JPS632997B2

JPS632997B2 -

Info

Publication number: JPS632997B2
Application number: JP52072247A
Authority: JP
Inventors: Tamihito Nakagome; Kazuhisa Toryama; Hisato Sato; Tadashi Arai; Katsuhiko Morita; Yutaka Fujita
Original assignee: Hitachi Ltd; Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp; Hitachi Ltd
Priority date: 1977-06-20
Filing date: 1977-06-20
Publication date: 1988-01-21
Also published as: JPS546884A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は電界効果形の液晶表示素子、特に後記
する時分割駆動方式に用いて好適な液晶組成物に
関するものである。第１図は従来の電界効果形の液晶表示素子の一
例を示し、同図において、１，２はフリツトガラ
ス３およびスペーサ４を介して対向する上板、下
板であり、外囲器１２を形成しており、この外囲
器１２の内部には液晶５が充てんされている。上
記上板１、下板２の対向面には所定パターンの透
明電極６が被着され、さらにこの電極６の上には
図示しない透明絶縁膜および斜方蒸着膜あるいは
有機膜が被着されている。上記透明絶縁膜は漏洩
電流をしや断して電極６の劣化を防止し、また上
記斜方蒸着膜あるいは有機膜は上記液晶５を制御
し、第２図に示すように下板方向から上板方向に
次第に90゜ねじれた配向状態とするものである。
８，９は粘着剤１５，１６により上記上板１およ
び下板２の表面に被着された偏光板であり、この
偏向板８，９はその偏光素子が直交するような方
向にそれぞれ被着されている。上記偏光板９の表
面には、側部に光源１０を有し、かつ、たとえば
アクリル樹脂よりなる導光体１１が被着され、さ
らにこの導光体１１の表面には粘着剤または接着
剤１３により反射板１４が被着されている。上記
反射板１４はアルミなど反射性の金属材料から形
成されるもので、その下板２側は通常粗面化され
ている。このような構成において、昼間など素子の周囲
が明るく、しかも電極６に電圧が印加されている
場合、外来光は偏光板８、上板１、液晶５、下板
２、偏光板９を介して導光体１１の拡散面１１ａ
および反射板１４の表面１４ａに到来し、つぎに
ここで反射されて外部方向に拡散されるが、電極
６に対応する部分を透過する光は、この部分の液
晶分子が電極６に対してほぼ垂直に配向してねじ
れ性を失うのでしや断される。したがつて、この
電極６に対応する部分だけ黒色に見え、所定の文
字、数字、記号等のパターンを表示できることに
なる。つぎに、夜間など素子の周囲が暗く、しかも電
極６に電圧が印加されている場合、ランプ１０を
点灯するとランプ光Ｒが導光体１１の拡散面１１
ａおよび反射板側の表面１１ｂ間で反射を繰り返
し、この反射途中で拡散面１１ａから液晶５側に
拡散される。したがつて、この拡散された光のう
ち、電極６に対応する部分の液晶５を透過する光
のみしや断され、他は透過するので、上述の場合
と同様所定の文字、数字、記号等のパターンを表
示できる。上記のような電界効果形液晶表示素子におい
て、用いられるべき液晶組成物には、下記に述べ
る諸特性が付与されていることが特に望ましいも
のである。すなわち、 (1) 配向制御膜に対する適応性が良好なこと、 (2) 広い温度範囲において動作可能なこと、 (3) 広い温度範囲、とくに低温においても応答性
の良いこと、などである。まず第１の要請に関しては、液晶５の分子を上
板、下板の界面において平行にしかも一方向に配
列させるように制御することは、本素子の構成上
きわめて重要なことで、従来よりこの制御は斜方
蒸着膜を形成したり、あるいはラビング処理を施
することにより行なつている。また、第２項の要請に対しては、25℃の常温に
おいて液晶であることが最近条件であるが、実用
上は−10〜60℃以上の温度範囲の液晶が必要であ
る。なお、各々の転移温度の測定は個々の液晶お
よび組成物が過冷却現象を示すため−40℃に冷却
して結晶化させた後、微量融点測定装置において
温度上昇時における転移温度を測定した。最近、液晶表示装置、特に情報を多く必要とす
る装置、例えば電卓或はマトリツクスデイスプレ
イなどにおいては、電圧平均化法などによる時分
割駆動方式が採用されている。電卓などにおいて
