JP2594583B2

JP2594583B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP2594583B2
Application number: JP62285016A
Authority: JP
Inventors: 幸子市村; 修一神崎; 文明船田; 秀雄斎藤; 顕治古川
Original assignee: Sharp Corp; Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp; Sharp Corp
Priority date: 1987-11-10
Filing date: 1987-11-10
Publication date: 1997-03-26
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: KR890008594A; EP0316181A3; US4913530A; KR930001237B1; JPH01124830A; EP0316181A2

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、新規な液晶材料を用いてマルチプレックス
駆動特性を向上させたスーパーツイステッド・ネマチッ
ク（TN）型の液晶表示装置に関するものである。

（従来の技術）従来のツイステッド・ネマチック（TN）型液晶表示装
置の模式的断面図を第３図に示す。同図において、二枚
の電極形成基板1,2間でネマチック液晶分子をねじれら
せん構造をなすように配向させるには、例えば、斜蒸着
法や電極基板の液晶に接する面を布で一方向にこするい
わゆるラビング法等が用いられる。このようにして配向
処理された二枚の電極基板1,2を、第３図に示すよう
に、各々配向方向が互いに直交するように対向させ、そ
の間隙に正の誘電率異方性を有するネマチック液晶７を
封入すると、液晶分子はその電極基板1,2間で90゜回転
したらせん構造の分子配列を呈することになる。第４図
において、10が上側の電極基板１のラビング方向、11が
下側の電極基板２のラビング方向である。このようにし
て構成された液晶セルの上下には偏向板8,9が設けられ
るが、偏向板８の変光軸方向12および偏向板９の偏光軸
方向13は上下二枚の電極基板1,2の配向方向にそれぞれ
ほぼ一致するように配置される（第４図参照）。なお、
第３図において、3,4は透明電極、5,6は配向膜である。

ところで、このような従来のマトリックス型液晶表示
装置を度数Ｎの最適電圧平均化法で駆動するとき、点灯
画素における実効電圧Vrms（ON）と非点灯画素における
実効電圧Vrms（OFF）との比αは、で表わされる。

この式でＮ→∞とするとα→１となる。すなわち、度
数Ｎの増加に伴いVrms（OFF）とVrms（ON）との差が減
少する。したがって、表示情報量の大きなマトリックス
型液晶表示装置の実現に当たり、Vrms（ON）とVrms（OF
F）との電圧差が小さくても良好なコントラスト比を得
るには鋭い閾特性を有する液晶材料の開発や配向膜の改
良等が要求される。特に近年、液晶表示装置の分野にお
いて、表示情報の増加に伴い表示情報量の拡大化への要
求が強まりつつある。しかし、このような従来のTN液晶
表示装置では、度数Ｎの増加に十分対応できない状況と
なっている。

そこで、上記問題点を改良する方法として、液晶分子
のねじれ角度φを90゜よりも大きく設定することでマル
チプレックス駆動特性を改善する試みが提案されてい
る。これは、液晶分子のねじれ角度を90゜より大きくす
るために、液晶分子のねじれらせん構造を誘起させる光
学活性物質をより多くネマチック液晶に添加するもの
で、この結果生じるネマチック液晶のらせんピッチｐと
液晶層厚ｄとの比d/pがほぼd/pφ/360゜を満足するよ
うに該光学活性物質の添加量を調整して行われる。

発明者により新たにブレンドした液晶を、液晶セルに
適用し、液晶のねじれ角φとコントラスト比との関係を
測定すると、第６図のようになった。ここで、液晶のね
じれ角φが大きくなると、コントラスト比が著しく増加
しているが、この傾向は、他のブレンド液晶を適用した
場合も同様であることも確認している。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、このように、液晶のねじれ角φが210゜以上
となるような、液晶表示装置では、d/pが一定値を超え
ると、電圧印加時に、液晶分子の配向が乱れて、ストラ
イプドメインが発生し、この結果、光が散乱して、コン
トラスト比がとれないという問題があった。ここでd/p
とは（液晶層厚）／（液晶の固有ピッチ）をさす。この
ストライプドメインは、同一の液晶材料を適用した場
合、液晶のねじれ角φが大きくなるにつれて、生じやす
くなり、ドメインの生じない最大d/p値は、減少する傾
向にある。（第７図参照）コントラスト比の大きい、液
晶表示装置であっても、ドメインの生じない、d/pの範
囲の広さ｛Δd/p（φ）｝が0.1以下と非常に狭くなる
と、信頼性、セル厚ムラ他の観点から、実際の使用は不
可能であることが確認されている。

