JP4884751B2

JP4884751B2 - 液晶電気光学装置及び電子機器

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Publication number: JP4884751B2
Application number: JP2005334023A
Authority: JP
Inventors: 幸司森谷
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: JP2006171715A

Description

本発明はネマティック液晶材料とスメクティック相を有する液晶材料の混合体で構成される液晶層を有し、例えばツイステッドネマティックモードで動作させる液晶電気光学装置に関する。

現在、液晶電気光学装置は時計、電卓はもとよ、ワードプロセッサやノート型パーソナルコンピュータなどのＯＡ機器、液晶テレビやＰＤＡ、携帯電話機など各種幅広い分野で用いられている。

この液晶電気光学装置で一般的に使用されているモードが、上下基板に形成された配向膜にラビング処理を施し、上下基板のラビング方向を９０°ずらしたツイステッドネマティックモード（以下、本明細書ではＴＮモードという）である。ＴＮモードは、一対の電極から液晶に電界を印加すると、電界と誘電率異方性の相互作用により液晶分子の長軸が基板と直角に配向する。そして液晶に電圧を印加しない時の液晶分子の状態（ツイスト）と印加した時の状態とを偏光板を用いて識別している。

液晶電気光学装置用として広く使用されているネマティック液晶を使い、ＴＮモードを利用した液晶電気光学装置では、例えば特許文献１に記載されている応答時間（立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の和）は２０ｍ秒以上である。しかし、動画を表示する場合や、フィールドシーケンシャル方式を採用する場合には、この応答時間では不充分であり、さらなる高速応答が可能である液晶材料の必要が生じていた。
特開平６−２８１９６３号公報

液晶テレビなどで動画表示を行う場合や、動作モードでフィールドシーケンシャル方式を採用する場合、ネマティック液晶材料を使用して、ＴＮモードで液晶を駆動させるとき、液晶の応答時間が２０ｍ秒以上であると、液晶の応答が追いつかず残像が発生したり、コントラストが低下するなど、表示品位に影響を及ぼしてしまうという問題があった。また、セルギャップを狭くすることによって、液晶の応答時間を短くすることが可能であるが、セルギャップを狭くすることには限界がある。セルギャップとは、２枚の基板間に保持された液晶層の厚さ、又はその２枚の基板間の間隔である。

一対の基板それぞれに電極及び配向膜が形成され、電極及び配向膜が形成された一対の基板間に液晶層を有し、セルギャップが所定の大きさである液晶電気光学装置において、液晶層に使用する液晶材料をネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶の混合体であってその混合体におけるスメクティック相を有する液晶の割合は２０重量％以下のものを使用したことを特徴とするものである。このことにより、液晶の（液晶層に含まれる液晶分子の）応答時間を従来よりも短縮することができ、立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の相加平均は８ｍ秒以下となり、上記問題が解決される。

本発明を用いることにより、ＴＮモードで液晶を駆動させた場合の応答時間を短縮する事が出来、ディスプレイでの残像の低減、コントラストの向上をはかることが出来るため、動画表示やフィールドシーケンシャル方式に適する。
ネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶の混合体を使用しても、電圧保持率の低下がほとんど見られないため、ディスプレイでの画面のちらつきなどを気にする必要がない。
ネマティック液晶の等方相からネマティック相へ相転移する温度（以下、本明細書ではＩ−Ｎ転移温度という）よりも、等方相からの相転移温度が高いスメクティック相を有する液晶を混合することにより、混合体における等方相からの相転移温度が高くなるため、使用温度範囲を広げることが出来る。

（実施の形態１）
以下に、図１に概略図を示す液晶電気光学装置の作製方法を説明する。

ガラス基板、プラスチック基板、フィルム状基板などの透光性の基板を２枚用意し、これらの基板１０１、１１１それぞれの上に電極をスパッタ法または蒸着法にて成膜する。成膜する電極には、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の透明導電膜が用いられる。

次に、フォトリソグラフィー工程により、成膜後の透明導電膜上にレジストパターンを、例えば次のような方法で形成する。透明導電膜上に、スピンコート法にてレジスト樹脂（紫外線感光性樹脂）の塗布を行う。その後ベークを行い、電極形成用のマスクを使用してプロキシミティ方式露光機、レンズプロジェクション方式露光機またはミラープロジェクション方式露光機にて露光を行う。その後、アルカリ現像液にて現像を行う。アルカリ現像液としては、トリメチルアンモニウムハイドライドやテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなどの有機アルカリや炭酸ナトリウムを用いることができる。最後に、流水洗浄にてアルカリ現像液を除去する。

次に、エッチャントにより前述の透明導電膜のレジストパターンに覆われていない部分に対し、エッチングを行う。前記エッチャントとしては、例えば塩酸水溶液、塩酸と硝酸の水溶液、塩化第２鉄と塩酸の水溶液が用いられる。エッチングにおいては、必要に応じて加熱し、反応性を高めても良い。また、ガスプラズマを用いるケミカルドライエッチング方式を用いても良い。

エッチング後、強アルカリイオンを用いた剥離液にてレジストを剥離する。その後、透明導電膜の透過率を上げ、抵抗率を下げるために、オーブンにて焼成を行うと良い。このようにして、透明導電膜でなる電極１０２、１１２の所定のパターンが形成される。透明導電膜を構成する材料を含む液体又はペーストを用いたスクリーン印刷等の印刷法により、レジストパターンの形成及びエッチングを行わずに電極１０２、１１２の所定のパターンを直接形成してもよい。印刷されたパターンを、２００℃〜３００℃で焼成することによって、電極１０２、１１２が形成される。

