JPH0915655A

JPH0915655A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0915655A
Application number: JP7186573A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Takei; 寿郎武井
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】明るい階調画像を表示できる液晶表示素子を
提供することである。【構成】対向面に電極１４、１５を形成し、所定の配
向処理を施した基板１１、１２間に二色性染料が１重量
％程度添加されたカイラルネマティック液晶１３を封止
する。液晶分子のツイスト角θを１８０°〜３００°と
し、液晶分子のプレチルト角を３°〜１０°とする。Ｄ
／Ｐが数１を満たすようにセルギャップＤとピッチＰを
選択する。【数１】θ／２π−１／４＜Ｄ／Ｐ＜θ／２π

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は液晶表示素子に関し、
特に、二色性染料を含むカイラルネマティック液晶を用
いた液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示素子は、液晶セルと該液
晶セルを挟んで配置された一対の偏光板とより構成され
る。この様な構成の液晶表示素子においては、液晶に印
加する電圧を制御することにより、液晶の複屈折性を制
御して、一対の偏光板を通過する光の強度を変化させる
ことにより、任意の表示を得ている。しかし、偏光板を
用いる従来の液晶表示素子は、偏光板による光の損失が
大きく、表示が暗いという問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような問題を解決
する手法として、ネマティック相とコレステリック相の
相転移を用いるホワイトテーラーモードの液晶表示素子
が提案されている。このモードの液晶表示素子は、二色
性染料を含む液晶を用いており、液晶に印加する電圧を
制御することにより、ネマティック相とコレステリック
相を切り替える。コレステリック相では、液晶分子と二
色性染料が様々な方向を向き、液晶層を通過する光を吸
収して「暗」が表示される。また、液晶に電圧を印加し
て、液晶分子を基板にほぼ垂直に配向させたネマティッ
ク相では、二色性染料による光の吸収量が低減し、
「明」が表示される。

【０００４】しかし、従来のホワイトテーラーモードの
液晶表示素子は、液晶の相転移を利用しているため、電
圧に対する光学応答が不連続的に生じ、電気光学特性の
ヒステリシスが大きく、二値表示は可能であるが階調表
示が出来ないという問題があった。また、液晶分子が、
ツイスト配向した状態のコレステリック相から電圧の印
加に伴って基板に垂直な方向に配向する際に、液晶のね
じれ力が強いため、液晶分子の配向変化がスムーズに行
われず、液晶の配向が乱れ、ストライプ状に配向不良が
発生してしまうという問題があった。

【０００５】このような問題を解決するため、コレステ
リック液晶の代わりにカイラルネマティク（Ｎ^*）液晶
を使用することが考えられる。しかし、電界の変化に対
する電気光学特性の変化（特に、電界を印加し始めた時
の液晶分子の配向の変化）が急峻であり、階調表示を行
うことが困難である。

【０００６】この発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、液晶分子が安定して配向し、且つ、ヒステリシスの
小さい、二色性染料を用いた液晶表示素子を提供するこ
とを目的とする。この発明は上記実情に鑑みてなされた
もので、階調表示が可能な二色性染料を用いた液晶表示
素子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のゲストホストモードの液晶表示素子は、
対向面に電極が形成され、かつ、所定の配向処理が施さ
れ、所定のセルギャップＤを有して対向して配置された
一対の基板と、前記一対の基板間に封止され、ツイスト
角θが９０°乃至３００°で、二色性染料が添加され、
前記セルギャップＤとピッチＰの比Ｄ／Ｐが数２を満た
すカイラルネマティック相の液晶と、

【数２】θ／２π−１／４＜Ｄ／Ｐ＜θ／２π より構成されることを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、二色性染料による光の吸収
と透過の制御により画像を表示するので、明るい表示画
像を提供でき、反射型素子として好適である。また、図
３（Ａ）〜（Ｅ）の特性図に示すように、セルギャップ
ＤとピッチＰの比Ｄ／Ｐをθ／２π未満とすることによ
り、液晶表示素子の電気光学特性のヒステリシスを抑え
ることができる。また、Ｄ／Ｐをθ／２π−１／４より
大きくすることにより、液晶を安定にツイスト配向させ
ることができる。また、ツイスト角θを９０°以上（望
ましく１８０°）以上とすることにより、漏光を抑える
ことができる。また、ツイスト角を３００°以上とする
と、印加電圧の変化に対するチルト角の変化が不安定と
なるとなるため、ツイスト角θは９０°以上３００°以
下とすることが望ましい。従って、この発明の液晶表示
素子によれば、電気光学特性のヒステリシスが小さく、
漏光が小さく、且つ、液晶分子が安定に配向する液晶表
示素子を得ることができる。

