JPH03215830A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は液晶表示素子、特に所謂ＤＡＰ型液晶表示素子
の改良に関するものである。詳しくは、単純マトリクス
駆動されるＤＡＰ型液晶表示素子に関する。

（従来の技術） 液晶表示素子には，ＴＮ型液晶表示素子、ＳＴＮ型液晶
表示素子、ＤＡＰ型液晶表示素子など各種の方式があり
、その低電圧動作と低電力消費の点から広範囲の応用が
なされている。

この中でＴＮ型液晶表示素子は白黒表示であり構成が単
純であるため時計、電卓表示を中心に広く使われている
が、電圧透過率特性の急峻性が悪いため、薄膜トランジ
スターなどのスイチング素子なしでは大容量表示に用い
ることができない。

ＳＴＮ型液晶表示素子は電圧透過率の急峻性に優れるが
、大容量表示が可能な反面表示が着色するという問題が
ある。補償板を用いて白黒表示する方法も開発されたが
構成が複雑でコストが高い。

特に、セル厚の精度が厳しく、そのため生産性が悪い。

ＤＡＰ型液晶表示素子は古くから知られた表示方式であ
り，電圧透過率特性の急峻性に優れ、大容量表示が可能
であり、白黒表示またはセル条件の設定によってはカラ
ーフィルターを用いずに多色表示が可能であるという特
徴を有する。

次にＤＡＰ型液晶表示装置の構成およびその原理につい
て説明する。第５図に素子の断面図を示す。透明電極１
２．　２２を有するガラスやプラスチックなどの一対の
透光性基板１１．　２１との間に負の誘電率異方性を有
する液晶組成物からなる液晶層３が形成され、外周シー
ル１４．　２４によって密封されている。基板１１．　
２１と透明電極１２．　２２の液晶と接する側には液晶
を基板１１．　２１に対して垂直に配向させるような配
向膜１５，　２５が形成されている。また液晶セル３０
の外側には一対の偏光板１６．　２６が設けられている
。電圧無印加時には液晶は基板１１，２１に対して垂直
に配向し、この時液晶による複屈折は生ぜず、上下の偏
光板１６．　２６の偏光軸が直交している場合、黒表示
が得られる。上下電極間に電圧を印加すると液晶分子４
０は第６図（ｂ）のように基板１１．　２１に対してθ
傾き、傾きの方向が偏光板１６，　２６の透過軸または
吸収軸と平行または直交以外の場合には複屈折を生じ，
光を透過する。透過光の分光スペクトルはレターデーシ
ョンに対応し、液晶層３の厚さ、液晶の複屈折、印加電
圧を調整することによって白または着色表示を行なわせ
ることが可能である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のＤＡＰ型液晶表示素子は、以下の
ような問題点がある。

（１）視野角が狭い。

光学的には一軸結晶とみなされるため、視野角によって
複屈折が大きく変化する。そのため電圧無印加時（また
はしきい値電圧以下の実効値電圧印加時）に正面から見
て黒色が得られていても、斜めから見た場合には光抜け
が生じてしまう。同様に電圧印加時の色と明るさも視野
に依存する。

電圧無印加時（またはしきい値電圧以下の実効値電圧印
加時）の視野依存性を補償板を用いて低減する方法が開
発されてきているが、しきい値以上の電圧印加時には殆
ど効果がかない。

（１）液晶の配向制御が難しい。

均質な表示を得るためには電圧印加時の液晶の傾く方向
を制御する必要がある。そのために電圧無印加時の配向
を完全な垂直配向ではなく、垂直方向から傾けた配向制
御を行なう必要がある。

第６図（ａ）はその傾き角（チルト角）を示した図であ
り、液晶分子４０は垂直方向からθ。の角度だ−３一 け予め傾いている。このチルト角が小さい場合には電圧
印加時の液晶の傾く方向が一様でなくなり、リバースチ
ルトと呼ばれる配向欠陥によって表示むらを生じ、コン
トラストが低下するという問題が起こる。チルト角を大
きくすると上記配向欠陥は生じないが視野角が狭くなっ
たり、電圧透過率特性の急峻性が悪化し、単純マトリク
ス膳区動時のコントラスト低下を来してしまい、表示性
能が損なわれてしまう問題が生じる。

