JPS59105679A - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は液晶表示素子に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来よシ液晶を用いる大型、大情報量の表示素子として
は、ツィステッドネマティック素子や動的散乱モードを
用いたドツトマトリックス時分割表示素子が知られてい
る。しかしながらかかる表示素子にあっては情報量が増
大するに伴なって選択状態の画素に印加する電圧と、非
選択状態又は半選択状態の画素に印加される電圧と、の
差が小さくなるという欠点があった。

このため、前記小さな電圧差に対しても敏感に応答する
液晶材料が必要とされている。しかしながら、前記表示
素子に用いられる種類の液晶は印加電圧に対する透過光
の変化の急峻性に限界があシ、シかもそのしきい値電圧
は温度変化に影響され易いため、コントラストの低下が
起こり、このドツトマトリックス時分割表示素子では高
情報量を表示するのに問題がある。

このようなことから、最近、高情報量を表示できる素子
として熱電気光学効果形の表示素子が開発されている。

かかる表示素子は液晶を加熱するためのヒータ電極を例
えば列方向に複数本有する基板と、書き込み用の信号電
極を前記ヒータと直交する行−に複数本有する基板とか
らなり、それら基板の対向面に垂直配向処理層を形成し
た液晶セルに、常温でスメクティック相を示し、常温か
ら温度を上げるに従ってネマティック相、等方性液体と
なる正の誘電異方性をもつ液晶を挟持せしめた構造にな
っている。

こうした液晶表示装置において、ヒータ電極に電圧をパ
ルス状に印加すると、液晶の温度はジュール熱により局
所的にスメクティック温度から等方性液体相に上昇し、
電流が切れた時から周囲温度により冷却されてスメクテ
ィック相の温度まで戻る。この冷却過程が短時間で行な
われれば、等方性液体時の液晶分子のゆらぎが凍結され
て散乱状態（不透明々状態）となる。この散乱状態はス
メクティ、り相まて冷却されると、記憶保持される。一
方、前記冷却過程中の等方性液体相とスメクティック相
の間のネマティック相で信号電極に信号電圧として液晶
のしきい値電圧より大きい値の電圧を液晶層に印加する
と、液晶分子は基板と垂直方向にその長軸を向けて配向
するので、液晶セルは透明となり、更に冷却が進みスメ
クテイツク相とすると、同透明状態が記憶保持される。

但し、スメクテイック相になってしまった液晶にしきい
値電圧よシ大きい値の電圧を印加しても液晶分子は応答
しない。このように、上記液晶表示素子は一方の基板の
例えば列方向に複数本配列されたヒータによる熱と、他
方の基板の行方向に複数本配列された信号電極による電
圧との２種の外力を用いてそれらヒータと信号電極の所
定の交差部分での表示の選択、非選択を行なうので、原
理的に信号電極のみで表示を行なう場合のようなりロス
トークがなく、大情報量の表示能力を有する。また、記
憶効果を有するため、電源を切っても表示を保持できる
利点もある。

ところで、上述しだ熱電気光学効果形液晶表示素子にお
いて、散乱部（白濁時）と透明部とのコントラストを上
げるためには、等方性液体相からの冷却を急激に行なわ
せしめ、液晶分子のゆらぎを効率よく凍結し、散乱度を
上げることが望ましい。このためには、周囲温度との差
が大きい高温側で狭い温度範囲のネマティック相を持つ
液晶材料を液晶セルに挟持して液晶表示素子を構成する
ことが考えられる。しかしながら、かかる表示素子では
周囲温度から等方性液体相の温度へと上昇させるために
大量の熱を必要とするので、ヒータの消費電力が大きく
なり、ヒータの電圧値を固定した場合、昇温に長い時間
を必要とする。その結果、書き込み速度が遅く々るとい
う問題がある。

逆に、消費電力の低下と督き込み速度を向上させる目的
で、周囲温度とあまり変らないネマティック相温度をも
つ液晶材料を用いることが考えられる。しかし彦から、
こうした液晶材料を用いると、冷却が急激に行なわれず
、冷却過程でのネマティック相の時に液晶分子は互に平
行と々ろうとするため、散乱度が乏しくなシ、コントラ
ストの低下を招く。まだ、周囲温度が変動した場合には
等方性液体相の温度まで昇温するに必要な熱量の変化割
合が大きくなる。その結果、所望の散乱度を得るために
必要なヒータ電圧やパルス幅を大きく変化させることが
必要となり、ヒータ電圧やヒータ・セルス幅の設定余裕
度が小さくなる。したがって、従来のいずれの液晶表示
装置においても低消費電力で高速書き込みができ、しか
も高コントラストの表示を実現することは不可能であっ
た。

