JPH07225388A - アクティブマトリクス型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】マウス対応あるいは動画表示可能な高速応答す
る横電界方式の液晶表示装置を得る。また、高コントラ
スト，視角特性が良好で多階調表示が容易，明るい，低
コストといった特徴を有した液晶表示装置を得る。 【構成】ｎ×ｍ個のマトリクス状の画素を形成する電極
群，アクティブ素子からなる所定の駆動手段を有し、該
電極群が液晶組成物層に対して界面に平行な電界を印加
する構造を付設し、対向する基板間のギャップが６μｍ
以下であって、応答時間が１００ｍｓ以下１ｍｓ以上で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低コスト，広視角及び
マウス対応，動画対応可能な高速応答を合わせもつアク
ティブマトリクス型液晶表示装置に関し、さらには車及
び公的交通機関に搭載されたアクティブマトリクス型液
晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶表示装置においては、液晶層
を駆動する電極を２枚の基板表面上に形成し、相対向さ
せた透明電極を用いていた。これは液晶に電界を基板に
垂直な方向の電界を印加することで動作させる、ツイス
テッドネマチック表示方式に代表される表示方式を採用
していることによる。一方、液晶に印加する電界の方向
を基板に対してほぼ平行な方向にする方式として、１枚
の基板上に設けた櫛歯電極を用いた方式が、特公昭63−
21907号公報，USP4345249 により提案されている。この
場合、電極は透明である必要はなく、導電性が高く不透
明な金属電極が用いられる。しかしながら、これらの公
知技術においては、液晶に印加する電界の方向を基板に
ほぼ平行な方向にする表示方式（以下、横電界方式と称
する）をアクティブマトリクス駆動するために、あるい
は、横電界方式において高速応答させるのに必要な液晶
または配向膜の物性や詳しい素子構成に関する記載はな
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】横電界方式においては
開口率を確保するため、電極間ギャップを広げる必要が
あり、そのことによって駆動電圧が高くなるという問題
がある。また、液晶表示装置をマウス使用可能とするに
は約１５０〜２００ｍｓ、動画表示可能とするには約５
０ｍｓの応答時間が必要である。しかし、液晶の電場に
対する応答は元来遅く、ネマチック液晶を使用する様々
な表示方式において液晶の応答時間が遅いということが
しばしば問題となっている。横電界方式においても例外
ではない。加えて、横電界方式ではその独特の電極構造
のため、電界が液晶に印加されにくく、更に液晶の応答
が遅い。従って、駆動電圧を低減し、かつマウス対応化
あるいは動画表示可能にするためには、何らかの手段を
施す必要がある。

【０００４】本発明の目的は、横電界方式においてマウ
ス対応または動画対応可能な高速応答性を有するアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し、上記
目的を達成するために本発明では以下の手段を用いる。

【０００６】少なくとも一方が透明な一対の基板，該基
板間に誘電異方性を有する液晶組成物層，ｎ×ｍ個のマ
トリクス状の画素を形成する電極群，界面上の液晶分子
を所定の方向に配向制御する配向制御膜，基板間に一定
のギャップを与えるスペーサーを挾持してなる液晶パネ
ル，該液晶の分子配向状態に応じて光学特性を変える偏
光手段，所定電圧波形を発生させる駆動ＬＳＩ及びそれ
ぞれの画素内に備えたアクティブ素子からなる駆動手段
とを備え、前記電極群（望ましくは金属性とする）の構
造を前記配向制御層及び前記液晶組成物層に対して主と
して前記界面に平行な電界を印加し得る所定構造とした
液晶表示装置において、 ［手段１］対向する該基板間のギャップが６μｍ以下で
あって、応答時間が100ｍｓ以下１ｍｓ以上である液晶
表示装置。

【０００７】［手段２］前記液晶組成物層の比誘電率
（（ε_LC）_//：分子長軸方向の比誘電率，（ε_LC)_⊥：
分子短軸方向の比誘電率）と前記配向制御層の比誘電率
（ε_AF）の間に式（１）を満たす関係があり、

【０００８】

【数３】 (ε_LC）_// ＞２ε_AF または …（１） （ε_LC）_⊥ ＞２ε_AF かつ、前記液晶組成物層の粘度（η）とツイストの弾性
定数（Ｋ₂ ）の間に式（２）を満たす関係が成り立つよ
うにする液晶表示装置。

