JPS63167331A - ツイステツド・ネマチツク型液晶表示素子 - 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】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は、マルチプレックス駆動特性を向上させた、ツ
ィステッド・ネマチック（Ｔ　Ｎ　）型液晶表示素子に
関する。

（ロ）従来の技術 従来のツィステッド・ネマチック（Ｔ　Ｎ　）型液晶表
示素子の模式的断面図を第６図に示す。同図において、
二枚の電極形成基板ａ、ｂ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ａ、ｂを、第７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ｇを封入すると、液晶分子はその電極基板ａ、ｂ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７図において、ｊが上側の電極基板ａのラビン
グ方向、ｋが下側の電極基ｗ、ｂ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
り、ｉが設けられるが、偏向板りの偏光軸方向ｌおよび
偏向板ｉの偏光軸方向ｍは上下二枚のｔｔｉ基板ａ、　
　ｂ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７図参照）。なお、第６図において、Ｃ２ｄは透
明電極、ｅ、ｆは配向、唄である。

ところで、このような従来のマトリックス型液晶表示素
子を度数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Ｖ、、ｆｆ１ｓ（ＯＮ）と非点灯画
素における実効電圧ｖｒｓ＊’　（ＯＦＦ）との比αは
、 で表される。この式でＮ　−ｈ　ｏｏとするとα−１と
なる。すなわち、度数Ｎの増加に伴いＶ、、、　（ＯＦ
Ｆ）とｖ、、□（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素子の実
現に当り、Ｖ、、ｔ　（ＯＮ）とＶ、、、　（ＯＦＦ）
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、鋭い閾イ鱒牲を有する液晶材料の開発や配向膜の改
良等が要求されろ５特に近年、液晶表示素子の分野にお
いて、表示情報の増加に住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
晶表示素子では、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
、この結果性じるネマチック液晶のらせんピ・ノチｐと
液晶層厚ｄとの比ｄ／ｐがほぼｄ／ｐＱφ／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
れることが望ましく、通常は下記条件： （φ／３６０’　　１／４）　＜　ｄ／ｐ　＜　（φ／
３６０°＋１／４）を満足すべく調整が行なわれている
。

ｌハ）　発明が解決しようとする問題点しかし、このよ
うに光学活性物質が多く添加された液晶表示素子では、
電圧印加時に液晶分子の配向が乱れてドメインの発生が
生じ、この結果、光が散乱してコントラスト比が低下す
るという問題があった。また、こ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
膜を大面積に亘っ・て形成するのが容易ではなく、液晶
表示素子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。

この点に関し、本発明者らは、先に、ビフェニル系、ピ
リミジン系、ジオキサン系及びエステル系液晶のうちの
大きな正の誘電率異方性を有するＮｌ、型ネマチック液
晶を用い、かつらせんピッチｐと液晶層厚ｄとの間係が
（φ／３６０’　−１／４）　＜　ｄ／ｐ〈φ／３６０
°を満足するようにこれらを調整することにより、φ≦
３００”の範囲内でドメインの発生が解消される事実を
見出した。

本発明は、上記知見を更に発展させたものである。即ち
、上記Ｎｐ型ネマチック液晶の屈折率異方性Δｎは、０
．２０〜０．２５と大きく、表示品位の観点から、Δｎ
−ｄの値は０．５μｍ≦△な・ｄ≦１．１　μｍの範囲
に設定することが望ましいということからすれば、上記
Ｎ、型ネマチフク液晶の場合には、液晶層厚ｄの値は５
．５μｍ以下に設定すベきである。ところが、このよう
な薄いセルでは、セル内に必然的に混入される導電性不
純物によりセル内上下の電極間が導通状態となりやすく
、表示不良の原因となる問題があった。そして、この問
題を避けるべく液晶層厚を大きくすると上記のごとく表
示品位が低下するという不都合が生じる問題があった。

かかる点に鑑み、木発明者らは鋭意研究を行なった結果
、小さな正の誘電率異方性を示す特定のピリミジン系液
晶を含むＮｐ型液晶組成物を用い、らせんピッチｐ及び
液晶層厚ｄを前記と同様の条件に設定することにより、
角度φが３００°程度迄ドメインの発生が防止され、か
つ導通性に基づく表示不良が改善され、表示品位も良好
な液晶表示素子が得られる事実を見出した。

かくして本発明によれば、ラビング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
配置し、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液晶を介在せしめ
るとともに、該液晶分子の配列方位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セルからな
り、上記ネマチック液晶が、一般式（ｒ）：（式中、Ｒ
８及びＲ２は、それぞれ炭素数が１〜１２の直鎖状アル
キル基を示す）で表わされるピリミジン系液晶を５重量
％以上含む液晶からなり、該液晶のらせんピッチｐに対
して液晶層厚ｄが、（φ／３６０°　１／４）　＜　ｄ
／ｐ　＜φ／３６０゜を満足する条件下で、上記角度φ
が２１０°　≦φ≦３００゛に設定されてなることを特
徴とするツィステッド・ネマチック型液晶表示素子が提
倶される。