〔発明の目的〕

本発明は低消費電力で高速書き込みができ、かつ高コン
トラストの表示が可能で、しかもヒータ電圧の設定やヒ
ータ電圧パルス幅の設定余裕度が大きく、更に低信号電
圧駆動に適した液晶表示素子を提供しようとするもので
ある。

〔発明の概要〕

本発明は正の誘電異方性を有し、かつ高温下でネマティ
ック相を示すスメクテイック液晶にカイラル物質を、挟
持すべき液晶セルの基板間距離の１倍から６倍のへりカ
ルピッチ長を賦与できる量を添加して力るスメクテイツ
ク液晶組成物を用い、この液晶組成物を液晶セルに挟持
することを特徴とするものである。このようにスメクテ
ィック液晶に所定量のカイラル物質を添加した液晶組成
物を用いることによって、カイラル物質の分子が持つ螺
旋構造に起因する液晶分子同志のねじれ力によシ、等方
性液体時の散乱状態の凍結性が良好となり、より安定し
た散乱状態が得られる。その結果、等方性液体相の転移
温度と周囲温度との温度差を小さくしても十分に散乱度
を上げるととができ、高コントラストの表示が可能なた
め、等方性液体へ昇温するのに必要々消費成力を小さく
できると共に高速書き込みを実現できる。また、散乱度
の向上を、熱効果のみを利用して行なっているのではな
いため、ヒータの電圧（電流値）やヒータの・ぐルス幅
の設定に対する余裕度が大きくなる。

上記スメクティック液晶としては、例えばビフェニール
系液晶、アゾメチン系液晶、アゾキシ系液晶、エステル
系液晶、ビ１，１　ミジン系液晶或いはこれら液晶の混
合物等を使用することができる。

上記カイラル物質としては、例えば４−（２−メチルブ
チル）−４’　−（４−ｎ−ペンテルシクロヘキロキシ
カルボニル）ビフェニル、４−ｎ−へブトキシ−４’−
（２−メチルブチロキシカルボニル）ビフェニル、４−
（４−（２−メチルブチル）ペンツイロキシ〕ベンゾイ
ックアシド−４′−ｎ−ペンチルフェニルエステル等を
挙げることができる。

上記の如くカイラル物質の添加量を限定した理由はその
量を基板間距離の１倍未満のヘリカルピッチ長となるよ
うに添加すると、初期状態で既に白濁していることが多
く、加熱し冷却中のネマティック相状態で信号電極に通
電しても透明にならず、白濁した′！、まで、応答性が
悪くなる。かといって、その量が基板間距離の６倍を越
えるへりカルピッチ長となるように添加すると、カイラ
ル物質の添加効果が得られなくなる。

〔発明の実施例〕

次に本発明の詳細な説明する。

実施例 ビフェニル系のスメクティック液晶（ＢＤＨ（株）製部
品名；　Ｋ２４）と同系のスメクティック液晶（ＢＤＨ
（休）製部品名；に３０）とを等モル分率で混合し、こ
れにカイラル物質（チッ素（株）製部品名：　ＣＭ−２
０）を２重量％添刀口してヘリカルピッチ長が１３．７
μｍのスメクティック液晶組成物を調製した。

一方、金属膜からなるヒータ電極が付着されたガラス基
板と、酸化インジウムからなる信号電極が付着されたガ
ラス基板との対向面に垂直配向剤（住友３Ｍ（株）製部
品名；　ＦＣ−８０５）で垂直配向層を設けた。次いで
、垂直配向層が対向するように９μｍの間隔で平行に配
置した前記基板間に前述したスメクティック液晶組成物
を挟持し、基板間の周辺をシール材で封止して液晶表示
素子を製作した。