【０００９】

【数４】 η／Ｋ₂＜４.５×１０¹⁰［ｓ・ｍ^-2] …（２） さらに、手段１及び２の液晶表示装置において、 ［手段３］前記液晶組成物層中の液晶化合物が末端基と
してフルオロ基あるいはシアノ基あるいはフルオロ基と
シアノ基の両者を有する、一般式（Ｉ）で表される液晶
化合物である液晶表示装置。

【００１０】

【化３】

【００１１】（一般式（Ｉ）において、Ｘ₁〜Ｘ₃はフル
オロ基，シアノ基あるいは水素原子を表し、Ｒは置換さ
れてもよい炭素数１から１０のアルキル基あるいはアル
コキシ基を表し、環Ａはシクロヘキサン環，ベンゼン
環，ジオキサン環，ピリミジン環または［２，２，２］
−ビシクロオクタン環を表し、Ｚは単結合，エステル結
合、エーテル結合またはメチレン，エチレンを表し、ｎ
は１あるいは２の整数である。） ［手段４］前記液晶組成物層中の液晶化合物が分子短軸
方向にフルオロ基あるいはシアノ基あるいはフルオロ基
とシアノ基の両者を有する、一般式（II）で表される液
晶化合物である液晶表示装置。

【００１２】

【化４】

【００１３】（一般式（ＩＩ）において、Ｘ₁及びＸ₂は
フルオロ基，シアノ基あるいは水素原子を表し、Ｒは置
換されてもよい炭素数１から１０のアルキル基あるいは
アルコキシ基を表し、環Ａはシクロヘキサン環，ベンゼ
ン環，ジオキサン環，ピリミジン環または［２，２，
２］−ビシクロオクタン環を表し、Ｚは単結合，エステ
ル結合，エーテル結合またはメチレン，エチレンを表
し、ｎは１あるいは２の整数である。）また、 ［手段５］手段１から４において、液晶層のリターデー
ション（ｄ・Δｎ）が０.２１μｍ以上０.３６μｍ以下
であるようにする液晶表示装置。

【００１４】

【作用】先ず初めに、電界方向に対する、偏光板の偏光
透過軸のなす角φ_P ，界面近傍での液晶分子長軸（光学
軸）方向のなす角φ_LC，一対の偏光板間に挿入した位相
差板の進相軸のなす角φ_R の定義を示す（図４）。偏光
板及び液晶界面はそれぞれ上下に一対あるので必要に応
じてφ_P1，φ_P2，φ_LC1，φ_LC2と表記する。

【００１５】図１（ａ)，(ｂ）は本発明の液晶パネル内
での液晶の動作を示す側断面を、図１（ｃ)，(ｄ）はそ
の正面図を表す。図１ではアクティブ素子を省略してあ
る。また、本発明ではストライプ状の電極を構成して複
数の画素を形成するが、ここでは一画素の部分を示し
た。電圧無印加時のセル側断面を図１（ａ）に、その時
の正面図を図１（ｃ）に示す。透明な一対の基板の内側
に線状の電極３，４が形成され、その上に配向制御膜６
が塗布及び配向処理されている。間には液晶組成物が挟
持されている。棒状の液晶分子５は、電界無印加時には
ストライプ状のＹ電極の長手方向に対して若干の角度、
即ち４５度≦｜φ_LC｜＜９０度、をもつように配向され
ている。上下界面上での液晶分子配向方向はここでは平
行、即ちφ_LC1＝φ_LC2を例に説明する。また、液晶組成
物の誘電異方性は正を想定している。次に、電界９を印
加すると図１(ｂ)，(ｄ)に示したように電界方向に液晶
分子がその向きを変える。偏光板２を所定角度８に配置
することで電界印加によって光透過率を変えることが可
能となる。このように、本発明によれば透明電極がなく
ともコントラストを与える表示が可能となる。液晶組成
物の誘率異方性は正を想定したが、負であっても構わな
い。その場合には初期配向状態をストライプ状電極の長
手方向に垂直な方向から若干の角度｜φ_LC｜（即ち、０
度＜｜φ_LC｜≦４５度）を持つように配向させる。

【００１６】ところで、横電界方式における液晶の応答
時間は、液晶にかかる弾性的トルク，電磁気的トルク及
び粘性的トルクの釣合いを表す式を解くことにより導か
れるが、最終的に導かれる液晶の立上がりと立下がり時
間は、次式で表される。

