JP2959089B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、時分割駆動される電界効果型の液晶表示装
置に関する。

［従来の技術］ 液晶表示装置は、事務機器等の表示装置として広く使
用されており、表示画面の大型化と共に画素数が多く表
示品質の高いことが要求されている。この様な事務機器
等の表示装置には、素子構造が単純化でき且つ駆動装置
が簡素化できる単純マトリックス構造が広く使用されて
いる。

この単純マトリックス構造の液晶表示素子は、信号電
極がストライプ上に形成された一方の基板の走行電極が
ストライプ状に形成された他方の基板とを前記信号電極
と走査電極とを交差するように対向配置させ、前記一方
基板と他方基板との間にツイスト配向させた液晶材料を
介在させて液晶セルが形成され、この液晶セルの外側に
一対の偏光板が配置されている。そして、前記走査電極
に走査信号を供給しこの走査信号と同期させて前記信号
電極にデータ信号を供給することによって走査電極と信
号電極が交差する任意の画素の点灯状態が制御される。

この時分割駆動方法は、時分割数を多くすると点灯画
素と非点灯画素とに印加される電圧の差、即ち動作マー
ジンが低下してコントラストが低下し、また視野角が狭
くなる。その為、従来のTN型液晶表示素子は、印加電圧
に対する輝度変化の急峻性が劣るため1/60デューティ程
度の時分割数を取るのが限度であり、画素数が多く高画
質で且つ大型の表示装置を得ることができなかった。

前述した急峻性を改善するためにツイスト角度を大き
くしたSTN型の液晶表示素子やSBE型の液晶表示素子が提
案されており、実用化されている。これらの液晶表示素
子は、ツイスト角度を180゜乃至270゜とすることによっ
て前記急峻性を改善し、1/200デューティ程度まで時分
割数を取ることができる。その結果、640×400ドットの
液晶表示素子では信号電極を２等分して表示画面を上下
に２分割し、各画素を夫々1/200デューティで駆動する
方法がとられていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した上下に２分割の液晶表示素子は、信号電極を
中央で上下に２分割しているためその分割した部分に隣
接する走査電極と信号電極とが対向する中央部分の画素
面接が、対向する基板の位置合わせ精度に依存し、この
位置合わせ誤差を無くすことができないので、画面中央
部の画素列の大きさが異なってしまい、画面を分割する
線が現われるという欠点があった。

また、信号電極を上下２分割しているため、信号電極
にデータ信号を供給するための駆動回路が信号電極の数
の２倍の数だけ必要となり、且つ走査電極に走査信号を
供給する走査電極の駆動回路では走査電極を２つのグル
ープに分けて走査するための複雑な信号処理が必要であ
り、その結果、駆動回路が複雑で且つ電子回路の素子数
が多くなって表示装置が大型化し、また高価になるとい
う欠点があった。

この発明は上述した欠点に鑑みて成されたものであ
り、その目的は高いコントラストと優れた輝度変化の急
峻性を持ち高時分割駆動が可能な液晶表示装置を提供す
ることにある。

［課題を解決するための手段］ 上述した目的を達成するため、この発明は、対向配置
された一対の基板と、この一対の基板の対向する内面に
形成され、互に交差して対向する電極と、前記一対の基
板間に介在してツイスト配向された正の誘電異方性を有
する液晶材料と、前記一対の基板を挟んで配置された一
対の偏光板とを備えた液晶表示装置において、前記液晶
材料は誘電異方性Δεと液晶分子軸に直交する方向の誘
電率ε⊥との比である誘電率比Δε／ε⊥の値が２以下
で、且つベント弾性定数K33とスプレイ弾性定数K11との
比で表わされる弾性定数比K33/K11の値が1.75以上であ
って、前記一対の基板間で約230゜乃至250゜の角度でツ
イスト配向されていることを特徴とするものである。

