JP2510150B2

JP2510150B2 - ツイステツド・ネマチツク型液晶表示素子

Info

Publication number: JP2510150B2
Application number: JP60067413A
Authority: JP
Inventors: 修一神崎; 裕石井; 昌孝松浦
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1985-03-30
Filing date: 1985-03-30
Publication date: 1996-06-26
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JPS61226730A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）発明の目的〔産業上の利用分野〕この発明は、マルチプレツクス駆動方式によるツイス
テツド・ネマチツク型液晶表示素子に関する。

〔従来の技術〕

近年、液晶表示装置の分野において、表示情報の多用
化に伴なつて表示情報量の拡大化の要求が強まりつつあ
る。

ところで、マルチプレツクス駆動方式により、液晶表
示装置を度数Ｎの最適電圧平均化法で駆動するとき、点
灯画素における実効電圧Vrms（on）と非点灯画素におけ
る実効電圧Vrms（off）との比αは公知のように、で表わされる。この式でＮ→∞とするとα→１となるこ
とから分かるように、度数Ｎの増加に伴ないVrms（of
f）とVrms（on）との差は減少する。従つて、表示情報
量の大きなマトリツクス型液晶表示装置には、Vrms（o
n）とVrms（off）との小さな電圧差でも良好なコントラ
スト比が得られる、すなわち鋭い閾特性を有する液晶材
料が要求されることになる。

第５図は従来のツイステツド・ネマチツク型液晶表示
素子の要部を例示する図である。同図において、
（１），（１′）は透明電極（図示しない）がパターン
形成された透明なガラス基板、（２）は偏光子、（３）
は検光子、（４）は液晶分子、（５）は光の入射方向を
示す。なお（）は両ガラス基板（１）間に印加される
電圧である。この場合、各液晶分子（４）が第５図に示
すようにラビング法、斜方蒸着法等により左方向に旋回
するように両ガラス基板（１）の対向面は90゜ねじれネ
マチツク配向処理されている。ここで、表示コントラス
トの良好な視角方向は第５図の矢印方向になる。

上記従来例においては液晶分子（４）が左旋回されて
いる例を示したが、右旋回としてもよくこの旋回方向は
前記ラビング法、斜め蒸着法などの表面処理によるガラ
ス基板（１）（１′）の配向処理方向すなわち、基板上
の液晶分子の配向方向（11）及び（12）の組合せにより
決定される。この組合せは代表的に４つのパターンに分
けられ、これを第６図Ａ〜Ｄに示した。図において実線
の矢印は上のガラス基板の処理方向（配向方向）、破線
の矢印は下のガラス基板の処理方向（配向方向）を示す
もので、第６図Ｄは第５図の従来例に対応する。また、
図中Ｓはコントラストが良好な視角方向をそれぞれ示す
ものであり、はねじれ配向される液晶分子のねじれ角
（旋回角）を示すものである。

このように、従来のツイステツド・ネマチツク型液晶
表示素子においては、表面処理によるガラス基板の配向
方向の組合せによつて、介在させるネマチツク液晶のね
じれが左旋回（第６図Ａ又はＤ）か右旋回（第６図Ｂ又
はＣ）のいずれかに規制され、意図する旋回方向に対応
して配向方向の組合せが選択されていた。そして液晶分
子のかような所定方向へのねじれを確立してリバースの
ねじれ等の欠陥発生を防止するために、同方向の旋回性
を有するカイラルネマチツク液晶などの光学活性化合物
を少量添加させることがしばしば行なわれていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしこのような従来の液晶表示素子では前記の閾特
性が十分でなく、従つて度数Ｎが比較的大きな場合、液
晶パネルにおけるマトリツクス駆動時に、表示コントラ
ストの低下を招いたり、有効視角範囲が狭くなるなどの
問題が生じていた。

この発明は以上の事情に鑑みなされたもので、その主
要な目的は、良好な表示コントラスト及び広い有効視角
範囲を有するツイステツド・ネマチツク型液晶表示素子
を提供することにある。

