JPH01142528A - 液晶表示装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶表示装置に関し、特に正の誘電率異方性
を有し旋光性物質が添加されたネマチック液晶組成物層
が配置されてな４る液晶セルと、当該液晶セルの一面お
よび他面にそれぞれ対向して配置された偏光板とを有し
てなる液晶表示装置に関するものである。

〔技術の背景〕

従来、高デユーテイ比のマルチプレックス駆動において
高コントラストが得られるものとして、Ｓ　Ｂ　Ｅ　　
（Ｓｕｐｅｒｔｗｉｓｔｅｄ　　Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅ
ｎｃｅ　　Ｅｆｆｅｃｔ）タイプの液晶表示装置が開示
されている。

しかし、このＳＢＥタイプの液晶表示装置は、複屈折効
果を利用しているために表示画像部および背景部が特定
の色に着色するという欠点があり、そのため、■表示品
質が劣る、■色彩に対するユーザーの好みに対応できな
い、■カラー表示が困難である、等の問題点があった。

斯かる着色の問題点を解決して明瞭な白黒表示を達成す
る技術として、下記の技術が提案された。

（１）液晶層の屈折率異方性の大きさΔｎと、液晶層の
厚さｄ（μ！Ａ）との積Δｎ−ｄを、０．４〜０．６μ
程度にして着色を防止するＯＭ１方式（Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、　　Ｌｅｔｔ、５０　（１９８７）　　Ｐ２
３６〜２３８参照）。

（２）一方の液晶セルに、液晶層の液晶分子のねじれ方
向が逆である他方の液晶セルを重ね合わせて２層セル構
造とし、当該他方の液晶セルを光学補償板として用いる
ことにより着色を防止する２層セル方式（日経マイクロ
デバイス、　１９８７年１０月号Ｐ８４〜８８参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前者のＯＭ１方式においては、高コントラスト
が得られず、表示画像が暗く、また着色を完全に防止す
ることは困難である、という問題点がある。

一方、後者の２層セル方式においては、１つの液晶セル
のみにより装置を構成する場合に比して製造コストが高
くなり、しかも重量が増大し、また２つの液晶セルの厚
さを均一化することが困難であるため光学補償板として
の機能が十分に得られず、そのため着色を完全に防止す
ることは困難である、という問題点がある。

本発明は、以上の如き事情に基づいてなされたものであ
って、構造が簡単で製造コストの低減化を図りながら、
高デユーテイ比のマルチプレックス駆動において高コン
トラストでかつ着色のない明瞭な白黒表示を実現できる
液晶表示装置を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、各々配向層を有し少なくとも一方は透光性を
有する一対の電極基板間に、正の誘電率異方性を有し旋
光性物質が添加されたネマチック液晶組成物層が配置さ
れてなる液晶セルと、当該液晶セルの一面および他面に
それぞれ対向して配置された偏光板とを有してなる液晶
表示装置において、下記条件（ａ）乃至（ｃ）を満たす
ことを特徴とする。

（ａ）ネマチック液晶組成物層の有するねじれ構造にふ
けるねじれ角αが１８０〜３６０°であること。

（ｂ）ネマチック液晶組成物の屈折率異方性の大きさΔ
ｎと、ネマチック液晶組成物層の厚さｄ（ｎ）との積Δ
ｎ−ｄが、１．１〜２．２または２．５〜４．０ｕｍで
あること。

（ｃ）偏光板の透過軸と、当該偏光板に隣接する電極基
板面に接する液晶分子の配向方向とのなす角度が０°ま
たは９０°を中心として±２０°の範囲内に設定されて
いること。

〔発明の作用効果〕

本発明の液晶表示装置は、上記条件（ａ）乃至（ｃ）を
満たすものであるので、後述の実施例の説明からも理解
されるように、高デユーテイ比のマルチプレックス駆動
において高コントラストでかつ着色のない明瞭な白黒表
示を実現できる。従って、構造が簡単で製造コストの低
減化を図りながら、品質の優れた液晶表示装置を提供す
ることができる。