本発明のネマチック液晶は、上記一般式（Ｉ）のピリミ
ジン系液晶を少なくとも５重量％含有し、さらに上記の
特定のらせんピッチｐが得られるべく光学活性物質が適
量含まれてなるＮｐ型ネマチ７り液晶からなる。これら
のうち、一般式（ｒ）のピリミジン系液晶と■大きな正
の＝’を率異方性を有するネマチ、り液晶とを組合せ、
これに光学活性物質を添加したＮ２型ネマチック液晶が
、マルチプレックス駆動に必要な電圧をより低減化でき
る点で好ましい。さらにここで組合せる大きな正の誘電
異方性を有するネマチック液晶■としては、液晶の表示
品質に経時変化を与え難く戸外等の厳しい環境下での使
用に長期間耐えうるという信頬性の点並びにドメイン発
生防止効果に悪影響を与えない点からして、下記一般式
： ％式％ （式中、Ｒ１−Ｒ６は炭素数が１〜７の直鎖状アルキル
基Ｈを示す）で表される１種又は２種以上のシアノ化合
物を用いるのが適している。

一方添加される光学活性物質としては、下記一般式： ２ＭＢ−＜◇◇）ＣＮ　　　　　　　　　　　　（右旋
性）２ＭＢ″（Ｘ今ｃｏｏ　％　ｃ＞＋　　　　　　　
　　＜８旋性）２１ｊＢ　−％　Ｃｏｏ　％　Ｃｓ　Ｈ
＋　＋　　　　　　　（右旋性）２ＭＢ°冊Ｃｏｏ　（
）ＯＣＪ＋、（右旋性）２ＭＢ’◇）Ｃ００舎０ＣｈＬ
ｓ　　　　　　　　（右旋性）ｚ？！ａ°−ｏ％ｃ：（
＜左旋性） ２Ｍ［ｌ−一叶◇）ＣＯＱ　〈）ＣＭ　　　　　　　　
　（左旋性）ｚｎＢ−ｏ　％　ｃｏｏ　（ｊプＯＯＣ（
）Ｏ−２ＭＢ　　　（左旋性）２Ｍａ＝−ｃｏｏ　（分
◇）ＣｓＨ＋＋　　”左旋性）（ここで、２　ＭＢ”は
ＣｚＨｓ−Ｃ’−ＣＨｇ−＋Ｃ”’：不斉炭素（ここで
、Ｘは−Ｃｌ　、　−０ＣＯＣｉＨ＋　ｔ、−０ＣＯつ
である）で示されるコレステロール環をもつコレステリ
ンク液晶が好適である。

なお、前記Ｎｐ型ネマチック液晶中、一般式（Ｉ）のピ
リミジン系液晶が５重量％未満で１よドメイン発生防止
効果が不充分で適さない。通常、ドメイン発生防止効果
及び表示品質改善効果の点で１０〜７０重量％とするの
が好ましく３０〜７０重量％とするのがより好ましい。

また、上記Ｎ、型ネマチック液晶中には、更に他の種類
の液晶が一最式（Ｉ）のピリミジン系液晶の効果を阻害
しない限り含まれていてもよい。

これらの液晶としては、下記一般式： ％式％ 凡、３号Ｃω℃ト石 Ｒ１８■酬ωは）則、６ Ｒ１バ”４＜ＣＨ□、２＠＞ｈ１８ Ｒ１９÷供）２舎− （式中、Ｒ９−Ｒ２６は炭素数が１〜７の直鎖状アルキ
ル基を示す）で表わされる化合物や、下記一般式： （式中、Ｒ２，〜Ｒｔ４は炭素数が１〜７の直鎖状アル
キル基を示す）で表わされる化合物が挙げられこれらの
１種又は２種以上を含有させることにより、ドメイン発
生防止効果を阻害することなくまた表示品質の経時劣化
を招くことなく、液晶温度範囲や応答特性を改善するこ
とができ、実用上の点で好ましい態様である。

