JPS63301020A - 液晶表示素子 - 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】 〔技術分野〕 本発明は基板間に配置された液晶組成物層における液晶
分子が９０°を超え２７０°未満の範囲のねじれ角を有
するように構成されたいわゆるＳＴＮ　（スーパーツィ
ステッドネマチック）型液晶表示素子の改良に関するも
のである。

〔従来技術〕

従来主に用いられてきた液晶の表示モードはツイステッ
ドネマテインク型とよばれ、上下基板間で液晶分子が約
９０°ねじれた構造をとっており、液晶による偏光面の
回転と、電圧によるその効果の消失を用いている。この
方式は時計、電卓などの低時分割駆動では十分なもので
あったが１表示容量を増大させるために高時分割駆動さ
せると、コントラストが低下したり、視角がせまくなる
という欠点があった。これは、高時分割駆動になると選
択点と非選択点にかかる電圧の比が１に近づくためで、
高コントラスト、広視角の表示素子を得るためには、相
対透過率が５０％変化する電圧Ｖ、。

と１０％変化する電圧■、。どの比（ＶＳ。／Ｖ１ｏ）
で示される急峻度ができるだけ小さいことが好ましい。

ＴＮ型の場合γ＝１．１３程度である。

このγ値を改良するために上記ねじれ角を大きくシ、偏
光軸を配向方向とずらすＳＢＥやＳＴＮとよばれる方式
が近年実用化されてきている。この方式によれば、γ値
は１．１以下とすることができ、１／４００ｄｕｔｙ程
度の高時分割駆動が可能である。しかし、この方式では
複屈折による着色とその電圧による変化を利用するため
、液晶層厚の精度が厳しく要求され、たとえば、色ムラ
を生じさせないためには、±０．１μｍ以下の精度でセ
ルを作製しなければならない。このため、ＳＢＥ、　Ｓ
ＴＮ型では製品の生産が非常にむずかしく、良品率が低
下して高コストとなってしまう。

〔目　　　的〕

本発明は、従来技術に見られる前記欠点を克服し１表示
容量が大きく、かっ色ムラが少なく、さらに量産性にす
ぐれた液晶表示素子を提供することを目的とする。

〔構　　成〕

本発明によれば、表示用電極を有する上下一対の基板に
対して液晶組成物が電圧無印加時に基板に対して略水平
に配向するように配向処理を施した液晶表示素子におい
て、該基板間において、液晶分子が９０°を超え、２７
０°未満の範囲のねじれ角を有するように配向しており
、かつ該液晶組成物が２色性色素を含有していることを
特徴とする液晶表示素子が提供される。

次に本発明を図面を参照しながら詳述する。

第１図は、本発明の液晶表示素子の構成例を示す断面図
である。配向膜１５が形成され配向処理が施された透明
電極１３を有する第１の基板１１と、同様の第２の基板
２１とが離間、対向して配設され、その間に液晶３３が
封入されて液晶セル３１が形成されている。２３は透明
電極、２５は配向膜、３５はシール剤を示す。この液晶
セルの外側には、必要に応じて偏光子１７が配置される
。尚、本発明の表示素子は本質的には偏光子を必要とし
ないで表示することが可能で、したがって明るい表示が
可能である。コントラストは偏光子の使用で更に改善さ
れる。

第１の基板１１および第２の基板２１は液晶分子が略水
平配向するように配向処理が施されており、この配向処
理方向に沿って液晶分子が優先配向する。

なお、明細書で液晶分子の配向に関していう略水平とは
、液晶分子の基板に対する傾き角がＯ〜３０゜の範囲に
あることをいう。

第１の基板１１での液晶分子の優先配向方向と、第２の
基板２１での液晶分子の優先配向方向との角度ωは、９
０＜ω（２７０”の範囲、好ましくは１６０≦ω≦２６
０にあり、液晶分子は周基板１１．２１間で、この角度
でねじれたラセン構造をとっている。このようにωは配
向処理によって決まるツイスト角であり、この配向制御
は従来公知の斜方蒸着や、無機または有機被膜を形成し
たのちに綿布などでラビングすることにより行なうこと
ができる。なお、逆回転のツイストを防止するために、
ネマティック液晶にコレステリック液晶やカイラルネマ
テインク液晶を添加することが好ましい。ωが上記範囲
以上であると電圧印加時に散乱組織を生じやすくなり、
また、上記範囲以下では急峻度が低下し、時分割駆動特
性が低下する。

