CN107850813A - 液晶显示元件及液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于提供一种液晶显示元件、及具备所述液晶显示元件的液晶显示器，该液晶显示元件使用如下的液晶组合物，即使用弹性常数以使光的透过率提高的方式进行设计且介电常数各向异性(Δε)的值为负的液晶组合物。本发明为一种液晶显示元件及具备所述液晶显示元件的液晶显示器，该液晶显示元件使用了Γ的值为0.3以下的液晶组合物，该Γ的值是使用扭曲弹性常数(K22)的值、以及所述液晶组合物的展曲弹性常数(K11)和弯曲弹性常数(K33)的测定值并通过下述式(2)而求出，所述扭曲弹性常数(K22)的值是针对介电常数各向异性(Δε)小于‑1.5的液晶组合物，使用阈值电压(Vth)、弯曲弹性常数(K33)、真空介电常数(ε0)、单元间隙(d)及螺距(P0)的测定值并通过下述式(1)而求出。 V t h = π { 1 - 4 ( K 22 K 33 ) 2 ( d P 0 ) 2 } K 33 | ϵ 0 Δ ϵ | ... ( 1 ) Γ = K 22 K 11 + K 33 ... ( 2 ) .

Description

液晶显示元件及液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种液晶显示元件、及具备前述液晶显示元件的液晶显示器。
背景技术
液晶显示元件构成为在一对基板间夹持液晶层且在前述液晶层具备液晶组合物。这样的液晶显示元件广泛用于液晶电视、计算机用屏幕、移动电话机、信息终端机、游戏机等图像显示装置。
作为液晶显示元件的代表性的显示方式，例如有：TN(Twisted Nematic，扭曲向列)型、STN(Super Twisted Nematic，超扭曲向列)型、ECB(电控双折射)型等。另外，就使用TFT(薄膜晶体管)的有源矩阵型的液晶显示元件而言，有使液晶分子垂直取向的VA型，有使液晶分子水平取向的IPS(in plane switching，平面转换)型、作为其一种的FFS(Fringe-field Switching，边缘电场切换)型等。
这些液晶显示元件中使用向列型液晶，根据元件的种类，使用介电常数各向异性(Δε)为正或负的液晶组合物。
另一方面，正研究通过使用液晶组合物特有的弹性常数对目标显示模式中的液晶组合物的特性进行模拟，从而使液晶组合物优化。并且，期待通过采用这样的方法高效率地开发n型液晶组合物。关于液晶分子的行为，通过与外部电场相对应的展曲(splay)、扭曲(twist)及弯曲(bend)3种模式进行说明。前述弹性常数为与这些模式对应的展曲弹性常数(以下，有时称为“K11”)、扭曲弹性常数(以下，有时称为“K22”)、及弯曲弹性常数(以下，有时称为“K33”)。
作为使用这些K11、K22及K33而使液晶组合物的特性优化的方法，例如公开了如下方法：通过选择满足K33/K11≧1.5且1.7≦(K33/K22-K33/K11)≦2.7的关系式且平均透过率为0.6以上的液晶组合物作为IPS型、FFS型的液晶显示元件中使用的液晶组合物，从而防止像素电极的中央部、像素电极间的液晶分子的排列的混乱(旋错)，使液晶显示元件中能够高精细地显示(参照专利文献1)。该方法通过防止旋错而使液晶组合物的光的平均透过率提高。
然而，在专利文献1中，关于n型液晶组合物并无任何记载，专利文献1中记载的方法并不能说以n型液晶组合物作为对象。进一步，专利文献1中并无针对使光的透过率提高的记载，而且专利文献1中原本并未公开n型液晶组合物的K11、K22及K33的测定方法，其测定值的适当性无法验证。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第4556341号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明是鉴于上述情况而做出，课题在于提供一种液晶显示元件、及具备前述液晶显示元件的液晶显示器，该液晶显示元件使用如下的液晶组合物，即使用弹性常数以使光的透过率提高的方式设计且介电常数各向异性(Δε)的值为负的液晶组合物。
解决课题的技术手段
本发明提供一种液晶显示元件，其特征在于，使用Γ的值为0.3以下的液晶组合物，前述Γ的值为使用扭曲弹性常数(K22)的值、以及前述液晶组合物的展曲弹性常数(K11)及弯曲弹性常数(K33)的测定值并通过下述式(2)而求出，前述扭曲弹性常数(K22)的值是针对介电常数各向异性(Δε)小于-1.5的液晶组合物，使用阈值电压(Vth)、弯曲弹性常数(K33)、真空介电常数(ε0)、单元间隙(d)及螺距(P0)的测定值并通过下述式(1)而求出。
另外，本发明提供一种液晶显示器，其特征在于，具备前述液晶显示元件。
发明效果
根据本发明，可提供一种液晶显示元件、及具备前述液晶显示元件的液晶显示器，该液晶显示元件使用如下的液晶组合物，即使用弹性常数以使光的透过率提高的方式设计且介电常数各向异性(Δε)的值为负的液晶组合物。
附图说明
图1为示意性地表示本发明所使用的单元的一实施方式的主要部分的截面图。
图2为表示本发明中的弹性常数测定装置的一实施方式的概略图。
图3为示意性地表示本发明的液晶显示元件中使用的单元的一实施方式的主要部分的截面图。
图4为示意性地表示本发明的液晶显示元件中使用的单元的另一实施方式的主要部分的截面图。
图5为示意性地表示本发明的液晶显示元件的一实施方式的图。
图6为将图5所示的液晶显示元件放大而表示的俯视图。
图7为将图6所示的液晶显示元件切断时的截面图。
图8为对实施例1中液晶显示元件的光的透过率的最大值及Γ的值进行绘图而成的图。
图9为对实施例1中液晶显示元件的响应时间及Γ的值进行绘图而成的图。
具体实施方式
<<液晶显示元件>>
本发明的液晶显示元件的特征在于，使用Γ的值为0.3以下的液晶组合物，前述Γ的值是使用扭曲弹性常数(K22)的值、以及前述液晶组合物的展曲弹性常数(K11)和弯曲弹性常数(K33)的测定值并通过下述式(2)而求出，前述扭曲弹性常数(K22)的值是针对介电常数各向异性(Δε)小于-1.5的液晶组合物，使用阈值电压(Vth)、弯曲弹性常数(K33)、真空介电常数(ε0)、单元间隙(d)及螺距(P0)的测定值并通过下述式(1)而求出。
关于满足通过前述式(2)求出的Γ的值为0.3以下这样的特定条件的液晶组合物，例如就通过具有相对于夹持该液晶组合物的基板的表面平行的方向的分量(component)的电场(横向电场)进行驱动的类型的液晶显示元件而言，表现出较高的光透过性(以下，有时简称为“透过性”)。并且，使用这样的液晶组合物的液晶显示元件具有优异的特性。本发明的液晶显示元件使用如下的液晶组合物，即如上述那样使用展曲弹性常数(K11)、扭曲弹性常数(K22)、及弯曲弹性常数(K33)且以具有优异的透过性的方式进行设计的液晶组合物。
在前述式(2)中，K22为针对介电常数各向异性(Δε)小于-1.5的液晶组合物，使用阈值电压(Vth)、弯曲弹性常数(K33)、单元间隙(d)及螺距(P0)的测定值并通过前述式(1)所求出。
本发明中使用的液晶组合物为n型液晶组合物。
通过前述式(1)求出n型液晶组合物的K22的方法(K22的测定方法)为以往未知的新颖的方法。p型液晶组合物的K22的测定方法在此之前公开于“美国专利第8168083号说明书”中，但该方法无法直接应用于n型液晶组合物。另一方面，n型液晶组合物的K22的测定方法在此之前公开于“日本特开平8-178883号公报”中，但本发明中的上述K22的测定方法可较其更高精度地测定K22，就这方面而言极优异。首先，以下针对本发明中的K22的测定方法进行说明。