〔発明の具体的構成〕

以下、本発明の構成を具体的に説明する。

第１図は、本発明に係る液晶表示装置の要部を分解して
示す説明図である。同図において、１１および１２はそ
れぞれ配向層（図示せず）を有する電極基板であり少な
くとも一方は透光性を有する。

２０は正の誘電率異方性を有し旋光性物質が添加された
ネマチック液晶組成物層（以下「ネマチック液晶組成物
層ｊともいう）である。３０は液晶セルである。４１お
よび４２は偏光板であり、それぞれ液晶セル２０の一面
および他面に対向して配置されている。

本発明にふいては、（ａ）ネマチック液晶組成物層２０
の有するねじれ構造におけるねじれ角αが１８０〜３６
０＠であることが必要であり、特に２２０〜３２０ｍで
あることが好ましい。

このねじれ角αが過小のときには印加電圧に対する透過
光もしくは反射光の強度変化が緩やかとなるため、マル
チプレックス駆動において高コントラストが得られず、
また視野角が狭くなる。−方当該ねじれ角αが過大のと
きには高コントラストが得られる反面、オン・オフの応
答特性が低下し、またオン・オフの切換え時に液晶分子
の配向の乱れが生じ、表示品質が低下する。

このねじれ角αは、一対の電極基板１１および１２にお
ける液晶分子の配向方向を規定するための配向処理の方
向、ネマチック液晶組成物層２０を構成するネマティッ
ク液晶およびこれに添加される旋光性物質の種類、量等
によって規定することができる。

なお、第１図において、ねじれ角αは、入射光の進行方
向に左回りのねじれを示しているが、これは本発明を規
定するものではなく、ねじれ方向は右回りであってもよ
い。

本発明においては、（ｂ）ネマチック液晶組成物の屈折
率異方性の大きさΔｎと、ネマチック液晶組成物層２０
の厚さｄ　（ｎ）　　との積Δｎ−ｄが、１．１〜２．
２または２．５〜４．０μであることが必要であり、特
に１．２〜１．７または２．８〜３．５μｍであること
が好ましい。当該積Δｎ−ｄが上記範囲外のときには着
色を防止できず明瞭な白黒表示が得られない。

本発明においては、（ｃ）偏光板４１および４２の透過
軸４１Ａおよび４２Ａと、当該偏光板４１および４２に
隣接する電極基板１１および１２０面に接する液晶分子
の配向方向とのなす角度（以下、単に「ずれ角度」とも
いう）βおよびＴが０°または９０°を中心として±２
０１の範囲内に設定されていることが必要である。この
ずれ角度βおよびγが上記範囲外のときには着色を防止
できず明瞭な白黒表示が得られない。

ここで、電極基板面に接する液晶分子の配向方向とは、
ダイレクタ方向すなわち液晶分子の分子長軸が優先的に
配向している方向（ただし、液晶分子が電極基板面と０
でないプレティルト角度を有しているときは、そのダイ
レクタ方向の電極基板面への射影方向）をいう。

なお、ずれ角度βおよびγの符号は、ネマチック液晶組
成物層２０における液晶分子のねじれ方向が入射光の進
行方向に対して左回りの場合には、電極基板面に接する
液晶分子のダイレクタ方向から偏光板の透過軸に向かっ
て時計回り方向を正にとり、一方、ネマチック液晶組成
物層２０における液晶分子のねじれ方向が入射光の進行
方向に対して右回りの場合には、上記とは反対に反時計
回り方向を正にとる。

次に、本発明に係る液晶表示装置を実際に作製する際の
好ましい条件について説明する。

（イ）少なくとも一方の配向層表面に接する液晶分子の
ダイレクタ方向と、当該配向層を有する電極基板面との
なす角度（プレティルト角）が５゜以上、特に１５°以
上であることが好ましい。斯かる条件を採用することに
より、印加電圧に対する透過光もしくは反射光の強度変
化が急峻となって、オン・オフの切換え時における液晶
分子の配向の乱れを回避することができ、表示性能の向
上を図ることができる。