［作 用］ この発明の液晶表示装置は、液晶のツイスト角度を23
0゜乃至2350゜と大きく、且つ対向する一対の基板間に
封入される液晶材料の弾性定数比K33/K11が1.75以上と
大きいので、輝度変化の急峻性が極めて良くなる。ま
た、誘電率比Δε／ε⊥の値が２以下であるため、液晶
分子の配向状態が変化しても液晶層の誘電率の変化が少
なく、この液晶層に印加される電界強度の変化が少ない
ので輝度変化の急峻性が極めて良くなる。

［実施例］ 以下、本本発明の実施例について、図面を参照して詳
細に説明する。第１図において、ガラス板または等方性
のプラスチック板等からなる下基板１の上面には、紙面
の表裏方向に延びるストライプ状の透明導電膜からなる
複数の第１の電極２が形成されており、この第１の電極
を覆って配向膜３が形成され、配向処理が施されてい
る。この下基板１に対向配置される上基板４は、ガラス
板または等方性のプラスチック板で形成されており、下
基板１と対向する下面に前記第１の電極２と直交するよ
うに紙面の左右方向に延びるストライプ状の透明導電膜
からなる複数の第２の電極５が形成され、これらの第２
の電極５を覆って配向膜６が形成され、配向処理が施さ
れている。上基板１と下基板４とは電極が形成された面
を対向させ、４μｍ乃至９μｍの間隙を設けてシール材
７によって接合され、これらの基板１、４間には液晶材
料８が封入されている。シール材７によって接合された
上下基板1,4の外側には、偏光板９、10が配置されてい
る。

前記配向膜３、６は、液晶材料８の配向膜３、６に隣
接する液晶分子に初期配向状態で約６゜以上のプレチル
ト角を与えるポリイミド等からなる高チルト配向膜で形
成されており、第２図に示すように表示素子20の上下の
縁に平行な水平線ｈを基準にして、下基板１の配向膜３
の配向処理方向3aが左回りに約30゜の角度で交差する右
上がりの方向にラビング処理され、上基板４の配向膜６
の配向処理方向6aが右回りに約30゜の角度で交差する右
上がりの方向にラビング処理されている。

これらの配向膜３、６間に封入された液晶材料８は、
その液晶分子が下基板１の配向処理方向3aから上基板４
の配向処理方向6aに向って、図面上で右回りに約240゜
±10゜ねじれて配列されている。また、前記偏光板９、
10は、その偏光軸（透過軸）9a、10aが前記基板１に設
けられた配向膜６の配向処理方向6aを基準にして、上基
板側の偏光板10が約50゜、下基板側の偏光板９が約100
゜の角度を以て交差する方向に配置されている。

前記液晶材料は、ベント弾性定数K33とスプレイ弾性
定数K11との比で表わされる弾性定数比K33/K11が大きい
液晶化合物を多く配合すると共にシアノ基を持った液晶
化合物の配合を少なくし、且つエステル結合及びヘテロ
環式化合物を含まない様にして組成された液晶組成物で
あり、その誘電異方性Δεと液晶分子軸に直交する方向
の誘電率ε⊥との比である誘電率比Δε／ε⊥の値が２
以下で、ベント弾性定数K33とスプレイ弾性定数K11との
比で表わされる弾性定数比K33/K11の値が1.75以上であ
り、且つその平均誘電率［ただし、＝（ε‖＋２ε
⊥）/3］の値が６以下である。

この実施例によれば、液晶分子のツイスト角を240゜
と大きくしたことにより電界が印加された時の液晶分子
の配向状態の変化が大きくなり、また弾性定数比K33/K1
1の値を1.75以上に極めて大きくしたことにより液晶分
子の長軸と直交する方向の分子間力が強くなって電界の
印加による液晶分子の配向状態の変化が大きくなるた
め、輝度変化の急峻性が向上する。さらに液晶材料の誘
電率比Δε／ε⊥の値を２以下と小さくしたことによ
り、電界を印加したときに液晶分子の配向状態が変化し
ても液晶層の変化が少ないので、この液晶層に印加され
る有効な電界強度の変化が少なくなり、輝度変化の急峻
性が極めて良くなる。従って、高時分割駆動ができ、1/
400デューティでの駆動が可能となり、且つコントラス
トが非常に高い。