また、上記のドメイン発生の問題を解消するために、
斜方蒸着法により配向膜を形成し、液晶分子と電極基板
とのなす角度、すなわちプレチルト角を約30゜大きくす
る方法が行われているが、この斜方蒸着法では均一な配
向膜を大面積に亙って形成するのが容易ではなく、液晶
表示装置の大面積化が困難であるという問題があった。
さらに、この方法は多数の電極形成基板上に同時に一様
な配向処理を行うことが難しいため、量産化が困難であ
るという問題もあった。

このため、配向膜の形成に関しては、ポリイミド膜の
ような誘起配向膜塗布した後、ラビング処理を行なう方
法がとられているが、この場合、プレチルト角が20゜
で、一般には数度程度であるとセル内に封入する液晶材
料をうまく選択しなければ上記のドメインが発生してし
まう。

また、上記液晶表示装置では、動作温度範囲内におけ
る表示色の変化が大きな問題となっている。

例えば、メルク製のCB−15を適量添加したTNI（nemat
ic−isotropic転移点）が65℃の液晶を、第２図で示し
たような、イエローモードの270゜ツイストの液晶セル
（図中、β＝60゜，γ＝30゜，またΔndは0.8付近に設
定した）に適用した場合、温度を０℃から50℃へと変化
させてやると、電圧無印加時の液晶セルの色調は、黄橙
色→黄緑色→青緑色と大きく変化する。

本液晶表示装置は、一般にLSIで駆動するが、そのた
めには、LSIの耐圧の点より液晶セルの電圧しきい値を
ある程度小さくする必要がある。

また、走査ライン数が増加するにつれて、電圧しきい
値をより小さくし、かつより鋭い閾特性を有する必要が
ある。

（問題点を解決するための手段）前記ドメインの発生を抑制するためには、プレチルト
角が、ある程度（10以上）大きくなるような、性質を持
つ配向膜を選択し、かつ、液晶表示装置中のセル内に封
入する液晶材料については、ドメインの発生を抑制する
性質を有する化合物を含有することが必要となる。動作
温度範囲内における、表示色の変化を少なくするために
は、TNI（液晶材料のnematic−isotropic転移温度）と
高くする必要がある。（一般にTNI温度は80℃以上が必
要）また走査ライン数が増加しても、駆動可能で、かつ、
高いコントラスト比を得るためには、電圧しきい値を下
げる働きを有する液晶材料の適用及び、鋭い閾値特性を
有する液晶材料の適用が必要となってくる。

そこで、ラビングによる配向処理を行なった液晶パネ
ルで、ドメインが生じにくく、TNI温度が高く、電圧し
きい値が低く、かつ閾値特性が鋭いような性質を持つ、
混合液晶材料を見出した。

即ち、本発明はプレチルト角が１゜から30゜の範囲内
で液晶分子配向処理の施された配向膜が電極上に形成さ
れた一対の基板を相対向するように配置させ、この一対
の基板間に光学活性物質が添加された正の誘電率異方性
を有するネマチック混合液晶を介在せしめるとともに該
液晶分子の長軸方向の平均配向方向（ディレクター）
が、両基板面で所定の角度φずれたねじれらせん構造を
有する液晶パネルであって、前記角度φを210゜≦φ≦3
00゜の範囲に設定し、かつ、前記液晶分子のらせんピッ
チｐと前記液晶セルの層厚ｄとの比d/pを（φ/360−1/4）＜d/p＜φ/360 の範囲に設定したスーパーツイステッド・ネマチック型
液晶パネルを構成要素とする液晶表示装置において、そ
の液晶セル内に封入するネマチック液晶として、一般式
が（ここで、n₁,n₂は10以下の自然数を示す）で表わされる少なくとも１種類以上の化合物を10％以上
含有することを特許とするスーパーツイステッド・ネマ
チック型の液晶表示装置を提供する。このネマチック液
晶には、以下に示される化合物（II）および／または
（III）を更に含んでもよい。

（ここでn₃,n₄は10以下の自然数を示す）および（ここでn₅,n₆,n₆は10以下の自然数を示す）（実施例）第１図に本発明に係る液晶セルの模式的断面図を示
す。同図において、上側ガラス基板１の下面および下側
ガラス基板２の上面に酸化インジウムからなる透明電極
3,4をそれぞれパターン化して形成し、その表面にポリ
イミドシラン系高分子被膜からなる配向膜5,6をそれぞ
れ形成し、さらに、その表面を布で一定方向にラビング
処理して液晶セルとした。なお、７は液晶層、８は上側
偏光板、９は下側偏光板である。

配向膜5,6は、Ｎ−メチルピロリドン中で1,3−ビス
（アミノプロピル）−テトラメチルジシロキサン0.1モ
ル、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル0.9モル、3,
3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物1.0
モルを縮合して得られるポリイミドシラン系高分子の前
駆体であるポリアミド酸の30重量％Ｎ−メチルピロリド
ン溶液をスピンナーを用いて塗布し、その後350℃で１
時間加熱して閉環させたものである。