次に、電極１０２が形成された基板１０１及び電極１１２が形成された基板１１１を洗浄後、電極１０２を覆うように基板１０１上に配向膜１０３を、電極１１２を覆うように基板１１１上に配向膜１１３を形成する。配向膜１０３、１１３は、例えばＮ−メチル−２−ピロリドンなどとセロソルブアセテートなどを混ぜた溶媒にポリアミック酸を溶解させたポリイミド樹脂、または、ポリアミック酸をイミド化させて溶媒に溶かしたポリイミド樹脂（日産化学工業株式会社製ＳＥ７７９２）を例えば４０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さにオフセット印刷等にて印刷、またはスピナーにてスピン塗布し、その後クリーンオーブンにて焼成を行うことによって形成する。このようにして形成された配向膜１０３、１１３の表面を、フェルトや木綿などのラビング布で擦るラビング法にて所定の方向に配向処理を行い、洗浄を行う。

配向膜１０３、１１３の材料を選択する際、通常のラビング法により、液晶分子に１°以上９°以下、例えば６°以上７°以下のプレチルト角が発現するような材料を選択する。

次に、円柱状または球状のギャップ保持材を所定の割合で、例えば１．５重量％混合したシール材１０５を用い、基板１０１、１１１の一方に、ディスペンサー、またはスクリーン印刷にてその一方の基板に形成されている電極１０２または１１２よりも外側にシールパターンを形成する。ギャップ保持材としてはＳｉＯ_２を主成分とするものが好ましく、例えばその直径が２．２μｍのものを使用することができる。また、シール材１０５として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂のような熱硬化性、または紫外線硬化性の樹脂を使用することができる。

次に、アルコールを主成分とする溶媒、例えばイソプロピルアルコールに、上記ギャップ保持材よりも直径が小さい、例えば直径２μｍの間隙材（スペーサー）１０４を混合して、超音波を印加することにより分散させる。溶媒は、水とアルコールを主成分とする混合溶媒でも良い。この間隙材（スペーサー）１０４を分散させた溶媒を用い、上記シールパターンを形成していない他方の基板上にスピナーを使用して間隙材（スペーサー）１０４を散布する。間隙材（スペーサー）１０４は、球状タイプであればＳｉＯ_２を主成分とするスペーサー（ガラススペーサー）でも樹脂製スペーサー（プラスチックビーズスペーサー）でも良い。また、散布は前記ウェット式散布に限らず、ドライエアーや圧搾ドライ窒素などの気流で粉体状のスペーサーを基板上に散布するドライ式散布でも構わない。

次に、シールパターンを形成した基板１０１、１１１の一方とスペーサーを散布した他方の基板を貼り合わせる。例えば、配向膜１０３、１１３それぞれに対して行ったラビングの方向が互いに９０°ずれる様に貼り合わせを行い、液晶パネルシール焼成治具にて圧力をかけながら、クリーンオーブンにて熱プレスを行う。または、ホットプレート上で圧力をかけながら熱プレスを行う。熱プレス後の基板を、スクライバーにて電極を取り出せる様に所定のサイズのパネルに分断する。

次に、ネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶を、電子天秤にてスメクティック相を有する液晶の割合が２０重量％を超えない範囲でそれぞれ秤量し、それらを混合する。スメクティック相を有する液晶の割合が２０重量％を超えると、強誘電性電気光学効果が強くなってしまう。

スメクティック相を有する液晶として、単安定性強誘電性液晶又は双安定性強誘電性液晶を使用することができ、また等方相、スメクティックＣ相、結晶の順に相転移するもの又は等方相、ネマティック相、スメクティックＡ相、スメクティックＣ相、結晶の順に相転移するものを使用することができる。

ネマティック液晶として、誘電率異方性Δεが正の値を示すもの、特に２０℃においてΔεが５以上１０以下を示すものを使用することができ、またシアノ基を有するシアノ系液晶又は炭素−フッ素結合を有するフッ素系液晶を使用することができ、またカイラル剤が添加されているものを使用することができる。誘電率異方性Δεの値は、立ち上がり応答時間に影響を与える。カイラル剤をネマティック液晶に添加することによって、ディスクリネーションを抑制することができる。

混合した液晶をデータプレート上で例えば１００℃に加熱しながら、スターラーにて所定の時間、例えば１時間攪拌する。攪拌時の温度は、ネマティック液晶のＩ−Ｎ転移温度とスメクティック相を有する液晶の等方相からの相転移温度の、いずれか高い方の相転移温度以上であれば良い。前記相転移温度以上で攪拌することにより、ネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶が混ざり合い、攪拌後の状態を見ると分離している様子は見られない。

前述のパネルに、前記ネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶の混合体を所定の温度、例えば１００℃のホットプレート上で毛細管現象を利用して注入する。注入は真空注入法を用いても良い。注入後の配向状態をバックライト上で偏光板に挟んで確認したところ、分離している様子は確認出来ない。上記混合体を用いた液晶層１０６を、図１に示す。

前述の配向処理（ラビング）が終了した基板１０１、１１１の一方に、間隙材（スペーサー）１０４を散布し、シール材１０５によるシールパターンを形成した後、シールパターンに囲まれた領域にネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶の混合体を滴下し、その一方の基板と他方の基板とを貼り合わせる方法を用いてもよい。また、球状の間隙材（スペーサー）１０４を上述のように散布する代わりに、一方の基板上に絶縁材料でなる柱状のパターンを形成することによって、柱状の間隙材（スペーサー）を設けてもよい。

以上のようにして作製された液晶電気光学装置のセルギャップを測定したところ、２．０μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内であった。

作製された液晶電気光学装置は、スメクティック相を有する液晶の割合が２０重量％以下の、ネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶の混合体を使用したとき、立ち上がり応答時間、立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の相加平均を、共に短くすることができる。特定のネマティック液晶、即ちセルギャップとそのネマティック液晶の屈折率異方性Δｎとの積が０．２７μｍ以上０．３４μｍ以下の範囲となるものを用いることで、スメクティック相を有する液晶の割合が２０重量％以下の混合体を使用したとき、立ち上がり応答時間、立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の相加平均を、共に短くすることができ、さらに液晶電気光学装置に表示される画像は高いコントラストで得られる。