【００１７】

【数５】 τ_rise＝γ₁／（ε₀ΔεＥ²−π²Ｋ₂／ｄ²） …（３）

【００１８】

【数６】 τ_fall＝γ₁ｄ²／π²Ｋ₂＝γ₁／ε₀ΔεＥ_c ² …（４） ここで、τ_rise及びτ_fallは立上がり及び立下がり時
間、γ₁は粘性係数、Ｋ₂はツイストの弾性定数、ｄはセ
ルギャップ、Δεは誘電異方性、ε₀ は真空の誘電率、
Ｅは電界強度、Ｅ_c はしきい値電界を表す。横電界方式
において、上式は対向する基板間のセルギャップｄを小
さくすることで応答時間を短縮できるを示している。立
下がり時間はセルギャップｄを小さくするとその２乗に
比例して速くなる。一方、立上がり時間の分母の第２項
は第１項に比べ小さいので、セルギャップを小さくする
ことによって立上り時間を損なうことはない。

【００１９】従って、上記手段１の如く対向する基板間
のギャップを６μｍ以下にすることは、１００ｍｓ以下
の応答時間を達成するための手段となり得る。望ましく
は５μｍ以下であれば更に良い。ここで、応答時間は図
５に示すように、透過率最小及び最大になる電圧間のス
イッチングにおいて、９０％の透過率変化に要する時間
として定義している。

【００２０】また、上記手段２のように液晶組成物層の
比誘電率（（ε_LC）_//：分子長軸方向の比誘電率、（ε
_LC）_⊥：分子短軸方向の比誘電率）と配向制御層の比誘
電率（ε_AF）の間に（ε_LC）_//＞２ε_AF、または
（ε_LC)_⊥＞２ε_AF の関係を満たし、かつ、液晶組成物
層の粘度（η）とツイストの弾性定数（Ｋ₂）の間にη
／Ｋ₂＜４５［Ｇｓ／（ｍ・ｍ）］の関係を満たすよう
にすることで高速応答の電界液晶表示装置を得ることが
できる。通常の横電界方式では電極の厚みが液晶組成物
層より小さいので、液晶層に液晶と配向膜の界面に完全
に平行な電界を与えることはできない。この不完全な横
電界が液晶を面内でスイッチングする効率を低下させて
しまう。そこで、２層の誘電体層間において電界の屈折
が図６に示すように達成されることから、液晶の誘電率
ε_LCが配向膜の誘電率ε_AFより大きくすることによっ
て、望ましくは２倍のε_AFより大きくすることによっ
て、液晶と配向膜の界面に対して、より平行な横電界を
液晶に与えることができる。従って、液晶が面内でスイ
ッチングするために必要な横電界が効率良く液晶に与え
られる。そして、液晶の粘度ηを小さくする、あるいは
ツイストの弾性定数Ｋ₂ を大きくして、鋭意検討した結
果、両者の比が４５［Ｇｓ／（ｍ・ｍ）］であるとき
に、マウス対応または動画表示可能な高速応答を得られ
ることが分かった。

【００２１】更に、上記手段３に示した液晶は手段１か
ら２の条件に適合し、マウス対応あるいは動画表示可能
な高速応答を実現することが分かった。フルオロ基を末
端に有するトリフルオロ系液晶は約７程と大きな誘電異
方性Δεを示しながら粘度ηが２０〜３０ｃｐと小さい
ため、他の液晶組成物に添加することにより駆動電圧を
下げ、応答時間を短くすることが可能である。具体的に
は、トランス−４−ヘプチル−（３，４，５−トリフル
オロフェニル）シクロヘキサン、１，２，６−トリフル
オロ−４−［トランス−４−(トランス−４−プロピル
シクロヘキシル)シクロヘキシル］ベンゼン、トランス
−４−プロピル−（３，４，５−トリフルオロビフェニ
ル−４′−イル）シクロヘキサン、２−（トランス−４
−プロピルシクロヘキシル）−１−［トランス−４−
(３，４，５−トリフルオロフェニル)シクロヘキシル］
エタン、３，４，５−トリフルオロフェニル−トランス
−４−ペンチルシクロヘキシルカルボキシレート、トラ
ンス−４−ヘプチル−（３，４−ジフルオロフェニル）
シクロヘキサン、１，２−ジフルオロ−４−［トランス
−４−（トランス−４−プロピルシクロヘキシル）シク
ロヘキシル］ベンゼン、トランス−４−プロピル−
（３，４−ジフルオロビフェニル−４′−イル）シクロ
ヘキサン、２−（トランス−４−プロピルシクロヘキシ
ル）−１−［トランス−４−（３，４−ジフルオロフェ
ニル）シクロヘキシル］エタン、３，４−ジフルオロフ
ェニル−トランス−４−ペンチルシクロヘキシルカルボ
キシレート、トランス−４−ヘプチル−（４−シアノフ
ェニル）シクロヘキサン、１，２−ジシアノ−４−［ト
ランス−４−（トランス−４−プロピルシクロヘキシ
ル）シクロヘキシル］ベンゼン、トランス−４−プロピ
ル−（３，４−ジシアノビフェニル−４′−イル）シク
ロヘキサン、２−(トランス−４−プロピルシクロヘキ
シル)−１−［トランス−４−（３，４−ジシアノフェ
ニル）シクロヘキシル］エタン、３，４−ジシアノフェ
ニル−トランス−４−ペンチルシクロヘキシルカルボキ
シレート、４−シアノ−３−フルオロフェニル−トラン
ス−４−プロピルシクロヘキシルカルボキシレートなど
がある。ただし、これらの化合物に限定されるものでは
ない。４−シアノ−３−フルオロフェニル−トランス−
４−プロピルシクロヘキシルカルボキシレートに代表さ
れるシアノ末端のオルト位にフルオロ基を有する液晶化
合物は、双極子モーメントを相殺するようなダイマーを
形成しにくいことが知られており、このような液晶は誘
電率も大きく、粘度も小さいので横電界方式の高速化に
は有効となる。