（ロ）ネマチック液晶組成物層の屈折率異方性の大きさ
Δｎが０．１５以上であることが好ましい。斯かる条件
を採用することにより、液晶セルの薄型化を十分に達成
することができ、従って応答時間が短くて優れた表示性
能が得られる。

（ハ）液晶分子の自発ねじれピッチＰｓ　と、配向層に
より液晶分子の配列が強制的に規制されたときの液晶分
子の規制ねじれピッチＰｃ　との関係が、−０，１５≦
（Ｐｃ　　Ｐ−）／Ｐｃ≦０．３であることが好ましく
、特にＯ≦（Ｐｃ　　Ｐ−）／Ｐｃ≦０．１５であるこ
とが好ましい。斯かる条件を採用することにより、高コ
ントラストおよび応答特性の向上を図ることができ、優
れた表示性能が得られる。

ここで、自発ねじれピッチＰ、とは、ネマティック液晶
に旋光性物質等を添加することにより液晶中に生ずる液
晶分子の自然のねじれにおけるピッチをいう。具体的に
は、第２図に示すように、配向層５１および５２を有す
る電極基板１１および１２を、配向層５１および５２が
対向するようくさび状に配置して液晶セル３１を構成し
、この液晶セル３１内にネマチック液晶組成物３２を封
入し、このとき液晶セル３１面に生ずるしま模１（１／
２ピツチごとのディスクリネーションライン）の間隔ｒ
とネマチック液晶組成物層の厚さｄと液晶セル３１の長
さｌとを測定することにより、下記式によって求めるこ
とができる。

自発ねじれピッチＰｓ＝２ｄｒ／１ なお、６１はスペーサ、４１および４２は偏光板である
。また、配向層５１および５２は平行方向に配向処理が
なされている。

また、規制ねじれピッチＰ０は、第１図において、ネマ
チック液晶組成物層３０の厚さｄと、電極基板１１およ
び１２の配向層の配向方向によって規定される液晶分子
のねじれ角αとにより、下記式によって定義される。

規制ねじれピッチｐｃ＝（３６０＠／ｒ）　ｘ　ａ（ニ
）ネマチック液晶組成物のスプレィ弾性定数ｋ１１と、
ベンド弾性定数に３ｆｆとの関係が、０．７＜ｋコｓ／
に＋＋＜１．５であることが好ましく、特に１．０＜ｋ
ｓｓ／に＋＋＜１．３であることが好ましい。斯かる条
件を採用することにより、印加電圧に対する・　透過光
もしくは反射光の強度変化が急峻となり、高コントラス
トおよび応答特性の向上を図ることができ、優れた表示
性能が得られる。

ここで、ｋ’３／に＋＋の値は、−様に配向した液晶セ
ルに磁界を印加したときの当該液晶セルの電気容量変化
、または光学変化のしきい値から求める方法（Ｈ，Ｇｒ
ｕｌｅｒ、　ｅｔ　ａｌ、　Ｚ、Ｎａｔｕｒｆｏｒｓｃ
ｈ、　２７９（１９７２）　９６６）　、−様に配向し
た液晶セルに電界を印加したときの当該液晶セルの電気
容量変化から求める方法（Ｈ９口ｅｕｌｉｎｇ、　Ｍｏ
ｌ、　Ｃｒｙｓｔ、Ｌｉｑ、　Ｃｒｙ−ｓｔ、−楓（１
９７２）　１２３）等の方法により測定することができ
る。

（ホ）ネマチック液晶組成物の誘電率異方性Δεと、液
晶分子長軸方向に直角方向の誘電率ε上の比Δε／ε上
が１．８以上であることが好ましい。

斯かる条件を採用することにより、着色の防止効果を高
めると共により低い駆動電圧により十分なマルチプレッ
クス駆動を行うことができ、製造コストおよび消費電力
の低減化を図ることができる。

