JPH0519230A

JPH0519230A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0519230A
Application number: JP19725991A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Takei; 寿郎武井; Tetsushi Yoshida; 哲志吉田
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1991-07-12
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 1993-01-29

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶表示装置において、高いコントラストと
優れた輝度変化の急俊性と高速応答性をもち高時分割駆
動を可能にする。【構成】対向配置された一対の基板２、３の対向する
内面に互いに交差して対向する電極４、６を覆って形成
された配向膜５、７間に正の誘電異方性の液晶材料９が
ツイスト配向された表示セル１と、対向配置された一対
の基板１２、１３の対向する内面に形成された配向膜１
４、１５間に正の誘電異方性の液晶材料１７が表示セル
１の液晶材料９のねじれ方向と逆にツイスト配向されて
重ね合わされる補償セル１１と、これら２組の液晶セル
１、１１を挾んで配置される一対の偏光板１８、１９と
を備え、各液晶材料は、誘電異方性Δεと液晶分子軸に
直交する方向の誘電率ε⊥との比である誘電率比Δε／
ε⊥の値が２以下の液晶からなり、配向膜間で各配向膜
近傍の液晶分子のプレチルト角が６°以上で、かつ一対
の基板間で２４０°の角度でツイスト配向されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、時分割駆動される電
界効果型の液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、事務機器などの表示装
置として広く使用されており、表示画面の大型化と共に
画素数が多く、表示品質の高いことが要求されている。
このような事務機器などの表示装置には、素子構造が単
純化でき、かつ駆動装置が簡素化できる単純マトリック
ス構造の液晶表示素子が広く使用されている。

【０００３】この単純マトリックス構造の液晶表示素子
は、信号電極がストライプ状に形成された一方の基板と
走査電極がストライプ状に形成された他方の基板とを前
記信号電極と走査電極とが交差するように対向配置さ
せ、前記一方基板と他方基板との間にツイスト配向させ
た液晶材料を介在させて液晶セルが形成され、この液晶
セルの外側に一対の偏光板が配置されている。そして、
前記走査電極に走査信号を供給し、この走査信号と同期
させて前記信号電極にデータ信号を供給することによっ
て走査電極と信号電極が交差する任意の画素の点灯状態
が制御される。

【０００４】このような時分割駆動方法では、時分割数
を多くすると点灯画素と非点灯画素とに印加される電圧
の差、すなわち動作マージンが低下してコントラストが
低下し、また視野角が狭くなる。そのため、従来のＴＮ
型液晶表示素子では、印加電圧に対する輝度変化の急俊
性が劣るため、１／６０デューティ程度の時分割数をと
るのが限度であり、画素数が多く高画質でかつ大型の表
示装置を得ることができなかった。

【０００５】このような急俊性を改善するためにツイス
ト角度を大きくしたＳＴＮ型の液晶表示素子やＳＢＥ型
の液晶表示素子が提案されており、実用化されている。
これらの液晶表示素子は、ツイスト角度を１８０°乃至
２７０°とすることによって前記急俊性を改善し、１／
２００デューティ程度まで時分割数をとることができ
る。この結果、６４０×４００ドットの液晶表示素子で
は、信号電極を２分して表示画面を上下に２分割し、各
画素をそれぞれ１／２００デューティで駆動する方法が
とられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した液晶表示素子
は、信号電極を中央で上下に２分割しているため、その
分割した部分に隣接する走査電極と信号電極とが対向す
る中央部分の画素の面積が、対向する基板の位置合わせ
精度に依存し、位置合わせ誤差を無くすことができない
ので、画面中央部の画素列の大きさが異なってしまい、
画面を分割する線が現れ、また、信号電極を上下２分割
しているため、信号電極にデータ信号を供給するための
駆動回路が信号電極の数の２倍の数だけ必要となり、か
つ走査電極に走査信号を供給する走査電極の駆動回路で
は走査電極を２つのグループに分けて走査するための複
雑な信号処理が必要であり、その結果、駆動回路が複雑
でかつ電子回路の素子数が多くなって表示装置が大型化
し、高価なものとなるという欠点があった。

