JPH01138536A - Liquid crystal display element - Google Patents
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- JPH01138536A JPH01138536A JP29611487A JP29611487A JPH01138536A JP H01138536 A JPH01138536 A JP H01138536A JP 29611487 A JP29611487 A JP 29611487A JP 29611487 A JP29611487 A JP 29611487A JP H01138536 A JPH01138536 A JP H01138536A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
[産業上の利用分野]
本発明は、高密度表示に適した液晶表示素子に関するも
のである。
[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、高密度のドツトマトリク
ス表示をする方法として、スーパーツイスト素子 (T
、 J、 5chefferand J、 Nehr
ing、 Appl、、 Phys、、 Lett、
45+1011021−1023 (19841)が
知られていた。
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[1,13〜1.2μmの間にあり(特開昭60−
10720号)、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ーと組み合せて
、マルチカラー又はフルカラー表示ができない欠点があ
った。
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、は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、 5chadteL al’、 Ap
pl、 Phys、 LetL、 50(5)、
+987゜9.236 )
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7た。
[9!明の解決しようとする問題点]
本発明の目的は、従来技術の有していた前述の特有色を
有する欠点を解消して、白黒に近い表示を実現するとと
もに、特に、視野角特性に優れた明るくコントラスト比
の高い液晶表示素子を得ることを目的とするものである
。
さらに、微細なカラーフィルター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様な、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し
ようとするものである6
[問題点を解決するための手段1
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、はぼ平行に配置され配向制御膜を有する一対の基板
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第1の液晶層と、該第1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手
段と、該第1の液晶層とは別に配向制御膜を有する一対
の基板間に挟持された旋光性物質を含有したネマチック
液晶による第2の液晶層とを有し、それらの液晶層の外
側に一対の偏光板を設置した液晶表示素子において、第
1の液晶層が観察者に対して手前側に設置され、第1の
液晶層での液晶の屈折率異方性Δn、と液晶層の厚みd
nとの積Δn1・dIが0.7〜2.0μmとされ、第
1の液晶層の第2の液晶層に近接する液晶分子の長軸方
向と第2の液晶層の第1の液晶層に近接する液晶分子の
長軸方向とがほぼ直交し、液晶層を挟持する基板間での
液晶分子のねじれ角が、第1の液晶層では200〜30
0°とされ、第2の液晶層では第1の液晶層とは逆向き
であってほぼ等しいねじれ角とされ、かつそれら2つの
液晶層の外側に配置された一対の偏光板の偏光軸の交差
角を60〜+20°とするように配置され、さらに観察
者に対して手前側に設置された偏光板の偏光軸の方向が
、観察者に最も近い液晶分子の長軸方向に対して、第1
の液晶層のら旋方向が左ら旋である場合には時計方向に
、第1の液晶層のら旋方向が右ら旋である場合には反時
計方向に30〜6[1”だけずらして配置されたことを
特徴とする液晶表示素子を提供するものである。
本発明では液晶層が2層とされる。
まず、その1つの層である第1の液晶層を構成する第1
の液晶セルは、従来のスーパーツイスト液晶表示素子の
液晶セルと同じ構成のセルであり、電極群が対向してお
り、これにより各ドツト毎にオンオフを制御可能とされ
る。この第1の液晶層のツイスト角は約200〜300
゛ とされる。
具体的には、は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2
00〜300@ とすれば良い。
本発明では、上記第1の液晶層に隣接して第2の液晶層
を積層する。この第2の液晶層は、第1の液晶層とほぼ
同じツイスト角で、かつそのらせん方向が逆であるネマ
チック液晶層とされれば良い、この第2の液晶層の両側
の基板には、電極が形成されていてもよいし、されてい
なくてもよい。
ここで、第1の液晶層は観察者に対して手前側に設置さ
れる。これは、第1の液晶層を観察者側に対して、第2
の液晶層の下に設置した場合と比べて正面から観察した
場合には何ら差違は認められないが、低視角方向から観
察した場合にはコントラスト比の低下が少なく、視野角
特性にすぐれた表示が得られるからである。
また1両液晶届の隣接した液晶分子の長軸をほぼ直交す
るように配置する。即ち、第1の液晶層の第2の液晶層
に近接する液晶分子の長軸方向と第2の液晶層の第1の
液晶層に近接する液晶分子の長軸方向とが、はぼ直交す
るように配置すればよい、具体的には、3枚基板で2層
の液晶層を構成する場合には、中央の基板の配向処理方
向が両面で直交するようにされればよい、また、4枚基
板で構成する場合には、積層される中間の2枚の基板の
配向処理方向が直交するようにされればよい。
この第2の液晶層に使用されるネマチック液晶は、第2
の液晶層を挟持する基板に電極が設けられない場合には
、電気的に分子配列方向を制御する必要がないので、液
晶の誘電異方性が正でなくても使用可能である。また、
液晶表示素子を使用時にこの第2の液晶層を挟持する基
板の電極に電圧を印加して使用する場合には、第2の液
晶層の液晶も、その誘電異方性が正のネマチック液晶を
使用する。
本発明では、これら第1の液晶層と第2の液晶層の液晶
の屈折率異方性(Δn)とその液晶層の厚み(d)との
積Δn−dが次のようにされる。
第1の液晶層ではΔnl 6 d+= 0.7〜2.0
μmとされる。これは、0.7μm未満では1表示のネ
ガ/ポジが反転しない視野角の範囲及び透過率が充分に
得られないからである。また、2.0μmを越えると、
偏光板の配置を調整しても背景色に若干の黄色味が残り
、また透過率も充分に得られないからである。
特に、広視野角及び表示色の無彩色化が厳しく要求され
る用途では、第1の液晶層のΔn1・dlは 0.8〜
1.5μmとされることが好ましい。
なお、このΔn2・dt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・dn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。
第2の液晶層ではΔn8・daは第1の液晶層に時分割
駆動時の非選択電圧あるいは選択電圧を印加した際の液
晶分子の液晶層に平行な面に対する平均的傾き角θの液
晶層の厚み方向の平均θXIの余弦の2乗(cos2(
θx、))と第1の液晶層のΔn、・dnとの積Δn1
・d+−cos2(θx2) と、使用時における第
2の液晶層の液晶分子の液晶層に平行な面に対する傾き
角θ3の液晶層の厚み方向の平均θス、の余弦の2乗(
cos” (θXオ))と第゛2の液晶層のΔn8・d
2との積Δn2・d2・cos2(θx2)とがほぼ等
しくなるようにされる。
即ち、
を満足するようにされる。
即ち、第1の液晶層に時分割駆動時の非選択電圧を印加
した際にほぼ等しくされると、この状態での第1の液晶
層での液晶層の厚み方向の平均的傾き角はθ、であり、
を満足するようにされる。この状態で、この液晶表示素
子は第1の液晶層の選択電圧印加部分が白く光が透過し
、他の部分が黒くなる、所謂ネガ表示となる。
また、第1の液晶層に時分割駆動時の選択電圧を印加し
た際にほぼ等しくされると、この状態での第1の液晶層
での液晶層の厚み方向の平均的傾き角はθ81であり、
を満足するようにされる。この状態で、この液晶表示素
子は第1の液晶層の選択電圧印加部分が黒くなり、他の
部分は白く光が透過し、所謂ポジ表示となる。
ここで、第2の液晶層に使用時に電圧が印加されないタ
イプの場合には、第2の液晶層の液晶分子はほぼ水平に
近く寝ているため、第2の液晶層のΔn1・d3は、第
1の液晶層のΔn1−d1・ cos” (θXI)
とほぼ等しくなるようにされるようにされればよい。
即ち、ネガ表示の場合には、第2の液晶層のΔn1・d
sは、第1の液晶層のΔn1−dl−CO83(θII
)とほぼ等しくなるようにされるようにされればよい。
具体的には、Δn、・dlが0.7〜2.0μmの範囲
では、第1の液晶層をl7600デユーテイ以下で駆動
する場合には、第2の液晶層のΔn2・d冨は第1の液
晶層のΔn1・dtよりも 1〜20%小さくすること
が、表示品位の良い表示素子が得られるので好ましい、
特に、第2の液晶層のΔn2・d2を第1の液晶層のΔ
n1−dnよりも3〜15%小さくすることが好ましい
。
逆に、ポジ表示の場合には、第2の液晶層のΔna”d
aは、第1の液晶層のΔn1・dl−CO82(θ1)
とほぼ等しくなるようにされるようにされればよい。
具体的には、Δn2・dnが0.7〜2.0μmの範囲
Tは、第1の液晶層を 17600デユーテイ以下で駆
動する場合には、第2の液晶層のΔn、・d3は第1の
液晶層のΔ口、・dnよりも25〜90%小さくするこ
とが、表示品位の良い表示素子が得られるので好ましい
、特に、第2の液晶層のΔn3・d2を第1の液晶層の
Δn+−d+よりも30〜75%小さくすることが好ま
しい。
また、第2の液晶層に使用時に電圧が印加されるように
して、使用することもできる。
このタイプの場合には、第2の液晶層に用いられるネマ
チック液晶の誘電異方性は正とされる。さらに電圧非印
加時の第2の液晶層のΔns。
’daが第1の液晶層のΔrL+−dx” cos2
(θx+)よりも大きくされる。
そして第2の液晶層に電圧を印加するために第2の液晶
層を挟持する上下の基板の液晶層に近接する面に透明電
極が形成され、これらの透明電極間に電圧を印加する手
段を設ける。
これら第2の液晶層の両側の透明電極間に電圧を印加す
ることにより、第2の液晶層°の液晶分子をある程度室
たせる。この印加電圧は、通常は時分割駆動の非選択電
圧あるいは選択電圧が印加される。これは第1の液晶層
の駆動に使用される非選択電圧あるいは選択電圧が容易
に得られるため、これを流用することができるためであ
り、液晶分子の所望の傾き角が得られれば、他の電圧で
あってもよい。
これにより、第2の液晶層の液晶分子がかなり立ち上が
り、液晶層に平行な面に対する傾き角θ3を生じる。
ポジ表示を行うためには、この液晶層の厚み方向の平均
θx8の余弦の2乗(cos2(θx2))と第2の液
晶層のΔn、・d2との積Δn、・dn・ cos2(
θxi2が、該第1の液晶層の選択電圧印加時のΔn+
” d+・ cos” (θ8.)にほぼ等しくされ
るようにされればよい。
これにより、第1の液晶層に選択電圧を印加した場合に
、液晶表示素子に垂直に入射した直線偏光は、2層の液
晶層を通過した後においても波長によらずほぼ完全な直
線偏光として観察されることとなり、観察者側の偏光板
を透過光の偏光方向にほぼ直交して設置することにより
、その光の透過率をほぼ0とすることができる。
一方第1の液晶層に非選択電圧を印加した場合には、前
述の関係のΔr++・d+−cos2(θx、)に関す
る関係が破れるため、透過光の偏光状態は波長によって
主軸方向が異なるだ円偏光となり、透過光が観察される
。
このように選択時に透過率を0に近くすることができ、
非選択時に光が透過してくるので、コントラスト比の大
きなポジ型液晶表示素子を得ることができる。さらに、
一対の偏光板の偏光軸がほぼ直交していれば上記の関係
は満たされるので、一対の偏光板の偏光軸をほぼ直交状
態で、第1の液晶層に非選択電圧を印加した際の透過光
がより効果的に無彩色化される向きに一対の偏光板の偏
光軸を設にするようにすることにより、はぼ白黒の表示
が得られる。
同様にして、ネガ表示を行う場合には、第2の液晶層の
液晶分子の液晶層に平行な面に対する傾き角θ3の液晶
層の厚み方向の平均Ox+tの余弦の2乗(cos2(
θx2))と第2の液晶層のΔn8・dnとの積Δns
” dm’cos2(θxs)が、該第1の液晶層の非
選択電圧印加時のΔn1・d+−cos2(θ)l)に
ほぼ等しくされるようにされればよい。
第1の液晶層のツイスト角は約200〜300゜とされ
る、これは、200°未満では高デユーテイでの時分割
駆動をした際のコントラストの向上が少なく、 300
°を越えるとドメインを生じ易いためである。
第2の液晶層のツイスト角は、第1の液晶層のツイスト
角にほぼ等しく逆向きにされるが。
±20°程度の差であれば、特別な変更をしなくても、
はぼ同様の効果が得られる。
なお、第1の液晶層のツイスト角と第2の液晶層のツイ
スト角とに差を付けた場合には。
Δn−dn中央の基板の両面の配向方向の交差角、偏光
板の偏光軸の交差角等を調整して、白黒に近い表示にす
ることが可能である。具体的には、第2の液晶層のツイ
スト角を小さくした場合には、第2の液晶層のΔn3・
d2をやや大きく、逆に第2の液晶層のツイスト角を大