关于扭曲弹性常数(K22)，例如为在具有电极和相对的2片(一对)基板的单元中，夹持作为K22测定对象的液晶组合物，在对前述电极间施加电压的状态下对填充有前述液晶组合物的前述单元的静电电容(C)进行测定，根据前述静电电容(C)测定阈值电压(Vth)，并根据前述阈值电压(Vth)、前述液晶组合物的螺距(P0)、弯曲弹性常数(K33)、真空介电常数(ε0)及介电常数各向异性(Δε)、以及前述单元的单元间隙(d)，通过前述式(1)而求出。
前述式(1)中的参数中，介电常数各向异性(Δε)可利用公知的方法进行测定。即，可在经垂直取向处理的单元中封入作为测定对象的液晶组合物，对液晶分子的长轴方向的相对介电常数ε∥进行测定，并在经水平取向处理的单元中封入作为测定对象的液晶组合物，对液晶分子的短轴方向的相对介电常数ε⊥进行测定，通过这些测定值之差而求出介电常数各向异性(Δε)(Δε＝|ε∥-ε⊥|)。前述式(1)中的参数中，ε0表示真空介电常数。
前述式(1)中的除介电常数各向异性(Δε)以外的参数使用具有特定的单元间隙(d)的单元求出。此处，用于求出这些参数的单元可与目标的液晶显示元件所具备的单元相同，也可不同。
针对使用前述式(1)求出K22时所使用的前述单元进行说明。
前述单元的2片基板可使用由玻璃或塑料等具有柔软性的透明的绝缘性材料构成的基板，另一方面，也可为由硅等不透明的绝缘性材料构成的基板。具有透明电极的透明基板例如可通过在玻璃板等透明基板上溅射氧化铟锡(ITO)而获得。
使前述基板以透明电极成为内侧的方式相对。此时，也可隔着间隔物对基板的间隔进行调节。此时，优选为以所获得的调光层(含液晶组合物的液晶层)的厚度成为1～100μm的方式进行调节，更优选为以成为1.5～10μm的方式进行调节，在使用偏光板时，优选为以对比度成为最大的方式调节液晶的折射率各向异性(Δn)与单元间隙(d)的乘积。作为间隔物，例如可列举玻璃粒子、塑料粒子、氧化铝粒子、由光致抗蚀剂材料等所构成的柱状间隔物等。然后，以设置有液晶注入口的形式将环氧系热固性组合物等密封剂网版印刷于前述基板，使前述基板彼此贴合，并进行加热使密封剂热固化。
图1为示意性地表示前述单元的一实施方式的主要部分的截面图。
此处所示的单元2C具备第一基板23及第二基板24一对基板。在第一基板23的与第二基板24对向(相对)的面，朝向第二基板24依序层叠有第1电极231及第1取向膜232。另外，在第二基板24的与第一基板23对向(相对)的面，朝向第一基板23依序层叠有第2电极241及第2取向膜242。单元2C在第一基板23与第二基板24之间可夹持液晶组合物。并且，第1取向膜232及第2取向膜242对该被夹持的液晶组合物的取向状态进行控制。
图1中，符号d3表示单元2C的单元间隙。
单元2C为VA型的液晶显示元件所使用的单元，本发明中的弹性常数测定方法中，可优选地使用这样的单元。
需说明的是，图1所示的单元只是本发明中可使用的单元的一部分的例子，本发明中可使用的单元并不限定于这些。例如，在不偏离本发明的主旨的范围内对这些单元施加了各种变更的单元也可在本发明中使用。
前述式(1)中的参数中，阈值电压(Vth)可通过以下方法进行测定。
即，使用前述单元，在其中封入作为测定对象的液晶组合物，在电极间夹持液晶组合物，并在对电极间施加任意的电压的状态下对填充有液晶组合物的前述单元的静电电容(C)进行测定。此时，通过使施加的电压变化，分别对当时的静电电容(C)进行测定，从而可确认电压与静电电容(C)的关系，在使电压逐渐变大的过程中，存在大致或完全固定的静电电容(C)急剧地变大的时间点。该时间点的电压成为阈值电压(Vth)。阈值电压(Vth)的测定方法如上前述。
前述式(1)中的参数中，关于K33，准备使P0无限大(∞)即不含手性化合物的液晶组合物作为测定对象的液晶组合物，对该液晶组合物应用前述式(1)求出即可。作为此时的求出K33的液晶组合物，除不含有手性化合物的方面以外，使用与作为K22测定对象的液晶组合物相同的组成的液晶组合物即可。在P0无限大时，前述式(1)由于d/P0成为0，因此表示为Vth＝π(K33/Δε)1/2。并且，由于Vth及Δε均可如上述那样实验性地算出，因此可通过将该值代入前述式(1)的近似式而求出K33。
如此，在本发明中求出K33的方法与“日本特开平8-178883号公报”中记载的求解2元联立方程式而求出K33的方法完全不同，与利用前述文献中记载的方法而求出的情况相比，可更高精度地求出K33。
前述式(1)中的参数中，螺距(P0)及单元间隙(d)为已知的值。例如，图1中的d3为单元间隙(d)的一例。
在本发明中，前述液晶组合物的介电常数各向异性(Δε)如上述那样小于-1.5，优选为-10以上且小于-1.5，更优选为-8以上且小于-1.5，进一步优选为-6～-1.8，特别优选为-5～-2。若前述液晶组合物的介电常数各向异性(Δε)小于前述下限值，则液晶组合物会极灵敏地响应于用以驱动液晶组合物的施加电压的变化，变得难以进行灰阶显示。另外，若前述液晶组合物的介电常数各向异性(Δε)大于前述上限值，则驱动电压上升，变得无法应对省电化的要求。一般而言，液晶显示元件的驱动电压根据前述灰阶显示及省电化的要求而优选为5V至6V的范围，但并不限定于这些驱动电压。
在本发明中，必须使作为测定对象的前述液晶组合物以具有特定的螺距(P0)的方式进行扭曲取向。为此，例如优选通过向前述液晶组合物中添加手性化合物、及对前述电极间施加电压，从而使前述液晶组合物扭曲取向。关于手性化合物，随后详细地进行说明。
通过前述步骤可求出前述式(1)中的参数、Vth、Δε及K33，进一步，由于P0及d为已知的值，因此前述式(1)中的参数中未确定的仅为K22。因此，可通过将这些5种参数代入前述式(1)而求出K22。
如此，在本发明中求出K22的方法与“日本特开平8-178883号公报”中记载的求解2元联立方程式而求出K22的方法完全不同，与利用前述文献中记载的方法求出的情况相比，可更高精度地求出K22。
在本发明中，例如利用前述方法在d/P0值不同的条件下对阈值电压(Vth)进行测定，根据所获得的多个阈值电压(Vth)的测定值、及对应的多个d/P0的值，通过回归计算，可导出以Vth及d/P0为变量的函数。
此时，为了使d/P0的值不同，使d及P0的任一者变化即可，如下文实施例前述那样，与将P0设为固定且使d变化而测定阈值电压(Vth)的情况相比，将d设为固定且使P0变化而测定阈值电压(Vth)时，函数的精度变高。即，根据将d设为固定且使P0变化而导出的函数算出的阈值电压(Vth)与阈值电压(Vth)的实测值之间的误差极小。因此，在利用前述方法根据阈值电压(Vth)求出K33之后，求出目标的液晶组合物的K22时，通过与求出该K33时的d相同并使P0变化而求出K22，从而可高精度地求出K22。
需说明的是，在本发明中，所谓“单元间隙(d)为固定”，意思是单元间隙(d)相互完全相同、或单元间隙(d)之差充分地小至可忽略的程度，例如意思是单元间隙(d)之差为0～1.2μm。
另外，在本发明中，所谓“螺距(P0)为固定”，意思是螺距(P0)相互完全相同、或螺距(P0)之差充分地小至可忽略的程度，例如意思是螺距(P0)之差为0～0.6μm。
为了使P0变化而测定阈值电压(Vth)，必须使用P0不同的多种液晶组合物。作为这样的P0不同的多种液晶组合物，优选使用含有1种或2种以上手性化合物且前述手性化合物的总含量互不相同的2种以上液晶组合物、或含有的手性化合物的前述螺旋扭曲力互不相同的2种以上液晶组合物，更优选使用含有的手性化合物的前述螺旋扭曲力互不相同且这些手性化合物的含量相互相同的2种以上液晶组合物。通过使用这样的多种液晶组合物，K22的测定精度进一步提高。需说明的是，在使用前述螺旋扭曲力互不相同的手性化合物作为手性化合物时，通常使用不同种类的手性化合物作为手性化合物即可。关于螺旋扭曲力，随后详细地进行说明。
