WO2001018593A1 - Liquid crystal shutter - Google Patents

Description

液晶シ ャ ツ タ

技術分野

本発明は液晶シ ャ ツ 夕に関し、 特に、 低電圧駆動、 シ ャ ツ タのォ ン/オフの高速応答、 高コ ン トラス ト、 等を実現するこ とによ り、 周辺回路、 特に駆動回路の簡素化と、 それに伴う低コス ト化と低消 費電力化を可能と した液晶シ ャ ツ 夕に関する。 本発明の液晶シ ャ ツ 明

夕は、 上記のような種々の利点を有するため、 種々の応用分野が可 田

能であり、 例えば、 電池駆動による携帯用機器や、 液晶光プリ ンタ 書

や液晶光学素子に有利に適用する こ とができる。

背景技術

従来、 液晶シ ャ ツ 夕は多 く 提案されているが、 その性能は未だ不 十分であり、 市場からは、 例えば液晶プ リ ン タや液晶光学素子に用 いる液晶シ ャ ツ タ と して、 高速応答で、 明る く 、 高コ ン ト ラ ス トが 得られ、 かつ駆動方法も単純で、 さ らに階調表示が可能な ものが要 望されている。

と ころで、 現在開発されている液晶シ ャ ツ タ と しては、 使用する 液晶材料の種類によ って、 （ 1 ) 一般のネマチ ッ ク液晶を用いる も のと、 （ 2 ) 周波数によって誘電率の正負が異なる 2 周波駆動用ネ マチ ッ ク液晶を用いる ものと、 （ 3 ) 自発分極を持った強誘電性液 曰

B曰を用いる もの、 とに大別される。

上記 （ 1 ) の一般のネマチッ ク液晶を用いた液晶シ ャ ツ 夕は、 さ らにその動作原理により、 （ a ) 入射した光を回転する旋光性の性 質を利用 して白又は黒表示を行い、 画素に電圧を印加して、 液晶分 子を基板にほぼ垂直に立たせて旋光性を解除することで黒または白 表示をする T N (ッイ ステッ ド ネマチッ ク） 液晶方式と、 （ b ) 入射した光に位相差を生じさせる複屈折性を利用し、 画素に電圧を 印加して複屈折性を可変と して黒又は白表示を行い、 ツイス ト角が 1 8 0 ° 〜 2 6 0 ° の液晶素子を用いる S T N (スーパ一 ッイ ス テッ ド ネマチッ ク） 液晶方式とが知られている。

さ らに、 上記 （ a ) の構成の従来例が、 例えば特開昭 6 2 - 1 5 0 3 3 0号公報に開示されている。 この従来例は、 9 0 ° ツイス ト している T N液晶素子と、 液晶素子の両側に吸収軸が直交するよう に配置された 1 組の偏光板とで構成される。

また、 他の従来例が、 例えば特開平 9 一 1 1 3 8 6 4号公報に開 示されている。 この従来例では、 2 7 0 ° ツイス トの液晶素子を用 いている力 上下基板の配向方向と平行または垂直に偏光板を配置 して旋光性を利用 している。

また、 上記 （ b ) の従来例と して、 一般の液晶表示装置に用いら れているイェローモー ドと呼ばれている S T N液晶表示装置がある 。 この従来例では 2 4 0 ° ツイス トの S T N液晶表示装置の場合、 上下の偏光板におけるそれぞれの吸収軸の交差角度は 6 0 ° 前後と なり、 基板の配向方向と偏光板の吸収軸はほぼ 4 5 ° になるよ う に 配置されている。

しかしな力くら、 上記 （ a ) の方式では、 9 0 。 ツイス トを用いた 場合は、 開状態から電圧を印加して閉状態にする応答時間は数 m s と速いが、 閉状態から電圧を除去して開状態に戻す応答時間が 1 0

〜数 1 0 m s と遅い、 という問題があり、 さ らに 2 7 0 ° ツイス ト を用いた場合は、 液晶素子の配向安定性が難しく、 そのため高プレ チル トが得られる S i 0斜方蒸着膜を用いる等の、 特殊な配向膜を 使用 しなければならず、 実用的ではなかった。 また、 上記 （ b ) の方式では、 液晶素子に実用的な 2 2 5〜 2 5

0 ° ツイス トの S T N液晶素子を用いることで、 閉状態から開状態 への応答時間は数 m s と速くできる。 しかし閉状態では液晶素子に 電圧を印加して、 青みを帯びた黒となっているため、 コ ン トラス ト が 1 0程度と低い上に、 印加電圧をさ らに高く していく と、 楕円偏 光状態が変化して再度明る く なつてしま うため、 印加電圧をあま り 高く設定できず、 開から閉への応答時間が 1 0〜数 1 0 m s と長く なり、 液晶シャ ツタと しては実用性み乏しい、 という問題があった o

さ らに、 上記のように従来技術の考察に基づいて、 本願発明者は

、 特願平 9 一 1 1 9 2 1 9号公報に開示したように、 1 8 0 ° 〜 2 6 0 ° ツイス トの液晶素子を用い、 白表示は S T N液晶方式と同じ く複屈折性を利用 し、 黒表示は液晶分子を基板に略垂直に立たせて 旋光性を解除する方式を提案した。

以下に、 上記の本願発明者による提案の方式を図 1 1 と図 1 2を 用いて説明する。 図 1 2 はこの液晶シャ ツ 夕の構造を示す断面図で あり、 図 1 1 は図 1 2 を上方から見たときの液晶分子配向方向等の 平面図である。 この液晶シャ ツ タは、 図 1 2 に示すように、 2 4 0 ⁰ ツイス トの液晶素子 1 0 と下偏光板 8 と上偏光板 9 を有する。 液晶素子 1 0 は、 I T〇からなる第 1 の電極 2 と配向膜 3をその 上に形成した厚さ 0 . 7 m mのガラスからなる第 1 の基板 1 と、 透 明電極である I T Oからなる第 2の電極 5 と配向膜 6 とをその上に 形成した、 厚さ 0 . 7 m mのガラスからなる第 2の基板 4 と、 ネマ チッ ク液晶 7 とで形成されている。 ここで、 使用するネマチッ ク液 晶 7 の複屈折 Δ nは 0 . 2で、 第 1 の基板 1 と第 2の基板 4の隙間 dは 4 2 mなので、 液晶素子 1 0 と しての複屈折性を示す Δ n d値 は 0 . 8 〃 mに設定される。 第 1 の基板 1 の配向膜 3 は、 下側に配置した第 1 の基板 1 の界面 に位置する下液晶分子の配向方向、 つま り下液晶分子配向方向 7 b

(図 1 1参照） にラ ビング処理を施してあり、 一方、 第 2 の基板 4 の配向膜 6 は、 上側に配置した第 2の基板 4の界面に位置する上液 晶分子の配向方向、 つまり上液晶分子配向方向 7 a (図 1 1参照） にラ ビング処理を施している。 さ らに粘度 1 8 c pのネマチッ ク液 晶 7 には、 カイラル材と呼ぶ旋回性物質を添加し、 ねじれピッチ P を 8 〃 mに調整し、 d Z P = 0 . 5 と し、 左回り 2 4 0 ° ツイス ト の液晶素子を形成する。

また、 下偏光板吸収軸 8 a と上偏光板吸収軸 9 aが直交するよう に液晶素子 1 0の両側に下偏光板 8 と上偏光板 9 とが配置されてい る。 下偏光板吸収軸 8 aは、 ネマチッ ク液晶 7の第 i の基板 1 と、 第 2の基板 4の中間部の液晶配向方向を示す中央液晶分子方向 1 2 と反時計回り 4 5 ° の角度で配置される。 また上偏光板吸収軸 9 a は、 中央液晶分子方向 1 2 と時計回り 4 5 ° の角度で配され、 電圧 無印加状態で白を示すポジ型液晶シャ ツ タを構成している。

電圧無印加の状態では、 下偏光板 8 より入射した直線偏光は、 液 晶の複屈折性により楕円偏光となり、 上偏光板 9 より僅かに黄色く 着色した白表示となって出射する開状態となる。 直流又は交流で 2

0 ~ 3 0 Vの電圧を印加すると液晶分子が基板に垂直方向に立ち、 複屈折性と旋光性が共に無く なり、 下偏光板 8 により入射した直線 偏光は、 そのまま液晶素子中を進行し、 上偏光板 9で遮られるため 黒表示の閉状態となる。

この方式の液晶シ ャ ツ タは、 1 8 0 ° 〜 2 6 0 ° ツイス トの液晶 素子を用いているので、 閉から開への応答時間は、 偏光板を液晶分 子と平行に配置して旋光性を利用する、 9 0 ° ツイ ス トの従来の T

N液晶シ ャ ツ 夕より非常に速く 1 〜 2 m sであり、 高速応答が可能 となる。 また、 開から閉への応答時間は、 2 0 - 3 0 Vの高電圧を 印加することで 1 m s以下となり、 さ らに、 黒表示する閉状態に複 屈折性を用いていないので、 高コ ン トラス トが得られる。

しかしながら、 上記の特願平 9 一 1 1 9 2 1 9号公報に開示した 技術では 2 0 V以上の駆動電圧が必要であり、 そのために駆動回路 に高耐圧の駆動 I Cや昇圧回路を用いていた。 発明の開示

本発明の目的は、 液晶シャ ツ 夕の駆動電圧をより低く して 1 0 V 以下の低電圧で駆動できるようにし、 かつシャ ッ 夕のオン/オフを 高速で応答でき、 かつ高コ ン トラス 卜が得られる液晶シャ ッ タを提 供し、 この液晶シャ ツ タを使用 して駆動回路の単純化をはかり、 さ らに低コス 卜化と低消費電力化を図ることである。

上記目的を達成するために、 本発明の第 1 の形態による液晶シャ ッ タは、 第 1 の基板と第 2の基板からなる一対の基板の間にツイス ト角が 1 8 0 。 〜 2 6 0 ° のネマチッ ク液晶を狭持してなる液晶素 子と、 前記液晶素子を挟んで配置された一対の偏光板と、 前記液晶 素子と前記偏光板との間の何れか一方に光学補償板を備え、

前記一対の偏光板におけるそれぞれの吸収軸のなす角度を 8 0 ° 〜 1 0 0 ° の範囲と し、 前記一方の偏光板の吸収軸と前記液晶素子 の中央液晶分子方向とがなす角度を 4 0 ° 〜 6 0 ° の範囲と し、 か つ前記光学補償板の遅相軸を液晶素子の中央液晶分子方向と略平行 に配置するこ とを特徴とする。

また、 前記光学補償板の正面における位相差値を 0 . 0 〜 0 . 1 mの範囲とすることを特徴とする。

また、 ネマチッ ク液晶の複屈折率 Δ n と、 前記第 1 の基板と第 2 の基板の隙間 d との積である A n dを 0 . 6 〜 0 . 9 z mの範囲と することを特徴とする。

また、 前記光学補償板は位相差板であり、 光学補償板の遅相軸は 位相差板の遅相軸と同一方向であるこ とを特徴とする。

また、 前記光学補償板は、 ディ スコティ ッ ク構造化合物が透明フ イ ルム上に厚さ方向で傾斜角が異なりながら配向しているディ スコ ティ ッ クフ ィ ルムであり、 光学補償板の遅相軸はディ スコティ ッ ク フ ィ ルムの配向方向と直交している光学軸であるこ とを特徴とする また、 本発明の第 2 の形態による液晶シャ ツ 夕の一例と しては、 第 1 の基板と第 2 の基板からなる一対の基板の間にツイス ト角が 1 8 0 ° ~ 2 6 0 ° のネマチッ ク液晶を狭持してなる液晶素子と、 前 記液晶素子を挟んで配置された一対の偏光板と、 前記液晶素子と前 記偏光板との間の何れか一方に第 1 の光学補償板と第 2 の光学補償 扳を備え、

前記一対の偏光板におけるそれぞれの吸収軸のなす角度を 8 0 ° 〜 1 0 0 ° の範囲と し、 前記一方の偏光板の吸収軸と前記液晶素子 の中央液晶分子方向とがなす角度を 4 0 ° 〜 6 0 ° の範囲とする こ とを特徴とする。

さ らに、 上記第 2 の形態による液晶シャ ッ 夕の他の例と しては、 第 1 の基板と第 2 の基板からなる一対の基板の間にツイ ス ト角が 1 8 0 ° 〜 2 6 0 ° のネマチ ッ ク液晶を狭持してなる液晶素子と、 前 記液晶素子を挟んで配置された一対の偏光板と、 前記液晶素子と前 記偏光板との間の何れか一方に第 1 の光学補償板を、 前記液晶素子 と前記偏光板との間のもう一方に第 2 の光学補償板を備え、

