JPS6374030A - 液晶ディスプレイ - 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】 本発明は、電極と表面配向を有する２枚の板の間及び偏
光子の間に配置され、正の誘電異方性を有する高度にツ
イストされたネマチック液晶層からなる液晶ディスプレ
イ　（Ｌ　ＣＤ）セルに関する。

本発明は、より特定的には、ネマチック液晶層が極めて
小さい光路差を有する上述の種類のＬＣＤセルに関する
。

高度にツイストされたネマチック液晶を有するＬＣＤセ
ルが、オフ状態におけるそれらの強い干渉色にも拘わら
ず、ある場合には９０°ツイストを有する類似セルより
も仔利であることが知られている。「高度にツイストさ
れたネマチック構造」とは、９０″以上のツイ°ストを
有する構造を意味するものと理解されたい。勿論、この
ようなツイストを発生させるためには、通常はキラル添
加物をドープする必要がある。

高度にツイストされたネマチック構造を有する液晶セル
の主長所は、極めて急峻な電気・光学特性及び広い視角
範囲にある。急峻な電気・光学特性によって、高情報密
度の表示を発生するのに必要な高いマルチプレックス比
がもたらされる。

ゲストホスト効果に基く高ツイスト液晶セルの初期の提
案を除けば、着色材を使用しない最初の高ツイストネマ
チック液晶セルは＾ｍｓ　ｔｕ　ｔｚ等の欧州特許出願
１３Ｌ２１６号である。このセルの液晶は１８０”から
３６０６までのツイストを有している。偏光子は、スク
リーンの配向方向に対して２０″から７０°までの角度
にずらされている。

液晶の層の厚さとピッチの比ｄ／ｐは０．５乃至０．９
５である。セルは電極表面上に特別な壁配向を必要とす
るため、ネマチックディレクタの傾斜角が太き（なる。

この種類の壁配向は製造が複雑であり、従って高価であ
る。

その後、種々の分野の高密度情報応用におけるＬＣＤの
使用が増大したため、この特定の使用に対して高度なマ
ルチプレックス駆動性能が不可欠である。即ち、ツイス
トに対して、表面配向及び互に他に対する偏光子の配列
に対して、および光学的異方性Δｎの比率に対して９０
’乃至３６０６に亘る多くの角度が、またキラルをドー
プしたネマチック液晶の電極の距離或は厚さｄと固有ピ
ッチｐとの相互関係が示唆されている。開示された各高
ツイスト構造に対して種々の長所が述べられており、特
にマルチプレッス駆動性能及び視角範囲の改善が強調さ
れている。これらのディスプレイセルは強い干渉色を呈
する欠陥があり、もし色変動を避けようとすれば精密な
板間隔を必要とするために製造プロセスが高価になる。

またこれらのディスプレイの強い固有色は、特にカラー
テレビジョンにおいて或は着色されるディスプレイスク
リーンにおいて要求されるような無色電気・光学スイッ
チとしての使用の妨げとなる。

本発明がその目的として解決すべき問題はより良きＬＣ
Ｄに対する要望に基くものであり、特定的に列挙すれば
、低い固有色、グレー１−−ンを発生する可能性、簡易
な製造、高い光学的コントラストと共に短いスイッチン
グ時間、視角への依存性の低減、良好なマルチプレック
ス駆動性能及びセルの板間隔の変動に殆んど影古されな
いディスプレイ画面である。

セル及び材料パラメータの特別な組合せを用いると、高
ツイストネマチック液晶ディスプレイから従来知られて
いたよりも驚くばかりの遥かに良好な結果が得られるこ
とを発見した。

本発明によるＬＣＤセルは以下のような組合せが特徴で
ある。即ち： ツイスト角・φが１８０’； 光入射側の板における表面配向方向と偏光方向との間の
角βが０°或は９０°； 光入射側の板における偏光方向と光退出側の板における
偏光方向との間の角ψがβ−０６に対しては９０６、β
＝９０”に対しては−０６；光路差△ｎ・ｄ（ｄの単位
はμｍ）が０．２乃至０．７μｍ；及び 厚さとピッチの比ｄ／ｐが０．２乃至０．６゜上述の角
φ、ψ及びβは以下の範囲内で所与の値から変化させる
ことが可能である。

