JPH08254703A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 常に、視野角依存性がなく、コントラスト比
が大きく、かつ明るい表示が可能な液晶表示装置を提供
する。 【構成】 一対の基板間にカイラルネマチック液晶を挟
持し、基板の表面は配向処理を施さず、カイラルネマチ
ック液晶のツイスト角は９５゜から１４５゜の範囲であ
る。また、使用温度範囲内で数１を満足する液晶表示装
置。 【数１】 （ただし、ｄ［μｍ］はカイラルネマチック液晶の厚
さ、Ｔ［℃］は使用温度、ＴL ［℃］は最低使用温度、
ＴH ［℃］は最高使用温度、ＰTL［μｍ］は最低使用温
度時でのカイラルピッチ、ＰTH［μｍ］は最高使用温度
時でのカイラルピッチであり、 ＴL ≦Ｔ≦ＴH 。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カイラルネマチック液
晶を用いた液晶表示装置に関し、さらに詳しくは、視野
角を改善した液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に液晶表示装置は、ある一定方向に
配列している液晶分子を電界等の作用を加えて、向きを
変え、透過光を制御することで表示を行う。よって外部
からの作用がない状態、例えば無電界の状態では、あら
かじめ液晶分子をある特定の方向に配列させておく必要
がある。通常、液晶分子を配列させておくために、液晶
分子が接している基板表面は配向処理が施されている。
この配向処理の種類としては、基板表面にポリイミド等
の膜を塗布し、その表面を布等で一方向に擦るいわゆる
ラビング処理や、無機物あるいは有機物を蒸着する蒸着
膜の形成、ＬＢ膜の形成等がある。しかし、このような
配向処理を施すと、液晶がある特定方向に配列するがゆ
え、液晶表示画面を見る方位や角度によって、表示の明
暗の反転が起き、見やすい角度が限定される、つまり視
野角依存性を持つという欠点を有していた。また、ラビ
ング処理を施すと、摩擦による静電気で基板上の配向膜
に絶縁破壊が起き、部分的に配向不良を生じたり、アク
ティブマトリクス駆動方式のように駆動素子や配線が基
板表面に配置されている場合には、素子破壊や断線を生
じさせたり、またラビング時にゴミを発生させ、表示不
良を起こさせるといった問題点も有していた。

【０００３】これらの問題点を改善するため、様々な技
術が検討されている。その中で特開平６−１９４６５５
号公報では、液晶分子の配向方向があらゆる方向に向い
ていて、一方向に揃っていない、いわゆるランダム配向
の液晶表示素子が提案されている。これらのランダム配
向である液晶表示素子は観測者から画面を見る際、見や
すい角度を限定しない、つまり視野角依存性を持たない
という特性を持っている。

【０００４】しかしながら、ランダム配向の液晶表示素
子は液晶分子があらゆる方向に向いているために、通常
の液晶を一方向に配列する液晶表示素子と比べて、視野
角依存性は改善されるものの、光を透過しない状態（暗
状態）と光を透過する状態（明状態）の透過率比、つま
りコントラスト比が小さいという問題点や、また表示画
面が暗い（初期透過率が低い）という問題点を有してい
た。

【０００５】このコントラスト比の改善については、特
開平６−２９４９６０号公報および特開平６−２９４９
６１号公報で、光学補償板を用い、コントラスト比の方
位依存性を低減させている。しかし、これらの公報の目
的は、コントラスト比の方向依存性を改善することであ
り、表示画面の暗さ（初期透過率の低さ）については触
れられていない。

【０００６】また実際に液晶表示装置が表示を行う際、
その用途によっては野外であったり、発熱体の近傍であ
ったりと、使用温度は広範囲である。よって、液晶表示
装置は使用温度範囲内で安定した表示特性を持つことが
求められる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、液晶分子が同一方向に配向していない液晶表示装置
であっても、広視野角を実現したまま、充分なコントラ
スト比と表示画面の明るさを保持し、かつ常に安定した
表示品質を保つ液晶表示装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
めに、本発明の液晶表示装置は一対の基板間にカイラル
ネマチック液晶を挟持し、カイラルネマチック液晶が接
触している基板の表面は配向処理を施さず、かつカイラ
ルネマチック液晶のツイスト角は９５度から１４５度の
範囲に限定している。

【０００９】そして、液晶表示装置が使用される温度に
変化が生じる場合であっても、安定した表示品質を保つ
ため、本発明の液晶表示装置は、一対の基板間にカイラ
ルネマチック液晶を挟持し、カイラルネマチック液晶が
接触している基板の表面は配向処理を施さず、次の
（１）式、および（２）式を満足する。

【００１０】

【数３】

【００１１】

【数４】

【００１２】（ただし、ｄ［μｍ］はカイラルネマチッ
ク液晶の厚さ、Ｔ［℃］は使用温度、ＴL ［℃］は最低
使用温度、ＴH ［℃］は最高使用温度、ＰTL［μｍ］は
最低使用温度時でのカイラルネマチック液晶のピッチ、
ＰTH［μｍ］は最高使用温度時でのカイラルネマチック
液晶のピッチである。）