前記一対の偏光板におけるそれぞれの吸収軸のなす角度を 8 0 ° 〜 1 0 0 ° の範囲と し、 前記一方の偏光板の吸収軸と前記液晶素子 の中央液晶分子方向とのなす角度を 4 0 ° 〜 6 0 ° の範囲とする こ とを特徴とする。

また、 前記第 1 の光学補償板と前記第 2 の光学補償板との正面に おける位相差値の差が 0. 0 1 〜 0. 1 i mの範囲とするこ とを特 徴とする。

また、 ネマチッ ク液晶の複屈折率 Δ n と、 前記第 1 の基板と第 2 の基板の隙間 d との積である A n dを 0 . 6 〜 0 . 9 mの範囲と するこ とを特徴とする。

また、 ツイ ス ト角 Sの液晶素子で、 前記ネマチ ッ ク液晶のねじれ ピッチ P と、 前記第 1 の基板と第 2 の基板の隙間 d との商である d Z Pを 0 . 5 〜 S Z 3 6 0 の範囲と したこ とを特徴とする。

また、 前記第 1 の光学補償板は第 1 の位相差板であり、 前記第 2 の光学補償板は第 2 の位相差板であり、 前記第 1 の位相差板の遅相 軸を前記液晶素子の中央液晶分子方向と略直交するよう に配置し、 前記第 2 の位相差板の遅相軸を前記液相素子の中央液晶分子方向と 略平行に配置する こ とを特徴とする。

さ らに、 前記第 1 の光学補償板と第 2 の光学補償板とは、 デイ ス コティ ッ ク構造化合物が透明フ ィ ルム上に厚さ方向で傾斜角が異な り な力くら配向 しているディ スコテ ィ ッ ク フ イ ルムであり、 一対の偏 光板のう ち、 一方の偏光板を上偏光板と し、 他方の偏光扳を下偏光 板と し、 第 1 の光学補償板は第 1 のディ スコティ ッ ク フ ィ ルムであ り、 第 1 のディ スコティ ッ ク フ イ ルムは下偏光板と液晶素子の間に 備えられ、

前記液晶素子の中央液晶分子方向と直交している方向を水平軸と し、 第 1 のディ スコテ ィ ッ ク フ ィ ルムの配向方向と前記水平軸との なす角度は 0 。 ~ 3 0 。 の範囲と し、 かつ前記第 1 のディ ス コティ ッ クフ ィ ルムの配向方向と下液晶分子配向方向とのなす角度は、 前 記第 1 のディ スコティ ッ ク フ ィ ルムの配向方向と上液晶分子配向方 向とのなす角度以下であり、

さ らに第 2の光学補償板は第 2のディ スコティ ックフィルムであ り、 第 2のディ スコティ ッ クフィルムは上偏光板と液晶素子の間に 備えられ、

前記第 2 のディ スコティ ッ クフ ィ ルムの配向方向と前記水平軸と のなす角度は 0 〜 3 0 ° の範囲と し、 かつ前記第 2のディ スコティ ッ クフ ィ ルムの配向方向と前記上液晶分子配向方向とのなす角度は 、 前記第 2 のディ ス コテ ィ ッ クフ ィ ルムの配向方向と前記下液晶分 子配向とのなす角度以下になるように配置することを特徴とする。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の実施例 1 による液晶シ ャ ッ 夕の分子配向方向等 の配置関係を示す平面図である。

図 2 は、 本発明の実施例 1 による液晶シ ャ ツ 夕の構成を示す断面 図である。

図 3 は、 本発明の実施例 2 による液晶シ ャ ッ タの物資配向方向等 の配置関係を示す平面図である。

図 4 は、 本発明の実施例 2 における液晶シ ャ ツ 夕の構成を示す断 面図である。

図 5 は、 本発明と従来技術の印加電圧に対する透過率曲線を比較 するグラ フである。

図 6 は、 本発明の実施例 1 におけ位相差板の位相差値とコ ン ト ラ ス 卜の関係を示すグラ フである。

図 7 は、 本発明の実施例 1 及び 2 における偏光板の配置角度と透 過率の関係を示すグラ フである。

図 8 は、 本発明の実施例 1 における偏光板の交差角度とコ ン ト ラ ス 卜の関係を示すグラ フである。 図 9 は、 本発明の実施例 1 における液晶素子の Δ n dと透過率の 関係を示すグラフである。

図 1 0 は、 本発明の実施例 1 における液晶シ ャ ツ 夕の応答時間を 説明するための駆動波形と透過率一時間曲線である。

図 1 1 は、 従来の液晶シ ャ ツ 夕の分子配向方向等の配置関係を示 す平面図である。

図 1 2 は、 従来の液晶シ ャ ツ夕の構成を示す断面図である。

図 1 3 は、 従来における位相差板を用いた場合の分子配向方向等 の配置関係を示す平面図である。

図 1 4 は、 本発明の実施例 2 によるねじれピッチと応答時間の関 係を示すグラ フである。

図 1 5 は、 本発明の実施例 3 による液晶シ ャ ツ 夕の分子配向方向 等の配置関係を示す平面図である。

図 1 6 は、 本発明の実施例 4 による液晶シ ャ ツ 夕の分子配向方向 等の配置関係を示す平面図である。

図 1 7 は、 本発明の実施例 4 による液晶シ ャ ッ 夕の構成を示す断 面図である。

図 1 8 は、 従来の位相差板を 1 枚用いた場合の、 分子配向方向等 の配置関係を示す平面図である。

図 1 9 は、 従来の位相差板を 2枚用いた場合の、 分子配向方向等 の配置関係を示す平面図である。

図 2 0 は、 ディ ス コティ ッ クフ ィ ルムの構造を説明するための模 式図である。

図 2 1 は、 光学補償板と して使用される位相差板の構成を説明す るための模式図である。 発明を実施するための最良の形態 以下に、 本発明の第 1 の形態 （光学補償板を 1枚使用 した場合で あり、 請求項 1〜 5 に対応し、 実施例 1 及び 3 に対応する） 、 及び 第 2 の形態 （光学補償板を 2枚使用 した場合であり、 請求項 6〜 1 2 に対応し、 実施例 2及び 4 に対応する） における液晶シャ ツ 夕の 作用を、 従来の構造の問題点を説明しつつ図面に沿って詳細に説明 する。

なお、 以下の説明において、 上位概念を光学補償板 （図中の 1 3 ， 1 5， 1 6 ) と し、 この光学補償板の下位概念に位相差板とディ スコティ ッ クフ ィ ルムを位置付ける。 光学補償板は遅相軸 （ 1 3 a ， 1 5 a , 1 6 a ) を有し、 位相差板の遅相軸 （ 1 3 b， 1 5 b , 1 6 b ) と同方向であり、 ディ スコティ ッ クフ ィ ルムの配向方向 （ 1 3 c , 1 5 c , 1 6 c ) とは直交する方向である。

(本発明の第 1 の形態）

図 1 は本発明の液晶シャ ツ 夕の偏光板及び光学補償板又は位相差 板の配置関係の一例を示す平面図である。 また、 図 2 は本発明の液 晶シャ ツ 夕の一例を示す構造図である。 図 2 のよう に、 液晶素子 1 1 と、 位相差値 0 . 0 3 i mの光学補償板 （又は位相差板） と上偏 光板 9 と下偏光板 8 とから構成され、 上下偏光板 9 , 8 の吸収軸は 直交している。 図 1 に示すように、 下偏光板吸収軸 8 a は中央液晶 分子方向 1 2 に対して反時計回りに 4 5 ° に配置し、 また光学補償 板の遅相軸 1 3 a (又は位相差板の遅相軸 1 3 b ) は、 中央液晶分 子方向 1 2 と平行に配置されている。

ところで、 従来の位相差板を用いた液晶表示装置では、 液晶分子 の複屈折性を得るために、 一般的に偏光板の吸収軸は互いに 6 0 ° から 7 0 ° で交差するように配置している。 例えば特願平 5 — 2 6

4 9 5 7号公報には、 位相差板を 1 枚用いた液晶表示装置と 2枚用 いた液晶表示装置の構成が図示されており、 位相差板を 2枚用いた 構成である特開平 5 — 2 6 4 9 5 7号公報の図面に注目すると、 上 下偏光板の吸収軸は 7 0 ° の角度で互いに交差するように偏光板を 設置し、 さ らに 2枚の位相差板はそれぞれの延伸軸 （本発明の遅相 軸に対応） を 1 0 ° の角度で交差し、 かつ中央液晶分子方向とは 4 0〜 5 0 ° の角度を持って、 それぞれの位相差板を配置させている o

また、 位相差板を 1 枚用いた液晶表示装置の構成が、 上記の特開 平 5 — 2 6 4 9 5 7号公報に図示されている。 こ こで本発明の図 1 と上記の特開平 5 — 2 6 4 9 5 7号公報との差を明確にするため、 特開平 5 _ 2 6 4 9 5 7号公報を図 1 3 に図示する。 即ち、 特開平 5 — 2 6 4 9 5 7号公報を、 本発明の図 1 と同様に中央液晶分子方 向 1 2 を基準にした場合と して改めて図示する。 図 1 及び図 1 3 の 液晶素子は 2 4 0 ° ツイス トの S T N液晶素子で、 A n dは 0 . 7 8 mで等しい場合を示している。

図 1 3では、 上下偏光板の吸収軸 （ 8 a , 9 a ) は 5 4 ° で互い に交差し、 上偏光板吸収軸 9 a と上液晶分子配向方向 7 b とのなす 角度は 3 9 ° で、 下偏光板吸収軸 8 a と下液晶分子配向方向 7 a と のなす角度は 4 5 ° である。 また位相差板の遅相軸 1 3 bの位相差 値は 0 . 6 mと非常に大き く 、 位相差板の遅相軸 i 3 bは、 中央 液晶分子方向 1 2から時計回りに一 2 8 ° 程度傾けた位置に配置し ており上偏光板吸収軸 9 a と位相差板の遅相軸 1 3 bのなす角度は 4 9 ° である。

このよ う に、 従来の位相差板を設置した液晶表示装置では、 光学 補償板や液晶分子に対して、 偏光板の遅相軸が 4 5 ° の場合に最も 複屈折性が大き く なるので、 複屈折性が得られ易いように、 上下液 晶分子配向方向 （ 7 a， 7 b ) や位相差板の遅相軸 1 3 bから 3 5

〜 5 0 ⁰ ずれた位置に偏光板の吸収軸を配置している。 図 5 は液晶シャ ッ 夕の印加電圧に対する透過率の変化である電圧 一透過率曲線の本発明と従来例とを比較するグラフである （曲線 2 0 と 2 1 が従来例、 2 2が本発明である） 。 図中の点線で示す曲線 2 0 は、 白は複屈折性を用い、 黒は旋光性解除を用いた特願平 9 一 1 1 9 2 1 9号公報で開示した、 つま り前述の図 1 1 の配置関係を 有する液晶シ ャ ツ 夕の電圧一透過率曲線である。 一方、 実線で示す 曲線 2 2 は、 本発明の図 1 の配置関係を有する液晶シ ャ ッ夕の電圧 一透過率曲線である。 比較のために、 さ らに図 1 3 に示す従来の配 置関係を有する S T N液晶表示装置の電圧一透過率曲線を、 一点鎖 線の曲線 2 1 で表す。

図示のように、 曲線 2 0で示す特願平 9 一 1 1 9 2 1 9号公報で 開示した液晶シ ャ ツ タは、 電圧 2 V付近で一旦透過率が上昇し、 最 大透過率 Y mを示し、 その後徐々に透過率が減少する。 また曲線 2 2で示す本発明の液晶シ ャ ツ タは、 電圧 6 V以上で良好な黒が得ら れ、 1 0 Vではコ ン トラス ト 1 0 0以上が得られ、 特願平 9 一 1 1 9 2 1 9で開示した液晶シ ャ ツ 夕より低電圧で完全な黒を得ること ができる。

こ こで、 曲線 2 0 および曲線 2 2で示した液晶素子に 1 0 Vを印 加した状態を考察すると、 ほとんどの液晶分子は基板に垂直に立つ ている力 上下基板界面の液晶分子はまだ基板と平行であり、 上下 基板をラ ビング処理した配向方向に並んでいると推察される。 従つ て、 1 0 Vを印加した時点では、 液晶素子の複屈折性が完全には無 く なっていない。