【０００７】この発明は上述した欠点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は高いコントラストと優れた輝度
変化の急俊性と高速応答性をもち高時分割駆動が可能な
液晶表示装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、対向配置さ
れた一対の基板の対向する内面に互いに交差して対向す
る電極を覆う配向膜が形成され、これら一対の基板の配
向膜間に正の誘電異方性を有する液晶材料がツイスト配
向された第１の液晶セルと、対向配置された一対の基板
の対向する内面に直接もしくは前記電極を介して形成さ
れた配向膜間に正の誘電異方性を有する液晶材料が前記
第１の液晶セルの液晶材料のねじれ方向と逆にツイスト
配向されて前記第１の液晶セルに重ね合わされる第２の
液晶セルと、これら２組の液晶セルを挾んで配置される
一対の偏光板とを備え、第１、第２の液晶セルの液晶材
料は、誘電異方性Δεと液晶分子軸に直交する方向の誘
電率ε⊥との比である誘電率比Δε／ε⊥の値が２以下
の液晶からなり、配向膜間でこの配向膜近傍の液晶分子
のプレチルト角が６°以上で、かつ一対の基板間で約２
３０°乃至２５０°の角度でツイスト配向されているこ
とを特徴とする。

【０００９】

【作用】この発明によれば、液晶材料のツイスト角を約
２３０°乃至２５０°と大きくし、かつ誘電異方性Δε
と液晶分子軸に直交する方向の誘電率ε⊥との比である
誘電率比Δε／ε⊥の値を２以下と小さくすることによ
って急俊なしきい値特性を得ることができ、配向膜間に
介在する液晶材料の配向膜近傍に位置する液晶分子のプ
レチルト角を６°以上と大きくすることにより、ｄ／ｐ
マージン（すなわち、液晶材料が一定のツイスト角で配
向され、かつ電圧印加時に一定の動作をする領域）が大
きくなって配向が安定し、これにより高いコントラスト
と優れた輝度変化の急俊性と高速応答性が得られ、高時
分割駆動が可能となる。特に、この発明では、上述した
液晶材料を封入した第１、第２の液晶セルをツイスト方
向を逆にして重ね合わせたので、表示画面の背景色が無
色となり、極めてコントラストの高いものを得ることが
できる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例について、図面を参
照して詳細に説明する。図１において、１は表示セルで
ある。この表示セル１はガラス板または等方性のプラス
チック板などからなる下基板２と上基板３とを備えてい
る。下基板２の上面には、紙面の表裏方向に延びるスト
ライプ状の透明導電膜からなる複数の第１の電極４が形
成され、この第１の電極４を覆って配向膜５が形成され
ており、この配向膜５には配向処理が施されている。こ
の下基板２に対向配置される上基板３の下面には、第１
の電極４と直交するように紙面の左右方向に延びるスト
ライプ状の透明導電膜からなる複数の第２の電極６が形
成され、これらの第２の電極６を覆って配向膜７が形成
されており、この配向膜７には配向処理が施されてい
る。上基板３と下基板２とは、電極４、６が形成された
面を対向させ、４μｍ乃至９μｍの間隙を設けてシール
材８によって接合され、これらの基板２、３間には液晶
材料９が封入されている。また、表示セル１の下には補
償セル１１が配置されている。この補償セル１１は表示
セル１と同様に下基板１２と上基板１３を備えている。
下基板１２の上面には直接配向膜１４が形成されてお
り、この配向膜１４には配向処理が施されている。この
下基板１２に対向配置される上基板１３の下面には直接
配向膜１５が形成されており、この配向膜１５には配向
処理が施されている。上基板１３と下基板１２とは、配
向膜１４、１５が形成された面を対向させ、４μｍ乃至
９μｍの間隙を設けてシール材１６によって接合され、
これらの基板１２、１３間には液晶材料１７が封入され
ている。そして、これら表示セル１と補償セル１１の外
側には、これらを挾むように偏光板１８、１９が配置さ
れている。