【００２２】また、上記手段４に示した液晶も手段１か
ら２の条件に適合し、マウス対応あるいは動画表示可能
な高速応答を実現することが分かった。具体的には、ト
ランス−４−ヘプチル−（２，３−ジフルオロフェニ
ル）シクロヘキサン、２，３−ジフルオロ−４−［トラ
ンス−４−（トランス−４−プロピルシクロヘキシル）
シクロヘキシル］ベンゼン、トランス−４−プロピル−
（２，３−ジフルオロビフェニル−４′−イル）シクロ
ヘキサン、２−（トランス−４−プロピルシクロヘキシ
ル）−１−［トランス−４−（２，３−ジフルオロフェ
ニル）シクロヘキシル］エタン、２，３−ジフルオロフ
ェニル−トランス−４−ペンチルシクロヘキシルカルボ
キシレート、トランス−４−ヘプチル−（２−シアノ−
３−フルオロフェニル）シクロヘキサン、２−シアノ−
３−フルオロ−４−［トランス−４−（トランス−４−
プロピルシクロヘキシル）シクロヘキシル］ベンゼン、
トランス−４−プロピル−（２−シアノ−３−フルオロ
ビフェニル−４′−イル）シクロヘキサン、２−（トラ
ンス−４−プロピルシクロヘキシル）−１−［トランス
−４−（２−シアノ−３−フルオロフェニル）シクロヘ
キシル］エタン、２−シアノ−３−フルオロフェニル−
トランス−４−ペンチルシクロヘキシルカルボキシレー
トなどがある。ただし、これらの化合物に限定されるも
のではない。

【００２３】上記に述べた高速応答化の手段において、
ディスプレイとしては応答時間のみならず、明るさやコ
ントラスト比などの他の特性も満足するトータル設計が
望まれるという立場から、液晶のリターデーションｄ・
Δｎを例えば以下のように設定する。先述のように複屈
折モードで表示する場合、一組の偏光板をクロスニコル
に配置したときには透過光の強度を表す式は次式とな
る。

【００２４】

【数７】 Ｉ／Ｉ₀＝sin²（２α）・sin²（πｄ・Δｎ／λ） …（５） ここで、αは液晶層の実効的な光軸と偏光透過軸のなす
角、ｄはセルギャップ、Δｎは液晶の屈折率異方性、λ
は光の波長を表す。低電圧印加時に暗，高電圧印加時に
明状態となるノーマリクローズ特性を得るには偏光板の
配置として、一方の偏光板の透過軸を液晶分子配向方向
（ラビング軸）にほぼ平行、すなわちφ_P1＝φ_LC1＝φ
_LC2とし、他方の偏光板の透過軸をそれに垂直、すなわ
ち、φ_P2＝φ_P1＋９０度とすればよい。電界無印加時に
は、（５）式におけるαが０であるので光透過率Ｉ／Ｉ
₀ も０となる。一方、電圧印加時にはその強度に応じて
αが増大し、４５度のとき光透過率は最大となる。この
時、光の波長を０．５５５μｍと想定すると無彩色でか
つ透過率を最大とするには実効的なｄ_eff・Δｎ を２分
の１波長である０.２８μｍ にすればよい。実際のセル
中では界面近傍で液晶分子が固定されているため、ｄ
_eff はセルギャップｄよりも薄い。従って、複屈折モー
ドのノーマリクローズ型で明状態の白色性及び高透過率
を実現するには、ｄ・Δｎを２分の１波長よりやや高め
の０.３０μｍ 程度に設定すればよい。現実には裕度が
あるため、０.２１から０.３６μｍの間に設定するとよ
い。