そこで、 本発明の液晶シ ャ ツ 夕では、 この僅かに残留している複 屈折性を引き算する方向に、 位相差値が 0 . 0 3 mと非常に小さ な光学補償板又は位相差板を配置するこ とにより、 1 0 Vの低電圧 駆動でも、 複屈折性を無くすことを実現し、 さ らに高コ ン トラス ト が得ることを実現した。

ところで、 開から閉への応答時間は印加電圧に依存し、 印加電圧 が高いほど速く なるが、 1 0 V以上あれば応答時間を 1 m s以下ま で速くすることが可能である。 一方、 閉から開への応答時間は、 弾 性効果を用いているので、 液晶材料やツイス ト角に依存し、 粘性が 低い材料で、 ツイ ス ト角が大きいほど速く なる。 本発明の液晶シ ャ ッ夕では、 1 8 0 。 〜 2 6 0 ° ツイス トを用いているので、 1 m s 程度の応答時間が可能である。

また、 従来の液晶表示装置の曲線 2 1 における最大透過率は本発 明の最大透過率 Y mより低く 、 2 V付近で急峻に変化して黒を表示 する力 <、 完全な黒は得られず、 本発明に比べてコ ン ト ラ ス トの値が 低い。 さ らに電圧を高くすると黒レベルが徐々に増加してしま う の で、 高電圧を印加することで開から閉への応答時間を速くすること もできない。

つま り、 従来の位相差板を用いた液晶表示装置では、 白表示と黒 表示ともに複屈折性を用いており、 その複屈折性を調整し、 色づき の少ない白や黒を得ている。 そのため、 2 〜 3 Vで駆動できる力く、 位相差板の位相差値は 0 . 5 〜 0 . 6 とすることが必要であり 、 応答速度は数 1 0 m s と遅く 、 さ らにコ ン ト ラ ス ト も 1 0以下と 低いため、 液晶シ ャ ッ 夕と して用いるのは不適切である。

また、 位相差板を用いた他の液晶表示装置の例と して、 位相差値 が 0 . 1 〜 0 . 1 5 mの位相差板を用いた液晶表示装置が、 特開 平 6 — 3 6 6 5号公報に開示されている。 基本的な作用は本発明と 類似しているが、 電圧を印加した状態で液晶素子に残留している複 屈折性を位相差板で補償することで、 コ ン ト ラ ス トの改善を試みて いる。

しかし、 この液晶表示装置についても印加電圧が 2 ~ 3 V程度で 駆動することを実現するため、 位相差板の位相差値が 0 . 1 〜 0 . 1 5 mと本発明の光学補償板又は位相差板の位相差値より大き く 、 また下偏光板の吸収軸と中央液晶分子方向となす角度が一 1 5 ° と しており、 本発明の 4 0 ° 〜 6 0 。 に設置する構成とは大きな差 が見られ、 本発明の構成によって実現できるコ ン ト ラ ス トおよび応 答速度について、 同等の効果は期待できない。

従って、 上記した従来の種々の問題点を解消すべく、 本発明の液 晶シ ャ ツ夕では、 1 8 0 ° 〜 2 6 0 ° ツイス トの液晶素子を用い、 白表示の開状態は複屈折性を利用 し、 黒表示の閉状態は位相差値の 非常に小さな位相差板を中央液晶分子方向に配置することにより、 液晶分子が基板に対して垂直に立った状態で僅かに残留した複屈折 性を補正して完全に複屈折性を無く した状態とする。 さ らに液晶シ ャ ッ タ用と して偏光板の配置角度や光学補償板又は位相差板の位相 差値を最適化することにより、 1 0 V程度の低電圧駆動でも高コ ン トラス トでかつ高速応答の液晶シャ ッ タを提供することが可能とな る。

(本発明の第 2 の形態）

次に、 本発明の第 2 の形態における液晶シ ャ ツ 夕の作用について

、 図面に沿って詳細に説明する。 図 1 5 は本発明の液晶シ ャ ツ 夕の 偏光板および光学補償板の配置関係を示す平面図である。 こ こで、 本例の液晶シ ャ ツ タは、 図 4 (第 2 の形態の一例） 及び図 1 7 (第

2の形態の他の例） に示した構造と し、 液晶素子 1 4 と、 正面の位 相差値 0 . 0 3 mの光学補償板 1 5 ， 1 6 と、 上偏光板 9 と下偏 光板 8 とから構成され、 上下偏光板の吸収軸は直交している。 図 1

5 に示すように、 下偏光板吸収軸 8 aは中央液晶分子方向 1 2 に対 して反時計回りに 4 5 ° に配置し、 またディ スコティ ッ クフ ィ ルム の配向方向 1 3 c は、 中央液晶分子方向 1 2 と直交するように配置 している。

図 2 0 は、 光学補償板と してのディ スコティ ッ クフ ィ ルム 1 3 の 構成を説明するための模式図である。 ディ スコティ ッ ク フ ィ ルム 1 3 は、 ト リ ァセチルセルロース （T A C ) 等の透明フ イ ルム 3 6 に 、 配向膜を塗布し、 配向方向 1 3 c (図 1 5参照） にラ ビング処理 を施してから、 ディ スコティ ッ ク液晶等のディ スコティ ッ ク構造化 合物 3 7 ( 3 7 a , 3 7 b , 3 7 c ) を塗布し、 配向させた後に固 定化したフ イ ノレムである。 透明フ ィ ルム 3 6 との界面のディ スコテ イ ツ ク構造化合物 3 7 a は、 ほぼ透明フ ィ ルム 3 6 と平行に配向 し ているが、 厚さ方向で徐々 に傾斜角が異なり、 最も透明フ ィ ルム 3 6 から離れているディ スコティ ッ ク構造化合物 3 7 c は、 配向方向 1 3 c と 5 0 〜 7 0 ° 傾斜している。

即ち、 透明フ ィ ルムの正面から入射した光に対して、 透明フ ィ ル ム 3 6 との界面付近のディ スコティ ッ ク構造化合物 3 7 a は、 X軸 方向の屈折率 n X と Y軸方向の屈折率 n yがほぼ等しいので位相差 値はほぼ無い。 一方、 5 0 〜 7 0 ° 傾斜した最も透明フ ィ ルム 3 6 から離れているディ スコティ ッ ク構造化合物 3 7 c は、 厚さ方向の 屈折率 n z と Y軸方向の屈折率 n yの異方性によ り位相差が発生す る o

つま り、 配向方向 1 3 c と直交する方向の屈折率が他方向の屈折 率よ り大き く なり、 この方向は光学補償板の遅相軸 1 3 a に相当す る。 位相差値はディ ス コテ ィ ッ ク構造化合物 3 7 の傾斜状態によ り 異なる力 <、 通常は正面の位相差値と して 0 . 0 3 〜 0 . 0 5 と なる。 さ らに、 通常の光学補償板は延伸軸方向に傾ける と位相差値 がどち らの方向でも減少する力 この光学補償板は、 配向方向 1 3 c の矢印方向に傾けた方向から入射した光に対しては位相差値が増 加し、 配向方向 1 3 c の矢印と逆方向に傾けた光に対しては位相差 値が減少する。

図 2 1 は、 光学補償板と して使用される位相差板の構成を説明す るための模式図である。 位相差板 3 9 はポ リ カーボネィ ト （ P C ) 、 ポ リ ビニルアルコール （ P V A ) 、 ポリ メ チルメ タ ク リ レー ト （ P M M A ) などの透明フ ィ ルム 3 9 を X軸方向、 又は Y軸方向に延 伸した延伸フ ィ ルムである。 こ こで、 P Cや P V Aの場合には、 X 軸方向に延伸すると、 延伸方向つま り X軸方向にポ リ マ一分子が並 び、 屈折率 n Xが屈折率 n yより大き く なり、 n x方向が遅相軸と なる。 但し、 P M M Aの場合には、 X軸方向に延伸 しても、 屈折率 n yが屈折率 n Xより大き く なり、 n y方向が遅相軸となる。

これら位相差板の正面における位相差値は以下の式、

( n X - n y ) x d

で示される。 こ こで、 d は位相差板の厚さを示す。 一般に、 5 0 ~ 1 0 0 mの厚さの位相差板が用いられる。

次に、 ディ スコティ ッ クフ ィ ルムを用いた光学補償板を備えた従 来の液晶表示装置について説明する。 ディ スコティ ッ クフ ィ ルムを 用いた光学補償板は、 T Nモー ドの液晶表示装置の視野角特性の改 善のために広く 用いられており、 一例と して、 特開平 8 — 5 0 2 0 6号公報に開示されている液晶表示装置について、 図 1 8 と図 1 9 を用いて説明する。

図 1 8 は従来のディ スコティ ッ ク フ ィ ルムを 1 枚用いた液晶表示 装置の配置関係を説明するための平面図である。 この液晶表示装置 の構成は、 上側から順に、 上偏光板、 ディ スコティ ッ ク フ ィ ルム、 9 0 ° ツイ ス トの液晶素子、 及び下偏光板である。 図 1 8 において 、 上液晶分子配向方向 7 b と下液晶分子配向方向 7 a に示した矢印 はラ ビング方向を示し、 矢印側の液晶が基板に対して外側に傾いて いる。 従って、 この液晶素子は 9 0 ° ツイ ス ト構造をとり、 中央液晶分 子方向 1 2がこの液晶表示装置の優先視野角 （主視角方向） となる 。 上偏光板の吸収軸 9 aは上液晶分子配向方向 7 b と平行に配置さ れ、 下偏光板の吸収軸 8 aは下液晶分子配向方向 7 a と平行に配置 され、 複屈折性があまり発生しないように配置されている。

一方、 ディ スコティ ッ クフ ィルムも傾きがあるので、 図中に矢印 を片側だけに示した。 図 2 0 に示したように、 ディ スコティ ッ ク構 造化合物 3 7 は、 矢印と反対側が透明フ ィ ルム 3 6 に対して外側に 傾いている。 従来の液晶表示装置では、 視野角特性を改善するため に、 図 1 8 に示したように、 ディ スコティ ッ クフ レム 1 3 の配向 方向 1 3 cを中央液晶分子方向 1 2 に対して平行に配置している。

しかし本発明の液晶シャ ツ 夕では、 図 1 5 に示すように、 電圧を 印加した状態の液晶素子の複屈折性を完全に無く すために、 光学補 償板と してのディ スコティ ッ クフ ィ ルムの配向方向 1 3 cを中央液 晶分子方向 1 2 に対して直交するように配置しており、 本発明と従 来技術におけるディ ス コティ ッ クフ ィ ルムの作用は全く異なってい る。

図 1 9 は従来のディ スコティ ッ クフ ィ ルムを 2枚用いた液晶表示 装置の配置関係を説明するための平面図である。 この液晶表示装置 の構成は、 上側から順に、 上偏光板、 第 2のディ スコティ ッ クフ ィ レム、 9 0 ° ツ イ ス トの液晶素子、 第 1 のディ ス コ テ ィ ッ ク フ ィ ノレ ム、 及び下偏光板である。 上偏光板の吸収軸 9 aは、 上液晶分子配 向方向 7 b と平行に配置され、 下偏光板の吸収軸 8 aは下液晶分子 配向方向 7 a と平行に配置され、 位相差板の配向方向 1 6 c は上液 晶分子配向方向 7 b と平行に配置され、 位相差板の配向方向 1 5 c は下液晶分子配向方向 7 a と平行に配置されている。

ここで上偏光板の吸収軸 9 a と第 2 のディ スコティ ッ クフ ィ ルム の配向方向 1 6 c との交差角は 0 ° なので、 正面からの入射光に対 して第 2のディ スコティ ッ クフ ィ ルムは位相差を発生していない。 同様に、 下偏光板の吸収軸 8 a と第 1 のディ スコティ ッ クフィルム の配向方向 1 5 c との交差角も 0 ° であり、 位相差を発生していな い。 一方、 本発明は位相差を発生させて、 液晶分子の複屈折性を補 正しているので、 従来技術のディ スコティ ッ クフィルムにおける作 用とは異なっている。 また、 この従来技術におけるディ スコテイ ツ クフィ ルムの視野角特性改善効果は、 T N液晶素子で顕著であり、 ツイス ト角が 1 8 0 ° 〜 2 6 0 ° の液晶素子での実施形態は開示さ れていない。