きくした場合には、第2の液晶層のΔn2・dnをやや
小さくし、かつ、中央の基板の両面の配向方向の交差角
を直交からずらしたり、偏光板の偏光軸の交差角を直交
からずらしたりして、最適化することにより、本発明よ
りは劣るが、本発明に近いコントラストの白黒表示がで
きる。
さらに、第1の液晶層と第2の液晶層の液晶のネマチッ
ク−等方相相転移温度(T、I)を、はぼ等しくするこ
とにより、両方の液晶の屈折率異方性(Δn)の温度異
存性をほぼ等しくすることができ、広い温度範囲にわた
ってフントラスト比の高い白黒表示が得られる。
この2層の液晶層は夫々側の基板に挟持されて、4枚の
基板を使用して2つの液晶セルを形成し、これを積層し
て用いてもよいし、3枚の基板を使用して2層の液晶層
を挟持するようにしてもよい。
本発明では、第2の液晶層は電極を形成しなくてもよい
し、形成したとしてもベタ電極で良いため、位置合わせ
等の問題を生じないので、容易に3枚の基板を使用して
2層の液晶層を挟持するようにすることができる。
本発明では、この2層の液晶層の外側に一対の偏光板が
配置される。
これら一対の偏光板の偏光軸は、はぼ直交するように配
置されるが、最適な貼り付は角は第I及び第2の液晶層
のΔn−dの値及びそれらの整合度に依存するため、実
際には60〜+20゜の範囲で偏光軸の交差角を変化さ
せ、最適化すればよい、このため、第1及び第2の液晶
層のΔn−dとcos” (θX)との積の値が整合し
ていれば、一対の偏光板の偏光軸は直交するように配置
されることが好ましく、より白黒に近く。
かつコントラスト比の高い表示が得られる。
さらに、観察者に対して手前側に設置された偏光板の偏
光軸の方向が観察者に最も近い液晶分子の長軸方向に対
して、第1の液晶層のら旋方向が左ら旋である場合には
、時計方向に、第1の液晶層のら旋方向が右ら旋である
場合には反時計方向に30〜60°だけずらして設置す
る。
特に、35〜55°ずらずことが好ましい。このため他
の偏光板は手前側の偏光板と、偏光軸の交差角が60〜
1201 となるように配置されることが好ましい。特
に、第1及び第2の液晶層のΔn−dとcos” (θ
X)との積の値が整合していれば、前述の如く、これら
の偏光板の偏光軸はほぼ直交するように配置されること
が好ましい。
これは、手前側の偏光板の偏光軸の方向の液晶分子の長
軸方向からのずれが30°よりも小さい場合や、60°
を越えた場合には非選択電圧を印加したセグメントの透
過率が充分に得られず、全体に暗い表示となるためであ
る。
また、このような場合、表示の色相の黄色味が強くなっ
たり、あるいは青色味な帯びてきたりして無彩色になら
ないという問題点を生じる。
このため、観察者に対して手前側に設置された偏光板の
偏光軸の方向が観察者に最も近い液晶分子の長軸方向に
対して、第1の液晶層のら旋方向が左ら旋である場合に
は時計方向に、第1の液晶層のら旋方向が右ら旋である
場合には反時計方向に30〜60°だけずらして設置さ
れる。
ここで、一対の偏光板を90°回転させ、偏光軸の液晶
分子に対するずれの方向を逆に設定した場合にも、法線
方向から観察した場合には何ら光学的な差異は認められ
ない。しかし、この場合には視野角特性の点で不利とな
るため、前述のような構成とすることが視野角特性に優
れた白黒表示を得る上で好ましい。
本発明の液晶表示素子の電圧無印加時における液晶分子
の長軸、及び偏光板の偏光軸の相対位置を第1図及び第
2図に示した。
第1図は本発明による液晶表示素子を模式的に現わした
斜視図であり、第2図(A)(B)は、夫々上から見た
第1図の上側の第1の液晶セル及び下側の第2の液晶セ
ルの液晶分子の長「+i+h方向と隣接する偏光板の偏
光軸の相対位置を示した平面図である。
図において1.2は上下に貼付ける偏光板、3は電圧印
加により具体的に文字等を表示する第1の液晶セル4は
電圧印加をしないか、またはベタ電極を設は全体に電圧
を印加する第2の液晶セルを示している。5は上側の偏
光板1の偏光軸、6は下側の偏光板2の偏光軸、7は第
1の液晶セルの上側の液晶分子の長軸方向、8は第1の
液晶セルの下側の液晶分子の長軸方向、9は第2の液晶
セルの上側の液晶分子の長軸方向、10は第2の液晶セ
ルの下側の液晶分子の長軸方向を示している。
本発明では、この両液晶層の隣接した液晶分子の長軸が
ほぼ直交する、即ち、第1の液晶セルの下側の液晶分子
の長軸方向8と第2の液晶セルの上側の液晶分子の長軸
方向9とのなす角ψがほぼ90@ とされる。
また、この例のように一対の偏光板の偏光軸5.5はほ
ぼ直交するようにされていることが好ましい。
さ、らにこの場合、上側の偏光板lの偏光軸5は、観察
者に最も近い液晶分子の長軸方向、即ち、上側の第1の
液晶セル3の上側の液晶分子の長軸方向7に対して反時
計回りにα、=はぼ50°の角をなす方向に配置され、
下側の偏光板2の偏光軸6は、この上側の偏光板lの偏
光軸5とほぼ直交する方向に配置される。即ち、下側の
偏光板2の偏光軸6は、観察者から最も遠い液晶分子の
長軸方向lOに対して同じく反時計回りにα2=はぼ5
0°だけずらした方向に配置されることとなる0本発明
では、この角度α。
及びα2が30〜60°とされる。
本発明では、この第1の液晶層と第2の液晶層とが、前
記(])式を満足するようにされている。
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。
また、上記例では、上に配置した第1の液晶層を右らせ
んとし、下に配置した第2の液晶層を左らせんとしたが
、上下のらせんの組み合わせは、この逆としてもよい。
第3図及び第4図に本発明の具体的例の断面図を示す。
第3図は、第2の液晶層には電極が設けられていない例
を示している。
第3図において、21は電圧印加により具体的に表示を
行う 200〜300@ツイストの第1の液晶セル、2
2はだ円偏光を補正する逆ねじれの第2の液晶セルを示
している。
23a、 23bは第1の液晶セルを構成するプラスチ
ック、ガラス等の基板、24a、 24bはその内面に
形成されたI T O(Inm0*−SnOm) 、
SnOm等の透明電極、25a、 25bはポリイミド
、ポリアミド等の膜をラビングしたり%SiO等を斜め
蒸着したりして形成した配向制御膜、 26a、 26
bは透明電極と配向制a膜の間に基板間短絡防止のため
に必要により設けられるTi0m、 5ins、Ale
’s等の絶縁膜、27aはこれら2枚の基板24a、
24bの周辺をシールするためのシール材、28aはそ
の間に封入された誘電異方性が正のネマチック液晶を示
しており、配向制御膜25a、 25bの配向処理方向
及び液晶のピッチは200〜300°ツイストとなるよ
うにされている。
23c、 23dは第2の液晶セルを構成する基板、2
5c、 25dは配向制御膜、27bはシール材、28
bはその間に封入されたネマチック液晶を示しており、
配向制御膜25c、 25dの配向処理方向及び液晶の
ピッチは第1の液晶層とは逆ねじれてほぼ同一の角度の
ツイストとなるようにされている。この例においては、
第2の液晶セルには電圧が印加されないので、液晶のし
きい値特性な鋭くする必要がなく、通常のスーパーツイ
スト液晶表示素子に要求されるような高ティルト角は必
要とされない。
この第1の液晶セルの第2の液晶セル側の液晶分子の長
軸方向と、第2の液晶セルの第1の液晶セル側の液晶分
子の長軸方向とはほぼ直交するように、夫々配向処理さ
れている。
これらの2つの液晶層の外側に一対の偏光板29a、
29bが配置され、それらの偏光軸の交差角を60〜+
20@、好ましくはほぼ直交するように配置する。特に
、観察者に対して手前側に設置された、即ち、この図に
おいては上側に設置された偏光板29aの偏光軸の方向
が観察者に最も近い配向制御膜25aの液晶分子の長軸
方向に対して第1の液晶層のら旋が左ら旋である場合に
は時計方向に、第1の液晶層のら旋方向が右ら旋である
場合には反時計方向に30〜60’だけずらして設置さ
れるようにされている。この場合、一対の偏光板の偏光
軸がほぼ直交状態にされることにより、裏側の偏光板2
9bの偏光軸の方向が観察者に最も遠い配向制御膜25
dの液晶分子の長軸方向に対してやはり時計方向、ある
いは反時計方向に30〜60°だけずらして設置される
こととなる。
30は第1の液晶セルに電圧を印加するための手段であ
る駆動回路、31は光源である。
この例においては、第2の液晶セルには電圧を印加しな
いので、透明電極、絶縁膜が形成されていなく、駆動回
路も設けられていない。
この場合には、第2の液晶層に使用時に電圧が印加され
ないので、第2の液晶層の6口、・d。
は、第1の液晶層の非選択電圧印加時(ネガ表示)ある
いは選択電圧印加時(ポジ表示ΣのΔn1・dn・ c
og” (θx’+)とほぼ等し≧なるようにされるよ
うにされればよい。
第4図は、第2の液晶層にも電極が設けられて、使用時
にある程度電圧が印加される例を示している。
第4図において、41は電圧印加により具体的に表示を
行う 200〜300°ツイストの第1の液晶セル、4
2はだ円偏光を補正する逆ねじれの第2の液晶セルを示
している。
43a、 43bは第1の液晶セルを構成するプラスチ
ック、ガラス等の基板、 44a、44bはその内面
に形成されたI T O(10101−Sn01) 、
5n01等の透明電極、45a、 45bはポリイミド
、ポリアミド等の膜をラビングしたり、Si口等を斜め
蒸着したりして形成した配向制御膜、46a、 46b
は透明電極と配向制御膜の間に基板間短絡防止のために
必要により設けられるTiO□、Sio、、^18o1
等の絶縁膜、47aはこれら2枚の基板44a、 44
bの周辺をシールするためのシール材、48aはその間
に封入された誘電異方性が正のネマチック液晶を示して
おり、配向制御膜45a、 45bの配向処理方向及び
液晶のピッチは200〜300”ツイストとなるように
されている。
43c、 43dは第2の液晶セルを構成する基板、4
4c、 44dは全面ベタの透明電極、45c、 45
dは配向制御膜、46c、 46dは必要に応じて設け
られる絶縁膜、47bはシール材、48bはその間に封
入された誘電異方性が正のネマチック液晶を示しており
、配向制御膜45c、 45dの配向処理方向及び液晶
のピッチは第1の液晶層とは逆ねじれてほぼ同一の角度
のツイストとなるようにされている。
この例においては、第2の液晶セルには電圧が印加され
るが、細かくオンオフするのでないため、液晶のしきい
値特性が鋭いとΔn8・d2・cos” (θx、l
を調節する電圧マージンが小さくなるので1通常のスパ
ーツイスト液晶表示素子に要求されるような高ティルト
角は必ずしも必要とされない。
この第1の液晶セルの第2の液晶セル側の液晶分子の長
軸方向と、第2の液晶セルの第1のするように、夫々配
向処理されている。
これらの2つの液晶層の外側に一対の偏光板49a、
49bが配置され、それらの偏光軸の交差角を60〜1
20°、好ましくはほぼ直交するように配置する。この
例においても、観察者に対して手前側に設置された、即
ち、この図においては上側に設置された偏光板49aの
偏光軸の方向が観察者に最も近い配向制御膜45aの液
晶分子の長軸方向に対して第1の液晶層のら旋方向が左
ら旋である場合には時計方向に、第1の液晶層のら旋方
向が右ら旋である場合には反時計方向に3a〜60°だ
けずらして設置される。この場合、一対の偏光板の偏光
軸がほぼ直交状態にされることにより、裏側の偏光板4
9bの偏光軸の方向が観察者に最も遠い配向制御膜45
dの液晶分子の長軸方向に対してやはり時計方向、ある
いは反時計方向に3D〜50°だけずらして設置される
こととなる。
50a、 50bは夫々第1の液晶セル、第2の液晶セ
ルに電圧を印加するための手段である駆動回路、51は
光源である。
この場合には、第2の液晶層に使用時に電圧が印加され
るので、電圧印加時の第2の液晶層のΔn、・dn・
cos” (θxs2が、ポジ表示の場合には選択電圧
印加時の第1の液晶層のΔn、・dl・ cos” (
θ31)にほぼ等しくされ、ネガ表示の場合には非選択
−電圧印加時の第1の液晶層のΔn1・dl−cog2
(θ3.)にほぼ等しくされるようにされればよい。
この第2の液晶に印加される電圧は、八〇・dとcot
” (θX)の積がほぼ等しくなるような電圧であれば
良く、実際にはセルの製造時のバラツキもあるので、各
液晶表示素子毎に適宜調整することが好ましい。
本発明において、液晶セルを構成する基板は光学的に等
方的な透明基板であればよく、ガラス、プラスチック等
が使用可能である。
この内、具体的な内容の表示を行う第1の液晶セルを構
成する基板には、電極が形成されており、所望の電極間
に電圧を印加することにより液晶をオンオフして表示を
行う、この電極としては通常I T O,SnO,等の
透明電極及びこれに必要に応じて組み合わされたAI、
Cr、Ti等の低抵抗リードが使用でき、所望のバター
ニングがされる。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たドツトマトリックス液晶表示素子
があり、一方の基板に640本のストライブ状の電極が
形成され、他方の基板にこれに直交するように400本
のストライブ状の電極が形成され、640X 400
ドツトのような表示がなされる。
液晶分子を配向させるための処理は、公知のラビング法
、斜め蒸着法等が使用でき、必要に応じて、電極上にS
iO□、Tin、、A11as等の無機材料の短絡防止
様の絶縁膜及び/又はポリイミド、ポリアミド等の有機
材料の膜を形成した後に配向処理されればよい。
なお5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、高デユーテイ駆動でも、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。
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。
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。
上記説明では、2層の液晶層を構成するために4枚の基
