JPH01269921A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は液晶表示装置に係り、特に背景が明るく表示が
暗い、いわゆるノーマリホワイト表示の液晶表示装置に
関する。

（従来の技術） 液晶表示装置の表示面の大形化の要求が高まるにつれて
、ツィステッド・ネマティック型（以下ＴＮ型と略す）
液晶表示装置ではコントラスト不足、あるいは視覚範囲
の狭さ等の問題点があった。

そこでＴＮ型液晶表示装置に変わる液晶表示装置として
特開昭５９−２８１３０号公報に記載されているスーパ
ライスティド・ネマデイツク型（以下ＳＴＮ型と略す）
液晶表示装置あるいはスーパツィステッド・バイアフリ
ジエンス・エフェクト型の複屈折率制御型（以下ＳＢＥ
型と略す）の液晶表示装置等が提案され知られている。

ＳＢＥ型の液晶表示装置の構成としては、電極が形成さ
れた２枚の透明基板を基板間の距離を３〜１２μｍ程度
で対向させ、この基板の周囲を封止してセルとし、この
セルにネマティック液晶が注入されている。ネマティッ
ク液晶としては誘電異方性が正のシクロヘキザン系、エ
ステル系液晶等が使用されている。そしてこの液晶の中
にはカイラル剤が添加され、液晶分子軸が１８０〜３６
０°の角度（以下ツイスト角と称す）に上下の基板間で
捩られている。また液晶分子軸は基板平面に対して５°
より大きい傾斜角を有している。

このような液晶表示装置では偏光板の設置状況によって
非選択状態では明るい黄色の表示、選択状態では黒色の
表示が得られるイエローモードと、非選択状態では深い
青色で選択状態では透過となるブルーモードで表示する
ことが可能である。

このような構成のＳＢＥ型の液晶表示装置では、電圧に
対する透過光の変化が急激であり、多桁のマルチプレッ
クス駆動をした場合でも高いコントラストで視野角も非
常に広い。

（発明が解決しようとする課題） そこで通常人間の目に好ましいと感じられる白色背景の
液晶表示装置を得ようとすると、上述のブルーモード表
示の液晶表示装置を用い、表示部画素に非選択電圧が、
非表示部画素には選択電圧を印加することが考えられる
。しかしこの場合、電極に挟まれていない各画素周辺の
液晶部分は電圧が印加されないため青色に着色してしま
うといった問題があった。

また特開昭５３−１０２０５５丹公報には、負の誘電異
方性を有する液晶を使用し、電圧印加時にツイスト角が
９０’ないしほぼ９０’　となる構成とし、応答速度、
閾値特性の向上を図った液晶表示装置が提案されている
。しかし閾値特性の向上は不十分であり、多桁のマルチ
プレックス駆動をした場合、大きな問題が残った。

このように従来の液晶表示装置では、ノーマリホワイト
表示が不可能であったり、あるいは閾値特性が不十分で
あったりといった問題点があった。

そこで本発明の目的はコントラスト、視野角そして閾値
特性が十分に満されたノーマリホワイト表示可能な液晶
表示装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の液晶表示装置は、それぞれ電極が形成された一
対の基板と、この一対の基板に挟持され、分子の長軸と
短軸では屈折率が異なる液晶分子から成る液晶組成物と
を有する液晶表示装置において、液晶組成物は負の誘電
異方性を有するものであって、電極間に電位差が与えら
れない状態では前記液晶分子の長軸は基板に対して垂直
ないしほぼ垂直であり、電極間に電位差が与えられると
液晶分子の長軸は基板に対して水平ないしほぼ水平とな
り、且つ液晶分子は一対の基板間で１２０°〜３６０′
捩れた螺旋構造をとるものであり、液晶組成物のナチュ
ラルピッチをｐ、一対の基板間の距離をｄとした時ｄ／
ＰｆｆｉＯ，２〜２．０の範囲であることを特徴とした
ものである。

