JPH09133907A

JPH09133907A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH09133907A
Application number: JP28902595A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Kano; 満鹿野; Nobuhiko Sasaki; 順彦佐々木; Mitsuo Oizumi; 満夫大泉; Yumiko Sato; 由美子佐藤
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1995-11-07
Filing date: 1995-11-07
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、液晶の急峻性を高めて駆動ライン
数を多くすることができ大画面化に寄与するとともに、
広い方位から見てもコントラストや色合いが低下しにく
い液晶表示素子を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、各々電極と配向膜１７、１８
を備えた一対の基板１０、１１を具備し、一対の基板間
に誘電異方性が正で一対の基板間のねじれ角が２００〜
３００゜のスーパーツイステッドネマティック型液晶１
２が挟持され、前記基板表面上で液晶分子長軸を一方向
に配列させるチルト配向が前記配向膜１７、１８で誘起
されるとともに、前記配向膜１７、１８により液晶分子
に誘起されるプレチルト角θの大きさが基板によって互
いに異なる値にされたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表示を高速にできる
とともに大画面化に寄与する液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から液晶表示素子（ＬＣＤ）は、ワ
ードプロセッサやパーソナルコンピュータあるいはデジ
タル時計等の表示装置として、あるいは、小型テレビや
投影型テレビとして広く利用されている。これらの液晶
表示素子には、一般に液晶分子がツイスト配向されてい
るＴＮ（ツイステッドネマティック型）液晶とＳＴＮ
（スーパーツイステッドネマティック型）液晶が広く用
いられている。

【０００３】前記ＴＮ型液晶表示素子は、一般に、図１
３に示すように組になる一対の基板１、２のそれぞれに
電極と配向膜（いずれも図示略）を形成し、両基板１、
２をスペーサを介して所定の間隔で平行に対向させ、基
板間の空隙に液晶３を封入して液晶セルを構成し、液晶
セルの上下に偏光板５、６を配して構成されている。ま
た、図１３に示す液晶表示素子において用いられている
液晶は、液晶分子のツイスト角を９０゜としたＴＮ型の
ものである。この例の液晶表示素子にあっては、電極に
通電しない状態では、図１３（Ａ）に示すようにその液
晶分子の９０゜ツイスト配列によって入射光をツイスト
角度分、即ち、９０゜旋光させる働きを持つ一方、図１
３（Ｂ）に示すように電極に通電して液晶に電界を印加
した状態においては液晶３の分子を電界の方向に傾斜さ
せるために、液晶の分子配列による旋光性を弱めること
ができる。従って入射光側および出射光側に設けた偏光
板５、６の偏光方向を平行もしくは直交するように配置
しておけば（図１３に示す構造においては直交配置にさ
れている。）、入射光を遮断するか透過するかを選択す
ることができ、表示、非表示を切り換えることができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】次に、前述の如く液晶
分子は電界の方向に傾く性質を有するが、この電界に対
する液晶分子の挙動において、印加電圧が十分に高い場
合に液晶分子は電界方向とほぼ平行になるが、印加電圧
が十分ではない場合は電圧に応じた傾きを持つ。従って
ＴＮ型の液晶において印加電圧（Ｖ）と液晶の相対透過
率（％）の関係を図示すると、図１４に示すようなカー
ブを示すことになる。図１４においては、両偏光板の偏
光角度を直交させた場合のノーマリー白表示の場合と、
両偏光板の偏光角度を平行にした場合のノーマリー黒表
示の場合をそれぞれ示すが、何れの場合においても、特
定値以上の電圧を印加しないと大きな相対透過率変化が
得られないことがわかる。

【０００５】ここでノーマリー黒表示の場合において、
相対透過率１０％の場合の電圧をＶ₁₀、相対透過率５０
％の場合の電圧をＶ₅₀と仮定すると、Ｖ₅₀／Ｖ₁₀の値
は、液晶分子の相対透過率変化における立ち上がりの急
峻性を把握することができる値となる。この急峻性につ
いて、通常のＴＮ型液晶においては、２程度であり、Ｔ
Ｎ型液晶は透過率の急峻性はあまり高くないとされてい
る。従ってこの急峻性を重要視して液晶表示素子を設計
する場合には、ＴＮ型液晶ではなく、急峻性を示すＶ₅₀
／Ｖ₁₀の値が１.０４〜１.０５程度のＳＴＮ型液晶を用
いて液晶表示素子を構成している。

