JPS5838767B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液晶を用いた表示装置に関する。

誘電異方性が負のネマチック液晶は、電圧が印加される
と光散乱を生じることはよく知られている。

この効果は、一般に動的散乱モード（ＤＳＭ）と呼ばれ
、表示装置に応用されている。

しかし、従来のネマチック液晶のＤＳＭ効果による表示
は、充分な表示コントラストを得るには１５Ｖ位以上の
印加電圧を必要とし、またマトリクス表示等の時分割駆
動を行うとクロスト−１りを生じるためスタチック駆動
のものに限られていた。

このような従来のネマチック液晶表示装置における欠点
は、ネマチック液晶の光散乱強度の電圧依存性が緩慢な
ことに主に基因している。

通常のネマチック液晶においては、光散乱開始電圧は約
７Ｖ位だが、光散乱飽和電圧は３０〜５０Ｖ以上である
。

本発明の目的は、上記した従来の液晶表示装置における
欠点を改良した新規な液晶表示装置を提供することにあ
る。

本発明によればネマチック液晶に極微量のコレステリッ
ク液晶を添加した混合液晶を、ラビング処理をした一対
の電極基板テはさんだ液晶表示パネルと、入射光線の前
記パネルへの投影線が前記ラビング方向とほぼ直角にな
るように配置した光源と、前記液晶に電圧を印加するた
めの駆動電源とから構成される液晶表示装置とによって
前記欠点を大巾に改良したシャープな電圧依存性および
高コントラスト特性を有する液晶表示装置を得ることが
できる。

次に、本発明について図面を参照しつつ、詳しく説明す
る。

ＤＳＭを生じる通常のネマチック液晶セルは、電圧が印
加されると６〜ＩＯＶ位でウィリアムズ・ドメインと呼
ばれる光散乱ドメインが現れ、１０Ｖ位以上では乱流に
基因する動的光散乱を示すことはよく知られている。

またセルの電極基板内表面を一方向に綿などでこすった
、いわゆるラビング処理をしたネマチック液晶セルでは
、液晶分子は分子長軸をラビング方向と平行になるよう
な平行配列をとり、電圧印加によるウィリアムズ・ドメ
インはラビング方向と直角なストライプ状となることも
知られている。

このラビングセルは、入射光をその光線のセル表面への
投影線がラビング方向と平行となるようにセルへ入射さ
せると、ラビングしない液晶セルに比べ、比較的シャー
プな光散乱の電圧依存特性を示す。

この典型的な特性例は第１図の曲線１に示される。

ところが、一方向にラビング処理を施したセルに、通常
のネマチック液晶に極微量のコレステリック液晶を混合
した混合液晶を充填した液晶セルは、光散乱の電圧依存
性がさらにシャープで、しかも非常に高コントラストな
特性を有することが発見された。

この混合液晶を充填したラビングセルの光散乱特性の典
型的例な第１図の曲線２および３に示す。

曲線２は、入射光をその光線のラビングセル表面への投
影線がラビング方向と直角となるように液晶セルへ入射
させた場合であり、曲線３は、入射光の投影線がラビン
グ方向と平行な場合である。

すなわち、ネマチック液晶に極微量のコレステリック液
晶を添加した混合液晶を充填したラビングセルにおいて
は、前述したネマチック液晶のみのラビングセルの場合
とは逆に、入射光をラビングセルへの投影線がラビング
方向と直角に入射した場合に、シャープで、しかも高コ
ントラストな光散乱特性が得られる。

この混合液晶を充填したラビングセルを顕微鏡で観察す
ると、まず５■位の低電圧で、ウィリアムズドメインと
同様なストライプ状ドメインが現われる。

このストライプドメイン軸の方向は、ネマチック液晶を
充填したラビングセルの場合とは異なって、ラビング方
向と平行であることが見い出された。

このようなラビング方向と平行なストライプドメインが
生じるためには、コレステリック液晶とネマチック液晶
を混合して得られる混合コレステリック液晶の分子配列
のらせんピッチＰが液晶層厚ｄの２倍程度になるような
混合比率にすることが必要であることも見い出された。

さらに少し印加電圧を増加すると、ストライプ状ドメイ
ンの代りに、グリッド状あるいはマトリクス状のドメイ
ンが現れる。

さらに電圧を増大させるとドメインパターンは（ずれて
、液晶の流動が生じる。

従って、第１図の曲線２における光散乱の第１のピーク
４は、上記ストライプ状ドメインに基づき、第２ピーク
５は上記マトリクス状ドメインに基づくものと考えられ
る。

このような混合液晶を作るのに用いる液晶は、通常のネ
マチック液晶およびコレステリック液晶なら何でもよい
。

ただし、ネマチック液晶は通常のＤＳＭを生せしめるに
充分な適当な電気抵抗率、すなわち１０８ΩｃＩｎ、〜
１００Ωα程度のものが好ましい。

上述したネマチック液晶にコレステリック液晶を微量添
加したセルにおける低電圧印加によるラビング方向と平
行なストライプドメイン発生に基因するシャープ、高コ
ントラストな光散乱特性は、主にコレステリック液晶の
添加濃度に依存し、さらにこの適当な添加濃度値はコレ
ステリック液晶の種類およびセルの液晶層厚に依存する
。

