JPH03192217A - 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、特に電気的に複屈折性を
制御した液晶表示装置に関する。

［従来の技術］ 第３図に、従来技術による電気的に複屈折性を制御した
、いわゆるスーパーホメオトロピック（ＳＨ）技術によ
る液晶表示装置の例を示す。

直交したリニア偏光器１４．１５の間に、液晶セルが配
置されている。液晶セルは、所定のギャップを画定する
１対の基板１１．１２の間に液晶層を挾んで構成されて
いる。液晶層内で液晶分子１３は、基板面法線から傾斜
したチルト角φを有している０図中には液晶分子のディ
レクタベクトルを示す、第３図中、左開の部分が“オフ
”状態を示し、右側が“オン”状態を示す。

以下、オフ状態とオン状態の分子状態について説明する
。

“オフ”状態は擬ホメオトロピックな状態である０表面
チルト方向はベクトル尺１および尺２で表される。ベク
トル′ＦＪ１およびに２は平行である。

基板法線からの角度で定義した表面チルト角度φＳは両
基板上で同一である。

このことは休止状態で液晶分子が均一に配列することを
保障する。

セルのいずれの場所においても、液晶分子の配向には′
ＦＪ１およびＲ２に平行に保たれる。

“オン”状態においては、電界によるチルトが生じる。

セルの中央部分の液晶分子は基板表面部分のチルト角度
φＳよりも大きなチルト角度φを呈する。１旦し、全て
の液晶分子はに１とＺ軸を含む平面内に配向している。

以上のような“オン”状態と゛オフ″状態を有する液晶
セルは直交するリニア偏光器または直交する円偏光器間
に挾んで観察する。

”オフ”状態では、セルはＺ軸に沿って進む光に対して
何の効果も果たさない、従って、入射光は２つの直交す
る偏光器によって全て吸収される。

“オン”状態においては、セルは複屈折性を呈する。透
過率の最大値は液晶セルのチルト方向をリニア偏光器か
ら４５度の位置に配置した時に得られる。

たとえば、図中ＹＺ平面内にチルト角を配置する。この
時θ＝ｎ／２　　ｓｉｎθ＝１゜ｃｏｓθ＝０となって ０ ｑｌ　　＝ｓｉｎ　　φｓ　　　７ｑ＝ｓｉｎ　　φ　
　　φ〉φ５ＣＯＳ　　φｓ、　　　　　ｃｏｓ　　φ
。

となる。

［発明が解決しようとする課ｉ！！］ 以上述べた従来技術による電気的に制御した複屈折性を
有する液晶セルには未だ改良すべき点が存在する。

本発明の目的は、セル全体で均一な表示を行える液晶表
示装置を提供することである。

本発明の他の目的は、より速いスイッチング速度を有す
る液晶表示装置を提供することである。

［課題を解決するための手Ｖｉ］ 本発明によれば、液晶分子のチルト角が、１対の基板表
面上で逆方向にかつ異なる量与えられる。

［作用］ 電気的に制御した複屈折効果は擬ホメオトロピック状態
とチルトした状態の間のいわゆるフレデリック遷移に基
づく。

チルト方向の均一性を良くするためには、基板表面にチ
ルト処理を施す。

従来技術においては、チルト方向は両基板表面上で平行
であった。

チルト方向を両基板上で逆方向にすると、液晶分子の電
気光学的応答性が鋭くなる。従って、より良いコントラ
ストを得ることができる。また、スイッチング時間が減
少する。

しカルながら、チルト方向を逆方向にすると液晶分子は
その向きを反転させるために、基板と平行な平面内に角
度Ｈの回転（ツイスト）するようになる、このｎツイス
トがセルの厚さ方向に広く分布するかセル内の厚さの１
部に集中する。光学的には、これらの状態は異なるもの
であり、結果としてオン状態は輝度が不均一なものとな
ってしまう。

コレステリックなドーパントを添加することにより、こ
の問題を解決することができる。しかしながら、コレス
テリックなドーパントを添加すると基板間ギャップに対
する感度が鋭くなりすぎる、応答時ｒｆＴｌが長くなり
すぎる、輝度が増加する等の間Ｕが生じる。

本発明者は非対称なチルト角を採用することによって、
これらの問題を解決できることを発見した。

逆方向の非対称なチルト角は、平行なチルト角と同様の
均一な分子配向を提供することができる。

ｎのツイスト角は存在するが、ｎのツイストはオン状態
においてチルトが最小である基板の近傍の極めて薄い層
内に局在する。

このような状態は液晶分子が純粋なネマチックであるか
または非常に大きなピッチ（セルギャッ１の数倍以上）
を有するコレステリックである場合、弾性エネルギが最
小である配置に対応する。

逆方向で非対称な表面チルト角を採用すると、逆方向チ
ルトの利点が得られ、その欠点がコレステリックなドー
パントを利用することなく回避できる。

なお、本発明においても、コレステリックなドーパント
を用いることはできる。この場合、コレステリックなピ
ッチはセルギヤラグよりも非常に大きなものである。

［実施例〕 以下ｒＡ面を参照して、本発明の詳細な説明する。

液晶表示装置は電気的に制御した複屈折性を利用するも
のであり、逆方向で非対称な表面チルトを有する。以下
その表面チルト、結果として生じるバルク内の配向、光
学的な行動について述べる。

