JPS62215232A

JPS62215232A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPS62215232A
Application number: JP5770286A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Asano; 和夫浅野; Kazuo Arai; 和夫荒井; Shinichi Nishi; 眞一西
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1986-03-15
Filing date: 1986-03-15
Publication date: 1987-09-21

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、液晶表示装置に関し、特に時分割特性に優れ
たツイストネマティックタイプ（以下、ｒＴＮクイブ」
という。）の液晶表示装置に関する。

〔従来の技術〕

液晶表示装置は、消費電力が小さいこと、製造コストが
低いこと、軽量および薄型化が可能であること、カラー
化が容易であること等の利点を有することから、現在Ｔ
Ｎタイプを中心に用途が拡大している。

ＴＮタイプの液晶表示装置は、電極基板の表面上に配向
処理した二枚の電極基板の間に正の誘電異方性を有する
ネマティック液晶を封入して構成され、通常、液晶分子
が連続的に９０°ねじれた状態とされている。

このねじれ角が９０’のタイプ（以下、ｒ９０’ねじれ
タイプ」という。）の液晶表示装置は生産が簡単で大量
生産向きであり、また、応答速度が速い利点がある。し
かし、印加電圧の変化に対する透過光（あるいは反射光
）の強度変化が緩やかなため、時分割駆動時において時
分割次数を大きくすると、コントラストが低く鮮明な映
像を得ることが困難であり、また視野角も狭いという問
題点を有する。例えば、Ａ４版サイズの液晶表示装置に
おいては、デユーティ比が１／２００以上であることが
実用上好ましいとされているが、実用化されている液晶
表示装置においては、デユーティ比が１／１００程度で
、そのコントラスト比（選択時と非選択時の輝度比）が
３程度と低いものである。

この種の９０°ねじれタイプの液晶表示装置の問題点を
解決する技術として、特開昭６０−１０７０２０号公報
において、液晶分子のねじれ角が１８０゜〜３６０°で
あり、かつ少なくとも一方の電極基板に配向する液晶分
子のダイレクタの電極基板に対する傾斜角度（以下プレ
ティルトと言う）が、５６より大きい液晶表示装置が開
示されている。

この液晶表示装置によれぼ印加電圧に対する透過光の強
度変化が急峻なため、例えば１／１００のデユーティ比
で駆動する場合に１９．６という高コントラスト比を実
現させることが可能であるとされている。

しかし、この液晶表示装置においては、双安定効果に対
して充分な配慮がなされておらず、液晶表示装置を高デ
ユーテイ比において駆動させる場合に表示応答速度が遅
いためスクロール、カーソル移動、画面切り換え時の表
示むらがあるという問題点を有する。すなわち、この液
晶セルにおいては、通常、印加電圧の上昇時と下降時の
透過光の強度変化が異なる、いわゆるヒステリシス現象
が生し、これによる双安定効果によって時分割駆動時の
動作電圧範囲が狭められたり、あるいはオン・オフの応
答速度が遅くなる等の問題を生ずる。

また、これらの結果として、わずかなセル厚の不均一性
や温度変化により、表示不良を生しやすくなる。このた
め、できるだけ双安定効果を制御することが必要となる
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上述した従来技術の有する問題点、（１）９
０°ねじれタイプの液晶表示装置においては、印加電圧
に対する透過光の強度変化が緩やかなので１／１００デ
ユーテイ比が限界で、ディスプレイの大型化が難しいこ
と、（２）特開昭６０−１０７０２０号公報に開示された液
晶表示装置においては、特に、表示応答速度が遅いこと
、および構成によっては、大きな双安定性が現れるため
、急峻なＶ−Ｉ（印加電圧に対する透過光の強度変化）
特性を生かせないこと等を解決し、双安定効果を制御し
、高次の時分割駆動方式（１／１００デユ一テイ比以上
）においても、コントラストが大きくかつ表示応答速度
が速い液晶表示装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点は、各々配向層を有する一対の基板間に液晶
組成物を配してなる液晶表示装置において、（ａ）前記一対の基板間に配される液晶組成物における
液晶分子のねじれ角の大きさが１８０°以上３６０”以
下であり、かつ（ｂ）液晶分子の自発ねじれピッチＰ８と、配向層によ
り液晶分子の配列が強制的に規制されたときの液晶分子
の規制ねじれピッチＰｃとの間に、以下の関係式％式％が成立し、かつ（Ｃ）前記一対の基板表面と該表面に接する液晶分子の
ダイレクタ方向がなす角が、共に１０６以上２５°以下
であることを特徴とする液晶表示装置によって解決され
る。