（作　用） 印加電圧オフ時には液晶分子の長軸はガラス基板に対し
て垂直ないしほぼ垂直となるため液晶層を透過する光は
光学的な変化を受けず白色あるいは透明な表示を行ない
、印加電圧がオンの時は液晶分子はガラス基板間で捩れ
ながら長軸はガラス基板に対して水平ないしほぼ水平と
なるため、光の複屈折効果による青色の表示を行なうこ
とができる。つまり負の誘電異方性を有する液晶組成物
をブルーモードで使用することによって背景が明るく表
示が暗い、いわゆるノーマリホワイト表示を再現するこ
とができる。

また本発明者等は種々の実験を行なった結果、負の誘電
異方性を有する液晶組成物が電圧印加時に基板間で１２
０〜３６０°捩れるものであって、この液晶組成物のナ
チュラルピッチをｐ、基板間の距離をｄとした時ｄ／Ｐ
が０．２〜２．０の範囲であると上記の目的を達成する
ことがわかった。次にこれらの実験の一部を示す。

（実　験） 次に示すような試料を用いて液晶表示装置とし、時分割
数２００桁でマルチプレクス駆動させた時のコントラス
ト、視野角、閾値特性を測定した。

（試、￥４１＞ 透明電極が形成されたガラス基板上に一塩基性りロム鉗
体層を形成した後、ラビング処理した。

そしてラビング方向が一致するように一対のガラス基板
を位置合せし、ガラス基板間にガラスファイバスペーサ
を入れて基板間隔を８μｍに制御し周囲をシールして液
晶セルとした。そしてこの液晶セルに負の誘電異方性を
有するエステル系ネマティック液晶に黒色２色性染料Ｓ
−３４４（三井東圧社製）を３ｗｔ％混入したコレステ
リック液晶組成物を注入し封止した。そして偏光板の吸
収軸がラビング方向と平行になるように設置した。

（試料２） 透明電極が形成されたガラス基板上に一塩基性りロム銘
体層を形成した後、ラビング処理した。

そしてラビング方向が９０”を成すように一対のガラス
基板を位置合せし、ガラス基板間にガラスファイバスペ
ーサを入れて基板間隔を８μｍに制御し周囲をシールし
て液晶セルとした。そしてこの液晶セルに試料１と同様
のコレステリック液晶組成物を注入し封止し、偏光板も
同様に設置した。

（試料３） 透明電極が形成されたガラス基板上に一塩基性りロム銘
体層を形成した後、ラビング処理した。

そしてラビング方向が１２０°を成すように一対のガラ
ス基板を位置合せし、このガラス基板間にガラスファイ
バスペーサを入れて基板間隔を１０μｍに制御し周囲を
シールして液晶セルとした。そしてこの液晶セルに負の
誘電異方性を有するエステル系ネマティック液晶に黒色
２色性染料Ｓ−３４４（三井東圧社製）を３ｗｔ％、カ
イラル剤としてＳ−８１１（Ｅ・メルク社製）をｄ／Ｐ
が０．１０となるように混入したコレステリック液晶組
成物を注入し封止した。そして偏光板の吸収軸がラビン
グ方向と平行となるように設置した。

（試料４） 透明電極が形成されたガラス基板上に一塩基性りロム鉗
体層を形成した復、ラビング処理した。

そしてラビング方向が１２０°を成すように一対のガラ
ス基板を位置合せし、このガラス基板間にガラスファイ
バスペーサを入れて基板間隔を８μｍに制御し周囲をシ
ールして液晶セルとした。そしてこの液晶セルに負の誘
電異方性を有するエステル系ネマティック液晶にカイラ
ル剤としてＳ−８１１（Ｅ・メルク社製）をｄ／Ｐが０
．２５となるように混入したコレステリック液晶組成物
を注入し封止した。そして偏光板の吸収軸がラビング方
向のなす角度が３０°で設置した。