ツイスト角φの絶対値は右ツイスト或は左ツイストに対
して１２００乃至２６０”とすることができる； 角ψはＯ″乃至１８００とすることができる；角βは０
°乃至３６０°とすることができる；以上に限定された
角度範囲は、セルの正及び負の両コントラストディスプ
レイを含む。

正のコンｉ・ラストディスプレイにおいては電気的には
付勢されたセグメントは明るい背景上に暗く表示され、
−力負のコントラストディスプレイにおいてはこの状態
が反転する。

以下に添付図面に基いて本発明の詳細な説明する。

本発明によるＬＣＤセルは、ツイストされたネマチ・ン
クＬ　ＣＤ　（Ｍ、　５ｃｈａｄｔ、　Ｗ、　ｌ１ｅｌ
ｆｒｉｃｈ；八ｐｐｒ。

Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ、、Ｖｏｌ　１８．　ｍ４、（１
９７１）　１２７）のような公知のセルに酷似した構造
であるので、構造の詳細な説明は省略する。本発明によ
るセルは、互に平行な面に配置されている硝子、アクリ
ル系硝子、プラスチック箔等のような透明な材料製の２
枚の板２．３の間に配置された液晶層１からなる。

偏光子５はｖｉ、３の後側に配置され、例えば接着によ
って板３に接続することが好ましい。同様に偏光子４は
前側の仮２に組合わされている。これらの板２．３は間
隔ｄだけ互に離間されている。

板２及び３の液晶に近い方の表面には、文字或はドツト
を表示するためのセグメントに分けられた電極被膜６が
設けられている。またこれらの表面は、表面に接する液
晶分子に方向性効果を付与し、ネマチックディレクタＨ
の方向を決定するように処理されている。この処理は、
例えば表面を１方向にこするとか、成は配向層の斜め蒸
着被膜等であり、必ずしも必要ではないが傾斜角を与え
る上で何れも不利になることはない。この処理の結果を
、本明細書では表面配向と呼ぶ。矢印７は前側の仮２の
表面配向を示す。後側の板３の表面配向は前側の板２０
表面配向７に平行であり、矢印８で示されている。後述
するように、２枚の板の表面配向を必ずしも互に平行な
らしめる必要はない。セルの動作を損うことなく両方向
に変化させることが可能である。

前側の板の偏光子４は、その偏光方向が仮２の表面配向
に実質的に平行或は直角となるように配置される。後側
偏光子５は、セルが正のコントラストディスプレイで動
作する時に、その偏光方向が板３０表面配向と直角に、
或は平行になるように配置される。

液晶１はキラル添加材でドープされたネマチ・７り液晶
である。従って液晶１は所定のピッチｐを有する自発ツ
イストを呈する。キラル添加材による自発ツイストと表
面配向との間の共働の結果、液晶は１８０’のツイスト
を生ずる。この結果は第１図に示すように、前側の板２
上ではネマチックディレクタｎ１のツイストとなり、後
側の１反３上では前者に対して１８０°の０２となる。

第２図は、ネマチックディレクタと偏光方向との相対的
な角度関係を示す。前述の如く、Ｌは前側の板２上のネ
マチックディレクタであり、ｒ１２は後側の板３上のネ
マチックディレクタである。

２つのネマチックディレクタ間のツイスト角はψで示さ
れている。この角度は、好ましい実施例においては１８
０６である。しかし１８０°の何れの側へも変化させる
ことが可能である。右或は左ツイストの何れに対しても
、φの絶対値を１２０＠乃至２６０°とすることによっ
て満足できる結果が得られる。