従って、 本発明の液晶シ ャ ツ 夕では、 後述の実施例 3で説明する ように、 1 8 0 〜 2 6 0 ° ツイス トの液晶素子を用い、 白表示の開 状態は複屈折性を利用 し、 黒表示の閉状態は、 ディ ス コテイ ツ ク構 造化合物を用いたディ ス コティ ッ クフ ィ ルムを中央液晶分子方向に 対して直交するように配置することにより、 液晶分子が基板に対し て垂直に立った状態で僅かに残留した複屈折性を補正し、 完全に複 屈折性を無く した状態とする。 さ らに液晶シ ャ ツ タ用と して偏光板 の配置角度や光学補償板の位相差値を最適化することで、 1 0 V程 度の低電圧駆動でも高コ ン ト ラ ス トでかつ高速応答の液晶シ ャ ッ タ を提供するこ とが可能となる。

(本発明の好適な実施例）

以下に本発明の第 1 と第 2の形態を実施するための好適な実施例 とその効果を、 図面に沿って詳細に説明する。

(実施例 1 )

最初に、 本発明の実施例 1 における液晶シ ャ ツ夕の構成を図面を 用いて説明する。 図 2 は本発明の実施例 1 における液晶シ ャ ツ 夕の 構造を示す断面図であり、 図 1 は図 2 を上から見た様子を示す平面 図である。 以下、 図 1 と図 2 とを用いて本発明の液晶シャ ツ 夕の構 成を説明する。 本実施例は光学補償板と しての位相差板を 1 枚使用 した場合である。

実施例 1 の液晶シャ ツ タは、 2 4 0 ° ツイス トの液晶素子 1 1 の 下側に配置した下偏光板 8 と、 液晶素子 1 1 の上側に配置した 1 枚 の光学補償板と しての位相差板 1 3 と、 上偏光板 9 とから構成され る。 液晶素子 1 1 は、 透明電極である I T 0からなる第 1 の電極 2 と配向膜 3 を形成した厚さ 0 . 7 m mのガラスからなる第 1 の基板 1 と、 I T Oからなる第 2 の電極 5 と、 配向膜 6 を形成した厚さ 0 . 7 m mのガラスからなる第 2 の基板 4 と、 ネマチッ ク液晶 7 とで 形成される。 使用するネマチ ッ ク液晶の複屈折率 Δ n は 0 . 1 9 5 であり、 第 1 の基板 1 と第 2 の基板 4 の隙間 d は 4 i mであるので 、 液晶素子と して複屈折性を示す Δ n d値は 0 . 7 8 mに設定し た。

第 1 の基板 1 の配向膜 3 は、 図 1 の下液晶分子配向方向 7 a にラ ビング処理を施してあり、 第 2 の基板 4 の配向膜 6 は、 上液晶分子 配向方向 7 b にラ ビング処理を施してある。 また、 粘度 1 8 c pの ネマチ ッ ク液晶には、 カイ ラル材と称する旋回性物質を添加し、 ね じれピッチ Pを 8 〃 mに調整し、 d / P = 0 . 5 と し、 左回り 2 4 0 ° ツイ ス ト液晶素子を形成した。

下偏光板吸収軸 8 a と上偏光板吸収軸 9 aが直交するよう に、 液 晶素子 1 1 の両側に下偏光板 8 と上偏光板 9 とを配置した。 下偏光 板吸収軸 8 a は、 ネマチ ッ ク液晶 7 の第 1 の基板 1 と、 第 2 の基板

4 の中間部の液晶配向方向を示す中央液晶分子方向 1 2 と反時計回 り 4 5 ° の角度で配置し、 上偏光板吸収軸 9 a は中央液晶分子方向

1 2 と時計回り 4 5 。 の角度で配置し、 電圧無印加時に開状態であ るポジ型液晶シャ ツ タを構成している。 光学捕償板と しての位相差板 1 3 は、 遅相軸 1 3 a (位相差板の 場合は 1 3 b ) が中央液晶分子方向 1 2 と平行に配置され、 位相差 値 0 . 0 3 mである。 位相差板 1 3 はアク リル系粘着剤を用いて 上偏光板 9 と接着して一体化してある。 一般的な 1 軸延伸法では、 このよう に非常に小さい位相差値の位相差板を製造することは難し く、 実施例 1 では、 ポリ カーボネー トフィルムを X軸と Y軸の 2方 向に延伸した 2軸延伸フ ィ ルムを用い、 2方向のうち、 位相差値が 大き く なる軸方向を延伸軸と定義した。

次に、 実施例 1 の液晶シャ ツ夕の効果について説明する。 この構 成の液晶シャ ツ 夕に周波数 3 0 O H z の交流電圧を印加した時の透 過率変化は、 先に説明した図 5の実線で示す曲線 2 2 となる。

電圧無印加の状態では、 下偏光板 8 より入射した直線偏光は、 液 晶の複屈折性により楕円偏光となり、 上偏光板 9 より僅かに黄色く 着色した白表示となって出射する開状態となり、 いわゆるポジ型表 示になっている。 直流又は交流で電圧を印加すると液晶分子が基板 に垂直方向に立ち、 複屈折性が無く なり、 下偏光板 8 により入射し た直線偏光は、 そのまま液晶素子中を進行し、 上偏光板 9で遮られ るため黒表示の閉状態となる。

図 5 の曲線 2 2 で示すよ う に、 実施例 1 の液晶シ ャ ツ タは、 電圧 無印加の初期透過率 Y 0から、 透過率が徐々 に上昇し、 印加電圧 2 V付近で最大透過率 Y mに達した後、 減少していく 。 そ して印加電 圧 6 Vでほぼ黒く なり、 印加電圧 1 0 Vの透過率は初期透過率 Y 0 の 1 Z 1 0 0以下となり、 コ ン トラス トは 1 0 0以上得られた。

つま り、 液晶素子 1 1 に 1 0 Vの電圧を印加した状態で、 ほとん どの液晶分子は基板に対して垂直に立っているが、 基板界面の液晶 分子は基板と平行になっており、 僅かに複屈折性が残っている。 こ こで、 基板界面の分子は、 図 1 において、 上液晶分子配向方向 7 a と下液晶分子配向方向 7 bに配向しており、 平均的に見ると中央液 晶分子方向 1 2 に対して直交する方向となり、 図 1 において、 水平 軸と平行な方向に配向している。

そこで位相差板 1 3を液晶の平均的な配向方向である水平軸方向 から 9 0 ° ずら した位置に配置することで、 残留した複屈折性を取 り除く こ とができる。 つま り、 中央液晶分子方向 1 2 に平行な位置 に位相差板 1 3 の遅相軸を位置するこ とで、 低駆動電圧でのコ ン ト ラス トを改善できる。

つぎに、 位相差板 1 3の位相差値について説明する。 図 6 は、 実 施例 1 の液晶シ ャ ツ 夕に一定電圧を印加した際の、 位相差板 1 3の 位相差値とコ ン トラス 卜の関係を示すグラフで、 点線で示す曲線 2 3 は印加電圧が 2 0 V、 実線で示す曲線 2 4が印加電圧 1 0 V、 一 点鎖線で示す曲線 2 5が印加電圧 5 Vの場合である。

2 0 Vを印加した場合は、 曲線 2 3 に示す様に、 位相差値 0でも コ ン ト ラ ス ト 5 0以上が得られている力 、 位相差値 0 . 0 3 a mの 位相差板を備えるこ とで、 コ ン ト ラ ス ト 1 0 0以上が得られる。 し かし、 位相差値をさ らに大き くすると、 残留している複屈折性より 位相差板の位相差が大き く なり、 コ ン トラス トは逆に低下する。

1 0 Vを印加した場合は、 曲線 2 4 に示す様に、 位相差値 0では コ ン ト ラ ス トは 3 0以下である力〈、 位相差値 0 . 0 3 / m程度の位 相差板を用いるこ とで、 コ ン トラス ト 1 0 0以上を得ることができ る。 また、 位相差板 1 3 の位相差値は 0 . 0 1 〜 0 . 0 6 〃 mで、 位相差板の無い場合よりは、 コ ン ト ラ ス トが改善する。

また、 印加電圧がさ らに低下し、 5 Vの場合は、 曲線 2 5 に示す ように、 位相差値 0 . 1 mでも光学補償板の無い場合より もコ ン ト ラ ス トは改善する。 このよ うに位相差板の位相差値は、 駆動電圧 により最適範囲は異なる力 <、 0 . 0 1 〜 0 . 1 mの範囲で使用可 能である。

次に、 偏光板の配置関係について説明する。 図 7 にツイス ト角が 2 4 0 ° で、 A n d = 0 . 7 8 〃 mの液晶素子に、 位相差値 0 . 0 3 mの位相差板を備え、 下偏光板吸収軸 8 a と上偏光板吸収軸 9 a の交差角度を 9 0 ° に固定したまま、 中央液晶分子方向から反時 計回りに下偏光板 8 を回転した時の下偏光板配置角と液晶シ ャ ツ 夕 の透過率を示す。

実線で示す曲線 2 8が本発明の液晶シ ャ ツ 夕の最大透過率 Y mと 偏光板配置角の関係を表し、 実線で示し曲線 2 9が電圧無印加の初 期透過率 Y 0 と偏光板配置角の関係を示す。 比較のために、 特願平 9 - 1 1 9 2 1 9号公報で開示した位相差板が無い液晶シ ャ ツ 夕の Y mを点線で示す曲線 2 6 に、 位相差板が無い液晶シ ャ ツ 夕の Y 0 を点線で示す曲線 2 7 に示す。

偏光板配置角度が一 6 0 ° の状態では下液晶分子配向方向 7 a と 下偏光板吸収軸 8 a とが平行になる。 位相差板が無い液晶シ ャ ツ夕 では、 曲線 2 6 と曲線 2 7 に示すように、 下偏光板配置角度が一 4 5 ° と + 4 5 ° の状態では初期透過率 Y 0 も最大透過率 Y mも極大 値を示し、 かつ着色も少なく最も好ま しい。

これに対して位相差値 0 . 0 3 mの位相差板を備えた本発明の 液晶シ ャ ツ タは、 最大透過率が得られる下偏光板の配置角度が多少 シフ 卜 しており、 一 3 0 。 5 0 ^c あるいは 4 0 ° 〜 6 0 ° が好 ま しい。 上偏光板は直交しているので、 上偏光板の吸収軸 9 a も同 じく、 4 0 ° 〜 6 0 。 あるいは一 3 0 。 〜一 5 0 ° が好ま しい。 図 8 は、 上下偏光板の吸収軸の交差角度とコ ン ト ラ ス トの関係を 示すグラ フである。 上下偏光板は、 図 1 に示す位置から、 両方の偏 光板を均等に変化させた。 曲線 3 5 に示す様に、 上下偏光板の吸収 軸は 9 0 ° の場合に最も高コ ン ト ラ ス トが得られる。 複数の色の光源を用いるフィ ール ドシーケ ン シ ャルカラー表示装 置に本発明の液晶シ ャ ッタを用いる場合には、 電圧無印加の色彩も 重要であり、 色彩を調整するためには、 上下偏光板の吸収軸の交差 角度を 8 5 ° 程度に狭めることが有効である。 しかし、 曲線 3 5 に 示すように、 交差角度が 8 0 ° 以下まで小さ くすると、 あるいは 1 0 0 ° 以上に広げると、 完全な黒が得られず、 コン トラス トが低下 するので、 偏光板の交差角度は 8 0 〜 1 0 0 ° で使用可能であり、 好ま しく は 8 5 〜 9 5 ° が良い。

次に、 液晶素子 1 1 の厶 n d について説明する。 図 9 に 2 4 0 ° ツイス ト角の液晶素子 1 1 で、 下偏光板吸収軸 8 a と上偏光板吸収 軸 9 aの交差角度は 9 0 ° と し、 中央液晶分子方向 1 2から反時計 回りに、 下偏光板吸収軸 8 aを 4 5 ° 回転させた位置に配置した液 晶素子 1 1 の Δ n d と液晶シ ャ ツ夕の透過率を示す。 図中、 実線で 示す曲線 3 2が位相差値 0 . 0 3 mの位相差板 1 3 を備えた本発 明の液晶シ ャ ツ 夕の最大透過率 Y mを表し、 実線で示す曲線 3 3が 電圧無印加の初期透過率 Y 0 を示す。 比較のために特願平 9 一 1 1 9 2 1 9号公報で開示した、 位相差板の無い液晶シ ャ ツ 夕の Y mを 点線で示す曲線 3 0 に、 位相差板の無い液晶シ ャ ツ 夕の Y 0 を点線 で示す曲線 3 1 に示す。