ところで、上述した様に、液晶材料の弾性定数比K33/
K11の値が1.75以上と大きいと、液晶分子の長軸と直交
する方向の分子間力が強いため、安定したツイスト配向
を得ることが難しいが、この実施例では配向膜と配向処
理により、その配向処理面に隣接する液晶分子を初期配
向状態で約６゜以上のプレチルト角を持たせたので、表
示画面全面にわたって均一で安定してツイスト配向が得
られる。

さらに、この実施例では、液晶材料の平均誘電率
［ただし＝（ε‖＋２ε⊥）/3］の値を６以下と小さ
くしたので、この液晶材料は不純物イオンを取込難いの
で液晶表示素子としての信頼性が高くなる。即ち、この
液晶材料は、ε⊥の値が小さい液晶化合物を用いて組み
こまれた液晶組成物であって、ε⊥の値が小さい液晶を
用いた場合、ε‖−ε⊥で与えられる液晶組成物の誘電
異方性Δεの値を正にするためにはその液晶組成物のε
‖の値が小さくてよいので、液晶組成物の平均誘電率
が小さくなり、平均誘電率の値が小さい液晶組成物は
不純物イオンを取込難いので液晶表示素子としての信頼
性が高くなる。

また、平均誘電率の値が小さい液晶材料は誘電率ε
の絶対値が小さいので、対向する電極とその間に介在す
る液晶材料とによって形成される各画素の等価的なコン
デンサの容量が小さくなり、これらの電極間にチャージ
された電荷の充放電が速やかに行なわれ、その結果表示
画面に現われる残像現象を低減することができる。また
各画素の容量が小さくなるので、これらの各画素に信号
を供給する駆動回路の駆動能力を小さくすることができ
駆動回路の構成が単純化し、且つ小型になる。

第３図及び第４図は、本発明の他の実施例を示し、第
１図及び第２図に示した液晶素子20に加えて、その上基
板と上側偏光板との間に表示画面の着色を防止するため
に透過光と色補正を行なうための位相板11を配置した液
晶表示素子を示している。ここで、前記第１図及び第２
図に示した液晶素子20と同様の部材は同一の符号を付し
で表わし、説明を省略する。

第３図において、配向膜３、６は、第２図に示された
配向処理方向と同様に液晶素子20の上下の縁に平行な水
平線ｈを基準にして、下基板１の配向膜３の配向処理方
向3aが左回りに30゜の角度で交差する右上がりの方向に
ラビング処理され、上基板４の配向膜６の配向処理方向
6aが右回りに約30゜の角度で交差する右下がりの方向に
ラビング処理されている。これらの配向膜３、６間に封
入された液晶材料８は、その液晶分子が下基板１の配向
処理方向3aから上基板４の配向処理方向6aに向って、図
面上で右回りに約240゜±10゜ねじれて配列されてい
る。そして、前記偏光板９、10は、その偏光軸（透過
軸）9a、10aが前記上基板４に設けられた配向膜６の配
向処理方向6aを基準にして上基板側の偏光板10が約40
゜、下基板側の偏光板９が約105゜の角度を以て交差す
る方向に配置されている。また、前記位相板11は、その
光学軸（遅相軸）11aを配向膜６の配向処理方向6aを基
準にして約80゜の角度で交差する方向に向けて配置され
ている。

本実施例の具体例について説明する。

表１に示す物性を持つ液晶Ａを用いて、第１図及び第
２図に示された液晶表示素子を形成した実施例１、及び
第３図及び第４図に示された液晶表示素子を形成した実
施例２について、その素子の構成と、液晶表示素子の法
線方向から観察したときの測定温度が25℃における電気
−光学特性を表２に示した。ここで、Vthは、コントラ
ストの最大値が得られる動作電圧である。尚、本実施例
との比較の為に液晶Ｘ乃至液相Ｚの物性を前記 表１に併せて示すと共に、これらの液晶を用いた比較例
１乃至比較例４も表２に併せて示した。

