JPH02118618A - 液晶表示素子 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、電気的に制御された複屈折効果を利用した液
晶表示素子に係り、特にその液晶混合物の組成に関する
。

（従来の技術） 近年、液晶表示素子は、ワードプロセッサ、パーソナル
コンピュータなどにおける表示容量の増大化や表示面積
の大型化などの要求に伴って、ＳＴＮ　（スーパーツィ
ステッド・ネマチック）型やＳＢＥ　（スーパーツィス
テッド・パイアフリジエンス・エフェクト）型などの複
屈折率制御型の液晶表示素子が注目されている（たとえ
ば特開昭５９−２８１３０号公報、同６０−１．０７０
２０号公報、ＳＩＤ’８６　ＤＩＧＥＳＴ、ＰＬ２２な
ど参照）。

これらＳＴＮ型あるいはＳＢＥ型液晶表示素子は、正の
誘電異方性を持つ液晶組成物を使用しており、印加電圧
に対する透過光の変化が急峻であり、また多桁のマルチ
プレクス駆動を行った場合においても高コントラストで
視野角も広いなどの特徴を有している。

ところが、これらＳＴＮ型やＳＢＥ型の液晶表示素子で
は、いずれも背景色は無彩色ではなく色付きがある。た
とえば黄色の背景に黒の表示、あるいは青色の背景に白
の表示となり、観察者の視感によって視認性評価が異な
るという問題があった。

たとえば、観察者によってはその背景色により視認性（
コントラストなど）が低下していると評価するものもい
る。

また、ＳＴＮ型およびＳＢＥ型液晶表示素子は、ともに
複屈折率性を利用しているため、透明基板間の間隔の変
化によって色むらが発生しやすく、視野角方向からの色
変化や温度が変化したときの色変化が大きいという問題
もあった。さらに、ＴＮ型液晶表示素子では、カラーフ
ィルタを配設することによりカラー化が容易であるのに
対し、ＳＢＥ型液晶表示素子では背景色に色付きがある
ためカラー化が不可能であった。

これらの点を改良した液晶表示素子の例としては、０旧
型液晶表示素子が知られている（Ａｐｐｌ。

Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、５０（５）　１９８７．　Ｐ２３
Ｂ）　。このＯ旧型液晶表示素子は、液晶のねじれ角が
１８０°　リタデションＲ−Δｎ−ｄｃｏｓ２θ（θ：
プレチルト角）の値が０．５μ＋１１〜０．６μｍとさ
れ、偏光板はその一方の透過軸がラビング軸と平行とさ
れ、２枚の偏光板の吸収軸の角度は９０°とされている
。

しかし、この０旧型液晶表示素子では、液晶のねじれ角
が１８０°であるため、電圧に対する透過光の変化はあ
まり急峻ではなく、また駆動デユーティ　（ｄｕｔｙ）
比を小さくすると、コントラスト不足、視野角の狭さ、
背景の暗さなどの問題があった。

一方、白黒表示可能な液晶表示素子として、電気的に制
御された複屈折（ＥＣＢ）効果を用いた、ＥＣＢ型液晶
表示素子が一般に知られている。このＥＣＢ効果は、負
の誘電異方性（△ε）を有するネマチック相の電場内で
の変形（ｄｅｆ’ｏｒｍａＨｏｎ）により、実効的に複
屈折率を変化させ、その効果を透過光の変化として利用
するものである。

しかし、従来のＥＣＢ型液晶表示素子は、電圧−透過率
特性の急峻度が鈍く、また急峻度が多少良いものでも配
向性が悪い場合があり、多桁のマルチプレクス駆動を行
った場合にコントラストの低下や視野角の低下を招いて
しまうという問題があった。

また、一般にフェニルピリミジン系液晶は、弾性定数比
（Ｋ３３／に１□）が小さく、正の誘電異方性を有する
液晶を用いたＴＮ型液晶表示素子の急峻度の向上が計れ
るコンポーネントとしてよく知られている。しかし、負
の誘電異方性を有する液晶を用いるＥＣＢＣ成型液晶表
示素子晶材料には、弾性定数比（Ｋ３３／に１□）が大
きい方が急峻度が良くなることが知られており、このた
め弾性定数比（Ｋ３３／に１１）の小さいフェニルピリ
ミジン系液晶はほとんど使われていない。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように、ＳＴＮ型およびＳＢＥ型液晶表示素子
は、高コントラスト、広視野角で多桁のマルチプレクス
駆動が可能である半面、いずれも背景色は無彩色ではな
く色付きがあり、白黒表示に比べ視認性の面で劣り、ま
たカラーフィルタを配設することによるカラー化が困難
であるなどの問題があった。