本発明の概要を第１図を参照しながら説明する。

第１図は、液晶表示装置の要部を分解して示す説明図で
ある。第１図において、■および２は配向層（図示せず
）を有する基板、９および１０は偏光素子、Ｃは液晶層
を表す。

本発明においては、液晶分子のねじれ角αの大きさは、
２５０°以上４５０°以下とする。本発明において、ね
じれ角αが２５０°より小さいと、印加電圧に対する透
過光の強度変化が緩やかで、高次の時分割駆動時に十分
なコントラストが得られなくなり、ねじれ角αが４５０
°より大きいとオン・オフの切り換え時に液晶分子の配
向のみだれを生しやすくなり、表示品質が低下したり、
また、大きな双安定効果によりオン・オフの応答速度が
遅くなる。

かかるねじれ角αば、基板１および２における液晶分子
の配向方向を規定するための配向処理の方向、液晶層Ｃ
を構成するネマティック液晶あるいはこれに添加される
旋光性物質の種類、量などによって規定することができ
る。

なお、第１図において、βは、偏光素子９の偏光軸方向
と、基板１の表面に接する液晶分子のダイレクタ方向、
すなわち液晶分子の分子長軸が優先的に配向している方
向（ただし、液晶分子が基板表面とゼロでないプレティ
ルト角を有しているときは、そのダイレクタ方向の基板
表面への射影方向）とのなす角度（以下、「ずれ角ｊと
いう）であり、Ｔは、偏光素子１０の偏光軸方向と、基
板２の表面に接する液晶分子のダイレクタ方向とのなす
ずれ角である。

また、本発明においては、液晶分子の自発ねじれピッチ
Ｐｓと、配向層により液晶分子の配列が強制的に規制さ
れたときの液晶分子の規制ねじれピッチＰｃとの間に、
以下の関係式％式％（）が成立する。本発明において、（ＰＣ−Ｐｓ）／Ｐｃが
０以上のときには印加電圧に対する透過光の強度変化が
緩やかである。

ここにおいて、自発ねじれピッチＰｓとは、通常のネマ
ティック液晶に旋光性物質等を添加することにより、液
晶中に生ずる液晶分子の自然のねじれにおけるピンチを
いう。具体的には、第２図に示すように、支持体１１お
よび２１の相対する表面に配向層６および７をそれぞれ
形成してなる基板１および２をくさび状に配置して液晶
セルを構成し、このセル内に液晶組成物を封入し、この
ときセル面に生ずるしま模様（１／２ピ、チごとのディ
スクリネーションライン）の間隔ｒとセル厚（液晶層Ｃ
の厚さ）ｄとセル長ｉとを測定することにより、下記式
によって求めることができる。

自発ねじれピッチＰｓ＝２ｄｒ／ｊ！なお、第２図において、８はスペーサ、９および１０は
偏光素子であり、また、配向層６および７には互いにそ
れぞれ平行方向の配向処理がなされている。

また、規制ねじれピッチＰｃとは、第１図において、液
晶層Ｃの厚さｄと、基板１および２の配向層の配向処理
方向によって規定されるねじれ角αとにより、下記式に
よって規定される。

規制ねじれピッチＰｃ−（３６０°／α）ｘｄ更に、本
発明においては、一対の基板表面と該表面に接する液晶
分子のダイレクタ方向がなす角（プレティルト角）が共
に１０°以上２５°以下である。本発明において、プレ
ティルト角がｌθ。

未満では、印加電圧に対する透過光の強度変化が緩やか
で、高次の時分割駆動時に十分なコントラストが得られ
ない。さらに、プレティルＩ・角が２５°より大きいと
双安定効果が大きくなり、応答速度が遅くなる。

以」二の構成を有する液晶表示装置においては、液晶表
示装置の双安定効果を抑制することができる。その結果
、動作マージンを大きくすることができ、高い次数の時
分割駆動の場合にもコン１〜ラストおよび表示応答速度
の点で優れた特性を得ることができる。

また、本発明においては、液晶層Ｃの屈折率異方性Δｎ
と液晶層Ｃの厚さｄとの積Δｎ−ｄば、コントラスト、
明るさなどの点より、０．４以上１．５以下、特に０．
８以−Ｊ−，１，２以下であることが好ましい。

さらにまた、本発明においては、液晶分子のねじれ状態
を安定にし、異なるねしれ角を有する液晶分子の配列部
分が生じないようにするために、液晶層Ｃの厚さｄと自
発ねしれピッチＰｓとの間に、以下の関係式が成立する
ことが好ましい。