位相差板が無い液晶シ ャ ツ タでは、 曲線 3 0 に示す様に、 A n d = 0 . 6 5 mで最大透過率 Y mは最大になり、 さ らに A n dが大 き く なつてもあま り変化しないが、 電圧無印加の初期透過率 Y 0 は 、 曲線 3 1 に示す様に、 徐々に低下するので、 あまり Δ n dが大き すぎると好ま し く ない。 逆に、 厶 n d力く 0 . 6 5 〃 mより小さいと 、 最大透過率 Y mも小さ く なるので好ま しく ない。

一方、 位相差値 0 . 0 3 mの位相差板 1 3 を備えた本発明の液 晶シ ャ ツ タは、 最大透過率が得られる Δ n dは多少シフ 卜 しており 、 曲線 3 2 に示す様に、 A n d = 0. 6 7 mで最大透過率 Y mに なる。 初期透過率 Y 0 も、 曲線 3 3 に示す様に、 A n d = 0. 6 7 mで最大となり、 さ らに Δ n dが大き く なると Y 0 は徐々に低下 する。

また、 光学補償板 1 3の遅相軸 1 3 a (位相差板の遅相軸 1 3 b ) を中央液晶分子方向 1 2 と平行に配置すると、 電圧無印加の状態 では位相差が加算され、 白の色合いは多少黄色く なるので、 液晶素 子 1 1 の Δ n d は、 位相差板を備えない液晶シ ャ ツ 夕の液晶素子 1 0の A n dより 0 . 0 2 〜 0. 0 5 〃 m程度小さ くすると白の色合 いは改善できる。

本発明の液晶素子 1 1 の A n d と しては、 0. 6 111から 0. 9 mが良く 、 特に 0 . 6 5 〃 mから 0 . 8 mが好ま しい。 最適な Δ n d値は液晶素子 1 1 のッイ ス ト角や、 位相差板 1 3 の位相差値 により多少変動する力 ツイス ト角 1 8 0 ° から 2 6 0 ° の範囲で は、 ほぼ 0 . 6 〜 0 . 9 mにおさまる。

実施例 1 では、 液晶素子 1 1 のツ イ ス ト角を 2 4 0 ° で、 A n d = 0. 7 8 mに設定し、 位相差板 1 3の位相差値を 0. 0 3 〃 m に設定したこ とで、 明る く 、 かつ着色の比較的少ない白表示の開状 態が得られ、 駆動電圧を 1 0 V印加した時のコ ン ト ラ ス トは 〗 0 0 以上得られた。

次に、 本発明の液晶シ ャ ツ 夕の応答時間について説明する。 図 1

0 は、 本発明の液晶シ ャ ツ 夕に、 1 0 0 H z、 1 0 Vの交流信号を

5 0 ms印加した時の駆動波形 4 2 と、 透過率の時間変化を表す透過 率一時間曲線 （ 4 1 ) である。 電圧無印加の開状態から交流信号を 印加すると、 一瞬透過率が上昇後、 黒く なり閉状態となる。 開から 閉へのオ ン応答時間 4 3 は印加電圧の影響を受け、 高電圧を液晶シ ャ ッ タに印加するほど速く なる。 実施例 1 の液晶シ ャ ツ 夕には、 1 0 Vの電圧を印加しているので、 オ ン応答時間 4 3 は l m s未満と 非常に高速である。

一方、 閉状態から交流信号を 0 Vに戻すと、 約 1 . 5 m sで最大 透過率になった後、 約 2 0 m s後に初期透過率に戻る。 閉から開へ 戻るオフ応答時間は、 液晶ねじれを戻す弾性力を用いているので、 ッイス ト角の大きい液晶素子の方が速く なる。 液晶素子と しての本 来の応答時間の定義は、 液晶分子変化が安定するまでの時間であり 、 図 1 0 においては 2 0 m s となる力く、 液晶シ ャ ツ 夕と して利用す る場合は、 最大透過率に戻るまでの時間が応答時間と して有効なの で、 2 4 0 ° ツイ ス ト角である本発明の液晶シ ャ ツ 夕のオフ応答時 間 4 4 は 1 . 5 m s となり、 高速応答の液晶シ ャ ツ 夕が得られた。

また、 閉状態の黒から開状態の最大透過率を示すまでは、 比較的 に着色が少な く 多少青みを帯びた白表示をする。 最大透過率を維持 している保持時間 （ 4 5で示す） である約 1 0 m s を過ぎた後は、 多少黄色く 着色しながら透過率が低下する。 従って、 階調表示を行 うためには、 液晶シ ャ ツ 夕が最大透過率を維持している保持時間 4 5以内に リ セッ ト信号を印加して閉状態に戻し、 閉状態と最大透過 率間の着色の少ない状態を利用する こ とで、 明る く 、 かつ、 階調表 示を良好に行う こ とができる。

本発明の液晶シ ャ ツ 夕を用いて、 ボラ ロイ ドフ ィ ルムにデータを 書き込むビデオプリ ンタを試作したと ころ、 1 0 Vの低電圧駆動で も良好なコ ン ト ラス 卜 と階調表示が可能となり、 高画質のフルカラ —画像プリ ン トを得る こ とができた。

このよ う に、 上偏光板 9 と位相差値が 0 . 0 1 〜 0 . 1 〃 mであ る位相差板 1 3 と、 ツイス ト角が 1 8 0 ° 〜 2 6 0 ° である液晶素 子 1 1 と下偏光板 8 を用いる こ とで、 1 0 V以下の低駆動電圧でも

、 高コ ン ト ラ ス トで、 応答速度が速い液晶シ ャ ツ タを提供できた。 実施例 1では、 液晶素子 1 1 と して 2 4 0 ° ツイス ト角を用いた が、 1 8 0 。 〜 2 6 0 ° のツイス ト角以上のねじれを持つ液晶素子 を用いることで、 同様な効果を得ることが可能である。 2 7 0 ° ッ イ ス ト角以上でも原理的には同様な効果が得られるが、 液晶を安定 に配向させるのが難しく なる。

また、 実施例 1 では、 位相差板 1 3 と して、 ポリ カーボネー トフ イ ルムを X方向と Y方向に 2軸延伸したものを使用したが、 小さい 位相差値の調整は難しいが、 通常の 1 軸延伸した位相差板でも使用 可能である。 また、 Z軸方向にも延伸した、 いわゆる Zタイプの位 相差板を用いることも可能である。

また、 実施例 1 では、 位相差板 1 3 を、 液晶素子 1 1 と上偏光板 9 の間に配置したが、 位相差板 1 3を液晶素子 1 1 と下偏光板 8 の 間に配置しても、 全く 同様な効果が得られた。

(実施例 2 )

次に、 本発明の実施例 2 における液晶シ ャ ツ夕の効果を図面に沿 つて説明する。 実施例 2 における液晶シ ャ ツ 夕の構成は、 光学補償 板と しての位相差板を 2枚 （図 4及び図 1 7 の 1 5， 1 6参照、 な お、 図 1 7 の構成については、 後述する実施例 4で詳述する） 使用 していることと、 上下の偏光板の配置角度と、 ネマチッ ク液晶のね じれピッチ Pが実施例 1 と異なっている。

本発明の実施例 2 における液晶シ ャ ツ 夕の構成について、 図面を 用いて説明する。 図 4 は本発明の実施例 2 における液晶シ ャ ツ 夕の 構造を示す断面図であり、 図 3 は図 4 を上から見た様子を示す平面 図である。 以下、 図 3 と図 4 を用いて本発明の液晶シ ャ ツ 夕の構成 を説明する。

実施例 2の液晶シ ャ ツタは、 2 4 0 ° ツイス ト角の液晶素子 1 4 の下側に配置した下偏光板 8 と、 液晶素子 1 4の上側に配置した第 1 の位相差板 1 5 と第 2 の位相差板 1 6 と上偏光板 9 とから構成す る。 液晶素子 1 4 は、 I T〇からなる第 1 の電極 2 と配向膜 3 を形 成した厚さ 0. 7 mmのガラスからなる第 1 の基板 1 と、 I T O力、 らなる第 2 の電極 5 と配向膜 6 を形成した厚さ 0 . 7 mmのガラス からなる第 2 の基板 4 と、 ネマチッ ク液晶 7 とから形成されている 使用するネマチ ッ ク液晶の複屈折率 Δ ηは 0. 1 9 5で、 第 1 の 基板 1 と第 2 の基板 4 の隙間 dは 4 mであるので、 液晶素子 1 4 と しての、 複屈折性を示す A n d値は 0. 7 8 に設定する。 第 1 の基板 1 の配向膜 3 は、 図 3 の下液晶分子配向方向 7 a にラ ビング処理を施してあり、 第 2 の基板 4 の配向膜 6 は、 上液晶分子 配向方向 7 bにラ ビング処理を施してある。 粘度 1 8 c pのネマチ ッ ク液晶には、 カイ ラル材と呼ぶ旋回性物質を添加し、 ねじれピッ チ Pを 6 . 1 5 〃 mに調整し、 d Z P = 0. 6 5 と し、 左回り 2 4 0 ° ツイ ス ト液晶素子を形成する。

下偏光板吸収軸 8 a と上偏光板吸収軸 9 aが直交するよう に、 液 晶素子 1 4 の両側に下偏光板 8 と上偏光板 9 とを配置してある。 下 偏光板吸収軸 8 a は、 ネマチ ッ ク液晶 7 の、 第 1 の基板 1 と第 2 の 基板 4 の中間部の液晶配向方向を示す中央液晶分子方向 1 2 と、 反 時計回り 5 5 ° の角度で配置され、 上偏光板吸収軸 9 a は、 中央液 晶分子方向 1 2 と時計回り 3 5 ° の角度で配置し、 ポジ型液晶シ ャ ッ タを構成している。

第 1 の位相差板 1 5 は遅相軸 1 5 bが中央液晶分子方向 1 2 と直 交する方向に配置され、 位相差値 0 . 1 5 / mである。 第 2 の位相 差板 1 6 は、 遅相軸 1 6 bが中央液晶分子方向 1 2 と平行に配置さ れ、 位相差値 0 . 1 8 mである。 どち らの位相差板もポ リ カーボ ネー トを 1 軸延伸 した、 厚さ 5 0 〃 mの透明なフ ィ ルムであり、 ァ ク リル系粘着剤を用いて、 上偏光板 9 と接着して一体化してある。 次に、 実施例 2の効果について説明する。 まず、 位相差板を 2枚 用いた効果について説明する。 実施例 1 で説明した様に、 位相差値 が 0 . 0 3〜 0 . 0 5 m程度と非常に小さな位相差板を、 一般的 な 1 軸延伸法で製造するのは難しく 、 実施例 1 では価格の高い 2軸 延伸法で製造した位相差板を用いた。 そこで、 実施例 2では、 価格 の安い一般的な 1 軸延伸法で製造した位相差板を 2枚用いることで 、 0 . 0 3〜 0 . 0 5 mと位相差値が小さな位相差板を形成して いる。 つま り、 図 3 に示した様に、 第 1 の位相差板の遅相軸 1 5 b と第 2の位相差板の遅相軸 1 6 bを直交して配置すると、 位相差値 は 2枚の位相差板における位相差値の差となる。

実施例 2では、 第 2 の位相差板 1 6 の位相差値を、 第 1 の位相差 板 1 5 の位相差値より 0 . 0 3 m大き く したので、 実質的には位 相差値 0 . 0 3 mの位相差板を第 2の位相差板の遅相軸 1 6 に 配置したことになり、 実施例 1 の効果と同様に、 低駆動電圧でも高 コ ン トラス トが得られる。

次に、 偏光板の配置関係について説明する。 実施例 1 で説明した ように、 電圧を印加した状態での最大透過率 Y mは、 位相差板を用 いない液晶シャ ツ 夕では、 図 7 の曲線 2 6 に示したように、 下偏光 板配置角度を中央液晶分子方向 1 2 から 4 5 ° の位置に配置した場 合に、 最大透過率が得られた。 しかし、 位相差値 0 . 0 3 mの位 相差板を備えた、 本発明の液晶シ ャ ツ 夕の下偏光板配置角度は、 中 央液晶分子方向 1 2 から 5 5 ° の位置に配置した場合に、 最大透過 率が得られるので、 図 3 に示した様に、 上下偏光板を実施例 1 の液 晶シ ャ ツ 夕の配置より、 反時計回り に 1 0 ° 回転して配置した。 上下偏光板の配置角度を 1 0 。 回転して配置したことで、 電圧無 印加時の色彩は、 多少黄色く なつたが、 電圧を印加した際の最大透 過率 Y mの明るさが明る く なり、 色彩も良好な白色を得る ことが可 能となつた。