板を使用したが、中間の2枚の基板を1枚の基板で代用
しても良いことは明らかである。
また、色を完全に白黒化する必要がある場合には1色を
補正するためのカラーフィルターを併用したり、特定の
波長分布を有する照明を用いたりしてもよい。
本発明の液晶表示素子は、ポジ表示を行う場合、白い背
景に黒色の表示となるため5反射型で使用されることが
多いが、透過型で使用することも可能である。
逆に、ネガ表示を行う場合、黒色の背景に白色の表示と
なるため、透過型で使用されることが多いが、反射型で
使用することも可能である。
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により、表示のコントラスト比を
高めることができる。さらに、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。
[作用1
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。
即ち、第1の液晶層に選択電圧が印加されている状態に
おいて、偏光板を透過してほぼ完全に直線偏光化された
光が第1の液晶層を透過すると、だ円偏光の状態となる
が、このだ円偏光が第1の液晶層を透過することで、第
2の液晶層に入射する前の直線偏光の状態に近づけられ
る。
この場合、第1の液晶層と第2の液晶層とが、逆向きで
あってほぼ等しいねじれ角とされ、かつ第2の液晶層で
はΔn鵞・d3は第1の液晶層に時分割駆動時の選択電
圧を印加した際のΔn+−dt’ cos2(θス、
) と、使用時における第2の液晶層のΔn3・d3・
cos2(θxs)とがほぼ等しくなるようにされるこ
とにより、はぼ完全に直線偏光に戻されることになる。
本発明に示されるような2層の液晶層を用いた場合のこ
のような効果は、光学的に一軸異方性を有する薄層など
の媒質を、その先軸が互いに直交するように積層させた
場合、見かけ土兄学的異方性を失うという事実に基づい
ている。
このようにほぼ直線偏光に戻された出射光に対して、そ
の入射側の偏光板の偏光軸と直交する方向に出射側の偏
光板の偏光軸を設けることにより、透過光が吸収され、
黒色化する。
一方、第1の液晶層に非選択電圧が印加された状態また
は背景の電圧の印加されていない状態においては、第1
の液晶層の液晶分子の配列が変わり、出射側に配置され
た偏光板を両液晶層を通過した光が通過することとなる
ので、非選択電圧印加部(電気的に非選択とされたセグ
メント部)または背景部が白色化し、結果として白と黒
との表示色のポジ型表示とになる。
また、同様な原理により、第2の液晶層のΔn□・dn
・cos” (θxt)が第1の液晶層の時分割駆動時
の非選択電圧を印加した際のΔn+ ” d+・ co
s” (θ、1)と、使用時における第2の液晶層のΔ
n2・dn・cos2(θxt)とがほぼ等しくなるよ
うにすることにより、白黒のネガ表示が得られる。
また5本発明においては、第1の液晶層での液晶のΔn
1・d+を0.7〜2.0μmとすることにより、視野
角特性に優れた表示が得られる。
これにより、従来のスーパーツイスト液晶表示素子が黄
緑色と暗青色、青紫色と淡黄色等特定の色相の組み合せ
でのみ良好なコントラストを示したのに対し、本発明で
は、明るく鮮明な白黒表示でさらに視野角特性に優れた
高コントラスト比の表示が可能となる。
本発明では1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。
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、この外液量テレビ、魚群探知器、
レーダー、オシロスコープ、各種民生用ドツトマトリッ
クス表示装置等白黒表示、カラー表示をとわず種々の用
途に使用可能である。[Industrial Application Field] The present invention relates to a liquid crystal display element suitable for high-density display. [Conventional technology] Conventionally, by increasing the twist angle of liquid crystal molecules between both electrodes,
A super twist element (T
, J., 5chefferand J., Nehr.
ing, Appl, Phys, Lett,
45+1011021-1023 (19841) was known. However, in this method, the value of the product Δn-d of the birefringence Δn of the liquid crystal of the liquid crystal display element used and the thickness d of the liquid crystal layer is substantially between [1.13 and 1.2 μm (JP-A 1986-
No. 10720), good contrast was obtained only with specific combinations of hues, such as yellow-green and dark blue, bluish-violet and pale yellow, as display colors. As described above, since this liquid crystal display element could not perform black and white display, it had the disadvantage that it could not perform multicolor or full color display when combined with a microcolor filter. On the other hand, a method has been proposed that uses a similar method and sets the product Δn-d of the liquid crystal's birefringence and thickness to a small value of around 0.6 μm, thereby providing a display that is close to white and black. There is. (M, 5chadteL al', Ap
pl, Phys, LetL, 50(5),
+987°9.236) However, when this method is used, the display is dark, the maximum contrast is not very high, and the display is bluish, resulting in a lack of clarity. [9! [Problems to be Solved by Light] The purpose of the present invention is to eliminate the disadvantage of the above-mentioned characteristic color that the prior art had, to realize a display close to black and white, and, in particular, to achieve an excellent viewing angle characteristic. The object of this invention is to obtain a liquid crystal display element that is bright and has a high contrast ratio. Furthermore, attempts are being made to form a fine color filter inside or outside the cell to realize mono-color, multi-color, or full-color display, as previously achieved with a normal 90@twist twisted nematic (TN) element. 6 [Means for Solving the Problems 1] The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. means for applying a voltage between a first liquid crystal layer made of a nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy and containing an optically active substance, and transparent electrodes of upper and lower substrates sandwiching the first liquid crystal layer; Separately from the first liquid crystal layer, there is a second liquid crystal layer made of nematic liquid crystal containing an optically active substance, which is sandwiched between a pair of substrates having an alignment control film, and a pair of polarized light is provided on the outside of these liquid crystal layers. In the liquid crystal display element in which the plate is installed, the first liquid crystal layer is installed in front of the viewer, and the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal in the first liquid crystal layer and the thickness d of the liquid crystal layer are
The product Δn1·dI of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer is 0.7 to 2.0 μm, and the long axis direction of the liquid crystal molecules adjacent to the second liquid crystal layer of the first liquid crystal layer and the first liquid crystal layer of the second liquid crystal layer The long axis direction of the liquid crystal molecules adjacent to the first liquid crystal layer is almost perpendicular to the long axis direction, and the twist angle of the liquid crystal molecules between the substrates sandwiching the liquid crystal layer is 200 to 30 in the first liquid crystal layer.
0°, and the second liquid crystal layer has a twist angle that is opposite to that of the first liquid crystal layer and is approximately the same, and the polarizing axes of a pair of polarizing plates placed outside these two liquid crystal layers. The direction of the polarization axis of the polarizing plate, which is arranged so that the intersection angle is 60 to +20 degrees, and which is placed in front of the viewer, is relative to the long axis direction of the liquid crystal molecules closest to the viewer. 1st
If the helical direction of the first liquid crystal layer is left helix, shift it clockwise, and if the first liquid crystal layer has a right helix, shift it by 30 to 6 [1"] counterclockwise. The present invention provides a liquid crystal display element characterized in that the liquid crystal layer is arranged in two layers.
