JPH11222593A

JPH11222593A - 液晶組成物及び液晶素子

Info

Publication number: JPH11222593A
Application number: JP2564598A
Authority: JP
Inventors: Makoto Chisaki; 誠地崎; Kenichi Takahashi; 賢一高橋; Koichi Kawakado; 浩一川角
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-02-06
Filing date: 1998-02-06
Publication date: 1999-08-17

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】配向膜表面に吸着するイオン量を減少させる
ことによって、液晶素子の表示品質を損ねる残像（焼き
付き）やフリッカをなくす。その効果は、広い温度範囲
で発揮されることを特徴とする。【解決手段】ＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶等の液晶材料に、
α−ジイミンと、Ｃｎ（但し、ｎは幾何学的に球状化合
物を形成し得る整数である。）で表わされるフラーレン
骨格からなる化合物とジオール類とからなる群より選ば
れた少くとも１種の添加剤を混合した液晶組成物５を両
基板１ａ−１ｂ間に配することによって、液晶に含まれ
る不純物イオンや、プロセス汚染で混入したイオンが上
記添加剤に取り込まれて、配向膜４ａ、４ｂの表面に吸
着する量が激減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶組成物（例え
ば液晶表示素子に好適な組成物）及び液晶素子（例えば
液晶表示素子）に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、透明電極上にポリイミ
ド等の配向膜を形成した基板の対を所定ギャップを置い
て対向させ、そのギャップ内に液晶をサンドイッチした
構造をとるものであり、液晶分子の長軸を一方向に配列
させるために、ポリイミド等の配向膜を一方向に布で擦
るラビング法が一般に用いられる。そして、ラビング方
向を９０度直交させて、光の旋光性を利用したＴＮ(Twi
sted Nematic）モードや、液晶分子のねじれを１８０〜
３００度までとして、複屈折効果を利用したＳＴＮ(Sup
er Twisted Nematic）モードなどが存在する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような液晶表示素
子では、液晶材料中に若しくはプロセス汚染により混入
した不純物イオンが、配向膜表面に選択的に吸着してし
まう。表示素子に電圧を印加すると、解離が進んでイオ
ン量が増大し、配向膜表面に吸着するイオン量も増大す
る。このようにして、液晶表示素子の対向する基板上の
配向膜に、不純物イオンが非対称に吸着してしまうと、
電圧無印加状態でも液晶層にバイアス電圧が印加されて
しまう。このような状態で液晶表示素子を駆動すると、
一定輝度表示時の透過光強度のふらつき（フリッカ）が
生じ、長時間駆動した後に表示パターンが焼き付いてし
まい、表示画像の品位が著しく低くなる。

【０００４】本発明の目的は、配向膜表面に吸着するイ
オン量を減少させることによって、液晶素子の表示品質
を損ねる残像（焼き付き）やフリッカをなくすことであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、α−ジ
イミン類と、Ｃ_n（但し、ｎは幾何学的に球状化合物を
形成し得る整数である。）で表されるフラーレン骨格か
らなる化合物と、ジオール類とからなる群より選ばれた
少なくとも１種の添加剤が液晶材料に混合されてなる液
晶組成物に係るものであり、また、この液晶組成物が、
電極及び液晶配向膜を設けた基体間に配されている液晶
素子も提供するものである。

【０００６】本発明の液晶組成物及び液晶素子によれ
ば、ＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶等の液晶材料に、上記のα−
ジイミン類等の添加剤が混合されているので、液晶に含
まれる不純物イオンや、プロセス汚染で混入したイオン
が、上記添加剤に取り込まれて、配向膜表面に吸着する
量が減少する。即ち、上記添加剤が液晶中のイオンと相
互作用して結合したり、或いはイオンの電荷を逃がすの
で、配向膜へのイオンの吸着を抑制し、イオン吸着によ
る内部電界（バイアス電圧）の発生を防ぐものと考えら
れる。例えば、α−ジイミン類等はイオンと結合し易
く、またフラーレン骨格からなる化合物はその導電性に
よりイオンの電荷を放出する作用があるものと考えられ
る。

【０００７】この結果、液晶素子の表示品質を損ねる残
像（焼き付き）や、フリッカをなくすことが可能とな
る。広い温度幅で、この効果は発揮されるために、環境
温度に依存せず、焼き付きを防ぐことが可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の液晶組成物及び液晶素子
においては、上記した効果を発揮する上で、前記添加剤
が液晶材料に混合されることが必須不可欠であるが、１
０重量％以下の割合で混合されていることが望ましい。
混合量が１０重量％を超えると、却って液晶組成物の物
性を損ね、基体間への注入が困難となったり、内部電界
が増大し、液晶素子の表示性能などの品質を劣化させ易
くなる。この添加剤の混合量は、０．５重量％以上が上
記の効果を奏する上で望ましく、また、５重量％以下、
更には３重量％以下であるのが更に望ましい。

