JPH0414329B2 - - Google Patents

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JPH0414329B2
JPH0414329B2 JP56094086A JP9408681A JPH0414329B2 JP H0414329 B2 JPH0414329 B2 JP H0414329B2 JP 56094086 A JP56094086 A JP 56094086A JP 9408681 A JP9408681 A JP 9408681A JP H0414329 B2 JPH0414329 B2 JP H0414329B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は干渉色を持たず、そしてコントラスト
の角度依存性が非常に小さい液晶表示素子に関す
る。
液晶表示素子に対しては、電場の影響下にその
光学的性質、たとえば光透過、光散乱、複屈折、
反射または色が著しく変化するというネマチツク
またはネマチツク−コレステリツク液晶材料の性
質が利用される。このような表示素子の作用は、
たとえば動的散乱現象、整列相の変形またはねじ
れセルにおけるシヤツト−ヘルフリツヒ効果に基
づいている。
慣用の形式の液晶表示素子の中で、特にねじれ
ネマチツクセルに基づく素子に近年特別の重要性
が増している。これはこのような素子が小型バツ
テリーによつてさえも容易に利用できる比較的低
いコントロール電圧で動作できることによる。さ
らにまた、これらの表示素子は耐えられないほど
多数の駆動導線、入力導線および出力導線を用い
ることなく高い情報密度を提供できるマトリツク
ス表示素子の形成に最も適することが従来から証
明されていた。
しかしながら実際に使用に際してねじれネマチ
ツクセルの場合に、特にマトリツクス表示素子の
形成の場合に、大きな難問題が依然として存在す
る。特に、観察角度に対する表示コントラストの
著しい依存性が通常見出される。表示コントラス
トは、観察方向が液晶層の面に対し少なくともほ
ぼ垂直であるかぎり良好である。しかしながら、
表示素子を、たとえば観察角度が垂直から15〜20
度より以上偏るような横側から斜めにあるように
見ると、表示コントラストは観察者が対面する偏
光子の位置に依存して、最後に表示がもはや認知
できなくなるまで、強く減少する。さらにまた、
干渉色が多くの場合に生じる、すなわち黒白表示
用の表示素子がさらに液晶誘電体に面する電極表
面の層の不規則性に依存して、可視光の全スペク
トルにわたる色の遊動が見えるようになる、虹色
を示す。
偏光子間の液晶の挙動に関するMauguinによ
る研究（Bull.Soc.franc.Min.，34巻、1911年、71
〜117頁）から、液晶セルで液晶材料の層厚みと
光学的異方性との積が使用光の波長より実質的に
大である場合に少なくとも干渉現象の生起が防止
できることが推断されていた。本明細書では、液
晶材料の光学的異方性は屈折の超常態指数と屈折
の常態指数との間の差違と定義する。実際に、層
厚みと光学的異方性との積が1400nmより小さく
なつてはいけないことが経験的に受け入れられて
いる。既知のエレクトロニクス製造業者の製品規
格はこの積について2000nmより大きい値を指示
している。しかしながら、液晶誘電体の層厚さを
増すことによりこの数値を上げると、液晶材料の
スイツチング時間が層厚さの二乗で増大するとい
う事実により制限される。現在では通常10〜12μ
の層厚みが用いられるから、液晶誘電体は少なく
とも0.14、好ましくは0.18より大きい光学的異方
性を有することが要求される。
この方法で、干渉色の発生による難点はねじれ
ネマチツクセルの形成および使用においてほとん
ど解消されるが、これによつてはコントラストの
