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JPS5887538A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JPS5887538A
JPS5887538A JP56185319A JP18531981A JPS5887538A JP S5887538 A JPS5887538 A JP S5887538A JP 56185319 A JP56185319 A JP 56185319A JP 18531981 A JP18531981 A JP 18531981A JP S5887538 A JPS5887538 A JP S5887538A
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JP
Japan
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liquid crystal
substrate
dichroic dye
light
display element
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JP56185319A
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JPH031649B2 (ja
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Takao Umeda
梅田　高雄
Yuzuru Shimazaki
譲 島崎
Tatsuo Ikawa
伊川　辰夫
Seikichi Tanno
丹野　清吉
Masaru Sasaki
賢 佐々木
Takao Miyashita
宮下　隆雄
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Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to DE19823242847 priority patent/DE3242847A1/de
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Publication of JPH031649B2 publication Critical patent/JPH031649B2/ja
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液晶表示素子に係り、特に反射型のゲスト・ホ
スト方式に好適な液晶表示素子に関する。
従来、液晶に二色性色素を添加したゲスト・ホスト型液
晶表示素子は、ＴＮ型液晶表示素子に比べてコントラス
トが劣る等の欠点を有していた。
この欠点を改良するために、第１図に示す様に１／４波
長板を挿入する方法が提案されている。
（エレクトロニクス昭和５６年１月号、特開昭５２−１
２９４５０　、　　特開昭５４−３９６６４．特開昭５
４−２６７５６等） 第１図に於いて、１〜６は光、８は液晶分子９ｉ二色性
色素分子１０がＸ方向に一様に配向されている液晶層、
７ａ、７ｂは対向面に図示していない電極が形成される
一対の基板、１１は水晶や透明な白雲母等を用いた厚さ
１〜１０陥の１／４波長板、１２は反射板である。
図に於いて、複数の偏光ベクトル成分有する自然光１が
基板７ａを通って液晶層８に入射すると二色性色素分子
１０の吸収軸方向と平行な成分（この場合Ｘ方向のベク
トル成分）は吸収され、基板７ｂを通過した光ばＹ方向
の成分をもつ直線偏光すからなる光２となる。光２が１
／４波長板１１を通過すると左回り（反時計方向）の偏
光ペクト、ルＣをもつ円偏光の光３となる。光３が反射
板１２で反射され、偏光ベクトルＣは逆転されて右回り