【００１３】

【作用】液晶材料としては、一般にはコレステリック液
晶やネマチック液晶などが知られているが、ツイスト角
を制御するため、ネマチック液晶にカイラル材を添加し
たカイラルネマチック液晶を使用する。

【００１４】次にツイスト角とコントラスト比およびツ
イスト角と表示画面の明るさとの関係を詳細に述べる。
ツイスト角とコントラスト比、およびツイスト角と明る
さ（Ｔｉｎｉｔ）との関係を示すグラフをそれぞれ図１
および図２に示す。

【００１５】カイラルネマチック液晶が接している基板
表面に、配向処理を施さない液晶表示装置における、ツ
イスト角度と初期透過率（Ｔｉｎｉｔ）つまり表示画面
の明るさの関係を図２に示す。図より、ツイスト角度が
増大するに従って初期透過率は減少方向を示している。
特にツイスト角度が１４５度を超えると、初期透過率は
２０％以下となり、表示はかなり暗くなり、表示品質が
著しく劣る。（ただしこの初期透過率は偏光板を含んだ
基板と、カイラルネマチック液晶により構成された液晶
表示装置の、無電界時の透過率値である。）

【００１６】また、ツイスト角をそれぞれ変化させた液
晶表示装置の、ツイスト角に対するコントラスト比を図
１に示す。ツイスト角が１２０度付近に最高コントラス
ト比が得られ、それよりもツイスト角を大きくする、あ
るいは小さくするとコントラスト比が徐々に下がること
が確認された。つまり、コントラスト比はツイスト角の
変化に大きく依存している。これはカイラルネマチック
液晶のマルチドメイン配向状態がツイスト角の大きさに
よって変化するためと考えられる。

【００１７】ツイスト角と液晶表示装置の明るさとの関
係より、ツイスト角は１４５度以下が望ましく、ツイス
ト角が１４５度の時のコントラスト比の値を考慮する
と、コントラスト比はツイスト角が９５度以上であるの
が望ましい。よって、ツイスト角を９５度から１４５度
までに設定することにより、初期透過率が高く、つまり
表示画面の明るい、かつコントラスト比の良好な液晶表
示装置を得ることができる。

【００１８】また、ツイスト角はカイラルネマチック液
晶の厚さとカイラルピッチに依存するが、このカイラル
ピッチは、使用温度によって値が変化する。図３に使用
温度とカイラルピッチとの関係を示す。このグラフはカ
イラルネマチック液晶ＡとＢの２種類の液晶について調
べたものである。使用するカイラルネマチック液晶の種
類によって、グラフの傾きは異なっているが、温度に対
するカイラルピッチはほぼ一次相関の関係が成り立つ。

【００１９】そして、一般にカイラルピッチと液晶の厚
さ、およびツイスト角は次式の関係が成り立つ。

【００２０】ツイスト角（゜）＝３６０（゜）・ｄ（μ
ｍ）／Ｐ（μｍ）

【００２１】（ここで、ｄは液晶の厚さ、Ｐは液晶のカ
イラルピッチである。）

【００２２】よって、我々は使用温度が変化しても初期
透過率が高く、良好なコントラスト比を保持するために
は、使用温度を考慮したカイラルピッチとツイスト角の
制御を行わなければならないことを見いだした。そこ
で、使用温度、カイラルピッチおよびカイラルネマチッ
ク液晶の厚さについて、それぞれを前記の関係をふまえ
て、前記（１）式および前記（２）式を設定した。

【００２３】

【実施例】本発明の液晶表示装置を次のようなプロセス
で製造した。この液晶表示装置を製造する際には、従来
プロセスを利用できる。異なる点は、ラビング工程を省
略できるため、工程は簡略化される。一対のガラス基板
と偏光板を用意し、偏光板はガラス基板の外側に配置す
る。偏光板の配置方向はポジ表示の場合には直交、ネガ
表示の場合には平行とする。一般的なツイストネマチッ
ク液晶表示装置の場合は、液晶の配向方向により、偏光
板の偏光軸の角度が決定されるが、この液晶表示装置
は、配向方向がランダムであるため、配向方向と偏光軸
を揃える必要はない。つまり、２枚の偏光板の偏光軸を
直行または、平行関係を保持しておけば、偏光軸は液晶
表示装置のどの方向でもよい。本実施例では一対の偏光
板の偏光軸を直交させて配置し、前後それぞれの偏光軸
を（０゜−１８０゜）方向、及び（９０゜−２７０゜）
方向に配置してポジ表示とした。この様に設置した基板
間に、カイラルネマチック液晶を注入し、ラビング不要
の液晶表示装置を形成した。この際、カイラルネマチッ
ク液晶および基板を相転移温度（Ｎ−Ｉ点）以上に加熱
した状態で、液晶を注入しても良いし、注入後に全体を
Ｎ−Ｉ点以上に加熱処理しても良い。また、ガラス基板
には表示画素用の透明電極（インジウム錫酸化物ＩＴ
Ｏ）膜および、配向処理をしないポリイミド膜を設け
た。