【００１１】表示セル１の配向膜５、７は、液晶材料９
の配向膜５、７に隣接する液晶分子に初期配向状態で約
６°以上のプレチルト角を与えるポリミドなどからなる
高チルト配向膜で形成されている。この配向膜５、７に
は、液晶材料９中のイオン性不純物（可動イオン）を吸
着しやすくするために、表面エネルギの極性力成分γ_p
の値が大きい配向材料が用いられている。この表面エネ
ルギの極性力成分γ_pの値は、４０ｄｙｎ／ｃｍより大
きいことが望ましく、この実施例では例えば表面エネル
ギの極性力成分の値が４２．１ｄｙｎ／ｃｍの配向膜が
用いられている。このような配向膜５、７は、図２に示
すように表示素子の上下の縁に平行な水平線ｈを基準に
して、上基板３の配向膜７の配向方向７ａが左回りに約
３０°の角度で交差する右上がりの方向にラビング処理
され、下基板２の配向膜５の配向処理方向５ａが右回り
に約３０°の角度で交差する右下がりの方向にラビング
処理されている。一方、補償セル１１の配向膜１４、１
５は、表示セル１の配向膜５、７と同じ、高チルト配向
膜で、表面エネルギの極性力成分γ_pの値が大きい配向
材料が用いられている。この配向膜１４、１５は、図３
に示すように表示素子の上下の縁に平行な水平線ｈを基
準にして、上基板１３の配向膜１５の配向方向１５ａが
左回りに約６０°の角度で交差する右上がりの方向にラ
ビング処理され、下基板１２の配向膜１４の配向処理方
向１４ａが右回りに約６０°の角度で交差する左上がり
の方向にラビング処理されている。

【００１２】表示セル１内に封入された液晶材料９は、
その液晶分子が下基板２の配向処理方向５ａから上基板
３の配向処理方向７ａに向って、図面上で右回りに約２
４０°±１０°ねじれて配列されており、液晶の屈折率
異方性Δｎと液晶層厚ｄ₁との積Δｎｄ₁の値が0.75乃至
0.90の範囲に設定されている。この液晶材料９は、ベン
ト弾性定数Ｋ３３とスプレイ弾性定数Ｋ１１との比で表
わされる弾性定数比Ｋ３３／Ｋ１１が大きい液晶化合物
を多く配合すると共にシアノ基を持った液晶化合物の配
合を少なくし、且つエステル結合及びヘテロ環式化合物
を含まない様にして組成された液晶組成物であり、ベン
ト弾性定数Ｋ３３とスプレイ弾性定数Ｋ１１との比で表
わされる弾性定数比Ｋ３３／Ｋ１１の値が1.75以上であ
る。また、液晶材料９は、その誘電異方性Δεと液晶分
子軸に直交する方向の誘電率（誘電率の垂直成分）ε⊥
との比である誘電率比Δε／ε⊥の値が２以下で、配向
膜５、７に吸着されたイオン性の不純物を再び液晶材料
９中に取り込み難くするために、誘電率の垂直成分ε⊥
が４以下と小さく、かつ平均誘電率

【外２】の値が６以下と小さい。また、補償セル１１内に封入さ
れる液晶材料１７は、表示セル１の液晶材料９と同じも
のであり、液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄ₂との
積Δｎｄ₂の値が0.75乃至0.90の範囲に設定され、表示
セル１の液晶材料９と逆向きにツイスト配向されてい
る。また、この補償セル１１は、Δｎｄ₂の値を表示セ
ルのΔｎｄ₁の値で割った値（Δｎｄ₂／Δｎｄ₁）が0.9
0乃至1.00の範囲に設定されている。

【００１３】一方、前記偏光板１８、１９は、表示セル
１の上基板３に設けられた配向膜７の配向処理方向７ａ
を基準にして、偏光板１８の偏光軸（透過軸）１８ａは
時計方向に角度Ａだけ回転した方向に向いており、偏光
板１９の偏光軸（透過軸）１９ａは時計方向に角度Ｂだ
け回転した方向に向いている。即ち、上基板４に設けら
れた配向膜７の配向処理方向７ａに対する偏光板１８の
偏光軸（透過軸）１８ａの角度Ａは１６０°乃至１９５
°の範囲に設定され、特に１８０°であるのが望まし
く、偏光板１９の偏光軸（透過軸）１９ａの角度Ｂは７
５°乃至１０５°の範囲に設定され、特に９０°である
のが望ましい。