（時計方向）の偏光ベクトルｄをもつ円偏光の光４とな
る。光４が１／４波長板１１を通過するとＸ方向に沿っ
た直線偏光ｅ’ｌもつ光５となる。従って、１／４波長
板１１と反射板１２は光の偏光方向を９０度回転させる
効果をもつことになる。光５が再び基板７ｂを通過して
液晶層８に入射すると、光５の偏光ベクトルｅは二色性
色素分子の吸収軸方向と一致するため、入射光のＸ。
Ｙ成分はすべて吸収され基板７ａから出る光６の強度は
きわめて小さくなる。
液晶層８に電圧が印加されると二色性色素分子１０は液
晶分子９とともに立上り、Ｚ方向に配向するため二色性
色素分子１０の吸収軸方向もＺ方向となり、入射光１は
液晶層８でほとんど吸収されることなく反射板１２で反
射され、再び入射側にもどってくる。
液晶表示素子のコントラストは電圧を印加した状態での
光６の強度と電圧を印加しない状態での光６の強度の比
であられされる。第１図に示すような１／４波長板を用
いることによって光６の強度は小さくなるからコントラ
スト比は高くなる。
第１図では電圧を印加することによって液晶層が透明に
なるネガ表示型の素子構成を示したが、液晶分子９と二
色性色素分子１０を基板７ａ。
７ｂに垂直に配向させておき、電圧印加時に色素分子が
水平配向となって着色するポジ表示型素子の場合にも１
／４波長板を用いることによりコントラストの向上をは
かることが出来る。
第２図に示すように１／４波長板１１を基板７ｂと反射
板１２の間に設けた場合、１／４波長板が厚いため１／
４波長板１１表面での反射点と反射板での反射点との距
離ｔが大きくなるため、観察者１００からみると２つの
像１３．１４が生じ、表示品質が著しく低下するという
欠点がある。
特に、θが大きくなる程この問題点が顕著に現れ、視角
特性が低下した。また１／４波長板は高価であるという
欠点も有する。
本発明の目的とするところは、安価でコントラストが極
めて優れ、かつ視角特性が優れ、高い表示品質ＵＮする
液晶表示素子を提供することにある。
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、対向
面に電極がそれぞれ設けられる一対の基板間に二色性色
素が混入された液晶が保持され、上記電極の対向部分及
びそれらの間に位置する液晶によって画素が形成され、
上記一対の基板の一方には反射板が隣接されるものに於
いて、上記一対の基板のうち少なくとも一方は複数の光
学的主軸を有する複屈折性材料からなることにある。
さらに、本発明の特徴とするところは、対向面に電極が
それぞれ設けられる一方の基板と他方の基板間に二色性
色素が混入された液晶が保持され、上記電極の対向部分
及びそれらの間に位置する液晶によって画素が形成され
、上記一方の基板には反射板が隣接されるものに於いて
、少なくとも上記一方の基板は複数の光学的主軸を有す
る複屈折性材料からなり、上記二色性色素の吸収軸方向
が上記一方の基板と平行であるとき、上記二色性色素の
吸収軸方向と上記一方の基板の光学的主軸の方向とを略
４５度とすることにある。
また、さらに本発明の特徴とするところは、対向面に電
極がそれぞれ設けられる一方の基板と他方の基板間に二
色性色素が混入された液晶が保持され、上記電極の対向
部分及びそれらの間に位置する液晶によって画素が形成
され、上記一方の基板には反射板が隣接されるものに於
いて、少なくとも上記他方の基板は複数の光学的主軸を
有する複屈折性材料からなり、上記二色性色素の吸収軸
方向が上記他方の基板と平行であるとき、上記二色性色
素の吸収軸方向と上記他方の基板の光学的主軸の方向と
を略２２．５度とすることにある。
第３図に複屈折性材料の例として二軸延伸フィルムの概
観を示す。
二軸延伸フィルム１７は透明性、機械的特性向上のため
に無延伸フィルムを互いに直角な方向Ａ−Ａ’　、Ｂ−
Ｂ’力方向延伸して製造する。このときフィルムを構成