この表２から明らかな如く、実施例１及び実施例２
は、ツイスト角を240゜とし、誘電率比Δε／ε⊥の値
を２以下とし、且つ液晶材料の弾性定数比K33/K11の値
が1.75以上としたので、1/400デューティで駆動するこ
とができ、しかもコントラストが44又は63と極めて高
い。特に、位相板を配置した第３図構造の液晶表示素子
は、第２図構造の液晶表示素子に比べてコントラストが
極めて高い。

これに対して、比較例１、２は夫々、実施例１、２と
同様の構造の液晶表示素子に弾性定数比K33/K11が1.75
以下の値を持つ液晶Ｘを用いた場合を示しており、実施
例１、２に比べてそれぞれコントラストが６または10と
極めて低い。比較例３は、従来のSTN型液晶表示素子を
表わしており、1/120デューティ程度で、表示に必要な
コントラストの値10を得ているが、時分割数を大きくす
るとコントラストがさらに低下するので、この比較例３
は1/120デューティで駆動するのが限度であり、高時分
割駆動ができない。比較例４は、従来のTN型の液晶表示
素子を示したもので、1/60デューティ程度で、表示に必
要なコントラストの値11を得るのが限度である。

上述した実施例１、比較例２及び比較例１、２につい
て、印加電圧に対する輝度変化をオン波形電圧を印加し
たときのオン透過率曲線と、オフ波形電圧を印加したと
きのオフ透過率曲線とで表わした輝度特性を第５図及び
第６図に示した。第５図は、実施例１の輝度特性をオン
透過率曲線ａとオフ透過率曲線ｂとで表わし、比較例１
の輝度特性をオン透過率曲線ｃとオフ透過率曲線ｄとで
表わしている。また、第６図は、実施例２の輝度特性を
オン透過率曲線ｅとオフ透過率曲線ｆとで表わし、比較
例２の輝度特性をオン透過曲線ｇとオフ透過曲線ｈとで
表わしている。第５図及び第６図に示した輝度特性から
明らかなように、輝度変化は比較例１、２に比べて実施
例１、２の方が急峻であり、時分割特性が優れている。

また、実施例１、２及び比較例１、２の表示色につい
て、CIE色度図に基づくＸコーディネイトとＹコーディ
ネイトの値を表３に示した。この表３に示すように、実
施例１及び比較例１は黄色味をおびた表示色を示すが、
実施例２と比較例２は位相板を用いて色補償をしている
ために白色に近ずいており、特に、実施例２は、表３に
示した基準となるペーパーホワイトの値に極めて近く、
略無彩色の黒白表示ができる。

さらに、本実施例ではプレチルト角を大きくして配向
の安定性を良くしている。即ち、液晶の配向安定性は、
液晶の物性値により異なり、弾性定数比K33/K11の値が
大きい液晶は液晶分子の長軸と直交する方向の分子間力
が強いために、ツイスト配向の安定性が悪い、その為本
実施例では、プレチルト角６゜以上とすることによりツ
イスト配向の安定性を向上させている。プレチルト角が
６゜より大きい場合と、小さい場合とで測定したギャッ
プマージンの値を表４に示す。ここ で、ギャップマージンとは、基板間に挟まれた液晶が24
0゜ツイスト配向することが可能な液晶層厚の許容値を
表わしている。即ち、ギャップマージンが０μｍという
ことはツイスト配向しないことを意味し、1.5μｍとい
うことは、所定の液晶層厚を中心にして1.5μｍの範囲
で液晶際厚が変っても、液晶が240゜ツイスト配向する
ことを意味している。

この表４に示されているように、弾性定数比K33/K11
の値が小さい液晶Ｘは、プレチルト角が８゜のときギャ
ップマージンが3.1μｍと大きく、プレチルト角が５゜
のときでもギャップマージンが1.5μｍと大きい。弾性
定数比K33/K11の値が大きい液晶Ａは、プレチルト角が
５゜の場合、ギャップマージンがほとんど無く、安定し
たツイスト配向が得られないがプレチルト角が８゜の場
合には、ギャップマージンが約1.8μｍと大きくなり、
安定した240゜ツイスト配向が得られる。従って240゜ツ
イスト配向を得るためには、プレチルト角が６゜より大
きいことが望ましく、特に、８゜以上であることが望ま
しい。