また、背景色が明るく視認性に優れた白黒表示可能なＥ
ＣＢ型液晶表示素子においては、しきい値電圧が高いと
ともに、電圧−透過率特性の急峻度が鈍いために、良好
な多桁のマルチプレクス駆動表示を得ることができない
などの問題があった。

本発明は、このような従来技術の課題に対処するために
なされたもので、背景色が無彩色で明るく視認性に優れ
るとともに、マルチプレクス駆動においても高コントラ
スト、広視野角での表示を可能にした液晶表示素子を提
供することを目的としている。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） すなわち本発明は、表面に電極および分子配内膜が順に
形成され、前記分子配向膜を対向させ所定の間隙を設定
して配置された少なくとも一方が透明な一対の基板と、
前記間隙に挟持され液晶分子のディレクタが前記一対の
基板面に対してほぼ垂直方向に配向された誘電異方性が
負の液晶組成物と、前記一対の基板の外側にそれぞれ配
置された偏光板とを有する液晶表示素子において、前記
液晶組成物は、 一般式： の急峻な液晶材料を使用する必要がある。そしてこのと
き、弾性定数比（Ｋ３３／に１、）が大きく、液晶の屈
折率異方性（△ｎ）と液晶層の厚さ（ｄ）との積（△ｎ
ｄ）が大きい方が、急峻なしきい値特性が得られること
が知られている。

ここで、ＥＣＢ型液晶表示素子の電気光学特性（電圧−
透過率特性）は第３図に示すようになり、電圧−透過率
特性曲線におけるしきい値特性の急峻度γを第３図より
次式のように定義した。

Ｒ２はそれぞれ炭素数１〜１０のアルキル基またはアル
コキシ基を示し、ｍおよびｎは（ｍ　、　ｎ）が（０，
０）　、（０，１）または（１，０）である。以下同じ
。）で表される少なくとも一種の化合物を５重量％〜７
０重量％の範囲で含有していることを特徴としている。

（作　用） 一般に、ＥＣＢ型液晶表示素子で多桁のマルチプレクス
駆動を行うためには、電圧−透過率特性Ｖ’　（Ｔ−５
％）、（ＩＩ） また、しきい値電圧Ｖｔｈは、 Ｖ　ｔｈ　−Ｖ　’　（Ｔ＝５％） と定義した。

これより、γの値が小さい程、０Ｎ−ＯＦＦ駆動に必要
な電圧幅は小さくなり、また高コントラスト表示が可能
になるとともに、高マルチプレクス駆動表示が可能にな
る。

そして、本発明においては、使用する液晶組成物が、 で表される少なくとも一種の化合物を５重量％〜７０重
量％の範囲で含有しており、この化合物は△ｎが大きく
　（△ｎｄが大きくなる）、かつ弾性定数比（Ｋ３３／
に１□）もある程度大きいとともに、この化合物によっ
て配向性も向上することから、液晶表示素子のγ値が小
さくなる。ただし、上記化合物の含有量が７０重量％を
超えると、液晶組成物が高粘度化してしまい、応答速度
の悪化をきたしたり、またしきい値電圧が上がり、高電
圧駆動となってしまったり、液晶温度範囲が狭まるなど
して、液晶表示素子としての特性が逆に悪化してしまう
。また、上記化合物の含有量が５重量％未満であると、
しきい値特性の急峻度の向上に充分に寄与しない。

したがって、ＥＣＢ型液晶表示素子の液晶組成物中に上
記（Ｉ）式で表される化合物を５重量％〜７０重量％の
範囲で添加することにより、しきい値特性の急峻度が向
上し、背景色が無採色で明るい表示を高マルチプレク駆
動によって高コントラストな表示が可能となる。

（実施例） 以下、本発明の液晶表示素子の実施例を図面を参照して
説明する。

第１図は、本発明の一実施例の液晶表示素子の構成を示
す断面図である。

一対のガラス基板１．２には、それぞれ表面にＩＴＯな
どからなる透明電極３．４が形成されている。この透明
電極３．４には、液晶分子のディレクタが電圧無印加時
には基板表面に対して垂直ないしほぼ垂直方向に、電圧
印加時には一方向に傾斜配向するように分子配向膜５．
６が形成されている。そして、これら一対のガラス基板
１．２を分子配向膜５．６が対向し、所定の間隙が形成
されるように配置し、その外周をシール剤７によって封
止することによりセル８が構成されている。