在本发明中，将前述单元的单元间隙(d)优选设为3～200μm、更优选设为3～150μm、进一步优选设为3.1～120μm、进一步优选设为3.2～100μm、进一步优选设为3.3～90μm、进一步优选设为3.4～80μm、进一步优选设为3.5～70μm，对K22及K33进行测定。通过将单元间隙(d)设为前述下限值以上，夹持于一对基板间的液晶分子中距基板的距离远的液晶分子的比率进一步变高，受到经取向处理的基板的影响而强烈地受到使得其相对于基板表面垂直的方向取向的力的液晶分子的比率进一步变低，例如可更高精度地测定阈值电压(Vth)等，使K22的测定精度进一步提高。另外，通过将单元间隙(d)设为前述上限值以下，在界定单元间隙(d)的前述基板的全部区域中，抑制单元间隙(d)的不均的效果变高，从而前述单元的单元间隙(d)的均匀性进一步变高。
需说明的是，在本发明中，所谓“单元间隙(d)”，利用后文前述的方法求出。
在前述单元中，单元间隙(d)的大小优选调节为所需的值。通过使用这样的单元，将单元间隙(d)调节成目标的大小而进行测定，从而不必准备多种单元。另外，可不更换单元而连续地进行K22、K33等弹性常数的测定、其所必需的Vth等其他参数的测定，从而可简化本发明中的弹性常数测定方法。
作为可调节单元间隙(d)的大小的前述单元，例如可将前述一对(2片)基板中的仅一片基板设定为能够进行调节以便可改变单元间隙(d)的大小，也可将两片基板均设定为能够进行调节以便可改变单元间隙(d)的大小。
作为对基板进行调节以便可改变单元间隙(d)的大小的方法，例如可列举对于一对基板的任一者或两者，改变其在单元中的在相对于这些基板的表面正交的方向上的配置位置的方法等，可单独应用一种方法，也可将两种以上方法并用。
为了改变基板在单元中的配置位置，例如作为单元，使用基板上设置有具备压电元件等的致动器的单元，通过驱动该致动器，从而使基板在单元中移动即可。
求出单元间隙(d)的方法并无特别限定，从可简便且高精度地求出的方面考虑，如以下所示，可列举通过测定将填充有液晶组合物的前述单元放置于空气中时的前述单元的静电电容(C0)而求出的方法、通过观测使光入射至填充有液晶组合物的前述单元时所产生的干涉光而求出前述单元间隙(d)的方法等。
通过测定静电电容(C0)而求出单元间隙(d)的方法如下。
静电电容(C0)为在将填充有液晶组合物的前述单元放置于空气中时施加充分地低于阈值电压的电压时前述单元的静电电容。此处，所谓“充分地低于阈值电压的电压”，例如为阈值电压乘以0.1而得的电压(V)以上且阈值电压乘以0.9而得的电压(V)以下的程度的电压。众所周知，单元间隙(d)与静电电容(C0)、前述单元中的液晶组合物的相对介电常数(ε∥)、真空介电常数(ε0)、及前述单元的电极面积(S)之间具有利用下述式所表示的关系。此处，由于ε∥、ε0及S为已知，因此通过测定C0，可求出单元间隙(d)。
C0＝ε∥·ε0·S/d
另一方面，作为前述通过观测干涉光而求出前述单元间隙(d)的方法，可列举与依据“T.J.Scheffer等人,J.Appl.Phys.vol48,p1783(1977)”、及“F.Nakano等人,JPN.J.Appl.Phys.vol.19,p2013(1980)”中记载的方法，利用使用He-Ne激光的旋转检偏器法进行测定的情况相同的方法。
根据本发明中的前述弹性常数测定方法，以往针对n型液晶组合物没有良好精度的测定方法的扭曲弹性常数(K22)也能够高精度地测定，且在其测定的过程中，弯曲弹性常数(K33)及阈值电压(Vth)也能够高精度地测定。
作为测定前述液晶组合物的弹性常数时使用的、液晶组合物的弹性常数测定装置(以下，有时仅简称为“测定装置”)，例如可列举如下的测定装置，其具备：单元，其用于夹持作为扭曲弹性常数(K22)的测定对象的液晶组合物且具有电极及相对的2片基板；电压施加装置，其用于对前述电极间施加任意的电压；实测装置，其用于在对前述电极间施加了电压的状态下对填充有前述液晶组合物的前述单元的静电电容(C)进行测定；测定阈值电压的装置，其根据由前述实测装置测得的静电电容(C)测定阈值电压(Vth)；及弹性常数确定装置，其通过输入前述液晶组合物的螺距(P0)、弯曲弹性常数(K33)、真空介电常数(ε0)及介电常数各向异性(Δε)、以及前述单元的单元间隙(d)而根据前述式(1)确定前述液晶组合物的扭曲弹性常数(K22)。
前述弹性常数测定装置中的前述单元为与上述的弹性常数测定方法中说明的单元相同的单元。
前述电压施加装置为在液晶显示元件中对单元中的电极间施加电压的公知的装置即可。
前述实测装置为可测定对电极间施加了电压时的静电电容的公知装置即可。
前述电压施加装置及实测装置通常与单元电连接。
作为前述根据由实测装置测得的静电电容(C)来测定阈值电压(Vth)的装置(以下，有时简称为“阈值电压测定装置”)，例如可列举可检测出使利用前述电压施加装置对电极间施加的电压变化时的静电电容(C)的变化的测定装置，优选为可自动地检测出固定值以上的静电电容(C)的变化量的测定装置。前述阈值电压测定装置也可兼作前述实测装置。
前述弹性常数确定装置基于所输入的前述液晶组合物的螺距(P0)、弯曲弹性常数(K33)、真空介电常数(ε0)及介电常数各向异性(Δε)、以及前述单元的单元间隙(d)的值，由前述式(1)确定前述液晶组合物的K22，作为这样的弹性常数确定装置，例如可使用计算机的运算装置等。
前述弹性常数测定装置中，作为测定液晶组合物的介电常数各向异性(Δε)的装置，可具备如下的装置，该装置具有：测定液晶组合物的相对介电常数ε∥的装置；测定液晶组合物的相对介电常数ε⊥的装置；及基于相对介电常数ε∥及相对介电常数ε⊥而算出介电常数各向异性(Δε)的装置。
作为测定相对介电常数ε∥的装置，例如可列举具有经垂直取向处理的单元、及与该单元电连接的LCR电桥的装置。
作为测定相对介电常数ε⊥的装置，例如可列举具有经水平取向处理的单元、及与该单元电连接的LCR电桥的装置。
算出介电常数各向异性(Δε)的装置例如为基于所输入的相对介电常数ε∥及相对介电常数ε⊥的值并通过式“Δε＝|ε∥-ε⊥|”算出前述液晶组合物的Δε的装置，作为这样的装置，例如可使用计算机的运算装置等。需说明的是，前述式(1)中的参数中，ε0表示真空介电常数。
前述弹性常数测定装置可具备测定单元间隙(d)的装置。
作为测定单元间隙(d)的装置，例如可列举如下的装置，其具有：使光入射至单元的光源；测定干涉光的干涉条纹的间距的测定器；及基于所输入的干涉条纹的间距的测定值，考虑到液晶组合物的折射率的波长分散而算出单元间隙(d)的装置。
另外，作为测定单元间隙(d)的装置，例如可列举如下的装置，其具有：测定单元的静电容量(C0)的装置；基于所输入的液晶组合物的相对介电常数(ε∥)、真空介电常数(ε0)、单元的面积(S)和单元的静电容量(C0)的值，由式“C0＝ε∥·ε0·S/d”计算单元间隙(d)的装置。
作为上述的基于所输入的干涉条纹的间距的测定值而算出单元间隙(d)的装置、及基于所输入的液晶组合物的相对介电常数(ε∥)、真空介电常数(ε0)、单元的电极面积(S)、及单元的静电电容(C0)的值而算出单元间隙(d)的装置，例如可使用计算机的运算装置等。
将前述弹性常数测定装置的一实施方式概略性地示于图2。此处所示的测定装置1具备单元2、电压施加装置3、实测装置4、阈值电压测定装置5及弹性常数确定装置6。需说明的是，图2中，符号9表示配线。
在测定装置1中，作为单元2，例如可使用图1所示的单元2C等。
在测定装置1中，电压施加装置3及实测装置4与单元2电连接，阈值电压测定装置5与实测装置4、弹性常数确定装置6电连接。由此，例如能够设定为：由实测装置4测得的静电电容(C)的信息被自动发送至阈值电压测定装置5，在阈值电压测定装置5中自动地求出阈值电压(Vth)。