つぎに、 液晶のねじれピッチと応答時間の関係を説明する。 図 1 4 は、 液晶のねじれピッチ P と、 第 1 の基板 1 と第 2 の基板 6 の間 隔 dの商である d Z P と、 室温における応答時間の関係を示すグラ フであり、 実線で示す曲線 4 6 は 1 0 V印加時のオ ン応答時間で、 実線で示す曲線 4 7 は電圧 0 Vへのオフ応答時間である。 オ ン応答 時間 4 6 は、 ねじれピッチが小さ く なるほど液晶の粘性が高く なる ので、 d / Pが大き く なると、 多少ではあるが遅く なり、 オフ応答 時間 4 7 は d / Pが大き く なるほど戻り弾性力が強く なるので速く なる。

一般的な 2 4 0 ° ツイ ス ト角の S T N液晶表示装置では、 使用す る配向膜のチル ト角にも依存する力く、 d Z Pの値が 0. 5 より大き く なると、 2 V前後の動作開始電圧付近の電圧を印加する とス トラ イブ ドメ イ ン と呼ばれる配向不良が発生し、 表示品位を著し く 低下 させる。 従って、 S T N液晶表示装置の d Z Pは 0 . 4 5 0. 5 に設定している場合が多い。 しかし、 本発明の液晶シャ ツ 夕の印加 電圧は、 1 0 V以上と動作開始電圧よ り数倍も大きいため、 d Z P の値が 0 . 5 よ り大き く ても配向不良は発生しないこ とを実験で確 認できた。

従って、 オ ン応答時間があま り遅く な らない範囲で、 d / Pを大 き く 設定する こ とで、 オフ応答時間 4 7 を速く する こ とができ る。 ツイ ス ト角を 0 とする と d / P ( 0 + 9 0 ) Z 3 6 0 までは、 所 望のツイ ス ト角 となり、 それ以上では、 所望のツイ ス ト角 + 1 8 0 ° になる。 つま り、 2 4 0 ° ツイ ス ト角の場合、 d / P = 0. 9 1 までは 2 4 0 ° ツイ ス ト角となる力 それ以上では 4 2 0 ° ッイ ス ト角になる。 実施例 2では、 オン応答があま り遅く ならないよう に考慮して、 d / P = 0. 6 5 〜 0 / 3 6 0 とするこ とで、 実施例 2 の液晶シャ ッ 夕のオフ応答時間は 1 . 2 m s と、 実施例 1 で用いた液晶シャ ツ 夕でのオフ応答時間を約 8 0 %に短く する こ とができた。

もちろん、 d Z Pの値を 0. 5以下に しても、 オフ応答時間は遅 く なる力 <、 液晶シャ ツ 夕 と して使用するこ とは可能である。 d / P の最小値は、 （ 0 — 9 0 ) / 3 6 0 で決ま り、 2 4 0 ° ツイス ト角 の場合は 0 . 4 2 となり、 1 8 0 ° ツイス ト角の場合は 0. 2 5 と なるが、 配向安定性を考慮し、 0. 4 以上が好ま しい。 従って、 液 晶シャ ツ 夕 と して使用可能な d Z Pの範囲は、 0 . 4 く d / P < ( + 9 0 ) ノ 3 6 0 となる力く、 最も好ま しい範囲は、 0 . 5 く d / P く 0 Z 3 6 O となる。

このよう に、 実施例 2 では、 上偏光板 9 と、 第 2 の位相差板 1 6 と、 第 1 の位相差板 1 5 と、 ツイス ト角力く 1 8 0 ° 〜 2 6 0 ° であ る液晶素子 1 4 と、 下偏光板 8 を用いるこ とで、 1 0 V以下の低電 圧駆動でも高コ ン トラス トが得られる液晶シ ャ ツ タを提供できる。 さ らに偏光板の配置角度を最適化し、 液晶のねじれピッチを 0 . 5 < d / P く 0 / 3 6 0 に設定したこ とで、 明る く かつ良好な白表示 の開状態が得られ、 応答時間が速い液晶シャ ッ ターを提供できた。 実施例 2 では、 液晶素子 1 4 と して 2 4 0 ° ツイ ス ト角を用いた 、 1 8 0 ° 〜 2 6 0 ° ツイ ス ト角以上のねじれを持つ液晶素子を 用いる こ とで、 同様な効果を得る こ とが可能である。 また、 2 7 0 ° ツイ ス ト角以上でも原理的には同様な効果が得られるが、 液晶を 安定に配向させるのが難し く なる。

また、 実施例 2 では、 第 2 の位相差板 1 6 を第 1 の位相差板 1 5 の上側に配置したが、 上下を入れ替えて、 第 2 の位相差板 1 6 を第

1 の位相差板 1 5 の下側に配置する こ と も可能である。 また、 実施例 2では、 第 1 の位相差板 1 5 と第 2 の位相差板 i 6 を液晶素子 1 4 の上側に配置したが、 第 1 の位相差板 1 5 と第 2 の 位相差板 1 6 を、 ともに液晶素子 1 4の下側に配置することも可能 である。

また、 実施例 2では、 図 1 7 に示すように、 第 1 の位相差板 1 5 と第 2の位相差板 1 6 を 2枚重ねて液晶素子 1 4の上側に配置した が、 第 1 の位相差板 1 5を液晶素子 1 4 の下側に、 第 2 の位相差板

1 6 を液晶素子 1 4 の上側に配置することや、 第 1 の位相差板 1 5 を液晶素子 1 4 の上側に、 第 2 の位相差板 1 6を液晶素子 1 4 の下 側にと、 1 枚ずつ別々に配置することも可能である。

実際に、 上側から順に、 上偏光板 9、 第 2の位相差板 1 6、 液晶 素子 1 4 、 第 1 の位相差板 1 5、 下偏光板 8 となる構成の液晶シャ ッ タを試作したところ、 実施例 2の液晶シャ ツ 夕と同様に、 良好な 特性が得られた。

実施例 2では、 下偏光板の吸収軸 8 aを、 中央液晶分子方向 1 2 に対して反時計回りに 5 5 ° に配置したが、 9 0 ° 回転して、 上偏 光板の吸収軸 9 aを中央液晶分子方向 1 2 に対して反時計回りに 5

5 ° に配置しても、 視野角特性が多少変化するが、 同様な効果が得 られる。

また、 実施例 2では、 下偏光板の吸収軸 8 aを、 中央液晶分子方 向 1 2 に対して反時計回りに 5 5 ° に配置した力 <、 4 0 。 〜 6 0 ° の範囲であれば、 ほぼ良好なコ ン ト ラス 卜 と明るさの特性が得られ る。

また、 実施例 2では、 上下偏光板の吸収軸の交差角度を 9 0 ° に したが、 実施例 1 にて、 図 8を用いて説明したように、 交差角度が

8 0 〜 1 0 0 ° であれば使用可能であり、 好ま し く は 8 5 〜 9 5 ° で良好なコ ン ト ラス 卜が得られる。 また、 実施例 2では、 第 2 の位相差板 1 6 の位相差値と第 1 の位 相差板 1 5の位相差値の差を 0 . 0 3 mと したが、 実施例 1 で説 明したように、 第 2 の位相差板 1 6 の位相差値と第 1 の位相差板 1 5の位相差値の差が 0 . 0 1 〜 0 . 1 mであれば同様な効果が得 れる。

また、 実施例 2 では、 位相差値が 0 . 1 5 // mと 0 . 1 8 mの 位相差板を用いたが、 位相差値の差が 0 . 0 1 〜 0 . 1 / mであれ ば、 用いる位相差板の絶対値について特に制限は無い。 しかし、 一 般的に位相差値が大きな光学補償板は、 位相差値の製造バラツキが 大き く なるので、 位相差値が 0 . 5 m以下の位相差板を用いる方 が好ま しい。

(実施例 3 )

次に、 本発明の実施例 3 における液晶シ ャ ツ夕の構成を、 図面を 用いて説明する。 前述の図 2 は、 本発明の実施例 3 における液晶シ ャ ッ 夕の構造でも適用する断面図であり、 図 1 5 は図 2を上から見 た様子を示す平面図である。 以下、 図 1 5 と図 2 とを用いて本発明 の液晶シ ャ ツ 夕の構成を説明する。 実施例 3 では、 光学捕償板 1 3 と してディ スコティ ッ クフ ィ ルムを 1 枚使用 した場合である。

第 1 の基板 1 の配向膜 3 は、 図 1 5 においても、 下液晶分子配向 方向 7 aの矢印方向にラ ビング処理を施してあり、 第 2の基板 4 の 配向膜 6 は、 上液晶分子配向方向 7 bの矢印方向にラ ビング処理を 施している。 上液晶分子配向方向 7 b と下液晶分子配向方向 7 a に 液晶分子は配向し、 矢印側の液晶分子が基板に対して外側に傾いて いる。

光学補償板と してのディ スコティ ッ クフ ィ ルム 1 3 の配向方向 1

3 c は、 実施例 3 では中央液晶分子方向 1 2 と直交し、 図 1 5の 3 時方向に位置する水平軸 hと平行に設置し、 正面から入射した光に 対する位相差値が 0 . 0 3 である富士写真フ ィ ルム製の商品名 ワイ ドビューを用いた。 ディ スコティ ッ ク フ イ ノレム 1 3 は、 図 2 0 に示したよう に、 厚さ 8 0 〃 mの ト リ アセチルセルロース （ T A C ) の透明フ ィ ルム 3 6 に、 ディ スコティ ッ ク構造化合物 3 7 を、 配 向方向 1 3 c に配向させて固定化したフ ィ ルムであり、 ディ スコテ ィ ッ ク構造化合物 3 7 は、 厚さ方向で徐々 に傾斜角が異なり、 透明 フ ィ ルム 3 6 から最も離れているディ スコティ ッ ク構造化合物 3 7 c は、 配向方向 1 3 c と 5 0 〜 7 0 ° 傾斜している。

ディ スコティ ッ ク フ イ ノレム 1 3 において、 正面からきた光に対し て最も屈折率の大き く なる方向は、 配向方向 3 6 に対して直交した 方向となり、 通常の光学補償板の遅相軸に相当する。 光学補償板の 配向方向 1 3 a と上偏光板の吸収軸 9 a とのなす角度 αは 4 5 ° と なり、 最も位相差が発生しやすい配置となっている。 ディ スコティ ッ クフ イ ノレム 1 3 の透明フ ィ ルム 3 6 と上偏光板 9 はァク リ ル系粘 着剤で一体化し、 ディ スコティ ッ ク構造化合物上にもア ク リ ル系粘 着剤を塗布し、 液晶素子 1 1 と接着する。

つま り、 液晶素子 1 1 に 1 0 Vの電圧を印加した状態で、 ほとん どの液晶分子は基板に対して垂直に立っているが、 基板界面の液晶 分子は基板と平行になっており 、 僅かに複屈折性が残っている。 こ こで、 基板界面の分子は、 図 1 5 において、 上液晶分子配向方向 7 a と下液晶分子配向方向 7 b に配向 しており、 平均的に見る と中央 液晶分子方向 1 2 に対して直交方向となり、 図 1 5 において、 水平 軸 h と平行な方向に配向 している。

そこで、 ディ スコティ ッ ク フ ィ ルムの配向方向 1 3 c を液晶の平 均的な配向方向である水平軸方向に配置する こ とで、 実質的には位 相差値が 0 . 0 3 mの光学補償板を中央液晶分子方向 1 2 と平行 に配置したこ とと同じになり、 残留 した複屈折性を完全に取り除く こ とができる。 つま り、 中央液晶分子方向 1 2 に直交な位置にディ スコティ ッ ク フ イ ノレム 1 3 の配向方向 1 3 c を配置するこ とで、 低 駆動電圧でのコ ン ト ラ ス トを改善できる。

つぎに、 ディ スコティ ッ クフ ィ ルム 1 3 の位相差値について説明 する。 前述の図 6 において、 本実施例の液晶シ ャ ツ 夕に一定電圧を 印加した際の、 ディ スコティ ッ クフ ィ ルム 1 3 のディ スコティ ッ ク 構造化合物 3 7 の傾き角を変化させるこ とで、 正面からの入射光に 対する位相差値と コ ン ト ラ ス トの関係を示している。 前述のよう に 、 点線で示す曲線 2 3 は印加電圧が 2 0 V、 実線で示す曲線 2 4 が 印加電圧 1 0 V、 一点鎖線で示す曲線 2 5が印加電圧 5 Vの場合で ある。 このグラ フの詳細な説明は実施例 1 でなされたので、 実施例 3 では省略する。

