JPH04174823A - 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、ワードプロセッサやラップトツブパソコンな
どのＯＡ用デイスプレィに用いられる液晶表示素子に関
し、さらに詳しくはスーパーツィステッドネマティック
（以下ＳＴＮと称する）型液晶表示素子に関する。　　
　　　　　−従来の技術 液晶表示素子は低電圧、低消費電力を特徴とするもので
あり、計測器の操作パネル、腕時計、テレビ受像機、コ
ンピュータ端末機など多くの分野で採用されてきている
。この液晶表示素子の駆動方式は、大別してアクティブ
マトリクス方式と単純マトリクス方式に分けられる。

前者は各画素の一つ一つにＴＩＩＪ膜トランジスタ（Ｔ
ＰＴ）やメタルインシェレーターメタル（Ｍ　Ｉ　Ｍ）
などのスイッチング素子を付けた構成をしており、構成
が複雑で製造コストが高く、大面積のパネル作成が困難
という問題点を有しているものの、優れた表示品質を特
徴としている。

一方、後者の単純マトリクス方式は画質の点ではアクテ
ィブマトリクス方式に及ばないものの、大面積パネルが
作り昌いことや製造コストが低いという特徴を有してい
る。現在のところ、高画質が要求されるテレビ受像機用
の表示にはアクティブマトリクス方式が用いられ、低コ
スト、大画面の要求されるＯＡ用デイスプレィには単純
マトリクス方式が用いられている。

このような状況を背景とし、単純マトリクス方式におけ
る高画質化の要求は極めて強く、しかも走査線の数は次
第に多くなってきている。しかしながら走査線の数（Ｎ
）が大きくなるにつれてオン電圧とオフ電圧の比αが１
に近づき充分なコントラストが得られなくなってしまう
という問題点が出てくる。これに対してパネル内の液晶
分子のねじれ角をさらに大きくし、電圧−透過率曲線に
おける特性の立ち上がりをさらに急峻にすることにより
、高いコントラストを得ようという取り組みが積極的に
行われている。これがスーパーツイステッドバイリフリ
ンジェンスエフェクト（Ｓ　Ｂ　Ｅ）モード、あるいは
ＳＴＮモードと言われているものである。

一般に電圧−透過率曲線の急峻性には、液晶材料の弾性
定数、誘電率、誘電率の異方性や液晶−配向膜界面の結
合エネルギーなどが影響を及ぼすことが知られている。

そして、液晶分子の配列を大きくねじるためには、配向
膜表面における液晶分子の傾き角（以下チルト角と称す
る）を大きくとる必要がある。しかしながら、液晶の傾
き角を大きくすることは、エネルギー的に液晶配列の不
安定性を増すことになる。

普通液晶表示素子の設計では室温で最適設計されるが、
液晶表示素子の使用温度範囲は通常、０℃〜４０℃、あ
るいは０℃〜６０℃であり、バックライト使用時には液
晶表示素子の温度は雰囲気温度よりも２０度近く高くな
るなど最適条件から外れた条件で使用する場合も少なく
ない、特に、ＳＴＮ型液晶表示素子においては、液晶材
料の弾性エネルギー、液晶−配向膜界面の結合エネルギ
ー、印加電圧・である外部エネルギー、さらには駆動に
伴うエネルギー損失などのエネルギーバランスが重要で
あり、最適設計の条件から大きくずれると液晶分子の配
向不良が発生する。

また、液晶を挟んでいるガラス板の間隔（以下パネルギ
ャップと称する）のばらつきやラビング処理配向膜の表
面状態の変動などの液晶表示素子の特性ばらつきを製造
工程上完全に抑えることは困難であり、液晶表示素子の
設計値にある程度のマージンをみてやる必要がある。

通常このマージンはパネルギャップ（ロ）と液晶材料の
カイラルピッチ枦）との比であるｄ　／　ｐ値の許容範
囲でもって定義されており、その下限はアンダーツイス
ト（低次ツイスト）の発生しない最小のｄ／ｐ値で規定
され、上限はストライブドメインの発生しない最大のｄ
　／　ｐ値で規定されている。

しかしながら、幅広い温度範囲にわたって充分広いマー
ジンを有する液晶表示素子はまだ提案されていない。

発明が解決しようとする課題 マージンを決めるのはチルト角、配向膜の液晶規制力、
ツイスト角、誘電率の異方性、弾性定数等々であり、そ
の多くはパネル温度により大きく変化する。すなわち、
マージンは温度によって変化する。そのため、室温でパ
ネル設計しても高温度領域においてはマージンは変化し
てしまい、配向不良が発生することも少なくない。

これまでマージンを広げることを目的として、液晶材料
の弾性定数、誘電率や配向膜との結合エネルギーなどの
最適化を図り、液晶材料の分子設計の立場から様々な取
り組み、がなされてきている。