在测定装置1具备测定单元间隙(d)的装置71时，测定单元间隙(d)的装置71优选设定为与单元2电连接且能够自动测定单元间隙(d)，进一步，测定单元间隙(d)的装置71优选设定为与弹性常数确定装置6电连接且能够将单元间隙(d)的测定值自动输入至弹性常数确定装置6。
另外，在测定装置1具备算出介电常数各向异性(Δε)的装置72时，算出介电常数各向异性(Δε)的装置72优选设定为与弹性常数确定装置6电连接且能够将介电常数各向异性(Δε)的测定(算出)值自动输入至弹性常数确定装置6。
但是，测定装置1只是本发明中可使用的测定装置的一例，本发明中使用的弹性常数测定装置并不限定于此，也可为在不偏离本发明的主旨的范围内加以各种变更的测定装置。
需说明的是，K11可利用以往已知的测定方法求出。
例如，K11可根据对电极间施加高电压(V)时的填充有液晶组合物的单元的静电电容(C)求出。在未对电极间施加电压的状态下的液晶单元中，液晶分子垂直取向。若将垂直取向的液晶分子相对于基板的导向偶极子的倾角(φ)设为0，则当对电极间施加了高电压(V)时，考虑将单元的厚度方向的中央处的液晶分子的导向偶极子的倾角(φm)近似为π/2rad，当将C∥尤其是设为施加了充分地低于阈值电压(Vth)的电压时填充有液晶组合物的单元的静电电容时，已知下述式(3)成立。但是，式(3)中的a、γ分别由下述式(31)、(33)表示，式(31)中的κ由下述式(32)表示。需说明的是，此处所谓“充分地低于阈值电压的电压”，如前文所说明。
此处，a及γ为常数，由前述式(3)可以明确，若纵轴取“(C-C∥)/C∥”，横轴取“Vth/V”绘制成图，则在这些变量之间，直线关系成立。因此，可改变施加电压(V)，测定静电电容(C)，并实际地将“(C-C∥)/C∥”及“Vth/V”绘制成图而求出所获得的直线的斜率(即，“(C-C∥)/C∥”的变化量相对于“Vth/V”的变化量的比率)。由于此时所获得的斜率的值根据前述式(3)可知与“a·γ”相等，因此可求出a，进一步可根据前述式(31)求出κ，根据前述式(32)求出K11。
<手性化合物>
前述手性化合物为公知的手性化合物即可，例如可以为具有不对称原子的化合物、具有轴向不对称的化合物、具有面不对称的化合物、及阻转异构体的任一者，优选为具有不对称原子的化合物或具有轴向不对称的化合物。在具有不对称原子的化合物中，若不对称原子为不对称碳原子，则不易引起立体翻转，从而优选，但也可使杂原子成为不对称原子。不对称原子可导入至链状结构的一部分，也可导入至环状结构的一部分。在特别要求螺旋诱导力强时，优选为具有轴向不对称的化合物。
另外，前述手性化合物可具有聚合性基团，也可不具有聚合性基团。
前述手性化合物可单独使用1种，也可将2种以上并用。
作为具有不对称原子的化合物，可列举侧链部分具有不对称碳的化合物、环结构部分具有不对称碳的化合物及满足该两者的化合物。具体而言，可列举下述通式(Ch-I)所表示的化合物。
通式(Ch-I)中，R100及R101相互独立地表示氢原子、氰基、NO2、卤素、OCN、SCN、SF5、碳原子数1～30个的手性或非手性的烷基、含聚合性基团或环结构的手性基团，该烷基中的1个或2个以上的不邻接的CH2基可相互独立地被取代为-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-CH＝CH-、-CF2-、-CF＝CH-、-CH＝CF-、-CF＝CF-或C≡C-，该烷基中的1个或2个以上的氢原子可相互独立地被取代为卤素或氰基，该烷基可为直链状，也可具有分支或含有环结构。
作为CH2基被取代的手性的烷基，优选为以下式(Ra)～(Rk)。
式中，R3及R5分别独立地表示碳原子数1～10的直链状或者支链状的烷基或氢原子，该烷基的1个或2个以上的-CH2-基可以以氧原子或硫原子不相互直接连接的方式被取代为-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-O-SO2-、-SO2-O-、-CH＝CH-、-C≡C-、亚环丙基或-Si(CH3)2-，进一步烷基的1个或1个以上的氢原子可被取代为氟原子、氯原子、溴原子或氰基，也可具有聚合性基团。作为聚合性基团，优选为下述式(R-1)～(R-15)所表示的结构。
另外，X3及X4优选为卤原子(F、Cl、Br、I)、氰基、苯基(该苯基的1个或2个以上任意的氢原子可被取代为卤原子(F、Cl、Br、I)、甲基、甲氧基、-CF3、-OCF3)、甲基、甲氧基、-CF3或-OCF3。其中，在通式(Rc)及(Rh)中，为了使标有星号*的位置成为不对称原子，X4选择与X3不同的基团。
另外，n3为0～20的整数，n4为0或1，
通式(Rd)及(Ri)中的R5优选为氢原子或甲基，
通式(Re)及(Rj)中的Q可列举亚甲基、亚异丙基、亚环己基等二价烃基，
通式(Rk)中的k为0～5的整数，
更优选可列举R3＝C4H9、C6H13、C8H17等碳原子数4～8的直链状或者支链状的烷基。另外，作为X3，优选为F、CF3、CH3。
其中，尤其是作为CH2基被取代的手性的烷基，优选为：
(式中，o为0或1，n为2～12，优选为3～8，更优选为4、5或6的整数，星号*表示手性的碳原子)。
通式(Ch-I)中，Z100及Z101相互独立地表示-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-N(Ra)-、-N(Ra)-CO-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CH＝CH-、-CF＝CH-、-CH＝CF-、-CF＝CF-、-C≡C-、-CH＝CH-COO-、-OCO-CH＝CH-或单键，-CO-N(Ra)-或-N(Ra)-CO-中的Ra表示氢原子或碳原子数1～4的直链状或支链状的烷基，优选为-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-、-CF＝CF-、-COO-、-OCO-、-CH2-CH2-、-C≡C-或单键。
通式(Ch-I)中，A100及A101相互独立地表示选自由(a)反式-1,4-亚环己基(该基团中存在的1个-CH2-或不邻接的2个以上的-CH2-可相互独立地被取代为-O-或-S-)、(b)1,4-亚苯基(该基团中存在的1个-CH＝或不邻接的2个以上的-CH＝可被取代为氮原子)或(c)1,4-亚环己烯基、1,4-双环[2.2.2]亚辛基、茚满-2,5-二基、萘-2,6-二基、十氢化萘-2,6-二基及1,2,3,4-四氢化萘-2,6-二基(这些(c)组的基团中存在的1个-CH2-或不邻接的2个以上的-CH2-可相互独立地被取代为-O-或-S-，这些(c)组的基团中存在的1个-CH＝或不邻接的2个以上的-CH＝可被取代为氮原子)所组成的组中的基团，这些所有基可未经取代，或也可被以下基团取代一个或多个：卤素、氰基、NO2、或1个或者2个以上的氢原子可被取代为F或者Cl的碳原子数1～7个的烷基、烷氧基、烷基羰基或者烷氧基羰基。
A100及A101优选为1,4-亚苯基或反式-1,4-亚环己基，这些环优选未经取代，或在1～4位被取代为F、Cl、CN、或具有1～4个碳原子的烷基、烷氧基、烷基羰基或烷氧基羰基。
通式(Ch-I)中，n11表示0或1，在n11为0时，m12为0，且m11为0、1、2、3、4或5，在n11为1时，m11与m12分别独立为0、1、2、3、4或5，在n11为0时，R100及R101的至少1者为手性的烷基、含聚合性基团或环结构的手性基团。