（３）生産性が悪い。

また、従来のＤＡＰ型液晶表示素子は製造面においても
欠点があった。従来好ましいとさ九るチルト角は１゜か
ら３″であるがこのような配向制御の方法としては長鎖
アルキル基を有するアルコキシシランなどの垂直配向剤
を基板上に塗布したのちラビング処理を施す方法、Ｓｉ
Ｏを基板に斜め蒸着して水平配向処理を施したのち表面
を垂直配向゛剤で処理する方法などが知られている。し
かしながらこれらの方法で得られた液晶のチルト角は再
現性の乏しく、そのため歩留まりの低下を−４− 招き易いという問題があった。

本発明の目的は、視野角、特に従来方法では改善が困難
であった表示部の視野角が広く、小さいルト角でも配向
欠陥を生ぜず、コントラストが高く、かつ配向処理が容
易で生産性が高く配向安定性に優れたＤＡＰ型液晶表示
素子を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明によれば垂直配向処
理が施された２枚の基板と、該基板間に封入されたネマ
ティック液晶と光学活性物質からなる負の誘電異方性を
有する液晶組成物と一対の偏光板とから構成され、電圧
印加時に液晶分子が厚み方向に１００’以上４００’未
満の角度範囲のねじれ配向をとるように構成したことを
特徴とする液晶表示素子が提供される。

第１図に本発明に係る液晶表示素子の構成の一例を断面
図で示す。

第１図に示す実施例は、基本的に液晶セル６３を一対の
偏光板５！１１．　６（ｌで挾んだ楕成を有する。液晶
セル６３は、透明電極５０．　５１を有するガラスやプ
ラスチックなどの一対の透光性基板５２．　５３との間
に、ネマティック液晶と光学活性物質からなる負の誘電
異方制を有する液晶層５４を配置し、外周シール５５．
　５６によって密封した構成となっている。透光性基板
５２．　５３と透明電極５０．　５１の液晶層５４と接
する側には、液晶を基板に対して垂直、好ましくは僅か
に傾斜した配向処理がなされた配向膜５７，　５８がそ
れぞれ形成されている。

電圧無印加時には液晶は透光性基板５２．　５３に対し
て垂直に配向し、この時、液晶による複屈折が生ぜず、
上下の偏光板５９．　６０の偏光軸が直交している場合
、黒表示が得られる。電圧を印加したときには、液晶分
子は基板に対して傾き、傾きの方向が偏光板５９．　６
０の透過軸または吸収軸と平行または直交以外の場合に
は、複屈折を生じ、光を透過する。この電圧印加時にお
いて、本実施例では液晶分子４０は基板厚み方向に１０
０゜以上４００゜未満の角度範囲のねじれ配向をとるよ
うに構成されている。

−７一 このような配向は液晶組成物として下記のような組成物
（（■）に示す）を用い、かつ基板上に液晶を特定の方
向に微少な角度だけ傾けて配向させる処理（（■）に示
す）を施すことにより達成される。

（１）液晶組成物：ネマティック液晶と光学活性物質の
混合組成物であって誘電率異方性が負の構成物、具体的
には誘電率異方性が負のネマティック液晶と少量のコレ
ステリック液晶の混合組成物である。また誘電率異方性
が負のネマティック液晶と少量の非液晶光学活性物質の
混合組成物等でも良い。

光学活性物質によって液晶にねじれ構造が誘起される。

誘起された自然ピッチ（配向規制のないときのピッチ）
Ｐ０と液晶層の厚さｄの関係には好ましい条件がある。

この関係はｄ／Ｐｏで表され、０．１≦ｄ／Ｐ０≦１．
２であることが好ましい。

ただしより好ましい範囲はねじれ角に依存する。

例えば電圧印加時のねじれ角が１８０’である場合には
ｄ／Ｐｏは０．２から０．８であることが好ましい。

ｄ／Ｐ，がこの範囲より小であると所望のねじれ−８− 角が得られず、本発明の効果は小さくなる。逆にｄ／Ｐ
ｏが大であると電圧印加時には散乱組織を生じてしまい
表示品質を著しく損ねてしまう。

