JPH0416917A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶表示素子に関し、特に位相板型の色補償板
を用いたＳＴＮ型液晶表示素子に関するものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来主
に用いられてきた液晶表示素子の表示モードは、ツィス
テッドネマティック（ＴＮ）型と呼ばれ、一対の上下基
板間で液晶分子が約９０°ねじれた構造をとっており、
液晶による偏光面の回転と電圧印加時におけるその効果
の消失を利用している。この表示方式は、白黒表示であ
るため優れたシャッター効果がありカラーフィルターを
画素ごとに設けることにより比較的容易に多色表示がで
きるという利点があるが、電圧−透過率特性のしきい値
特性が悪いため高時分割駆動や困難であるという欠点が
あり、大容量表示ではコントラスト低下や視野角が狭く
なる等の問題があった。

そこで電圧−透過率特性の急峻性を改良すへく液晶分子
のねしれ角を大きくし、偏光板の偏光軸を液晶の配向方
向とずらすことにより液晶による複屈折効果を利用する
方式が提案され、５ＢＥ（ｓｕρｅｒｔｗｉｓｔｅｄ　
ｂｉｒｅｆｒｉｎ　ｇｅｎｃｅ　ｅｆｆｅｃｔ）または
ＳＴＮ　（ｓｕｐｅｒｔｔｙｉｓｔｅｄ　ｎｅｍａｔｉ
ｃ）モートと呼ばれている。この方式はしきい値特性が
優れているため時分割騨動においてもコントラスト低下
が少なく、視野角も広いという優れた特性を持つ反面、
複屈折効果を利用するため着色表示となってしまい、さ
らにこのままではカラー化も困難であった。

最近になってＳＴＮモートの着色現象を軽減化するため
に、逆のねじれの向きを持つ液晶セルを２つ積層し、一
方を駆動用、もう一方を補償板として用い、複屈折によ
る色付きを補償して白黒表示を行わせる２層型のＳＴＮ
型液晶表示素子が開発された。しかしながらこの２層方
式は、正面から見た場合は白黒表示であるが、斜めから
見ると色付きを生じたり、液晶セルを２枚用いるために
素子が厚くまた重くなってしまう上、生産性が悪いとい
う問題がある。

これらの問題は補償セルを複屈折性の高分子フィルムに
置き換えることにより改善することができる（位相板型
白黒表示ＳＴＮ液晶表示素子）。しかしながらこの位相
板方式では、十分なコントラストを得ることができない
上、さらに視野角が狭くなるという問題があった。

液晶セルを２枚重ねた２層方式において、補償セルの代
わりにねじれ配向した液晶性高分子補償板を用いる方法
が提案されている。この方式は、塗布、配向された液晶
性高分子を補償板の主要構成要素として用いる。液晶性
高分子はガラス転移点以下に冷却することにより液晶状
態での配向状態を固定化できる。ガラス転移点が室温以
上である液晶性高分子を液晶状態でねじれ配向させたの
ち冷却すれば、補償用の液晶セルと同等の補償性能を発
現させることができる。面相での自己保持性を利用して
、液晶性高分子を保持するための基板を１枚とすること
ができるため、従来の２層型液晶表示素子に較べて補償
板を薄く、したがって素子を薄く構成できる上、コント
ラストも２層方式と同等と優れた特性となる。この場合
、液晶セルを２枚用いた２層型ＳＴＮ液晶表示素子と同
様に、補償用の液晶性高分子層のねじれ角は、駆動用セ
ルとほぼ同しで、逆向きとするのが基本的な考え方であ
った。しかし、このような液晶性高分子補償板を用いた
表示素子においても液晶表示素子特有の問題であるコン
トラスト及び視角依存性のより一層の改善が望まれてい
る。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされた
もので軽量、薄型、低コストでしかもコントラスト及び
視角特性がより一層改善された液晶表示素子を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記目的を達成
するため、本発明によれば、電極を有する一対の基板と
、該基板に挟持され、正の誘電異方性を有し、電圧無印
加時に略水平にねじれ配向した液晶層と、略水平配向し
たねじれ配向状態が固定化された液晶性高分子層と、該
液晶層と該液晶性高分子層との両方をはさむように配置
した偏光子とからなり、該液晶層と該液晶性高分子層の
配向のねじれ角の差が９０°の自然数倍となっているこ
とを特徴とする液晶表示素子が提供される。

