JPH01124830A

JPH01124830A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH01124830A
Application number: JP62285016A
Authority: JP
Inventors: Sachiko Ichimura; 市村　幸子; Shuichi Kanzaki; 修一神崎; Fumiaki Funada; 船田　文明; Hideo Saito; 秀雄斎藤; Kenji Furukawa; 古川　顕治
Original assignee: Sharp Corp; Chisso Corp
Current assignee: JNC Corp; Sharp Corp
Priority date: 1987-11-10
Filing date: 1987-11-10
Publication date: 1989-05-17
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: EP0316181A2; KR890008594A; EP0316181A3; KR930001237B1; JP2594583B2; US4913530A

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】（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）従来のツィステッド・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ｌのラビング方
向、ｉｔ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の偏光軸方向１２および偏
向板９の偏光軸方向Ｉ３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Ｖ　ｒｍｓ（ＯＦ　Ｆ　）との比αは、で表わされる。

この式でＮ−１１００とするとα−１となる。すなわち
、度ｒＮの増加に伴いＶ　ｒｍｓ（ＯＦ　Ｆ　）とＶｒ
ｍｓ（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Ｖ　ｒ＋ｍ５（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／ｐ：：φ／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２ＩＯ°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
ライブドメインが発生し、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−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Ｔ　Ｎ　
Ｉ　（ｎｅｓａｔｉｃ　−ｉｇｏｔｒｏｐｉｃ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、ＴＮｌ（液晶材料のｎｅｍａｔｉｃ　−１ｓｏｔｒ
ｏｐｉｃ転移温度）と高くする必要がある。（一般にＴ
ＮＩ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＜＜、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１０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ろとともに該
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、前記液晶分子のら仕ん
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、ｎｌ＋ｎｌは１０以下の自然数を示す）（こ
こでｎ＋　、ｎ＋は１０以下の自然数を示す）および（ここでｎ　ｓ　＊　ｎ　ｓ　＊　ｎ　ｓは１０以下の
自然数を示す）からなる群から選択される少なくとも１
種類以上の化合物を合計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
装置を提供する。

（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ｌ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５７．６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
１１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ｌのラビング方向ＩＯ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中に２０ｗｔ％添加する液晶化合物従来例４　　　Ｃｅ１Ｌａ　ｕＣＯＯ＋ＣＮ従来例５　
　　Ｃ，Ｈ，、−一ンイコトＣＮ従来例６　　　Ｃ３１
１？べαΣ【フヒＣＮ母体液晶への組成については、以
下のように示す。

Ｃ５Ｈ−■（ｙｃＮ１５ｗｔ％Ｃ３Ｈ？ｅｃＮ　　　　　１０ｗｔ％Ｃ５Ｈｙ８ＣＯＯ＋ＯＣ４１１１１１５ｗｔ％Ｃ，Ｈ，
，８ＣＯＯ（トＣｌｌ５　１０ｗｔ％Ｃ４１１１１８Ｃ
ＯＯ＋Ｃ−Ｈ５１０ｖｔ％Ｃ３ｌＩ？ＷＣｓＩＩ？　　
　１０ｖｔ％Ｃ３１（？ｐＣ！Ｈ８５ｗｔ％Ｃ５Ｈｓ！ＯＣ山１５ｖｔ％Ｃ，Ｈ，ＩＣ０ＯＣＩＬｓ　　　１０ｗｔ％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。

実施例１　　８３　　　　　０．６２　　１．０５従来
例１　　７Ｂ　　　　　　０．５７　　１．０９従来例
２　　４５　　　　　０．５８　　１．０９従来例３　
　４Ｂ　　　　　　０．５５　　１．０８従来例４　　
４５　　　　　０．５３　　１．０８従来例５　　５２
　　　　　０．４９　　１．０９従来例６　　４２　　
　　　０．４５　　１．０６従来例７　　５８　　　　
　０．５６　　１．０８従来例８　　５５　　　　　０
．５７　　１．１０＊）ねじれ角が２４０°のセルで測
定＊＊）Δｎｄ（液晶の複屈折率と液晶層厚との積）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＠とじ、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、■１０％／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っては、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！ａ液晶材料を
、母体液晶に２０ｖｔ％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。

母体液晶Ａ中に２０ｗｔ％添加する液晶化合物従来例９　　　Ｃ，ＩＩ？％Σ【コトＣＩ＋３従来例１
０　　　ｃｓｎ＋＋べ万Σく）ペコヒＣｔｌｌｓ従来例
１１　　　Ｃ，１１，ベアΣ（コ←Ｃｏｏ８Ｃ３Ｈ？従
来例１２　　　Ｃ山べαΣ（Ｂトｃｏｏ舎Ｃ３＋１゜従
来例１３　　　Ｃ晶−（ＱΣ【コトｃｏｏ÷Ｃ山実施例
！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。