強い角度依存性はほとんど改善されない。さらに
また、層厚みの減少が干渉色による妨害を生起さ
せるという事実が、たとえばテレビジヨンスクリ
ーンとしての用途に必要とされる一層迅速にスイ
ツチングする液晶表示素子のこの方法での開発を
阻止する。
本発明の目的は、表示コントラストが観察角度
に対してできるだけ低い依存性を有し、そしてそ
の見え方が干渉色の生起により悪い作用を受けな
い液晶表示素子を提供することにある。
ここに、驚くべきことに、干渉色のない、ねじ
れネマチツクセルに基づく液晶表示素子が、その
液晶誘電体の層厚みと光学的異方性との積が150
〜600nm、特に200〜500nmの数値を有する場合
に得られることが見出された。さらにまた、これ
らの表示素子の表示コントラストは従来認められ
ていた知見に反して、広い範囲内にわたつて観察
角度にほとんど依存しない、すなわちその再生情
報を有するこれらの表示素子はほとんど全方向か
ら同様に容易にほとんど常時、読むことができ
る。
従つて、本発明はその液晶誘電体の層厚みと光
学的異方性との積が210〜600nmの数値を有する
ことを特徴とするねじれネマチツクセルに基づく
液晶表示素子に関する。
偏光子、電極底板および電極を含み、電極の表
面がそこに隣接する特定の液晶材料の優先配向が
多くの場合にもう１つの電極から90°で相互にね
じれているように処理されている本発明による液
晶表示素子の組立てはこの種の表示素子に慣用の
構成に相応する。本明細書で慣用の構成の用語は
広い意味を有し、また文献から既知のねじれネマ
チツクセルの全ての変更および修正を包含し、ま
た特にマトリツクス表示素子および西ドイツ国公
開特許出願第2748738号（特開昭54−72069）公報
に従う表示素子（これはマグネツトをさらに包含
する）を包含するものとする。しかしながら、本
発明による表示素子と従来慣用のねじれネマチツ
クセルに基づく表示素子との基本的差違は液晶層
の厚さにある。慣用の表示素子の層厚さが8μよ
り小でなく好ましくは少なくとも10μであり、一
般に12〜20μであるのに対し、本発明による表示
素子における層厚みは多くて10μ、好ましくは５
〜8μである。これは電極およびスペーサー部品
の製造耐性から可能であるかぎり、僅か3μの液
晶層厚みを有する本発明による表示素子の製造が
また可能である。５〜8μ、特に現在工業的用途
に好適である６〜7μの範囲内の層厚みを有する
セルと同様に、液晶誘電体の光学的異方性がこれ
と層厚みとの積が150〜600nm、好ましくは200〜
500nmの範囲内の数値を有するに十分に大きい場
合に、これらは予期されない程小さいコントラス
トの角度依存性を示しそして干渉色を有しない。
本発明によるこのような表示素子で最適の性質
はこの積が400nm付近、すなわち350〜450nmの
範囲内の数値を有する場合に見られる。
0.05〜0.12、好ましくは0.05〜0.10の範囲内の
光学的異方性値を有する液晶誘電体を本発明によ
る表示素子に使用する。たとえば僅かに3μ厚さ
のような液晶層を有する極めて薄いセルの場合
に、本発明による干渉色を持たないという効果は
0.12より大きい光学的異方性を有する液晶誘電体
を用いても得られる。しかしながら、この種の系
はこのように薄いセルを大規模に製造することが
工業的に困難であることに加えて、その表示コン
トラストの角度依存性が、液晶誘電体の光学的異
方性値が0.12またはそれ以下である系に比較して
大きいことから、好ましくない。
0.12以下、好ましくは0.05〜0.10の範囲内の光
学的異方性Δnを有する液晶誘電体は慣用の液晶
基材から製造できる。この種の多くの材料が文献
から既知である。本発明による表示素子に用いる
誘電体が液晶メゾフエースを形成する式（） R1−（Ａ）−Ｘ−（Ｂ）−R2 （） の化合物の少なくとも１種を少なくとも50重量％