液晶３３には分子長軸方向と短軸方向で光の吸収係数の
異なる２色性色素が添加され、分子長軸方向の吸収係数
が大である色素の使用では電圧印加時に色素の色が消失
し、また逆に短軸方向の吸収係数が大である場合では、
電圧印加時に着色した表示が可能となる。色素の添加量
は着色時のセルの吸光度が０．５〜３となるように選択
することが好ましい。

従来のスーパーツイスト型ＬＣＤでは、０．２μｍ程度
の液晶層の厚さむらでも背景色むらが生じ、表示品質を
大きく損ねていたが、本発明の表示素子では、１μｍ程
度の液晶層厚のむらでも背景の色、濃度のムラは識別で
きず、より表示品質の高い表示素子である。

本発明における２色性色素としては、従来公知のもの５
例えば、アゾ系、アントラキノン系、キノフタロン系、
ナフトキノン系などを使用することができる。これらの
色素は単独または混合物として液晶に添加される。基板
としては、ガラス、プラスチックなど透光性を有するも
のであれば良く、また、基板上に薄膜トランジスタや非
線形素子が形成されていても良い。特に、光学異方性基
板を用いた場合、偏光板を使用しないか、または使用し
ても１枚で良いので基板の光軸合わせなど基板の複屈折
を減少させる繁雑な操作が不要となり、設計の自由度が
増加する。

また本発明においては、ネマチック液晶とコレステリッ
ク液晶からなる液晶組成物を用いる場合、コレステリッ
ク液晶により誘起される自然ピッチＰＯと液晶層厚ｄ、
ツイスト角ωが下式を満足するように構成するのが好ま
しい。

００ｄ ＰＯ ω：ｄｅｇ ＰＯ：μｍ ｄ：μｍ 時分割駆動特性は、電圧−透過率特性の急峻度であられ
され、１１６４デユーティ−の時分割駆動には１．１３
４程度の急峻度が必要であり、また従来ツイスト角が０
＠のＧ／Ｈ型（ゲスト−ホスト型）ではγ＝１．７程度
であるが、本発明の液晶表示素子において、前記の条件
を選ぶことにより１／６４デユーティ−の時分割駆動が
可能である。このようなツイストが大きな液晶表示素子
では、ツイストディスクリネーションとよばれるものと
、電圧印加時に起こる散乱組織の２つの配向欠陥が生じ
得るが、９０″くω＜２７０°のツイスト角をもった方
式の液晶表示素子では、ツイスト角ωと、これら２つの
配向欠陥（Ｂ：散乱による配向欠陥が生じる領域、Ｃ：
ツイストディスクリネーションによる配向欠陥が生じる
領域）が生じるｄ／Ｐｏの関係には一般に第２図のよう
な傾向がみられ、斜線部のｄ／Ｐｏ範囲Ａの液晶組成物
を用いることが必要であり、またこの範囲の広い液晶組
成物を用いることが望ましい。一方、この方式の液晶表
示素子における急峻度はｄ／Ｐａの減少にともなう向上
がみられ、したがって高時分割駆動特性を得るためには
、第２図の斜線部分（散乱組織やツイストディスクリネ
ーションによる配向欠陥が生じない範囲）のうち、でき
るだけｄ／Ｐ。

が小さい値をとる液晶組成物を用いる必要がある。

先に挙げたω−配向欠陥の生じるｄ／Ｐｏの特性や急峻
度などは、各液晶材料や配向処理方法などにより変化す
るが、特に、配向欠陥特性と急峻度にはある程度の相関
関係がみられ、高時分割駆動表示素子に用いるための条
件（配向欠陥特性、急峻度、温度特性など）を満たす液
晶材料はある程度限られてくる。本発明では、これらの
通常用いられる多数の液晶材料について検討した結果、
前出のω、ｄ、Ｐｏの関係式を見い出した。この関係式
の条件外では、配向欠陥の出現や急峻性の低下により１
７６４デユーティ−程度の時分割駆動は鑑しい。