（へ）ネマチック液晶組成物の温度２０℃における粘度
ηは３Ｑｃｐ以下であることが好ましい。斯かる条件を
採用することにより、オン・オフ切り換え時の立ち下が
り時間が極めて短くなり、優れた応答特性が得られる。

配向層を有する電極基板を得るための手段としては、特
に限定されず従来公知の種々の手段を採用することがで
きる。具体的には、例えば５１０１Ｍｇ　Ｏ、Ｍｇ　Ｆ
　２等の蒸着物質を電極基板の表面に斜めの角度から蒸
着して当該表面を配向処理する手段；例えばイミド系、
アミド系、ポリビニルアルコール系、フェノキシ系等の
高分子物質の被膜を電極基板の表面に形成し、この被膜
の表面を綿、ビニロン、テトロン、ナイロン、レーヨン
、炭素繊維等よりなる織布、植毛布、綿状布等によって
擦り、電極基板の表面に一定方向の溝を形成するラビン
グ法により配向処理する手段；あるいは電極基板の表面
にカルボン酸クロム錯体、有機シラン化合物等を塗布あ
るいはプラズマ重合法等により被着し、化学的吸着によ
り液晶分子を電極基板に配向させる手段；ホトリソグラ
フィー、あるいは異方性エツチング等の手段により電極
基板の表面にグレーティング状の一定方向の溝を形成し
、液晶分子を配向させる手段；その他の手段を用いるこ
とができる。

ネマチック液晶組成物層を構成するネマチック液晶とし
ては、正の誘電率異方性を有するものであれば特に限定
されず種々の物質を用いることができる。代表的なもの
を以下に示すが、これらに限定されない。また、これら
の物質は混合して用いてもよい。

（１）下記構造式で示されるシクロへキシルカルボン酸
エステル系化合物 （ただし、Ｘは、Ｒ（炭素数が１−１８のアルキル基、
以下においても同様）　、ＯＲ，ＣＮ。

（２）下記構造式で示されるビフェニル系化合物（ただ
し、Ｘは、Ｒ，ＯＲ。

（３）下記構造式で示されるフェニルシクロヘキサン系
化合物 （ただし、Ｘは、Ｒ，０ＲＳＣＮ。

（４）下記構造式で示されるピリミジン系化合物（ただ
し、Ｘは、２％ＣＮ。

Ｙは、Ｒ，ＯＲ，ＣＮを表す。） （５）下記構造式で示されるアゾ系−アゾキシ系（ただ
し、Ｘは、−Ｎ＝Ｎ−１−Ｎ＝Ｎ−１↓ −Ｎ＝Ｎ−を表す。） ↓ （６）下記構造式で示される安息香酸エステル系化合物 （ただし、Ｘは、ＲＳＲＯ。

Ｙは、Ｒ，ＯＲ，ＣＮ。

（７）下記構造式で示されるトラン系化合物（ただし、
ＸおよびＹはそれぞれ、Ｆ、Ｒ。

ＯＲ。

（８）下記構造式で示されるエタン系化合物（ただし、
ＸおよびＹはそれぞれ、Ｒ，ＯＲ。

Ｈ，Ｆ、　ＣＩ　、ＢｒまたはＲを表す。）なお、ネマ
チック液晶組成物には、必要に応じてスメクティック液
晶、コレステリック液晶等が含有されていてもよい。

ネマチック液晶組成物に含有される旋光性物質としては
、一般にはカイラルネマティック液晶と呼ばれる、例え
ば下記一般式で示される光学活性基を末端基として有す
るエステル系、ビフェニル系、フェニルシクロヘキサン
系またはアゾ系等のネマティック液晶を用いるこきがで
きる。

（ただし、　Ｒ＋、　Ｒ＊、　Ｒ３は各々アルキル基ま
たは水素原子であり、Ｒ＋、Ｒ２，Ｒ３は互いに異なる
。）具体的には、例えば以下に示す構造式で示される化
合物を用いることができる。