前者はコレステリック液晶のラセン配列形成能に関与す
るもので、ラセン配列形成能が小さい材料はど添加濃度
を大きくする必要がある。

また後者は通常１０μ扉程度であるが装置によっては５
〜５０μｎの場合もあり、液晶層厚が大きいほどコレス
テリック液晶添加濃度を大きくする必要がある。

一般的には、通常使用される代表的コレステリック液晶
、例えば次の実施例におけるコレステリツクノナノエイ
トを用い、液晶層厚も通常採用される１０μｎ程度の場
合、コレステリック液晶の適当な添加濃度は極微量、す
なわち大体０．１〜１．０％（重量比）程度である。

添加濃度がこれ以下であれば、前述した電圧印加による
ラビング方向と平行なストライプドメインが形成されず
、従って第１図曲線２で示したような低電圧印加でのシ
ャープで高コントラストの光散乱特性は得られず、また
これ以上であれば、やはりシャープなしきい値特性、高
コントラストを生じる上記ストライプドメインは形成さ
れず、しきい値電圧はネマチック液晶単独の場合よりも
却って高くなり、しきい値特性もシャープではなくなり
、また応答速度も非常に遅くなってしまう。

なお、ネマチック液晶にコレステリック液晶をやはり極
微量添加した混合液晶を垂直配列処理をしたセルに充填
した場合の光散乱特性は、ネマチック液晶だけのセルに
比べて、シャープではあるが、コントラストは混合液晶
を充填したラビングセルよりもかなり低い。

また、電圧除去後の立下り時間もラビングセルに比べて
長い。

上述したように、極微量のコレステリック液晶をネマチ
ック液晶に添加した混合液晶をラビングセルに充填した
液晶セルは、シャープなスレッショルド特性、高コント
ラスト特性、高速応答性等の優れた性能を有する。

次に本発明の一実施例について図を参照しつつ詳しく説
明する。

第２図は上記発見を応用した本発明の一実施例の液晶表
示装置の概略図である。

液晶表示パネル６は、ネサ膜等の透明電極を適当なパタ
ーンにコーチングした一対のガラス電極基板７で液晶８
をサンドイッチ状にはさんだ構造である。

液晶層の厚みは数〜数十ミクロン程度でよい。

液晶８は、電気抵抗率１０’Ωα程度のネマチック液晶
にコレステリック液晶を重量比で０．５％程度混合した
ものである。

ここで、ネマチック液晶は、本実施例ではメトキシベン
ジリデン−フチルアニリンを用いたが、ＤＳＭ効果を示
すものなら何でもよい。

当然ながら、動作温度を広くするため、数種のネマチッ
ク液晶を混合した組成物でも構わない。

またコレステリック液晶にはコレステリルノナノエイト
を用いたが、やはりコレステリック液晶ならば何でもよ
い。

ただし最適な混合比は、液晶材によって多少異なる。

上記ガラス電極基板７の内面はラビング処理が施されて
いる。

ラビングは綿等で基板表面を一方向にこする通常の方法
でよい。

また、ラビングの代りに、金属等の斜蒸着膜によって基
板表面に細かい溝を作る技法を用いてもよい。

第２図においては液晶表示パネル６のラビング方向は図
中の矢印９で示した方向である。

この液晶表示パネル６を照明する光源１０は、パネル面
への入射光１１０投影線１２が、ラビング方向９と直角
となるような位置に設定する。

入射光１１と液晶表示パネル６０面が放す角は２０〜６
００位が適当であるが、観視者１３には見えないように
設定する。

液晶表示パネル６の電極端は駆動電源１４に結線する。

駆動電圧は数十Ｈｚの交流電圧が好ましいが、直流電圧
でもかまわない。

上記したような構成の液晶表示装置では５０Ｈｚ交流電
圧を８ｖ印加した時に、１：４０以上の高コントラスト
が得られた。

光散乱の開始電圧は約５ｖである。

光源１０と液晶表示パネル６０間に直線偏光板を挿入し
てもよい。

偏光板の偏光方向が液晶表示パネル６のラビング方向９
と同方向の場合は高コントラストが得られるが、適当に
偏光方向を変えることにより応答速度を変えることもで
きる。

以上詳細に述べたように、本発明によればラビングセル
にネマチック液晶とコレステリック液晶との混合液晶を
充填し、かつ光をそのセルへの投影線がラビング方向に
直角になるように入射せしめることによってシャープな
電圧依存性と高コントラストを有する液晶表示装置が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を説明するための液晶の光散乱特性を
示す図である。 第２図は、本発明の一実施例の液晶表示装置の概略図で
ある。 なお、第２図において、６・・・・・・液晶表示パネル
、７・・・・・・ガラス電極基板、８・・・・・・混合
結晶、９・・・・・・ラビング方向、１０・・・・・・
光源、１１・・・・・・入射光、１２・・・・・・投影
線、１３・・・・・・観視者、１４・・・・・・駆動電
源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ネマチック液晶に重量比０．１〜１．０％程度のコ
   レステリック液晶を添加した混合液晶を内側表面に一方
   向のラビング処理を施した少くとも一方は透明な一対の
   電極基板の間に充填した液晶表示パネルと、入射光線の
   前記パネルへの投影線が前記ラビング方向とほぼ直角に
   なるように配置した光源と、前記液晶表示パネルに電圧
   を印加するための駆動電源とからなることを特徴とする
   液晶表示装置。