前述の図 8 は、 上下偏光板の吸収軸の交差角度と コ ン ト ラ ス 卜の 関係を示すグラフであるが、 図 1 の場合と同様に、 上下偏光板は、 図 1 5 に示す位置から、 両方の偏光板を均等に変化させた。 曲線 3 5 に示す様に、 上下偏光板の吸収軸は 9 0 ° の場合に最も高コ ン ト ラ ス 卜が得られる。

こ こで、 複数色の光源を 5 〜 6 m s間隔で順次点灯し、 液晶シャ ッ 夕を用いて所望色の光だけを透過するこ とでマルチカラー表示が可 能となるフ ィ ール ドシーケ ン シ ャ ルカラー表示装置に本発明の液晶 シ ャ ツ タを用いる場合においても、 前述したよう に、 電圧無印加の 色彩も重要であり、 色彩を調整するためには、 上下偏光板の吸収軸 の交差角度を 8 5 ° 程度に狭める こ とが有効である。 しかし、 図 8 の曲線 3 5 に示すよ う に、 偏光板の交差角度が 8 0 ° 以下まで小さ く する と、 又は 1 0 0 ° 以上に広げると、 完全な黒が得られず、 コ ン ト ラス トが低下するので、 偏光板の交差角度は 8 0 〜 1 0 0 ° で 使用可能であり、 好ま し く は 8 5 〜 9 5 ° が良い。 実施例 3 のよ う に、 ディ ス コテ ィ ッ クフ ィ ルム 1 3 を中央液晶分 子方向 1 2 と直交に配置した場合でも、 実施例 1 と同様に、 電圧無 印加の状態では位相差が加算され、 白の色合いは多少黄色く なるの で、 液晶素子 1 1 の Δ n dは、 光学補償板を備えない液晶シャ ッ 夕 の液晶素子 1 0 の厶 n dより 0 . 0 2 〜 0 . 0 5 〃 m程度小さ く す ると、 白の色合いは改善できる。 本発明の液晶素子 1 1 の A n d と しては、 0 . 6 〃 mから 0 . 9 mが良く 、 特に 0 . 6 5 〃 mから 0 . 8 mが好ま しい。 最適な Δ n d値は、 液晶素子 1 1 のッイ ス ト角や、 ディ スコティ ッ クフ ィ ルム 1 3 の位相差値により多少変動 する力く、 ツイ ス ト角 1 8 0 ° カヽら 2 6 0 。 の範囲では、 ほぼ 0 . 6 〜 0 . 9 におさま る。

また、 実施例 3 の液晶シ ャ ツ 夕の応答時間についても、 前述の図 1 0 で説明 したよう に、 実施例 1 と同様に、 オ ン応答時間 4 3 が 1 m s未満と非常に高速であり、 また、 オフ応答時間 4 4 が 1 . 5 m s となり、 高速応答の液晶シ ャ ッ 夕が得られた。

また、 階調表示についても、 実施例 1 と同様に、 良好な階調表示 が得られ、 前述と同様にビデオプリ ンタにおいて 1 0 Vの低電圧駆 動でも良好なコ ン トラス ト と階調表示が得られ、 高画質のフルカラ 一画像プリ ン トを得る こ とができた。

また、 実施例 3 では、 光学補償板と してディ スコティ ッ ク構造化 合物フ ィ ルム （ディ スコティ ッ ク フ ィ ルム） を用いたこ とで、 非常 に小さな位相差値であるにもかかわらず、 光学補償板と しての位相 差値が安定しており、 特性バラツキの少ない液晶シ ャ ツ 夕を提供で きた。

また、 実施例 3 では、 ディ スコティ ッ ク フ ィ ルム 1 3 の配向方向 1 3 c を、 水平軸 h の 3 時方向に配置 したが、 配向方向 1 3 c を水 平軸 hの 9 時方向に配置しても、 視野角特性が多少異なるが、 同様 な効果が得られた。

また、 実施例 3 においても、 実施例 1 と同様に、 ディ スコテイ ツ クフ ィ ルム 1 3 を、 液晶素子 1 1 と上偏光板 9 の間に配置したが、 ディ スコティ ッ クフ ィ ルム 1 3 を液晶素子 1 1 と下偏光板 8 の間に 配置しても、 全く 同様な効果が得られた。

さ らに、 ディ スコティ ッ ク フ ィ ルム 1 3 の位相差値を大き く する ために、 2枚のディ スコティ ッ クフ イ ノレム 1 3 を同一方向に 2枚重 ねて用いたり、 1 枚を液晶素子 1 1 と上偏光板 9 の間に配置し、 も う 1 枚を液晶素子 1 1 と下偏光板 8 の間に同一方向に配置するこ と も可能である。

(実施例 4 )

次に、 本発明の実施例 4 における液晶シ ャ ツ 夕の構成と効果を図 面に沿って説明する。 実施例 4 における液晶シ ャ ツ 夕の構成は、 実 施例 2 と同様に光学捕償板を 2枚使用 しているこ と と、 ネマチッ ク 液晶のねじれピッチ Pが前述の実施例と異なっている。 但し、 実施 例 4 では光学補償板と してディ スコティ ッ ク フ ィ ルムを 2 枚使用 し ている。

実施例 4 における液晶シャ ッ 夕の構成について図面を用いて説明 する。 図 1 7 は、 本発明の実施例 4 における液晶シ ャ ツ 夕の構造を 示す断面図であり、 図 1 6 は図 1 7 を上から見た様子を示す平面図 である。 以下、 図 1 6 と図 1 7 とを交互に用いて本発明の液晶シ ャ ッ 夕の構成を説明する。

実施例 4 の液晶シ ャ ツ タは、 2 4 0 ° ツ イ ス ト角の液晶素子 1 4 の下側に配置した第 1 のディ ス コテ ィ ッ ク フ ィ ルム 1 5 と下偏光板 8 と、 液晶素子 1 4 の上側に配置した第 2 のディ ス コティ ッ ク フ ィ ルム 1 6 と上偏光板 9 とから構成する。 液晶素子 1 4 は、 I T◦か らなる第 1 の電極 2 と配向膜 3 を形成した厚さ 0 . 7 m mのガラ ス からなる第 1 の基板 1 と、 I T Oからなる第 2 の電極 5 と配向膜 6 を形成した厚さ 0 . 7 m mのガラスからなる第 2 の基板 4 と、 ネマ チッ ク液晶 7 とから形成されている。

使用するネマチッ ク液晶の複屈折率 Δ nは 0 . 1 9 5 で、 第 1 の 基板 1 と第 2 の基板 4 の隙間 dは 4 mであるので、 液晶素子 1 4 と しての、 複屈折性を示す Δ n d値は 0 . 7 8 mに設定する。 第 1 の基板 1 の配向膜 3 は、 図 1 6 の下液晶分子配向方向 7 aの 矢印方向ラ ビング処理を施してあり、 第 2 の基板 4 の配向膜 6 は、 上液晶分子配向方向 7 bの矢印方向にラ ビング処理を施している。 上液晶分子配向方向 Ί b と下液晶分子配向方向 7 a に液晶分子は配 向 し、 矢印側の液晶分子が基板に対して外側に傾いている。 粘度 1

8 c pのネマチ ッ ク液晶には、 カイ ラル材と称する旋回性物質を添 加し、 ね じれピッチ Pを 6 . 1 5 mに調整し、 d Z P二 0 . 6 5 と し、 左回り 2 4 0 ° ツイ ス ト液晶素子を形成する。

下偏光板吸収軸 8 a と上偏光板吸収軸 9 aが直交するよう に、 液 晶素子 1 4 の両側に下偏光板 8 と上偏光板 9 とを配置してある。 下 偏光板吸収軸 8 a は、 ネマチッ ク液晶 7 の、 第 1 の基板 1 と第 2 の 基板 4 の中間部の液晶配向方向を示す中央液晶分子方向 1 2 と、 反 時計回り 4 5 ° の角度で配置され、 上偏光板吸収軸 9 a は、 中央液 晶分子方向 1 2 と時計回り 4 5 ° の角度で配置し、 ポジ型液晶シ ャ ッ タを構成している。

第 1 のディ スコティ ッ ク フ ィ ルム 1 5 は、 配向方向 1 5 cが水平 軸 hから反時計回り に 2 0 ° に配置し、 正面における位相差値 0 .

0 3 〃 mである。 第 2 のディ スコティ ッ クフ イ ノレム 1 6 は、 配向方 向 1 6 c が水平軸 hから時計回り に 2 0 。 に配置し、 位相差値 0 .

0 3 〃 mである。 どち らのディ スコティ ッ クフ ィ ルムも、 前述の実 施例 3 で用いたディ スコティ ッ クフ ィ ルム 1 3 と同一材料であり、 アク リル系粘着剤を用いて、 透明フ ィ ルム 3 6 と偏光板とを接着し 、 ディ スコティ ッ ク構造化合物 3 7 の塗布面と液晶素子 1 4 をァク リル系粘着剤を用いて接着してある。

次に、 実施例 4 の効果について説明する。 まず、 ディ スコテイ ツ クフ ィ ルムの配置角度について説明する。 実施例 3では、 ディ スコ ティ ッ クフ ィ ルム 1 3の配向方向 1 3 cを水平軸 hに対して平行に 配置したが、 実施例 4では、 それぞれのディ スコティ ッ クフィルム を配置する基板側の液晶分子配向方向に 2 0 ° 回転して配置してあ る。 つまり、 図 1 6 に示すように、 第 1 のディ スコティ ッ クフ ィ ル ム 1 5の配向方向 1 5 c と水平軸 hとのなす角度を 2 0 ° 、 第 2の ディ ス コテ ィ ッ ク フ イ ノレム 1 6 の配向方向 1 6 c と水平軸 h とのな す角度を 2 0 ° に配置している。

さ らに第 1 のディ スコティ ッ クフ イ ノレム 1 5の配向方向 1 5 じ と 下液晶分子配向方向 7 a とのなす角度は 1 0 ° であり、 第 1 のディ スコティ ッ クフ ィ ルム 1 5 の配向方向 1 5 c と上液晶分子配向方向 7 b とのなす角度である 5 0 ° 以下となり、 また、 第 2のディ スコ ティ ッ クフ ィ ルム 1 6 の配向方向 1 6 c と上液晶分子配向方向 7 b とのなす角度は 1 0 ° であり、 第 2のディ スコティ ッ クフ ィ ルム 1 6 の配向方向 1 6 c と下液晶分子配向方向 7 a とのなす角度である 5 0 ° 以下となるように配置している。

前述の実施例 3で説明したように、 1 0 V程度の電圧を液晶素子 1 4 に印加した状態では、 ほとんどの液晶分子は基板に対して垂直 に立っている力 基板界面の液晶分子はまだ基板と平行になってい るので、 僅かに複屈折性が残っており、 液晶分子の平均的な配向方 向は水平軸 h と平行である。

その残留している複屈折性を取り除く ためには、 ディ スコテイ ツ クフ ィ ルムの配向方向が水平軸 h と平行な場合が最も効率良いが、 水平軸 hに対して、 0 〜 4 0 ° までは複屈折性を取り除く ことがで き、 逆に水平軸 hに対して 5 0〜 9 0 ° では液晶素子の残留複屈折 にディ スコティ ッ クフ ィ ルムの位相差が加算される。 実施例 4では 、 位相差値が 0 . 0 3 〃 mのディ スコティ ッ クフ ィルムを 2枚用い たので、 どちらも水平軸 hと平行に配置すると、 位相差値が 0 . 0 6 〃 mとなり、 1 0 V駆動の場合は、 図 6の曲線 2 4のようにコ ン ト ラ ス トは 2 0程度しか得られない。

そこで、 実施例 4のように、 配置角度を水平軸 hから 0 〜 3 0 ° 程度ずらすこ とで、 2 枚のデイ スコテ ィ ッ ク フ ィ ルムで補正される 合計の位相差値は、 0 . 0 2 〜 0 . 0 3 〃 mと小さ く なり、 1 0 V 駆動でのコ ン ト ラ ス トは 8 0以上得られる。

こ こで、 第 1 のディ スコテ ィ ッ ク フ イ ノレム 1 5 の配向方向 1 5 c を、 中央液晶分子方向 1 2 に対して反時計回りで 9 0 〜 1 2 0 ° 、 つま り水平軸 hから反時計回りで 0 〜 3 0 ° に設定すると、 下液晶 分子配向方向 7 a とほぼ平行になり、 視野角特性が改善され、 さ ら に好ま しい結果となる。