Ｃ３Ｈ１１ また、ネマチック液晶組成物に含有される旋光性物質と
して、カイラルスメクティック液晶、コレステリック液
晶等を用いてもよい。

斯かる旋光性物質としては、ネマティック液晶への単位
添加量当たりの自発ねじれピッチを十分に短くすること
ができるものであることが好ましく、そのようなものを
選択することにより、ネマティック液晶への旋光性物質
の必要添加量を小さく抑制、好ましくは１，５重量％以
下に抑制することができ、その結果自発ねじれピッチの
温度依存性を小さくすることができる。また、本発明に
おいては、自発ねじれピッチの温度依存性をより小さく
するために、自発ねじれピッチの温度変化係数が互いに
逆符号である複数種の旋光性物質を組合わせて用いても
よい。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第３図は、本発明に係る液晶表示装置の一実施例を示す
説明用断面図である。この例においては、上部の電極基
板１１と下部の電極基板１２とが間隙を介して対向配置
され、上部の電極基板１１は支持板１１Ａの内側の表面
に電極層１１Ｂおよび配向層１１Ｃを設けて構成され、
下部の電極基板１２は支持板１２Ａの内側の表面に電極
層１２Ｂおよび配向層１２Ｃを設けて構成されている。

さらに上部の電極基板１１と下部の電極基板１２との間
の空間はシール部７１によってシールされ、液晶セル３
０が構成されている。

液晶セル３０の内部には、複数のスペーサ７２がそれぞ
れ離間した状態で配置されると共に、正の誘電率異方性
を有し旋光性物質が添加されたネマチック液晶組成物が
充填され、ネマチック液晶組成物層２０が形成されてい
る。また上部の電極基板１１および下部の電極基板１２
の外側の表面には、それぞれ前方の偏光板４１および後
方の偏光板４２が設けられている。同図において、７３
は後方の偏光板４２の外側の表面に設けられた反射板で
ある。この例においては電極基板１１および１２はいず
れも透光性を有する。なお、透過タイプの液晶表示装置
にふいては、反射板７３を用いなくてもよい。

支持板１１Ａおよび１２Ａを構成する材料としては、ソ
ーダガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等のガラス
；ｌ軸延伸ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテル
サルフォン、ポリビニルアルコール等よりなるプラスチ
ックシート；アルミニウム、ステンレススチール等より
なる金属シート；等を用いることができる。

電極層１１Ｂおよび１２Ｂは、例えば厚さｌ、　１ｍｍ
程度の支持板１１Ａおよび１２Ａの表面に平行に配置さ
れた例えば厚さ１０００人のＩＴＯ（スズとインジウム
の酸化物）よりなる透明電極により構成され、一方の電
極層１１Ｂを構成する透明電極と他方の電極層１２Ｂを
構成する透明電極はそれぞれが相互に直角をなすよう配
置され、これによって、例えばＱ、３ｍｍ　ｘＱ、　３
ｍｍの画素からなるマトリックス形表示の電極構造が構
成されている。

配向層１１Ｃおよび１２Ｃは、例えばＳｉＯを蒸着材料
として用いて斜め蒸着法（蒸着角度：支持板１１Ａおよ
び１２Ａに対してそれぞれ７＠）により形成してなる例
えば厚さ５００人の蒸着膜により構成されている。

なお、上部の電極基板１１および下部の電極基板１２に
は、必要に応じてさらに誘電体層、アルカリイオン移動
防止層、反射防止層、偏光層、反射層等を設けてもよい
。

前方の偏光板４１は例えばｒＦ−１２０５ＤＵＪ　　（
日東電工＠’Ｊ２＞によって構成され、後方の偏光板４
２および反射板７３は例えばｒ　Ｆ　−３２０５ＭＪ　
　（日東電工＠製）によって構成されている。

スペーサ７２は例えばグラスファイバーｒＰＦ−７５Ｓ
Ｊ　　（日本電気硝子■製）を用いて構成され、シール
部７１は例えば「ストラクトボンドＸＮ−５Ａ−ＣＪ（
三井東圧化学■ＩＩりを用いて構成されている。

