表示、カラー表示を問わず各種の用途に使用可能である。
【００６５】
【作用】本発明では、画素部分と画素外部分との液晶層の厚みを調整し、非駆動時の液晶層の△ｎ・ｄを画素部分よりも小さくし、境界部分の光透過率が、画素部分のオフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下となるようにされたので、従来よりもコントラスト比の良い液晶表示素子が得られる。
【００６６】また、特に、画素外部分の液晶層の厚みを小さくして、非駆動時の液晶層の△ｎ・ｄを画素部分よりも小さくしてやることにより、マルチプレックス駆動における駆動時の液晶層と複屈折板との光学的補償を確実なるものとし、境界部分の光透過率が、画素部分のオフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下となるようにされたので、従来よりもコントラストの良い液晶表示素子が得られる。
【００６７】さらに、主屈折率の関係がｎx ＞ｎz ＞ｎy の複屈折板を用いることにより、広い視野角が得られる。
【００６８】
【実施例】第１の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯの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、ポジ型フォトレジストを塗布し、マスクを用いて露光し、現像することにより透明電極部の上に遮光層を形成した。さらに、透明電極の膜厚より厚くなるように感光性樹脂を塗布した。これをガラス基板の下側から紫外線照射して未照射部分の感光性樹脂層を除去し、遮光層を形成していたフォトレジストを除去して、画素外部分に電極部より厚い、感光性樹脂層を形成した。これに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。
【００６９】第２の基板として、ガラス基板上に設けられたＩＴＯの透明電極を第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、蒸着法によりＳｉＯ2 による短絡防止用の絶縁膜を形成した後、ポジ型フォトレジストを塗布し、マスクを用いて露光し、現像することにより透明電極部の上に遮光層を形成した。さらに、透明電極の膜厚より厚くなるように感光性樹脂を塗布した。これをガラス基板の下側から紫外線照射して未照射部分の感光性樹脂層を除去し、遮光層を形成していたフォトレジストを除去し、画素外部分に電極部より厚い、感光性樹脂層を形成した。これに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。
【００７０】この２枚の基板の周辺をシール材でシールして、液晶セルを注入する層を形成し、この層に誘電異方性が正のネマチック液晶を注入して、注入口を封止した。この液晶セルの片側に、複屈折板を積層し、さらに、両側に、偏光板を配置して、ネガ型の液晶表示素子を形成した。
【００７１】このとき、液晶層は２４０°ねじれの左らせんとし、表１の実施例１および比較例１のように各△ｎ・ｄを設定し、液晶層の片側に配置された複屈折板の主屈折率ｎx 方向と、この液晶表示素子の液晶分子の長軸方向、および偏光板の偏光軸方向との相対的な関係は、θ1 ＝４５°、θ2 ＝９５°、θ3 ＝１３５°とした。
【００７２】この液晶表示素子の裏側に冷陰極管付のバックライトを配置して、１／２００デューティ、１／１５バイアスで駆動した場合、鮮明な白黒表示が得られた。
【００７３】この時、非選択電圧に相当するセグメントは黒色、選択電圧に相当するセグメントは白色であり、いわゆるネガ表示であった。また、この液晶表示素子の開口率は８０％であった。実施例１は比較例１に比べて広視角で高コントラスト比が得られた。
【００７４】
【表１】
【００７５】さらに実施例２、比較例２として、それぞれ実施例１、比較例１の液晶表示素子において、液晶層の両面に複屈折板を夫々積層し、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光軸方向との相対的な関係は、θ1 ＝１５０°、θ2 ＝８５°、θ3 ＝１２０°、θ4 ＝９０°とした。この液晶表示素子の裏側に冷陰極管付のバックライトを配置して、１／２００デューティ、１／１５バイアスで駆動した場合、鮮明な白黒表示が得られた。このとき、非選択電圧に相当するセグメントは黒色、選択電圧に相当するセグメントは白色であり、いわゆるネガ表示であった。実施例２は比較例２に比べ広視角で高コントラスト比が得られた。視角の様子を図７に示す。
【００７６】
【発明の効果】以上に説明したように本発明は、従来の白黒表示スーパーツイステッド液晶表示素子と比べて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。
【００７７】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テッド液晶表示素子と遜色がない等の優れた効果を有する。
【００７８】また、表示が白黒に近いということから、カラーフィルター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ー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。
【００７９】特に、本発明では白黒表示が可能であるにもかかわらず、明るい表示が可能であり、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。