〔（α／３６０）−０，２５）＜ｄ／Ｐｓ〈〔（α／３
６０）　　＋０．　３０）また、本発明においては、基
板表面における液晶分子の配向はホモジニアス配向であ
り、この場合プレティルト角は１００以上２５６以下で
ある。

基板の配向処理としては、Ｓｉｎ、　ＭｇＯ，ＭｇＦｚ
などを用いて斜め蒸着する方法、イミド系、アミド系、
ポリビニルアルコール系、フェノキシ系等の高分子物質
の被膜の表面を綿、ビニロン、テトロン、ナイロン、レ
ーヨン等からなる布、植毛布、綿状布等によって擦り、
基板の表面に一定方向の溝を形成するラビング法、ある
いは基板の表面にカルボン酸クロム錯体、有機シラン化
合物などを塗布あるいはプラズマ重合法等で被着し、化
学的吸着により液晶分子を基板に配向させる方法、その
他を用いることができる。

また、本発明においては、偏光素子９および１０の偏光
軸方向と基板１および２の表面に接する液晶分子のダイ
レクタ方向とがそれぞれなすずれ角βおよびＴが、以下
の関係式を満たすように設定されることが好ましい。

β＋γ−±９０″±２０°　あるいは β＋Ｔ−±０９±２０　。

本発明において液晶層Ｃを構成する液晶組成物としては
、シクロへキシルカルボン酸エステル系化合物ビフェニル
系化合物ピリミジン系化合物安息香酸エステル系化合物ら成る。液晶組成物には、必要に応じてスメクテインク
液晶成分、コレステリック液晶成分などを含有してもよ
い。

前記旋光性物質としては、一般にはカイラルネマティッ
ク液晶と呼ばれる、たとえば下記一般式で示される光学
活性基を末端基として有するエステル系、ビフェニル系
、フェニルシクロヘキサン系またはアゾ系等のネマティ
ック液晶を用いることができる。

Ｒ＋　　　Ｃ”　　ＣＩＩＨｚ、１−１Ｒ１−Ｃ”　−
Ｃ，１Ｈ２ｒｌ−〇−１（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３：アルキル
基または水素原子であり、Ｒ＋　、　ＲｚおよびＲ３は
互いに異なる）旋光性物質の具体例としては、たとえば
以下に示す構造の化合物を用いることができる。

ネ一０ＣＨ２−Ｃ１ｌ−ＣｚＨｓＣ［１３〔実施例〕以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明
する。

第４図は、本発明の実施例を示す説明用断面図である。

第４図に示す液晶表示装置においては、２枚の基板１お
よび２が離間した状態で対向して配置され、基板１は、
支持板１１の内側の表面に電極層４および配向層６を形
成して構成され、また基板２は支持板２１の内側の表面
に電極層５および配向層７を形成して構成されている。

さらに両基板１および２の間の空間はシール部３によっ
てシールされ、セルが構成されている。セルの内部には
、スペーサ８が分布した状態で配置されるとともに液晶
組成物が充填され、液晶層Ｃが形成されている。また、
基板ｌおよび２の外側の表面には、それぞれ前方偏光素
子９および後方偏光素子１０が形成されている。図中に
おいて、１３は後方偏光素子１０の外側の表面に形成さ
れた反射板である。なお、透過タイプの液晶表示装置に
おいては、反射板１３を用いなくてもよい。

前記支持板１１および２１を構成する材料としては、ソ
ーダガラス、ホウケイ酸ガラス、石英などのガラス、１
軸延伸ポリエチレンテレフタレート、ホリエーテルサル
フォン、ポリビニルアルコールなどのプラスチック、ア
ルミニウム、ステンレススチールなどの金属を用いるこ
とができる。

前記電極層４および５は、たとえば厚さ１　、１　ｍｍ
の支持板１１および２１の表面に平行に離間して配置さ
れたたとえば厚さ１０００人のＴＴＯ（スズとインジウ
ムの酸化物）よりなる透明電極ＥおよびＥ゛より構成さ
れ、一方の電極層４を構成する透明電極Ｅと他方の電極
層５を構成する透明電極Ｅ°はそれぞれが相互に直角を
なすよう配置され、これによって、たとえば０．３ｍｍ
Ｘ０．３ｍｍの画素からなるマトリックス形表示の電極
構造が構成されている。

前記配向層６および７は、ＳｉＯによる斜め蒸着法によ
って形成されたたとえば厚さ５００人の蒸着膜（蒸着角
度：支持板１１および２１に対してそれぞれ２０６）よ
り構成されている。