また、配向膜材料からの取り組みにおいては、チルト角
を大きくすることによりマージンを広くする検討が積極
的に行われているが、何れもマージンを広くする取り組
みである。マージンの広さは一般には液晶表示素子の電
気光学特性の急峻性とはトレードオフの関係にあり、む
やみに大きくはできない、このようなマージンの拡大化
の取り組みには限界があり、むしろマージンが適度の広
さであり、その温度依存性が少ない材料系の開発が急務
である。しかしながら、これまでマージンの温度依存性
を改善する取り組みは殆どなされていなかった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、液晶材料を
最適化することにより幅広い温度範囲にわたって充分広
いマージンを有する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 この目的を達成するために本発明の液晶表示素子は、カ
イラルピッチの温度依存性と、弾性定数や誘電率等々の
液晶材料物性値の温度依存性とのマツチングを図るため
、６０℃でのカイラルピッチＰ６０と２５℃でのカイラ
ルピッチＰ２５との比Ｐ６０／Ｐ２５の値が、１．０５
以上１．１５以下である液晶混合物を含有する液晶を用
いた構成を有している。

作用 この構成によって、温度が変化しても、設計したパネル
ギャップが常にマージン領域の中央付近にあるようにす
ることができる。

本発明の要点を第３図を参照しながら説明する。

配向のマージンは配向膜のチルト角、表面自由エネルギ
ー、液晶分子のツイスト角、誘電率異方性、弾性定数な
どで決まる。すなわち、第３図（ａ）に示すように使用
する液晶材料と配向膜材料およびその表面処理条件（製
膜条件、ラビング条件）が決まれば、ｄ／ｐで表したマ
ージンの温度依存性は一義的に決まるものと考えられる
。同図中２本の直線は、それぞれマージン領域の上限と
下限を表している。これに対して、実際の液晶材料では
種々のカイラル材が添加されており、そのカイラルピッ
チの温度依存性によりパネルギャップの裕度でみたマー
ジンの温度依存性が大きく変化する。第３図（ロ）、（
Ｃ）はそれぞれカイラルピンチの温度依存性を１０度の
温度変化に対して＋３％、０％と仮定した時のマージン
の温度依存性を計算したものである。ここにおいて、２
５℃での液晶材料のカイラルピッチは１３μｍとして計
算しである。

第３図伽）に示すように、カイラルピッチの温度依存性
は補償するよりもある程度大きくする方がマージンの観
点からは良いことが分かる。

本発明はＳＴＮ型液晶表示素子において、カイラルピッ
チの温度依存性を＋５％／３５度〜＋１５％７３５度と
大きくしたものであり、これにより配向マージンの温度
依存性を大幅に抑制することができる。すなわち、本発
明によれば、パネル温度が変化しても常に設計ｄ／ｐ値
が配向マージンの中央部にあり、温度変化により発生す
る配向不良を大幅になくすことができる。さらには、ギ
ャップの裕度も大幅に上げることができる。

実施例 以下に本発明の一実施例について、図面を参照しながら
説明する。

本実施例では、マージンの温度依存性の評価はくさび型
セルを用い、ホットステージ（例えば、メトラー社製ホ
ットステージＦＰ−８２）で温度制御しながら、顕微鏡
下で行った。この時、くさび型セルに封入する液晶材料
のカイラルピッチｐはおよそ１３μｍとなるよう混合す
るそれぞれのカイラル材の濃度を調整した。マージンの
下限は電圧無印加の状態でアンダーツイスト（低次ツイ
スト）が認められない最小のｄ　／　ｐ値でもって定義
した。一方、マージンの上限はそれぞれのセルに閾値電
圧付近の電圧（６〇七、矩形波）を印加した時に、スト
ライプドメインが認められない最大のｄ／ｐ値でもって
定義した。

（実施例１） 透明電極（例えば、ＩＴＯ電極）を有するガラス基板に
ポリイミド塗料（例えば、日産化学■製ポリイミド塗料
ＲＮ−７２１（４，Ｏｗｔ、％／ＮＭＰ溶液））をスピ
ンコード法にて塗布し、２００℃、１時間の硬化条件に
て硬化させた。乾燥膜厚は１０００人であった。その後
、液晶分子のセル内のねしれ角が２４０度となるようラ
ビングを施したのち、４μｍと８μｍの２種類のガラス
ファイバを用いてこれらの基板を貼り合わせくさび型セ
ルを作成した。

次にカイラル材としてＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ　（例えば、アデ
カ・アーガス社製カイラル材ＣＮＬ−６１１゜ＣＮＬ−
６３２，ＣＮＬ−６４６およびＣＮＬ−６４９）の４種
類を選び、それぞれをＳＴＮ用液晶材料（例えば、メル
ク社製ＳＴＮ用液晶材料ＺＬＩ−４３３５）に混合し、
２５℃でのカイラルピッチが１２．７μｍとなるよう調
整した。その後、これらの液晶材料を各くさび型セルに
注入してマージンの温度依存性を測定した。