【００８０】本発明は、本発明に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表した斜視図
【図２】夫々上からみ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ｎx 方向の相対位置を示した平面図
【図３】本発明による液晶表示素子を模式的に表した斜視図
【図４】夫々上からみ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ｎx 方向の相対位置を示した平面図
【図５】複屈折板の主屈折率の定義を示す概念図
【図６】基板の基本的製造方法を示す断面図
【図７】本発明の実施例と比較例の視角を示す図
【符号の説明】
１、２、１１、１２：偏光板
３、１３：液晶層
４、１４Ａ、１４Ｂ：複屈折板
５、６、１５、１６：偏光軸
７、８、１７、１８：液晶分子の長軸方向
９、１９Ａ、１９Ｂ：複屈折板の主屈折率ｎx 方向
２１：基板
２２：電極
２３：遮光層
２４：感光性樹脂層
【特許請求の範囲】
【請求項１】ほぼ平行に配置された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少なくとも１枚の主屈折率の関係が、３個の主屈折率をｎx 、ｎy 、ｎz とし、ｎx 、ｎy を複屈折板面内方向の屈折率とし（ｎx ＞ｎy ）、ｎz を複屈折板の厚み方向の屈折率とした場合、ｎx ＞ｎz ＞ｎy の複屈折板と一対の偏光板を設置した液晶表示素子において、液晶層での電圧非印加時の液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶の厚み（ｄ）との積△ｎ・ｄを画素部分と画素外部分とで異ならせ、画素外部分の光透過率が、画素部分のオフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下となるようにされたことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】液晶層での電圧非印加時の液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶の厚み（ｄ）との積△ｎ・ｄが液晶層の画素部分の△ｎ1 ・ｄ11で０．４〜１．５μｍとされ、液晶層と偏光板との間の少なくとも一方に少なくとも１枚の主屈折率の関係がｎx ＞ｎz ＞ｎy の複屈折板であって、合計の複屈折板の△ｎ2 ・ｄ2 が、０．６×△ｎ1 ・ｄ11＜△ｎ2 ・ｄ2 ＜１．１×△ｎ1 ・ｄ11であり、さらに液晶層の画素外部分の△ｎ1 ・ｄ12との関係が、０．９×△ｎ2 ・ｄ2 ＜△ｎ1 ・ｄ12≦△ｎ1 ・ｄ11となるような複屈折板を配置したことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１】ほぼ平行に配置された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少なくとも１枚の主屈折率の関係が、３個の主屈折率をｎx 、ｎy 、ｎz とし、ｎx 、ｎy を複屈折板面内方向の屈折率とし（ｎx ＞ｎy ）、ｎz を複屈折板の厚み方向の屈折率とした場合、ｎx ＞ｎz ＞ｎy の複屈折板と一対の偏光板を設置した液晶表示素子において、液晶層での電圧非印加時の液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶の厚み（ｄ）との積△ｎ・ｄを画素部分と画素外部分とで異ならせ、画素外部分の光透過率が、画素部分のオフ時の光透過率に比べて実質的に同等以下となるようにされたことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】液晶層での電圧非印加時の液晶の屈折率異方性（△ｎ）と液晶の厚み（ｄ）との積△ｎ・ｄが液晶層の画素部分の△ｎ1 ・ｄ11で０．４〜１．５μｍとされ、液晶層と偏光板との間の少なくとも一方に少なくとも１枚の主屈折率の関係がｎx ＞ｎz ＞ｎy の複屈折板であって、合計の複屈折板の△ｎ2 ・ｄ2 が、０．６×△ｎ1 ・ｄ11＜△ｎ2 ・ｄ2 ＜１．１×△ｎ1 ・ｄ11であり、さらに液晶層の画素外部分の△ｎ1 ・ｄ12との関係が、０．９×△ｎ2 ・ｄ2 ＜△ｎ1 ・ｄ12≦△ｎ1 ・ｄ11となるような複屈折板を配置したことを特徴とする液晶表示素子。
【図１】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図２】
【図５】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開平６−１３８４３６
【公開日】平成６年（１９９４）５月２０日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−３０９３３９
【出願日】平成４年（１９９２）１０月２３日
【出願人】（０００１０３７４７）オプトレックス株式会社 (843)
【公開日】平成６年（１９９４）５月２０日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）１０月２３日
【出願人】（０００１０３７４７）オプトレックス株式会社 (843)
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