前記液晶層Ｃを構成する液晶組成物は、ネマティック液
晶ｒＺＬＴ−２２９３ｊ　　（メルク社製）に、旋光性
物質（カイネルネマティック液晶）ｒｓ−８１１Ｊ　（
メルク社製）を０．８９重量％添加したものであり、ね
じれ方向の弾性定数ｋ２２と曲がり方向の弾性定数に３
３の比、ｋ３３／ｋ２２は２．５であった。

なお、基板１および２には、必要に応してさらに誘電体
層、アルカリイオン移動防止層、反躬防Ｂ止層、偏光層、反射層などを設けることができる。

前記前方偏光素子９は、ｒＦ−１２０５ＤＵｊ　　（日
東電工■製）によって構成され、その偏光軸方向が、配
向層６の表面に接する液晶分子のダイレクタ方向に対し
て４０６のずれ角βを有するように配置されている。同
様に、後方偏光素子１０および反射板１３は、ｒ　Ｆ　
−３２０５ＭＪ　　（日東電工■製）によって構成され
、後方偏光素子１０の偏光軸方向が、配向層７の表面に
接する液晶分子のダイレクタ方向に対して５０°のずれ
角γを有するように配置されている。

なお、スペーサ８としては、グラスファイバーｒＰＦ−
７０ＳＪ　　（日本電気硝子例製）を、シール部３を構
成するシール材としては、ストラクトボンドｒＸＮ−５
Ａ−Ｃｌ　　（三井東圧化学側製）を用いた。

以上の構成の液晶表示装置においては、セル厚（液晶層
Ｃの厚さｄ）は、７μｍ、液晶分子のねしれ角αは前方
から左回り（反時計回り）に２７０°、自発ねじれピッ
チＰｓは、９．８μｍ。

規制ねしれピッチＰ。は、９．３３μｍ、パラメータ（
Ｐｃ　　Ｐｓ）／Ｐｃは、−０，０５であった。また、
プレディル１〜角は各基板ともに１７゜である。

また、この液晶表示装置においては、双安定効果を示す
パラメータＢの値はほぼ０と小さく、１／２００デユ一
テイ比以上の高い次数の時分割駆動が可能であった。こ
こで双安定効果を示すパラメータＢは、第３図に示すよ
うに、第１図に示すタイプの液晶セルにおいて、印加電
圧を上昇させるときにセルの透過光量が相対的に５０％
となる時点の印加電圧をＶＬＩＦ、印加電圧を下降させ
るときにセルの透過光量が相対的に５０％となる時点の
印加電圧を■、。□とすると、下記式によって表される
。

パラメータＢ　−（ＶＬＩＰ　　ＶｎｏｗＮ）　／　Ｖ
ＬＩＦ−ΔＶ／ＶＩＩＦまた、急峻性Ｖｓｏ／Ｖ＋ｏは１．０２と小さい。

ここで、急峻性とは光透過度が５０％減少するときの電
圧をＶ２Ｏとすると、電圧に対する光透過度１　日の変化の急峻性を表す値Ｖ５゜／　Ｖ　ｒ　ｏを言う。

この液晶表示装置を、１／１００デユーテイ比で時分割
駆動方式により作動させ、そのコントラスト比およびオ
ン・オフ表示応答時間を求めた。

その結果、波長４００〜７００ｎｍの可視光領域におけ
るコントラスト比、すなわち選択状態（暗）における反
射光の輝度と非選択状態（明）における反射光の輝度と
の比は、１５以上と良好なものであり、コントラストの
優れた鮮明な映像が得られた。また、オン・オフ応答時
間は３００ｍ秒以下と短く、表示応答特性が優れている
ことが確認きれた。

比較例１次に、比較のため配向層６および７は、厚さ５００人の
ポリエーテルアミド「Ｈし−１１００」（日立化成工業
（株）製）よりなる塗膜の表面にレーヨンスェードによ
ってラビング処理を施して形成した。

また、液晶組成物は実施例と同一のものを用い、前記実
施例と同様にして液晶表示装置を構成した。

以上の構成の液晶表示装置においては、セル厚（液晶層
Ｃの厚さｄ）は７μｍ、液晶分子のねじれ角αは、前方
から左回り（反時計回り）に２７０６、自発ねじれピッ
チＰｓは、９．８μｍ、規制ねじれピッチＰｃは、９．
３３μｍ、パラメータ（Ｐｃ　　Ｐｓ）／Ｐｃは、−０
，０５であった。

また、プレティルト角は各基板共に２°である。

また、この液晶表示装置においては急峻性Ｖ５０／　Ｖ
　ｒ　ｏは１．２以上と大きく急峻性に劣り、１／２０
０デユーテイ比駆動のときのコントラストは２と小さく
、高次の時分割駆動が難しく、前記実施例の場合に比し
て劣っていることが確認された。