含有すると有利である。この式（）において、
基ＡおよびＢは液晶基材に一般に慣用である環ま
たは環系を表わす。本発明によれば、これらの基
の少なくとも１つは非芳香族または部分的にだけ
芳香族性の環式構成員子好ましくはトランス−
１，４−ジ置換シクロヘキサン環である。
この目的に使用できるその他の構造の構造員子
は１，４−ジ置換ジシクロ〔2.2.2〕オクタン環、
トランスー２，５ージ置換１，３ージオキサン
環、２，６−ジ置換１，２，３，４−テトラヒド
ロナフタリン系または４−（トランス−４−アル
キルシクロヘキシル）−フエニル環である。同じ
構造の構成員子が基ＡおよびＢのもう１方に存在
することもできるが、さらにまた電子光学用途に
液晶物質として慣用される、特に別の位置に１個
以上のフツ素原子をまたさらに含有できる１，４
−ジ置換ベンゼン環，４，４−ジ置換ビフエニル
系、２，６−ジ置換ナフタリン系、２，５−ジ置
換ピリミジン環または３，６−ジ置換ｓ−テトラ
ジン環のようなホモ芳香族性またはヘテロ芳香族
性構造の構成員子を使用することもできる。基Ｘ
はカルボキシル基または直接Ｃ−Ｃ単結合を表わ
すと好ましい。さらにまた、たとえばチオエステ
ル基、メチレンオキシ基、メチレンチオ基または
エチレン基を表わすこともできる。式（）の化
合物中の側枝基R1およびR2は12個までのＣ原子
を有するアルキル、アルコキシまたはアルカノイ
ルオキシ基である。１方の側枝基はまたシアノ、
ニトロ、ハロゲンまたはトリフルオロメチルであ
ることもできる。
本発明により使用される低い光学的異方性を有
する液晶誘電体の好ましい成分は次の成分であ
る。
式のシクロヘキシルシクロヘキサン、 式のフエニルシクロヘキサン、 式のシクロヘキサンカルボン酸フエニルエス
テル、 式のシクロヘキサンカルボン酸シクロヘキシ
ルエステル、 式のビフエニリルシクロヘキサン、 式の４，4′−ジシクロヘキシルビフエニル、 式のシクロヘキシル安息香酸フエニルエステ
ル、 式のシクロヘキシル安息香酸シクロヘキシル
エステル、 式の安息香酸シクロヘキシルエステル、 式の安息香酸ビシクロヘキシルエステル、 式の安息香酸シクロヘキシルフエニルエス
テル、 式のシクロヘキサンカルボン酸シクロヘキ
シルフエニルエステル、 式のシクロヘキサンカルボン酸ビシクロヘ
キシルエステル、 式のシクロヘキシルシクロヘキサンカルボ
ン酸シクロヘキシルエステル、 式のフエニルビシクロ〔2.2.2〕オクタン、 式のフエニル−１，３−ジオキサン、 式のシクロヘキシル−１，３−ジオキサ
ン、 および 式のシクロヘキシルシクロヘキサンカルボ
ン酸フエニルエステル、 式（）〜（）の化合物において、側枝基
R1およびR2は式（）について前記した意味を
有する。ここでシクロヘキサン環または１，３−
ジオキサン環に結合した側枝基は12個まで、特に
８個までのＣ原子を有するアルキルまたはアルカ
ノイルオキシ基が好ましく、或る場合にはシアノ
基も好ましい。
本発明による表示素子用の液晶誘電体は式
（）、好ましくは式（）〜（）の化合物の
１種以上を少なくとも50重量％を含有する。一般
に、この種の誘電体はこれらの化合物の２種以上
を含有する混合物である。このような混合物はさ
らに別の成分と一緒の混合物でもよく、その組成
はその光学的異方性が0.12の値を超えないかぎり
広い限度内で変えることができる。本発明による
液晶表示素子用に好適な誘電体は式（）〜（
）の化合物の少なくとも１種を少なくとも60〜
85重量％含有する。誘電体はまたこれらの群から
の液晶基材だけで構成されていてもよい。しかし
ながら、この種の誘電体はさらに、その光学的異
方性が0.12以上に増大しないかぎり、慣用量の染
料またはドーピング物質を含有できる。
以下に本発明を第１図〜第５図を引用して説明