【００１４】このような実施例では、液晶材料９、１７
の誘電率比Δε／ε⊥の値を２以下と小さくしたことに
より、ε‖−ε⊥の絶対値の差が小さくなって電界を印
加したときに液晶分子の配向状態が変化しても液晶層の
誘電率の変化が少ないので、この液晶層に印加される有
効な電界強度の変化が小さくなり、輝度変化の急俊性が
極めて良くなる。すなわち、液晶表示装置の急俊性γの
値は、液晶材料９、１７の弾性定数比Ｋ３３／Ｋ１１の
値が大きく、また誘電率比Δε／ε⊥の値が小さいほ
ど、その値が１．０に近くなり、急俊性が良くなる。特
に、誘電率比Δε／ε⊥の値が２以下と小さい場合に急
俊性が極めて良くなる。そして、この場合、液晶材料
９、１７の誘電率比Δε／ε⊥の値が２以下と小さくす
ると、ｄ／ｐマージン（ナチュラルピッチｐの液晶が基
板間隔ｄの上下基板間に封入されたとき、液晶分子が所
定のツイスト角、例えば２４０°でツイスト配向し、か
つ電圧が印加された場合にもムラの無い均一なツイスト
配向が得られるための基板間隔ｄの範囲）が狭くなり、
またｄ／ｐマージンの上限の値が小さくなって安定した
ツイスト配向が得られなくなるが、この実施例では液晶
分子のプレチルト角を６°以上、望ましくは８°以上と
することにより、ｄ／ｐマージンを大きくすることがで
き、ツイスト角が２４０°と大きくしてもｄ／ｐマージ
ンは充分に大きくなって安定した配向状態が得られる。
このため、この実施例は、液晶表示装置の印加電圧に対
する輝度変化の急俊性が向上し、応答速度が速くなり、
１／４００デューティでの高時分割駆動が可能で、しか
もコントラストも高い。また、表示画面全体に亘って均
一で安定したツイスト配向が得られる。

【００１５】また、この実施例では、表示セル１の液晶
材料９と補償セル１１の液晶材料１７が同じ構造で、ツ
イスト方向が逆向きに配向され、かつ補償セル１１のΔ
ｎｄ₂の値を表示セルのΔｎｄ₁の値で割った値（Δｎｄ
₂／Δｎｄ₁）が0.90乃至1.00の範囲に設定されているの
で、表示セル１を透過した光の位相差と補償セル１１を
透過した光の位相差とが相殺され、表示画面の背景に色
がつかず、無彩色となるので、これによってもコントラ
ストが極めて高くなる。

【００１６】また、この実施例では、配向膜の表面エネ
ルギの極性力成分γ_pを４０ｄｙｎ／ｃｍ以上と大きく
したので、液晶材料９、１７中の不純物イオンが配向膜
に吸着され易くなり、しかも液晶材料９、１７の平均誘
電率

【外２】の値が６以下と小さいので、液晶材料９、１７
中に不純物イオンが取り込まれ難くなり、液晶表示素子
としての動作の安定性および信頼性が高くなる。さら
に、この実施例の液晶材料９、１７は、誘電率の垂直成
分ε⊥の値が４より小さい。このように誘電率の垂直成
分ε⊥の値が小さい液晶材料９、１７は配向膜に吸着さ
れた不純物イオンを再び液晶中に取り込むことがないの
で、液晶材料９、１７中の可動イオンの量が減少し、液
晶表示装置の長時間の動作に対する安定性および信頼性
が向上する。

【００１７】またさらに、液晶材料９、１７の誘電率の
垂直成分ε⊥の値が小さいと、ε‖−ε⊥で与えられる
液晶組成物の誘電異方性Δεの値を正にするための液晶
組成物のε‖の値を小さくすることができ、液晶組成物
の平均誘電率

【外１】も小さくなり、平均誘電率

【外１】が小さい液晶組成物は不純物イオンを取り込み
難いので、液晶材料８中の可動イオンの量が減少し、そ
の結果信頼性が向上する。

【００１８】また、平均誘電率

【外１】の値が小さい液晶材料８は誘電率ε⊥の絶対値
が小さいので、対向する電極２、５とその間に介在する
液晶材料８とによって形成される各画素の等価的なコン
デンサの容量が小さくなり、これらの電極２、５間にチ
ャージされた電荷の充放電が速やかに行なわれ、その結
果表示画面に現われる残像現象を低減することができ
る。また、各画素の容量が小さくなるので、これらの各
画素に信号を供給する駆動回路の駆動能力を小さくする
ことができ駆動回路の構成が単純化し、且つ小型にな
る。

【００１９】次に、この実施例の具体例について説明す
る。表１に示す物性を持つ液晶Ａを用いて、図１に示さ
れた液晶表示装置を形成した実施例について、その素子
の構成と、液晶表示素子の法線方向から観察したときの
電気−光学特性を表２に示した。

【表１】

【表２】ここで、表示セル１および補償セル１１のツイスト角は
それぞれ２４０°、−２４０°であり、偏光板１８の偏
光軸１８ａの角度Ａ、および偏光板１９の偏光軸１９ａ
の角度Ｂは、それぞれ９０°、１８０°であり、Ｖｔｈ
はコントラストの最大値が得られる動作電圧である。