前側の偏光子４の偏光方向はｐ、である。本実施例にお
いては、この方向はネマチックディレクタｎ１に平行で
ある。しかし方向ｐ、は角βだけネマチックディレクタ
Ｒ，から変化させることが可能であり、Ｑ’＜β＜　３
６０．’の範囲内で満足できる結果が得られる。しかし
、方向ｐＩをネマチックディレクタれに直角に、また偏
光方向ｐ２を６．に平行にすることも可能である。この
場合も０°くβく３６０°の範囲内で満足できる結果が
得られる。後側の偏光子５の偏光方向ｐ２は前側の偏光
子４の偏光方向ｐ、に対して角ψだけ回転させである。

正のコントラストディスプレイを企図する本例において
はこの角ψは９０’　　（交叉偏光子）である。しかし
、角ψは０６乃至１８０＠とすることができる。ψ＝Ｏ
”（平行偏光子）の場合、角φ及びβを上述のままとす
れば反転したコントラストが発生する。負のコントラス
トディスプレイを得るための別の実施例においては、φ
＝１８０°、β−０°及びψ＝１３５″である。

第２図には、これらの値の変化を破線群によって示しで
ある。

特に好ましい実施例、例えばφ＝−１７５°、β＝３５
０”及びψ＝７０６　（正コントラスト）、及びφ＝１
７５″、β＝５″及びψ＝１３５゜（負コントラスト）
において、厚さｄ＝５μｍの層内に以下の液晶混合体（
混合体Ａ）を使用した。

エチル〕ベンゼン この混合体に適切なキラル添加材も与えた。

本発明の第２の実施例は以下の混合体ｒＢＪを用いて準
備された。

へ千ブン刀ルホン葭 この混合体にも適切なキラル添加材を与えた。

成分の表示方法は液晶技術に習熟している者には周知で
ある。因みに、例えば、Ｍ、　５ｃｈａｄｔ等のＭｏ１
．　Ｃｒｙｓｔ、　Ｌｉｑ、　Ｃｒｙｓｉ　１２２（１
９８５）　２４１ｆｆ及びＰｒｏｃ、　Ｉｎｔ、　Ｄｉ
ｓｐｌ、　Ｒｅｓ、　Ｃｏｎｆ、、　Ｓａｎ　Ｄｉｅｇ
ｏ（１９８５）に所載の論文を参照されたい。

これら２つの混合体ｒＡＪ及びｒＢＪの全ての関連パラ
メータを次の表１にまとめて示す。

表　　　１ 蚕冷士ヨｆ」　洲倫徂り］」 透明点　Ｔｃ（！　（’Ｃ）　　　　　８１　　　　　
　７７融点Ｔｍ　（”Ｃ）　　＜−３０＜−３０誘電定
数、平行、ε　　　　　８．９９　　　　１０．３誘電
異方性Δε　　　　　　４．３１　　　　６．２ｎｏ　
　　　１．４８２　１．４９９ 光学異方性Δｎ　　　　　　　　Ｏ，０８８０，１２５
ｋｌ＋　（１０−１２Ｎ）　　１１．１３　１１．３４
に２□（１０−１２Ｎ）　　　４．９８　４．４７に２
□／ｋｘ　　　１．３１　１．０４粘度η（＋２２℃）
　　　　　　　２４　　　　　２７（ｍＰａ−ｓ） 粘度７７（−２０℃＞　　　　　　３５０　　　　　４
６０［ｍＰａ・Ｓ］ 光路差　△ｎ・ｄ　　（μｍ）　　　０．４４　　　　
０．６０これらの混合体を用いて得た電気・光学的結果
を次の表２に示す。本発明による新規セルを用いて達成
された結果を、従来のツイストされたネマチック（ＴＭ
）セル内に同一液晶混合体を用いて得られた値と−々対
照しである。

人ユ皇里皿 Ｖｌ。は１０％減光（或は透過）における光学的しきい
値電圧、 ■、。は５０％透過における電圧、 Ｐｏは次式による視角θ−ｏ　６における透過曲線の急
峻度 ■、。