する。
第１図は観察（又は視覚）角度θおよびφを定
義する目的の、液晶セルの説明図である。
第２図は9μの層厚みおよびΔn＝0.18（ｄ×Δn＝
1720nm）の光学的異方性を有する慣用のねじれ
ネマチツクセルの２種の異なる観察角度θからの
動作電圧に対する吸収の角度依存性を示してい
る。垂直方向（θ＝0°；φ＝0°）から見た場合
に、吸収は約3.7Vの動作電圧で最大値の90％に
達し、次いで電圧の増加に従い、ゆつくりとしか
し一様に最大吸収値の限界値まで達する傾向があ
り、吸収はθ＝40°およびφ＝0°の角度で見る場
合に約2.7Vの電圧で約95％の最大値に達する。
僅かにだけ増大した電圧で、吸収は急勾配にな
り、正常動作に十分である90％の値に約6Vの電
圧でだけ再び達する。その他の観察角度に係る特
徴（図示されていない）は吸収の初期最大値が異
なる動作電圧にある以外は質的に同様の経過を示
す。当該技術の現状に従うこのような液晶表示素
子の場合に、角度に依存して、少なくとも90％の
吸収が6Vの動作電圧でだけ達成される。この数
値は実用上の多くのタイプに対してはあまりにも
高すぎる。このタイプの表示素子は電源として電
池を用いて動作させるから、追加のエネルギーを
消費する高価な電圧−増幅回路が必要になる。
第３図は当該技術の現情に従う同じ液晶セルの
葉状グラフであり、θ＝40°の一定の観察角度に
おける吸収値を観察角度φの函数としてグラフに
書いたものである。ここで、動作電圧はしきい電
圧の２倍、すなわち約4.5Vの一定値に保持する。
これらの条件下に、少なくとも90％の吸収が約
38°〜52°の角度φ範囲でだけ達成され、そして少
なくとも60％の吸収がφ＝5°〜90°、すなわち約
85°の範囲にわたつてだけ達成される。
第４図は本発明による6.5μの層厚みおよびΔn
＝0.06の誘電体の光学的異方性を有する（ｄ×
Δn＝390nm）液晶セルの場合の動作電圧に対す
る吸収の角度依存性を示している。垂直方向で見
る場合に、特性は第２図による慣用の表示素子の
場合に相応する；90％の吸収が同様に3.7Vの動
作電圧で達成される。40°の視覚角度θの場合に、
90％の吸収がまた2.7Vで達成される。しかしな
がら、電圧が増加した場合でも吸収は少し上昇す
るだけであり、再び少し落ちるが、90％より少な
くはならない。その他の観察角度θについての特
性は同様の様相を示す。観察角度からほとんど独
立している少なくとも90％の吸収が本発明による
液晶表示素子により3.7Vの動作電圧ですでに達
成される。
第５図は本発明による9μの層厚みおよびΔn＝
0.06の誘電体の光学的異方性を有する（ｄ×Δn
＝540nm）液晶セルの葉状グラフである。このグ
ラフでは、吸収値がθ＝40°の一定の観察角度お
よびしきい電圧の２倍の一定の動作電圧における
観察角度φの函数としてまたグラフに書かれてい
る。ここで、少なくとも90％の吸収が約31°〜58°
のφ範囲で達成されるが、この吸収は−90°
（270°）〜＋172°で、すなわち約262°の範囲にわた
つて、80％以上である。これは慣用の構成素子の
液晶セルの範囲の３倍以上である。
次例は本発明による表示素子で使用する低い光
学的異方性を有する液晶誘電体に関する。
例 １ ４−（トランス−４−ｎ−プロピルシクロヘキ
シル）−ベンゾニトリル25％、 ４−（トランス−４−ｎ−プロピルシクロヘキ
シル）−フエネトール18％、 トランス−トランス−４−ｎ−ブチルシクロヘ
キシル−シクロヘキサン−4′−カルボニトリル20
％、 トランス−トランス−４−エチルシクロヘキシ
ル−シクロヘキサン−4′−カルボニトリル20％、 トランス−４−ｎ−ペンチルシクロヘキサンカ
ルボン酸４−（トランス−４−ｎ−プロピルシク
ロヘキシル）−フエニルエステル10％、および トランス−トランス−４−ｎ−プロピルシクロ