実施例１　　８３　　　　　０．６２　　１．８従来例
９　　８０　　　　　０．５４　　２．１従来例１０　
　７８　　　　　０．５８　　２．０従来例１１　　７
０　　　　　０．４７　　２．３従来例１２　　８１　
　　　　０．４５　　２．５従来例１３　　８１　　　
　　０．４９　　２．２＊）ねじれ角が２４０６のセル
て測定＊＊）Δｎｄを０．８に設定し、イエローモードで、ね
じれ角が２４０°のセルで電気光学特性を測定し、Ｖ９
０％（透過率が９０％の時の印加電圧）をｖｔｈとした
。

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ｖ
ｔｈ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）ＣｓＩＩ＋　ｔｅＣＮ　　　５ｗｔ％Ｃ３１１？舎ｃｏｏ÷ＯＣ山１ｊ）ｗｔ％ｃ、Ｉｌ、、
８ｃｏｏ÷０ＣＩＩｓ　１０ｗｔ％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℃）で結晶化せずかつ島い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）Ｃ３１１？唖ＸｙＣＮ　　　１０ｗｔ％Ｃ６１１１、ｌ
ＣＮ　　　１０ｗｔ％Ｃ７Ｉ１１６ｕＣＮ　　　１０＊ｔ％ＣＪ、８ＣＯＯ−Ｃ）−０Ｃ，Ｈｓ　５ｖｔ％Ｃ３）１
４ｃＯｏｕＯＣＨｓ　５ｗｔ％Ｃ，ｔ＋、（）■＋Ｃｏ
ＩＩ？　１０１ｔ％ｃ、Ｈ，（矢ＭＣ，■、鎮％Ｃｓ１ｌ＋！０ＣｔＨｓ　　　１０ｗｔ％Ｃ３１し■べ
ΣＯＣ，１，１懺％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１０５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、′ｒＮｌ
について９０℃以上の極めて高い温度を得ろことが可能
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２日←９（ΣＣＮで表わされる構造を持つ化合物を使用したが２ＭＢ札（
巳ト（）シｏｏ舎Ｃに　　　　（右旋性）２ＭＢ札（り
べ）ＯＣＯＯ＋Ｃｓ１ｌ＋　＋　　　　（右旋性）２Ｍ
Ｂ木（■ヒ（）べｏｏ舎０Ｃ１１Ｈ１３（右旋性）２Ｍ
Ｂ札（コトｃｏｏ舎ＯＣ，１１，，（右旋性）２ＭＢ＊
−０→３Σ（ΣトＣＮ　　　　　　　　　（左旋性）２
ＭＢ＊−０舎ｃｏｏ舎ＣＭ　　　　　　　（左旋性）２
ＭＢ＊−Ｃｏｏ→［Ｆ］Σに■←Ｃ，Ｉ１．．　　　　
　　（左旋性）（ここで、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−ＣＩ２．−０ＣＯＣ，１１，ワ、−ｏｃｏ＠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、゛ツィステッド・ネマチック型液晶表示装置では
、近年マルヂプレックス駆動特性を向上さ仕るためには
、液晶のねじれ角をできるだけ太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温度か高いことによる）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、本発明のツィステッド・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、本発明のツィステッド・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、本発明のツィステッド・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、デイ−ティー比はｌ／１００Ｄｕｔｙ
でｄ／ｐの設定は、φ／３６０−０゜１５とし、液晶材
料についてはＰＣＩ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、ＰＣＭ系のものを適用した。第８図は、゛　　化合物群Ｃの母体液晶へに対する添加量の液晶の物性定数及び２４
０°ツイストセルにおける特性への影響を示した図であ
る。ｌ・・・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ｌ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。第１図　　　　　　　　　　第２図１゜１５図第６図第７１ｉｉ１１局σへｐ４ｓ第８図２１／２１

Claims

【特許請求の範囲】

（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 ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ）（ここで、ｎ＿１、ｎ＿２は１０以下の自然数を示す）
▲数式、化学式、表等があります▼（II）（ここでｎ＿３、ｎ＿４は１０以下の自然数を示す）お
よび ▲数式、化学式、表等があります▼（III）（ここでｎ＿５、ｎ＿６、ｎ＿８は１０以下の自然数を
示す）からなる群から選択される少なくとも１種類以上
の化合物を合計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。