【０００６】ところで前記液晶表示素子においては、大
画面化が押し進められているが、液晶表示素子において
大画面化すると、液晶表示素子の電極数が増えるので駆
動ライン数（走査ライン数）が多くなる傾向になるが、
前記の急峻性と駆動ライン数の間には相互関係があり、
駆動ライン数を多くして大画面化を図るためには、液晶
分子の急峻性を今まで以上に高めなくてはならない問題
がある。また、液晶表示素子においては、一般に視野角
依存性を有しており、液晶画面を眺めた場合に、等しい
コントラストで見える範囲が特定の視野角方向で狭くな
り、コントラストの低下や色合いの低下を引き起こす問
題があった。

【０００７】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、液晶の急峻性を高めて駆動ライン数を多くするこ
とができ、大画面化に寄与するとともに、広い方位から
見てもコントラストや色合いが低下しにくい液晶表示素
子を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記課題を解決するために、各々電極と配向膜を備えた一
対の基板を具備し、一対の基板間に誘電異方性が正で一
対の基板間のねじれ角が２００〜３００゜のスーパーツ
イステッドネマティック型液晶が挟持され、前記基板表
面上で液晶分子長軸を一方向に配列させるチルト配向が
前記配向膜で誘起されるとともに、前記配向膜により液
晶分子に誘起されるプレチルト角の大きさが基板によっ
て異なる値にされ、一対の基板間の液晶分子のねじれに
沿った断面での液晶分子の長軸の配向状態が上下の基板
に近づく程上下に全体的に倒ハ字状に拡開するスプレイ
配向状態にされたことを特徴としたものである。前記構
造において、対向配置された基板のそれぞれの配向膜に
おいて一方の配向膜により液晶分子に誘起されるプレチ
ルト角をθ₁、他方の配向膜により液晶分子に誘起され
るプレチルト角をθ₂とした場合に、３゜＜θ₁−θ₂＜
１５゜の関係にされることが好ましい。前記構造におい
て、前記プレチルト角θ₂が０゜＜θ₂＜１２゜の関係と
されることが好ましく、前記プレチルト角θ₁が３゜＜
θ₁＜１５゜の関係とされることが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明の一例の液
晶表示素子における液晶分子の配列状態を示すもので、
一対の基板１０、１１間に液晶が封入され、この液晶の
分子のねじれに沿った断面での液晶分子１２の配向状態
が図１に示すようにされている。この例の液晶表示素子
Ａは、図２に示すように、上下の基板１０、１１の間に
複数のスペーサ１３…を配し、上下の基板１０、１１の
間の間隙を封止部材１４で封止するとともに、前記間隙
に液晶を封入し、基板１０、１１の上下に偏光板１５、
１６を設けて構成されている。なお、基板１０、１１の
相対向する面には配向膜１７、１８が形成されていて、
この配向膜により基板１０、１１に最も近い液晶分子１
３のプレチルト角が規定されている。

【００１０】この例の構造において用いられているの
は、ツイスト角２００〜３００゜、例えば２４０゜のＳ
ＴＮ型の液晶であり、この液晶分子において、上基板１
０の配向膜に最も近い位置にある液晶分子１２のプレチ
ルト角θ₁が３゜＜θ₁＜１５゜の関係を満足するように
配向膜が形成されるとともに、下基板１１の配向膜に最
も近い位置にある液晶分子１２のプレチルト角θ₂が０
゜＜θ₂＜１２゜の関係を満足するように配向膜が形成
されている。また、θ₁とθ₂の関係において、３゜＜θ
₁−θ₂＜１５゜の関係を満足するように上下の配向膜が
形成されている。また、この例の構造においては、一対
の基板１０、１１間の液晶分子１２のねじれに沿った断
面での液晶分子１２の長軸の配向状態が、図１に示すよ
うに、上下の基板に近づく程上下に全体的に倒ハ字状に
拡開するスプレイ配向状態にされている。

【００１１】前記のプレチルト角を実現するには、配向
膜として高プレチルト角のものと低プレチルト角のもの
を適宜組み合わせて用いれば良い。また、液晶のツイス
ト角を調整するには、ネマチック液晶にカイラル剤を適
宜添加し、所望のツイスト角を得るようにすれば良い。
なお、θ₂に対してθ₁を大きくすることで後述するよう
に急峻性を得ることができるが、この差を大きくしすぎ
ると後述するストライプドメインが生じるので限界があ
り、この理由から前記の範囲とした。