The liquid crystal cell has the same structure as the liquid crystal cell of the conventional super twist liquid crystal display element, and has electrode groups facing each other, so that it is possible to control on/off for each dot. The twist angle of this first liquid crystal layer is approximately 200 to 300
It is said to be ゛. Specifically, a nematic liquid crystal with positive dielectric anisotropy containing an optically active substance is sandwiched between a pair of transparent electrode substrates arranged approximately parallel to each other, and the twist angle of the liquid crystal molecules between the two electrodes is set to 2.
It should be 00~300@. In the present invention, a second liquid crystal layer is laminated adjacent to the first liquid crystal layer. This second liquid crystal layer may be a nematic liquid crystal layer having approximately the same twist angle as the first liquid crystal layer and the opposite helical direction.The substrates on both sides of this second liquid crystal layer include: An electrode may or may not be formed. Here, the first liquid crystal layer is placed in front of the viewer. This means that the first liquid crystal layer is placed on the viewer's side, and the second liquid crystal layer is placed on the viewer's side.
There is no difference when viewed from the front compared to when the display is placed under the liquid crystal layer, but when viewed from a low viewing angle, the contrast ratio decreases less and the display has excellent viewing angle characteristics. This is because it can be obtained. Further, the long axes of adjacent liquid crystal molecules in one liquid crystal layer are arranged to be substantially perpendicular to each other. That is, the long axis direction of liquid crystal molecules in the first liquid crystal layer adjacent to the second liquid crystal layer and the long axis direction of liquid crystal molecules in the second liquid crystal layer adjacent to the first liquid crystal layer are approximately perpendicular to each other. Specifically, when configuring a two-layer liquid crystal layer with three substrates, the orientation treatment direction of the central substrate may be orthogonal on both surfaces; In the case of using a single substrate, the orientation processing directions of the two intermediate substrates to be stacked may be orthogonal to each other. The nematic liquid crystal used for this second liquid crystal layer is
When electrodes are not provided on the substrates that sandwich the liquid crystal layer, there is no need to electrically control the direction of molecular alignment, so the liquid crystal can be used even if the dielectric anisotropy is not positive. Also,
When using a liquid crystal display element by applying a voltage to the electrodes of the substrates sandwiching this second liquid crystal layer, the liquid crystal of the second liquid crystal layer is also a nematic liquid crystal whose dielectric anisotropy is positive. use. In the present invention, the product Δn-d of the refractive index anisotropy (Δn) of the liquid crystals of the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer and the thickness (d) of the liquid crystal layer is determined as follows. In the first liquid crystal layer, Δnl 6 d+ = 0.7 to 2.0
It is assumed to be μm. This is because if the thickness is less than 0.7 μm, it is not possible to obtain a sufficient viewing angle range and transmittance in which one display of negative/positive is not reversed. Also, if it exceeds 2.0μm,
This is because even if the arrangement of the polarizing plates is adjusted, a slight yellowish tinge remains in the background color, and sufficient transmittance cannot be obtained. In particular, in applications where wide viewing angles and achromatic display colors are strictly required, Δn1·dl of the first liquid crystal layer should be 0.8 to 0.8.
The thickness is preferably 1.5 μm. Note that this range of Δn2·dt is preferably satisfied within the operating temperature range of the liquid crystal display element, and a beautiful display can be obtained within the operating temperature range. Due to extreme performance requirements, only in a portion of the operating temperature range,
It is possible that this relationship may be satisfied. In this case, in a temperature range in which the range of Δn1·dn deviates from the above range, the display becomes colored and the viewing angle characteristics deteriorate. In the second liquid crystal layer, Δn8・da is the average tilt angle θ of the liquid crystal molecules with respect to the plane parallel to the liquid crystal layer when a non-selection voltage or selection voltage during time-division driving is applied to the first liquid crystal layer. The square of the cosine of the average θXI in the thickness direction (cos2(
Product Δn1 of θx, )) and Δn,・dn of the first liquid crystal layer
・d+-cos2(θx2) and the average θs in the thickness direction of the liquid crystal layer of the tilt angle θ3 of the liquid crystal molecules of the second liquid crystal layer with respect to the plane parallel to the liquid crystal layer during use, the square of the cosine (
cos” (θXo)) and Δn8・d of the second liquid crystal layer
2 and the product Δn2·d2·cos2(θx2) are made approximately equal. That is, the following is satisfied. That is, if the non-selective voltages applied during time-division driving to the first liquid crystal layer are made almost equal, the average tilt angle in the thickness direction of the first liquid crystal layer in this state is θ. , and is made to satisfy . In this state, the liquid crystal display element exhibits a so-called negative display in which the portion of the first liquid crystal layer to which the selective voltage is applied is white and light passes through it, and the other portions are black. Furthermore, if the selection voltages for time-division driving are applied to the first liquid crystal layer to be approximately equal, the average tilt angle in the thickness direction of the first liquid crystal layer in this state is θ81. Yes, and will be made to satisfy. In this state, in this liquid crystal display element, the portion of the first liquid crystal layer to which the selective voltage is applied becomes black, and the other portions are white and light passes through, resulting in a so-called positive display. Here, in the case of a type in which no voltage is applied to the second liquid crystal layer during use, the liquid crystal molecules in the second liquid crystal layer lie almost horizontally, so Δn1·d3 of the second liquid crystal layer is Δn1−d1・cos” (θXI) of the first liquid crystal layer
It suffices if it is made to be approximately equal to . That is, in the case of negative display, Δn1·d of the second liquid crystal layer
s is Δn1-dl-CO83(θII
) may be made to be approximately equal to. Specifically, when Δn,·dl is in the range of 0.7 to 2.0 μm, when the first liquid crystal layer is driven at a duty of 17600 or less, the Δn2·d of the second liquid crystal layer is equal to the first It is preferable to make it 1 to 20% smaller than Δn1·dt of the liquid crystal layer because a display element with good display quality can be obtained.
In particular, Δn2・d2 of the second liquid crystal layer is set to Δn2·d2 of the first liquid crystal layer.
It is preferable to make it 3 to 15% smaller than n1-dn. Conversely, in the case of positive display, Δna”d of the second liquid crystal layer
a is Δn1・dl-CO82(θ1) of the first liquid crystal layer
It suffices if it is made to be approximately equal to . Specifically, when the first liquid crystal layer is driven at a duty of 17,600 or less, the range T of Δn2・dn is 0.7 to 2.0 μm, and the second liquid crystal layer Δn,・d3 is the first liquid crystal layer. It is preferable to make Δn3·d2 of the second liquid crystal layer 25 to 90% smaller than dn of the first liquid crystal layer because a display element with good display quality can be obtained. It is preferable to make it 30 to 75% smaller than Δn+−d+. Further, it is also possible to use the second liquid crystal layer by applying a voltage during use. In this type of case, the dielectric anisotropy of the nematic liquid crystal used in the second liquid crystal layer is positive. Furthermore, Δns of the second liquid crystal layer when no voltage is applied. 'da is ΔrL+-dx of the first liquid crystal layer' cos2
(θx+). In order to apply a voltage to the second liquid crystal layer, transparent electrodes are formed on the surfaces close to the liquid crystal layer of the upper and lower substrates that sandwich the second liquid crystal layer, and a means for applying a voltage between these transparent electrodes is provided. establish. By applying a voltage between the transparent electrodes on both sides of the second liquid crystal layer, the liquid crystal molecules in the second liquid crystal layer are allowed to evaporate to some extent. This applied voltage is usually a non-selection voltage or a selection voltage driven in a time-division manner. This is because the non-selective voltage or selective voltage used to drive the first liquid crystal layer can be easily obtained and can be used for other purposes. The voltage may be as follows. As a result, the liquid crystal molecules of the second liquid crystal layer rise considerably, creating an inclination angle θ3 with respect to a plane parallel to the liquid crystal layer. In order to perform positive display, the product Δn,・dn・cos2(
θxi2 is Δn+ when the selection voltage is applied to the first liquid crystal layer
It is sufficient if it is made approximately equal to "d+·cos" (θ8.). As a result, when a selection voltage is applied to the first liquid crystal layer, the linearly polarized light incident perpendicularly to the liquid crystal display element becomes almost completely linearly polarized light regardless of the wavelength even after passing through the two liquid crystal layers. By placing the polarizing plate on the observer side substantially perpendicular to the polarization direction of the transmitted light, the transmittance of that light can be made almost zero. On the other hand, when a non-selective voltage is applied to the first liquid crystal layer, the above-mentioned relationship regarding Δr++・d+−cos2(θx,) is broken, so the polarization state of the transmitted light is an ellipse whose principal axis direction differs depending on the wavelength. The light becomes polarized and the transmitted light is observed. In this way, the transmittance can be made close to 0 when selecting,
Since light passes through when not selected, a positive liquid crystal display element with a high contrast ratio can be obtained. moreover,
The above relationship is satisfied if the polarization axes of the pair of polarizing plates are substantially orthogonal, so the transmission when a non-selective voltage is applied to the first liquid crystal layer with the polarization axes of the pair of polarizing plates substantially orthogonal By setting the polarization axes of the pair of polarizing plates in the direction where the light is more effectively achromatic, a nearly black and white display can be obtained. Similarly, when performing a negative display, the square of the cosine of the average Ox+t in the thickness direction of the liquid crystal layer (cos2(
Product Δns of θx2)) and Δn8・dn of the second liquid crystal layer
” dm'cos2(θxs) may be made approximately equal to Δn1·d+−cos2(θ)l) when a non-selective voltage is applied to the first liquid crystal layer. The twist angle is said to be approximately 200 to 300 degrees. This is because if it is less than 200 degrees, there will be little improvement in contrast when time-division driving is performed at high duty;
This is because domains are likely to occur if the temperature exceeds °. The twist angle of the second liquid crystal layer is approximately equal and opposite to the twist angle of the first liquid crystal layer. If the difference is about ±20°, there is no need to make any special changes.