在n11及m12为0时，m11优选为1、2或3，在n11为1时，m11及m12优选分别独立地为1、2或3。
通式(Ch-I)中，D为下述式(D1)～(D3)所表示的取代基，
(式中，苯环的任意1个或2个以上的任意氢原子可被取代为卤原子(F、Cl、Br、I)、碳原子数1～20的烷基或烷氧基，该烷基或烷氧基的氢原子可任意地被取代为氟原子，另外，该烷基或烷氧基中的亚甲基可以以氧原子或硫原子不相互直接连接的方式被取代为-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CF2-、-CF＝CH-、-CH＝CF-、-CF＝CF-或C≡C-)。
通式(Ch-I)中的部分结构即-(A100-Z100)m11-(D)n11-(Z101-A101)m12-中，当n11为0时，该部分结构优选为以下结构。
可列举：
(其中，在这些式中，苯环的任意1个或2个以上的任意氢原子可被取代为卤原子(F、Cl、Br、I)、甲基、甲氧基、-CF3、-OCF3，苯环的任意1个或2个以上的碳原子可被取代为氮原子，这些取代基及氮原子的导入对于降低结晶性及控制介电常数各向异性的方向、大小而言优选。Z的定义与式(Ch-I)中的Z100及Z101相同)。就可靠性的方面而言，与吡啶环、嘧啶环等杂环相比，优选苯环、环己烷环。就使介电常数各向异性增大的方面而言，可使用具有吡啶环、嘧啶环等杂环的化合物，这种情况下化合物所具有的极化性较大，会使结晶性会降低而使液晶性稳定化，因此优选，在为苯环、环己烷环等烃环时，化合物具有的极化性低。因此，优选根据手性化合物的极化性选择适当的含量。
在n11及m12为0时，通式(Ch-I)所表示的化合物的优选的形态如下。
式中，R100、R101及Z100表示与通式(Ch-I)中的R100、R101及Z100相同的含义，R100及R101的至少一者表示手性的基团，L100～L105分别独立地表示氢原子或氟原子。
其中，通式(Ch-I)所表示的化合物优选为下述式所表示的化合物。
在n11表示1时，通式(Ch-I)所表示的化合物成为在环结构部分具有不对称碳的结构，手性结构D优选为式(D2)。
D表示式(D2)时的通式(Ch-I)所表示的化合物具体而言为以下的式(D2-1)～(D2-8)。
作为轴向不对称化合物，优选为下述通式(IV-d4)、(IV-d5)、(IV-c1)及(IV-c2)所表示的化合物。此处，在通式(IV-d4)、(IV-d5)、(IV-c2)的情况中，轴向不对称的轴为连接2个萘环的α位的键，在通式(IV-c1)的情况中，轴向不对称的轴为连接2个苯环的单键。
通式(IV-d4)及(IV-d5)中，R71及R72分别独立表示氢原子、卤原子、氰(CN)基、异氰酸酯(NCO)基、异硫氰酸酯(NCS)基或碳原子数1～20的烷基，该烷基中的任意1个或2个以上的-CH2-可被取代为-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CH＝CH-、-CF＝CF-或-C≡C-，该烷基中的任意的氢可被取代为卤原子。
通式(IV-d4)及(IV-d5)中，A71及A72分别独立表示芳香族性或非芳香族性的3、6或8元环或碳原子数9以上的稠环，这些环的任意的氢原子可被取代为卤原子、碳原子数1～3的烷基或卤代烷基，环的1个或2个以上的-CH2-可被取代为-O-、-S-或-NH-，环的1个或2个以上的-CH＝可被取代为-N＝。
通式(IV-d4)及(IV-d5)中，Z71及Z72分别独立表示单键或碳原子数1～8的亚烷基，任意-CH2-可被取代为-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CSO-、-OCS-、-N＝N-、-CH＝N-、-N＝CH-、-N(O)＝N-、-N＝N(O)-、-CH＝CH-、-CF＝CF-或-C≡C-，任意氢原子可被取代为卤原子。
通式(IV-d4)及(IV-d5)中，X71及X72分别独立表示单键、-COO-、-OCO-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-或-CH2CH2-。
通式(IV-d4)及(IV-d5)中，m71及m72分别独立表示1～4的整数。其中，通式(IV-d5)中的m71及m72的任一者可为0。
Rk表示氢原子、卤原子或与X71-(A71-Z71)-R71相同的含义。
通式(IV-c1)及(IV-c2)中，X61与Y61、X62与Y62分别至少存在任一者，X61、X62、Y61、Y62分别独立地表示CH2、C＝O、O、N、S、P、B、Si的任一者。另外，在为N、P、B、Si时，也可与烷基、烷氧基、酰基等取代基连接以满足所需的原子价。
通式(IV-c1)及(IV-c2)中，E61及E62分别独立表示氢原子、烷基、芳基、烯丙基、苄基、烯基、炔基、烷基醚基、烷基酯基、烷基酮基、杂环基或它们的衍生物中的任一者。
另外，通式(IV-c1)及(IV-c2)中，R61及R62分别独立地表示烷基、烷氧基或者可经卤原子取代的苯基、环戊基或环己基。
通式(IV-c1)中，R63、R64、R65、R66、R67及R68分别独立地表示氢原子、烷基、烷氧基、酰氧基、卤原子、卤代烷基或二烷基氨基，R63、R64及R65中的2个可形成可具有取代基的亚甲基链、或可具有取代基的单或多亚甲基二氧基，R66、R67及R68中的2个可形成可具有取代基的亚甲基链、或可具有取代基的单或多亚甲基二氧基。其中，R65与R66同时为氢原子的情况除外。
在特别要求螺旋诱导力强时，特别优选为通式(IV-d4)及(IV-d5)所表示的化合物。
已知若前述液晶组合物中的手性化合物的浓度变高，则前述液晶组合物的螺距(P0)变小，在前述液晶组合物中的手性化合物的浓度低时，手性化合物的浓度(c(质量％))与螺距(P0(μm))的乘积变得固定，使用其倒数，定义下述式(4)所表示的螺旋扭曲力(HTP(μm-1))。螺旋扭曲力(HTP)表示使手性化合物的液晶组合物扭曲取向的能力(螺旋诱导力)的大小。
HTP＝1/(P0×0.01c)…(4)
在本发明中，前述手性化合物的螺旋扭曲力(HTP)优选为1.0～100.0μm-1，更优选为2.0～70.0μm-1，特别优选为3.0～20.0μm-1。
通过使手性化合物的螺旋扭曲力(HTP)为前述下限值以上，液晶组合物的物性值不会受手性化合物的含量的影响，可获得充分的扭曲取向能力。另外，通过使手性化合物的螺旋扭曲力(HTP)为前述上限值以下，液晶组合物中即便手性化合物的含量较少，也可获得充分的扭曲取向能力。
通常，作为测定对象的前述液晶组合物的前述手性化合物的含量越多，阈值电压(Vth)变得越小。也考虑到这样的效果，作为测定对象的前述液晶组合物中前述手性化合物的含量例如优选为0.0001质量％以上，更优选为0.0005质量％以上，进一步优选为0.001质量％以上，进一步优选为0.0025质量％以上，进一步优选为0.005质量％以上，进一步优选为0.0075质量％以上，进一步优选为0.01质量％以上，进一步优选为0.025质量％以上，进一步优选为0.05质量％以上，进一步优选为0.075质量％以上。另外，作为测定对象的前述液晶组合物中前述手性化合物的含量例如优选为10质量％以下，更优选为7.5质量％以下，进一步优选为5质量％以下，进一步优选为3.5质量％以下，进一步优选为2质量％以下，进一步优选为1质量％以下，进一步优选为0.8质量％以下，进一步优选为0.6质量％以下，进一步优选为0.4质量％以下。
本发明中作为K22测定对象的液晶组合物为介电常数各向异性(Δε)小于-1.5的n型液晶组合物，且通常不含聚合性化合物。
本发明的液晶显示元件中使用的液晶组合物也为介电常数各向异性(Δε)小于-1.5的n型液晶组合物，优选为利用前述液晶组合物的弹性常数测定方法及弹性常数测定装置进行设计。