立ち上がり応答時間とは、複数の液晶分子の長軸が、２枚の基板間で連続的にねじれた状態から、基板表面に対して垂直方向に配列することによって、明暗が切り替わる時間を意味する。逆に、立ち下がり応答時間とは、複数の液晶分子の長軸が、基板表面に対して垂直方向に配列した状態から、２枚の基板間で連続的にねじれた状態に戻ることによって、明暗が切り替わる時間を意味する。

また、ネマティック液晶に、そのＩ−Ｎ転移温度よりも高い等方相からの相転移温度を示すスメクティック相を有する液晶を混合することによって、混合体の等方相からの相転移温度をそのネマティック液晶のＩ−Ｎ転移温度よりも高くすることができる。

（実施の形態２）
実施の形態１によって作製された、ネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶の混合体を用いた液晶電気光学装置について、立ち上がり応答時間及び立ち下がり応答時間を測定し、さらに電圧保持率を求めた。また、上記混合体について、加熱して等方相の状態を得たのち冷却する際に等方相から相転移する温度を測定した。

応答時間の測定方法を示す。ネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶の混合体で満たされた液晶層を有するパネルに、リード線を接続する。偏光顕微鏡を用いて、２枚の偏光板を互いにクロスニコルにして、それらの間に上記パネルを配置する。上記リード線に電圧を印加し、液晶の応答時間をオシロスコープを用いて観察する。波形発生器（電源）にて、０Ｖ〜１０Ｖの矩形波で１Ｈｚの周波数の電圧を印加する。上記オシロスコープに出力される波形（パルス）は、液晶層を透過する光の強度の時間に対する変化を表す。その波形（パルス）の振幅が大きいほど、液晶電気光学装置に表示される画像のコントラストが高いと言える。

電圧保持率を求める方法を示す。電界効果型トランジスタを用いて、６４μ秒、１０Ｖのパルスを３０ｍ秒毎に、ネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶の混合体で満たされたパネルに印加し、そのときの液晶電気光学装置の電位の低下率を実効値から求め、電圧保持率とする。電圧保持率を測定する目的は、ネマティック液晶にスメクティック相を有する液晶を混合することによる液晶の劣化を調べることにある。

ネマティック液晶としてメルク社製ＴＬ２１５を、スメクティック相を有する液晶としてクラリアント社製Ｒ２４０１を使用した場合について、等方相からの相転移温度を測定した結果を図２に、立ち上がり応答時間（Ｔｒ）及び立ち下がり応答時間（Ｔｄ）を測定すると共にそれらの相加平均（ＡＶＧ）を求めた結果を図３に、電圧保持率を求めた結果を図４に示す。

メルク社製ＴＬ２１５は、フッ素系液晶であり、２０℃においてネマティック相であり、Ｉ−Ｎ転移温度を超える温度において等方相である。また、誘電率異方性Δεは２０℃において８．５であり、屈折率異方性Δｎは５８９ｎｍの光を用いた場合２０℃において０．２０４２であり、粘度は２０℃において４４ｍｍ^２ｓ^−１である。クラリアント社製Ｒ２４０１は、単安定性強誘電性液晶であり、等方相、スメクティックＣ相、結晶の順で相転移し、２０℃においてスメクティックＣ相である。

スメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の割合が２０重量％以下の範囲において、混合体中のスメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の割合が増加すると、等方相からの相転移温度はネマティック液晶ＴＬ２１５のみを用いた場合よりも上昇することが確認された。ネマティック液晶ＴＬ２１５のＩ−Ｎ転移温度は８２℃であり、スメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の等方相からスメクティックＣ相への転移温度は８７．２℃となっているため、等方相からの相転移温度が高い方の液晶に影響されるためである。

また、スメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の割合が２０重量％以下である１５重量％、２０重量％の混合体を用いた場合、ネマティック液晶ＴＬ２１５のみを用いた場合よりも、立ち上がり応答時間は１３ｍ秒より短い１２．３ｍ秒になり、立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の相加平均も７ｍ秒より短くなる傾向が確認され約６．９ｍ秒となった。立ち下がり応答時間は、２ｍ秒を超えることはなかった。

また、スメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の割合が２０重量％以下の混合体を用いた場合、ネマティック液晶ＴＬ２１５のみを用いた場合の電圧保持率が９９％であるのに対し、上記混合体中のスメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の割合が増加しても、電圧保持率は９８％〜９９％とほとんど変化はみられないことが確認された。

（実施の形態３）
ネマティック液晶として実施の形態２と同じメルク社製ＴＬ２１５を、スメクティック相を有する液晶として実施の形態２とは異なるクラリアント社製Ｍ４８５１／１００を使用した場合について、等方相からの相転移温度を測定した結果を図５に、立ち上がり応答時間（Ｔｒ）及び立ち下がり応答時間（Ｔｄ）を測定すると共にそれらの相加平均（ＡＶＧ）を求めた結果を図６に、電圧保持率を求めた結果を図７に示す。

クラリアント社製Ｍ４８５１／１００は、双安定性強誘電性液晶であり、等方相、ネマティック相、スメクティックＡ相、スメクティックＣ相、結晶の順で相転移し、２０℃においてスメクティックＣ相である。

スメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が２０重量％以下である５重量％、１０重量％、１５重量％の混合体において、ネマティック液晶ＴＬ２１５のみを用いた場合よりも等方相からの相転移温度は下降することが確認された。ネマティック液晶ＴＬ２１５のＩ−Ｎ転移温度は８２℃であり、スメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００のＩ−Ｎ転移温度は６４．８℃となっているため、Ｉ−Ｎ転移温度が低い方の液晶に影響されるためである。しかしながら、スメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が５重量％、１０重量％、１５重量％の混合体において、等方相からの相転移温度は８０℃±０．５℃の範囲であり、８２℃からの下降は２℃程度にとどまった。