ｄ／Ｐ，のより好ましい上限値は０．９である。また、
本実施例においてねじれ角を１００゜以上４００゜未満
にする理由は、電圧印加時のねじれ角が１００゜より小
である場合は視野角改善の効果は発現しにくく、電圧印
加時のねじれ角が４００゜より大である場合は電圧透過
率特性の急峻性が悪化し、コントラストが低下し易くな
るからであり、また前述の散乱組織が生じ易くなるから
である。

光学活性物質の添加量は液晶屡の厚さ、ネマティック液
晶の種類、光学活性物質の種類に依存するため一概には
言えないが、概ね０．５％から０％の範囲である。

（ｎ）配向処理：垂直配向処理、好ましくは僅かに傾斜
した垂直配向処理が採用される。配向剤としては長鎖ア
ルキル基を有するアルコキシシラン，アルコキシチタン
，アルコキシジルコニウム、長鎖アルキルカルボン酸ま
たは弗素Ｗ換アルキルカルボン酸のクロム錯体などの有
機金属化合物、弗素置換ポリアルキレン樹脂など一般に
垂直配向処理に用いられている材料を用いることができ
る。

上記材料から形成された配向膜は一方向にラビング処理
されていることが好ましい。またＳｉ○の斜め蒸着法も
採用することができる。好ましい好ましいプレチルト角
は０．１゜から５゜の範囲であり、さらに好ましくは０
．１゜から３゜の範囲である。本実施例の液晶表示素子
では従来のＤＡＰ型液晶表示素子よりティルトディスク
リネーションが発生しにくいという特徴があり、非常に
小さなチルト角であっても配向不良なしにセルを製造で
きる。そのため配向剤の使用範囲を大きく広げることが
できる。また、小さいプレティルト角で液晶セルを作製
した場合には視野角をさらに大きくすることもでき，表
示品質の点でも極めて優れた特徴と有する。なお、本発
明は配向処理の方法を限定するものではない。

基板表面における液晶分子のべレティルトの方向は、ラ
ビング法ではラビング方向によって、斜め蒸着法では蒸
着方向によって決定される。第２図に示すように、本実
施例においては液晶分子４０は電圧印加時にティルト角
を持ったねじれ配向をとるが、この時液晶分子４０が第
３図のようなスプレイ配向をとることは好ましくなく、
リバースチルト抑制効果が低下してしまう。従って、本
実施例においては、このペレティルト方向を＃御するこ
とが好ましい。そのため第４図で定義される上下基板の
プレティルトの方向の成す角（α）は、光学活性物質に
よって決まるねじれの方向ｄ　／Ｐｏによって決まる自
然ねじれ角（＝　ｄ　／　Ｐ，　ｘ３６０゜）と同じ向
きであり，かつ１００６から４００゜以内であることが
必要であり、自然ねしれ角の２倍以内であることが好ま
しい。なお、第４図は基板上の液晶分子の基板面への投
影図であり、実線の矢印が上基板側、破線の矢印が下基
板側、角度αの矢印側が紙面上面を示している。

なお、上下に配設される偏光板５９．　６０の透過軸は
隣接する基板上での液晶分子のプレティルトの方向と概
ね３０″から６０’の角度を成なすように設−１１− けることが好ましい。

従来のＤＡＰ型液晶表示素子では、視角によって複屈折
変化が大きく異なるため、視角依存性大きかったのに対
し、本発明の液晶表示素子は電圧印加時に第２図に模式
的に示すように液晶の配向方向がねじれ構造となるため
に複屈折変化が視角に対して平均化され、広い視野角が
得られる。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例を示す。

実施例１： Ｉ　Ｔ　Ｏ　（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）か
らなる透明電極を有するガラス基板にチッソ社製のシラ
ン系垂直配向剤○ＤＳ−Ｅを塗布し、１２０゜で乾燥後
、綿布で一方向にラビング処理を施した。他の基板に同
様の処理を施し、両基板を配向膜面が対向するように、
かつラビング方向が平行となるようにスペーサーを貼り
合わせた。両基板間の空隙に誘電率異方性が負であるチ
ッソ社製の液晶組成物ＥＮ３７とコレステリック液晶で
あるメルク社製の８８１１の混合液晶組成物を注入し、
液晶セルを作製した。

−１２一 ここで用いた液晶のピッチは１５μｍであり、液晶の厚
さは７．５μｍである。プレティルト角は０．２゜であ
った。この液晶セルの上下にニュートラルグレーの一対
の直線偏光板を互いの偏光軸が直交し、かつラビングの
方向と４５゜の角度をなすように配置した。