Ｎ□８はアルド及びフッシコによるマルチプレックス可
能な線の最大数 γＴは０　’ｃ乃至４０″Ｃにおける電圧ＶＩＯのしき
い値の温度依存性 １丁　＝ Ｖ＋ｏ（４０℃）−ｖ＋０（ｏ’ｃ）　　　　１００！
°　　　　　　〔％／℃〕・ ４０℃　　　　　　Ｖ、。（２２℃） γθはθ＝１０６乃至４０″におけるしきい値電圧■１
゜の角度依存性 Ｔθ＝ 光路差△ｎ・ｄは、本例においては、混合体ｒＡｊを用
いると０．４４μｍであり、混合体「Ｂ」の場合には０
．６μｍである。これは０．２５　＜△ｎ・ｄ＜０．７
μｍの範囲内で調整可能であり、この範囲内では良好な
結果が得られる。

層厚ｄと固有ピッチｐとの比の絶対値は、本例において
は約０．３であり、０．２＜　ｄ　／　ｐ　＜　０．８
の範囲内で変化させることができ、この範囲内では良好
な結果が得られる。

第３図は口先において得られた電気光学挙動のコントラ
スト特性曲線を示す。この曲線の顕著な急峻さは、この
種のセルが高いマルチプレックス比を提供できることを
示している。事実、５：１のコントラストにおいて１０
００：１以上のマルチプレックス比が達成されている（
表２参照）。

また角度依存性も９０°ＮＴセルよりは這かに良好であ
り（表２）、少なくとも他の公知高ツイストセル構造の
それに等しい程良好である。「オフ」及び「オン」の両
状態における曲線の波打ちが極めて少ないのは、セルの
固有着が低い（黒・白或は黒・自コントラスｌ−）結果
である。

特に良好な結果が得られた光路差△ｎ・ｄ及び角φ、β
及びψの限定された値を表３及び表４にまとめて示す。

従ってこれらの配列が本発明の好ましい実施例を表わし
ている。キラル添加材によるドーピングは、何れの場合
においても、結果的に得られるピッチ及び板間隙が最も
望ましいツイスト角φを与えるように選択されている。