You can get the same effect as Habo. Note that in the case where a difference is made between the twist angle of the first liquid crystal layer and the twist angle of the second liquid crystal layer. By adjusting the intersecting angle of the alignment directions of both sides of the substrate at the center of Δn-dn, the intersecting angle of the polarizing axes of the polarizing plate, etc., it is possible to obtain a display close to black and white. Specifically, when the twist angle of the second liquid crystal layer is made small, Δn3・
If d2 is made a little larger and the twist angle of the second liquid crystal layer is made larger, Δn2・dn of the second liquid crystal layer is made a little smaller, and the intersection angle of the alignment directions on both sides of the central substrate is made a little smaller. By optimizing the angle of intersection of the polarization axes of the polarizing plates by shifting them from orthogonality, a black-and-white display with a contrast similar to that of the present invention, although inferior to that of the present invention, can be achieved. Furthermore, by making the nematic-isotropic phase transition temperatures (T, I) of the liquid crystals in the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer approximately equal, the refractive index anisotropy (Δn) of both liquid crystals can be increased. It is possible to make the temperature dispersion of the images almost equal, and a black-and-white display with a high foot-last ratio can be obtained over a wide temperature range. These two liquid crystal layers may be sandwiched between substrates on each side, and four substrates may be used to form two liquid crystal cells, and these may be stacked and used, or three substrates may be used. Alternatively, two liquid crystal layers may be sandwiched between them. In the present invention, the second liquid crystal layer does not need to have an electrode, and even if it is formed, it can be a solid electrode, so problems such as alignment do not occur, so three substrates can be easily used. It is possible to sandwich two liquid crystal layers. In the present invention, a pair of polarizing plates is placed outside these two liquid crystal layers. The polarization axes of these pair of polarizing plates are arranged to be almost perpendicular to each other, but the optimum angle of attachment depends on the value of Δn-d of the I and second liquid crystal layers and the degree of alignment thereof. Therefore, in reality, the crossing angle of the polarization axes can be varied in the range of 60 to +20 degrees for optimization. Therefore, the difference between Δn-d and cos'' (θ If the product values are matched, it is preferable that the polarization axes of the pair of polarizing plates are arranged orthogonally, and a display that is closer to black and white and has a high contrast ratio can be obtained. If the direction of the polarization axis of the polarizing plate installed on the front side is left-handed with respect to the long axis direction of the liquid crystal molecules closest to the viewer, the helical direction of the first liquid crystal layer is left-handed. If the helical direction of the first liquid crystal layer is right-handed, the first liquid crystal layer is shifted counterclockwise by 30 to 60 degrees. In particular, it is preferably shifted by 35 to 55 degrees. For the polarizing plate, the intersection angle between the polarizing plate on the front side and the polarization axis is 60~
1201 is preferable. In particular, Δn-d and cos'' (θ
As mentioned above, it is preferable that the polarization axes of these polarizing plates are arranged to be substantially perpendicular to each other as long as the value of the product with X) matches. This may occur if the deviation of the polarization axis of the front polarizing plate from the long axis direction of the liquid crystal molecules is smaller than 30° or 60°.
This is because if the value exceeds 1, the transmittance of the segment to which the non-selective voltage is applied will not be sufficiently obtained, resulting in a dark display as a whole. Further, in such a case, there arises a problem that the hue of the display becomes more yellowish or bluish, making it impossible to obtain an achromatic color. Therefore, the direction of the polarization axis of the polarizing plate placed in front of the viewer is a left-handed helical direction of the first liquid crystal layer with respect to the long axis direction of the liquid crystal molecules closest to the viewer. If the helical direction of the first liquid crystal layer is right-handed, the first liquid crystal layer is shifted by 30 to 60 degrees counterclockwise. Here, even when the pair of polarizing plates are rotated by 90 degrees and the direction of deviation of the polarization axis with respect to the liquid crystal molecules is set in the opposite direction, no optical difference is observed when observed from the normal direction. However, in this case, there is a disadvantage in terms of viewing angle characteristics, so the above-mentioned configuration is preferable in order to obtain a monochrome display with excellent viewing angle characteristics. The relative positions of the long axes of the liquid crystal molecules and the polarization axes of the polarizing plates in the liquid crystal display element of the present invention when no voltage is applied are shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a liquid crystal display element according to the present invention, and FIGS. 2(A) and 2(B) respectively show the first liquid crystal cell on the upper side of FIG. It is a plan view showing the relative positions of the length of the liquid crystal molecules in the lower second liquid crystal cell in the +i+h direction and the polarizing axes of the adjacent polarizing plates. The first liquid crystal cell 4, which specifically displays characters, etc. by applying a voltage, is a second liquid crystal cell in which no voltage is applied, or a solid electrode is provided, and a voltage is applied to the whole. The polarizing axis of the polarizing plate 1, 6 the polarizing axis of the lower polarizing plate 2, 7 the long axis direction of the liquid crystal molecules on the upper side of the first liquid crystal cell, and 8 the longitudinal direction of the liquid crystal molecules on the lower side of the first liquid crystal cell. In the long axis direction, 9 indicates the long axis direction of the liquid crystal molecules on the upper side of the second liquid crystal cell, and 10 indicates the long axis direction of the liquid crystal molecules on the lower side of the second liquid crystal cell. The long axes of adjacent liquid crystal molecules in the layer are approximately orthogonal, that is, the long axis direction 8 of the liquid crystal molecules on the lower side of the first liquid crystal cell and the long axis direction 9 of the liquid crystal molecules on the upper side of the second liquid crystal cell are substantially perpendicular to each other. The angle ψ formed is approximately 90@. Also, as in this example, it is preferable that the polarization axes 5.5 of the pair of polarizing plates are approximately perpendicular to each other.Furthermore, in this case, the upper The polarization axis 5 of the polarizing plate l is α in the counterclockwise direction with respect to the long axis direction of the liquid crystal molecules closest to the observer, that is, the long axis direction 7 of the upper liquid crystal molecules in the upper first liquid crystal cell 3. = are arranged in a direction that makes an angle of approximately 50°,
The polarizing axis 6 of the lower polarizing plate 2 is arranged in a direction substantially perpendicular to the polarizing axis 5 of the upper polarizing plate l. That is, the polarization axis 6 of the lower polarizing plate 2 is similarly rotated counterclockwise with respect to the long axis direction lO of the liquid crystal molecules furthest from the observer.
In the present invention, this angle α is arranged in a direction shifted by 0°. and α2 is 30 to 60°. In the present invention, the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer are made to satisfy the above formula ( ). As a result, this liquid crystal display element is capable of black and white display with excellent viewing angle characteristics and a high contrast ratio. Further, in the above example, the first liquid crystal layer disposed on top is a right-handed spiral, and the second liquid crystal layer disposed below is a left-handed spiral, but the combination of upper and lower spirals may be reversed. FIGS. 3 and 4 show cross-sectional views of specific examples of the present invention. FIG. 3 shows an example in which the second liquid crystal layer is not provided with electrodes. In FIG. 3, 21 is a first liquid crystal cell of 200 to 300@twist that performs a concrete display by applying a voltage;
2 shows a second liquid crystal cell with reverse twist for correcting elliptical polarization. 23a, 23b are substrates made of plastic, glass, etc. that constitute the first liquid crystal cell; 24a, 24b are ITO (Inm0*-SnOm) formed on the inner surface;
Transparent electrodes such as SnOm, 25a, 25b are alignment control films formed by rubbing polyimide, polyamide, etc. films, or obliquely depositing %SiO, etc., 26a, 26
b is Ti0m, 5ins, Ale, which is provided between the transparent electrode and the alignment controlling a film as necessary to prevent short circuit between the substrates.
's etc. insulating film, 27a is these two substrates 24a,
A sealing material for sealing the periphery of 24b, 28a indicates a nematic liquid crystal with positive dielectric anisotropy sealed therebetween, and the alignment treatment direction of the alignment control films 25a and 25b and the pitch of the liquid crystal are 200 to 300. °It is designed to be twisted. 23c and 23d are substrates constituting the second liquid crystal cell;
5c, 25d are alignment control films, 27b is a sealing material, 28
b shows the nematic liquid crystal sealed between them,
The alignment treatment direction of the alignment control films 25c and 25d and the pitch of the liquid crystal are twisted in the opposite direction to that of the first liquid crystal layer, so that the twist angle is substantially the same. In this example,
Since no voltage is applied to the second liquid crystal cell, there is no need to sharpen the threshold characteristics of the liquid crystal, and there is no need for a high tilt angle as required for normal super twist liquid crystal display elements. The long axis direction of the liquid crystal molecules on the second liquid crystal cell side of the first liquid crystal cell and the long axis direction of the liquid crystal molecules on the first liquid crystal cell side of the second liquid crystal cell are respectively arranged so that they are substantially perpendicular to each other. Oriented. A pair of polarizing plates 29a are provided outside these two liquid crystal layers,
29b is arranged, and the intersection angle of their polarization axes is set to 60~+
20@, preferably arranged substantially orthogonally. In particular, the direction of the polarization axis of the polarizing plate 29a installed on the front side with respect to the viewer, that is, installed on the upper side in this figure, is the long axis direction of the liquid crystal molecules of the alignment control film 25a closest to the viewer. 30 to 60' clockwise when the first liquid crystal layer has a left-handed spiral, and 30 to 60' counterclockwise when the first liquid crystal layer has a right-handed spiral. It is arranged so that it is installed offset by a certain amount. In this case, by making the polarization axes of the pair of polarizing plates almost orthogonal, the polarizing plate 2 on the back side
The orientation control film 25 whose polarization axis direction 9b is farthest from the observer
It will also be placed offset by 30 to 60 degrees clockwise or counterclockwise with respect to the long axis direction of the liquid crystal molecules of d. 30 is a drive circuit which is means for applying voltage to the first liquid crystal cell, and 31 is a light source. In this example, since no voltage is applied to the second liquid crystal cell, no transparent electrode or insulating film is formed, and no drive circuit is provided. In this case, since no voltage is applied to the second liquid crystal layer during use, the second liquid crystal layer 6, d. is Δn1・dn・c of Σ when a non-selective voltage is applied to the first liquid crystal layer (negative display) or when a selective voltage is applied (positive display).
og"(θx'+). In FIG. 4, electrodes are also provided on the second liquid crystal layer, and a certain voltage is applied during use. An example is shown. In Fig. 4, 41 is a first liquid crystal cell with a twist of 200 to 300°, which performs a concrete display by applying a voltage;
2 shows a second liquid crystal cell with reverse twist for correcting elliptical polarization. 43a and 43b are plastic, glass, etc. substrates constituting the first liquid crystal cell; 44a and 44b are ITO (10101-Sn01) formed on the inner surfaces thereof;
Transparent electrodes such as 5n01, 45a, 45b are alignment control films 46a, 46b formed by rubbing a film of polyimide, polyamide, etc., or diagonally depositing Si ports, etc.
TiO□, Sio, ^18o1 are provided between the transparent electrode and the alignment control film as necessary to prevent short circuit between the substrates.
The insulating films 47a are these two substrates 44a, 44.
A sealing material 48a for sealing the periphery of b indicates a nematic liquid crystal with positive dielectric anisotropy sealed therebetween, and the alignment treatment direction of the alignment control films 45a and 45b and the pitch of the liquid crystal are 200 to 300. 43c and 43d are substrates constituting the second liquid crystal cell;
4c, 44d are solid transparent electrodes, 45c, 45
d is an alignment control film; 46c and 46d are insulating films provided as needed; 47b is a sealing material; 48b is a nematic liquid crystal with positive dielectric anisotropy sealed therebetween; The orientation process direction of 45d and the pitch of the liquid crystal are twisted in the opposite direction to that of the first liquid crystal layer so that the twist angle is approximately the same. In this example, voltage is applied to the second liquid crystal cell, but since it does not turn on and off finely, if the liquid crystal has a sharp threshold characteristic, Δn8・d2・cos” (θx, l
Since the voltage margin for adjusting the voltage is small, a high tilt angle as required for a normal supertwist liquid crystal display element is not necessarily required. The long axis direction of the liquid crystal molecules on the second liquid crystal cell side of this first liquid crystal cell is aligned in the same direction as the first direction of the second liquid crystal cell. A pair of polarizing plates 49a are provided outside these two liquid crystal layers,
49b is arranged, and the crossing angle of their polarization axes is set to 60~1
20 degrees, preferably substantially orthogonal. In this example as well, the direction of the polarization axis of the polarizing plate 49a, which is installed on the front side with respect to the viewer, that is, on the upper side in this figure, is the closest to the viewer. If the helical direction of the first liquid crystal layer is left helical with respect to the long axis direction, clockwise, and if the first liquid crystal layer has a right helical helical direction, counterclockwise. They are installed offset by 3a to 60°. In this case, by making the polarizing axes of the pair of polarizing plates almost orthogonal, the polarizing plate 4 on the back side
The orientation control film 45 whose polarization axis direction 9b is farthest from the observer
It will also be installed to be shifted clockwise or counterclockwise by 3D to 50 degrees with respect to the long axis direction of the liquid crystal molecules of d. 50a and 50b are drive circuits which are means for applying voltage to the first liquid crystal cell and the second liquid crystal cell, respectively; and 51 is a light source. In this case, since a voltage is applied to the second liquid crystal layer during use, Δn,・dn・
cos” (If θxs2 is a positive display, Δn,・dl・cos” of the first liquid crystal layer when the selection voltage is applied)
θ31), and in the case of negative display, Δn1・dl−cog2 of the first liquid crystal layer when a non-selected voltage is applied.