１証土庄上 第１図に本発明の実施例による液晶表示装置を概略的に
示す、基板表面内にＸ軸、Ｙ軸をとり、基板と垂直方向
をＺ軸とする。基板１がより大きな表面チルト角を有し
、基板２がより小さな表面チルト角を有する。これらの
チルト角は逆方向に配置される。基板１上で基板法線に
対する表面上の分子のブレフタ禮の角度をφｓ１と表し
、基板２上で液晶分子のデレクタマ２と法線との間の角
度をφＳ２と表す９以上の関係を式で表すと、ｓｉｎ　
　φｓｔ　　ｃｏｓ　　θ マ１＝ｓｉｎφ５１ｓｉｎθ ＣＯＳ　　φ５１ Ｓｉｌｌ　　φ５２ Ｎ２＝ｓｉｎ　　φ５２ ＣＯＳ　　φＳ２ φ８１＞φＳ２ となる。

ＣＯ８θ ｓｉｎ　　θ Ｎ１に対してθ＝−ｎ／２．Ｎ２に対してθ＝ｎ／２と
すると、 ０ １１＝−ｓｉｎφｓ１；　Ｎ２　＝ｓｉｎφ５２ＣＯＳ
φｓ１　　　　　　ｃｏｓφＳ２となる。

基板表面の液晶分子を配向する性質は強固であるので、
基板表面上ではオン状態かオフ状態であることによって
チルト角の変化はない。

ベルゴー１１血 “オフ”状態では、液晶分子は基板１表面上でのに１か
ら基板２表面上でのＦＳ２に至るまでにｎのツイスト角
変化を伴って変化する。従って、バルク内において、液
晶分子のブレフタはｓｉｎφＯＦＦ　　ＣＯ３θ０ＦＦ ＮＯＦＦ　＝ｓｉｎφＯＦＦ　　ｓｉｎθ０ＦＦＣＯＳ
φＯＦＦ ここで、 φＳｌ＞φＯＦＦ　＞φＳ２ 一π／２くθＯＦＦ　＜π／２ となる。

φ＜７ＦＦおよびθＯＦＦは座標２の間数である。φ０
ＦＦ（ｚ）は第１図で見られるように、比較的均一に変
化する。ツイスト角θ０ＦＦ（ｚ）は主により小さな表
面チルト角を呈する１板（基板２）の表面に近い部分６
で変化する。

“オン”状態では、液晶分子はやはりｎのツイスト角を
呈するが、チルト角は印加する電界の作用によって増大
する。但し、基板表面の液晶分子配向力は強いので、表
面上のブレフタｇ１およびＮ２はオン状態とオフ状態で
変化しない。

バルク内に関しては、液晶分子のブレフタは、ｓｉｎ　
　φＯＮ　　ｃｏｓ　　θ０Ｎ１ＯＮ＝ｓｉｎφＯＮ　
　ｓｉｎθ０ＨＣＯＳ　　φＯＮ ここで、 φＯＮ＞φ３１＞φｓ２ 一π／２くθＯＮ＜π／２ となる。

第１図に見られるように、チルト角φＯＮ　（ｚ　）は
基板１上のφＳ１からバルク内のφＯＮへ増大し、さら
にバルク内のφＯＮから基板２上のφＳ２へと減少する
。

ツイスト角は、より小さな表面チルト角を有する基板２
の近傍の極めて薄い層８内に全て局在されてしまう、バ
ルク内のチルト角φＯＮが大きいほど、ツイスト角が局
在する層は薄くなる。このように、チルト角が小さなＺ
方向領域の極めて薄い層に局在化されたツイスト角変化
は光学的にほとんど何の効果も及ぼさない。

この実効的な複屈折性は極めて低く、以下に示す式で表
される。

（ＡＮ　）　＝　（Ａ　）　Ｌ、Ｃｘｓ＋ｎ　２φｓ２
さらに、角度Ｈのツイストによる伝播の固有モードはも
はやリニアではなくなり、凝固になる。

実験的にはこの薄いＨのツイストを有する層が光学的に
は何の効果も有していないことが判った。

従って、逆方向の非対称なチルト角を有するセルは、平
行な対称的チルト角を有する標準的ＳＨセルと同等の光
学的性質を提供する。

第２図（Ａ）、（Ｂ）は液晶セル内の液晶分子ブレフタ
の分布をチルト角およびねじれ角に対してプロットした
グラフである。

第２図（Ａ）は、チルト角の液晶セル内の厚さ方向分布
を示す図である４ 第２図（Ｂ）はツイスト角の液晶セルの厚さ方向分布を
示す図である。

エヱＩＪＬ１と “オフ”状態では、チルト角はφｓ２がらφｓ１まで徐
々に変化する。従うて、チルト角の分布する範囲は極め
て狭い、液晶セルは直交する渭光器の間に挾んで［察す
る。角度Ｈのツイスト角によって透過光強度の厳密な数
学的表現は得られないが、相対的透過率を過大評価した
以下の表現が得られる。

