JPH06313901A - 液晶表示素子 - Google Patents

液晶表示素子

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JPH06313901A
JPH06313901A JP10428793A JP10428793A JPH06313901A JP H06313901 A JPH06313901 A JP H06313901A JP 10428793 A JP10428793 A JP 10428793A JP 10428793 A JP10428793 A JP 10428793A JP H06313901 A JPH06313901 A JP H06313901A
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liquid crystal
smectic
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Masahito Ishikawa
正仁 石川
Yuzo Hisatake
雄三 久武
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 駆動電圧を下げることができ、応答速度や表
示の残像を改良することのできる。 【構成】 少なくとも一方が透明な一対の電極付基板
と、該一対の基板間に調光層を挟持してなるLCDにお
いて、調光層が相互に溶解しないネマチック液晶物質と
スメクティック液晶物質とを混合してなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、応答速度や表示の残像
を改良した新規な光散乱型液晶表示素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶表示素子(以下、LCDと略
称する。)は、薄型軽量、低消費電力という大きな利点
をもつため、液晶テレビ、日本語ワードプロセッサやパ
ーソナルコンピュータ等のOA機器の表示装置に多用さ
れている。これらLCDは、ネマチック液晶を使用した
TN型やSTN型LCDが殆どであるが、偏光板を必要
とするため、自然光に対する透過率を 50 %以上とする
ことができない。このため、本来低消費電力であるLC
Dも光源の消費電力を有効に利用できていないのが現状
である。またTN型やSTN型LCDは、製造上も厳密
な配向処理が必須であるため大型のLCDの作製が困難
な場合が多い。
【0003】このため、偏光板を必要としない光散乱型
LCDが提案されている。散乱型としては動的散乱モー
ド(DSM)があるが、これは散乱を制御するのが電流
であるため、消費電力が大きく耐久性の面からも実用に
向かない。
【0004】この他の光散乱型LCDとして、たとえ
ば、ネマチック液晶をマイクロカプセル化したNCAP(Nem
atic Curvilinear Aligned Phase) (J.L.Fergason, SI
D'85 Digest Tech.Papers,16,68(1985)) が発表されて
いる。このLCDは液晶滴を高分子物質中に分散させた
構造となっており、電圧を印加していない状態では液滴
内の液晶分子配列は液晶分子と高分子の相互作用により
不規則な配列をとる。このとき高分子の屈折率と液晶の
屈折率との間に差が生じているので入射した光は散乱す
る。ここへ電圧を印加すると液晶の分子配列は液晶分子
が正の誘電異方性を持つものであれば、液晶分子の長軸
方向が電界の方向に揃う。このときの液晶の屈折率(常
光の屈折率n0 )と高分子の屈折率がほぼ一致していれ
ば光は透過する。
【0005】このように液晶を分散包蔵した高分子を薄
膜の調光層としている高分子分散型LCDは、たとえ
ば、ポリビニルアルコール樹脂中に液晶を分散させたも
の(特表昭 58-501631、USP 4435047)、エポキシ樹
脂中に液晶を分散させたもの(特表昭 61-50218 )、ウ
レタンアクリレート樹脂に液晶を分散させたもの(特開
平 2-83534)等が知られている。さらに液晶、高分子系
に界面活性剤を含有させた高分子分散型LCD(特開平
4-7518 )も知られている。光散乱型LCDの他の例と
しては、液晶物質中に高分子を網の目のように巡らせた
構造のLCDがある(Polymer Network LCD)(小川 洋、
藤沢 宣、丸山和則、高津晴義、竹内清文、第15回液晶
討論会 204(1989)) 。このLCDの動作原理は上述の高
分子の屈折率と液晶の屈折率との間の差を利用するのと
は異なり、電圧を印加していない場合、光の散乱強度は
液晶の屈折率異方性△n(=異常光の屈折率ne −常光
の屈折率n0 )が大きいとき、△nのランダム度が大き
いときに高いとされている。また電圧を印加した場合に
は△nの秩序度を大きくしたときに光の透過率が高くな