(θ3.). The voltage applied to this second liquid crystal is 80·d and cot
It is sufficient if the voltage makes the product of (θ The substrate constituting the first liquid crystal cell may be any optically isotropic transparent substrate, and glass, plastic, etc. may be used. The electrodes are formed, and display is performed by turning on and off the liquid crystal by applying a voltage between the desired electrodes.These electrodes are usually transparent electrodes such as ITO, SnO, etc., and as necessary. AI combined with
Low resistance leads such as Cr and Ti can be used and desired patterning can be achieved. A typical example of this is a dot matrix liquid crystal display device in which a large number of electrodes are formed in rows and columns, with 640 stripe-like electrodes formed on one substrate and stripes perpendicular to these electrodes on the other substrate. 400 strip-shaped electrodes are formed, 640 x 400
A dot-like display will appear. As a treatment for aligning liquid crystal molecules, known rubbing methods, oblique evaporation methods, etc. can be used, and if necessary, S is applied on the electrodes.
The orientation treatment may be performed after forming an insulating film of an inorganic material such as iO□, Tin, or A11as to prevent short circuits and/or a film of an organic material such as polyimide or polyamide. Note that in the present invention, since a display close to black and white can be obtained, a colorful display can be achieved by using a color filter in combination. In particular, it is possible to achieve a high contrast ratio even with high duty driving. Full-color gradation display is also possible, and it can also be used on LCD televisions. By forming this color filter on the inner surface of the cell, more precise color display is possible without causing deviation due to viewing angle. Specifically, it may be formed below the electrode or above the electrode. In particular, since the present invention enables bright display, it can be applied to either a transmissive type or a reflective type, and has a wide range of applications. In the above description, four substrates were used to constitute the two liquid crystal layers, but it is clear that one substrate may be used instead of the two intermediate substrates. Furthermore, if it is necessary to completely convert the color to black and white, a color filter for correcting one color may be used in combination, or illumination having a specific wavelength distribution may be used. When performing positive display, the liquid crystal display element of the present invention is often used as a 5-reflection type because it displays black on a white background, but it can also be used as a transmission type. Conversely, when performing negative display, the display is white on a black background, so a transmissive type is often used, but a reflective type can also be used. When used as a transmissive type, the contrast ratio of the display can be increased by covering the background portion other than the pixels with a light-shielding film formed by printing or the like. Furthermore, in addition to using a light-shielding film, it is also possible to perform reverse driving so as to apply a selection voltage to a portion that is not desired to be displayed. In addition to this, the present invention includes, within the scope that does not impair the effects of the present invention,
Various techniques used in ordinary liquid crystal display elements can be applied. [Operation 1] Although the principle of operation of the present invention is not necessarily clear, it can be estimated as follows. That is, when a selective voltage is applied to the first liquid crystal layer, when light that is almost completely linearly polarized through the polarizing plate is transmitted through the first liquid crystal layer, it becomes elliptical polarized light. However, by transmitting this elliptical polarized light through the first liquid crystal layer, the state of the elliptical polarized light can be approximated to that of linearly polarized light before entering the second liquid crystal layer. In this case, the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer are in opposite directions and have approximately the same twist angle, and in the second liquid crystal layer, Δn−d3 is time-divisionally driven to the first liquid crystal layer. Δn+−dt' cos2(θs,
) and Δn3・d3・of the second liquid crystal layer during use.
By making cos2(θxs) almost equal, the light is almost completely returned to linear polarization. Such an effect when using a two-layer liquid crystal layer as shown in the present invention can be achieved by laminating media such as thin layers having optical uniaxial anisotropy so that their front axes are perpendicular to each other. This is based on the fact that the apparent anisotropy is lost if the By arranging the polarization axis of the output side polarizing plate in a direction perpendicular to the polarization axis of the input side polarizing plate for the output light that has been returned to almost linearly polarized light in this way, the transmitted light is absorbed.
Turns black. On the other hand, in a state where a non-selective voltage is applied to the first liquid crystal layer or a state where no background voltage is applied, the first
The alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer changes, and the light that has passed through both liquid crystal layers passes through the polarizing plate placed on the output side. part) or the background part becomes white, resulting in a positive type display with display colors of white and black. Also, based on the same principle, Δn□・dn of the second liquid crystal layer
・cos” (θxt) is Δn+ ”d+・co when a non-selective voltage is applied during time-division driving of the first liquid crystal layer
s” (θ, 1) and Δ of the second liquid crystal layer during use.
A black and white negative display can be obtained by making n2·dn·cos2(θxt) approximately equal. Furthermore, in the present invention, Δn of the liquid crystal in the first liquid crystal layer
By setting 1·d+ to 0.7 to 2.0 μm, a display with excellent viewing angle characteristics can be obtained. As a result, while conventional super-twist liquid crystal display elements showed good contrast only in specific combinations of hues such as yellow-green and dark blue, bluish-purple and light yellow, the present invention provides bright and clear black and white display. Furthermore, display with a high contrast ratio and excellent viewing angle characteristics is possible. In the present invention, the time division characteristics are on the same level as those of super twist liquid crystal display elements, and as mentioned above, bright and clear black and white display is possible. Therefore, fine color filters of the three primary colors of red, green, and blue are installed on the inner surface of the cell, etc. By arranging them, it is possible to obtain a high-density multicolor liquid crystal display element. The liquid crystal display element of the present invention can be used for personal computers,
It is suitable as a display element for word processors, workstations, etc., but it is also suitable for external liquid level TVs, fish finders, etc.
It can be used for a variety of purposes, including radars, oscilloscopes, and various consumer dot matrix display devices, regardless of black and white display or color display.
次に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
実施例1
1枚目の基板として、ガラス基板上に設けられたTTO
透明電極をストライブ状にバターニングし、蒸着法によ
り5ins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ドし、これをラビン
グして配向制御膜を形成した基板を使用した。
2枚目の基板として、1枚目の基板とガラス基板上に設
けられたITO透明電極を1枚目の基板と直交するよう
にストライブ状にバターニングし、5ins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1
枚目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するとともに、電極の形
成されていないその裏側にもポリイミドのオーバーコー
トをし、これを表側のラビング方向と直交するようにラ
ビングして配向制御膜を形成した基板を使用した。
3枚目の基板として、電極の形成されていない単なるガ
ラス基板を使用し、ポリイミドのオーバーコートをし、
これをラビングして配向制御膜を形成した基板を使用し
た。
この3枚の基板の周辺をシール材でシールして、液晶を
注入する層を2つ形成した。
これらストライブ状にバターニングされたITo電極が
対向する第1の液晶層及び対向する電極が形成されてい
ない第2の液晶層に互いに逆ねじれの誘電異方性が正の
ネマチック液晶を注入して、注入口を封止した。
この時、第1の液晶層は240@ねじれの右らせん、第
2の液晶層は240°ねじれの左らせんとした。そのΔ
n−dは、第1の液晶層ではΔn、・dn=0.80μ
mとされ、第2の液晶層ではΔnx−d*=0.75.
umとした。
この液晶セルの両面に一対の偏光板を、その偏光軸が互
いに直交するように配置した。その際、観察者に対して
手前側に設置された偏光板の偏光軸は、観察者に最も近
い液晶分子の長軸方向に対して反時計回りに45#たけ
ずらして配置した。
この液晶表示素子を裏側に冷陰極放電管材のバックライ
トを配置して、 l/200デユーデイ、1/15バイ
アスで駆動した場合、視野角特性に優れた鮮明な白黒表
示が得られた。
この時、非選択電圧に相当するセグメントは白色、選択
電圧に相当するセグメントは黒色であり、いわゆるポジ
表示であり、コントラスト比は約30であった。
さらに、この液晶表示素子の第1の液晶層に印加する電
圧波形を1001(zの矩型波として、電圧対透過率を
測定したところ、非選択電圧を印加した状態における透
過率が29%であり、比較的白黒に近い表示が可能であ
るOMI素子について測定した結果である19%よりも
かなり高いものであり、本発明の実施例の液晶表示素子
が明るい表示が可能であることがわかった。
また、比較例として、第1の液晶層と第2の液晶層の上
下を入れ換え、一対の偏光板を90@回転させて配置し
た以外は、実施例1と同様にして液晶表示素子を作成し
、同様に駆動させたところ、コントラスト比はほぼ実施
例!と同等であったが、視野角特性は若干劣った表示が
得られた。このように、本発明によって1表示の色相を
無彩色化し、視野角特性に優れた白黒表示が得られるこ
とがわかった。
実施例2
実施例1の液晶表示素子において、第2の液晶層の両面
にも透明電極なベタ電橋で形成し、そのΔn−dは、第
1の液晶層ではΔ1.−dn=0.80μmとされ、第
2の液晶層ではΔn8・dx”0.90μmとした。
使用時には、この第2の液晶層にも電圧を印加するよう
にし、第1の液晶層の非選択電圧を印加した状態のΔn
I” dr ・cos2(θ2.)と、第2の液晶層に
電圧を印加した状態のΔn3・d3・cow” (θl
11) とがほぼ等しくなるようにした。
この結果、実施例1と同様の白黒表示が得られた。
また、第2の液晶層に印加する電圧を上げ、第1の液晶
層の選択電圧を印加した状態のΔn1・dn・ cos
” (θ、8)と、第2の液晶層に電圧を印加した状態
のΔn、・dn・cos2(θ33) とがほぼ等しく
なるようにしたところ、表示のネガ/ポジが反転し、広
視野角特性を有するポジ型の白黒表示が得られた。
実施例3.4
実施例1及び実施例2のツイスト角を260゜とした外
は、実施例1及び実施例2と同様にして液晶表示素子を
作成し、駆動したところ、コントラスト比がやや増加し
たことを除き、実施例1と同様の白黒表示が得られた。
実施例5.6
実施例I及び実施例2の液晶層を夫々別の基板で挟持す
るように4枚の基板を使用して構成した外は、実施例1
及び実施例2と同様にして液晶表示素子を作成し、駆動
したところ、コントラスト比がやや低下したことを除き
、実施例1と同様の白黒表示が得られた。
実施例7
実施例1の液晶表示素子の電橋上にストライブ状に3色
のカラーフィルター届を形成して駆動したところ?フル
カラーの階調駆動が可能であった。
[発明の効果]
以上に説明したように本発明は、従来のスーパーツイス
ト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。
また、時分割表示特性も従来のスーパーツイスト液晶表
示素子と同等であり、より優れた視野角特性を有する等
の効果を有する。
また、表示が白黒に近いということから、カラーディル
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。
特に1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。
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。Next, embodiments of the present invention will be described in detail using the drawings. Example 1 TTO provided on a glass substrate as the first substrate
A substrate was used in which a transparent electrode was patterned into stripes, a 5-ins insulating film for short circuit prevention was formed by vapor deposition, a polyimide overcoat was spin-coded, and an alignment control film was formed by rubbing this. . As a second substrate, the ITO transparent electrodes provided on the first substrate and the glass substrate were patterned into stripes so as to be orthogonal to the first substrate, and a 5-ins insulating film was formed. Apply a polyimide overcoat and add this to 1.
