JPS61174516A - 液晶表示装置 - 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、液晶表示装置に係り、特に、誘電異方性が正
を示す蓄積型液晶材料において、コレステリック−ネマ
ティック相転移を利用したＸ−Ｙ単純マトリクス液晶表
示を安定に大容量表示することが可能な液晶表示装置に
関する。

従来の技術 従来のＸＹ単純ドツトマトリクス型液晶表示素子として
は、ＤＳＭ　（動的散乱モード）方式、ＴＮ（ねじれネ
マチック）方式、蓄積型方式などがあるが、ＤＳＭ方式
は表示容量の増大、すなわち駆動のための走査線の増加
に伴ってクロストークを発生すること、および液晶のカ
プトオフ周波数が低いことによる制限から大容量表示が
できない。また、ＴＮ方式は走査線の増加に伴ってクロ
ストークを発生すること、および走査線の増加に伴って
視認角度が狭くなることから大容量表示が不可能であっ
た。

ＴＮ方式の欠点解消案の１つとして、各画素毎に薄膜ト
ランジスタ（ＴＰＴ）などの非線形能動素子を作り込ん
だアクティブマトリクス方式の検討が進められている。

アクティブマトリクスは各画素毎独立に駆動できるため
、理想的な液晶駆動ができるが、表示容量が大きくなっ
て画素数が多くなってくると、欠陥のない素子作製は極
めて困難になると考えられる。従ってコストが高いとい
う欠点がある。

これに対して、誘電率異方性が正を示す蓄積型液晶を用
いた蓄積型液晶表示は、走査線数５００本程度の大容量
表示が可能であるが、両状態ともにコレステリック相で
あるグランシュアン状態とフォーカルコニック状態の間
で表示を行うため、コントラストがとれないという欠点
があった。更に、蓄積型液晶表示では書き込み時間が長
いため、キーボード対応が不可能であった。

そこで、本発明者らは、誘電率異方性が正を示すコレス
テリック−ネマチック相転移型蓄積型液晶を用いて、第
１図の印加電圧−光透過率曲線に示す如く、同一の保持
電圧ｖ４を印加しながら、印加電圧の履歴に応じて２つ
の光学的安定状態であるフォーカルコニック状態（Ｆ状
ＪＩ３ｉ）とホメオトロピック状ａ（Ｈ’状態）・を選
択的に取らせる新しい液晶表示方式によって高コントラ
ストかつキーボード対応可能でフリッカもない大容量表
示が可能になった。

発明が解決しようとする問題点 上述の如く、新しい液晶表示方式によって高コントラス
トかつキーボード対応可能でフリッカもない大容量表示
が原理的に可能になったが、実際には、従来の液晶材料
あるいは液晶セル構成では保持電圧ｖ４でＨ′状態が不
安定であるか、あるいは安定でもマージンが小さいので
、実施上問題があった。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題点を解決するために、前述した本発
明者らが開示した新しい液晶表示方式を用いる液晶表示
装置において、誘電異方性が正のコレステリック−ネマ
チック相転移型蓄積型液晶としてカイラルネマチック液
晶とネマチック液晶を含む液晶組成物を用い、この液晶
組成物の螺旋ピッチをＬ０以下にすると共に、電圧印加
用電極間に形成する液晶層の厚みを１０〜２０μｍの範
囲内にすることを特徴とする。

カイラルネマチック液晶はコレステリンク液晶ではない
がコレステリック相を示す液晶であり、これを普通のネ
マチック液晶と混合することによって、液晶表示に適し
た液晶相温度範囲、粘度その他の特性を有するコレステ
リック−ネマチック相転移型液晶組成物が得られる。液
晶組成物の螺旋ピッチはカイラルネマチック液晶とネマ
チック液晶の種類と混合割合を変えることによって適当
に選択することができる。一般に、ネマチック液晶の割
合が多くなると螺旋ピッチが大きくなる。

こうして、本発明により、後で詳しく説明する動作電圧
マージン（電圧ヒステリシス幅、第１図参照）Δが、従
来は高々１ｖ程度であったものが、３〜４ｖ以上のもの
が得られるようになり、液晶表示を非常に安定にするこ
とが可能になった。

実施例 最初に、本発明による液晶表示装置の駆動原理を第１図
および第２図を参照して説明する。第２図（Ａ）、　（
Ｂ）は液晶表示装置の模式断面図であり、同図中、１．
２は透明電極がＸＹマトリックス状に形成された電極板
、３．４は偏光板、５゜６は液晶層である。

最初に、Ｘ−Ｙマトリッスクの全電極１．２間にＶＷ　
　（＝　２　Ｖａ　）に相当する電圧を印加し、液晶を
ネマティック相であるＨ状態にする。Ｈ状態では、第２
図（Ａ）に示すように全ての液晶分子が電界方向と同じ
方向、すなわち基板に垂直となっており、偏光板３を通
過した入射光は偏光角を変えずに第二の偏光板４に達す
るが、偏光面が９０°異なるため、光は抜けられず暗状
態となる。