は、特に電池を直列に連結して使用出来る4.5V
駆動（電池３ケ）、3V駆動（電池２ケ）などの低
電圧駆動が採用されている。この低電圧駆動は電
池を直列に連結するため、昇圧回路は必要なく、
Ｃ−MoSと組合せることにより、電池寿命時間
500hr〜2000hrを保持しうるのが特徴である。しかしながら、かかる時分割駆動方式を採用す
ると、スタテイツク駆動方式では生じなかつたマ
ージンという要因が電気光学的特性として生じて
くる。このマージンというのは主に次の(a)〜(c)の
因子によつて左右される。すなわち、 (a) 温度によるしきいち駆動電圧の変動 (b) 角度によるしきいち駆動電圧の変動 (c) 電圧一輝度特性のシヤープさである。次に、このマージン及びマージンと上記した(a)
〜(c)との関係について説明する。時分割駆動方式の電気光学特性は第３図に示す
方法で測定する。液晶表示素子３１は輝度計３２
に対して10゜〜40゜の間で傾斜させて恒温槽３３内
に配置されている。そして輝度計３２に対して
30゜の角度をもつて配置されたタングステンラン
プ３４より熱吸収ガラスフイルター３５を介して
液晶表示素子３１に光を照射し、液晶表示素子３
１の輝度を輝度計３２により測定する。前記した方法で測定した時分割駆動1/3バイア
ス1/3デユテイ、1/2バイアス1/2デユテイの場合
のそれぞれの駆動波形は第４図、第５図のような
波形で行なう。この波形で電圧と輝度特性を示し
たのが第６図である。領域は点灯しない領域で
あり、領域は選択点のみ点灯する領域である。
この領域で数字、文字等の所望の表示ができる
ことになる。領域ではすべてのセグメントが点
灯する領域であり、表示機能としての役目をなさ
ない領域である。 Vth₁は輝度10％の選択点（on状態）における
電圧、Vth₂は輝度10％の非選択（OFF状態）点
における電圧、Vsat₁は輝度50％の選択点電圧、
Vsat₂は輝度50％の非選択電圧である。動作マー
ジンは次式で決定される。Ｍ（％）＝Vth₂（Ｔ＝40、φ＝40、ｆ＝100）−Vsat₁（Ｔ＝ｏ、φ＝10、ｆ＝550）／Vth₂（Ｔ＝40、φ＝40
、ｆ＝100）＋Vsat₁（Ｔ＝０、φ＝10、ｆ＝550）×100
……(1) ただし、Ｔ＝温度（℃）０〜40℃ φ＝視角（゜） 10゜〜40゜ｆ＝周波数（Hz） 100〜550Hz したがつて、マージンが広いというのは領域
が広いということである。このように時分割駆動
というのは、ある一定の幅（マージン）の中で駆
動しなければならない。この(1)式で表わされる動作マージンＭを更に分
析すると、前記した(a)〜(c)の三つの因子によつて
左右される。それぞれの因子は次の式によつて定
義される。 Vthの温度特性ΔT ΔT＝Vth₂（Ｔ＝ｏ）−Vth₂（Ｔ＝40）／Vth₂（Ｔ＝
ｏ）＋Vth₂（Ｔ＝40）……(2) （このΔTは普通100をかけて％で表わす。）但し、温度Ｔは０〜40℃の範囲、φ＝40゜、ｆ
＝100Hzで一定。 Vthの角度依存性Δφ Δφ＝Vth₂（φ＝40）／Vth₂（φ＝10）……(3
) 但し、Ｔ＝40℃、ｆ＝100Hzで一定。電圧一輝度特性のシヤープさγ γ＝Vsat₁／Vth₁ ……(4) 但し、Ｔ＝０℃、φ＝10゜、ｆ＝550Hzで一定。これらの三つが主要素であるが、この他に、周波数特性Δf Δf＝Vth₁（ｆ＝550）／Vth₁（ｆ＝100）……(5) 但し、Ｔ＝40℃、φ＝40゜で一定。電圧平均化法マージンα α＝Vth₂／Vth₁ ……(6) 但し、Ｔ、φ、ｆは一定。このαは時分割を電圧平均化法によつて行なう
ときに必然的に発生するマージンで、たとえば1/
３バイアス、1/3デユーテイ駆動の場合α＝√113
＝1.9149となる。そこで、(2)〜(6)式を(1)式に代入して整理する
と、マージンＭは次式のようになる。Ｍ＝１−（γ／Δφ）Δf／ｄ・Ａ／１＋（γ
／Δφ）Δf／ｄ・Ａ……(7) 但し、Ａ＝１−ΔT／１＋ΔT このマージンＭがより大きい材料が時分割駆動
には適していることになる。(7)式より明らかなよ
うにマージンＭを拡大するには温度特性ΔTは０
に近くなるほど、角度依存性Δφ、シヤープさγ、
周波数特性Δfは１に近くなるほど大きくなるこ
とになる。温度特性ΔTはその装置に温度補償回
路を導入することによつて温度特性の影響がほと
んどない材料のように取扱うことができ、マージ
ンを非常に拡大させることができる。しかし、温
度補償回路を設けると必然的に高価になるため、
電卓などの普及品は安価にするために装置側に補
償回路などを一切つけない状態で広いマージンが
とれる材料が要求される。従来、時分割駆動用の材料としては、温度特性
が良好なためにマージンが10％以上とれる分子中
央にアゾキシ基を有するアゾキ子系ネマテイツク
液晶〔