【００１２】従来の構造において、上下の基板の配向膜
の配向方向は、図３（Ａ）に示すように下基板１１の配
向方向がラビング処理により鎖線の如く−３０゜、上基
板１０の配向方向がラビング処理により実線の如く＋２
１０゜にされ、相対的には２４０゜のツイスト角度に設
定されている。これに対し本発明の構造では、図３
（Ｂ）または図３（Ｃ）に示すように、上または下基板
のラビング方向が１８０゜異なるように設定されてい
る。すなわち、図３（Ｂ）に示す場合は、下基板１１の
ラビング方向が従来構造と同じ場合であると、上基板１
０のラビング方向は従来の構造と１８０゜異なる方向、
即ち逆方向に向いてラビングされ、図３（Ｃ）に示す場
合は、上基板のラビング方向が従来構造と同じ方向であ
ると、下基板１１のラビング方向は従来構造と１８０゜
異なる方向、即ち逆方向に向いてラビングされている。
なお、このラビング処理時の配向方向は、ツイスト角度
２４０゜のＳＴＮ液晶を用いた場合であるので、２００
゜のツイスト角度の液晶を用いた場合は、一例として−
３０゜と＋１７０゜の組み合わせ、３００゜のツイスト
角度の液晶を用いた場合は、一例として−３０゜と＋２
７０゜の組み合わせとなる。なお、ラビング処理とは、
ラビング布を巻き付けたラビングロールを配向膜の配向
処理するべきに方向に回転させながら擦り付けて配向方
向を規定するものなので、図３の実線矢印方向と鎖線矢
印方向に向けてラビングロールを回転させながら基板に
押し付けることで上下の基板の配向膜に特定方向のラビ
ング処理を行うことができる。

【００１３】前記のような方向にラビング処理した基板
１０、１１を対向配置すると、この間に挟持された液晶
分子は図１に示すように上基板１０と下基板１１でプレ
チルト角θ₁とθ₂を持ち、２４０゜ねじれた状態とな
る。これに対して図４に、上下の基板１０'、１１'の間
にＳＴＮ液晶を封入し、上下の基板１０'、１１'のプレ
チルト角を同一とした従来構造において、ＳＴＮ液晶分
子のねじれに沿った断面での基板間での液晶分子１２'
の配向状態を示す。この例の場合、上下の基板１０'、
１１'でのプレチルト角θ₀は同じ値である。

【００１４】次に、図５（Ａ）に、前記ツイスト角度２
４０゜で上下のプレチルト角を前記の範囲としたＳＴＮ
液晶分子の配向状態を示し、図５（Ｂ）に上下基板のラ
ビング方向を示すが、図５（Ａ）は図５（Ｂ）の矢印Ｄ
の方向から見た状態を示す。図５（Ａ）に示すように液
晶分子１２の一端１２ａは下基板１１側から上基板１０
に至る場合に２４０゜ツイストしている。これに対して
図６（Ａ）は、図４に示す従来のＳＴＮ液晶分子の配向
状態を示し、図６（Ｂ）は上下基板のラビング方向を示
すが、図６（Ａ）は、図６（Ｂ）に示すラビング方向に
対して矢印Ｅの方向から見た状態を示す。図１と図４お
よび図５と図６を比較することで、本発明に係る液晶表
示素子における液晶分子の配列状態が把握される。な
お、図５と図６を比較した場合、液晶分子を見る視角方
向と２４０゜ねじれの影響で図５の液晶分子よりも図６
の液晶分子の方が一見倒ハ字状に見えるが、液晶のねじ
れをほどいて見ると、即ち、一対の基板１０、１１間の
液晶分子１２のねじれに沿った断面での液晶分子１２の
長軸の配向状態として見ると、図５の液晶分子配向状態
は、上下の基板１０、１１に近づく程上下に全体的に倒
ハ字状に拡開するスプレイ配向状態となっていることが
把握される。