【００２５】このような観点から、用いる液晶の屈折率
異方性Δｎを比較的大きくし、コントラストを高めるた
めに上記手段５のようにリターデーションｄ・Δｎを０.
２１から０.３６μｍ に設定することにより、対向する
基板間のギャップを小さくすることが必然となり、応答
速度を速める手段となり得る。

【００２６】勿論、（３）及び（４）式に示すように、
液晶の粘度を小さくした方が応答時間には有利である。
また、液晶の誘電異方性の絶対値｜Δε｜をできるだけ
大きくすることによって応答速度を速くすることもでき
る。これは電界と液晶との相互作用のエネルギーが大き
くなるためである。

【００２７】

【実施例】本発明を実施例により具体的に説明する。

【００２８】〔実施例１〕図２は本発明の第１の実施例
の単位画素の平面図である。図３は図２の断面図を示
す。研磨したガラス基板１上にＡl よりなる走査信号電
極１０を形成し、前記走査信号電極の表面はＡl の陽極
酸化膜であるアルミナ膜１９で被覆した。走査信号電極
１０を覆うようにゲート窒化Ｓｉ(ゲートＳiＮ）膜１６
と非晶質Ｓｉ（ａ−Ｓｉ）膜１７を形成し、このａ−Ｓ
ｉ膜１７上にｎ型ａ−Ｓｉ膜１８，ソース電極３及び映
像信号電極１１を形成した。さらに、前記ソース電極３
及び映像信号電極１１と同層にコモン電極４を付設し
た。ソース電極３及び映像信号電極１１の構造としては
図１に示すように、いずれもストライプ状のコモン電極
４と平行で、走査信号電極１０と交差するような構造と
し、一方の基板上に薄膜トランジスタ（図２，図３）及
び金属電極群が形成された。これらによって、一方の基
板上のソース電極３，コモン電極４間で電界がかかり、
かつその方向９が基板界面にほぼ平行となるようにし
た。基板上の電極はいずれもアルミニウムからなるが、
電気抵抗の低い金属性のものであれば特に材料の制約は
なく、クロム，銅等でもよい。画素数は４０（×３）×
３０（即ち、ｎ＝１２０，ｍ＝３０である。）で、画素
ピッチは横方向（即ちコモン電極間）は８０μｍ，縦方
向（即ちゲート電極間）は２４０μｍである。コモン電
極の幅は１２μｍで隣接するコモン電極の間隙の６８μ
ｍよりも狭くし、高い開口率を確保した。また薄膜トラ
ンジスタを有する基板に相対向する基板上にストライプ
状のＲ，Ｇ，Ｂ３色のカラーフィルタ２０を備えた。カ
ラーフィルタ２０の上には表面を平坦化する透明樹脂１
３を積層した。透明樹脂の材料としてはエポキシ樹脂を
用いた。パネルには駆動ＬＳＩが接続されている。

【００２９】ところで、液晶材料には屈折率異方性Δｎ
が０.０７２、誘電異方性Δεは3.7（ε_//：７.４，ε
_⊥：３.７）、粘度ηが２０ｃｐ(２０℃)、ツイストの
弾性定数Ｋ₂が９.２６×１０μdynの液晶組成物を用い
た。従って、η／Ｋ₂ ＝２３.９［Ｇｓ／（ｍ・ｍ）］
であった。また、配向膜材料にはＰＩＱを用いており、
比誘電率ε_AFは２.８ であった。従って、（ε_LC）_//＞
２ε_AFが成り立っている。一方、一組の基板のラビング
方向は互いにほぼ平行で、かつ印加電界方向とのなす角
度を１０５度（φ_LC1＝φ_LC2＝１０５度）とした（図
４）。基板間のギャップｄは球形のポリマビーズを基板
間に分散して挾持し、液晶封入状態で３.８μｍとし
た。