（ロ）発明の構成かくしてこの発明によれば、液晶分子を一定方向に配
向する表面処理がそれぞれ施された一対の透明電極基板
をこれらの配向方向が交差するように対向配置して、こ
の間にネマチック液晶を、上記各透明電極基板と接する
液晶分子の配向方向が互いに交差するように略90゜ねじ
れ配向させた液晶セルを一対の偏光板で挟持してなるツ
イステッド・ネマチック型液晶表示素子において、上記一対の透明電極基板間に、これら両基板の配向方
向の組み合わせで規制される液晶分子の旋回（第１旋
回）方向とは逆の旋回（第２旋回）性を有する光学活性
化合物を0.05〜0.5重量％添加することにより、ネマチ
ック液晶を第２旋回方向にねじれ配向せしめるととも
に、上記一対の透明電極基板の表面処理が上記各透明電
極基板と接する液晶分子のプレチルト角度を相互に異な
らせるように行われていることを特徴とするツイステッ
ド・ネマチック型液晶表示素子が提供される。

この発明の最も特徴とする点は、前記のごときガラス
基板の処理方向の組合せにより右旋回又は左旋回のいず
れかに規制される液晶分子のねじれ方向（以下、この旋
回方向を第１旋回方向という）とは逆の方向（以下、こ
の旋回方向を第２旋回方向という）に液晶分子をねじれ
配向させた点及び一対の透明電極基板間において液晶分
子のプレチルト角度が異なるよう配向させた点にある。
これにより、従来に比して良好な表示コントラスト及び
広い有効視角範囲を有するツイステツド・ネマチツク型
液晶表示素子を得ることができ、この事実は従来常識か
らして驚くべき事実といえる。

一般に、上記第１旋回方向に各液晶分子をねじれ配向
するよりも第１旋回方向とは逆旋回、すなわち、第２旋
回方向のねじれ配向する方が、エネルギー的に不安定な
配向状態にあるため、簡単には第２旋回方向のねじれ配
向を実現できない。

この発明において、ネマチツク液晶を第２旋回方向へ
ねじれ配向させる方法としては、まず、第１旋回方向と
逆の旋回性を有する光学活性化合物をネマチツク液晶中
に少量添加する方法が挙げられる。実用上、十分安定な
ねじれ配向を得るためには、光学活性化合物を0.05重量
％から0.5重量％を添加することが望ましい。

この際、左旋回方向へのねじれ配向を意図する際に
は、通常ｄ−体の光学活性化合物を選択すればよく、右
旋回の場合にはｌ−体の光学活性化合物を選択すればよ
い。従つて光学活性化合物は少なくともネマチツク液晶
を旋回させるよう働くものであればよいが、通常、従来
のツイステツド・ネマチツク液晶に添加されている光学
活性化合物が適しており、これらの例としては、いわゆ
るカイラルネマチツク液晶やコレステリツク液晶が挙げ
られる。以下これらの光学活性化合物の具体例と、入手
できたこれらの光学活性化合物のネマチツク液晶に対す
る旋回性を以下に示す。

（４−（２−メチルブトキシ）ベンゾイツクアシツド
−４′−シアノフエニルエステル）、（４−（２−メチルブトキシ）−４′−シアノビフエ
ニル）、（４−（２−メチルブチル）−４′−シアノビフエニ
ル）、 C₂₇H₄₅−OCOC₈H₁₇ （左旋回性）コレステリルノナノエートなどが好ましい例として挙げられる。なお、上記Ｒはを表す。

一方、第２旋回方向へねじれ配向させる他の方法とし
て、通常90゜に設定される基板の配向方向の交差角度を
調整する方法が挙げられる。この際の調整は、第１旋回
方向の旋回角に対応する両基板の交差角度（第６図の
）が90゜以上になるように行なわれ、これにより各液
晶分子を第１旋回方向にねじれ配向するよりも、第２旋
回方向にねじれ配向する場合の方がエネルギー的に安定
な配向状態となり、所望のねじれ配向を得ることができ
る。なお、実用上、十分安定なねじれ配向を得るために
は、第１旋回角度を91゜以上に設定することが望まし
く、さらに表示品位の観点からその角度を100゜以下に
設定することが望ましい。この交差角度の調整は、前記
光学活性化合物の添加と組合せて行なつてもよい。通
常、交差角度の調整のみで逆旋回を行なうには、95゜前
後に上記角度を設定するのが好ましい。