ヘキシルシクロヘキサン−4′−カルボン酸トラン
ス−４−ｎ−プロピルシクロヘキシルエステル７
％ からなる液晶誘電体は−７℃の融点、＋60°の透明
点、20℃で26×10-3Pa.sの粘度、Δε＝＋6.03の誘
電異方性およびΔn＝0.08の光学的異方性を有す
る。ねじれネマチツクセルに6.5μの層厚みで使用
すると、20°で測定したしきい電圧は1.85Vであ
る。このしきい電圧の温度依存性は9.5mV／℃で
ある。従つてこの誘電体は時分割駆動する、本発
明による液晶誘電体に極めて適している。
例 ２ トランス−トランス−４−エチルシクロヘキシ
ル−シクロヘキサン−4′−カルボニトリル29％、 トランス−トランス−４−ｎ−ブチルシクロヘ
キシル−シクロヘキサン−4′−カルボニトリル29
％、 ４−（トランス−４−ｎ−プロピルシクロヘキ
シル）−フエネトール28％、 トランス−トランス−４−ｎ−プロピルシクロヘ
キシル−シクロヘキサン−4′−カルボン酸トラン
ス−４−ｎ−プロピルシクロヘキシルエステル９
％、および ４−（トランス−４−ｎ−ペンチルシクロヘキ
シル）−4′−ｎ−プロピルシクロヘキシル）−ビフ
エニル５％ からなる液晶誘電体は−６℃〜＋63℃の温度範囲
内のネマチツクメゾフエース、20℃で28×10-3
Pa.sの粘度、Δε＝＋3.55の誘電異方性およびΔn
＝0.07の光学的異方性を有する。20℃で測定した
しきい電圧は2.16Vであり、そしてしきい電圧の
温度依存性は13.5mV／℃である。この誘電体は
時分割駆動する、本発明による液晶表示素子に良
く適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は液晶セルを、その観察角度を定義する
目的で描いた図解図であつて、Ａは観察者の視線
を、Ｂは偏光子をそしてＣは垂直方向を表わす。
第２図および第４図は従来慣用の液晶表示素子お
よび本発明による表示素子のねじれネマチツクセ
ルの観察角度に対する吸収の角度依存性をそれぞ
れ示すグラフである。第３図および第５図は従来
慣用の液晶表示素子および本発明による表示素子
の一定の観察角度における吸収を観察角度の函数
としてそれぞれ示した葉状グラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 液晶誘電体の層厚みと光学的異方性との積が
    210〜600nmの数値を有することを特徴とする、
    ねじれネマチツクセルに基づく液晶表示素子。 ２ 液晶誘電体の層厚みが３〜10μであり、そし
    て光学的異方性が0.05〜0.12である、特許請求の
    範囲第１項に記載の液晶表示素子。 ３ 液晶誘電体がシクロヘキシルシクロヘキサン
    類、安息香酸のシクロヘキシル、ビシクロヘキシ
    ルまたはシクロヘキシルフエニルエステル、シク
    ロヘキサンカルボン酸のフエニル、シクロヘキシ
    ルフエニル、ビシクロヘキシルまたはシクロヘキ
    シルエステル、フエニルシクロヘキサン類、シク
    ロヘキシルビフエニル類，４，4′−ジシクロヘキ
    シルビフエニル類、シクロヘキシル安息香酸のフ
    エニルまたはシクロヘキシルエステル、シクロヘ
    キシルシクロヘキサンカルボン酸のフエニルまた
    はシクロヘキシルエステル、フエニル−１，３−
    ジオキサン類またはシクロヘキシル−１，３−ジ
    オキサン類および（または）フエニルビシクロ
    〔2.2.2〕オクタン類からなる群から選ばれた１種
    又はそれ以上の液晶化合物を少なくとも50重量％
    含有する、特許請求の範囲第１項に記載の液晶表
    示素子。
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