【０００９】また、前記添加剤として、具体的には、前
記α−ジイミン（α−diimine)類が２，２’−ビピリジ
ン、１，１０−フェナントロリン又は２，２’−ビキノ
リンであり、前記フラーレン骨格からなる化合物がＣ₆₀
分子又はＣ₇₀分子であり、前記ジオール（diol）類が
１，２−ジオールである。

【００１０】また、前記液晶組成物は、前記フラーレン
骨格からなる化合物が前記液晶材料に混合される場合に
は、この混合物又はその上澄みからなっていてよい。こ
の上澄みは、上記化合物を含んでいるため、使用可能で
ある。

【００１１】次に、本発明の好ましい実施の形態を説明
する。

【００１２】本実施の形態による液晶表示素子は、図４
に示す構造からなっている。即ち、ガラス又はプラスチ
ックの基板１ａ、１ｂにそれぞれ、透明電極層２ａ、２
ｂを形成し、配向膜４ａ、４ｂはポリイミド等の高分子
化合物を布で一方向に擦るラビング法や、ＳｉＯ等の斜
方蒸着法により形成し、液晶分子の長軸を一方向に配向
させる。基板の配向膜上には、両基板上の間隔を一様に
保つために、シール材にガラス又はプラスチックからな
るスペーサ６を分散させたものを印刷する。そして、対
向基板を貼り合わせ、スペーサ入りのシール材を硬化さ
せる。

【００１３】その後に、公知のＴＮ、ＳＴＮ、ＦＬＣ
（Ferroelectric Liquid Crystal）等の液晶材料中に、
添加剤（２，２’−ビピリジン等のα−ジイミン類、Ｃ
₆₀、Ｃ₇₀等のフラーレン類）を１０重量％以下溶解させ
たもの、或いは沈澱物が生じる場合にはその上澄みを液
晶組成物５として、シール材開口部から両基板間に注入
し、シール材開口部を封止する。そして、液晶組成物を
等方相まで加熱してから、徐冷することにより、液晶表
示素子を完成させる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００１５】本実施例では、図５に示すように、ガラス
基板１ａ、１ｂに、ＩＴＯ（IndiumTin Oxide）からな
る透明電極２ａ、２ｂを設けたものに、ポリイミドをそ
れぞれスピンコートして焼成し、各配向膜４ａ、４ｂを
形成した。この際、配向膜表面に対する液晶組成物中の
イオンの吸着のバランスを故意に増幅させて観察するた
めに、図４に示した素子構造とは異なり、片側の基板１
ａでは、ＩＴＯ電極２ａと配向膜４ａとの間に絶縁膜
（ＳｉＯ₂：１０μｍ厚）３ａを設けるが、他方の基板
１ｂではそうした絶縁膜を設けない構造とした。配向膜
材料の焼成後には、配向膜４ａ、４ｂの表面をラビング
処理して、ラビング方向が直交するように二枚のガラス
基板１ａ、１ｂを約５μｍの間隔で貼り合わせた。この
間隔は、スペーサを分散させたシール材の印刷により保
持した。その後に、通常の液晶注入とは異なる以下の処
理を施した。

【００１６】誘電率異方性が正であるネマティック液晶
に、添加剤として２，２’−ビピリジン（２，２’−bi
pyridine）又はＣ₆₀を１重量％溶解させたもの、或いは
沈澱が生じるときはその上澄みを、ネマティック相にお
いてシール材開口部から液晶セル中に毛細管現象により
注入し、シール材開口部を封止した。そして、等方相ま
で液晶セルを加熱してから徐冷した。

【００１７】このようにして作製した液晶セルに３０Ｈ
ｚの正負対称な方形波を印加し、このときに生じるフリ
ッカの振幅の大きさを、液晶に上記添加剤を添加しない
で作製した液晶セルにおけるフリッカの振幅の大きさと
比較した。ここで言うフリッカの振幅の大きさとは、次
に示すように定義した値である。

【００１８】フリッカの振幅の大きさの定義を、図６を
用いて説明する。通常、ＴＮ素子に矩形波を印加したと
きには、ネマティック液晶は実効値応答するので、透過
率は一定となる。しかし、外部から、オフセット電圧を
加えた矩形波を印加したり、或いはオフセットを加えな
くても、配向膜界面のイオンの吸着量が異なった場合
に、光学応答７が図６に示すように、印加電圧８に同期
して波打つことがある。これは、液晶層に印加される矩
形波の電圧が正負で大きさが異なるためである。従っ
て、オフセットなしの矩形波を印加したときの、このフ
リッカの振幅の大きさは、その液晶セルの対向する２つ
の配向膜（４ａ、４ｂ）の各表面に対するイオン吸着量
のアンバランスの大きさを反映したものといえる。この
フリッカの振幅の大きさが大きいほど、両配向膜表面の
イオン吸着のバランスが悪く、焼き付きを起こしやすい
といえる。このフリッカの振幅の大きさを次の式１で定
義する。