【００１５】

【実施例】液晶材料としてネマチック液晶（チッソ
（株）製商品名ＡＰ−４１６１−ＸＸ）にカイラル剤
（メルク（株）製商品名Ｓ−８１１）を０.７５重量％
添加したＳＴＮ液晶を用意した。また、らせんピッチを
１３.２μｍ、セルギャップを６.７８μｍ、高プレチル
ト角用配向膜材料として日産化学工業（株）製商品名Ｓ
Ｅ−３１４０を用い、低プレチルト角用配向膜材料とし
てチッソ（株）製商品名ＪＡＬＳ１７１を用い、配向処
理方法としてラビング処理法を用い、上基板配向方向−
３０゜、下基板配向方向＋２１０゜、プレチルト角７゜
対１゜として液晶セルを構成し、この液晶セルについて
透過率と印加電圧の関係を測定した結果を図７に示す。
この測定データから前述の急峻性を示す指標Ｖ₅₀／Ｖ₁₀
の値は１.０３となった。

【００１６】これに対して上下とも同じ配向膜材料（日
産化学工業（株）製商品名ＳＥー３１４０）を用い、前
記ＳＴＮ液晶を用いて前記の例と同様に製造した液晶セ
ルの透過率と印加電圧の関係を測定した結果を図８に示
す。この測定データから前述の急峻性を示す指標Ｖ₅₀／
Ｖ₁₀の値は１.０４８となった。以上の測定結果から、
本発明に係る実施例の液晶表示素子であるならば、従来
構造の液晶表示素子に比べて液晶の急峻性に優れている
ことが明らかになった。

【００１７】次に、前記各液晶セルにおいて、等コント
ラスト曲線を求めた結果を図９と図１０に示す。等コン
トラスト曲線とは、液晶画面に対して種々の方向の角度
から眺めた場合に、同じコントラストで見える場合の視
角角度が何度であるかについて測定した結果を示すもの
である。ＳＴＮ型の従来の液晶表示素子では、この等コ
ントラスト曲線において所定の方向に対し極端にコント
ラストが悪くなる傾向を有する問題がある。図９に示す
本発明に係る液晶セルの等コントラスト曲線では、図１
０に示す従来例構造の液晶セルの等コントラスト曲線よ
りも広い範囲まで等コントラスト曲線が広がっており、
本発明に係る構造では特定の方向にコントラストが著し
く低下する傾向は見られない。これに対して、図１０に
示す従来構造の液晶セルにあっては、右上方向から眺め
た際に著しくコントラストが低下し易く、右下方向から
眺めた場合も角度によってはコントラストが低下し易い
ことがわかる。以上のことから、本発明構造を採用する
ことにより、視野角依存性を少なくできることが判明し
た。

【００１８】次に、前記本発明に係る液晶セルを用いて
上基板と下基板のプレチルト角を０〜１５゜の範囲で変
更した場合のドメイン発生状況を測定した結果を図１１
に示す。このドメインとはＳＴＮ液晶に特有のストライ
プドメインであり、液晶分子のらせん軸が横に寝てしま
うことにより発生する。各プレチルト角の実現には、低
プレチルト角配向膜材料と高プレチルト角配向膜材料と
して、いずれも日産化学工業（株）製商品名ＳＥ−１１
８０（プレチルト角１゜）、ＳＥ−４１０（プレチルト
角２゜）、ＳＥ−７３１１（プレチルト角３〜４゜）、
ＳＥ−１５０（プレチルト角４〜５゜）、ＳＥ−４１１
０（プレチルト角５〜６゜）、ＳＥ−６１０（プレチル
ト角７〜８゜）、ＲＮ−７６８（プレチルト角７〜１５
゜）を用いた。図１１に示す結果から明らかなように、
ドメインが発生するので、θ₂が０゜＜θ₁＜１２゜の関
係で、プレチルト角θ₁が３゜＜θ₂＜１５゜の関係であ
って、３゜＜θ₁−θ₂＜１５゜の関係とすることが好ま
しいことが判明した。

【００１９】次に、図１２は、前記急峻性を示す指標値
と駆動ライン数（走査ライン数）の関係を求めた結果を
示す。現状の液晶製造技術では、走査線数をＮとし、急
峻性をγとした場合に、Ｎ＝（γ₂＋１）／（γ₂−１）
の関係になることが明らかであり、この関係から急峻性
が少なくなれば駆動ライン数も多くできることが明らか
であるので、本発明の構造を用いた液晶セルを用いるな
らば、駆動ライン数の増加に容易に対応することがで
き、大画面化を推進できることが明らかである。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｓ
ＴＮ液晶の急峻性を従来のものよりも高めることができ
るので、高速応答ができるようになり、駆動ライン数を
増加させることにより液晶表示素子の大画面化を推進す
ることができる。また、本発明によれば、視野角依存性
も改良することができ、種々の角度から画面を見た場合
に、より広い視野角でも優れたコントラストを得ること
ができ、コントラストの低下する視野角を少なくするこ
とができる。