そして、このセル８内には、 で示される少なくとも一種の化合物を５重量％〜７０重
量％の範囲で含有する誘電異方性が負の液晶組成物９が
封入されており、またセル８の外側には、それぞれ偏光
板１０．１１が設置されて、液晶表示素子が構成されて
いる。

次に、上記構成の液晶表示素子の具体的な製造例および
その特性評価結果について説明する。

実施例１ まず、一方のガラス基板１の表面に２００本のＩＴＯか
らなる透明電極３を、また他方のガラス基板２の表面に
４００本の　ＩＴＯからなる透明電極４を通常の方法で
形成した。次いで、これら透明電極３．４上に一塩基性
クロム錯体層を形成した後、これをラビング処理して分
子配向膜５．６とした。

そして、第２図に示すように、ラビング方向（図中、矢
印Ａがガラス基板１のラビング方向を、矢印Ｂがガラス
基板２のラビング方向を示す。）が平行となるように、
これらガラス基板１．２を分子配向膜５．６を対向させ
てほぼ平行に配置し、その外周部をエポキシ樹脂接着剤
からなるシール剤７で接着して、セル８を作製した。な
お、ガラス基板１．２間の間隙距離は、図示を省略した
ガラスファイバスペーサにより　８μｍに制御した。

次に、上記セル８内に液晶組成物９として、以下に示す
化合物を以下の配合比で調整したものを封入し、液晶表
示素子を作製した。

誘電異方性が強い負の液晶として、 合計　　　２０重量％ 上記（Ｉ）式で表される化合物として、合計 ６２重量％ 他の添加物として、 Ｃ３Ｈ７−σ◇−（■−０Ｃ２Ｈ５８重量％Ｃ３ＨＩＩ
刊初＠ヒＯＣ２Ｈ５（ｉ　　／／Ｃ３Ｈ７＋−ＣＨ３８
ｌ１ 合計　　　１８重量％ また、偏光板１０．１１は、第２図に示すように、それ
ぞれ吸収軸（図中、矢印Ｃが上側の偏光板１０の吸収軸
を、矢印りが下側の偏光板１１の吸収軸を示す。）が直
行しく図中θ１−９０°）、かつ分子配向膜５．６のラ
ビング方向に対して４５°の角度（図中θ２＝４５°）
で交差するように設置した。

次に、このようにして得た液晶表示素子の２５℃におけ
る電気光学特性を測定した。第１表にこの液晶表示素子
のしきい値電圧ｖ　ｔｈ、前述の（ＩＩ）式で定義した
急峻度γおよび配向性を、また液晶組成物の物性値とし
て屈折率異方性△ｎを示す。

実施例２ 上記実施例１における液晶表示素子において、液晶組成
物９を以下に示す化合物を以下の配合比で調整したもの
に変更する以外は同様にして液晶表示素子を作製した。

誘電異方性が強い負の液晶として、 合計　　１２重量％ 上記（Ｉ）式で表される化合物として、合計　　５０重
量％ 他の添加物として、 ｃ３ｎｖ４心−＠−ＣＩ（３８重量％ Ｃ３Ｈ，ｖ　？−〇〇〇３８　〃 Ｃ３１１ｖ仝Ｘ墜ｅＣ３ＩＩ　７　　ｐｉ　　／／Ｃ３
１１７ベ棹（臨ＯＣ２Ｈ５７／／ Ｃ３！１７ベ僚（トＯＣ＜　Ｉｔ　ｓ　　７　　〃合計
　　３８重量％ この液晶表示素子についても、実施例１と同様にして電
気光学特性を測定した。その結果を第１表に示す。

実施例３ 上記実施例１における液晶表示素子において、液晶組成
物９を以下に示す化合物を以下の配合比で調整したもの
に変更する以外は同様にして液晶表示素子を作製した。