また、スメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が２０重量％以下である１０重量％、１５重量％の混合体を用いた場合、ネマティック液晶ＴＬ２１５のみを用いた場合よりも、立ち上がり応答時間は１３ｍ秒より短く最大で２．５ｍ秒短くなり、立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の相加平均も７ｍ秒より短くなる傾向が確認され５．８ｍ秒以上６．２ｍ秒以下となった。立ち下がり応答時間は、２ｍ秒を超えることはなかった。

また、スメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が２０重量％以下である５重量％、１０重量％、１５重量％の混合体を用いた場合、ネマティック液晶ＴＬ２１５のみを用いた場合の電圧保持率が９９％であるのに対し、上記混合体中のスメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が増加しても、電圧保持率は９８％〜９９％とほとんどに変化はみられないことが確認された。

（実施の形態４）
ネマティック液晶として実施の形態２と異なるメルク社製ＭＪ９６１０８３を、スメクティック相を有する液晶として実施の形態２と同じクラリアント社製Ｒ２４０１を使用した場合について、等方相からの相転移温度を測定した結果を図８に、立ち上がり応答時間（Ｔｒ）及び立ち下がり応答時間（Ｔｄ）を測定すると共にそれらの相加平均（ＡＶＧ）を求めた結果を図９に、電圧保持率を求めた結果を図１０に、液晶層を透過する光の強度の時間に対する変化を表すオシロスコープに出力された波形を図１１に示す。

メルク社製ＭＪ９６１０８３は、フッ素系液晶であり、２０℃においてネマティック相であり、Ｉ−Ｎ転移温度を超える温度において等方相である。また、誘電率異方性Δεは２０℃において１０であり、屈折率異方性Δｎは波長５８９ｎｍの光を用いた場合２０℃において０．１３５５であり、粘度は２０℃において２６ｍｍ^２ｓ^−１である。

スメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の割合が２０重量％以下である５重量％、１５重量％の混合体において、ネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のみを用いた場合と比較して、等方相からの相転移温度はほとんど変化しないことが確認された。ネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のＩ−Ｎ転移温度は１０１．４℃であり、スメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の等方相からの相転移温度は前述のとおり８７．２℃となっている。

また、スメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の割合が２０重量％以下である５重量％、１５重量％の混合体を用いた場合、立ち上がり応答時間はネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のみを用いた場合の１６ｍ秒より短く最大で４ｍ秒短くなり、立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の相加平均もネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のみを用いた場合の８．４ｍ秒より最大で２ｍ秒短くなり８ｍ秒以下になる傾向が確認された。立ち下がり応答時間は、２ｍ秒を超えることはなかった。本実施の形態において、セルギャップとネマティック液晶の屈折率異方性Δｎとの積は、０．２７μｍ以上０．３４μｍ以下の範囲である。

また、スメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の割合が２０重量％以下である５重量％、１５重量％の混合体を用いた場合、ネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のみを用いた場合の電圧保持率が９８％であるのに対し、上記混合体中のスメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の割合が増加しても、電圧保持率は９６％〜９７％とほとんど変化はみられないことが確認された。

さらに図１１から、ネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のみを用いた場合（凡例に０ｗｔ％と示す）よりも、スメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の割合が５重量％の混合体を用いた場合（凡例に５ｗｔ％と示す）、及びスメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の割合が１５重量％の混合体を用いた場合（凡例に１５ｗｔ％と示す）の方が、高いコントラストが得られることが判断できる。図１１において、縦軸の値がゼロに近いほど液晶層を透過する光の強度が小さく、表示は暗くなり（黒レベルが上昇すると表現できる）、縦軸の絶対値が大きいほど液晶層を透過する光の強度が大きく、表示は明るくなる（白レベルが上昇すると表現できる）。したがって図１１は、スメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の割合が５重量％及び１５重量％の混合体を用いることによって、ネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のみを用いるよりも、白レベルが上昇することを示している。図１１には示していないが、スメクティック相を有する液晶Ｒ２４０１の割合が１０重量％の混合体を用いた場合も、ネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のみを用いた場合より白レベルが上昇し、高いコントラストが得られることがわかった。

（実施の形態５）
ネマティック液晶として実施の形態４と同じメルク社製ＭＪ９６１０８３を、スメクティック相を有する液晶として実施の形態３と同じクラリアント社製Ｍ４８５１／１００を使用した場合について、等方相からの相転移温度を測定した結果を図１２に、立ち上がり応答時間（Ｔｒ）及び立ち下がり応答時間（Ｔｄ）を測定すると共にそれらの相加平均（ＡＶＧ）を求めた結果を図１３に、電圧保持率を求めた結果を図１４に、液晶層を透過する光の強度の時間に対する変化を表すオシロスコープに出力された波形を図１５に示す。

スメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が２０重量％以下である５重量％、１５重量％の範囲において、混合体中のスメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が増加すると、ネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のみを用いた場合よりも等方相からの相転移温度は下降することが確認された。ネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のＩ−Ｎ転移温度は１０１．４℃であり、スメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００のＩ−Ｎ転移温度は６４．８℃となっているため、Ｉ−Ｎ転移温度が低い方の液晶に影響されるためである。