作为本发明的液晶显示元件中使用的液晶组合物，例如可列举与应用前述液晶组合物的弹性常数测定方法的n型液晶组合物相同的液晶组合物。
本发明的液晶显示元件中使用的液晶组合物也可为作为前述弹性常数测定方法的应用对象的n型液晶组合物进一步含有聚合性化合物而成的液晶组合物。
在本发明的液晶显示元件中使用的液晶组合物中，通过使用上述的K11、K22及K33所定义的前述式(2)所求出的Γ的值成为0.3以下。这意味着：为了使液晶组合物的光的透过率提高，并非单纯地使K22的值(绝对值)减小而是使K22的值相对于K11及K33的值相对地减小即可。并且，0.3以下的Γ的值为通过后文前述的实施例而确定的值。
关于前述液晶组合物，通常存在前述Γ的值变得越小，光的透过率越提高，驱动电压(V100电压)越降低的倾向。与此相反，存在前述Γ的值变得越大，光的透过率越降低，驱动电压(V100电压)越增大的倾向。
因此，在本发明的液晶显示元件中使用的液晶组合物中，前述Γ的值优选为0.01以上，更优选为0.05以上，进一步优选为0.1以上，特别优选为0.2以上。通过使Γ的值为前述下限值以上，液晶显示元件的驱动电压不会大幅降低，光的透过率进一步提高。
另外，关于本发明的液晶显示元件中使用的液晶组合物，前述Γ的值变得越大，还越能够提高响应时间。就如此提高响应时间的观点而言，也与前述透过率的情况相同，前述Γ的值优选为0.01以上，更优选为0.05以上，进一步优选为0.1以上，特别优选为0.2以上。
另一方面，关于本发明的液晶显示元件中使用的液晶组合物，只要前述Γ的值为0.3以下即可，例如，可设为0.27以下及0.25以下等的任一者。
液晶组合物通过使用其特有的弹性常数(K11、K22、K33)进行模拟，可推测出是否具有目标的特性，这样的方法对液晶组合物的设计极有用。
然而，在驱动n型液晶组合物时，液晶分子会因其在单元中的存在位置不同，被施加的力的大小及方向有所不同，进一步，与存在于附近的液晶分子之间产生的相互作用的大小及方向也不同。因此，若只考虑弹性常数(K11、K22、K33)中的一部分、或使用误差大的弹性常数(尤其是K22)，则无法精度良好地推测液晶组合物的特性，就该方面而言，以往的方法是不足的。
相对于此，本发明的液晶显示元件中使用的液晶组合物为基于包含K22在内的高精度的弹性常数而设计，所推测出的特性为高精度，设计精度极高。因此，使用这样的液晶组合物的本发明的液晶显示元件的设计精度也极高。
以下，针对本发明的液晶显示元件的优选的实施方式更具体地进行说明。
本发明的液晶显示元件为使用如上述那样的液晶组合物的液晶显示元件，例如可列举具备与图1所示相同的单元的VA型的液晶显示元件。
另外，作为本发明的液晶显示元件，除此以外，还可列举具备图3或图4所示的单元的IPS(面内转换)型或FFS(边缘场切换)型的液晶显示元件。
本发明的液晶显示元件除具有上述的液晶组合物作为液晶组合物的方面以外，可设为与公知的液晶显示元件相同的构成。
首先，针对图3及图4所示的单元详细地进行说明。
图3为示意性地表示本发明的液晶显示元件中使用的单元的一实施方式中主要部分的截面图。
此处所示的单元2A具备第一基板21及第二基板22这一对基板。在第一基板21的与第二基板22相向(相对)的面，交替地配置有第1电极211A及第2电极212A。此处显示第1电极211A相当于+极、第2电极212A相当于-极的情况。单元2A在第一基板21与第二基板22之间可夹持液晶组合物。
单元2A，单元间隙d1、第1电极211A及第2电极212A的电极宽度W1、第1电极211A及第2电极212A的电极间距离L1满足L1/d1>1且L1/W1>1的条件，电极间距离L1大于单元间隙d1及电极宽度W1，不具有第1电极211A及第2电极212A相互接近的构造，具有IPS型液晶显示元件中所使用的电极构成。
图4为示意性地表示本发明的液晶显示元件中使用的单元的另一实施方式中主要部分的截面图。需说明的是，图4所示的构成要素中，对与图3所示的构成要素相同的构成要素，标注与图3的情况相同的符号，并省略其详细说明。
此处所示的单元2B具备第一基板21及第二基板22这一对基板。在第一基板21的与第二基板22相对的面，朝向第二基板22侧依序层叠有第2电极212B及绝缘层213，进一步在绝缘层213的与第二基板22相对的面空出特定间隔地配置有多个第1电极211B。此处，显示第1电极211B相当于+极、第2电极212B相当于-极的情况。单元2B在第一基板21与第二基板22之间可夹持液晶组合物。
在单元2B中，单元间隙d2、第1电极211B的电极宽度W2例如可分别设为与单元2A中的d1、W1相同。单元2B可谓是为了在单元2A中将电极间距离L1设为0(零)而具有隔着绝缘层213层叠第1电极211B及第2电极212B而成的构造，具有FFS型液晶显示元件中所使用的电极构成。
尤其是就FFS型的单元2B而言，除平行于第一基板21及第二基板22的表面的方向(横向)以外，进一步在相对于第一基板21及第二基板22的表面垂直的方向(纵向)也产生电场。尤其是在第1电极211B的侧面的附近区域中，在纵向产生较强的电场。这种情况下，与IPS型液晶显示元件中使用的单元不同，不仅位于电极间(第1电极211B及第2电极212B间)的液晶分子，就连位于电极上(第1电极211B上、第2电极212B上)的液晶分子也更强烈地被驱动。因此，这样的单元2B通过将第1电极211B及第2电极212B分别设为透明电极，从而即使在这些电极部分也表现显示功能，具备这样的单元的液晶显示元件可使开口率增大。
需说明的是，图1、图3及图4所示的单元只是本发明的液晶显示元件中可使用的单元的一部分的例子，前述液晶显示元件中可使用的单元并不限定于这些。例如，也可使用对图1、图3及图4所示的单元加以各种变更后的单元。
图5为示意性地表示本发明的液晶显示元件的一实施方式的图。需说明的是，图5中，为了进行说明，为了方便起见将各构成要素隔开进行记载。此处所示的液晶显示元件10具备：在表面形成有取向膜14的第1透明绝缘基板(以下，有时简称为“第一基板”)12、与前述第一基板隔开地设置且表面形成有取向膜14的第2透明绝缘基板(以下，有时简称为“第二基板”)17、以及填充于第一基板12与第二基板17间且抵接于前述一对取向膜的液晶层15，在前述取向膜14与前述第一基板12之间具有具备薄膜晶体管、共用电极122及像素电极121作为有源元件的电极层13。
液晶显示元件10如图5所示，为具备相向配置的第一基板12及第二基板17且在它们之间夹持含有前述液晶组合物的液晶层15的横向电场方式(此处，作为一例，为作为IPS型的一种形态的FFS型)的液晶显示元件。第一基板12在液晶层15侧的面形成有电极层13。另外，在液晶层15与第一基板12之间、及液晶层15与第二基板17之间分别具备一对取向膜14、14，该一对取向膜14、14直接抵接于构成液晶层15的前述液晶组合物而诱发水平取向，这些取向膜14的取向方向均为相对于第一基板12或第二基板17的表面大致平行的方向。即，前述液晶组合物中的液晶分子在未施加电压时以相对于第一基板12或第二基板17的表面大致平行的方式进行取向。如图5及图7所示，第一基板12及第二基板17可由一对偏光板11、18夹持。进一步，如图5及图7所示，在第二基板17与取向膜14之间设置有滤色器16。需说明的是，本发明的液晶显示元件可为所谓的滤色器整合阵列(COA)，可在含有薄膜晶体管的电极层与液晶层之间设置滤色器，也可在前述含有薄膜晶体管的电极层与第二基板之间设置滤色器。
此处所示的液晶显示元件10为依序层叠第1偏光板11、第一基板12、含薄膜晶体管的电极层13、取向膜14、含前述液晶组合物的液晶层15、取向膜14、滤色器16、第二基板17和第2偏光板18而成的构成。