また、第２旋回方向へねじれ配向させると共に、液晶
分子のプレチルト角度が互いに異なるように基板の表面
処理（斜め蒸着を行なつたり、ラビングの強さを変え
る）を施す。つまり、上の基板には所定のプレチルト角
を有するように表面処理を施し、かつ下の基板には上記
所定のプレチルト角よりも大きいか又は小さいプレチル
ト角を有するように表面処理を施すことにより、液晶分
子の配向の不備によるデイスクリネーシヨンの発生を防
ぐことができ、それによつて表示品位のより高い液晶表
示装置を得ることができる。なお、上記プレチルト角度
とは、両透明電極基板間に電圧を印加する前の状態にお
いて、両透明電極基板の対向面における各液晶分子のそ
の対向面に対する傾きを示すものである。

〔実施例〕

以下第１図〜第３図に示す実施例に基づいてこの発明
を詳述する。なお、これによつてこの発明が限定される
ものではない。

第１図において、ツイステツド・ネマチツク型液晶表
示素子（６）は、一対の対向する透明なガラス基板
（７），（７）と、これらの間に充填された公知のネマ
チツク液晶（８）と、この液晶を封入するスペーサ
（９），（９）と、偏光板（10），（10）とから主とし
て構成される。なお、一般に上記構成部分は液晶セルと
称される。

両ガラス基板（７）の対向面には、透明電極膜（11）
と透明絶縁膜（12），（12）とがこの順に積層されてお
り、透明絶縁膜（12）の表面は第２図に示すように各液
晶分子（13）が第１旋回方向、すなわち左旋回のねじれ
配向されるようラビング法により90゜ねじれネマチツク
配向処理されている。なお、第２図において、（14）は
光の入射方向、（15）は偏光子、（16）は検光子、
（）は印加電圧である。上記の場合両ガラス基板
（７）面におけるラビング方向（▲▼）及び（▲
▼）は第３図に示すように互に直交するよう設定され
る。

一方、ネマチツク液晶（８）には、第１旋回方向とは
逆方向の第２旋回方向に各液晶分子（13）を旋回させて
右旋回のねじれ配向をもたらすよう光学活性化合物であ
る４−（２−メチルブチル）−４′−シアノビフエニル
が0.15重量％添加されており、これにより液晶分子（1
3）は第２図のごとく第５図とは逆方向にねじれ配向さ
れる。

第１表は、上記の如く構成されたツイステツド・ネマ
チツク型液晶表示素子の電気光学特性を示す図である。
なお、同表には、従来例との比較を行なうために、上記
と同じ方法で作成された液晶セルにおいて、ネマチツク
液晶（ZLI−2620）を左旋回（第１旋回方向）のねじれ
配向させた場合の電気光学特性も合せて挙げておく。

ここで、は以下のように定義されている。なお、第７図及び第８
図はこれを説明するための説明図で、第７図は透過率の
測定法を示す図、第８図は第７図の配置で角度θを固定
して測定された透過率の印加電圧依存性を示すグラフで
ある。

第７図においてネマチツク液晶層（17,以下液晶層と
称す。）二枚の極性を持たせた基板（図示しない）の間
にあり、下側の基板と上側の基板との液晶分子の方向
（▲▼），（▲▼）は互いに直交している。液
晶層（17）を支持するこれらの基板の上下に偏光子板
（18），（19）を設ける。液晶層（17）の下面側に接し
ている偏光子（18）の偏光軸方向（Ｐ）は、（▲
▼）と直交している。また、液晶層（17）の上面側に接
している偏光子（19）の偏光軸方向Ａは、（▲▼）
に直交している。座標系は次のように定める。ｚ軸は、
偏光子（19）に垂直な上向きの方向である。ｘ軸は、
（▲▼）に反平行な方向であり、そして、ｙ軸は
（▲▼）に平行な方向である。入射光を、偏光子
（18）の下側から、ｚ軸にそつて、矢印の方向に入射す
る。液晶層（17）を透過した光の透過率は、ｘ＝ｙ（ｘ
≧０）で示される直線とｚ軸とを含む面内で測定され
る。測定方向（ｄ）とｘ軸（入射方向）とのなす角を
（θ）とする。なお、測定方向面はｘ軸と45゜をなして
いる。