また、スメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が２０重量％以下である５重量％、１５重量％の混合体を用いた場合、ネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のみを用いた場合よりも、立ち上がり応答時間は１６ｍ秒より短く最大で２．７ｍ秒短くなり、立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の相加平均も８．４ｍ秒より最大で１．３ｍ秒短くなり８ｍ秒以下になる傾向が確認された。立ち下がり応答時間は、２ｍ秒を超えることはなかった。本実施の形態において、セルギャップとネマティック液晶の屈折率異方性Δｎとの積は０．２７μｍ以上０．３４μｍ以下の範囲である。

また、スメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が２０重量％以下である５重量％、１５重量％の混合体を用いた場合、ネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のみを用いた場合の電圧保持率が９８％であるのに対し、上記混合体中のスメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が増加しても、電圧保持率は９７％〜９８％とほとんど変化はみられないことが確認された。

さらに図１５から、ネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のみを用いた場合（凡例に０ｗｔ％と示す）よりも、スメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が５重量％の混合体を用いた場合（凡例に５ｗｔ％と示す）、及びスメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が１５重量％の混合体を用いた場合（凡例に１５ｗｔ％と示す）の方が、高いコントラストが得られることが判断できる。図１５において、縦軸の値がゼロに近いほど液晶層を透過する光の強度が小さく、表示は暗くなり（黒レベルが上昇すると表現できる）、縦軸の絶対値が大きいほど液晶層を透過する光の強度が大きく、表示は明るくなる（白レベルが上昇すると表現できる）。したがって図１５は、スメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が５重量％及び１５重量％の混合体を用いることによって、ネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のみを用いるよりも、白レベルが上昇することを示している。図１５には示していないが、スメクティック相を有する液晶Ｍ４８５１／１００の割合が１０重量％の混合体を用いた場合も、ネマティック液晶ＭＪ９６１０８３のみを用いた場合より白レベルが上昇し、高いコントラストが得られることがわかった。

以上の結果は、単純マトリクス型、アクティブマトリクス型いずれの液晶電気光学装置にも適用可能であり、透過型、反射型いずれの液晶電気光学装置にも適用可能である。

本明細書に開示する発明が適用される液晶電気光学装置の一例を、図１６に示す。

第１の基板１４０１と第２の基板１４０２の間に液晶層１４０４を有し、これらの基板同士はシール材１４００により接着される。液晶層１４０４には、ネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶の混合体であって、所定の割合でカイラル剤が添加され、且つスメクティック相を有する液晶の割合が２０重量％を超えない範囲で実施の形態１、２、３、４又は５に示す割合のものを用いる。また、セルギャップは、実施の形態１と同様、２．０μｍ以上２．５μｍ以下とする。

第１の基板１４０１には画素部１４０３が形成され、第２の基板には着色層１４０５が形成される。着色層１４０５は、カラー表示を行う際に必要であり、ＲＧＢ方式の場合、赤、緑、青の各色に対応した着色層が、各画素に対応して設けられている。着色層１４０５上には対向電極及び配向膜が形成される。第１の基板１４０１及び第２の基板１４０２の外側には、それぞれ偏光板１４０６、１４０７が設けられる。また、偏光板１４０７の表面には、保護膜１４１６が形成されており、外部からの衝撃を緩和する。

画素部１４０３には、画素電極及びそれと電気的に接続された１つ又は複数の薄膜トランジスタが、各画素に対応して設けられる。画素部１４０３上には配向膜が形成される。

第１の基板１４０１に設けられた接続端子１４０８には、ＦＰＣ１４０９を介して配線基板１４１０が接続されている。ＦＰＣ１４０９又は接続配線にはＩＣチップにより形成された駆動回路１４１１が設けられ、配線基板１４１０には、コントロール回路や電源回路などの外部回路１４１２が設けられている。

冷陰極管１４１３、反射板１４１４及び光学フィルム１４１５はバックライトユニットであり、これらが光源となる。第１の基板１４０１、第２の基板１４０２、上記光源、配線基板１４１０、及びＦＰＣ１４０９は、ベゼル１４１７で保持及び保護されている。

本実施例に示した液晶電気光学装置は、例えば、携帯電話機、テレビ受像機、デジタルカメラ等のカメラ、ノート型等のパーソナルコンピュータ、液晶プロジェクタなどの電子機器に搭載される。

図１７は、本明細書に開示する発明が適用される液晶電気光学装置、例えば実施例１に示す液晶電気光学装置が搭載される携帯電話機の一例を示している。

液晶電気光学装置１５０１はハウジング１５３０に脱着自在に組み込まれる。ハウジング１５３０は液晶電気光学装置１５０１のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。液晶電気光学装置１５０１を固定したハウジング１５３０はプリント基板１５３１に嵌め込まれ、モジュールとして組み立てられる。

液晶電気光学装置１５０１はＦＰＣ１５０２を介してプリント基板１５３１に接続される。プリント基板１５３１には、スピーカー１５３２、マイクロフォン１５３３、送受信回路１５３４、ＣＰＵ及びコントローラなどを含む信号処理回路１５３５が形成されている。このようなモジュールと、入力手段１５３６、バッテリ１５３７を組み合わせ、筐体１５３９に収納する。液晶電気光学装置１５０１の画素部は筐体１５３９に形成された開口窓から視認できるように配置する。

本実施例の携帯電話機において、本明細書に開示する発明の特徴である、所定の割合でネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶とを混合した混合体を液晶層に用いた液晶電気光学装置を搭載することによって、残像の低減及びコントラストの向上をはかることが出来、画面のちらつきなどを気にする必要がなく、静止画のみならず動画の表示にも適するという効果を奏する。また、ネマティック液晶のＩ−Ｎ転移温度よりも、等方相からの相転移温度が高いスメクティック相を有する液晶を混合した混合体を用いることで、等方相からの相転移温度が高くなるため、使用温度範囲を広げることが出来るという効果を奏する。