この液晶表示素子は、電圧無印加時には黒色であり、２
．８ｖの電圧印加によって無色となった。

テイルトディスクリネーション等の配向欠陥は全く観察
されず、極めて均一な表示が得られた。電圧印加時の視
野角をねじれの無い比較例の素子と比較したところ、本
発明の液晶表示の方が色、明るさ変化ともに少なく、本
発明の液晶表示が優れた表示性能を有していることが確
認された。

坩較鐙よ Ｉ　Ｔ　Ｏ　（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）か
らなる透明電極を有するガラス基板にＳｉＯを基板法線
から６０’の方向から約３００オングストロームの厚さ
に斜め蒸着し、次いでチッソ社製のシラン系垂直配向剤
○ＤＳ−Ｅを塗布し、１２０℃で乾燥した。他の基板に
同様の処理を施し、両基板を配向膜面が対向するように
、かつ蒸着方向が反平行となるようにスペーサを介して
貼り合わせた。両基板間の空隙に誘電率異方性が負であ
るチッソ社製の液晶組成物ＥＮ３７を注入し、液晶セル
を作製した。液晶層の厚さは７．５μｍである。プレテ
ィルト角は２゜であった。この液晶セルの上下にニュー
トラルグレーの一対の直線偏光板を互いの偏光軸が直交
し、かつ蒸着方向と４５゜の角度をなすように配置した
。

この液晶表示素子は、電圧無印加時には黒色であり．２
．８Ｖの電圧印加によって無色となる。ティルトディス
クリネーション等は発生せず均一な表示が得られたが、
実施例の液晶表示素子に比べ視野角の狭いものとなって
しまった。

比較例２ ＩＴ○（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）からなる
透明電極を有するガラス基板にチッソ社製のシラン系垂
直配向剤ＯＤＳ−Ｅを塗布し、１２０℃で乾燥後、綿布
で一方向にラビング処理を施した。他の基板に同様の処
理を施し、両基板を配向膜面が対向するように、かつラ
ビング方向が反平行となるようにスペーサーを介して貼
り合わせた。両基板の空隙に誘電率異方性が負であるチ
ッソ社製の液晶組成物ＥＮ３７を注入し、液晶セルを作
製した。液晶層の厚さは７．５μｍである。この液晶セ
ルの上下にニュートラルグレーの一対の直線偏光板を互
いの偏光軸が直交し、かつラビングの方向と４５゜の角
度をなすように配置した。

この液晶表示素子は、電圧無印加時には黒色であり、２
．８ｖの電圧印加によって無色となるが、ティルトディ
スクリネーション等が多数発生し、極めて不均一な表示
であった。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、ＤＡＰ型液晶表示素子の
液晶組成物として光学活性物質を添加し、電圧印加時に
液晶分子にねじれ構造を持たせることによって、電圧印
加部の視野依存性を効果的に改善するものである。加え
て、配向欠陥のない均一な表示の液晶表示素子を与える
ものである。ま一ｌ５ー た、小さいプレチルト角でも配向欠陥を生じないという
特徴から、コン１−ラストが高く、広視野角の液晶表示
を得ることができる。さらに配向処理が容易であるため
生産性が高く，配向安定性に優れた液晶表示素子を容易
に提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す液晶表示素子の断面図
、第２図は本実施例に係るねじれ配向を示す図、第３図
はスプレイ配向を示す図、第４図は本実施例に係る液晶
分子の基板面への投影図、第５図は液晶表示素子の断面
図、第６図（ａ），（ｂ）はそれぞれ電圧無印加時、電
圧印加時の液晶分子の様子を示す図である。 ５２．　５３・・・透光性基板、５４・・・液晶層、５
９　．　６０・・・偏光板。 −１６− 勺 （） （） 梠

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 垂直配向処理が施された２枚の基板と、該基板間に封入
   されたネマティック液晶と光学活性物質からなる負の誘
   電異方性を有する液晶組成物と一対の偏光板とから構成
   され、電圧印加時に液晶分子が厚み方向に１００°以上
   ４００°以下の角度範囲のねじれ配向をとるように構成
   したことを特徴とする液晶表示素子。