実施例１ ネマチック液晶組成物層２０を構成する液晶組成物とし
て、ｒ　Ｎ　ｒ　−３５２２Ｊ　　（ロッジ二社製）に
旋光性物質（カイラルネマティック液晶）　ｒＳ−８１
１Ｊ（メルク社製）を１．１４重量％添加したものを用
いて、第３図の構成に基づいて下記条件の液晶表示装置
を作製した。

ねじれ角α＝２７０°　（反時計回り）Δｎ−ｄ＝ｌ、
４３ ずれ角度β＝０゜ ずれ角度γ＝０゜ Δｎ　＝０．１９ ｋｊ３／に目：１．１ Δε／ε工＝２．９ η＝４１Ｃ１１ ネマチック液晶組成物層の厚さｄ＝７．５ｎ自発ねじれ
ピッチＰａ　＝９．Ｏａ層 （Ｐ、−Ｐ、）／ＰＣ＝０．１０ プレティルト角＝３５゜ この液晶表示装置を実際にマルチプレックス駆動する試
験を行ったところ、高コントラストでしかも着色のない
明瞭な白黒表示が達成でき、また応答特性が優れていて
デユーティ比１　／３００以上のハイマルチプレックス
駆動が可能であった。

比較例１ 実施例１において、Δｎ−ｄを１．０に変更したほかは
同様にして比較用の液晶表示装置を作製し、同様の試験
を行なったところ、表示画像に着色が認められ、白黒表
示性能が劣っていた。

実施例２ 実施例１において、ずれ角度Ｔを９０°に変更したほか
は同様にして液晶表示装置を作製し、同様の試験を行な
ったところ、高コントラストでしかも着色のない明瞭な
白黒表示が達成でき、また応答特性が優れていてデユー
ティ比１　／３００以上のハイマルチプレックス駆動が
可能であった。

実施例３ 実施例１において、Δｎの大きい液晶組成物を調製し、
Δｎ−ｄを３．２’、ずれ角度βを９０°、ずれ角度Ｔ
を９０°に変更したほかは同様にして液晶表示装置を作
製し、同様の試験を行なったところ、高コントラストで
しかも着色のない明瞭な白黒表示が達成できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液晶表示装置の概要を示す説明図
、第２図は自発ねじれピッチＰ、を特定するための説明
図、第３図は本発明に係る液晶表示装置の一実施例を示
す説明用断面図である。 １１．１２・・・電極基板　　　１１Ａ、　１２Ａ・・
・支持板１１Ｂ、　１２Ｂ・・・電極層　　１１Ｃ，１
２Ｃ・・・配向層２０・・・ネマチック液晶組成物層 ３０．３１・・・液晶セル　　　４１．４２・・・偏光
板４１Ａ、　４２Ａ・・・透過軸　　５１．５２・・・
配向層６１、７２・・・スペーサ　　　７１・・・シー
ル部７３・・・反射板 １Ａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）各々配向層を有し少なくとも一方は透光性を有する
   一対の電極基板間に、正の誘電率異方性を有し旋光性物
   質が添加されたネマチック液晶組成物層が配置されてな
   る液晶セルと、当該液晶セルの一面および他面にそれぞ
   れ対向して配置された偏光板とを有してなる液晶表示装
   置において、下記条件（ａ）乃至（ｃ）を満たすことを
   特徴とする液晶表示装置。 （ａ）ネマチック液晶組成物層の有するねじれ構造にお
   けるねじれ角αが１８０〜３６０°であること。 （ｂ）ネマチック液晶組成物の屈折率異方性の大きさΔ
   ｎと、ネマチック液晶組成物層の厚さｄ（μｍ）との積
   Δｎ・ｄが、１．１〜２．２または２．５〜４．０μｍ
   であること。 （ｃ）偏光板の透過軸と、当該偏光板に隣接する電極基
   板面に接する液晶分子の配向方向とのなす角度が０°ま
   たは９０°を中心として±２０°の範囲内に設定されて
   いること。