本実施例に係る携帯電話機は、その機能や用途に応じてさまざまな態様に変容し得る。例えば、液晶電気光学装置を複数備えたり、筐体を適宜複数に分割して蝶番により開閉式とした構成としても、上記効果を奏することができる。

図１８（Ａ）は、テレビ受像機（液晶テレビ）に搭載される、表示パネル１６０１と回路基板１６０２を組み合わせた液晶電気光学装置を示している。回路基板１６０２には、例えば、コントロール回路１６０３や信号分割回路１６０４などが形成されている。図１８（Ａ）は、信号線駆動回路１６０５及び走査線駆動回路１６０６は、画素部１６０７と同一の基板上に形成される例を示しているが、信号線駆動回路１６０５と走査線駆動回路１６０６の一方のみを画素部１６０７と同一基板上に形成してもよく、信号線駆動回路１６０５と走査線駆動回路１６０６の一方又は両方の構成要素の一部のみを画素部１６０７と同一基板上に形成してもよい。

この表示パネル１６０１の液晶層には、本明細書に開示する発明の特徴である、所定の割合でネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶とを混合した混合体が用いられる。

図１８（Ａ）に示す液晶電気光学装置を筐体１６１１に組みこんで、図１８（Ｂ）に一例を示すテレビ受像機を完成させることができる。液晶電気光学装置により、表示画面１６１２が形成される。また、スピーカー１６１３、操作スイッチ１６１４などが適宜備えられている。

本実施例のテレビ受像機（液晶テレビ）において、本明細書に開示する発明の特徴である、所定の割合でネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶とを混合した混合体を液晶層に用いた液晶電気光学装置を搭載することによって、残像の低減及びコントラストの向上をはかることが出来、画面のちらつきなどを気にする必要がなく、動画を表示するのに適するという効果を奏する。また、ネマティック液晶のＩ−Ｎ転移温度よりも、等方相からの相転移温度が高いスメクティック相を有する液晶を混合した混合体を用いることで、等方相からの相転移温度が高くなるため、使用温度範囲を広げることが出来るという効果を奏する。

本明細書に開示する発明が適用される液晶電気光学装置が搭載される、投影型表示装置（液晶プロジェクタ）の一例を示す。

図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）に示す背面投影型表示装置１７０１は、プロジェクタユニット１７０２、ミラー１７０３、スクリーン１７０４を備えている。その他にスピーカー１７０５、操作スイッチ１７０６を備えている場合もある。このプロジェクタユニット１７０２は、背面投影型表示装置１７０１の筐体１７０７の下部に配設され、映像信号に基づいて映像を映し出す投射光をミラー１７０３に向けて投射する。背面投影型表示装置１７０１はスクリーン１７０４の背面から投影される映像を表示する構成となっている。

一方、図２０は、前面投影型表示装置１８０１を示している。前面投影型表示装置１８０１は、プロジェクタユニット１８０２と投射光学系１８０３を備えている。この前面投影型表示装置１８０１はその前面に配設するスクリーン等に映像を投影する構成となっている。

図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）に示す背面投影型表示装置１７０１、図２０に示す前面投影型表示装置１８０１にそれぞれ適用されるプロジェクタユニット１７０２、１８０２の構成を以下に説明する。

図２１は、プロジェクタユニットの一例を示している。このプロジェクタユニット１９０１は、光源ユニット１９０２及び変調ユニット１９０３を備えている。光源ユニット１９０２は、レンズ類で構成された光源光学系１９０４と、光源ランプ１９０５を備えている。光源ランプ１９０５は迷光が拡散しないように筐体内に収納されている。光源ランプ１９０５としては、大光量の光を放射可能な、例えば、高圧水銀ランプやキセノンランプなどが用いられる。光源光学系１９０４は、光学レンズ、偏光機能を有するフィルム、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等を適宜設けて構成される。そして、光源ユニット１９０２は、放射光が変調ユニット１９０３に入射するように配設されている。変調ユニット１９０３は、複数の液晶電気光学装置１９０６、位相差板１９０７、ダイクロイックミラー１９０８、全反射ミラー１９０９、プリズム１９１０、投射光学系１９１１を備えている。光源ユニット１９０２から放射された光は、ダイクロイックミラー１９０８で複数の光路に分離される。

各光路には、所定の波長若しくは波長帯の光を透過するカラーフィルターを伴う液晶電気光学装置１９０６が備えられている。透過型である液晶電気光学装置１９０６は映像信号に基づいて透過光を変調する。液晶電気光学装置１９０６を透過した各色の光は、プリズム１９１０に入射し投射光学系１９１１を通して、スクリーン上に映像を表示する。プロジェクタユニット１９０１によって投射され、必要に応じてミラーで反射された投影光は、フレネルレンズによって概略平行光に変換され、スクリーンに投影される。

図２２で示すプロジェクタユニット２００１は、反射型液晶電気光学装置２００２を複数備えた構成を示している。反射型液晶電気光学装置２００２は、実施例１の液晶電気光学装置において、画素部における画素電極がアルミニウム、チタンのような金属、又はこれらの合金により形成され、一対の基板のうち少なくとも一方が透光性を有すればよい。

このプロジェクタユニット２００１は、光源ユニット２００３と変調ユニット２００４を備えている。光源ユニット２００３は、図２１に示す光源ユニット１９０２と同様の構成である。光源ユニット２００３から放射された光は、ダイクロイックミラー２００５で赤の波長領域の光のみを透過し、緑および青の波長領域の光を反射する。さらに、ダイクロイックミラー２００６では、緑の波長領域の光のみが反射される。ダイクロイックミラー２００５を透過した赤の波長領域の光は、全反射ミラー２００７で反射され、偏光ビームスプリッタ２００８へ入射する、また、緑の波長領域の光は偏光ビームスプリッタ２００９へ入射し、青の波長領域の光は偏光ビームスプリッタ２０１０に入射する。偏光ビームスプリッタ２００８、２００９、２０１０は、入射光をＰ偏光とＳ偏光に分離する機能を有し、且つＰ偏光を透過させる機能を有するものであり、複数の反射型液晶電気光学装置２００２それぞれに対応するように配置される。反射型液晶電気光学装置２００２で反射し偏光ビームスプリッタを透過した各色の光は、プリズム２０１１に入射し、投射光学系２０１２を通してスクリーンに投射される。