【０００９】また、液晶分子のプレチルト角を３°〜１
０°程度に大きくすることにより、印加電圧の変化に対
する液晶分子のチルトの変化を連続的に変化させること
ができ、表示階調を安定的に制御することができる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例にかかるゲストホス
トモードの液晶表示素子について説明する。（第１実施例）図１はこの実施例の液晶表示素子の構造
を示す。図示するように、この実施例の液晶表示素子
は、対向して配置された一対の基板１１、１２と、一対
の基板１１と１２の間に封入されたネマティック液晶１
３とより構成されている。基板１１、１２の内面には、
対向する複数の電極１４、１５が形成されている。電極
１４、１５の上にはそれぞれ配向膜１６、１７が形成さ
れている。配向膜１６、１７には、図２に示すように、
互いに９０°〜２７０°で交差する方向１６Ａ、１７Ａ
に配向処理が施されている。基板１２の背面にはアルミ
膜等からなる反射板１８が配置されている。

【００１１】液晶１３はカイラル液晶が添加された誘電
率異方性が正のネマティック液晶から構成され、配向膜
１６、１７に施された配向処理に従って、２７０°〜９
０°ツイストした状態で基板１１と１２の間に封止され
ている。液晶１３には、さらに、黒色性の二色性染料が
添加されている。二色性染料は、液晶に対し約０．５〜
３重量％の割合で添加され、正の吸収異方性を有する。

【００１２】液晶１３の層の厚さＤ［μｍ］と液晶１３
の螺旋ピッチ（バルク状態）Ｐ［μｍ］の比Ｄ／Ｐと液
晶分子１３Ａのツイスト角θ［ラジアン］は数３を満た
すように設定されている。

【００１３】

【数３】θ／２π−１／４＜Ｄ／Ｐ＜θ／２π

【００１４】図３（Ａ）ないし（Ｅ）は、誘電率異方性
が正で、Δｎ＝０．０８５、ネマティック−イソトロピ
ック転移温度が７３℃のネマティック液晶を用いて、Ｄ
＝１１μｍとし、二色性染料として黒色染料を１重量％
程度添加し、θ＝２７０°（１．５πラジアン）に固定
して、Ｄ／Ｐを変化させて、印加電圧を変化させた時の
電気光学特性（電圧対透過率特性）の例を示す。（Ａ）
と（Ｂ）に示すように、Ｄ／Ｐが０．７５（θ／２π）
以上では、電気光学特性にヒステリシスが大きく、階調
表示を安定的に行うことは困難である。

【００１５】Ｄ／Ｐが０．７５未満では、電圧変化に対
する透過率特性に電圧２Ｖ近傍でギャップが存在するも
のの、電気光学特性にヒステリシスが小さい。また、Ｄ
／Ｐが０．５（θ／２π−１／４）未満では、初期配向
状態でのツイスト角が２７０°とならずに、２７０°よ
り１８０°小さい９０°となってしまう。Ｄ／Ｐ＝０．
５では、論理的にツイスト角が２７０°と９０°になる
確立が５０％ずつであり、液晶セルのセルギャップＤの
微妙なばらつきにより、安定的なツイスト角になるとい
う非常に不安定な配向状態となる。これらの理由から、
数３が求められる。

【００１６】また、ツイスト角が９０°以下の場合、偏
光方向によっては、入射光が吸収されない場合が生じ、
漏れ光が大きくなる。また、さらに、漏れ光を低減する
ためには、ツイスト角が１８０°以上であることが望ま
しい。また、ツイスト角が３００°以上の場合、図４に
示すように、印加電圧の上昇に対してチルト角が負に変
化する領域が生じ配向が不安定になってしまう。このた
め、ツイスト角θは、９０°以上３００°未満、望まし
くは、１８０°以上３００°未満とする。