【００２１】また、プレチルト角を小さくする側の配向
膜のプレチルト角θ₂を０゜＜θ₂＜１２゜の範囲を満足
するように、プレチルト角を大きくする側の配向膜のプ
レチルト角θ₁を３゜＜θ₁＜１５゜の範囲を満足するよ
うに、しかもθ₁とθ₂の関係において、３゜＜θ₁−θ₂
＜１０゜の関係を満足するようにすることで、ドメイン
の発生を抑えることができるので、前述の急峻性を有
し、高速応答が可能で大画面化が可能であり、しかもド
メインも発生しない液晶表示素子を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示素子の液晶分子の配列を
示す図である。

【図２】本発明に係る液晶表示素子の全体構成を示す断
面図である。

【図３】従来構造のラビング処理の方向と角度、並び
に、本発明に係る液晶表示素子の液晶分子の配列を得る
ために配向膜に施すラビング処理の方向と角度を示す図
であって、図３（Ａ）は従来構造の方向と角度、図３
（Ｂ）は本発明の一例の方向と角度、図３（Ｃ）は本発
明の他の例の方向と角度を示す図である。

【図４】従来のＳＴＮ液晶表示素子の液晶分子の配列を
示す図である。

【図５】図５（Ａ）は、本発明に係る液晶表示素子の液
晶分子の配列の全体構成を示す図、図５（Ｂ）は、上下
基板のラビング処理方向と図５（Ａ）の視野方向を示す
図である

【図６】図６（Ａ）は従来のＳＴＮ液晶表示素子の液晶
分子の配列の全体構成を示す図であり、図６（Ｂ）は、
従来構成における上下基板のラビング処理方向と図６
（Ａ）の視野方向を示す図である

【図７】本発明に係る液晶表示素子の透過率と印加電圧
の関係を示す図である。

【図８】従来のＳＴＮ型液晶表示素子の透過率と印加電
圧の関係を示す図である。

【図９】本発明に係る液晶表示素子の等コントラスト曲
線を示す図である。

【図１０】従来のＳＴＮ液晶表示素子の等コントラスト
曲線を示す図である。

【図１１】上下の基板のプレチルト角とドメイン発生領
域の関係を示す図である。

【図１２】液晶の急峻性と液晶表示素子の駆動ライン数
の関係を示す図である。

【図１３】図１３（Ａ）は一般のＴＮ型液晶表示素子に
おいて液晶に電界を印加していない状態を示す図、図１
３（Ｂ）は同液晶において液晶に電界を印加した状態を
示す図である。

【図１４】一般的なＴＮ型液晶表示素子の印加電圧と相
対透過率の関係を示す図である。

【符号の説明】

１０上基板１１下基板１２液晶分子１３スペーサ１４封止部材１５、１６偏光板１７、１８配向膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤由美子東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各々電極と配向膜を備えた一対の基板を
具備し、一対の基板間に誘電異方性が正で一対の基板間
のねじれ角が２００〜３００゜のスーパーツイステッド
ネマティック型液晶が挟持され、前記基板表面上で液晶
分子長軸を一方向に配列させるチルト配向が前記配向膜
で誘起されるとともに、前記配向膜により液晶分子に誘
起されるプレチルト角の大きさが基板によって互いに異
なる値にされ、一対の基板間の液晶分子のねじれに沿っ
た断面での液晶分子の長軸の配向状態が上下の基板に近
づく程上下に全体的に倒ハ字状に拡開するスプレイ配向
状態にされたことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】対向配置された基板のそれぞれの配向膜
において一方の配向膜により液晶分子に誘起されるプレ
チィルト角をθ₁、他方の配向膜により液晶分子に誘起
されるプレチルト角をθ₂とした場合に、３゜＜θ₁−θ
₂＜１５゜の関係にされたことを特徴とする請求項１記
載の液晶表示素子。
【請求項３】前記プレチルト角θ₂が０゜＜θ₂＜１２
゜の関係とされたことを特徴とする請求項１または２記
載の液晶表示素子。
【請求項４】前記プレチルト角θ₁が３゜＜θ₁＜１５
゜の関係とされたことを特徴とする請求項１、２または
３記載の液晶表示素子。