またさらに、本実施例は、液晶組成物の平均誘電率
を小さくし、液晶表示素子を長時間点灯した場合に生ず
る表示ムラを防止し、液晶表示素子の信頼性を高くして
いる。この表示ムラは、液晶組成物が不純物イオンを取
込むために生ずるものであり、平均誘電率の値が小さ
く液晶組成物は、不純物イオンを取込難いので液晶表示
素子としての信頼性が高くなる。表５に、前述した液晶
Ａ、液晶Ｘ、及び液晶Ｙを用いた実施例１、２及び比較
例１、２、３を用い、45℃の環境下において32Hzの矩形
波で240時間連続して駆動させた場合の配向ムラの発生
状態を評価した結果を示した。この表５に示されるよう
に、平均誘電率の値が６より大きい液晶Ｙは、配向ム
ラが発生し、平均誘電率の値が６以下の液晶Ａ、Ｘに
は配向ムラが生じない。従って、液晶組成物の平均誘電
率の値は６以下であるのが望ましい。

この様に、本実施例によれば、ツイスト角を240゜と
し、誘電率比Δε／ε⊥の値を２以下とし、且つ液晶材
料の弾性定数比K33/K11の値を1.75以上としたので、急
峻な輝度特性が得られ、1/400デューティで駆動しても
コントラストが44以上と高い液晶表示素子を得ることが
きる。また、配向膜として６゜以上、望ましくは８゜以
上のプレチルト角を液晶分子に与える高チルト配向膜材
料を用いたので、240゜ツイスト配向が安定して得ら
れ、しかも液晶材料の平均誘電率を６以下としたの
で、液晶表示素子の長時間駆動に対する信頼性が高くな
り、さらに平均誘電率を小さくしたので各画素の電気
的容量が小さくなっで画像の残像現象を防止すると共
に、駆動能力の小さい駆動回路を用いることができる。

［発明の効果］ 以上述べたように、この発明は、液晶材料として弾性
定数比K33/K11の値が大きく、又誘電率比Δε／ε⊥の
値が小さい液晶組成物を用い、230゜乃至250゜の範囲で
ツイスト配向させて液晶表示素子を形成したので、急峻
性が著しく改善されて1/400デューティの高時分割で駆
動でき、且つコントラストが著しく高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す断面図、第２図は第
１図の実施例で示した液晶表示素子における配向処理方
向と上下偏光板の偏光軸の方向との配置を示す平面図、
第３図は本発明の他の実施例を示す断面図、第４図は第
３図の実施例で示した液晶表示素子における配向処理方
向と上下偏光板の偏光軸の方向と及び位相板の光学軸の
方向との配置を示す平面図、第５図及び第６図は本発明
の液晶表示素子における印加電圧に対する輝度変化を比
較例と共に示す各輝度特性図である。 １……下基板、２……第１の電極、３、６……配向膜、
４……上基板、５……第２の電極、７……シール材、８
……液晶材料、９、10……偏光板、11……位相板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−10126（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−232622（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−８（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−105114（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−55319（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−503445（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/133 G02F 1/1335

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向配置された一対の基板と、この一対の
   基板の対向する内面に形成され、互に交差して対向する
   電極と、前記一対の基板間に介在してツイスト配向さ
   れ、正の誘電異方性を有する液晶材料と、前記一対の基
   板を挟んで配置された一対の偏光板とを備えた液晶表示
   装置において、前記液晶材料は誘電異方性Δεと液晶分
   子軸に直交する方向の誘電率ε⊥との比である誘電率比
   Δε／ε⊥の値が２以下で、且つベント弾性定数K33と
   スプレイ弾性定数K11との比で表わされる弾性定数比K33
   /K11の値が1.75以上であって、前記一対の基板間で約23
   0゜乃至250゜の角度でツイスト配向されていることを特
   徴とする液晶表示装置。