第２図は、上記した構成の液晶表示装置におけるラビ
ング角度と液晶分子のねじれ角度および偏光板の設置角
度との関係を示す図である。同図において、φは上側ガ
ラス基板１のラビング方向10と下側ガラス基板２のラビ
ング方向11とのなす角度を表わし、またφは液晶分子の
ねじれ角度を表わし、φ＝360゜−φを満たすように調
節されている。ところで、液晶分子のねじれ角度は、ネ
マチック液晶に光学活性物質を添加することにより誘起
される固有のらせんピッチｐと液晶層の層厚ｄとの比d/
pの値に依存し、液晶分子のねじれ角度をφにするため
には、（φ/360゜−1/4）＜d/p＜（φ/360゜）の範囲に
調節する必要がある。

そこで液晶材料についてであるが、母体液晶を固定
し、下記の構造を持つ液晶化合物を、20wt％ずつ添加し
特性を測定した。各実施例及び従来例の組成について
は、下表に示す。

母体液晶Ａの組成については、以下のように示す。

下記に実施例１及び従来例１〜従来例８の物性値及び
特性を示す。

を0.8に設定し、イエローモード（偏光板の設定につい
ては、第２図中、β＝45゜，γ＝45゜とし、カイラルド
ーパントとしては、メルク製のCB−15を添加した。）
で、ねじれ角が,240゜のセルで電気光学特性を測定し、
V10％/V90％（透過率が90％の時の印加電圧と、透過率
が10％の時の印加電圧との比）をとり、αとした。電気
光学特性カーブにつては、第５図に示す。前出の表か
ら、実施例１中に含まれるは、比較例中の他の化合物に比較して、TNI温度を上昇
させる作用及び、ドメイン抑制効果が強いと同時に閾値
特性を鋭くする効果がより強いことが確認され、前記問
題点の解決に非常に有効であることが分かった。また、
母体液晶の組成を変えた場合についても、は上記と同様に、TNI温度を上げる効果、ドメインを抑
制する効果及び閾値特性を鋭くする効果が共により強い
ことが確認されている。またねじれ角210゜≦φ≦300゜
の範囲内において同様の効果が確認されている。

また、下記の構造を持つ、高温度のNn型液晶材料を、
母体液晶に20wt％ずつ添加し、検討した。実施例及び各
従来例の組成については、下表に示す。

実施例１及び従来例９〜従来例13における、物性値及
び特性について次表に示す。

上表より、は、他のNn型の液晶材料よりも、TNI温度の上昇効果、
ドメイン抑制効果（d/p＞0.6）及びVth低減化効果が強
く、有効である事が分かる。

また、母体液晶の組成系を変えた場合及び、液晶のね
じれ角φを変えた場合についても、について同様の効果が確認されている。

次に、を用いて、液晶のブレンドを行ない、特性について調べ
た。以下組成について示す。

（実施例２）以上のように、化合物群Ａと、化合物群Ｂとを併用す
ることによって、低温（−25℃）で結晶化せずかつ高い
TNI点を持つ液晶材料が得られることを確認している。

（実施例３）以上のように、組成を示した、実施例２及び実施例３
の混合液晶について、物性定数、特性について、下表に
示す。

以上のように、実施例において、ドメインが生じにく
く、閾値特性が鋭く、TNIが高く電圧しきい値に関して
も、LSIで駆動可能な程度に低く、かつ、応答時間も短
い、数々の良好な特性及び物性を示す、混合液晶を作製
することができた。また、で示す、化合物群Ｃの母体液晶Ａに対する。添加量と、
TNI、240゜ツイストセルにおける特性（ドメインの生じ
ない最大d/p値、閾値特性）について第８図に示す。

ここから、化合物群Ｃで代表される型化合部を少なくとも10wt％以上添加することによっ
て、TNIの上昇、ドメイン抑制、及び閾値特性を鋭くす
る強い効果が確認されている。

また、で表わされる。

液晶を合計10％以上、添加することによって、LSIで
駆動可能な程度、低い電圧しきい値を得ることが可能で
あることを確認している。

また、で表わされる。

液晶を合計５％以上、添加することによって、TNIに
ついて90℃以上の極めて高い温度を得ることが可能とな
ることを確認している。

ツイストディスクリネーション防止のための添加する
光学活性物質についてであるが、本実施例においては、
右旋性ので表わされる構造を持つ化合物を使用したが（ここで、 2MB^＊はＣ^＊は不斉炭素である）で示されるカイラル・ネマチック液晶や（ここで、Ｘは−Cl,−OCOC₈H₁₇, である）で示されるコレステロール環をもつコレステリック液晶
でも本実施例と同様のことを確認している。