なお、本発明における配向膜としては、ｓｉＯ□。

Ｓ五〇等の無機物や、ポリアミック酸を脱水、閉環させ
てできる下記に示すポリイミド系高分子膜を用いてもほ
ぼ同様の結果が得られる。

（式中、 Ｒ１は　−０−，０刈〈）、〈χｘ、〈１χ−＜トであ
り、Ｘ　＋　〜Ｘ　ｓ　は−（ＣＨｉ）、ｌ−、−０−
（Ｃ）ＩｚＣＨｚＯ）、ｌ−。

−ｏ−、−ｓ−、−５ｏ２−等を示す。また、Ｒ，、、
Ｒ，、Ｒ，。

Ｒ７は水素原子、低級アルキル基、Ｒ１１，Ｒ９は水素
原子、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基、Ｒ
９゜は二価の炭素水素基、Ｒ１は一価の炭化水素基をそ
れぞれ示す、） ただし、Ｓ、０□等の無機材料、よりも有機材料の方が
ドメインのｄ／ｐの領域が広く、また特に、有機材料に
属する配向膜の中で１，３−ビス（アミノプロピル）−
テトラメチルジシロキサンと４．４′−ジアミノジフェ
ニールエーテルおよび３．３’。

４．４′−ベンゾフェノンテトラカルポン酸無水物の混
合物から得られるポリイミドシラン系高分子膜を用いた
場合が最もその範囲が広いため好ましい。

むＮ、型ネマチック液晶が、角度φに対応する自然ねじ
れよりも不充分なねじれ方でねじれ配向されているため
、角度φが２１０〜３００°の範囲においてもドメイン
発生が抑制又は防止され、しかも優れた表示品位が得ら
れる液晶層厚が確保されることとなる。

（ホ）実施例 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

〔実施例１〕 第１回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：夜晶層、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素子におけるラビン
グ角度と液晶分子のねじれ角度の関係を示す図である。

同図において、ψは上側ガラス基板１のラビング方向１
０と下側ガラス基板２のラビング方向１１とのなす角度
を表し、またφは液晶分子のねじれ角度を表し、ψ−３
６０°−φを満たすように調節されている。

かかる液晶表示素子において、種々の比較的小さい△ｎ
（屈折率）を有するＮ、型ネマチック液晶について、φ
を２１０°〜３００°に設定し、液晶層厚ｄ／らせんピ
ンチｐ（光学活性物質としてＣＢ−１５を添加して調整
）の比を種々変化させた際のドメインの発生しないｄ／
ｐの領域を運べた。

その結果、下記組成： （ｎ＝６．ｍ＝５．６）（△ｎ　＝０．１５）Ｂ、シア
ノ−シクロヘキサン系（ＰＣＨ）？ｆｆｌ晶５０重量％ からなる２−（４−アルコキシフェニル）−５−アルキ
ルピリミジン系ネマチック液晶が、△ｎの値としては０
．１５と小さく、しかも第４図や表１のごと＜３００°
までドメインの発生しないｄ／ｐの領域を存することが
判明した。

この表１から、φ≦３００°の範囲で（φ／３６０゜−
１／４）＜　ｄ／ｐ＜φ／３６０°を満たすようにｄ／
ｐを調節すれば、ドメインの発生がないことがＴｓ認さ
れた。なお、この検討に併用した正の誘電率異方性を有
するシアノ−シクロヘキサン系（ＰＣＨ）液晶（Ｂ）は
、それ自身のみではドメインの発生しないｄ／ｐの領域
を有しないことから、表１の結果、すなわちドメインの
発生がないのは、２−　（４−アルコキシフェニル）−
５−アルキルピリジン系ネマチック液晶に基づく効果で
ある。

また、φは２１０°〜３００°の範囲が良好なマルチプ
レックス駆動特性を得るために適していることも確認さ
れた。

また、上記知見は、一般式（Ｉ）で示される化合物全体
についても同様であることもｆ！認された。

なお、液晶（Ａ）のうちｎ”５．６、ｍ−４，５の際の
ねじれ角度ψとコントラスト比の関係を第３図に示した
。

〔実施例２〕 この場合の液晶セルの構造は、第１図に示したものと同
様のものを使用する。また、ラビング角度ψは９０°で
あり、液晶分子のねじれ角度φは２７０°とした。液晶
層４の層厚ｄは６．５μｍであり、配向膜５．６は前述
のポリイミドシラン系高分子膜を用いた。この検討に用
いたネマチック液晶の組成を表２に示す。

（以下余白） 表　　　２ さらに、このネマチック液晶には、液晶分子のねじれ角
度φが２７０°になるように光学活性物質としてＣＢ−
１５（右旋性）が１．４６重量％添加されている。この
ときの液晶のらせんピッチｐは１０．０μｍで、ｄ／ｐ
は約０．６５となり、前述の条件（φ／３６０°−１／
４）＜　ｄ／ｐ＜　３６０の範囲に入っている。