表３は正のコントラストを得る配列を、また表４は負の
コントラストを得る配列を示す。

天−一一支 １８０　　　　０．４〜０．７　　０±２０　　　９０
±２０〃〃９０±２０　　　−８０±２０ ２１０　　　　０．４〜０．５　　０±２０　　　９０
±２０〃　　　　　　　　〃　　　　　９０±２０　　
　−８０±２０〃　　　　　　　　０．６　　　　　０
±３０　　　９０±２０〃　　　　　　　　〃　　　　
　１００±２０　　　−９０±３０〃０．７　　　　１
０±３０　　　７０±３０〃　　　　　　　　〃　　　
　　１１０±２０　　−１１０±２０２４０　　　　　
　０．４　　　　１０±２０　　　９５±２０〃　　　
　　　　　〃　　　　　１００±２０　　　−９０±２
０〃０．５　　　　３０±２０　　　９５±１５〃　　
　　　　　　〃　　　　　１２０±２０　　　−９０±
２５〃０．６　　　　３０±２５　　　８５±２０〃　
　　　　　　　〃　　　　　１２０±２５　　　−９０
±２５〃０．７　　　　３０±２５　　　８０±３０〃
　　　　　　　　〃　　　　　１３０±３０　　−１０
０±２５２７０　　　　　　０．５　　　　３０±３０
　　　８０±２０／／　　　　　　　　０．６　　　　
５０±３０　　　７０±３０〃　　　　　　　　　　　
　　　１４０±３０　　−１００±３０〃　　　　　　
　　０．７　　　　６０±３０　　　６０±３０〃　　
　　　　　　〃　　　　　１４０±３０　　−１００±
３０１８０　　　　　０．４　　　　　２５±２０　　
　４０±２０〃　　　　　　　０，５　　　　　３０±
２０　　　３０±２０〃　　　　　　　　〃　　　　　
１２５±２０　　　４０±２０〃　　　　　　　０．６
　　　　　４０±２０　　　１０±２０〃　　　　　　
　　〃　　　　　１３０±２０　　　１０±２０〃　　
　　　　　０．７　　　　　６０±２０　　　　１５０
±２０〃　　　　　　　　〃　　　　　１５０±２０　
　　　１５０±２０２１０　　　　　０．４　　　　　
４０±２０　　　５０±２０〃　　　　　　　　〃　　
　　　１３０±２０　　　５０±２０〃　　　　　　　
０．５　　　　　４５±２０　　　３０±２０〃　　　
　　　　　〃　　　　　１３５±２０　　　３０±２０
〃０．６　　　　　６０±２０　　　１０±２０〃　　
　　　　　　〃　　　　　１５０±２０　　　１０±２
０〃０．７　　　　　８０±２０　　　１６０±２０〃
　　　　　　　　〃　　　　　１７０±２０　　　　１
６０±２０２４０　　　　　　０．５　　　　１６０±
２０　　　３０±２０〃　　　　　　　０．６　　　　
　７５±２０　　　２０±２０〃　　　　　　　　〃　
　　　　１７０±２０　　　１０±２０〃　　　　　　
　０．７　　　　　　０±３０　　　　１７０±２０〃
　　　　　　　　〃　　　　　８５±２０　　　　１７
０±２０２７０　　　　　　０．５　　　　１７０±２
０　　　４０±２０〃０．６　　　　　１０±２０　　
　２０±２０〃　　　　　　　　〃　　　　　１００±
２０　　　２０±２０〃０．７　　　　　３０±４０　
　　１０±２０〃　　　　　　　　〃　　　　　１２５
±４０　　　１０±２０上記セルは透過型及び反射型で
作動させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＬＣＤセルの概要図であり、 第２図は表面配向と偏光子との相対角度配列を示す図で
あり、そして 第３図は好ましい実施例の電圧・コントラスト曲線であ
る。 １・・・・・・液晶層、　　　　２．３・・・・・・透
明な板４．５・・・・・・偏光子、　６・・・・・・電
極、７．８・・・・・・表面配向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電極及び表面配向を有する２枚の板の間に配列され
   、正の誘電異方性を有する高度にツイストされたネマチ
   ック液晶からなる液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）セルであ
   って：ツイスト角φが１８０°；光入射側の板の表面配
   向方向と偏光方向との間の角βが０°或は９０°；光入
   射側の板の偏光方向と光退出側の板の偏光方向との間の
   角ψがβ＝０°に対して９０°、またβ＝９０°に対し
   て−０°；光路差△ｎ・ｄが０．２乃至０．７μｍ；及
   び厚さ及びピッチの比ｄ／ｐが０．２乃至０．６の組合
   せからなり：角φ、ψ及びβの値は上記所与の値から、
   ツイスト角φに関してはその絶対値を右ツイスト及び左
   ツイストに対して１２０°乃至２１０°の範囲内で、角
   ψに関しては０°乃至１８０°の範囲内で、また角βに
   関しては０°乃至３６０°の範囲内で、それぞれ変化さ
   せ得ることを特徴とするセル。 ２、ツイスト角が１８０°であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のセル。 ３、φ＝１８０°、β＝０°及びψ＝９０°であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセル。 ４、φ＝１８０°、β＝０°及びψ＝１３５°であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセル。 ５、角β＝０°±１０°及び角ψ＝９°±４０°である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセル。 ６、β＝０°及びψ＝１３５°であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のセル。 ７、β＝９０°±１０°であり、偏光子が交叉している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセル。 ８、光路差が０．４乃至０．６μｍであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のセル。 ９、厚さとピッチの比ｄ／ｐが０．２９乃至０．４であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のセル。 １０、セルは反射型で作動させられることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のセル。