（試料５） 透明電極が形成されたガラス基板上に一塩基性クロム錯
体層を形成した俊、ラビング処理した。

そしてラビング方向が１２０°を成すように一対のガラ
ス基板を位置合せし、このガラス基板間にガラスファイ
バスペーサを入れて基板間隔を９μｍに制御し周囲をシ
ールして液晶セルとした。そしてこの液晶セルに負の誘
電異方性を有するエステル系ネマティック液晶にカイラ
ル剤としてＳ−８１１（Ｅ・メルク社製）をｄ／Ｐが０
．７５となるように混入したコレステリック液晶組成物
を注入し封止した。そして偏光板の吸収軸がラビング方
向のなす角度が３０’で設置した。

（試料６） 透明電極が形成されたガラス基板上に一塩基性りロム鉗
体層を形成した後、ラビング処理した。

そしてラビング方向が１２０°を成すように一対のガラ
ス基板を位置合せし、このガラス基板間にガラスファイ
バスペーサを入れて基板間隔を９μｍに制御し周囲をシ
ールして液晶セルとした。そしてこの液晶セルに負の誘
電異方性を有するエステル系ネマティック液晶に黒色２
色性染料Ｓ−３４４（三井東圧社製）を３ｗｔ％、カイ
ラル剤としてＳ−８１１（Ｅ・、メルク社製）をｄ／Ｐ
が２．２０となるように混入したコレステリック液晶組
成物を注入し封止した。そして偏光板の吸収軸がラビン
グ方向のなす角度が３０’で設置した。

（試料７） 透明電極が形成されたガラス基板上に一塩基性クロム錯
体層を形成した後、ラビング処理した。

そしてラビング方向が２７０°を成すように一対のガラ
ス基板を位置合せし、このガラス基板間にガラスファイ
バスペーサを入れて基板間隔を８μｍに制御し周囲をシ
ールして液晶セルとした。そしてこの液晶セルに負の誘
電異方性を有するエステル系ネマティック液晶に黒色２
色性染料Ｓ−３４４（三井東圧社製）を３ｗｔ％、カイ
ラル剤としてＳ−８１１（Ｅ・メルク社製）をｄ／Ｐが
０．６８となるように混入したコレステリック液晶組成
物を注入し封止した。そして偏光板の吸収軸がラビング
方向のなす角度が３０”で設置した。

（試料８）　　　′ 透明電極が一形成されたガラス基板上に一塩基性クロム
錯体層を形成した俊、ラビング処理した。

そしてラビング方向が２７０°を成すように一対のガラ
ス基板を位置合せし、このガラス基板間にガラスファイ
バスペーサを入れて基板間隔を８μｍに制御し周囲をシ
ールして液晶セルとした。そしてこの液晶セルに負の誘
電異方性を有するエステル系ネマティック液晶に黒色２
色性染料Ｓ−３４４（三井東圧社製）を３ｗｔ％、カイ
ラル剤としてＳ−８１１（Ｅ・メルク社製）をｄ／Ｐが
２．４０となるように混入したコレステリック液晶組成
物を注入し封止した。ぞして偏光板の吸収軸がラビング
方向と平行な角度で設置した。

（試料９） 透明電極が形成されたガラス基板上に一塩基性クロム錯
体層を形成した後、ラビング処理した。

そしてラビング方向が３００’を成すように一対のガラ
ス基板を位置合せし、このガラス基板間にガラスファイ
バスペーサを入れて基板間隔を８μｍに制御し周囲をシ
ールして液晶セルとした。そしてこの液晶セルに負の誘
電異方性を有するエステル系ネマティック液晶にカイラ
ル剤としてＳ−８１１（Ｅ・メルク社製）をｄ／Ｐが１
．８０となるように混入したコレステリック液晶組成物
を注入し封止した。そして偏光板の吸収軸がラビング方
向と平行な角度で設置した。