つま り、 第 1 のディ ス コティ ッ クフ ィ ルム 1 5 の配向方向 1 5 c は、 中央液晶分子方向 1 2 に対して反時計回りで 6 0 〜 1 2 0 。 の 範囲において、 コ ン トラス ト改善の効果が得られ、 9 0 〜 1 2 0 ° の範囲においては、 視野角特性も改善できる。 同様に、 第 2 のディ スコテ ィ ッ ク フ イ ノレム 1 6 の配向方向 1 6 cを、 中央液晶分子方向 1 2 に対して反時計回りで 6 0 〜 9 0 ° 、 つま り水平軸 hから時計 回りで 0 〜 3 0 ° に配置すると、 上液晶分子配向方向 7 b とほぼ平 行になり、 視野角特性が改善され、 好ま しい結果を得る。

この視野角特性の改善の効果は、 位相差板の位相差値が、 視野角 をディ ス コテ ィ ッ クフ ィ ルム 1 3 の配向方向 1 3 c (図 2 0参照） に傾けた場合、 非対称に変化し、 液晶素子で発生する複屈折性を補 正するためであり、 図 1 9 を用いて説明 した、 従来の液晶表示装置 におけるこの位相差板の本来の使い方に近い。 しかし、 従来の液晶 表示装置では、 位相差板の正面での位相差が影響しないように、 上 偏光板の吸収軸 9 a と第 2 のディ スコティ ッ クフ ィ ルム 1 6 の配向 方向 1 6 c とのなす角度を 0 ° か 9 0 ° にするこ とを前提と してい るが、 本発明は正面での位相差を積極的に利用 している点で大き く 構成が異なっている。

また、 実施例 4 における液晶のネジレピッチと応答時間の関係は 、 前述の図 1 4 の説明と同様なので詳細な説明を省略する。 実施例 4 でも、 液晶シ ャ ツ 夕の印加電圧が 1 0 V以上と動作開始電圧よ り 数倍も大きいため、 d / Pの値が 0 . 5 より大き く ても配向不良が 発生しないこ とを実験で確認できた。 さ らに、 前述の実施例 3 の液 晶シ ャ ッ 夕でのオフ応答時間を約 8 0 %に短縮する こ とができた。

また、 本発明の液晶シ ャ ツ タを用いて、 赤、 緑、 青の 3種類の発 光ダイオー ドを 5 m s 間隔で順次点灯し、 液晶シ ャ ツ タを用いて所 望色の光だけを透過する こ とでマルチカラ一表示が可能となるフ ィ —ル ドシーケ ン シ ャ ルカラ一表示装置を試作したと ころ、 1 0 Vの 低電圧駆動でも高コ ン ト ラ ス トで綺麗な色調が得られ、 さ らに視野 角特性も良好な表示を実現できた。

このよ う に、 本発明の実施例 4 では、 上偏光板 9 と、 第 2 のディ ス コテ ィ ッ ク フ イ ノレム 1 6 と、 ツイス ト角力く 1 8 0 ° 〜 2 6 0 。 で ある液晶素子 1 4 と、 第 1 のディ スコティ ッ クフ ィ ルム 1 5 と、 下 偏光板 8 とについて、 本発明の構成を用いる こ とで、 1 0 V以下の 低電圧駆動でも高コ ン ト ラ ス トが得られる液晶シ ャ ッ タを提供でき る。 さ らに、 ディ スコティ ッ クフ ィ ルムの配置角を最適化したこ と で、 広視野角特性が得られ、 フ ィ ール ドシーケ ン シ ャ ルカ ラ 一表示 装置に最適な液晶シ ャ ッ タ ーを提供できた。 実施例 4では、 下偏光板の吸収軸 8 aを、 中央液晶分子方向 1 2 に対して反時計回り に 4 5 ° に配置したが、 9 0 ° 回転して、 上偏 光板の吸収軸 9 aを中央液晶分子方向 1 2 に対して反時計回り に 4 5 ° に配置しても、 視野角特性が多少変化するが、 同様な効果が得 られた。

また、 実施例 4 では、 下偏光板の吸収軸 8 aを、 中央液晶分子方 向 1 2 に対して反時計回り に 4 5 ° に配置したが、 4 0 ° 〜 6 0 。 の範囲であれば、 ほぼ良好なコ ン ト ラ ス 卜 と明るさの特性が得られ る

また、 実施例 4 では、 第 2 のディ スコティ ッ ク フ ィ ルム 1 6 の位 相差値と第 1 のディ ス コテ ィ ッ ク フ ィ ルム 1 5 の位相差値を 0 . 0 3 mと したが、 実施例 3 で説明 したよ う に、 駆動電圧により最適 範囲は多少異なる力く、 どち らのディ スコティ ッ ク フ ィ ルムの位相差 値も、 0 . 0 1 〜 0 . 1 mであれば、 同様な効果が得られる。

さ らに、 実施例 4では、 液晶素子 1 4 の Δ n dを 0 . 7 8 〃 mと したが、 実施例 3 で説明 した様に、 Δ n d = 0 . 6 〜 0 . 9 〃 mで あれば、 同様な効果が得られる。 産業上の利用可能性

以上の説明で明らかなよ う に、 本発明によれば、 1 0 V以下の低 電圧で駆動可能で、 オ ン Zオフの高速応答が可能で、 明る く 高コ ン トラス 卜の液晶シ ャ ツ 夕を提供する こ とができる。 本発明の液晶シ ャ ッ タを適用する こ とで、 駆動回路を単純化する こ とで低コ ス ト化 が図れ、 さ らに低消費電力化により、 電池で駆動する携帯機器への 応用 も可能となった。 また、 2枚の光学補償板 （位相差板又はディ ス コティ ッ クフ ィ ルム） を用い、 光学補償板の配置角度を最適化し たこ とで、 上記と同様に、 低電圧駆動でより良好な高コ ン ト ラ ス ト が得られ、 さ らに視野角特性が良好な液晶シャ ッタを提供できる 従って、 本発明の産業上の利用可能性は非常に大きい。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 第 1 の基板と第 2 の基板からなる一対の基板の間にツイス ト 角が 1 8 0 ° 〜 2 6 0 ° のネマチッ ク液晶を狭持してなる液晶素子 と、 前記液晶素子を挟んで配置された一対の偏光板と、 前記液晶素 子と前記偏光板との間の何れか一方に光学補償板を備え、

前記一対の偏光板におけるそれぞれの吸収軸のなす角度を 8 0 ° ~ 1 0 0 ° の範囲と し、 前記一方の偏光板の吸収軸と前記液晶素子 の中央液晶分子方向とがなす角度を 4 0 ° ~ 6 0 ° の範囲と し、 か つ前記光学補償板の遅相軸を液晶素子の中央液晶分子方向と略平行 に配置する こ とを特徴とする液晶シ ャ ッ 夕。

2 . 前記光学補償板の正面における位相差値を 0 . 0 1 〜 0 . 1 mの範囲とするこ とを特徴とする請求項 1 に記載の液晶シ ャ ツ 夕

3 . ネマチ ッ ク液晶の複屈折率 Δ n と、 前記第 1 の基板と第 2 の 基板の隙間 d との積である A n dを 0 . 6 〜 0 . 9 〃 mの範囲とす るこ とを特徴とする請求項 1 又は 2 に記載の液晶シ ャ ッ 夕。

4 . 前記光学補償板は位相差板であり、 光学補償板の遅相軸は位 相差板の遅相軸と同一方向である こ とを特徴とする請求項 1 に記載 の液晶シ ャ ツ 夕。

5 . 前記光学補償板は、 ディ ス コテ ィ ッ ク構造化合物が透明フ ィ ルム上に厚さ方向で傾斜角が異なりながら配向 しているディ スコテ ィ ッ ク フ ィ ルムであり、 光学補償板の遅相軸はデイ スコティ ッ ク フ イ ルムの配向方向と直交している光学軸であるこ とを特徴とする請 求項 1 に記載の液晶シ ャ ッ 夕。

6 . 第 1 の基板と第 2 の基板からなる一対の基板の間にツイ ス ト 角が 1 8 0 ° 〜 2 6 0 ° のネマチ ッ ク液晶を狭持してなる液晶素子 と、 前記液晶素子を挟んで配置された一対の偏光板と、 前記液晶素 子と前記偏光板との間の何れか一方に第 1 の光学補償板と第 2の光 学補償板を備え、

前記一対の偏光板におけるそれぞれの吸収軸のなす角度を 8 0 ° 〜 1 0 0 ° の範囲と し、 前記一方の偏光板の吸収軸と前記液晶素子 の中央液晶分子方向とがなす角度を 4 0 ° 〜 6 0 ° の範囲とするこ とを特徴とする液晶シ ャ ッ 夕。

7. 第 1 の基板と第 2の基板からなる一対の基板の間にツイス ト 角が 1 8 0 ° 〜 2 6 0 ° のネマチッ ク液晶を狭持してなる液晶素子 と、 前記液晶素子を挟んで配置された一対の偏光板と、 前記液晶素 子と前記偏光板との間の何れか一方に第 1 の光学補償板を、 前記液 晶素子と前記偏光板との間のもう一方に第 2の光学補償板を備え、 前記一対の偏光板におけるそれぞれの吸収軸のなす角度を 8 0 ° 〜 1 0 0 ° の範囲と し、 前記一方の偏光板の吸収軸と前記液晶素子 の中央液晶分子方向とのなす角度を 4 0 ° 〜 6 0 ° の範囲とするこ とを特徴とする液晶シ ャ ッ タ。

8. 前記第 1 の光学補償板と前記第 2の光学補償板との正面にお ける位相差値の差が 0. 0 1 〜 0 . l i mの範囲とするこ とを特徴 とする請求項 6又は 7 に記載の液晶シ ャ ッ タ。

9. ネマチッ ク液晶の複屈折率 Δ η と、 前記第 1 の基板と第 2の 基板の隙間 d との積である A n dを 0 . 6 〜 0 . 9 / mの範囲とす るこ とを特徴とする請求項 6又は 7 に記載の液晶シ ャ ツ タ。

1 0. ツイス ト角 0の液晶素子で、 前記ネマチッ ク液晶のねじれ ピッチ P と、 前記第 1 の基板と第 2 の基板の隙間 d との商である d

Z Pを 0 . 5〜 ノ 3 6 0の範囲と したことを特徴とする請求項 1 乃至 9 の何れかに記載の液晶シ ャ ッ 夕。

1 1 . 前記第 1 の光学補償扳は第 1 の位相差板であり、 前記第 2 の光学捕償板は第 2 の位相差板であり、 前記第 1 の位相差板の遅相 軸を前記液晶素子の中央液晶分子方向と略直交するよう に配置し、 前記第 2 の位相差板の遅相軸を前記液相素子の中央液晶分子方向と 略平行に配置する こ とを特徴とする請求項 6 又は 7 に記載の液晶シ ャ ッ タ。

1 2 . 前記第 1 の光学補償板と第 2 の光学補償板とは、 ディ スコ テイ ツ ク構造化合物が透明フ ィ ルム上に厚さ方向で傾斜角が異なり ながら配向 しているディ スコティ ッ ク フ ィ ルムであり、 一対の偏光 板のうち、 一方の偏光板を上偏光板と し、 他方の偏光板を下偏光板 と し、 第 1 の光学補償板は第 1 のディ スコティ ッ クフ ィ ルムであり 、 第 1 のディ ス コティ ッ ク フ ィ ルムは下偏光板と液晶素子の間に備 えられ、

前記液晶素子の中央液晶分子方向と直交している方向を水平軸と し、 第 1 のディ スコティ ッ ク フ ィ ルムの配向方向と前記水平軸との なす角度は 0 ° 〜 3 0 ° の範囲と し、 かつ前記第 1 のディ スコティ ッ ク フ ィ ルムの配向方向と下液晶分子配向方向とのなす角度は、 前 記第 1 のデ ィ スコティ ッ ク フ ィ ルムの配向方向と上液晶分子配向方 向とのなす角度以下であり、

さ らに第 2 の光学補償板は第 2 のディ スコティ ッ クフ ィ ルムであ り、 第 2 のディ スコティ ッ ク フ ィ ルムは上偏光板と液晶素子の間に 備えられ、

前記第 2 のディ スコティ ッ ク フ ィ ルムの配向方向と前記水平軸と のなす角度は 0 〜 3 0 ° の範囲と し、 かつ前記第 2 のディ ス コテ ィ ッ ク フ ィ ルムの配向方向と前記上液晶分子配向方向とのなす角度は

、 前記第 2 のディ スコテ ィ ッ ク フ ィ ルムの配向方向と前記下液晶分 子配向とのなす角度以下になるよ う に配置する こ とを特徴とする請 求項 7 に記載の液晶シ ャ ッ タ。