１＜Ｃ５ｉｎ２（（πｊｔｘΔｎ　ｘｓｉｎ　”φｓ１
）／λ］ここで、Δｎは液晶セルの複屈折性を示し、φ
Ｓ１は大きな方の表面チルト角、９はセルのギヤラグ長
、λは波長、ｃｐは濱光器による定数であり、０．５以
下である。φＳ１〉１度、ｊｌ＝５μｍ、λ＝０．５μ
ｍ、Δｎ＝ｏ、２の時に透過光強度は１％よりも小さい
。

従って、“オフ”状態は黒である。

“オン”状態においては、極めて薄いツイスト層が基板
２近傍に局在し、透過光に対して光学的効果を及ぼさな
い、従って、この局在ツイスト層を無視して透過光強度
を表現すれば、通常の電気的に制御した複屈折型液晶セ
ルの表現を借用して、以下のように表せる。

１　ｏｎ＊　Ｃｓｉｎ　　２［（πＲＡ　ｎ５ｉｎ２φ
ｏｎ）／Ａ　］（オーバーラインは平均値を表わす） となる。

＜ｙｒＲΔｎ５ｉｎ”　φｏｎ）　／λ＝ｎ／２ｆ）Ｆ
ｔｒ、Ｉｏｎキｃｐ となる。

従って、“オン”状態は白である。

次に、表面チルト角を与える基板処理について述べる。

基板１．２表面上のチルト角度φＳは線通常φ１は約１
〜５°、婆２は０〜０．５”種度の範囲にある。このよ
うな表面チルトは以下のような方法によって提供される
。

第１１程：下層作成 下層材料は高分子（ポリイミド）または鉱物（Ｓ０２）
である。

この下層には異方性処理を繕す。すなわち、擦りまたは
斜め蒸着を行う。

第２工程：ホメオトロピック配向 以上のように準備した異方性の下層の上に、たとえばポ
リシランのような物質を吸着させる。ポリシランの吸着
は０度から３０度の間の表面チルトを与えることが知ら
れている。

セルギャップを５μｍとし、従来の標準的ＳＨセルと上
述の実施例に従うセルとを製作し、その性能を比較しな
。

の　　セル　　　　によ　セル コントラスト　　３０　　　　　４０ （１／１２５デユーテイ駆動） ｔｒ　　　　　〜１００１３　　　〜８０１Ｓｔｄ　　
　　　　〜１００１３　　　　〜１００１３ここで、ｔ
ｒはオン波形印加によって透過率が０％→９０％に上昇
する時のライズタイム、ｔｄはオフ波形印加によって透
過率が１００％→ｌＯ％に下降する時のデイゲイタイム
である。

表に見られるように、本発明の実施例によれば、応答速
度が改良されていることが明らかである。

［発明の効果］ 本発明によれば、逆方向でかつ非対称なチルト角を採用
することにより、応答が鋭く、コントラストが良く、か
つセル全面で均一な応答を示す液晶表示装置が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による液晶表示装置を示す斜視
図、 第２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図の液晶表示装置内の液晶
分子ブレフタの分布を示すグラフであり、第２図（Ａ＞
はチルト角分布、第２図（Ｂ）はツイスト角分布を示す
グラフ、 第３図は従来技術による液晶表示装置を示す斜視図であ
る。 図において、 １．２ ４．５ ６．７ ８．９ １１．１２ ３ １４．１５ 基板 液晶分子 偏光器 ツイスト層 残りの層 基板 液晶分子 偏光器 液晶分子のブレフタ （Ａ）チルト角 （Ｂ）ツイスト角 液晶分子ディレクタの分布 第２図 第１図 手続補正書 （自発〉 １、事件の表示 平成 １年特許順第３３２３３８号 ２、発明の名称 液晶表示装置 名称 ＋２３０）スタンレー電気株式会社 ５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 別紙の通り 第３図 （１）、明細書第１３頁第１２行 （２）、明細書第１３頁第１５行 ｒ　（ｙｔ　ｊｌ　Ａｎｓｉｎ２φｏｎ）　／　Ａ　＝
　ｎ　１２０時、」をｒ　（ｇ　Ｉｔ　Ａｎｓｉｎ”　
＃ｏｎ）　／λ＝ｎ／２の時、１と補正する。 （３）、明細書第１４頁第８行〜９行 「擦りｊを「ラビングｊと補正する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、所定のギャップを隔てて対向した１対の基板間
   に液晶を挾んだ液晶表示装置であって、 前記１対の基板表面には、隣接する液晶分子に対して、
   セル法線に関して向きが逆で大きさが異なるチルト角を
   生じさせる処理がされていることを特徴とする液晶表示
   装置。
2. （２）、前記液晶がネマチック液晶又はギャップよりも
   長いピッチを有するコレステリック液晶であることを特
   徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. （３）、前記１対の基板外側に、チルト角を含む面に対
   して約４５度の角度をなし、互いに直交する１対の偏光
   器または互いに逆向きの円偏光器を備えたことを特徴と
   する請求項１または２記載の液晶表示装置。