第一基板12和第二基板17可使用由玻璃或塑料等具有柔软性的透明的绝缘性材料构成的基板，也可以一方为由硅等不透明的绝缘性材料构成的基板。第一基板12及第二基板17例如为通过配置于周边区域的环氧系热固性组合物等密封材料及封闭材料而被贴合，为了在它们之间保持基板间距离，也可配置例如由玻璃粒子、塑料粒子、氧化铝粒子等粒状间隔物或通过光刻法所形成的由树脂构成的间隔柱。
图6为将图5中形成于第一基板12上的电极层13的由II线包围的区域放大而表示的俯视图。并且，图7为将图3所示的液晶显示元件沿图6的III-III线方向切断时的截面图。如图6所示，形成于第一基板12的表面的含薄膜晶体管的电极层13中，用于供给扫描信号的多个栅极配线124与用于供给显示信号的多个数据配线125相互交叉地配置为矩阵状。需说明的是，在图6中仅显示了一对栅极配线124及一对数据配线125。
通过由多个栅极配线124及多个数据配线125围成的区域，形成液晶显示装置的单位像素，在前述单位像素内形成有像素电极121及共用电极122。在栅极配线124与数据配线125的交叉部的附近设置有含有源电极127、漏电极126与栅电极128的薄膜晶体管。该薄膜晶体管作为对像素电极121供给显示信号的开关元件而与像素电极121连接，驱动像素电极121。另外，与栅极配线124并列地设置有共用线129。该共用线129为了向共用电极122供给共用信号而与共用电极122连接。
关于薄膜晶体管的构造的适宜的一个方式，例如如图7所示，具有：形成于第一基板12的表面的栅电极111；以覆盖前述栅电极111且覆盖第一基板12的大致整个面的方式设置的栅极绝缘层112；以与栅电极111相向的方式形成于栅极绝缘层112的表面的半导体层113；以覆盖半导体层113的表面的一部分的方式设置的保护层114；以覆盖保护层114及半导体层113的一侧端部且与形成于第一基板12的表面的栅极绝缘层112接触的方式设置的漏电极116；以覆盖保护层114及半导体层113的另一侧端部且与形成于第一基板12的表面的栅极绝缘层112接触的方式设置的源电极117；以及以覆盖漏电极116及源电极117的方式设置的绝缘保护层118。在薄膜晶体管中，出于使栅电极111的表面没有与栅电极的阶梯差等理由，可形成阳极氧化被膜(未图示)。
半导体层113可使用非晶硅、多晶硅等，但若使用ZnO、IGZO(In-Ga-Zn-O)、ITO等的透明半导体膜，则可抑制因光吸收引起的光载流子的弊端，增大元件的开口率，就该观点而言优选。
进一步，为了降低肖特基障壁的宽度、高度，也可在半导体层113与漏电极116或源电极117之间设置欧姆接触层115。在欧姆接触层115中，可使用n型非晶硅、n型多晶硅等以高浓度添加了磷等杂质的材料。
栅极配线126、数据配线125、共用线129优选为金属，更优选为Al、Cu、Au、Ag、Cr、Ta、Ti、Mo、W、Ni或其合金，特别优选为Al或其合金。另外，绝缘保护层118为具有绝缘功能的层，由氮化硅、二氧化硅、硅酸氮化膜等形成。
图6及图7所示的实施方式中，共用电极122为形成于栅极绝缘层112(即，第一基板12)上的大致整个面的平板状的电极，另一方面，像素电极121为形成于覆盖共用电极122的绝缘保护层118上的梳形电极。即，共用电极122相比于像素电极121更配置于第一基板12的附近，这些电极隔着绝缘保护层118相互重合地配置。像素电极121及共用电极122例如由氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)、氧化铟锌(IZO，Indium Zinc Oxide)、氧化铟锌锡(IZTO，Indium Zinc Tin Oxide)等透明导电性材料形成。由于像素电极121及共用电极122为由透明导电性材料形成，因此单位像素面积中开口的面积变大，开口率及透过率增加。
另外，为了在像素电极121与共用电极122之间形成边缘电场，像素电极121与共用电极122之间的电极间距离(最小隔开距离)R小于第一基板12与第二基板17之间的基板间距离G。此处，电极间距离R表示在相对于基板的表面平行的方向上的各电极间的距离。图7中示出了由于平板状的共用电极122与梳形的像素电极121重合，因此电极间距离R为0的例子，由于电极间距离(最小隔开距离)R小于第一基板12与第二基板17之间的基板间距离(即，单元间隙)G，因此可形成边缘的电场E。因此，FFS型的液晶显示元件中，可以利用在相对于形成像素电极121的梳形的线垂直的方向上所形成的水平方向的电场、及抛物线状的电场。像素电极121的梳状部分的电极宽度l、及像素电极121的梳状部分的间隙m优选形成为可通过产生的电场驱动液晶层15内的所有液晶分子的程度的宽度。另外，像素电极121与共用电极122之间的电极间距离(最小隔开距离)R可以作为栅极绝缘层112的(平均)膜厚来调整。另外，本发明的液晶显示元件也可与图7不同，以像素电极121与共用电极122之间的电极间距离(最小隔开距离)R大于第一基板12与第二基板17之间的基板间距离G的方式形成(相当于IPS型)。这样的液晶显示元件例如具有梳状的像素电极及梳状的共用电极按照在大致同一面内交替的方式设置的构成等。
本发明的液晶显示元件优选为利用边缘电场的FFS型的液晶显示元件，若邻接的共用电极122与像素电极121的最短隔开距离短于取向膜14彼此(基板间距离)的最短隔开距离，则在共用电极与像素电极之间形成边缘电场，可有效率地利用液晶分子的水平方向及垂直方向的取向。在本发明的FFS型的液晶显示元件的情况中，若对以长轴方向与取向膜的取向方向平行的方式配置的液晶分子施加电压，则在像素电极121与共用电极122之间，形成抛物线形的电场的电力线直至像素电极121与共用电极122的上部，液晶层15内的液晶分子的长轴与所形成的电场正交地排列。因此，即便介电各向异性低也可驱动液晶分子。
关于滤色器16，就防止漏光的观点而言，优选在与薄膜晶体管及存储电容器123对应的部分形成黑矩阵(省略图示)。另外，滤色器16通常由R(红)、G(绿)、B(蓝)3片滤色器形成，构成影像、图像的1点，例如这3片滤色器在栅极配线的延伸的方向上排列。滤色器16例如可通过颜料分散法、印刷法、电沉积法或染色法等制作。例如，对通过颜料分散法制作滤色器的方法进行说明，将滤色器用的固化性着色组合物涂布于透明基板上，实施图案化处理，并通过加热或光照射使其固化。通过针对红、绿、蓝3种颜色分别进行该工序，可制作滤色器用的像素部。此外，也可采用在前述基板上设置了设有TFT、薄膜二极管等有源元件的像素电极的所谓滤色器整合阵列。
在电极层13及滤色器16上，设置有一对取向膜14，该一对取向膜14直接抵接于构成液晶层15的前述液晶组合物而诱发水平取向。
另外，关于偏光板11及偏光板18，可调整各偏光板的偏光轴以便将视野角、对比度调整为良好，优选按照它们的透过轴在常黑模式下运作的方式，具有相互正交的透过轴。特别优选为偏光板11及偏光板18的任一者配置为具有与液晶分子的取向方向平行的透过轴。另外，优选对液晶的折射率各向异性与单元间隙的乘积进行调整以使对比度成为最大。进一步，也可使用用于扩大视野角的相位差膜。
作为本发明的液晶显示元件的另一实施方式，若为IPS型，则邻近的共用电极与像素电极之间的最短隔开距离长于液晶取向膜间的最短隔开距离，例如可列举具有如下构造的实施方式等：为共用电极与像素电极形成于同一基板上且共用电极与像素电极交替地配置的情况，邻近的共用电极与像素电极之间的最短隔开距离长于液晶取向膜间的最短隔开距离。
本发明的液晶显示元件例如优选为以如下方式制造：在具有电极层的基板及/或基板的表面形成被膜，然后，以前述被膜成为内侧的方式将一对基板隔开且相向，然后，将前述液晶组合物填充于基板间，进行制造。此时，优选通过间隔物来调整基板的间隔。