【００１７】以上説明したように、ツイスト角θを９０
°〜３００°とし、セルギャップＤとピッチＰの比Ｄ／
Ｐを数３を満たすように設定することにより、ヒステリ
シスが小さく、印加電圧を変化させて透過率を段階的に
変化させることができる液晶表示素子が得られる。

【００１８】（第２実施例）第１実施例においては、無
電界状態で、液晶は水平配向状態にあるため、印加電圧
の上昇に対して液晶分子１３Ａがチルトしにくい。この
ため、印加電圧が一定値（２Ｖ）を越えるまでは、チル
ト角が変化せず、一定値を超えた段階で急激にチルトが
変化するという問題がある。即ち、印加電圧の変化に対
するチルトの変化が非連続的である。さらに、配向膜１
６、１７近傍の液晶分子１３Ａが特にチルトしにくいた
め、図１の初期状態から、図５に示すように、各ツイス
ト領域が全体として横倒しになった状態となってしま
い、図６に示すように、縞状のドメインが形成されてし
まう場合がある。

【００１９】このようなような問題を解決するため、こ
の第２実施例においては、液晶分子のプレチルト角を３
°〜１０°以上とする。プレチルト角を増加するにつれ
て、液晶分子、特に、配向膜近傍の液晶分子がチルトし
易くなる。このため、透過率を電圧の上昇に伴って連続
的に増加させることができる。

【００２０】しかし、液晶分子のプレチルト角が大きす
ぎると、オフ時の液晶分子のチルトが大きくなるため、
漏光量が増加するため、表示画像のコントラストが低く
なってしまう。従って、液晶分子のプレチルト角は３°
以上、１０°以下とすることが望ましい。

【００２１】この様な構成とすることにより、液晶分子
を安定に且つ印加電圧の変化に対してより線型的に配向
させることが可能となる。従って、印加電圧に対する透
過率の変化が滑らかとなり、階調表示が容易になる。ま
た、液晶分子の配向不良を防止することができる。

【００２２】なお、この発明は上記実施例に限定され
ず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上記実
施例では、単純マトリクス（パッシブマトリクス）型の
液晶表示素子について説明したが、この発明は、ＴＦ
Ｔ、ＭＩＭ等をスイッチング素子として使用したアクテ
ィブマトリクス型のＮ^*液晶表示素子にも同様に適用可
能である。また、反射板１８の構成等も任意に変更可能
である。例えば、基板１２の内面に反射板を配置し、そ
の上に絶縁膜を介して電極を形成してもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、明るく階調表示が可能な液晶表示素子を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例にかかる液晶表示素子の構成
を示す断面図である。

【図２】配向膜に施された配向処理の方向と液晶のツイ
スト角を説明する図である。

【図３】セルギャップＤと液晶のピッチＰの比Ｄ／Ｐを
変化させたときの液晶表示素子の電気光学特性を示す図
である。

【図４】ツイスト角毎に、印加電圧とチルト角との関係
を示す図である。

【図５】電圧を印加した時の配向欠陥の例を示す図であ
る。

【図６】電圧を印加した時の配向欠陥の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１・・・基板、１２・・・基板、１３・・・ネマティック液
晶、１４・・・電極、１５・・・電極、１６・・・配向膜、１７・
・・配向膜、１８・・・反射板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向面に電極が形成され、かつ、所定の配
向処理が施され、所定のセルギャップＤを有して対向し
て配置された一対の基板と、前記一対の基板間に封止され、ツイスト角θが９０°乃
至３００°で、二色性染料が添加され、前記セルギャッ
プＤとピッチＰの比Ｄ／Ｐが数１を満たすカイラルネマ
ティック液晶と、【数１】θ／２π−１／４＜Ｄ／Ｐ＜θ／２π より構成されることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】前記カイラルネマティック液晶の液晶分子
のプレチルト角は３°乃至１０°であることを特徴とす
る請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】前記基板の対向面には、水平配向処理が施
されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液
晶表示素子。
【請求項４】前記液晶表示素子は反射板を備える反射型
であることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の液
晶表示素子。