（試料１０） 透明電極が形成されたガラス基板上に一塩基性クロム錯
体層を形成した後、ラビング処理した。

そしてラビング方向が３６０°を成すように一対のガラ
ス基板を位置合せし、このガラス基板間にガラスファイ
バスペーサを入れて基板間隔を９μｍに制御し周囲をシ
ールして液晶セルとした。そしてこの液晶セルに負の誘
電異方性を有するエステル系ネマティック液晶にカイラ
ル剤としてＳ−８１１（Ｅ・メルク社製）をｄ／Ｐが０
．１５となるように混入したコレステリック液晶組成物
を注入し封止した。そして偏光板の吸収軸とラビング方
向のなす角度が３０°で設置した。

（試料１１） 透明電極が形成されたガラス基板上に一塩基性りロム鉗
体層を形成した後、ラビング処理した。

そしてラビング方向が３６０°を成すように一対のガラ
ス基板を位置合せし、このガラス基板間にガラスフッ・
イバスペー１ノーを入れて基板間隔を９μｍに制御し周
囲をシールして液晶セルとした。そしてこの液晶セルに
負の誘電異方性を有するエステル系ネマティック液晶に
カイラル剤としてＳ−８１１（Ｅ・メルク社製）をｄ／
Ｐが０．３３となるように混入したコレステリック液晶
組成物を注入し封止した。そして偏光板の吸収軸とラビ
ング方向のなす角度が３０’で設置した。

（試料１２） 透明電極が形成されたガラス基板上に一塩基性クロム錯
体層を形成した後、ラビング処理した。

そしてラビング方向が３６０°を成すように一対のガラ
ス基板を位置合せし、このガラス基板間にガラスファイ
バスペーサを入れて基板間隔を８μｍに制御し周囲をシ
ールして液晶セルとした。そしてこの液晶セルに負の誘
電異方性を有するエステル系ネマティック液晶に黒色２
色性染料（三井東圧社製）を３ｗｔ％、カイラル剤とし
てＳ−８１１（Ｅ・メルク社製）をｄ／Ｐが２．２０と
なるように混入したコレステリック液晶組成物を注入し
封止した。そして偏光板の吸収軸がラビング方向と平行
になるように設置した。

（実験結果） 以上の実験の結果をまとめると、表−１のようになる。

この表から閾値特性、コントラスト、視野角のすべてに
対して実用に耐えられる結果が得られた試料は、試料Ｎ
ｏ、４．５，７，９．１１である。

これらの試料に共通することは、基板間で電圧印加時に
液晶分子のツイスト角が１２０°以上であり、且つｄ／
Ｐが０．２〜２．０を満していることである。

試料１はｄ／Ｐの条件は満しているが、ツイスト角が小
さいため、印加電圧−透過率特性は第４図中曲線ａのに
うに非常に鈍いものとなってしまう。試料２も同様に同
図中曲線すに示すように特性が急峻であるとはいえない
。

また逆に試料６あるいは試料７等ではツイスト角は大き
く条４′１を満しているが、ｄ／Ｐが大きいため印加電
圧−透過率特性は第５図中曲線ａのように印加電圧と透
過率が一対一で対応するのでなく、ヒステリシスが生じ
てしまう。

従って負の誘電異方性を有するコレステリック液晶組成
物を、電圧印加時に基板間でツイスト角が１２０〜３６
０°となるようにし、ｄ／Ｐが０．２〜２．０の範囲と
することによって背景が明るく表示が暗い、ノーマリ−
ホワイトで表示可能な液晶表示装置とすることがでる。

（実施例） 以下本発明の好ましい具体例を第１図を参照して説明す
る。この第１図は液晶表示装置（１）の断面図を模式的
に示したもので、ａ領域は電極（７ａ＞、　　（７ｂ）
間に電圧が印加された液晶分子の状態を示し、ｂ領域は
電圧が印加されていない液晶分子の状態を示す。