図２２に示すプロジェクタユニットは、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）に示す背面投影型表示装置、並びに図２０に示す前面投影型表示装置に適用することができる。

図２３（Ａ）、図２３（Ｂ）及び図２３（Ｃ）に示すプロジェクタユニットは単板式の構成を示している。図２３（Ａ）に示したプロジェクタユニットは、光源ユニット２１０１、液晶電気光学装置２１０２、位相差板２１０３、投射光学系２１０４を備えている。投射光学系２１０４は一つ又は複数のレンズにより構成されている。液晶電気光学装置２１０２にはカラーフィルターが設けられている。

図２３（Ｂ）は、フィールドシーケンシャル方式で動作するプロジェクタユニットの構成を示している。フィールドシーケンシャル方式は、赤、緑、青などの各色の光を時間的にずらせて順次液晶パネルに入射させて、カラーフィルター無しでカラー表示を行う方式である。特に、高速応答性の液晶電気光学装置と組み合わせると高精細な映像を表示することができる。図２３（Ｂ）に示すプロジェクタユニットは、光源ユニット２１１１と液晶電気光学装置２１１２の間に、赤、緑、青などの複数のカラーフィルターが備えられた回動式のカラーフィルター板２１１３を備え、さらに投射光学系２１１４を備えている。

図２３（Ｃ）に示すプロジェクタユニットは、カラー表示の方式として、マイクロレンズを使った色分離方式の構成を示している。この方式は、マイクロレンズアレイ２１２３を液晶電気光学装置２１２２の光入射側に備え、各色の光をそれぞれの方向から照明することでカラー表示を実現する方式である。この方式を採用するプロジェクタユニットは、カラーフィルターによる光の損失がないので、光源ユニット２１２１からの光を有効に利用することができるという特徴を有している。図２３（Ｃ）に示すプロジェクタユニットは、液晶電気光学装置２１２２に対して各色の光をそれぞれの方向から照明するように、ダイクロイックミラー２１２５、２１２６、２１２７を備え、さらに投射光学系２１２４を備えている。

本実施例の投影型表示装置（液晶プロジェクタ）において、本明細書に開示する発明の特徴である、所定の割合でネマティック液晶とスメクティック相を有する液晶とを混合した混合体を液晶層に用いた液晶電気光学装置を搭載することによって、残像の低減及びコントラストの向上をはかることが出来、画面のちらつきなどを気にする必要がなく、動画を表示するのに適するという効果を奏する。特に、フィールドシーケンシャル方式で動作するプロジェクタユニットに用いる液晶電気光学装置として、本明細書に開示する発明を適用した液晶電気光学装置は好適である。また、ネマティック液晶のＩ−Ｎ転移温度よりも、等方相からの相転移温度が高いスメクティック相を有する液晶を混合した混合体を用いることで、等方相からの相転移温度が高くなるため、使用温度範囲を広げることが出来るという効果を奏する。

本明細書に開示する発明は、上記実施例２、実施例３及び実施例４に示す電子機器に限らず、液晶電気光学装置が搭載される他の電子機器にも適用可能である。

ＴＮモード液晶電気光学装置の概略図実施の形態２における等方相からの相転移温度の変化を示す図実施の形態２における応答時間の変化を示す図実施の形態２における電圧保持率の変化を示す図実施の形態３における等方相からの相転移温度の変化を示す図実施の形態３における応答時間の変化を示す図実施の形態３における電圧保持率の変化を示す図実施の形態４における等方相からの相転移温度の変化を示す図実施の形態４における応答時間の変化を示す図実施の形態４における電圧保持率の変化を示す図実施の形態４におけるオシロスコープに出力された波形を示す図実施の形態５における等方相からの相転移温度の変化を示す図実施の形態５における応答時間の変化を示す図実施の形態５における電圧保持率の変化を示す図実施の形態５におけるオシロスコープに出力された波形を示す図実施例１における液晶電気光学装置を示す図実施例２における携帯電話機を示す図実施例３におけるテレビ受像機を示す図実施例４における背面投影型表示装置を示す図実施例４における前面投影型表示装置を示す図実施例４における投影型表示装置のプロジェクタユニットの構成を示す図実施例４における投影型表示装置のプロジェクタユニットの構成を示す図実施例４における投影型表示装置のプロジェクタユニットの構成を示す図