【式】＋正の誘電率異方性を有するネマチツク液晶（Np）〕
が使用されている。しかし、この材料は黄色で、
光に対する最大吸収が350nｍにあり、この付近
の波長で次のような光化学反応をともない、非液
晶物質を生成せしめる。そして、新しい生成物が出現することによつて
黄色から赤色に変色し、かつ、電気抵抗も急激に
下る。上記理由により、アゾキシ系ネマテイツク液晶
は太陽光や螢光灯の光を遮蔽するために、実用上
500nｍのUVカツトフイルターを装着して使用し
なければならない。このため装置として複雑にな
る。一方白色材料としては光、水、酸素などによ
つても化学的に安定なビフエニール系液晶とエス
テル系液晶とがあるが、これらの材料はマージン
がほとんど０に近く時分割駆動の液晶表示装置に
は適さない。本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、
白色でかつ化学的に安定であると共に、広いマー
ジンがとれる表示装置用液晶を提供することを目
的とする。以下本発明の一実施例について説明する。本発明になる液晶は一般式

【式】（Ｒは炭素数１〜10の直鎖アルキル基を示す）の
化合物の少なくとも一種と一般式

〔式中、Ｒ、R′はそれぞれ炭素数１〜10の直鎖アルキル基を表わす。〕

の化合物の少なくとも一種の混合物に、一般式

【式】〔式中、ＲはCnH₂n₊₁（但し、ｎは３〜９の整数）
を表わす。〕の化合物、一般式

【式】〔式中、ＲはCnH₂n₊₁（但し、ｎは３〜９の整数）
を表わす。〕、一般式

【式】〔式中、ＲはCnH₂n₊₁、CnH₂n₊₁O（但し、ｎは
３〜８の整数）を表わす。〕、一般式

【式】〔式中、ＲはCnH₂n₊₁（但し、ｎは３〜７の整数）
を表わす。〕又は一般式

【式】〔式中、Ｒ、R′はそれぞれCnH₂n₊₁又は
CnH₂n₊₁O（但し、ｎは３〜８の整数）を表わ
す。〕の化合物を加えて成る時分割駆動表示装置
用ネマチツク液晶体である。一般式