次に、第８図のデータから下記の諸量が求められる。

それぞれ、角度θで測定したときに透過率が90％,50％,
10％であるときの印加電圧の値を示す。α^θはとして定義される。

上記の定義より明らかなように、α^θはコントラスト
特性に、は視角特性に対応する評価フアクターであり、表示素子
としては両者とも値は小さい方が好ましい。

第１表から明らかなように、この発明に係るツイステ
ツド・ネマチツク型液晶表示素子の電気光学特性は、従
来例の場合に比べて優れていることが分かる。

なお、第４図にこの発明における基板の配向方向の組
合せとネマチツク液晶の旋回方向及び良好な視角方向Ｓ
を示した。このように逆旋回させることによつて良好な
視角方向もほぼ90゜移動していることも判る。

一方、光学活性化合物を用いずに両基板の配向処理方
向の交差角度を前述のごとく90゜以上に設定して逆旋回
させた結果は以下の通りであつた。なお、交差角は95゜
としネマチツク液晶としてZLI−2620（メルク社製）を
用いた。

このように、第１旋回方向についての旋回角度を91〜
100゜の範囲に設定した場合でも逆ねじれ配向の効果に
より、90゜ラビング法による従来のねじれ配向の場合と
同様の電気光学特性を得ることができる。さらに、各液
晶分子のプレチルト角を互いに異なるように表面処理を
施した場合も、上記90゜ラビング法による場合と同様の
電気光学特性が得ることができるとともに各液晶分子の
配向不備によるデイスクリネーシヨンの発生を防止する
ことができ、それによつて良好な表示品位を得ることが
できる。

（ハ）発明の効果この発明は各液晶分子がねじれネマチツク配向処理に
より規制された旋回方向とは逆方向にネマチツク液晶を
ねじれ配向させたものであり、それによりネマチツク液
晶の電気光学特性を向上させることができる。また、各
液晶分子のプレチルト角を互いに異なるように表面処理
を施した場合には、さらに各液晶分子の配向不備による
ディスクリネーションの発生を防止することができると
ともに、良好な表示コントラスト及び広い有効視角範囲
を得ることができる。従ってこの発明のツイステツド・
ネマチツク型液晶表示素子は、ことに高デユーテイ・マ
ルチプレツクス駆動方式の液晶表示装置に好適であり、
例えばカラー液晶表示装置やカラー液晶テレビの用途に
も有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係るツイステツド・ネマチツク型液
晶表示素子の一実施例を示す構成説明図、第２図はこの
液晶分子のねじれ配向を示す模式斜視図、第３図はこの
ラビング方向を示す模式斜視図、第４図Ａ〜Ｄはこの発
明における基板の配向方向の組合せと旋回方向との関係
をそれぞれ示す説明図、第５図は従来の液晶表示素子を
例示する第２図相当図、第６図は従来の液晶表示素子に
ついての第４図相当図、第７図は透過率の測定方法を示
す液晶セルの斜視図、第８図は透過率の印加電圧依存性
を示すグラフである。（６）……ツイステツド・ネマチツク型液晶表示素子、
（７）（11）……透明電極基板、（８）……ネマチツク
液晶、（13）……液晶分子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭55−127520（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−105723（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−109920（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−173720（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶分子を一定方向に配向する表面処理が
それぞれ施された一対の透明電極基板をこれらの配向方
向が交差するように対向配置して、この間にネマチック
液晶を、上記各透明電極基板と接する液晶分子の配向方
向が互いに交差するように略90゜ねじれ配向させた液晶
セルを一対の偏光板で挟持してなるツイステッド・ネマ
チック型液晶表示素子において、上記一対の透明電極基板間に、これら両基板の配向方向
の組み合わせで規制される液晶分子の旋回（第１旋回）
方向とは逆の旋回（第２旋回）性を有する光学活性化合
物を0.05〜0.5重量％添加することにより、ネマチック
液晶を第２旋回方向にねじれ配向せしめるとともに、上
記一対の透明電極基板の表面処理が上記各透明電極基板
と接する液晶分子のプレチルト角度を相互に異ならせる
ように行われていることを特徴とするツイステッド・ネ
マチック型液晶表示素子。
【請求項２】光学活性化合物が、カイラルネマチック液
晶又はコレステリック液晶からなる特許請求の範囲第１
項に記載の液晶表示素子。