（具体例１） 透明電極（７ａ）　、　　（７ｂ）として１−Ｔ−０が
２００本稿状にガラス基板（９ａ）　、　　（９ｂ）上
に形成されている。このように透明電極（７ａ）、　　
（７ｂ）が形成されたガラス基板（９ａ＞、　　（９ｂ
）上に一塩基性りロム鉗体層（図示せず）が形成され、
更にポリイミドが配向ｅ　（５ａ）　、　　（５ｂ）と
して着膜されラビング処理されている。そしてこのガラ
ス基板（９ａ）　、　　（９ｂ）のラビング方向が２７
０°になるように位置合せし、ガラス基板（９ａ）、　
　（９ｂ）間隔ｄが７μｍになるようにガラスフン・イ
バスペーサく図示せず）によって制御され、エポキシ樹
脂によって周囲が封止されている。ざらにこのガラス基
板（９ａ）　、　　（９ｂ）には２枚の偏光板（ｌｌａ
）。

（ｌｌｂ　）が第２図に示されているようにガラス基板
（９ａ）　、　　（９ｂ）のラビング処理方向からそれ
ぞれ３０’捩れた状態で設置され液晶セルと成っている
。

このような液晶セルに複屈折率Δｎが０．０９のビシク
ロヘキサン系ネマティック液晶中にナチュラルピッチｐ
が１０．３μＴｒＬ（ｄ／Ｐが０．６８　）となるよう
にカイラル剤が混合され、また黒色２色性染料Ｓ−３４
４（三井東圧社’ｓ　＞　カ３　ｗ　ｔ　％ｎ人された
液晶組成物（３）を注入しエポキシ接着剤から成るシー
ル剤（図示せず）によって封止した。

このような構成の液晶表示装置（１）の動作を示すと、
電圧が印加されていない状態では第１図中のｂ領域に示
すように）々品分子の長軸がガラス基板（９ａ）、　　
（９ｂ）対して垂直ないしほぼ垂直になるため白色ある
いは透明の表示となる。また電圧が印加されると液晶分
子はガラス基板（９ａ）。

（９ｂ）間で２７０°捩れた螺旋構造となり、ガラス基
板（９ａ）、　　（９１））に対して水平ないしほぼ水
平になるため、光の複屈折効果による青色と黒色染料の
合成色で黒色のノーマリホワイト表示を行なうことがで
きる。

この液晶表示装置（１）を時分割数２００桁でマルチプ
レクス駆動した時のコントラスト比は約８と大きく、視
野角も４０”コーンと十分に実用に耐えるものである。

また縦軸に透過率、溝軸に印加電圧をとると、第３図中
曲線ａに示すように印加電圧−透過率特性は急峻でヒス
テリシス生じなかった。

（具体例２） ガラス基板（９ａ）　、　　（９ｂ）の間隔ｄを８μｍ
とした具体例１の液晶セルに、複屈折率Δｎが０．１０
のビシクロヘキサン系ネマティック液晶中にカイラル剤
をナチュラルピッチｐが１１．９μｍ（ｄ／Ｐが０．６
８　）になるように混合した液晶組成物（３）を注入し
封止した。更に偏光板（ｌｌａ　）、（１１ｂ）を具体
例１と同様に設置し液晶表示装置（１）とした。

このような構成の液晶表示装置（１）では、印加電圧が
オフの時は透過率は非常に高く白色あるいは透明の表示
であり、印加電圧がオンの時は液晶分子の複屈折効果に
よる青色の表示色を示すノーマリホラ４１〜表示となっ
た。

この液晶表示装置（１）を時分割数２００桁でマルチプ
レクス駆動した時、印加電圧−透過率特性は染お１を使
用していないため急峻でヒステリシスは生じなかった。

またコントラスト比は約９とこれも非常に高く、視野角
も３０’コーンと十分に実用に耐えるものである。

（具体例３） 具体例２の液晶セルに、ビシクロヘキザン系ネマティッ
ク液晶組成物中にカイラル剤をナチュラルピッチｐが１
１．１μ７７？、　（ｄ／Ｐが０．７２　）になるよう
に混合し、黒色２色性染料を３ｗｔ％混合した液晶組成
物（３）を注入し封止した。更に２枚の偏光板（Ｉｌａ
　）　、（ｌｌｂ（ｌｌｂ　）の吸収軸をラビング処理
方向と直交するように設置し液晶表示装置（１）とした
。この時、電圧無印加状態でのチルト角は約８５°であ
った。