【式】

【式】で表わされる材料は白色で、光の吸収がガラスの
吸収以下である30nｍ以下にあるので、光化学的
に安定であり、かつ低粘度であるから表示装置用
ネマチツク液晶として特に優れた特徴をもつてて
いる。これらの液晶化合物は第１表に示すような液晶
温度範囲（MR）を持つている。

【表】

【表】またこれらの化合物を混合すると第２表に示す
ように広いMRになる。

【表】

【表】また、３−１及び４−１にNp液晶またはNn液
晶を混合すると第３表および第４表のようにな
る。

【表】

【表】次に前記(7)式で示した時分割駆動用液晶表示装
置に大きな影響を及ぼすマージンＭについて、従
来の材料および本発明になる材料について評価し
たデータを第５表および第６表に示す。なお、第
５表および第６表において※１における1/3、1/3
は1/3バイアス、1/3デユーテイを、※２における
１／２、1/2は1/2バイアス、1/2デユーテイを意味す
る。また第５表中trは立上り応答速度を、tfは立
下り応答速度を表わす。第５表より明らかなように従来用いられている
アゾキシ液晶は10％以上のマージンが充分にとれ
る。しかし、前記したようにこの材料は光に対す
る化学的安定性が極端に弱いことからフイルター
が必要となり、また黄色であるので好ましくな
い。白色材料としてはビフエニール、エステル、
フエニルシクロヘキサン系、ネマチツク液晶があ
る。これらの材料、たとえばエステル系ネマチツ
ク液晶は低電圧材料には適しているが、粘度が高
く応答が遅い。フエニルシクロヘキサン系ネマチ
ツク液晶は粘度は低く、高速応答の材料である。

【表】

【表】このようにそれぞれ特徴を有する材料である
が、マージンについてみると、第５表より明らか
なようにほとんどとれないので、時分割駆動材料
としては適していない。これに対して本発明にな
る材料は白色材料であり、かつ時分割駆動に必要
な充分なマージンがとれる。以上の説明から明らかな如く、本発明になる液
晶は白色であるので表示装置としては好ましく、
光に対して強く、化学的にも安定であるので液晶
材料としては信頼性の強いものであると同時に、
時分割駆動においてこれまでの白色材料に比べて
広いマージンが取れるので液晶表示装置用として
最適なものであるなど種々の特長を有する優れた
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は液晶表示素子の一例を示す断面図、第
２図は液晶分子の配向状態を示す構成図、第３図
は電気光学特性測定図、第４図は1/3バイアス、
１／３デユーテイの駆動波形を示す図、第５図は1/2
バイアス、1/2デユーテイの駆動波形を示す図、
第６図は時分割駆動した時の輝度−電圧特性を示
す図である。１……上板、２……下板、５……液晶、６……
電極、８，９……偏光板、３１……液晶表示素
子。

Claims

【特許請求の範囲】１一般式〔式中、Ｒは炭素数１〜10の直鎖アルキル基を表
わす。〕の化合物の少なくとも一種と一般式〔式中、Ｒ、R′はそれぞれ炭素数１〜10の直鎖
アルキル基を表わす。〕の化合物の少なくとも一種の化合物に、一般式〔式中、ＲはCnH₂n₊₁（但し、ｎは３〜９の整数）
を表わす。〕の化合物、一般式〔式中、ＲはCnH₂n₊₁（但し、ｎは３〜９の整数）
を表わす。〕、一般式〔式中、ＲはCnH₂n₊₁、CnH₂n₊₁O（但し、ｎは
３〜８の整数）を表わす。〕、一般式【式】〔式中、ＲはCnH₂n₊₁（但し、ｎは３〜７の整数）
を表わす。〕又は一般式【式】〔式中、Ｒ、R′はそれぞれCnH₂n₊₁又は
CnH₂n₊₁O（但し、ｎは３〜８の整数）を表わ
す。〕の化合物を加えて成る時分割駆動表示装置
用ネマチツク液晶体。