前述基板间的距离(为所获得的液晶层的平均厚度，也称为被膜间的隔开距离)优选为以成为1～100μm的方式进行调整。并且，前述被膜间的平均隔开距离优选为1.5～10μm。
在本发明中，作为用于调整基板间的距离的间隔物，例如可列举由玻璃粒子、塑料粒子、氧化铝粒子、光致抗蚀剂材料等所构成的柱状间隔物等。
使用图5～图7说明的FFS型的液晶显示元件为本发明的液晶显示元件的一例，这些液晶显示元件可在不偏离本发明的技术思想的范围内加以各种变更。
<<液晶显示器>>
本发明的液晶显示器的特征在于具备上述的本发明的液晶显示元件，除具备本发明的液晶显示元件这一点以外，可设为与公知的液晶显示器相同的构成。
本发明的液晶显示器例如可用作液晶电视、计算机用监视器、移动电话、信息终端机、游戏机等图像显示装置中的液晶显示器。
实施例
以下，通过实施例对本发明进一步具体地进行说明，但本发明不受这些实施例的任何限定。
[实施例1、比较例1]
制备介电常数各向异性(Δε)为-3.39的液晶组合物，并向其中添加手性化合物，制备该手性化合物的浓度不同的11种成为测定对象的液晶组合物(实施例1-1～1-9、比较例1)。需说明的是，该手性化合物的螺旋扭曲力(HTP)为11.1μm-1。
接下来，使用图1所示的构成的液晶显示元件用单元，如上述说明的那样针对该液晶组合物由前述式(1)求出K22及K33，并另外求出K11，由前述式(2)求出Γ的值。将这些值示于表1。
接下来，针对各液晶组合物分别对光的透过率进行模拟。模拟时使用Shintech株式会社制造的模拟软件“LCD master(二维)”而进行。此时，通过有限差分法(FDM)计算对液晶面板(电极间)施加电压时的液晶分子(导向偶极子)的举动，并通过静态分析计算施加的电压条件下的导向偶极子的平衡状态。关于单元的条件，将像素电极的宽度设为3μm，将像素电极的间隔设为4μm，将像素电极与共用电极之间的绝缘膜的厚度设为400nm，将绝缘膜的介电常数设为7.0，将单元间隙设为2.8μm。将所获得的光的透过率的最大值(光的最大透过率)示于表1。需说明的是，表1中，“V100”意思是在进行模拟时所设定的驱动电压。另外，将此时的光的透过率的最大值及Γ的值进行绘图，并将所得的图示于图8。
[表1]
由表1及图8可以明确确认到，液晶组合物在Γ的值为0.182～0.346的范围内，最大透过率成为26.68～28.61％，Γ的值小的话呈现出高的透过率。其中，确认到，在驱动电压(V100)的范围限定为5～6V的范围时，在Γ的值为0.208～0.293的范围内，最大透过率显示出27.30～28.32％的值。
可判断，通过使用该液晶组合物，在驱动电压被容许的范围内，可构成显示特性优异的液晶显示元件。
进一步，针对使用实施例1-1、1-6及1-7的液晶组合物的情况，模拟响应时间。此时，驱动电压全部与使用实施例1-7的液晶组合物模拟光的透过率时相同，统一为4.5V。将所获得的响应时间示于表2。需说明的是，表2中，“Tr”意思是光的透过率从10％变化至90％的时间，“Td”意思是光的透过率从90％变化至10％的时间，响应时间相当于Tr及Td之和(响应时间＝Tr+Td)。将所获得的响应时间及Γ的值进行绘图，并将所得的图示于图9。
[表2]
由表2及图9可知，液晶组合物在Γ的值为0.182～0.250的范围内，响应时间成为31.6～37.2ms；Γ的值大的话响应时间短。
因此可判断，通过使用根据液晶显示元件所要求的特性来控制Γ的值的液晶组合物，可构成显示特性优异的液晶显示元件。
产业上的可利用性
本发明可用于显示特性优异的液晶显示器的制造。
符号说明
2、2A、2B、2C：单元；21、23：第一基板；22、24：第二基板；211A、211B、231：第1电极；212A、212B、241：第2电极；213：绝缘层；232：第1取向膜；242：第2取向膜；d1、d2、d3：单元间隙；W1、W2：电极宽度；L1：电极间距离；
10：液晶显示元件；12：第1透明绝缘基板；121：像素电极；122：共用电极；124：栅极配线；125：数据配线；14：取向膜；15：液晶层；17：第2透明绝缘基板；R：电极间距离；G：基板间距离。

Claims (4)

1.一种液晶显示元件，其特征在于，使用Γ的值为0.3以下的液晶组合物，该Γ的值是使用扭曲弹性常数K22的值、以及所述液晶组合物的展曲弹性常数K11和弯曲弹性常数K33的测定值并通过下述式(2)求出，所述扭曲弹性常数K22的值是针对介电常数各向异性Δε小于-1.5的液晶组合物，使用阈值电压Vth、弯曲弹性常数K33、真空介电常数ε0、单元间隙d及螺距P0的测定值并通过下述式(1)求出，
<mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>&amp;pi;</mi> <msqrt> <mrow> <mo>{</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mn>4</mn> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <msub> <mi>K</mi> <mn>22</mn> </msub> <msub> <mi>K</mi> <mn>33</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mi>d</mi> <msub> <mi>P</mi> <mn>0</mn> </msub> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>}</mo> <mfrac> <msub> <mi>K</mi> <mn>33</mn> </msub> <mrow> <mo>|</mo> <msub> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>&amp;epsiv;</mi> <mo>|</mo> </mrow> </mfrac> </mrow> </msqrt> <mn>...</mn> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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2.根据权利要求1所述的液晶显示元件，使用所述Γ的值为0.01以上的液晶组合物。
3.根据权利要求1或2所述的液晶显示元件，具备相对配置的第1透明绝缘基板及第2透明绝缘基板；
在所述第1透明绝缘基板与所述第2透明绝缘基板之间，夹持含有所述液晶组合物的液晶层，
在所述第1透明绝缘基板上，各像素分别具有由透明导电性材料构成的共用电极、矩阵状地配置的多个栅极配线及数据配线、设置于所述栅极配线与数据配线的交叉部附近的薄膜晶体管、以及由所述薄膜晶体管驱动的由透明导电性材料构成的像素电极；
在所述液晶层与所述第1透明绝缘基板之间、以及所述液晶层与所述第2透明绝缘基板之间分别具备诱发均质取向的取向膜，所述取向膜的取向方向均为相对于所述第1透明绝缘基板或第2透明绝缘基板的表面大致平行的方向；且
为了在所述像素电极与所述共用电极之间形成电场，所述像素电极与所述共用电极之间的电极间距离小于所述第1透明绝缘基板与所述第2透明绝缘基板之间的基板间距离，或所述共用电极配置为比所述像素电极更靠近所述第1透明绝缘基板且所述共用电极设置于所述第1透明绝缘基板上的大致整个面。
4.一种液晶显示器，其特征在于，具备权利要求1至3中任一项所述的液晶显示元件。
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