JPS62215234A - 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タイプ」
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、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、「９ｏ０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
ティルト角という）が５°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。また、わずかなセ
ル厚の不均一性や温度変化により、表示不良を生じやす
くなる。

〔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
、および表示不良をおこしやすいこと。また、特開昭６
０−２０３９２１号公報においては応答速度の改善が不
完全であること等を改善して、表示応答性を低下させず
にコントラストを大きく、視野を広げることができ、お
よび双安定効果を抑制し、高次の時分割駆動においても
高コントラストを維持することできる液晶表示装置を提
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、１６０゜以上２５０°
以下であり、かつ （ｂ）前記液晶組成物のねじれ方向の弾性定数に２□と
曲がり方向の弾性定数に３３との間にに３ｓ／ｋｚｚ　
　≧　３．０ なる関係が成立す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、
１６０’以上２５０６以下、好ましくは１８０°以上２
３０６以下とすべきである。本発明において、ねじれ角
αが１６０６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２５０°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
だれを生じやすくなり、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は、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」と
いう）であり、γ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。

更に、本発明においては、ねじれ方向の弾性定数に２□
とまがり方向の弾性定数に３３との間にｋ　３３／　ｋ
　ｚｚ　　≧　３．０ なる関係が成立する。この値が３未満のときには双安定
性が発現しなくなりコントラストが悪くなる。本発明に
おいてはに３ａ／ｋｚ□の大きい液晶組成物を用いるこ
とにより、比較的高コントラストの高速応答条件の新し
いＴＮタイプ液晶表示装置のコントラストを一層向上さ
せることができた。

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ト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は、コントラスＩ・
、明るさなどの点より、（１，４以」−１，５以下、特
に０．８以上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、液晶分子のねしれ状態
を安定にし、異なるねじ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
発ねじれピッチ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ることが好ましい。基板の
配向処理としては、ＳｊＯ，ＭｇＯ，ＭｇＦ２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、プレティルト角には特に限定されないが、通常の
ラビング法で得られる５°以下でも、斜方蕪着法で得ら
れる５°から３５°の範囲でもかまわない。

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γが、以下
の関係式を満たずように設定されることが好ましい。

β十Ｔ−±９０°±２０°　あるいは β＋Ｔ−±０８±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（１ｍ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ィック
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イン
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”　−ＣｎＨ２ｎ’−１ ■ Ｒ，−Ｃ”　−ｃＩＩＩ（２，１−ｏ−１（Ｒ＋、Ｒ２
，Ｒ３：アルキル基または水素原子であり、Ｒ＋　、　
Ｒ２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。

ＣＨ３Ｕ 審 一０ＣＨ２−ＣＨ−Ｃ２Ｈ５ ＣＨ３ ＣＨ３００ＣＦ１３ 〔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２図は、本発明の実施例を示す説明用断面図である。

第２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１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、ポリエーテルサル
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ＩＴＯ（スズとインジウ
ムの酸化物）よりなる透明電極ＥおよびＥｏ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０．３ｍ
ｍＸ０．３ｍｍ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。

１　　ζ 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１０°）よ
り構成されている。

実施例１ 以上の構成の液晶表示装置において、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ｒＺＬ　Ｉ　−
１６９１Ｊ　　（メルク社製）に、旋光性物質（カイネ
ルネマテインク液晶）　　ｒＳ−８１１Ｊ　（メルク社
製）を０．５０重量％添加したものである。

なお、基板１および２には、必要に応じてさらに誘電体
層、アルカリイオン移動防止層、反射防止層、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６０°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、ＩＦ−３
２０５ＭＪ　　（日東電工側製）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３０６のずれ角Ｔ
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−
５５ＳＪ　　（日本電気硝子側製）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ｒＸ１１−
５Ａ−Ｃｌ　　（三井東圧化学■製）を用いた。

セル厚（液晶層Ｃの厚さｄ）は、５．５μｍ、液晶分子
のねじれ角αは前方から左回り（反時計回り）に１８０
°、自発ねじれピッチＰ、は、１１．６μｍ、ｄ／Ｐｓ
は、４．７であった。また、プレティルト角は、各々２
５°のものであった。

また、ねじれ方向の弾性定数に２□と、まがり方向の弾
性定数に３３の比、ｋｓ＋／ｋ３３／ｋ２２は３．８で
あった。

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０．００５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ン一タ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Ｖ　ＤＯＩＩＮとすると、下記式によって表さ
れる。

パラメータＢ　−（ＶＬＩＰ　　Ｖｎｏｗ＋＋）　／　
ＶＬＩＦ−ΔＶ／ＶＬＩＦ 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、１０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８０ｍ秒以下と短く、表示応答特性が優れているこ
とが確認された。

１日 実施例２ ねじれ角αを前方から左回りに２２０°、旋光性物質ｒ
ｓ−８１１Ｊの添加量を０．６５重量％とじ、自発ねじ
れピッチＰ、を８．５μｍとし、ｄ／　ｐ　ｓを０．６
５とした以外はすべて実施例１と同様にして、液晶表示
装置を作製した。この液晶表示装置においては、パラメ
ータＢの値は０．Ｏ０５と小さく、１／ｌｏｏデユーテ
イ比で時分割駆動した時のコントラスト比は１３以上で
、オン・オフ応答時間は１００ｍ秒以下と短く表示応答
特性が優れていることが確認された。

比較例１ 次に、比較のために、液晶組成物としてネマティック液
晶ｒ　Ｚ　Ｌ　Ｉ　−２２９３Ｊ　（メルク社製）に、
旋光性物質（カイラルネマティック液晶＞　　ｒｓ−８
１１Ｊ（メルク社製）を０．９０重量％添加したものを
用い、スペーサとしてグラスファイバーｒＰＦ−７０Ｓ
Ｊを用いたほかは、前記実施例１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２２０°、自発ねじれピッチ
Ｐ、は、１１μｍ、ｄ／　ｐ　ｓは、０．６３であった
。ｋ　３３／　ｋ　２２は２゜５であった。

この液晶表示装置においては、双安定効果が発現せず闇
値特性を示すＶ　ｓｏ／　Ｖ　＋　ｏは１．１４と大き
く急峻性が不充分であった。この液晶表示装置を、実施
例と同様にして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を求めたところ
、コントラスト比は３と小さく実用に供することができ
なかった。

比較例２ ねじれ角αを前方から左回りに２７０°、旋光性物質ｒ
Ｓ−８１１Ｊの添加量を０．８５重量％とじ、自発ねじ
れピッチＰ、を７．０μｍとし、ｄ／　ｐ　ｓを０．７
９とした以外はすべて実施例１と同様にして、液晶表示
装置を作製した。

この液晶表示装置においては、パラメータＢの値は０．
０３と大きく、１／１００デユーテイ比で時分割駆動し
た時のコントラスト比は１３以上であったが、オン・オ
フ応答時間は１０秒以上と長く実用に供し得なかった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ｋ、３（曲がり弾性率）／に２□（ね
じれ弾性率）の大きい液晶組成物を用いることにより、
比較的高コントラストの高速表示応答条件の新しいＴＮ
タイプ液晶表示装置のコントラストを一層向上させるこ
とができた。

【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、本発
明の実施例を示す説明用断面図、第３図は、パラメータ
Ｂを特定するための説明図である。 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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）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、１６０°以上２５０°
   以下であり、かつ （ｂ）前記液晶組成物の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≧３．０ なる関係が成立することを特徴とする液晶表示装置。