このような構成の液晶表示装置（１）では印加電圧がオ
ンの時は液晶分子の複屈折効果による青色と黒色染料の
合成色で黒色のノーマリホワイト表示を行ない、印加電
圧がオンの時は白色あるいは透明の表示を行なうことが
できる。そして印加電圧−透過率特性は急峻でヒステリ
シス生じなかった。

この液晶表示装置を時分割数２００１でマルチプレクス
駆動した時のコントラスト比は約７と大きく、視野角も
５０’コーンと十分に実用に耐えるものである。

（具体例４） 複数の透明電極（７ａ）　、　　（７ｂ）が形成されて
いるガラス基板（９ａ）　、　　（９ｂ）上に一酸化硅
素をガラス基板法線から角度８６°で膜厚１０ｎｍにな
るように斜方蒸着し斜方蒸着層（図示せず）とし、さら
にその上に一塩基性りロム銘体層（図示せｆ）を形成し
た。これらのガラス基板（９ａ＞　、　　（９ｂ）に形
成された斜方蒸着層が基板間で２４０°の角度を成すよ
うにガラス基板（９ａ）、　　（９ｂ）を配置し、この
ガラス基板（９ａ＞　、　　（９ｂ）間隔ｄが１０μＩ
ｒＬとなるようにガラスファイバスペーサによって制御
し、周辺をエポキシ樹脂によって封止し液晶セルとした
。

このような液晶セルに負の誘電異方性を有するエステル
系ネマティック液晶に黒色２色性染料Ｓ−３４４（三井
東圧社製）を３ｗｔ％、カイラル剤としてＳ−８１１（
Ｅ・メルク社製）をナチュラルピッチｐが１０．７μ７
ｒＬ（ｄ／Ｐが０．７５　＞となるように混入したコレ
ステリック液晶組成物（３）を注入し封止した。

この液晶表示装置はノーマリホワイト表示であり、時分
割数２００１７でマルチプレクス駆動した時のコントラ
スト比は約６．８と大ぎく、視野角も５０°コーンと多
相のマルヂブレクス駆動を行なっても充分に耐えうるち
のであった。

以上ここで詳述してきた具体例は本発明の一例であり、
本発明の液晶表示装置としては種々のものが考えられる
。

［発明の効果］ 本発明は負の誘電異方性を有する液晶表示素子の複屈折
効果を利用しているため、コントラストか高く、且つ視
野角の広いノーマリホワイト表示か可能な液晶表示装置
とすることができる。また応答速度も充分に甲いため催
行ｊのマルヂブレクス駆動にも対応でさる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る液晶表示装置の一実施例の断面を
模式的に示した断面模式図、第２図は本発明の一具体例
に係る液晶表示装置の偏光板の設置方向を示す溝成図、
第３図は本発明の一具体例た透過率−印加電圧性↑（１
図、また第４図及び第５図である。 （１〉・・・液晶表示装置 （３）・・・液晶組成物 （９）・・・ガラス基板 （１１）・・・偏光板 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　　　竹　花　喜久男 第　　１　　図 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　４　　図 第　　５　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 それぞれ電極が形成された一対の基板と、 前記一対の基板に挟持され、分子の長軸と短軸では屈折
   率が異なる液晶分子から成る液晶組成物とを有する液晶
   表示装置において、 前記液晶組成物は負の誘電異方性を有するものであって
   、前記電極間に電位差が与えられない状態では前記液晶
   分子の長軸は前記基板に対して垂直ないしほぼ垂直であ
   り、前記電極間に電位差が与えられると前記液晶分子の
   長軸は前記基板に対して水平ないしほぼ水平となり、且
   つ前記液晶分子は前記一対の基板間で１２０°〜３６０
   °捩れた螺旋構造をとるものであり、前記液晶組成物の
   ナチュラルピッチをＰ、前記一対の基板間の距離をｄと
   した時ｄ／Ｐが０．２〜２．０の範囲であることを特徴
   とした液晶表示装置。