【００１９】フリッカの振幅の大きさ＝｛ΔＴ／（透過率１００％レベル）｝×１００（％）・・・・・式１（ここで、ΔＴとは、光電変換素子を介して得られるフ
リッカの最大値と最小値の透過強度の差である。この時
の印加電圧は、透過率５０％相当である。透過率１００
％レベルとは、ノーマリーホワイト状態でセルに電界を
印加しない時に光電変換素子を通して得られる透過強度
である。）

【００２０】上記した各々の液晶セル（液晶に上記した
２，２’−ビピリジン、Ｃ₆₀を液晶に対して１重量％添
加したもの、これらの添加剤を加えないもの）につい
て、フリッカの振幅の大きさを３０℃、５０℃、７０℃
で測定した結果を下記の表１に示し、図１にデータをプ
ロットした。

【００２１】

【００２２】この結果から明らかなように、本発明に基
づいて液晶組成物に上記添加剤を混合することにより、
フリッカの振幅の大きさが通常のもの（液晶のみ：添加
剤なし）に比べて著しく小さくなる。特に、液晶中での
解離イオン量が増え易い４０℃以上の高温において、そ
の効果は際立つことが分かる。また、液晶組成物に上記
添加剤を１重量％添加することによっても、配向状態が
変化することはなく、また電圧保持率（印加電界オフ時
の電圧緩和時間）が良好であり、いずれも、上記添加剤
を添加しないものと比べて遜色ないことを確認した。

【００２３】次に、上記した液晶セルについて、上記添
加剤として例えば２，２’−ビピリジンの添加量を１重
量％以外に、１０重量％、２０重量％と変え、同様にフ
リッカの振幅の大きさを評価した。その結果を下記の表
２と図２に示す。５０℃での電圧保持率も測定し、結果
を下記の表３と図２に示す。

【００２４】なお、電圧保持率の測定は、次のように行
った。即ち、±１５Ｖ、３０Ｈｚ矩形波の半周期毎に幅
６４μｓのゲートを開けて電圧がセルにかかるように
し、それ以外の時間域では回路を開回路状態にし、矩形
波の振幅Ｖ₀に対して、次のゲートが開くときに示され
たセルの電圧Ｖの割合を電圧保持率＝（Ｖ／Ｖ₀）×１００（％）とした。

【００２５】

【００２６】

【００２７】いずれの場合も、何も添加しないものよ
り、５０℃、７０℃の高温でフリッカ低減効果があるこ
とが分かった。また、フリッカを小さくする効果は、
２，２’−ビピリジンを２０重量％添加しても５０℃に
おいては十分である。また、電圧保持率も添加濃度を増
しても、ほとんど減らないことが確認された。フリッカ
及び電圧保持率の点だけでは、添加濃度が１０重量％以
上でも、問題ないように考えられる。

【００２８】２，２’−ビピリジンを液晶に添加した場
合には、液晶以外の不純物を混入したにも関わらず電圧
保持率がほとんど低下しないことが分かった。つまり、
電圧保持率を下げることなく、焼き付きを改善できると
いう長所が証明された。

【００２９】しかし、添加濃度を増すと液晶のネマティ
ック−アイソトロピック（Ｎ−Ｉ）相転移温度が下記の
表４及び図３に示すように低くなることが分かった。そ
のため、２０重量％添加のセルは７０℃では測定できな
かった。

【００３０】

【００３１】この結果から、低濃度の方が高温下で使用
できるため好ましいことが示唆できる。

【００３２】また、添加濃度と残留ＤＣの関係を測定し
ところ、下記の表５の如くとなり、図３にデータをプロ
ットした。

【００３３】ここで、残留ＤＣは次のように測定した。
即ち、５０℃で周波数３０Ｈｚ、しきい値電圧以上の振
幅（±３０Ｖ）を有するオフセット電圧０Ｖの矩形波を
１２分間、液晶セル間に印加する。その直後１００ｍｓ
間、ＤＣ＝０Ｖを印加し、回路上のセル電極間を短絡状
態にする。その後、理論上、開回路にして、そのセル電
極間電圧の推移をモニターする。この時間−電圧曲線に
おいて、ｔ＝０における電圧の値を外掃したものをパラ
メーターとする。この値の絶対値が大きいほど、波形の
印加によって配向膜界面における不純物イオンの挙動に
基づく内部電界が生じていることを示す。