An alignment control film is formed by rubbing at an angle of 60° with the rubbing direction of the second substrate, and a polyimide overcoat is applied to the back side where no electrodes are formed, and this is applied in the rubbing direction on the front side. A substrate on which an alignment control film was formed by rubbing in a direction perpendicular to that was used. As the third substrate, we used a simple glass substrate with no electrodes formed on it, and overcoated it with polyimide.
A substrate on which an alignment control film was formed by rubbing this was used. The peripheries of these three substrates were sealed with a sealant to form two layers into which liquid crystal was injected. Nematic liquid crystals with positive dielectric anisotropy and opposite twists are injected into the first liquid crystal layer where the ITo electrodes patterned in stripes face each other and the second liquid crystal layer where no opposing electrodes are formed. The injection port was sealed. At this time, the first liquid crystal layer was a right-handed spiral with a 240° twist, and the second liquid crystal layer was a left-handed spiral with a 240° twist. That Δ
n-d is Δn,・dn=0.80μ in the first liquid crystal layer
m, and in the second liquid crystal layer Δnx-d*=0.75.
It was um. A pair of polarizing plates were placed on both sides of this liquid crystal cell so that their polarization axes were perpendicular to each other. At this time, the polarization axis of the polarizing plate placed in front of the viewer was shifted by 45° counterclockwise with respect to the long axis direction of the liquid crystal molecules closest to the viewer. When this liquid crystal display element was driven at 1/200 duty and 1/15 bias with a backlight made of cold cathode discharge tube material placed on the back side, a clear black and white display with excellent viewing angle characteristics was obtained. At this time, the segment corresponding to the non-selection voltage was white, and the segment corresponding to the selection voltage was black, which was a so-called positive display, and the contrast ratio was about 30. Furthermore, when the voltage waveform applied to the first liquid crystal layer of this liquid crystal display element was set as a 1001 (z rectangular wave) and the voltage versus transmittance was measured, the transmittance in the state where the non-selective voltage was applied was 29%. This is considerably higher than 19%, which is the result measured for an OMI element that is capable of displaying relatively close to black and white, and it was found that the liquid crystal display element of the example of the present invention is capable of bright display. In addition, as a comparative example, a liquid crystal display element was created in the same manner as in Example 1, except that the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer were switched upside down and the pair of polarizing plates were rotated by 90 @ and arranged. However, when driven in the same manner, the contrast ratio was almost the same as that of the example!, but a display with slightly inferior viewing angle characteristics was obtained.In this way, by the present invention, the hue of one display was changed to an achromatic color. It was found that a black-and-white display with excellent viewing angle characteristics could be obtained.Example 2 In the liquid crystal display element of Example 1, transparent electrodes were also formed on both sides of the second liquid crystal layer. Δn−d was set to Δ1.−dn=0.80 μm in the first liquid crystal layer, and Δn8·dx”0.90 μm in the second liquid crystal layer. During use, a voltage is also applied to this second liquid crystal layer. Δn with the non-selective voltage applied to the first liquid crystal layer
I” dr ・cos2 (θ2.) and Δn3・d3・cow” (θl
11) Made it almost equal. As a result, a black and white display similar to that in Example 1 was obtained. In addition, the voltage applied to the second liquid crystal layer is increased, and Δn1・dn・cos with the selection voltage of the first liquid crystal layer applied.
” (θ, 8) and Δn,・dn・cos2(θ33) when voltage is applied to the second liquid crystal layer are made almost equal, and the negative/positive display is reversed, resulting in a wide field of view. A positive black and white display having angular characteristics was obtained. Example 3.4 A liquid crystal display was produced in the same manner as in Example 1 and Example 2, except that the twist angle in Example 1 and Example 2 was changed to 260°. When the device was manufactured and driven, a black and white display similar to that of Example 1 was obtained, except that the contrast ratio was slightly increased.Example 5.6 The liquid crystal layers of Example I and Example 2 were separated, respectively. Example 1 except that it was constructed using four substrates sandwiched between two substrates.
When a liquid crystal display element was prepared and driven in the same manner as in Example 2, a black and white display similar to that in Example 1 was obtained, except that the contrast ratio was slightly lowered. Example 7 Three color filters were formed in a stripe shape on the electric bridge of the liquid crystal display device of Example 1 and the device was driven. Full color gradation drive was possible. [Effects of the Invention] As explained above, the present invention enables black-and-white display with a better contrast ratio than conventional super-twist liquid crystal display elements, and enables clear and high-quality positive or negative type displays. Display is obtained. Furthermore, the time division display characteristics are also equivalent to those of conventional super twist liquid crystal display elements, and the device has effects such as superior viewing angle characteristics. In addition, since the display is close to black and white, by combining it with a color filter, a colorful display is possible.In particular, by arranging red, green, and -blue color filters for each pixel, multi-color and full-color displays are possible. It has also been recognized that it is effective in displaying images, opening up more diverse applications. In particular, the present invention allows a bright display even though it is capable of black-and-white display, and enables not only a transmissive type display but also a reflective type display, and has a wide range of applications. The present invention can be applied in various ways in the future without detracting from the effects of the present invention.
第1図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。
第2図(A)(B)は、夫々上から見た第1図の上側の
第1の液晶セル及び下側の第2の液晶セルの液晶分子軸
方向と隣接する偏光板の偏光軸の相対位置を示した平面
図である。
第3図及び第4図は、本発明の液晶表示素子の例の断面
図。
1.2は偏光板、
3は電圧印加をする第1の液晶セル、
4は電圧印加をしない第2の液晶セル、5は上側の偏光
板lの偏光軸、
6は下側の偏光板2の偏光軸。
7は第1の液晶セルの上側の液晶分子の長軸方向、
8は第1の液晶セルの下側の液晶分子の長軸方向、
9は第2の液晶セルの上側の液晶分子の長軸方向、
10は第2の液晶セルの下側の液晶分子の長軸方向
巣 I 図
第2回FIG. 1 is a perspective view schematically showing a liquid crystal display element according to the present invention. FIGS. 2A and 2B show the directions of the liquid crystal molecular axes of the first liquid crystal cell on the upper side and the second liquid crystal cell on the lower side of FIG. FIG. 3 is a plan view showing relative positions. 3 and 4 are cross-sectional views of examples of the liquid crystal display element of the present invention. 1.2 is a polarizing plate, 3 is a first liquid crystal cell to which a voltage is applied, 4 is a second liquid crystal cell to which no voltage is applied, 5 is a polarization axis of the upper polarizing plate l, 6 is a lower polarizing plate 2 polarization axis. 7 is the long axis direction of the liquid crystal molecules above the first liquid crystal cell, 8 is the long axis direction of the liquid crystal molecules below the first liquid crystal cell, and 9 is the long axis direction of the liquid crystal molecules above the second liquid crystal cell. direction, 10 is the longitudinal direction of the liquid crystal molecules at the bottom of the second liquid crystal cell.I Figure 2nd
Claims (17)
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第1の液晶層と、該第1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
手段と、該第1の液晶層とは別に配向制御膜を有する一
対の基板間に挟持された旋光性物質を含有したネマチッ
ク液晶による第2の液晶層とを有し、それらの液晶層の
外側に一対の偏光板を設置した液晶表示素子において、
第1の液晶層が観察者に対して手前側に設置され、第1
の液晶層での液晶の屈折率異方性Δn_1と液晶層の厚
みd_1との積Δn_1・d_1が0.7〜2.0μm
とされ、第1の液晶層の第2の液晶層に近接する液晶分
子の長軸方向と第2の液晶層の第1の液晶層に近接する
液晶分子の長軸方向とがほぼ直交し、液晶層を挟持する
基板間での液晶分子のねじれ角が、第1の液晶層では2
00〜300°とされ、第2の液晶層では第1の液晶層
とは逆向きであってほぼ等しいねじれ角とされ、かつそ
れら2つの液晶層の外側に配置された一対の偏光板の偏
光軸の交差角を60〜120°とするように配置され、
さらに観察者に対して手前側に設置された偏光板の偏光
軸の方向が、観察者に最も近い液晶分子の長軸方向に対
して、第1の液晶層のら旋方向が左ら旋である場合には
時計方向に、第1の液晶層のら旋方向が右ら旋である場
合には反時計方向に30〜60°だけずらして配置され
たことを特徴とする液晶表示素子。(1) A first liquid crystal layer made of a nematic liquid crystal with positive dielectric anisotropy containing an optically active substance and sandwiched between a pair of substrates arranged substantially in parallel and having an alignment control film; and the first liquid crystal layer. means for applying a voltage between the transparent electrodes of the upper and lower substrates sandwiching the liquid crystal layer; In a liquid crystal display element having two liquid crystal layers and a pair of polarizing plates installed outside the liquid crystal layers,
A first liquid crystal layer is placed in front of the viewer, and a first
The product Δn_1・d_1 of the refractive index anisotropy Δn_1 of the liquid crystal in the liquid crystal layer and the thickness d_1 of the liquid crystal layer is 0.7 to 2.0 μm
The long axis direction of the liquid crystal molecules in the first liquid crystal layer adjacent to the second liquid crystal layer and the long axis direction of the liquid crystal molecules in the second liquid crystal layer adjacent to the first liquid crystal layer are substantially orthogonal, The twist angle of the liquid crystal molecules between the substrates sandwiching the liquid crystal layer is 2 in the first liquid crystal layer.
00 to 300°, and the second liquid crystal layer has a twist angle that is opposite to that of the first liquid crystal layer and is approximately the same, and is polarized by a pair of polarizing plates arranged outside these two liquid crystal layers. arranged so that the axes intersect at an angle of 60 to 120°,
Furthermore, the direction of the polarization axis of the polarizing plate placed in front of the viewer is such that the helical direction of the first liquid crystal layer is left-handed with respect to the long axis direction of the liquid crystal molecules closest to the viewer. A liquid crystal display element, characterized in that the liquid crystal display element is arranged clockwise in some cases, and counterclockwise in cases where the helical direction of the first liquid crystal layer is right-handed.