比較例２同様に比較のため配向層６および７は、実施例と同様に
ＳｌＯによる斜め蒸着法によって形成された蒸着角度５
°のものを用いた。

また、液晶組成物は実施例と同一の物を用い、前記実施
例と同様にして液晶表示装置を構成した。

以上の構成の液晶表示装置においては、セル厚（液晶層
Ｃの厚さｄ）は７μｍ、液晶分子のねじれ角αは、前方
から左回り　（反時計回り）に２７０°、自発ねしれピ
ッチＰｓは、９．８μｍ、規制ねしれピッチ■〕。は、
９．３３μｍ、パラメータ（ｐｃ　−ＰＳ　）／ｐｃは
、−０，０５であった。

プレティルト角は各基板ともに３５°である。

また、この液晶表示装置においては、双安定効果を示す
パラメータＢの値は０．０３であり、急峻性は１．０２
と優れるが、実施例１と同様にして１／１００デユーテ
イ比で時分割駆動方式により作動させ、そのコントラス
ト比およびオン・オフ表示応答時間を求めたところ、コ
ン］・ラスト比は１５以上、オン・オフ表示応答時間は
数十秒程度と長く、前記実施例の場合に比して劣ってい
ることが確認された。

〔発明の効果〕

本発明によれば、印加電圧に対する透過光変化の急峻性
が鋭く、かつ双安定効果を制御し、高次の時分割駆動方
式においても、コントラストが大きくかつ表示応答速度
が速い液晶表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の概要を示す説明図、第２図は、自発
ねじれピッチＰｓを特定するための説明図、第３図は、
パラメータＢを特定するための説明図、第４図は、本発
明の実施例を示す説明用断面図である。１．２・・・基板　　　　　１１．２１・・・支持板３
・・・シール部　　　　　４，５・・・電極層６．７・
・・配向層　　　　Ｃ・・・液晶層９・・・前方偏光素
子　　　１０・・・後方偏光素子１３・・・反射板第３図第呼図手続補正書昭和６１年　４月２３日特許庁長官　　宇　　賀　　道　　部　　殿２、発明の
名称液晶表示装置３、補正をする者事件との関係　　特許出願人連絡先〒１９１　　東京都日野市さくら町１番地小西六写真工
業株式会社　（電話０４２５−８３−１５２１）特許部４、補正の対象（１）明細書特許請求の範囲を次のように訂正する。［２、特許請求の範囲１）各々配向層を有する一対の基板間にねじれ方向の弾
性定数ｋ２２と曲がり方向の弾性定数に３３との間にｋａ３／ｋ３３／ｋ２２≧２・　５なる関係が成立する液晶組成物を配してなる液晶表示装
置において、（ａ）前記一対の基板間に配される液晶組成物における
液晶分子のねじれ角の大きさが、２５０６以上４５０°
以下であり、かつ（ｂｙ液晶分子の自発ねじれピッチＰｓと、配向層によ
り液晶分子の配列が強制的に規制されたときの液晶分子
の規制ねじれピンチＰｃとの間に、以下の関係式％式％が成立し、かつ（Ｃ）前記一対の基板表面と該表面に接する液晶分子の
ダイレクタ方向がなす角が、共に１０’以上２５°以下
であることを特徴とする液晶表示装置。」（２）明細書第５頁２０行「間に液晶」を、［間にねじ
れ方向の弾性定数ｋ２２と曲がり方向の弾性定数に３３
との間にに３３／ｋ２２≧２．５なる関係が成立する液晶」に訂正する。（３）同第６頁３〜４行「１８０°以上３６０°」を「
２５０°以上４５０°」に訂正する。以上

Claims

【特許請求の範囲】１）各々配向層を有する一対の基板間にねじれ方向の弾
性定数ｋ＿２＿２と曲がり方向の弾性定数ｋ＿３＿３と
の間にｋ＿３＿３／ｋ＿２＿２≧２．５なる関係が成立する液晶組成物を配してなる液晶表示装
置において、（ａ）前記一対の基板間に配される液晶組成物における
液晶分子のねじれ角の大きさが、２５０°以上４５０°
以下であり、かつ（ｂ）液晶分子の自発ねじれピッチＰ＿ｓと、配向層に
より液晶分子の配列が強制的に規制されたときの液晶分
子の規制ねじれピッチＰ＿ｃとの間に、以下の関係式（Ｐ＿ｃ−Ｐ＿ｓ）／Ｐ＿ｃ＜０が成立し、かつ（ｃ）前記一対の基板表面と該表面に接する液晶分子の
ダイレクタ方向がなす角が、共に１０°以う２５°以下
であることを特徴とする液晶表示装置。