誘電異方性が強い負の液晶として、 合計　　１２重量％ 上記（Ｉ）式で表される化合物として、合計 他の添加物として、 Ｃ３Ｈ７舎ｃｏｏぺＦＯＣ２ Ｃ４Ｈ，婿）−ｃｏｏ÷０Ｃ２ Ｃａ　Ｉ（？　＋ＣＯＯ＋　ＯＣ４ Ｃ５１１１１＋ＣＯＯ＋０Ｃ２ Ｃｓ　Ｈ＋＋　８ＣＯＯ＋ＯＣ＋（３ 合計 ４０重量％ １５重量％ ９　〃 ８　〃 １５〃 １５〃 ６２重量％ この液晶表示素子についても、実施例１と同様にして電
気光学特性を測定した。その結果を第１表に示す。

比較例１ 上記実施例１における液晶表示素子において、液晶組成
物９を以下に示す化合物を以下の配合比で調整したもの
に変更する以外は同様にして液晶表示素子を作製した。

誘電異方性が負の液晶として、 ＣＮ　　ＣＮ Ｃ５Ｈ７−ぐ◇−＆０Ｃ４Ｈｓ　　　５重量％合計　　
４０重量％ 他の添加物として、 Ｃ３）＋　７−（聾ヒＣＯＯ＋０Ｃ２Ｈ５１０重量％Ｃ
４Ｈ９＋Ｃ００＋ＯＣ２Ｈ５５〃 Ｃ３Ｈ７＋ＣＯＯ＋ＯＣ４Ｈｓ　　５　　”Ｃｓ　Ｈ＋
＋　＋ＣＯＯ＋ＯＣｚ　Ｈｓ　　ＩＱ　　１ｌＣ５）１
．、合Ｃ００＋０ＣＩＩ３１Ｏ〃合計　　４０重量％ この液晶表示素子についても、実施例１と同様にして電
気光学特性を測定した。その結果を第１表に示す。

第１表 ＣＮ　　ＣＮ 合計　　２０重量％ １０重量％ １０〃 １０〃 ５　５　〃 ４ＸＸ心上ＣＩ（３ ４ドＸ）ｏＣＨ３ ◇Ｘす◎−Ｃ３Ｈ７ ベ心（奸０Ｃ２Ｈ 第１表の結果からも明らかなように、上記（１）式で表
される化合物を５重量％〜７０重量％の範囲で液晶組成
物中に添加した各実施例の液晶表示素子は、上記（Ｉ）
式で表される化合物を添加していない比較例の液晶表示
素子に比べて、屈折率異方性△ｎが大きく、γ値が低下
して、しきい値特性の急峻度が向上していることがわか
る。

したがって、この液晶組成物を使用することにより、背
景色が無採色で明るく視認性に優れた表示を、高コント
ラストなマルチプレスフ駆動によって行うことが可能な
液晶表示素子を作製することができる。

なお、上記実施例では傾斜配向膜として一塩基性クロム
錯体を用い、ラビングする方法について述べたが、長鎖
アルキルシランやその他の方法を用いることもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の液晶表示素子によれば、
背景色が無彩色で明るく視認性に優れた表示を、マルチ
プレクス駆動によって高コントラスト、広視野角で実現
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の液晶表示素子の構成を示す
断面図、第２図は第１図に示した液晶表示素子のラビン
グ方向および偏光板の配置方向を示す図、第３図は液晶
表示素子の印加電圧−透過率特性をグラフで示す図であ
る。 １．２・・・ガラス基板、３．４・・・透明電極、５．
６・・・分子配向膜、８・・・セル、９・・・液晶組成
物、１０．１１・・・偏光板。 出願人　　　　　　株式会社　東芝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に電極および分子配向膜が順に形成され、前
   記分子配向膜を対向させ所定の間隙を設定して配置され
   た少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記間隙に挟
   持され液晶分子のディレクタが前記一対の基板面に対し
   てほぼ垂直方向に配向された誘電異方性が負の液晶組成
   物と、前記一対の基板の外側にそれぞれ配置された偏光
   板とを有する液晶表示素子において、 前記液晶組成物は、 一般式： ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、Ａは▲数式、化学式、表等があります▼または
   ▲数式、化学式、表等があります▼を、Ｒ＿１およびＲ
   ＿２はそれぞれ炭素数　１〜１０のアルキル基またはア
   ルコキシ基を示し、ｍおよびｎは（ｍ，ｎ）が（０，０
   ）、（０，１）または（１，０）である。）で表される
   少なくとも一種の化合物を５重量％〜７０重量％の範囲
   で含有していることを特徴とする液晶表示素子。