する分子が延伸方向に配向され、フィルム面内に互いに
直交する光学的主軸１５．１６が現われ、複屈折性を有
することになる。
この様な複屈折性フィルムとしては、ポリエステルフィ
ルム（、Ｐ　Ｅ　Ｔフィルム）、ポリカーボネイト、ポ
リビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリスルホン（ＰＳ）
、ポリプロピレン（ＰＰ）等がある。また、二軸延伸フ
ィルムに限らず、一方の方向だけへ婚伸しだ一軸延伸フ
ィルムも、光学的主軸ａＩ　　　”Ｉ　’　＋　３２−
３２′が現われ、枚方Ｉ（折性を有する。
本発明の原理を第４図により説明する。第４図は液晶層
８に電圧が印加されていない状態を示す。
第４図に於いて、０〜５は波長λの光であり、それぞれ
Ｘ成分Ｅ。Ｘ、・・・Ｅｑｘ、Ｙ成分Ｅ。Ｙ、・・・Ｅ
５ｙよりなる。１７ａ、１７ｂは複屈折性フィルムの基
板であり、第１図と同一符号は同一物′ｙ！、たは相当
物を示す。一対の基板１７ａ、１７１）の対向面には電
極（図示せず）が設けられ、その電極の対向部分及びそ
れらの間に位置する液晶層８によって画素が形成される
。ｎｏ、ｎ。は液晶分子９の屈折率、”Ｏ’　＋　”。
′は複屈折性フィルム１７ａ、１７ｂの屈折率であり、
Δｎ　／−Ｉ　ｎ、／ｎ、ｌ／である。ｄは液晶層８の
厚さ　ｄ／は複屈折性フィルム１７ａ、１７ｂの厚さで
ある。
さらに、θＡは複屈折性フィルム１７ａの光学的主軸方
向と液晶分子９（二色性色素分子１０）の配向方向との
なす角、θＢは複屈折性フィルム１７ｂの光学的主軸方
向と液晶分子９（二色性色素分子１０）の配向方向との
なす角である。
入射光０の成分Ｅ。Ｘ、ＥＯＹの大きさをそれぞれ、Ｆ
ＪＯＸ二Ｅ。ｙ＝１とし、液晶層８を通過した後の光２
を求める。
・・・・・・・・・・・・（１） 光２のＸ成分の光強度をＬＸ、Ｘ成分の光強度をＩ２ｙ
とすると、 Ｉ２ｘ二１Ｅ２Ｘ１２ Ｉ２Ｙ　＝　ｌ　Ｅ２Ｙ　ｌ　２ となる。Ｉ２ｘ、Ｉ２ｙのうぢ、■２ｘは液晶層８を通
過する際、二色性色素１０により吸収され、理論上、■
２Ｙのみが複屈折性フィルム１７ｂに入ることになる。
ここで０４二〇のとき、Ｉ２ｘ　−＝　Ｉ２ｘ　＝１と
なり、ガラス板のような光学的等方体を基板とした場合
と同じ結果になる。
また、式（２）から０Ａ＝２２．５°（π／８）のとき
、Ｉ２ｘが最大で、■２Ｙが最小となり、二色性色素に
よって吸収される光量が最大となり、かつ複屈折性フィ
ルム１７ｂに入射する光量が最小となることがわかる。
従って、θ６二２２．５°にすると、コントラストが最
大となることがわかる。また、式（２）、　（３）より λ Δｎ’ｄ’＝−（２に＋１）　　：に＝１．２．−・・
のとき、■２Ｘが最大、■２Ｙが最小となることがわか
る。
液晶層８を通過した光２が、複屈折性フィルム１７ｂを
通過すると光３となるが、そのＸ成分ｂ３ｘ、　Ｙ成分
Ｅ３Ｙ’に求めると次の様になる。
・・・・・・・・・（４） 反射板１２を完全反射板とすると、光４のＸ成分Ｅ４Ｘ
、　Ｙ成分Ｅ４ｙは、 ・・・・・・・・・・・・（５） となる。光４が再び、複屈折性フィルム１７ｂを通過す
ると光５となる。光５のＸ成分Ｅ５ｘ、　Ｙ成分Ｉ’Ｊ
　５　Ｙは次の様になる。
・・・・・・・・・・・・（７） 光５のＸ成分の光強度ｔＩｓｘ、Ｙ成分の光強度をＩ５
ｙとすると、 Ｔｓｘ　＝　ｌ　Ｅ５ｘｌ　２ Ｉ５ｙ　：　ｌ　Ｅｓｙｌ　２ ・・・・・・・・・・・・（９） となる。
式（８）より、θＢ＝４５°（π／４）のとき二色性色
素に吸収される光量ＩＳＸが最大となり、式（９）より
θＢ−４５°のとき液晶層８を通過する光量Ｉ５ｙが最
小となり、コントラストが最大となることがわかる。
また、式（８）、、　（９）より、 λ Δｎｔｄｔ　＝　　（２ｋ、−１−１）　　　ｋ＝　１
　、２・・・　　αＯのとき、■、ｌＸが最大、１６ｙ