＜発明の効果＞当該、ツイステッド・ネマチック型液晶表示装置で
は、近年マルチプレックス駆動特性を向上させるために
は、液相のねじれ角をできるだけ大きく設定する動向が
見られている。（第６図参照）実施例で説明したような、液晶のブレンドを行なうこ
とによって、ラビング処理配向膜のセルにおいて、液晶
のねじれ角を大きくしても、ドメインが生じにくく、ま
た動作温度の変化による色変化も小さく（TNI温度が高
いことによる）マルチプレックス特性の優れた（閾値特
性の鋭いことによる）かつLSIで駆動可能な、液晶表示
装置を作成することができた。また応答に関しても、従
来のもと比較して十分速いことを確認している信頼性の
面でも、従来の混合液晶と比較して、問題がないことを
確認している。尚、本発明組成物は、コンペンセータと
しての逆カイラリティのスーパーツイストパネルを組み
合わせた２層型のスーパーツイスト型LCDの表示信号印
加側の液晶表示装置用パネルの液晶材料としても適して
いることが確認されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のツイステッド・ネマチック型液晶表
示装置の模式的断面図である。第２図は、本発明のツイステッド・ネマチック型液晶表
示装置のラビング角度及び偏光板の設定角度を説明する
図である。第３図は、従来のTN型液晶表示装置の模式的断面図であ
る。第４図は、従来のTN型液晶表示装置のラビング角度及び
偏光板の設定角度を説明する図である。第５図は、本発明のツイステッド・ネマチック型液晶表
示装置をイエローモードに設定した場合におけるTR（光
の透過率；単位％）とＶ（印加電圧；単位Ｖ）との関係
を示す特性図である。第６図は、コントラスト比のねじれ角度φ依存性を示す
図である。なお、ディーティー比は1/100Dutyでd/pの設
定は、φ/360−0.15とし、液晶材料についてはPCH系の
ものを適用した。第７図は、ドメインの生じないφ度ツイスト領域の、d/
pの範囲の広さのφに対する依存性を示す図である。液
晶材料については、PCH系のものを適用した。第８図は、の母体液晶Ａに対する添加量の液晶の物性定数及び240
゜ツイストセルにおける特性への影響を示した図であ
る。１……上側ガラス基板、２……下側ガラス基板、3,4…
…透明電極、5,6……配向膜、７……液晶層、８……上
側偏光板、９……下側偏光板、10……上側ガラス基板１
のラビング方向、11……下側ガラス基板２ののラビング
方向、12……上側ガラス基板側偏光板８の偏光軸方向、
13……下側ガラス基板側偏光板９の偏光軸方向。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者船田文明大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シヤープ株式会社内 (72)発明者斎藤秀雄神奈川県横浜市金沢区乙舳町10番１号 (72)発明者古川顕治神奈川県横須賀市久里浜１丁目16番７号 (56)参考文献特開昭63−196685（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−106020（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−33522（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プレチルト角が１゜から30゜の範囲内で液
晶分子配向処理の施された配向膜が電極上に形成された
一対の基板を相対向するように配置させ、この一対の基
板間に光学活性物質が添加された正の誘電率異方性を有
するネマチック混合液晶を介在せしめるとともに該液晶
分子の長軸方向の平均配向方向（ディレクター）が、両
基板面で所定の角度φずれたねじれらせん構造を有する
液晶パネルであって、前記角度φを210゜≦φ≦300゜の
範囲に設定し、かつ、前記液晶分子のらせんピッチｐと
前記液晶セルの層厚ｄとの比d/pを（φ/360−1/4）＜d/p＜φ/360 の範囲に設定したスーパーツイステッド・ネマチック型
液晶パネルを構成要素とする液晶表示装置において、そ
の液晶セル内に封入するネマチック液晶として、一般式
が（ここで、n₁,n₂は10以下の自然数を示す）で表わされる少なくとも１種類以上の化合物を10％以上
含有することを特徴とするスーパーツイステッド・ネマ
チック型の液晶表示装置。
【請求項２】ネマチック液晶が、さらに（ここでn₃,n₄は10以下の自然数を示す）で表わされる少なくとも１種以上の化合物を10％以上含
有する請求項１記載のスーパーツイステッド・ネマチッ
ク型の液晶表示装置。
【請求項３】ネマチック液晶が、さらに（ここでn₅,n₆,n₇,n₈は10以下の自然数を示す）で表わされる少なくとも１種以上の化合物を５％以上含
有する請求項１または２記載のスーパーツイステッド・
ネマチック型の液晶表示装置。