符号の説明

１０１基板
１１１基板
１０２電極
１１２電極
１０３配向膜
１１３配向膜
１０４間隙材（スペーサー）
１０５シール材
１０６液晶層
１４００シール材
１４０１第１の基板
１４０２第２の基板
１４０３画素部
１４０４液晶層
１４０５着色層
１４０６偏光板
１４０７偏光板
１４０８接続端子
１４０９ＦＰＣ
１４１０配線基板
１４１１駆動回路
１４１２外部回路
１４１３冷陰極管
１４１４反射板
１４１５光学フィルム
１４１６保護膜
１４１７ベゼル
１５０１液晶電気光学装置
１５０２ＦＰＣ
１５３０ハウジング
１５３１プリント基板
１５３２スピーカー
１５３３マイクロフォン
１５３４送受信回路
１５３５信号処理回路
１５３６入力手段
１５３７バッテリ
１５３９筐体
１６０１表示パネル
１６０２回路基板
１６０３コントロール回路
１６０４信号分割回路
１６０５信号線駆動回路
１６０６走査線駆動回路
１６０７画素部
１６１１筐体
１６１２表示画面
１６１３スピーカー
１６１４操作スイッチ
１７０１背面投影型表示装置
１７０２プロジェクタユニット
１７０３ミラー
１７０４スクリーン
１７０５スピーカー
１７０６操作スイッチ
１７０７筐体
１８０１前面投影型表示装置
１８０２プロジェクタユニット
１８０３投射光学系
１９０１プロジェクタユニット
１９０２光源ユニット
１９０３変調ユニット
１９０４光源光学系
１９０５光源ランプ
１９０６液晶電気光学装置
１９０７位相差板
１９０８ダイクロイックミラー
１９０９全反射ミラー
１９１０プリズム
１９１１投射光学系
２００１プロジェクタユニット
２００２反射型液晶電気光学装置
２００３光源ユニット
２００４変調ユニット
２００５ダイクロイックミラー
２００６ダイクロイックミラー
２００７全反射ミラー
２００８偏光ビームスプリッタ
２００９偏光ビームスプリッタ
２０１０偏光ビームスプリッタ
２０１１プリズム
２０１２投射光学系
２１０１光源ユニット
２１０２液晶電気光学装置
２１０３位相差板
２１０４投射光学系
２１１１光源ユニット
２１１２液晶電気光学装置
２１１３回動式のカラーフィルター板
２１１４投射光学系
２１２１光源ユニット
２１２２液晶電気光学装置
２１２３マイクロレンズアレイ
２１２４投射光学系
２１２５ダイクロイックミラー
２１２６ダイクロイックミラー
２１２７ダイクロイックミラー

Claims

第１の電極、及び前記第１の電極を覆う第１の配向膜が形成された第１の基板と、第２の電極、及び前記第２の電極を覆う第２の配向膜が形成された第２の基板と、前記第１の基板及び前記第２の基板のセルギャップに形成された液晶層と、を有し、
前記液晶層は、ネマティック液晶及び２０℃においてスメクティック相となる液晶の混合体でなり、
前記混合体における前記２０℃においてスメクティック相となる液晶の割合は、１０重量％以上２０重量％以下であり、
前記混合体に含まれる液晶分子の立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の相加平均は、８ｍ秒以下であり、
前記セルギャップ及び前記ネマティック液晶の屈折率異方性Δｎの積は、０．２７μｍ以上０．３４μｍ以下であることを特徴とするＴＮモードの液晶電気光学装置。
第１の電極、及び前記第１の電極を覆う第１の配向膜が形成された第１の基板と、第２の電極、及び前記第２の電極を覆う第２の配向膜が形成された第２の基板と、前記第１の基板及び前記第２の基板のセルギャップに形成された液晶層と、を有し、
前記液晶層は、ネマティック液晶及び２０℃においてスメクティック相となる液晶の混合体でなり、
前記２０℃においてスメクティック相となる液晶の等方相からの相転移温度は前記ネマティック液晶の等方相からの相転移温度よりも高く、
前記混合体における前記２０℃においてスメクティック相となる液晶の割合は、１０重量％以上２０重量％以下であり、
前記混合体に含まれる液晶分子の立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の相加平均は、８ｍ秒以下であり、
前記セルギャップ及び前記ネマティック液晶の屈折率異方性Δｎの積は、０．２７μｍ以上０．３４μｍ以下であることを特徴とするＴＮモードの液晶電気光学装置。
第１の電極、及び前記第１の電極を覆う第１の配向膜が形成された第１の基板と、第２の電極、及び前記第２の電極を覆う第２の配向膜が形成された第２の基板と、前記第１の基板及び前記第２の基板のセルギャップに形成された液晶層と、を有し、
前記液晶層は、ネマティック液晶及び２０℃においてスメクティック相となる液晶の混合体でなり、
前記混合体における前記２０℃においてスメクティック相となる液晶の割合は、１０重量％以上１５重量％以下であり、
前記混合体に含まれる液晶分子の立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の相加平均は、８ｍ秒以下であり、
前記セルギャップ及び前記ネマティック液晶の屈折率異方性Δｎの積は、０．２７μｍ以上０．３４μｍ以下であることを特徴とするＴＮモードの液晶電気光学装置。
第１の電極、及び前記第１の電極を覆う第１の配向膜が形成された第１の基板と、第２の電極、及び前記第２の電極を覆う第２の配向膜が形成された第２の基板と、前記第１の基板及び前記第２の基板のセルギャップに形成された液晶層と、を有し、
前記液晶層は、ネマティック液晶及び２０℃においてスメクティック相となる液晶の混合体でなり、
前記２０℃においてスメクティック相となる液晶の等方相からの相転移温度は前記ネマティック液晶の等方相からの相転移温度よりも高く、
前記混合体における前記２０℃においてスメクティック相となる液晶の割合は、１０重量％以上１５重量％以下であり、
前記混合体に含まれる液晶分子の立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の相加平均は、８ｍ秒以下であり、
前記セルギャップ及び前記ネマティック液晶の屈折率異方性Δｎの積は、０．２７μｍ以上０．３４μｍ以下であることを特徴とするＴＮモードの液晶電気光学装置。
前記ネマティック液晶は、カイラル剤が添加されたネマティック液晶であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のＴＮモードの液晶電気光学装置。
前記ネマティック液晶は、フッ素系液晶であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のＴＮモードの液晶電気光学装置。
前記ネマティック液晶の誘電率異方性Δεは、２０℃において５以上１０以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のＴＮモードの液晶電気光学装置。
前記セルギャップは、２．０μｍ以上２．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のＴＮモードの液晶電気光学装置。
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の液晶電気光学装置を備えた電子機器。
前記電子機器が携帯電話機、テレビ受像機、カメラ、パーソナルコンピュータ、又は液晶プロジェクタである請求項９に記載の電子機器。