さらに、本発明の好ましい実施態様によれば、液晶組成
物の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとを下式を満足する
ように構成する液晶表示素子が提供される。

０．８≦Δｎ−ｄ≦２．５ （好ましくは１．０≦Δｎ−ｄ≦２．５．さらに好まし
くは１．５≦Δｎ−ｄ≦２．５） 液晶表示素子において、急峻度γはΔｎ−ｄ増加にとも
なって小さくなり、時分割駆動特性が向上するが、　Ｓ
ＴＮあるいはＳＢＥとよばれる方式の液晶表示素子に通
常用いられる種々の液晶材料について検討した結果、Δ
ｎ−ｄを前記範囲にすることにより高時分割駆動特性の
良い液晶表示素子を容易に形成し得ることを見出した。

Δｎ−ｄ＜０．８では１７６４デユーティ−の時分割駆
動に十分なγが得られにくい。通常の液晶材料のΔｎは
０．１〜０．２程度であり。

このようなものでは所期の目的を達成することができず
、一方、Δｎ−ｄ＞２．５では液晶層厚が大きくなり、
応答速度の点で表示品質が著しく低下してしまう。

実施例１ 液晶組成物として、ネマティック液晶に、カイラルネマ
ティック液晶（メルク社製、Ｓ−８１１）とアントラキ
ノン系の２色性色素（極大吸収波長６３０ｎｍ）をそれ
ぞれ０．５％、１．５％添加したものを用い、液晶層厚
９μｍの第１図に示した如き液晶セルを作製した。配向
処理はツイスト角ωが２００６となるように、ガラス基
板上に塗布したポリイミドをラビング処理した。この実
施例の表示素子はγ＝１．１３５を示し、高い時分割駆
動特性を示した。また±１μｍ程度の液晶層厚むらでも
表示むらは確認されなかった。

実施例２ 実施例１と同様にしてツイスト角が１８０ａ、２４０’
の液晶セルを作製した。これらはそれぞれγ＝１゜１５
、γ＝１．１２と高い時分割駆動特性を示した。

実施例３ 基板として一軸延伸ポリエステルを用いたほかは実施例
１と同様にして液晶セルを作製したが、このセルの表示
特性も実施例１とまったく同様に良好な特性を示した。

実施例４ 液晶組成物として、ネマティック液晶にコレステリック
液晶又はカイラルネマティック液晶）（メルク社製、Ｓ
−８１１）とアントラキノン系の２色性色素（最大吸収
波長６４０ｎｍ）をそれぞれ０．５％、１．５％添加し
たものを用い（ＰＯ＝１８．１μｍ）、液晶層厚８μｍ
で第１図の液晶セルを作製した。ツイスト角が２００゜
となるように、ガラス板上に塗布したポリイミドをラビ
ング処理し、また第１図で符号１７で示した偏光板を用
い、その透過軸が符号１５の配向膜層の配向処理方向と
一致するように設置した。この実施例の表示素子はγ＝
１，１２８であり高い時分割駆動特性を示した。

００ｄ （ω−−＝２３．２） Ｐ。

実施例５ 実施例４と同様にして、Ｐｏ＝１５．５　μｍ（Ｓ−８
１１添加量：０．５８４％）、液晶層厚８μｍ、ツイス
ト角２２０°の第１図で示した如き液晶セルを作製した
。この表示素子はγ＝１．１３０を示した。

００ｄ （ω−−□＝　１３．５） Ｐ。

実施例４，５ともに、１／６４デユーティ−の時分割駆
動に十分な急峻度を示し、配向欠陥も生じなかった。

比較例１ 同様にＰｏ＝１３．５１１　ｍ（Ｓ−８１１添加量：０
．７３６％）、液晶層厚９μｍ、ツイスト角２００°の
第１図の液晶セルを作製したところ、γ＝１．２１を示
し、１／６４デユーティ−の時分割駆動は困難であった
。

００ｄ （ω−−ニー　６６　） Ｏ 比較例２ 実施例１と同様に、Ｐｏ＝２８．０、液晶層厚８．０　
μｍで比較例１と同様に液晶セルを作製したところ、ツ
イストディスクリネーションによる配向欠陥が生じてし
まった。