この状態から電圧をゼロにすると、液晶はコレステリッ
ク相であるＦ０状態となる。一度Ｆ０状態となった液晶
は、再度保持電圧であるｖ６が印加されても、光学的に
はＦｏと同じＦ状態となる。

ＦｏおよびＦ状態では、液晶は螺旋構造をとる。入射光
はこの螺旋によって旋光あるいは散乱され第２図（Ｂ）
の偏光板４を通過する光の成分が生じ明状態となる。一
方、始めの状態であるＨ状態は印加電圧を２Ｖ、（＝Ｖ
、ｔ）から■４に下げてもコレステリッターネマティッ
ク相転移のヒステリシス効果によりＨ状態を保つことが
できる。ここでは、■８が印加されているＨ状態と区別
するために、■４が印加されているＨ状態をＨ′状態と
する。

このよう虻、蓄積型液晶は同一の印加電圧であるＶ４の
印加によって、Ｈ状態からの履歴により、光学的に異な
る２つの状態、Ｆ状態とＨ′状態をとることができる。

この現象を利用して、Ｖｄにより書き込んだ画像を固定
し、駆動する。なお、ここでは偏光板を用いる表示方式
について説明したが、偏光板を用いず、染料を用い、液
晶の相転移の前後で染料による入射光の吸収強度の差を
利用する方法も可能である。

本発明者らは、Ｈ′状態の安定化を図るため、液晶材料
の物性値と、第１図に示す電圧ヒステリシス幅Δとの関
係を検討した。その結果、螺旋構造を有する蓄積型液晶
の螺旋ピッチの大きさ、液晶パネルのギャップの大きさ
などの値によってΔは大幅に変動することを見い出した
。そして、螺旋ピッチ、パネルギャップの値を適正化す
ることによって、安定に駆動し得る大きさのΔが得られ
ることを確認した。

２枚のＩＴＯ付ガ付人ラス基板剤で洗浄後、純水で洗浄
し、乾燥後、表１に示すいろいろな直径を有するグラス
ファイバーをスペーサーとして２枚のガラス基板の間に
巻いた状態で挿入し、それをエポキシ系接着剤で封止し
てパネルを作製した。

このパネルに表２の蓄積型液晶組成物Ａ−Ｄをそ［れぞ
れ封入し、液晶パネルとした。

表１ 表２ 但し、ここに用いたカイラルネマチック液晶ＣＢ−１５
は下記式を有する４−シアノ−４′　（２−メチル）ブ
チルビフェニルである。

（式中、Ｃ１は不斉炭素を表わす） また、ネマチック液晶Ｎｒ、２８０１はビフェニル系液
晶４５％、エタン系液晶３０％、エチルシクロヘキサン
系液晶２０％、フェニルシクロヘキサン系液晶５％の混
合液晶である。

この液晶パネルの電圧ヒステリシス幅（Δ）を次のよう
にして測定した。

液晶パネルの液晶を一旦コレステリツク相（フォーカル
コニック状態（Ｆ１１状態））にした（書き込み）後あ
る交流電圧Ｖ□を印加してその電圧を維持し、時間に関
する光透過早変化を記憶する。

次に、同様の操作を行ない、電圧Ｖ□に代えてそれより
少し高い電圧ｖ４□を印加し、やはり時間に関する光透
過早変化を記憶する。以下、順次ｖ４．。

Ｖｄ４・・・と電圧を高くしてゆき、コレステリック相
−からネクティク相への相転移が完全に起きるまで続け
る。これが終了すると、今度は、液晶を一旦ネマチック
相（ホメオトロピック状Ｍ（Ｈ状態））にした（書き込
み）後Ｈ状態を保つのに十分高い電圧Ｖ□′を印加し、
その電圧を保持して時間に関する光透過早変化を記憶す
る。次に、電圧ｖ４．′より少し低い電圧Ｖ。′で同じ
測定を行なう、以下、順次Ｖ。＋Ｖｄ４′・・・と電圧
を低くしてゆき、ネマチック相からコレステリック相へ
の相転移が完全に起きるまで続ける。

こうして得られた時間に関する光透過早変化のグラフか
ら、書き込み後一定時間径た後の光透過率を求め、それ
ぞれの電圧Ｖ、に対してプロットする。これによって、
例えば、第３図のような曲線が得られる。なお、この例
では、書き込み時間は２ｍ秒／１ｉｎｅで、書き込み後
１０秒後（５０００１ｉｎｅ書き込み時間に相当する）
の光透過率をプロットした。但し、光透過率はレーザ光
を液晶セルに照射し、透過光をフォトセルで受光し、フ
ォトセルの電圧で求めたものである。

第１図を参照すると、Ｈ状態の光透過率を１００％とし
て、コレステリック相からネマチック相へ相転移すると
きに光透過率が２０％になる点の電圧Ｖ。。と、ネマチ
ック相からコレステリック相へ相転移するときに光透過
率が９０％になる点の電圧Ｖｄ９゜との電圧差ｖ４□。