それぞれのカイラル材Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄを１ｗｔ、％混合
したＳＴＮ用液晶材料のカイラルピッチの温度依存性を
第１表に示す、また、マージンの温度依存性の測定結果
を第１図（ａ）〜（ロ）に示す、測定は２５℃、４０℃
、６０℃の３つの温度条件で行った。第１図（ａ）〜（
６）に示す本実施例では、２５℃でのカイラルピッチの
大きさを１２．７μｍと一定にしているので、マージン
の広さを液晶層厚の許容範囲として直接測定することが
可能である。第１図ではマージンの範囲を直線の長さで
示している。

マージン領域の下限（低次ツイスト側）の測定は、−旦
液晶層を等吉相状態にした後、所定の温度に冷却した試
料について行った。

（以　下　余　白） 第１図に示すように、（ａ）、■）、　（Ｃ１，（ｄ）
の順にカイラルピッチの温度依存性は大きくなるが、パ
ネルギャップの中心値の変動はない、このように使用す
る液晶材料のカイラルピッチの温度依存性を低減するの
は、マージンの温度依存性の改善に対しては好ましくな
い方向である。第１図より液晶材料のカイラルピッチの
温度依存性としてはＰ６０／Ｐ２５の値が１．０５〜１
．１５の液晶材料を用いることが、マージンの温度依存
性の改善に極めて有効であることが分かる。Ｐ６０／Ｐ
２５の値が１．０５より小さい場合や、１．１５よりも
大きい場合には、高温でのマージンと室温でのマージン
との重なりが少なくなり、パネルギャップ裕度が小さく
なってしまう。

（実施例２） ＩＴＯ電極を有するガラス基板にポリイミド塗料（例え
ば、チッソ■製ポリイミド塗料ＰＳＩ−２００１（４，
０ｗｔ１％、ＮＭＰ溶液））をスピンコード法にて塗布
し、２００℃、１時間の硬化条件にて硬化させた。乾燥
膜厚は１０００人であった。その後、液晶分子のセル内
のねじれ角が２４０度となるようラビングを施した後、
４μｍと８μｍの２種類のガラスファイバを用いてこれ
らの基板を貼り合わせ、くさび型セルを作成した。

次にカイラル材Ｅ（例えば、アデカ・アーガス社製カイ
ラル材ＣＮＬ−６２５）とＦ（例えば、メルク社製カイ
ラル材Ｓ−８１１）とを重量比１：１で混合したものを
ＳＴＮ用液晶材料（例えば、メルク社製ＳＴＮ用液晶材
料ＺＬＩ−２２９３）に混合し、２５℃でのカイラルピ
ッチが１３．０μｍとなるよう調整した。その後、この
液晶材料をくさび型セルに注入してマージンの温度依存
性を測定した。その結果を第２図に示す、この液晶材料
のカイラルピッチの温度依存性はＰ６０／Ｐ２５−１．
０８であった。

第２図に示す実施例では、セル温度が変化してもマージ
ンの中央はほぼ同じパネルギャップ値であり、マージン
の温度依存性を大幅に低減することができる。

以上説明したように、使用する液晶材料の種類によりカ
イラルピンチの大きさや温度依存性は若干変化するが、
各種カイラル材を組み合わせることにより任意にその大
きさ、温度依存性を設計することができることは言うま
でもない。

また、配向膜の種類によりマージンの広さは大きく変化
するが、その温度依存性に関しては、液晶材料に比べて
配向膜の寄与は小さい。

発明の効果 以上の実施例より明らかなように本発明の液晶表示素子
は、封入される液晶材料のカイラルピッチの温度依存性
を適切な大きさに設定したものであり、マージンの温度
依存性を大幅に低減させることができ、その実用的価値
は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（（至）は本発明の一実施例における液
晶表示素子のマージンの温度依存性を示す図、第２図は
本発明の他の実施例における液晶表示素子のマージンの
温度依存性を示す図、第３図（ａ）〜（Ｃ）は本発明の
液晶表示素子の要点を説明するための図である。 第１図 ：ＩＡ　ａ　ｔｌｃｌ −ｍ　　　又　１℃Ｊ ５基箋、・、１ 第１図 逼１５　（’ＣＩ 第２図 １膚（１ｑ〕 第３図 〕１受（・。〕 巳Ａｌｌ＜・ｃｌ うＭＬ潔（ｌｃ〕

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ６０℃でのカイラルピッチＰ６０と２５℃でのカイラル
   ピッチＰ２５との比Ｐ６０／２５の値が、１．０５以上
   １．１５以下である液晶混合物を含有する液晶を用いた
   液晶表示素子。