実施例６ 液晶組成物としてネマティック液晶に、カイラルネマテ
ィック液晶（メルク社製、Ｓ−８１１）とアントラキノ
ン系の２色性色素（最大吸収波長６４０ｎｍ）をそれぞ
れ０．５％、１．５％添加したものを用い（Δｎ＝０．
１５）、液晶層厚９．０μｍで第１図の液晶セルを作製
した。ツイスト角が２００’となるように、ガラス板上
に塗布したポリイミドをラビング処理し、また、第１図
で符号１７で示した偏光板を用い、その透過軸が配向膜
層１５の配向処理方向と一致するように設置した。この
実施例の表示素子はγ＝１．１３０であり、高い時分割
駆動特性を示した（Δｎ−ｄ＝１，０３５）。

実施例７ 実施例６と同様にΔｎ：０．１７４の液晶組成物と、液
晶層厚８．０μｍ、ツイスト角２２０”のセルを用い、
表示素子を作製した。この実施例の表示素子はγ＝１．
１２６を示した（Δｎ−ｄ＝Ｌ３９２）。

実施例８ 実施例６において、偏光板１７を用いない以外、実施例
６，７と全く同様の表示素子を作製したところ、実施例
６，７の表示素子より時分割駆動特性はそれぞれ若干低
下するが、格段に明るい表示が可能となった。

比較例３ 実施例６と同様に△ｎ＝０．１０１の液晶組成物と、液
晶層厚７．０μｍ、ツイスト角２００°のセルを用い表
示素子を作製した。この表示素子はγ＝１．１４１であ
り、１７６４デユーティ−の時分割駆動に必要な１．１
３４よりも急峻性に劣っている（八〇−ｄ：０．７０７
）。

比較例４ 実施例６と同様にΔｎ＝０．２０の液晶組成物と、液晶
層厚１４．０μｍ、ツイスト角２００°のセルを用い、
表示素子を作製したところ、γ＝１．１２４と、よい急
峻性を示したが、応答速度がおそく表示品質に若干劣っ
た（△ｎ−ｄ＝２．８０）。

〔効　　果〕

以上のように、本発明の液晶表示素子は、高時分割駆動
特性にすぐれるとともに、液晶層厚のバラツキによる色
ムラの発生が抑制され、かつ明るい表示特性を備えた量
産性にすぐれたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶表示素子の構成例を示す断面図、
第２図は、ツイスト角ωと、液晶のラセンピッチに対す
る層厚比（ｄ／Ｐｏ）と、配向欠陥領域との関係を示す
グラフをそれぞれ示す。 １１．２１・・・基板、１３．２３・・・透明電極、１
５．２５・・・配向膜、１７・・・偏光子、３３・・・
液晶、Ａ・・・配向無欠陥領域、Ｂ、Ｃ・・・配向欠陥
領域。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）表示用電極を有する上下一対の基板に対して液晶
   組成物が電圧無印加時に基板に対して略水平に配向する
   ように配向処理を施した液晶表示素子において、該基板
   間において、液晶分子が９０°を超え、２７０°未満の
   ねじれ角を有するように配向しており、かつ該液晶組成
   物が２色性色素を含有していることを特徴とする液晶表
   示素子。
2. （２）前記ねじれ角が１６０°以上２６０°以下である
   特許請求の範囲第１項記載の液晶表示素子。
3. （３）該液晶組成物がネマティック液晶とコレステリッ
   ク液晶を含む特許請求の範囲第１項又は第２項の液晶表
   示素子。
4. （４）コレステリック液晶により誘起される自然ピッチ
   Ｐｏ（μｍ）と液晶層厚ｄ（μｍ）とツイスト角ω（度
   ）が下記の式を満足する特許請求の範囲第３項の液晶表
   示素子。 ８＜ω−４００ｄ／Ｐｏ＜６８
5. （５）該液晶組成物の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄ（
   μｍ）との関係が、０．８≦Δｎ・ｄ≦２．５の式を満
   足する特許請求の範囲第３項又は第４項の液晶表示素子
   。