−Ｖａ、。をもって電圧ヒステリシス幅Δとした。

表３および表４は、こうして測定した電圧ヒステリシス
幅Δを螺旋ピッチ及びパネルギャップ（液晶相の厚さ）
に関して表わしたものである。

但し、各螺旋ピッチにおいてパネルギャップを何種類か
変え、また各パネルギャップにおいて螺旋ピッチを何種
類か変えた場合のデータである。

以下余白 表３ 表本 これらの表に見られるように、螺旋ピッチまたは液晶層
厚さくパネルギャップ）のいずれか一方を特定しただけ
では電圧ヒステリシス幅Δにばらつきがあり、明確な統
一性がない。しかし、これを表５のように整理すると、
螺旋ピンチが１μｍを越えるか、あるいは液晶層厚さが
１０μｍ未満であるかのいずれかまたはその両方である
場合には大きな電圧ヒステリシス幅Δが得られないが、
螺旋ピッチが１μｍ以下かつ液晶層厚さくギャップ）が
１０μｍ以上、（１０〜２０ＩＩＩ１１の範囲内）であ
る場合にはそろって顕著に大きな電圧ヒステリシス幅が
得られることがわかる。

以下余白 表５ 第３図は液晶組成り（螺旋ピッチ０．７μｍ）、液晶層
厚さ１２μｍの液晶パネルの印加電圧−光透過早曲線で
あり、電圧ヒステリシス幅Δは４．６０Ｖにも及んでい
る。前にも述べたように、従来、液晶組成物の螺旋ピッ
チと液晶層厚さの両方を適当にコントロールするという
考え方がなかったときには上記と同じ測定法で求めた電
圧ヒステリシス幅Δとして高々１ｖ程度のものが得られ
ていたにすぎなかったので、本発明の効果は明らかであ
る。

電圧ヒステリシス幅Δは、液晶材料の螺旋ピッチの大き
さおよび液晶層の厚さくパネルギャップ）の大きさによ
って大きく変動するが、一般的には、螺旋ピッチが小さ
い方がΔは大きく、また液晶層厚さがあまりに小さい（
数マイクロメートル以下）とΔは小さくなる。しかし、
螺旋ピッチをあまりに小さくすると、駆動電圧が高くな
り、応答速度が遅くなり、液晶相温度範囲が狭まるなど
、実際上不都合になる。また、液晶層厚さもあまりに大
きいと駆動電圧が高くなってしまう。そのため、螺旋ピ
ッチは１μｍ以下でありかつ液晶層厚さは１０〜２０μ
弼の範囲内である必要がある。そして、螺旋ピッチ０．
５〜０．８μｍの範囲内がっ液晶層厚さ１２〜１５μｍ
の範囲内が好ましい。

表６に別の液晶パネルおよび液晶組成物を用いて上記の
例と同様にして電圧ヒステリシス幅Δを測定した結果を
示す。これらのデータにも、液晶組成物の螺旋ピッチが
１μｍ以下かつパネルギャップ（液晶層厚さ）が１０〜
２０μｍの範囲内であれば、大きいΔを得ることができ
るということが示されている。

以下余白 表５ 発明の効果 本発明により正の誘電異方性を示すコレステリック−ネ
マチック相転移型蓄積型液晶を用いた液晶表示装置にお
いて、ネマチック液晶とカイラルネマチック液晶を含む
液晶組成物を螺旋ピッチが１μｍ以下になるように選択
し、かつ電極間液晶層の厚さを１０〜２０μｍの範囲内
に構成することによって、コレステリッターネマチック
相転移を利用した蓄積型液晶表示を安定して駆動するこ
とができるようになり、大容量でキーボード対応可能な
、安価な液晶表示装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図はコレステリフクーネマチック相転移型液晶の印
加電圧−光透過率の関係を表わすグラフ図、第２図Ａ、
Ｂは液晶パネルの模式断面図、第３図は実施例について
実際に測定した第１図と同様なグラフ図である。 １、　２・・・電極板、３．４・・・偏光板、５，６・
・・液晶相。 第１図 第２図　　　　　印加電圧 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　　（Ｂ）Ｈ（Ｈ’）
　　　　　　　　　　　Ｆ（Ｆｏ）第３−図 電圧（Ｖ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、誘電異方性が正を示すコレステリック−ネマチック
   相転移型蓄積型液晶組成物を用い、印加電圧の履歴を利
   用して同一の印加電圧で光学的に異なる２つの状態を選
   択的に形成して表示を行なう液晶表示装置であって、上
   記液晶組成物がカイラルネマチック型液晶とネマチック
   型液晶を含んで成り、該液晶組成物の螺旋ピッチ（電圧
   非印加時）１．０マイクロメートル以下であり、かつ電
   圧印加用電極間に保持された上記液晶組成物が形成する
   液晶層の厚さが１０〜２０マイクロメートルの範囲内で
   あることを特徴とする液晶表示装置。