【００２４】（実施例１）上記の構成で、カイラルネマ
チック液晶の厚さを３．２５μｍとなるように基板間を
制御し、液晶表示装置を作製した。カイラルネマチック
液晶は市販されているネマチック液晶にカイラル材（Ｓ
８１１：メルク社製）を添加し、注入した。ここではネ
マチック液晶にカイラル材を１．１９％添加し、カイラ
ルピッチを１２．３μｍとした。得られたツイスト角は
９５゜となり、この液晶表示装置を表示させると、初期
透過率（明るさ）は２８％、コントラスト比は２１で、
どちらの値も表示品質を満足させるものであった。当然
視野角依存性もなく、表示品質が良好な液晶表示装置が
得られた。

【００２５】（実施例２）添加したカイラル材の量のみ
を変え、実施例１と同じ構成の液晶表示装置を作製し
た。ネマチック液晶にカイラル材を１．５１％添加し、
カイラルピッチを９．７５μｍとした。得られたツイス
ト角は１２０゜となり、この液晶表示装置を表示させる
と、初期透過率（明るさ）は２６％、コントラスト比は
８７で、どちらの値も表示品質を満足させるものであっ
た。当然視野角依存性もなく、表示品質が良好な液晶表
示装置が得られた。

【００２６】（実施例３）添加したカイラル材の量のみ
を変え、実施例１および実施例２と同じ構成の液晶表示
装置を作製した。ネマチック液晶にカイラル材を１．６
３％添加し、カイラルピッチを９．０μｍとした。得ら
れたツイスト角は１３０゜となり、この液晶表示装置を
表示させると、初期透過率（明るさ）は２３％、コント
ラスト比は４８で、どちらの値も表示品質を満足させる
ものであった。当然視野角依存性もなく、表示品質が良
好な液晶表示装置が得られた。

【００２７】（実施例４）実施例２と同一の液晶表示装
置を使用し、使用温度を変えて、その初期透過率とコン
トラスト比を測定した。液晶表示装置の最低使用温度
［ＴL］は０℃、最高使用温度［ＴH ］は８０℃、０℃
時のカイラルピッチ［ＰTL］は９．５μｍ、８０℃での
カイラルピッチ［ＰTH］は１０．６μｍであった。カイ
ラルネマチック液晶の厚さ［ｄ］は他の実施例と同様の
３．２５μｍとした。得られた液晶表示装置のツイスト
角は、使用温度範囲内で約１１０゜から１２３゜であっ
た。よって、前記した（１）式および（２）式を満足
し、最低使用温度から最高使用温度までの温度範囲内
で、初期透過率（明るさ）やコントラスト比を測定して
みると、いずれの温度でも良好な値を示した。当然視野
角依存性も無く、表示品質が良好な液晶表示装置であっ
た。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、視角特性は全方位にわ
たって均一であり、観測者の特定の観察位置により、表
示の見やすい範囲が限定されず、また、コントラストの
低下がなく、表示装置全体の明るさも充分な液晶表示装
置が得られる。そして、使用温度が変化しても、視野角
特性、コントラスト比、表示装置全体の明るさ等に影響
することが無く、良好な品質を保持することが可能であ
る。

【００２９】また、ラビング処理を行わないため、ラビ
ング処理に伴う静電気による素子や配線の破壊が起き
ず、またゴミの発生や付着による表示不良を低減するこ
とができるので、表示品質の向上が可能であり、かつ液
晶表示装置の製造工程が簡略化されるため、製造コスト
の低減が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶表示装置のツイスト角変化によるコントラ
スト比変化を示す図である。

【図２】液晶表示装置のツイスト角変化による初期透過
率（Ｔｉｎｉｔ）変化を示す図である。

【図３】カイラルネマチック液晶の使用温度変化による
カイラルピッチ変化を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の基板間にカイラルネマチック液晶
   を挟持してなる液晶表示装置であって、前記カイラルネ
   マチック液晶が接触している前記基板の表面は配向処理
   が施されていない面であり、前記カイラルネマチック液
   晶のツイスト角は９５度から１４５度の範囲であること
   を特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 一対の基板間にカイラルネマチック液晶
   を挟持してなる液晶表示装置であって、前記カイラルネ
   マチック液晶が接触している前記基板の表面は配向処理
   が施されていない面であり、次の（１）式 【数１】 および次の（２）式 【数２】 （ただし、ｄ［μｍ］はカイラルネマチック液晶の厚
   さ、Ｔ［℃］は使用温度、ＴL ［℃］は最低使用温度、
   ＴH ［℃］は最高使用温度、ＰTL［μｍ］は最低使用温
   度時でのカイラルネマチック液晶のピッチ、ＰTH［μ
   ｍ］は最高使用温度時でのカイラルネマチック液晶のピ
   ッチである。）を満足することを特徴とする液晶表示装
   置。