また、表２に示したネマチック液晶の屈折率異方性Δｎ
は０．１３であるので、△ｎ・ｄの値は０．８５μｍと
なる。なお、無電界時における表示面の着色の観点から
、Δｎ−ｄの値として０．５　μｍ≦Δｎ・ｄ≦１．１
　μｍの範囲に入るように調節することが望ましい。偏
光板の設定角度としては、第２図に示す上側偏光板８の
偏光軸方向１２と上側ガラス基板１のラビング方向１０
とのなす角度をβ、下側偏光板９の偏光軸方向１３と下
側ガラス基板２のラビング方向１１とのなす角度をＴと
するとき、β＝７０’　、　　ｒ　＝２０°となるよう
に設定しておく。なお、マルチプレックス駆動特性およ
び無電界時における表示面の着色の観点から、ポジ型表
示の場合にはβ＋γ＝９０°でかつ６０°〈β＜８０°
、１０°〈γ＜３０°の範囲に設定することが望ましく
、ネガ型表示の場合にはβ＋γ＝１８０°でかつ６０°
くβ〈８０°、ｔｏｏ”　＜γ〈１２０°の範囲に設定
することが望ましい。

以上のようにして構成された液晶表示素子には、前述の
如き電圧印加時に発生しやすい液晶分子の配向乱れ、す
なわちドメインの発生がなく良好な表示であること、及
び信頼性の観点からも問題がないことを確認した。

次に、未実施例に基く液晶表示素子のマルチプレックス
駆動特性を従来のＴＮ型液晶表示素子の特性と比較する
ために、以下に説明する量αを定義する。なお、第５図
は本実施例の場合を含む典型的な電圧−透過率特性を示
す。観測方向は液晶表示面の法線方向である。

ここで、透過率が９０％になる電圧をｖ９゜２．透過率
が１０％になる電圧をＶ、。７．とするとき、α−■１
゜％／Ｖ９゜鳴 と定義する。このα値は電圧−透過率特性の急峻性を表
し、α値の１に近づくほど、マルチプレックス駆動特性
が向上することになる。そこで、表２と同じ組成のネマ
チック液晶を用いた従来のＴＮ型液晶表示素子のα値を
測定したところ、１．５０であるのに対して、本発明の
液晶表示素子で　　゛は１．０８であった。

このように、本発明による液晶表示素子では、マルチプ
レックス駆動特性が著しく改善されている。また、本発
明による液晶表示素子は従来の液晶表示素子に比べて広
い視角範囲で高いコントラスト比を示すことが確認され
た。

なお、表３に示すネマチック液晶を用いても、前記実施
例１あるいは前記実施例２と同様の効果が認められた。

（以下余白） 表　　　３ （へ）発明の効果 本発明により従来極めて難しいとされていたラビング処
理による超ねじれ（スーパー・ライステ・７ド）ネマチ
ック液晶表示素子が容易でかつ再現性良く実現すること
が可能となった。そして本発明のツィステッド・ネマチ
ック型液晶表示素子は、マルチプレックス駆動特性に優
れ、高デユーテイマルチプレックス駆動の液晶表示装置
として通用することができる。

また、本発明の液晶表示素子においては、ラビング法に
よる配向処理が通用できるので、量産化効率が著しく向
上する。

【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
素子の模式的断面図、第２図は本発明の液晶表示素子の
ラビング角度、液晶分子のねじれ角度、および偏向板の
設定角度を示す説明図、第３図はコントラスト比のねじ
れ角度φ依存性を示すグラフ図、第４図は、ドメインの
発生しないｄ／ｐの領域のネマチック液晶添加量依存性
を示すグラフ図、第５図はマルチプレックス駆動特性を
説明するための電圧−透過率特性を示すグラフ図、第６
図は従来のＴＮ型液晶表示素子の模式的断面図、第７図
は従来のＴＮ型液晶表示素子のラビング角度および偏光
板の設定角度を示す説明図である。 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 代理人　　弁理士　　野河信太部、゛、；　俳、− 一い！′、。 窮１因 舅３図 ９０’　　　　　　　　　　２１０’　　　　　　　３
ＱＣ”１／１０’　　　　　　２７０’　　　　　　　
３６０゜ｎじに１１１度１５６ノ 漬　今　図 ３更＆（Ａ）の１条１０１［％り 第５図 Ｖ９ｏ・７．　ＶＩｏγ。 ｆｌ　力ａ？凪　（Ｖ〕 第６０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　ラビング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し、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
   するネマチック液晶を介在せしめるとともに、該液晶分
   子の配列方位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セルからなり、 上記ネマチック液晶が、一般式（ I ）： ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ） （式中、Ｒ＿１及びＲ＿２は、それぞれ炭素数が１〜１
   ２の直鎖状アルキル基を示す）で表わされるピリミジン
   系液晶を５重量％以上含む液晶からなり、該液晶のらせ
   んピッチｐに対して液晶層厚ｄが、 （φ／３６０°−１／４）＜ｄ／ｐ＜φ／３６０°を満
   足する条件下で、上記角度φが２１０°≦φ≦３００°
   に設定されてなることを特徴とするツイステッド・ネマ
   チック型液晶表示素子。