【００３０】パネルは２枚の偏光板〔日東電工社製Ｇ１
２２０ＤＵ〕で挾み、一方の偏光板の偏光透過軸をラビ
ング方向にほぼ平行、即ちφ_P1＝１０５度とし、他方を
それに直交、即ちφ_P2＝１５度とした。これにより、ノ
ーマリクローズ特性を得た。こうして得られた液晶表示
装置の液晶の応答時間を測定したところ、立上がり時
間：３０ｍｓ,立下がり時間：３５ｍｓとなった。

【００３１】なお、応答時間は図５に示すように、透過
率最小及び最大になる電圧間のスイッチングにおいて、
９０％の透過率変化に要する時間とした。

【００３２】〔実施例２〕本実施例の構成は下記の要件
を除けば、実施例１と同一である。

【００３３】液晶には２，３−ジフルオロベンゼン誘導
体を成分とするＭＬＣ−２０１１（メルク社製）を用い
た。このときη／Ｋ₂＝２７.８［Ｇｓ／（ｍ・ｍ）］で
あった。本実施例の液晶の誘電異方性Δεは−３.３(ε
_//：３.８，ε_⊥：７.１）であった。従って、（ε_LC）
_⊥＞２ε_AF が成り立っている。なお、基板間のギャッ
プｄは４.７μｍに設定して、リターデーションｄ・Δ
ｎを約０.３５μｍとした。

【００３４】一組の基板のラビング方向は互いにほぼ平
行で、かつ印加電界方向とのなす角度を１５度（φ_LC1
＝φ_LC2＝１５度）とした（図４）。パネルは２枚の偏
光板〔日東電工社製Ｇ１２２０ＤＵ〕で挾み、一方の偏
光板の偏光透過軸をラビング方向にほぼ平行、即ちφ_P1
＝１５度とし、他方をそれに直交、即ちφ_P2＝−７５度
とした。これにより、ノーマリクローズ特性を得た。

【００３５】こうして得られた液晶表示装置の液晶の応
答時間を測定したところ、立上がり時間：３８ｍｓ,立
下がり時間：４４ｍｓとなった。

【００３６】〔実施例３〕本実施例の構成は下記の要件
を除けば、実施例１と同一である。

【００３７】液晶には２,３−ジフルオロベンゼン誘導
体を成分とするＭＬＣ−２００９（メルク社製）を用い
た。このときη／Ｋ₂＝４４.０［Ｇｓ／（ｍ・ｍ）］で
あった。本実施例の液晶の誘電異方性Δεは−３.４
（ε_//：３.９,ε_⊥：７.３）であった。従って、（ε
_LC）_⊥＞２ε_AFが成り立っている。なお、基板間のギャ
ップｄは２.０μｍに設定して、リターデーションｄ・
Δｎを約０.３０μｍとした。

【００３８】一組の基板のラビング方向は互いにほぼ平
行で、かつ印加電界方向とのなす角度を１５度（φ_LC1
＝φ_LC2＝１５度）とした（図４）。パネルは２枚の偏
光板〔日東電工社製Ｇ１２２０ＤＵ〕で挾み、一方の偏
光板の偏光透過軸をラビング方向にほぼ平行、即ちφ_P1
＝１５度とし、他方をそれに直交、即ちφ_P2＝−７５度
とした。これにより、ノーマリクローズ特性を得た。

【００３９】こうして得られた液晶表示装置の液晶の応
答時間を測定したところ、立上がり時間：４０ｍｓ，立
下がり時間：２０ｍｓとなった。

【００４０】〔実施例４〕本実施例の構成は下記の要件
を除けば、実施例１と同一である。

【００４１】液晶には３，４−ジフルオロベンゼン誘導
体を成分とするLIXON−5023（チッソ社製）を用いた。
このときη／Ｋ₂＝４２.０［Ｇｓ／（ｍ・ｍ）］であっ
た。本実施例の液晶の誘電異方性Δεは４.５（ε_//：
８.２，ε_⊥：３.７ ）であった。従って、（ε_LC）_//
＞２ε_AFが成り立っている。なお、基板間のギャップｄ
は３.５μｍに設定して、リターデーションｄ・Δｎを
約０.２８μｍとした。

【００４２】こうして得られた液晶表示装置の液晶の応
答時間を測定したところ、立上がり時間：２５ｍｓ,立
下がり時間：３０ｍｓとなった。

【００４３】〔実施例５〕本実施例の構成は下記の要件
を除けば、実施例１と同一である。

【００４４】液晶には特開平2−233626 号公報記載の
３，４，５−トリフルオロベンゼン誘導体を成分とする
液晶（チッソ社製）を用いた。このときη／Ｋ₂ ＝２
３.６ ［Ｇｓ／(ｍ・ｍ）］であった。本実施例の液晶
の誘電異方性Δεは７.３（ε_//：１１.０，ε_⊥：３.
７ ）であった。従って、（ε_LC）_//＞２ε_AF が成り立
っている。なお、基板間のギャップｄは４.７μｍ に設
定して、リターデーションｄ・Δｎを約０.３４μｍ と
した。