【００２０】この表２から明らかな如く、実施例１、
２、３は、偏光板１８、１９の配置角度を変化させた場
合であり、偏光板１８、１９の配置角度を変化させる
と、コントラスト比が変化し、実施例１の配置角度のと
きがコントラスト比が９０で最大となる。よって、表示
セル１側の偏光板１８の偏光軸１８ａの角度Ａは１８０
°が好ましく、補償セル１１側の偏光板１９の偏光軸１
９ａの角度Ｂは９０°が好ましい。また、実施例４、５
は、表示セル１のΔｎｄ₁の値で補償セル１１のΔｎｄ₂
の値を割った値（Δｎｄ₂／Δｎｄ₁）を変化させた場合
であり、実施例１に対して補償セル１１の液晶層厚ｄ₂
を変化させることにより、Δｎｄ₂／Δｎｄ₁の値を変化
させると、実施例１におけるΔｎｄ₂／Δｎｄ₁の値（0.
95）よりも小さくても（実施例４）、また大きくても
（実施例５）コントラスト比は小さくなる。よって、Δ
ｎｄ₂／Δｎｄ₁は0.92〜0.97が望ましく、好ましくは0.
95である。さらに、実施例６〜８は、液晶の屈折率異方
性Δｎが温度により変化した場合である。これらのう
ち、実施例６は、実施例１に比べて膜質が異なる配向膜
を用いて、同様のセルパラメータで製作した。この場
合、温度が変わるとコントラストが変化する。よって、
高い温度で用いる場合には、比を一定にしたままで、Δ
ｎｄの値を大きくすることによりコントラストを高くす
ることができる。具体的には、0.9より大きくなると表
示色の補償が悪くなるので、これ以下の値に定めるのが
好ましい。

【００２１】なお、前述した実施例では、補償セル１１
の各基板１２、１３の対向する内面に直接配向膜１４、
１５を形成したが、これに限らず、表示セル１と同様に
各基板１２、１３の対向する内面に互いに直交する電極
４、６を形成し、各電極４、６を覆って配向膜１４、１
５を形成することにより、表示セル１と全く同じ構造と
しても良い。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、この発明は、液晶材
料のツイスト角を約２３０°乃至２５０°と大きくし、
かつ誘電異方性Δεと液晶分子軸に直交する方向の誘電
率ε⊥との比である誘電率比Δε／ε⊥の値を２以下と
小さくし、かつ配向膜間で配向膜近傍の液晶分子のプレ
チルト角を６°以上と大きくすることにより、液晶分子
の均一で安定したツイスト配向が得られ、これにより急
俊なしきい値特性を得ることができ、高いコントラスト
と優れた輝度変化の急俊性と高速応答性が得られ、高時
分割駆動が可能となり、特に同じ液晶材料を封入した第
１、第２の液晶セルをツイスト方向を逆にして重ね合わ
せたので、表示画面の背景色が無色となり、極めてコン
トラストの高いものを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の液晶表示装置の断面図。

【図２】表示セル側の配向処理方向と上側の偏光板の偏
光軸方向の配置を示す平面図。

【図３】補償セル側の配向処理方向と上側の偏光板の偏
光軸方向の配置を示す平面図。

【符号の説明】

１表示セル２、３、１２、１３基板４、６電極５、７、１４、１５配向膜９、１７液晶材料１１補償セル１８、１９偏光板

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】対向配置された一対の基板の対向する内
面に互いに交差して対向する電極を覆う配向膜が形成さ
れ、これら一対の基板の配向膜間に正の誘電異方性を有
する液晶材料がツイスト配向された第１の液晶セルと、
対向配置された一対の基板の対向する内面に直接もしく
は前記電極を介して形成された配向膜間に正の誘電異方
性を有する液晶材料が前記第１の液晶セルの液晶材料の
ねじれ方向と逆にツイスト配向されて前記第１の液晶セ
ルに重ね合わされる第２の液晶セルと、これら２組の液
晶セルを挾んで配置される一対の偏光板とを備え、前記第１、第２の液晶セルの液晶材料は、誘電異方性Δ
εと液晶分子軸に直交する方向の誘電率ε⊥との比であ
る誘電率比Δε／ε⊥の値が２以下の液晶からなり、前
記配向膜間でこの配向膜近傍の液晶分子のプレチルト角
が６°以上で、かつ前記一対の基板間で約２３０°乃至
２５０°の角度でツイスト配向されていることを特徴と
する液晶表示装置。