が最小になる。
本発明の第１の実施例の断面図を第５図（ａ）に、斜視
図を第５図（ｂ）にそれぞれ示す。
同図に於いて、８はメルク社のネマチック液晶７、ＬＩ
−１１３２に二色性色素を混入した液晶層、１７ａ、１
７ｂは厚さ２０６　μｍの二軸延伸ＰＥＴフィルムの基
板、２２は基板１７ａ、１７ｂの対向面に形成された酸
化インジウムの電極、２０はポリアミド系の配向膜であ
り、パフ布にて２１３゜２１ｂの方向にラビングする。
基板１７　ａ、１７ｂのギャップは例えば約１０μｍで
ある。
本実施例に於いては、基板１７ａ、１７ｂの配向膜のラ
ビング方向すなわち液晶分子９と二色性色素分子１０の
配向方向２１ａ、２１ｂ’！ｉ、基板１７ａ、１７ｂの
光学的主軸方向１５．１６と平行あるいは垂直にしてい
る。尚二色性色素分子１０は、第５図（ｂ）の状態では
２１ａ、２１ｂ方向本実施例によれば、複屈折性材料で
ある二軸延伸ＰＥＴフィルムを直接基板として用いてい
るので安価でかつ、コントラストが優れ、従来のような
２つの像が発生しにくくなる。
第６図は本発明の第２の実施例の斜視図である。
第６図では、反射板１２に隣接する基板１７ｂの光学的
主軸の方向１５．１６を、液晶分子９と二色性色素分子
１０の配向方向２１ｂに対して、略４５度（π／４）に
している他は、第５１図（ｂ）と同じである。
本実施例に於いては、０８２４５度であるから、前述し
たように、式（８）に於いて、二色性色素１゜に吸収さ
れる光量Ｉｓｘが最大となり、式（９）に於いて液晶層
８を通過する光量Ｉｃｙが最小となるので、コントラス
トが向上する。
第７図は本発明の第３の実施例の斜視図である。
第７図では、反射板１２と反対側の基板１７ａの光学的
主軸の方向１５．１６′ｆｃ液晶分子９と二色性色素分
子１０の配向方向２１ａに対して、略２２．５度（π／
８）にしている他は、第５図（ｂ）と同じである。
本実施例に於いては、θＡ＝２２．５度であるから、前
述したように、式（２）に於いて、二色性色素に吸収さ
れる光量Ｉ２ｘが最大となり、式（３）に於いて液晶層
８を通過し、基板１７ｂに入射する光量Ｉ２ｙが最小と
なるので、コントラストが向上スる。
第８図は本発明の第４の実施例の斜視図である。
第８図ではθＡ二２２．５度（π／８）、０８２４５度
（π／４）としているので、前述のＩｌｘ。
Ｉｇｘが最大となり、Ｉ２Ｙ、　ＩＳＹ　が最小となり
、さらにコントラストが向上する。
本発明者等は、第２図に示す従来例、第５図から第８図
に示す本発明の第１から第４の実施例について、コント
ラスト比の視角θ（第２図参照）依存性を測定した。そ
の結果を第９図に示す。
第９図に於いて、（ｉ′）は第２図に示す従来例である
厚さ１間のガラ？基板と厚さ５ｍの１／４波長板を組み
合わせたもの、（ロ）〜（ホ）はそれぞれ第５図から第
８図に示す本発明の第１から第４の実施例の結果である
。
第９図から分るように、従来例（イ）ではθが大きくな
るに従って基板と反射板との厚さのためにコントラスト
が著しく低下しているが、本発明実施例（ロ）〜（ホ）
では、θが大きくなってもコントラストは比較的低下せ
ず、優れた視角特性を有する。
また１、本発明実施例の中でも、基板１７ａ。
１７ｂの光学的主軸方向を考慮した第４の実ＭＭ例（ホ
）が最もコントラスト比が優れていることがわかる。
ナた、本発明者等は、液晶としてネマチック液晶ＺＬＩ
−１１３２にコレステリック液晶ＣＢ−１５を添加した
カイラルネマチック液晶に二色性色素を混入させた相転
移ゲスト・ホスト型液晶を用いて第５図から第８図の構
成の液晶表示素子を作成して、コントラスト比の視角特
性を測定したところ第９図と同様の結果になった。
以上述べた本発明の実施例に於いては、基板表面の配向
膜を平行配向処理を行なうネガ型の液晶表示素子を例に
とって説明したが、これに限らず、液晶分子及び二色性
色素分子を垂直配向させておき、電圧印加時に液晶分子