【００４５】こうして得られた液晶表示装置の液晶の応
答時間を測定したところ、立上がり時間：２８ｍｓ,立
下がり時間：５３ｍｓとなった。

【００４６】〔比較例１〕本比較例１の構成は下記の要
件を除けば、実施例１と同一である。

【００４７】液晶材料にはトランス、トランス−４，４
−ジペンチルートランス−１，１′−ジシクロヘキサン
−４−カルボニトリルを成分としたＺＬＩ−２８０６を
用いた。このとき、η／Ｋ₂＝４６.２［Ｇｓ／（ｍ・
ｍ）］であった。本比較例の液晶の誘電異方性Δεは−
４.８（ε_//：３.３，ε_⊥：８.１）であった。従っ
て、(ε_LC）_⊥＞２ε_AFが成り立っている。なお、基板
間のギャップｄは６.２μｍに設定して、リターデーシ
ョンｄ・Δｎを約０.２７μｍ とした。

【００４８】一組の基板のラビング方向は互いにほぼ平
行で、かつ印加電界方向とのなす角度を１５度（φ_LC1
＝φ_LC2＝１５度）とした（図４）。パネルは２枚の偏
光板〔日東電工社製Ｇ１２２０ＤＵ〕で挾み、一方の偏
光板の偏光透過軸をラビング方向にほぼ平行、即ちφ_P1
＝１５度とし、他方をそれに直交、即ちφ_P2＝−７５度
とした。これにより、ノーマリクローズ特性を得た。

【００４９】こうして得られた液晶表示装置の液晶の応
答時間を測定したところ、立上がり時間：１５０ｍｓ,
立下がり時間：１８０ｍｓとなった。

【００５０】〔比較例２〕本比較例２の構成は下記の要
件を除けば、比較例１と同一である。

【００５１】液晶材料には屈折率異方性Δｎが０.０７
４３ ，粘度ηが２０ｃｐ（２０℃），ツイストの弾性
定数Ｋ₂が４.１７μｄｙｎの液晶組成物を用いた。従っ
て、η／Ｋ₂＝４８.０［Ｇｓ／（ｍ・ｍ）］であった。
本比較例の液晶の誘電異方性Δεは−１.５（ε_//：３.
２，ε_⊥：４.７ ）であった。従って、（ε_LC）_//＞２
ε_AFまたは（ε_LC）_⊥＞２ε_AF が成り立たない。基板
間のギャップｄを３.８μｍに設定して、リターデーシ
ョンｄ・Δｎを約０.２８μｍとした。

【００５２】こうして得られた液晶表示装置の液晶の応
答時間を測定したところ、立上がり時間：１００ｍｓ，
立下がり時間：１２０ｍｓとなった。

【００５３】なお、本発明の実施例及び比較例の応答速
度と用いた液晶の粘度とツイストの弾性定数の比の関係
を表す図を図７に示す。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、対向する基板間のギャ
ップを６μｍ以下にすることで高速横電界方式を達成で
きる。また、液晶及び配向膜の物性を式（１）及び式
（２）を満たすように設定することによって、横電界方
式における液晶の応答時間が短縮される。その結果、マ
ウス対応あるいは動画表示可能なアクティブマトリクス
型横電界液晶表示装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１から５及び比較例１から２の液晶表示
装置において液晶の動作を示す図。