晶層の表示部に対応した全面に透明電極が設けられ、第
2の液晶層を挟持する上下の基板の透明電極間に電圧を
印加する手段を有し、液晶表示素子の使用時に第2の液
晶層に電圧が印加される特許請求の範囲第1項記載の液
晶表示素子。(2) Transparent electrodes are provided on the entire surface of the pair of substrates that sandwich the second liquid crystal layer, corresponding to the display area of the first liquid crystal layer, and between the transparent electrodes of the upper and lower substrates that sandwich the second liquid crystal layer. 2. The liquid crystal display element according to claim 1, further comprising means for applying a voltage to the second liquid crystal layer, and the voltage is applied to the second liquid crystal layer when the liquid crystal display element is used.
許請求の範囲第1項記載の液晶表示素子。(3) The liquid crystal display element according to claim 1, wherein no voltage is applied to the second liquid crystal layer during use.
積Δn_2・d_2は第1の液晶層に時分割駆動時の非
選択電圧を印加した際の液晶分子の液晶層に平行な面に
対する平均的傾き角θの液晶層の厚み方向の平均θ_1
_1の余弦の2乗(cos^2(θ_1_1))と第1
の液晶層のΔn_1・d_1との積Δn_1・d_1・
cos^2(θ_1_1)と、使用時における第2の液
晶層の液晶分子の液晶層に平行な面に対する傾き角θ_
2の液晶層の厚み方向の平均θx_2の余弦の2乗(c
os^2(θx_2))と第2の液晶層のΔn_2・d
_2との積Δn_2・d_n・cos^2(θx_2)
とがほぼ等しくなるようにされる特許請求の範囲第3項
記載の液晶表示素子。(4) The product Δn_2・d_2 of the refractive index anisotropy of the second liquid crystal layer and the thickness of the liquid crystal layer is the liquid crystal layer of liquid crystal molecules when a non-selective voltage during time-division driving is applied to the first liquid crystal layer. The average tilt angle θ with respect to the plane parallel to the thickness direction of the liquid crystal layer θ_1
The square of the cosine of _1 (cos^2(θ_1_1)) and the first
The product of Δn_1·d_1 of the liquid crystal layer is Δn_1·d_1·
cos^2 (θ_1_1) and the tilt angle θ_ of the liquid crystal molecules of the second liquid crystal layer with respect to the plane parallel to the liquid crystal layer during use.
The square of the cosine (c
os^2(θx_2)) and Δn_2・d of the second liquid crystal layer
Product with _2 Δn_2・d_n・cos^2(θx_2)
4. The liquid crystal display element according to claim 3, wherein:
積Δn_2・d_2は第1の液晶層に時分割駆動時の選
択電圧を印加した際の液晶分子の液晶層に平行な面に対
する平均的傾き角θの液晶層の厚み方向の平均θ_2_
1の余弦の2乗(cos^2(θ_2_1))と第1の
液晶層のΔn_1・d_1との積Δn_1・d_1・c
os^2(θ_2_1)と、使用時における第2の液晶
層の液晶分子の液晶層に平行な面に対する傾き角θ_2
の液晶層の厚み方向の平均θx_2の余弦の2乗(co
s^2(θx_2))と第2の液晶層のΔn_2・d_
2との積Δn_2・d_2・cos^2(θx_2)と
がほぼ等しくなるようにされる特許請求の範囲第3項記
載の液晶表示素子。(5) The product Δn_2・d_2 of the refractive index anisotropy of the second liquid crystal layer and the thickness of the liquid crystal layer is the change in the liquid crystal layer of liquid crystal molecules when the selection voltage during time-division driving is applied to the first liquid crystal layer. Average tilt angle θ with respect to parallel planes in the thickness direction of the liquid crystal layer θ_2_
Product Δn_1・d_1・c of the square of the cosine of 1 (cos^2(θ_2_1)) and Δn_1・d_1 of the first liquid crystal layer
os^2 (θ_2_1) and the tilt angle θ_2 of the liquid crystal molecules of the second liquid crystal layer with respect to the plane parallel to the liquid crystal layer during use.
The square of the cosine of the average θx_2 in the thickness direction of the liquid crystal layer (co
s^2(θx_2)) and Δn_2・d_ of the second liquid crystal layer
3. The liquid crystal display element according to claim 3, wherein the product Δn_2·d_2·cos^2(θx_2) of 2 is approximately equal.
が、第1の液晶層のΔn_1・d_1・cos^2(θ
_1_1)よりも大きくされ、使用時に該第2の液晶層
の透明電極間に電圧を印加することにより、第2の液晶
層の液晶分子の液晶層に平行な面に対する傾き角θ_2
の液晶層の厚み方向の平均θx_2の余弦の2乗(co
s^2(θx_2))と第2の液晶層のΔn_2・d_
2との積Δn_2・d_2・cos^2(θx_2)が
、該第1の液晶層に非選択電圧が印加された場合のΔn
_1・d_1・cos^2(θ_1_1)のほぼ等しく
なるようにされる特許請求の範囲第2項記載の液晶表示
素子。(6) Δn_2・d_2 of the second liquid crystal layer when no voltage is applied
is Δn_1・d_1・cos^2(θ
By applying a voltage between the transparent electrodes of the second liquid crystal layer during use, the tilt angle θ_2 of the liquid crystal molecules of the second liquid crystal layer with respect to the plane parallel to the liquid crystal layer is increased.
The square of the cosine of the average θx_2 in the thickness direction of the liquid crystal layer (co
s^2(θx_2)) and Δn_2・d_ of the second liquid crystal layer
The product Δn_2・d_2・cos^2(θx_2) with 2 is Δn when a non-selective voltage is applied to the first liquid crystal layer.
3. The liquid crystal display element according to claim 2, wherein _1·d_1·cos^2 (θ_1_1) are approximately equal.
が、第1の液晶層のΔn_1・d_1・cos^2(θ
_1_1)よりも大きくされ、使用時に該第2の液晶層
の透明電極間に電圧を印加することにより、第2の液晶
層の液晶分子の液晶層に平行な面に対する傾き角θ_2
の液晶層の厚み方向の平均θx_2の余弦の2乗(co
s^2(θx_2))と第2の液晶層のΔn_2・d_
2との積Δn_2・d_2・cos^2(θx_2)が
、該第1の液晶層に選択電圧が印加された場合のΔn_
1・d_1・cos^2(θ_2_1)とほぼ等しくな
るようにされる特許請求の範囲第2項記載の液晶表示素
子。(7) Δn_2・d_2 of the second liquid crystal layer when no voltage is applied
is Δn_1・d_1・cos^2(θ
By applying a voltage between the transparent electrodes of the second liquid crystal layer during use, the tilt angle θ_2 of the liquid crystal molecules of the second liquid crystal layer with respect to the plane parallel to the liquid crystal layer is increased.
The square of the cosine of the average θx_2 in the thickness direction of the liquid crystal layer (co
s^2(θx_2)) and Δn_2・d_ of the second liquid crystal layer
2, the product Δn_2・d_2・cos^2(θx_2) is Δn_2 when the selection voltage is applied to the first liquid crystal layer.
The liquid crystal display element according to claim 2, wherein the liquid crystal display element is made to be approximately equal to 1·d_1·cos^2 (θ_2_1).
層のΔn_1・d_1よりも1〜20%小さい特許請求
の範囲第3項記載の液晶表示素子。(8) The liquid crystal display element according to claim 3, wherein Δn_2·d_2 of the second liquid crystal layer is 1 to 20% smaller than Δn_1·d_1 of the first liquid crystal layer.
層のΔn_1・d_1よりも3〜15%小さい特許請求
の範囲第8項記載の液晶表示素子。(9) The liquid crystal display element according to claim 8, wherein Δn_2·d_2 of the second liquid crystal layer is 3 to 15% smaller than Δn_1·d_1 of the first liquid crystal layer.
晶層のΔn_1・d_1よりも25〜90%小さい特許
請求の範囲第3項記載の液晶表示素子。(10) The liquid crystal display element according to claim 3, wherein Δn_2·d_2 of the second liquid crystal layer is 25 to 90% smaller than Δn_1·d_1 of the first liquid crystal layer.
晶層のΔn_1・d_1よりも30〜75%小さい特許
請求の範囲第10項記載の液晶表示素子。(11) The liquid crystal display element according to claim 10, wherein Δn_2·d_2 of the second liquid crystal layer is 30 to 75% smaller than Δn_1·d_1 of the first liquid crystal layer.
.5μmである特許請求の範囲第1項〜第11項のいず
れか一項記載の液晶表示素子。(12) Δn_1・d_1 of the first liquid crystal layer is 0.8 to 1
.. The liquid crystal display element according to any one of claims 1 to 11, which has a thickness of 5 μm.
と第2の液晶層のネマチック−等方相相転移温度とがほ
ぼ等しくされた特許請求の範囲第1項〜第12項のいず
れか一項記載の液晶表示素子。(13) Claims 1 to 12, wherein the nematic-isotropic phase transition temperature of the first liquid crystal layer and the nematic-isotropic phase transition temperature of the second liquid crystal layer are approximately equal. The liquid crystal display element according to any one of the items.
る基板を両面に配向制御膜が形成された1枚の基板とし
た特許請求の範囲第1項〜第13項のいずれか一項記載
の液晶表示素子。(14) Any one of claims 1 to 13, wherein the substrate provided between the first liquid crystal layer and the second liquid crystal layer is a single substrate with alignment control films formed on both sides. The liquid crystal display element according to item (1).
特許請求の範囲第1項〜第14項のいずれか一項記載の
液晶表示素子。(15) The liquid crystal display element according to any one of claims 1 to 14, wherein a color filter is formed corresponding to each electrode.
特許請求の範囲第15項記載の液晶表示素子。(16) The liquid crystal display element according to claim 15, wherein the color filter is formed inside the cell.
り、マルチカラー表示をする特許請求の範囲第15項ま
たは第16項記載の液晶表示素子。(17) The liquid crystal display element according to claim 15 or 16, wherein the color filter is a red, green, and blue color layer, and provides multicolor display.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29611487A JPH01138536A (en) | 1987-11-26 | 1987-11-26 | Liquid crystal display element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29611487A JPH01138536A (en) | 1987-11-26 | 1987-11-26 | Liquid crystal display element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01138536A true JPH01138536A (en) | 1989-05-31 |
Family
ID=17829317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29611487A Pending JPH01138536A (en) | 1987-11-26 | 1987-11-26 | Liquid crystal display element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01138536A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006126677A (en) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Optrex Corp | Liquid crystal display panel |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0246842A2 (en) * | 1986-05-19 | 1987-11-25 | Seiko Epson Corporation | A liquid crystal display device |
| JPS6449021A (en) * | 1987-08-20 | 1989-02-23 | Seiko Epson Corp | Liquid crystal display element |
| JPS6488434A (en) * | 1987-09-29 | 1989-04-03 | Seiko Epson Corp | Liquid crystal display device |
-
1987
- 1987-11-26 JP JP29611487A patent/JPH01138536A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0246842A2 (en) * | 1986-05-19 | 1987-11-25 | Seiko Epson Corporation | A liquid crystal display device |
| JPS6449021A (en) * | 1987-08-20 | 1989-02-23 | Seiko Epson Corp | Liquid crystal display element |
| JPS6488434A (en) * | 1987-09-29 | 1989-04-03 | Seiko Epson Corp | Liquid crystal display device |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006126677A (en) * | 2004-10-29 | 2006-05-18 | Optrex Corp | Liquid crystal display panel |
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