るとされている。このように光散乱型LCDは、偏光板
を必要としないので光利用効率が高く、またコントラス
トに優れた表示画像を得ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
光散乱型LCDは、しきい値電圧が高いため、駆動電圧
がTN型やSTN型LCDに比較して 3〜5 倍高いとい
う問題がある。
【0007】また、駆動電圧が高いことによりLCDの
電気光学特性にヒステリシスが生じてしまうという問題
がある。さらには応答速度が遅いという問題がある。
【0008】本発明は、このような問題に対処するため
になされたもので、駆動電圧を下げることができ、応答
速度や表示の残像を改良することのできる光散乱型LC
Dを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明のLCDは、少な
くとも一方が透明な一対の電極付基板と、該一対の基板
間に調光層を挟持してなるLCDにおいて、調光層が相
互に溶解しないネマチック液晶物質とスメクティック液
晶物質とを混合してなることを特徴とする。
【0010】本発明に使用できるネマチック液晶物質
は、ネマティック相を呈する化合物であり、液晶物質は
単独でも混合物でも使用できる。具体的にはシアノビフ
ェニル類、シアノフェニルエステル類、安息香酸エステ
ル類、シクロヘキサンカルボン酸フェニルエステル類、
シアノフェニルシクロヘキサン類、シアノ置換フェニル
ピリミジン類、アルコキシ置換フェニルピリミジン類、
フェニルジオキサン類、トラン系液晶類、アルケニルシ
クロヘキシルベンゾニトリル類、アゾメチン液晶類、ア
ゾキシ液晶類等を挙げることができる。
【0011】本発明に使用できるスメクティック液晶物
質は、スメクティック相を呈する化合物であり、かつ混
合して使用するネマチック液晶物質と相互に溶解しない
液晶物質であり、単独でも混合物でも使用できる。ま
た、スメクティックC* 液晶、スメクティックH液晶等
も使用することができる。具体的にはスメクティックA
液晶を挙げることができる。
【0012】ここで相互に溶解しないとは、全く溶解し
ない場合は勿論、相互に一部溶解するが、表示素子全体
で液晶使用温度範囲において分散体を形成することがで
きる場合を含むものとする。なお、分散体はスメクティ
ック液晶物質中にネマチック液晶物質が分散していて
も、またその逆であってもよい。分散体の作製は機械的
撹拌、振蕩、噴射またはこれらの組み合わせ等、あるい
は等方相になるまで加熱した後、液晶使用温度に冷却す
ること等によって形成することができ、とくに制限はな
い。
【0013】ネマチック液晶物質とスメクティック液晶
物質とは、電圧無印加時に屈折率がほぼ等しく、電圧を
印加した時に屈折率の差が大きくなる液晶物質を選択す
ることが好ましい。また必要に応じてカイラル剤などを
添加することもできる。
【0014】ネマチック液晶物質とスメクティック液晶
物質との混合比率は、スメクティック液晶物質が 1〜50
重量%の範囲にあることが好ましい。混合比率がこの範
囲にあると応答速度およびコントラストに優れた液晶表
示装置がえられる。
【0015】なお、本発明のLCDに使用できる透明電
極および基板等の材料および形成方法は、特に制限がな
く従来のLCDに用いられる材料および方法が適用でき
る。たとえば、透明電極の材料としては、インジウム錫
オキサイド(ITO)、酸化錫(SnO2 )などがあ
り、形成方法としては、反応性蒸着法、反応性スパッタ
リング法、反応性イオンプレーティング法、真空蒸着
法、高周波スパッタリング法、プラズマCVD法、陽極
酸化法などがある。基板の材料としては、石英、ガラス
などがある。
【0016】電極はLCDの駆動方式によって異なる種
々のものを用いることができ特に制限はない。たとえ
ば、単純マトリックス駆動方式においては、基板のひと
つの面上に複数の電極を帯状に配置し、対向基板面に前
述の帯状電極と直交するように複数の電極を帯状に配置
する。また、アクティブマトリックス駆動方式において
は、基板のひとつの面上に液晶駆動用の能動素子とそれ
に接続された表示素子とをマトリックス状に設けて電極
とし、対向基板面に対向電極としてインジウム錫オキサ
イド(ITO)電極などを形成する。液晶駆動用の能動
素子としては、TFTやMIMなどの 3端子素子、 2端
子素子等を使用でき特に制限はない。本発明のLCD
は、上記電極に駆動用ICなどを常法により接続して駆
動することができる。
【0017】本発明のLCDの構造の一例を図1を用い
て説明する。図1は本発明の液晶表示装置の断面を示す
図である。透明なガラス基板1上に透明電極2が形成さ
れ、さらに電極2上に配向層3が形成された基板6と同
様な構成からなる基板7とが配向層3を向かい合わせた
構成でLCDが形成される。基板7の電極2あるいは配