比較例１ ビフェニル系のスメクティック液晶（ＢＤＨ（株）製部
品名；　Ｋ２４）と同系のスメクティック液晶（ＢＤＨ
（株）製部品名；　Ｋ２Ｏ）とを等モル分率で混合した
スメクディック液晶材料を用いて実施例と同様、基板間
に挟持し、シール材で封止し一〇液晶表示素子を製作し
た。

比較例２ ネマティック相転移温度の高いスメクテイック液晶材料
を用いて実施例と同様、基板間に挟持し、シール材で封
止して液晶表示素子を製作した。

しかして、本実施例及び比較例１・２の液晶表示素子に
ついてスメクティックーネマテイック相転移温度、ネマ
ティック−等方性液体相転移温度、比較例１に対するコ
ントラスト比及び書き込み信号電圧の最小値を調べた。

その結果を下記表に示す。

表 また、本実施１１／ＩＪ及び比較例１・２の液晶表示素
子のヒータ電極に・ぐルス状の電圧を印加し、その電圧
値とパルス幅を変化させて、散乱状態実現可能なヒータ
電圧とヒータパルス幅の関係を調べたところ、図に示す
特性図を得た。図中のＡは本実施例の液晶表示素子の特
性線、Ｂは比較例１の同素子の特性線、Ｃは比較例２の
同素子の特性線である。なお各特性線の斜線部は許容範
囲を示す。

図示した特性図よシ明らかな如く、比較例１の液晶表示
素子は低圧で、しかも短いパルスの電圧で散乱状態を実
現できる。これは、上表に示した如く等方性液体への転
移温度と周囲温度との差が小さいので、少ない熱量でス
メクティック相から等方性液体相にまで昇温できるため
である。しかしながら、比較例１の液晶表示素子では上
表に示す如くコントラストが低く、シかも同図に示す如
くヒータ電圧値とそのパルス幅の設定余裕度は非常に低
い。

また、比較例２の液晶表示素子は散乱状態を実現するに
は高圧でしかも長いパルス幅の電圧を印加する必要があ
る。これは、等方性液体への相転移温度と周囲温度との
差が太きいため、ヌメクティック相から等方性液体相ま
で昇温するのに大量の熱を必要とするからである。しか
も、比較例２の液晶表示素子は高コントラストの表示が
可能であるものの、同図に示す如くヒータ電圧値とその
パルス幅の設定余裕度は非常に低い。

これに対し、カイラル物質を添加したスメクティック液
晶組成物を有した本実施例の液晶表示素子は比較例１の
素子に比べてヒータ電圧、パルス幅とも多少大きいが、
比較例２に比べて非常に小さい電圧１，４＋ルス幅で散
乱状態を実現できた。また、本実施例の表示素子のコン
トラストはカイラル物質をスメクティック液晶に添加す
ることによシ、カイラル物質無添加で同組成のスメクテ
ィック液晶を用いた比較例１に比べて２．６倍向上し、
かつネマティック相温度の高い比較例２を越える高コン
トラストの表示を達成できた。更に本実施例の液晶表示
素子は同図に示す如くヒータ電圧値とそのパルス幅の設
定余裕度が極めて高い。このため、周囲温度に変動があ
った場合でも、ヒータ電圧値、／４’ルス幅の設定を大
きく変化させることなく、安定した散乱状態を得ること
ができた。その他、本実施例の液晶表示素子は比較例１
，２とほとんど変わらない信号電極への信号電圧値で透
明状態にできた。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明によれば低消費電力で高速書
き込みができ、かつ高コントラストの表示が可能であり
、ヒータ電圧の４変動やヒータ電圧パルス幅の設定余裕
度が大きく、更に低信号電圧駆動も可能である等優れた
特性を有する液晶表示素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の液晶表示素子及び従来の２種の液晶表示素
子における散乱状態実現可能なヒータ電圧とヒータパル
ス幅との関係を示す特性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加熱用ヒータ電古き込み用信号電極を有しそれぞれ垂直
   配向処理層が形成された基板間にスメクティック液晶組
   成物を挟持してなる熱電気光学効果形の液晶表示素子に
   おいて、前記スメクティック液晶組成物として正の誘電
   異方性を有し、かつ高温下でネマティック液晶相を示す
   スメクティック液晶にカイラル物質を前記基板間距離の
   １倍から６倍のへりカルピッチ長を賦与できる量を添加
   したものを用いることを特徴とする液晶表示素子。