【００３４】

【００３５】以上の結果から、転移温度と残留ＤＣの添
加濃度依存性からは、濃度を増すと弊害がでることが明
らかとなった。転移温度については、２０重量％も添加
すると転移温度が５０℃以上も下がり、実用的でなくな
ってしまうことが分かり、１０重量％以下では良好とな
ることが分かる。残留ＤＣも濃度に比例して大きくな
り、２０重量％となると残留ＤＣが大幅に大きくなるこ
とから、１０重量％以下の低濃度範囲で使用することが
好ましいと考えられる。

【００３６】以上に説明した本発明の実施の形態及び実
施例は、本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可能
である。

【００３７】例えば、液晶材料に混合する上述の添加剤
は、複数種を併用してもよいし、液晶の種類も上述した
ものに限定されることはない。液晶セルへ液晶組成物を
真空吸引又は毛細管現象で注入する以外にも、液晶組成
物の塗布又は加圧下での展延によって充填することがで
きる。また、上述の添加剤を１，２−ジオールに代えて
も、上述した例と同様の結果を得ることができる。

【００３８】

【発明の作用効果】本発明は、上述した如く、α−ジイ
ミン類と、Ｃ_n（但し、ｎは幾何学的に球状化合物を形
成し得る整数である。）で表されるフラーレン骨格から
なる化合物と、ジオール類とからなる群より選ばれた少
なくとも１種の添加剤が液晶材料に混合されてなる液晶
組成物とされ、そして、この液晶組成物が、電極及び液
晶配向膜を設けた基体間に配されているので、液晶に含
まれる不純物イオンや、プロセス汚染で混入したイオン
が、上記添加剤に取り込まれて、配向膜表面に吸着する
量が減少する。これによって、配向膜表面に吸着するイ
オン量を減少させることによって、液晶素子の表示品質
を損ねる残像（焼き付き）や、フリッカをなくし、広い
温度範囲において、表示むらを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく液晶組成物を用いた液晶表示素
子について温度を変化させたときのフリッカの振幅の大
きさを添加剤毎に示すグラフである。

【図２】同、添加剤の添加量によるフリッカの振幅の大
きさ及び電圧保持率の変化を添加剤毎に示すグラフであ
る。

【図３】同添加剤の添加量による液晶相転移温度及び残
留ＤＣの変化を示すグラフである。

【図４】同、液晶組成物を用いた液晶表示素子の概略断
面図である。

【図５】本発明の実施例による液晶表示素子（テスト
用）の概略断面図である。

【図６】同、液晶表示素子について測定したフリッカの
振幅の大きさを定義するための説明図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ…基板、２ａ、２ｂ…透明電極層、３ａ、３
ｂ…絶縁層、４ａ、４ｂ…液晶配向膜、５…液晶組成物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 α−ジイミン類と、Ｃ_n（但し、ｎは幾
何学的に球状化合物を形成し得る整数である。）で表さ
れるフラーレン骨格からなる化合物と、ジオール類とか
らなる群より選ばれた少なくとも１種の添加剤が液晶材
料に混合されてなる液晶組成物。
【請求項２】前記添加剤が１０重量％以下の割合で混
合されている、請求項１に記載した液晶組成物。
【請求項３】前記α−ジイミン類が２，２’−ビピリ
ジン、１，１０−フェナントロリン又は２，２’−ビキ
ノリンであり、前記フラーレン骨格からなる化合物がＣ
₆₀分子又はＣ₇₀分子であり、前記ジオール類が１，２−
ジオールである、請求項１に記載した液晶組成物。
【請求項４】前記フラーレン骨格からなる化合物が前
記液晶材料に混合される場合には、この混合物又はその
上澄みからなる、請求項１に記載した液晶組成物。
【請求項５】 α−ジイミン類と、Ｃ_n（但し、ｎは幾
何学的に球状化合物を形成し得る整数である。）で表さ
れるフラーレン骨格からなる化合物と、ジオール類とか
らなる群より選ばれた少なくとも１種の添加剤が液晶材
料に混合されてなる液晶組成物が、電極及び液晶配向膜
を設けた基体間に配されている液晶素子。
【請求項６】前記添加剤が１０重量％以下の割合で混
合されている、請求項５に記載した液晶素子。
【請求項７】前記α−ジイミン類が２，２’−ビピリ
ジン、１，１０−フェナントロリン又は２，２’−ビキ
ノリンであり、前記フラーレン骨格からなる化合物がＣ
₆₀分子又はＣ₇₀分子であり、前記ジオール類が１，２−
ジオールである、請求項５に記載した液晶素子。
【請求項８】前記フラーレン骨格からなる化合物が前
記液晶材料に混合される場合には、前記液晶組成物が前
記混合物又はその上澄みからなっている、請求項５に記
載した液晶組素子。