以下本発明の構成を図面に基づき詳述する。

第１図は本発明による液晶表示素子の構成例を示す断面
図である。この液晶表示素子では、第１の透光性基板１
１と第２の透光性基板２１とが離間、対向して配設され
１両基板１１．２１と外周シール１４とによって形成さ
れた空間に液晶が封入されて液晶層１５をなし、液晶セ
ル１６が形成されている。基板１１と２１の内面には液
晶層１５に電圧を印加するため透明電極１２．２２と液
晶を一定方向に配向させるための配向膜１３，２３が形
成されている。１７．２７は偏光板である。液晶セル１
６と偏光板２７の間には液晶性高分子層３５を主たる機
能成分とする補償板３０が配置される。３１は液晶性高
分子層３５が形成された基板であり、ガラス、プラスチ
ック等の透明性が高い材料が採用される。

液晶層１５において、液晶は正の誘電異方性を有するネ
マティックまたはコレステリック液晶で、配向膜１３，
２３により、電圧を印加しない状態で基板面にほぼ平行
に配向している。液晶は上下基板の間で螺旋軸を基板面
に垂直に向けたねじれ配向をとっていることが好ましく
、そのねじれ角は１６０’−３６０°であることが好ま
しい。ねじれ角が小さい場合には電圧−透過率特性の急
峻性が低下し、時分割駒動特性が低下する。液晶のねし
れ角ωＬは第２図に示すように下基板１１の配向膜１３
の配向処理方向（Ｒ工）、上基板２１の配向膜２３の配
向処理方向（Ｒ２）および液晶のピッチと液晶／１１１
５の厚さを制御することによって容易に制御が可能であ
る。液晶層のりタープ−ジョンＲＬは液晶の屈折率異方
性ΔｎＬと液晶層１５の厚さｄＬの積ΔｎＬ’ｄＬで定
義される。ＲＬは、良好なコントラストを得るためには
０．４〜１．５牌の範囲であることが好ましく、０．６
〜１．０μｍの範囲であることが特に好ましい。

補償板３０は配向固定化された液晶性高分子層３５と、
該液晶性高分子層３５を保持するための透光性基板３１
とから基本的に構成される。液晶性高分子として、室温
では同相を示し室温以上の温度では液晶性を示すものを
用いることにより、室温での配向を安定化させ、対向基
板を省略している。補償板用基板３１の液晶性高分子層
３５と接触する面には、液晶性高分子を基板に対して平
行に、かつ特定の方向に配列させるための配向処理が施
されており、該基板３１上において液晶性高分子は該配
向処理の方向（Ｒ３）に配向している。Ｒ３はＲ２とほ
ぼ直交していることが必要で、この条件が満たされない
場合、補償効果が低下して、コントラストが低下したり
、色付きを生じる。具体的な角度で示すと、両者の交角
δは６０’〜１２０°の範囲であることが必要で、７０
’〜１１０°の範囲であることがより好ましい。液晶性
高分子としては液晶相にコレステリック相またはネマテ
ィック相を有するものを特に好マシく用い、これらの相
を呈する温度で液晶性高分子の配向制御がなされる。よ
り完全な補償効果を得るために、液晶性高分子層３５に
おいてその分子は液晶層１５の分子とは逆の向きにねじ
れているのが好ましい。液晶性高分子層３５の配向のね
しれ角ω。はそ−の厚さと自然ピッチを制御することに
より任意に設定可能である。

本発明の特徴は、液晶性高分子を均一に配向させ、それ
を固定化することによって作成した補償板３０を用い、
かつ液晶Ｍ１５と液晶性高分子Ｎ３５の配向のねじれ角
ωいωＣの差を９０°の自然数倍とすることにある。第
２図の例では、ωＣ二ωＬ＋９０°の場合を例示してい
る。下側偏光板１７の透過軸Ｐ、とＲ工の成す角をα、
液晶性高分子層３５の配向処理の施されていない界面で
の分子配向方向りとそれに隣接する偏光板２７の透過軸
Ｐ２の成す角をβとすると、両方とも２０〜７０°の範
囲が好ましい。Ｐ□とＲ２は両方を９０°回転しても同
様である。