【図２】実施例１から５及び比較例１から２における単
位画素の平面図。

【図３】実施例１から５及び比較例１から２における単
位画素の断面図。

【図４】実施例１から５及び比較例１から２における電
界方向に対する、界面上の分子長軸配向方向，偏光板偏
光軸，位相板進相軸のなす角を示す図。

【図５】応答時間の定義を示す図。

【図６】誘電体層界面における電界の屈折の様子を表す
図。

【図７】本発明の実施例及び比較例の応答速度と用いた
液晶の粘度とツイストの弾性定数の比の関係を表す図。

【符号の説明】

１…基板、２…偏光板、３…ソース電極、４…コモン電
極、５…液晶分子、６…配向膜兼保護膜、７…界面上の
分子長軸配向方向、８…偏光板透過軸、９…電界方向、
１０…走査信号電極、１１…映像信号電極、１２…付加
容量、１３…平坦化膜、１４…配向膜、１５…保護膜、
１６…走査電極保護膜、１７…ａ−Ｓｉ膜、１８…ｎ型
ａ−Ｓｉ膜、１９…陽極酸化膜、２０…カラーフィル
タ、２１…遮光板、２２…位相板進相軸、２３…偏光板
透過軸。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０９Ｆ 9/30 ３３９ 7610−5Ｇ (72)発明者 太田 益幸 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一方が透明な一対の基板，該基
   板間に誘電異方性を有する液晶組成物層，液晶を配向さ
   せるための配向制御層，該基板上の電極，偏光手段，駆
   動電圧波形を発生させる駆動ＬＳＩ及びそれぞれの画素
   内に備えたアクティブ素子からなる駆動手段とを備え、
   前記電極が前記配向制御層及び前記液晶組成物層に対し
   て主として前記界面に平行な電界を印加する構造を有し
   た液晶表示装置において、 対向する基板間のギャップが６μｍ以下であって、応答
   時間が１００ｍｓ以下１ｍｓ以上である液晶表示装置。
2. 【請求項２】少なくとも一方が透明な一対の基板，該基
   板間に誘電異方性を有する液晶組成物層，液晶を配向さ
   せるための配向制御層，該基板上の電極，偏光手段，駆
   動電圧波形を発生させる駆動ＬＳＩ及びそれぞれの画素
   内に備えたアクティブ素子からなる駆動手段とを備え、
   前記電極が前記配向制御層及び前記液晶組成物層に対し
   て主として前記界面に平行な電界を印加する構造を有し
   た液晶表示装置において、 該液晶組成物層の比誘電率((ε_LC）_//：分子長軸方向の
   比誘電率，（ε_LC)_⊥：分子短軸方向の比誘電率）と配
   向制御層の比誘電率（ε_AF）の間に式（１）を満たす関
   係があり、 【数１】 (ε_LC）_// ＞２ε_AF または …（１） （ε_LC）_⊥ ＞２ε_AF かつ、該液晶組成物層の粘度（η）とツイストの弾性定
   数（Ｋ₂）の間に式(２）を満たす関係があることを特徴
   とする液晶表示装置。 【数２】 η／Ｋ₂＜４.５×１０¹⁰［ｓ・ｍ^-2] …（２）
3. 【請求項３】請求項１もしくは２に記載の液晶表示装置
   において、前記液晶組成物層中の液晶化合物が末端基と
   してフルオロ基あるいはシアノ基あるいはフルオロ基と
   シアノ基の両者を有する、一般式（Ｉ）で表される液晶
   化合物であることを特徴とする請求項１もしくは２に記
   載の液晶表示装置。 【化１】 （一般式（Ｉ）において、Ｘ₁〜Ｘ₃はフルオロ基、シア
   ノ基あるいは水素原子を表し、Ｒは置換されてもよい炭
   素数１から１０のアルキル基あるいはアルコキシ基を表
   し、環Ａはシクロヘキサン環，ベンゼン環，ジオキサン
   環，ピリミジン環または［２，２，２］−ビシクロオク
   タン環を表し、Ｚは単結合，エステル結合，エーテル結
   合またはメチレン，エチレンを表し、ｎは１あるいは２
   の整数である。）
4. 【請求項４】請求項１もしくは２に記載の液晶表示装置
   において、前記液晶組成物層中の液晶化合物が分子短軸
   方向にフルオロ基あるいはシアノ基あるいはフルオロ基
   とシアノ基の両者を有する、一般式（II）で表される液
   晶化合物であることを特徴とする請求項１もしくは２に
   記載の液晶表示装置。 【化２】 （一般式（ＩＩ）において、Ｘ₁及びＸ₂はフルオロ基，
   シアノ基あるいは水素原子を表し、Ｒは置換されてもよ
   い炭素数１から１０のアルキル基あるいはアルコキシ基
   を表し、環Ａはシクロヘキサン環，ベンゼン環，ジオキ
   サン環，ピリミジン環または［２，２，２］−ビシクロ
   オクタン環を表し、Ｚは単結合，エステル結合，エーテ
   ル結合またはメチレン，エチレンを表し、ｎは１あるい
   は２の整数である。）
5. 【請求項５】前記液晶組成物層のリターデーション（ｄ
   ・Δｎ）が０.２１μｍ以上０.３６μｍ以下であること
   を特徴とする請求項１から４に記載の液晶表示装置。