と二色性色素分子を基板に対して水平配向させて着色さ
せる、いわゆるポジ型の液晶表示素子にも本発明は適用
できる。
すなわち、ポジ型、ネガ型に関係なく二色性色素の吸収
軸方向と基板が平行であるときの、二色性色素の吸収軸
方向と基板の光学的主軸の方向を考慮すれば良い。
まだ、本実施例に於いては、二軸延伸ＰＥＴフィルムを
例にとって説明したが、前述したように一軸延伸フィル
ムにも適用でき、また、ポリカーボネイト、ポリビニル
クロライド、ポリスルホン、ポリプロピレン等の複屈折
性材料にも本発明は適用できる。
以上述べたように、本発明によれば、安価で、コントラ
ストが極めて優れ、かつ視角特性が優れ、高い表示品質
を有する液晶表示素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来例である液晶表示素子の構成を示すモデル
図、第２図は従来例である液晶表示素子の断面図、第３
図は本発明に使用する複屈折性フィルムの斜視図、第４
図は本発明の詳細な説明する図、第５図から第８図は本
発明の第１〜第４の実施例を示す図、第９図は第２図の
従来例と本発明の第１〜第４の実施例に於けるコントラ
スト比の視角特性図である。 ８・・・液晶層、９・・液晶分子、１ｏ・・・二色性色
素分子、１２・・・反射板、１５．１６・・・基板の光
学的生業　１　図 拓３ＴＩ２ 拓　ｇ−図 （Ｅ５５ｘ、）　　（ム） 第　５　図 第　ＡＷ 第γ　図　　　　　　　第ｇ図 第　７　図 ４見山θ　ｒ゛〕

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、対向面に電極がそれぞれ設けられる一対の基板間に
    二色性色素が混入された液晶が保持され、上記電極の対
    向部分及びそれらの間に位置する液晶によって画素が形
    成され、上記一対の基板の一方には反射板が隣接される
    ものに於いて、上記一対の基板のうち少なくとも一方は
    複数の光学的主軸を有する複屈折性材料からなることを
    特徴とする液晶表示素子。 ２゜対向面に電極がそれぞれ設けられる一方の基板と他
    方の基板間に二色性色素が混入された液晶が保持され、
    上記電極の対向部分及びそれらの間に位置する液晶によ
    って画素が形成され、上記一方の基板には反射板が隣接
    されるものに於いて、少なくとも上記一方の基板は複数
    の光学的主軸を有する複屈折性材料からなり、上記二色
    性色素の吸収軸方向が上記一方の基板と平行であるとき
    、上記二色性色素の吸収軸方向と上記一方の基板の光学
    的主軸の方向とを略４５度とすることを特徴とする液晶
    表示素子。 ３、対向面に電極がそれぞれ設けられる一方の基板と他
    方の基板間に二色性色素が混入された液晶が保持され、
    上記電極の対向部分及びそれらの間に位置する液晶によ
    って画素が形成され、上記一方の基板には反射板が隣接
    されるものに於いて、少なくとも上記他方の基板は複数
    の光学的主軸を有する複屈折性材料からなり、上記二色
    性色素の吸収軸方向が上記他方の基板と平行であるとき
    、上記二色性色素の吸収軸方向と上記他方の基板の光学
    的主軸の方向とを略２２．５度とすることを特徴と８す
    る液晶表示素子。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項または第３項に於い
    て、複屈折性材料は複屈折性フィルムであること全特徴
    とする液晶表示素子。 ５、特許請求の範囲第１項、第２項またｔ／′ｉ第３項
    に於いて、複屈折性材料は二軸延伸フィルムであること
    を特徴とする液晶表示素子。
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