第３図に、ωＬ＝２４０″、α＝４５″、δ＝９０″と
し、ω。

を変化させたときの明るさの変化の様子を示した。

Δｎｏ−ｄｏとβは微調整して、各ツイスト角で最も暗
くなる値、および方向とした。第３図の結果は、背景色
が最も暗く（黒く）なる条件を示しており、ω。がω、
＝２４０°から９０°ずれるごとに暗い状態が現れるこ
とがわかる。ω。がω、よりも小さい側でも暗い状態が
得られるが、一般に大きなねじれ構造（ツイスト角が大
きいほど）をとらせたほうが、表示の視角依存性が小さ
くなるので、ωＣ〉ωＬのほうが好ましい。

液晶セルの基板または液晶性高分子層のための基板とし
ては透光性を有するガラス、プラスチックなどを用いる
。液晶性高分子層のための基板が液晶セルや偏光板をか
ねることも可能である。プラスチック基板としては、ポ
リスルホン、ポリカーボネート、ボリアリレート等の光
学的に等方性の基板を特に好ましく用いる。他にポリエ
チレンテレフタレート、ポリエーテルエーテルケトンな
ども例示できる。

本発明の液晶表示素子の各基板における配向処理は、液
晶分子が電圧無印加時に略水平配向するように行われ、
この配向処理方向に沿って液晶分子が配向する。この場
合、液晶分子の配向に関していう略水平とは、液晶分子
の基板に対する傾き角がおおよそＯ°〜３０°の範囲に
あることを言う。この配向制御は、基板に対して、従来
公知の斜方蒸着や、無機または有機被膜を形成した後に
綿布などでラビングすることにより行うことができる。

具体的にはポリアミド、ポリイミドなどの高分子被膜等
にラビング処理したものや、ＳｉＯ３ＭｇＯ１ＭｇＦ２
などを斜め蒸着したものを好適に用いる。

液晶性高分子は、高温の液晶相を呈する温度で配向させ
たのち室温付近に急冷することにより固相で配向した膜
を得ることができる。これを利用することにより液晶性
高分子層を基板上に１本構成例のように片面のみ基板に
接する形で形成することができ、２層方式のように２枚
の基板を用いてセルを形成する必要が無くなる。そのた
め補償板を薄く、軽量に作製することができる。この様
な理由により、液晶性高分子の液晶相を呈する温度は室
温より高いことがより好ましく、６０℃以上であること
が特に好ましい。本発明で用いる液晶性高分子の構造は
特に限定されるものでは無く、船釣に知られるアクリル
系やポリシロキサン系の側鎖にメソーゲンを導入した側
鎖型の液晶性高分子や、ビフェニル、安息香酸フェニル
エステルなどのメソーゲンを主鎖に含む主鎖形の液晶性
高分子が代表的である。以下にその主な具体例の構造を
列挙する。

ポリエステル、ポリエステルアミド、ポリカーボネート
、ポリエーテルなどで主鎖に液晶性残基を有する下記構
造の主鎖型液晶性高分子ニーｅｌ”−Ｘ”＋−＋Ａ１−
Ｘ２） Ｘｌ、Ｘ２：　−ＣＯＯ−、−ＣＯＮＨ−、−０ＣＯ−
、−０−等Ｍ１ニーＰｈ−Ｃ０Ｏ−Ｐｈ−，−Ｐｈ−Ｎ
＝Ｎ−Ｐｈ−、−Ｐｈ−Ｐｈ−。

↓ −Ｐｈ−Ｐｈ−ＣＯＯ−Ｐｈ−、−Ｐｈ−Ｎ＝ＣＨ−Ｐ
ｈ−等Ａ１ニー＋ＣＨ２±五、→ＣＨ２ＣＨ２０）下、
−４ＣＨ２Ｃ８２０器。

ＣＨｌ 数を表わす。） ビニル系高分子、ポリシロキサン等で側鎖に液晶性残基
を有する下記構造の側鎖型液晶性高分子：ｌｌＩ２ニー
Ｐｈ−Ｐｈ−Ｒ３，−０−Ｐｈ−Ｐｈ−Ｒ’　、−Ｐｈ
−ＣＯＯ−Ｐｈ−Ｒ’　、−伝Ｐｈ−疵Ｐｈ−Ｒ’　。