向層3は、LCDを反射型として用いる場合には、基板
6と同一材料からなるものであってもよい。基板6の配
向層3と基板7の配向層3との配向方向4および5は互
いに平行である。これらの基板6および7との間に、L
CDの仕様温度範囲においてネマチック相を示す液晶9
とスメクティックA相を示す液晶8との混合物が挟持さ
れLCDとなる。なお、配向層の配向方向を基板に対し
て垂直にしても誘電率異方性が負である液晶を用いれ
ば、上述の配向方向が互いに平行な場合と同様な効果が
えられる。
【0018】
【作用】上述の図1を用いて本発明の作用を説明する。
基板6および7との間に挟持されたネマチック相を示す
液晶9とスメクティックA相を示す液晶8との液晶混合
物は、配向方向4の方向に均一に配向する。ネマチック
相を示す液晶9とスメクティックA相を示す液晶8との
分布の仕方や体積比はこれらの濃度比あるいは製造過程
に依存するが巨視的にみれば均一である。この状態では
光は透過し高い透過率が得られる。一方電極2間に電圧
を印加すると、スメクティックA相を示す液晶8は電界
に対して応答することができないので、ネマチック相を
示す液晶9のみが電界に対して応答する。ネマチック液
晶は屈折率の異方性があるために、電界に対して液晶分
子が傾くとネマチック液晶の屈折率が変化してスメクテ
ィックA液晶と異なる屈折率となりLCDを透過する光
は散乱光となる。
【0019】電極2間の電圧を除くと、ネマチック液晶
中の分子配列はスメクティック液晶と配向層の両者の配
向規制力により、素早く電圧無印加状態に戻る。スメク
ティック液晶と配向層の両者の配向規制力が高分子分散
型LCDの場合よりも比較的大きいため、ヒステリシス
が小さく応答時間も短い良好な特性が得られる。
【0020】
【実施例】以下に本発明の実施例を図1を参照して説明
する。 実施例 透明なガラス基板1上にITOからなる透明電極2が形
成され、さらに透明電極2上に配向層3が形成された基
板6と、この基板6と同様な構成からなる基板7とを配
向層3を向かい合わせて空セルを作製した。配向層3は
ラビングによる配向処理が施され、これにより液晶分子
は配向方向4および5の方向に配向する。本実施例にあ
ってはラビング方向が平行になるようにした。基板6と
基板7との間隙には、直径が約 20 μmのガラスファイ
バーを間隙材として、以下に示す2つの成分を重量比で
1:1 の割合で混合した液晶組成物を挟持した。
【0021】ネマチック液晶物質
【化1】 スメクティック液晶物質
【化2】 この 2つの成分を主成分とする液晶組成物は、封入後、
等方相になるまで加熱した後、室温まで徐冷することに
より分散体となり均一なホモジニアス配向を得た。
【0022】得られたLCDの電極2間に電圧を増減さ
せて電気光学特性を測定したところヒステリシスのない
良好な特性が得られた。また、応答速度が 30 msec、コ
ントラスト比が 5:1の良好な表示が得られた。
【0023】比較例 実施例のLCDにおいて調光層として以下の高分子分散
型を用いてLCDを得た。紫外線硬化型樹脂としてノー
ランド社製のNOA65(商品名)を用い、ネマチック
液晶物質として実施例と同一の液晶物質を用いて重量比
で 1:1 の割合で混合し、スタラーにて 5分間撹拌し
た。この混合物に直径が約 20 μmのガラスファイバー
を間隙材として混ぜ 2枚の電極付き基板の間に挟み均一
なセル厚とし、紫外線を基板全面に照射して紫外線硬化
型樹脂を硬化させた。
【0024】得られたLCDの駆動電圧は実施例の駆動
電圧の 3〜5 倍であり、電気光学特性にヒステリシスが
みられた。また、応答速度は 50 msec〜100 msecと遅か
った。
【0025】
【発明の効果】本発明のLCDは、調光層が相互に溶解
しないネマチック液晶物質とスメクティック液晶物質と
を混合してなるので、しきい値電圧や電気光学特性のヒ
ステリシス、応答速度が改善される。その結果、視認性
に優れた高品位の表示が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のLCDの断面を示す図である。
【符号の説明】
1………ガラス基板、2………透明電極、3………配向
層、4、5………配向方向、6、7………基板、8……
…スメクティックA相を示す液晶、9………ネマチック
相を示す液晶

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一方が透明な一対の電極付基
    板と、該一対の基板間に調光層を挟持してなる液晶表示
    素子において、 前記調光層は相互に溶解しないネマチック液晶物質とス
    メクティック液晶物質とを混合してなることを特徴とす
    る液晶表示素子。
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