（但し、Ｒ１はアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原
子、ニトロ基又はシアノ基であり、ｎはＯ〜１８の整数
を表わす。） 〔実施例〕 つぎに本発明を実施例により更に詳細に説明するが本発
明はここに例示の実施例に限定されるものではない。

実施例１ ガラス基板上に日立化成製のポリイミドワニスＰＩＱを
スピンコード法で約１０００人の厚さに塗布し、ついで
２７０°Ｃで焼成してポリイミド膜を形成した。

ついでポリイミド膜上をテトロン植毛布で一方向にこす
り、ラビング処理を行った。

下記ａで示される繰返し単位を持ちガラス転移点が７０
°Ｃのネマティック液晶性ポリシロキサン系液晶性高分
子と下記すで示される繰返し単位を持ち光学活性基を有
するポリシロキサン系液晶性高分子をフェノール／テト
ラクロロエタン混合溶媒（重量比５０：５０）に２５重
量％となるように溶解させた。

高分子（ａ）と高分子（ｂ）の割合は３：２（重量比）
とした。

（ｃｈ：コレステリル） この溶液を先の配向膜上にスピンコード法により塗布し
、ついで７０℃で擦燥後、高分子（ａ）がネマティック
相を呈する１７０℃で３０分間熱処理を行った後、室温
に急冷し、ねじれ角が３３０°（右ねじれ）でＲｅが０
．９３癖の補償板を作製した。

別のガラス基板上に１日立化成製のポリイミドワニスＬ
Ｑ１８００をスピンコード法で約１０００人の厚さに塗
布し、ついで２７０°Ｃで焼成してポリイミド膜を形成
した。ついでポリイミド膜上をテトロン植毛布で一方向
にこすることにより、ラビング処理を行った。同様の処
理を施した基板とこの基板を、ラビング方向が２４０°
の角度を成すように６．３例径のスペーサーを介して貼
りあわせ、基板間の空隙にメルク製のネマティック液晶
ＺＬＩ２２９３に光学活性物質である５８１１を添加し
た混合液晶を注入した。

得られた液晶セルはねしれ角が２４０’　（左ねしれ）
で、Ｒ，は０．８２Ａｕｎであった。

この様にして得られた補償板と液晶セルを重ね、上下を
偏光板で挟んで、液晶表示素子を作製した。

なお、角度配置はδ：９０°、α＝β＝４５°とした。

この液晶表示素子をデユーティ１／２００の時分割能動
で駆動させたところ、第５図に示すように、優れた白黒
表示が行えた。

〔発明の効果〕

本発明では、ＳＴＮ型液晶表示素子において、配向固定
化した液晶性高分子層を光学補償板として用い、液晶性
高分子層の配向のねしれ角と、液晶層の配向のねじれ角
との差を９０’の自然数倍としているので、液晶セルを
二枚用いたときとほぼ同等の特性を有しながらも、軽量
、薄型で、コストも安く、しかもコントラストが高くか
つ視角依存性が小さい白黒型、液晶表示素子を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液晶表示素子の一構成例を示す断
面図、第２図は本発明の液晶表示素子を構成する各要素
の角度関係を示す図、第３図は本発明の実施例の液晶表
示素子の表示特性を示す図である。 １１．２１・基板 １２．２２　　透明電極 １２．２３・・配向膜 １４・・外周シール １５・・・液晶層 １６　　・・液晶セル １７．２７・偏光板 補償板 基板 ３５　　・液晶性高分子層 第１図 特許出願人　株式会社　リ　　コ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極を有する一対の基板と、該基板に挟持され、
   正の誘電異方性を有し、電圧無印加時に略水平にねじれ
   配向した液晶層と、略水平配向したねじれ配向状態が固
   定化された液晶性高分子層と、該液晶層と該液晶性高分
   子層との両方をはさむように配置した偏光子とからなり
   、該液晶層と該液晶性高分子層の配向のねじれ角の差が
   ９０゜の自然数倍となっていることを特徴とする液晶表
   示素子。