JP2000330140A - 液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 書き込み時ヒステリシスを減少させると共
に、核発生電圧及び平衡電圧の低い液晶素子を提供す
る。 【解決手段】 ベンド配向及びスプレイ配向の２つの配
向をとることができる液晶のベンド配向の弾性定数Ｋ３
３及び誘電率異方性Δεと、液晶分子の基板面に対する
プレチルト角θとの間に、 θ≧１５√（Ｋ３３／Δε） （単位はθはラジアン、
Ｋ３３はｐＮ） で表される関係が成り立つようなプレチルト角θ又は誘
電率異方性Δεを設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶素子に関し、
特にベンド配向をとる液晶を用いるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶素子においては、例えばネマ
ティック液晶を挟む上下基板のラビング方向を９０度回
転させたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）配向
素子が一般的であるが、同一方向にラビング処理を行っ
た上下二枚の電極基板間にネマティック液晶を挟む配向
方式（スプレイ配向）の液晶素子も昔から知られてい
る。

【０００３】また、このようなスプレイ配向に電圧を印
加してベンド配向に配向変化させることで応答スピード
を改善した液晶素子（πセル）が１９８３年にＢｏｓら
によって発表され、更にこのようなベンド配向セルに位
相補償を行うことで視野角特性を改善した液晶素子（Ｏ
ＣＢセル）の研究が１９９２年に内田等によって発表さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ベンド配向型のネマティック液晶は、液晶の応答におけ
るバックフロー現象を抑制することによって応答性を改
善、高速化したものであるがこのようなネマティック液
晶を用いた液晶素子は、実用化に際してはいくつかの問
題点があった。

【０００５】その問題点の一つは、上記のスプレイ配向
状態をベンド配向状態に転移させるための電界処理が必
要なことである。

【０００６】ここで、このような電界処理が必要なの
は、スプレイ−ベンド間の配向転移は連続的ではなく、
その二つの配向状態間にはディスクリネーションライン
が存在するために核発生（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）及び
その成長（ｇｒｏｗｔｈ）というプロセスが必要である
が、このようなプロセスはすべての領域で核発生させる
ことが困難であると同時に核発生閾値の制御が難しいこ
とから、高い電圧をかける必要があるからである（以
後、この核発生の電圧を核発生電圧、Ｖｂとして現わ
す）。

【０００７】また、核発生によって形成されたベンド領
域が成長する速度も印加電圧が高い程速いが、低電圧で
は数秒から数分かかり、さらに実際のマトリクス構造セ
ルでは画素電極間を経由するためベンド領域が成長しに
くい。なお、ベンド領域を成長させるため、ＴＦＴセル
における電圧の印加法に関してもいくつかの検討がなさ
れている（ＩＢＭ，ＩＤＷ１９９６，ｐ１３３”Ｉｎｉ
ｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ
Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ−ｍｏｄｅＬＣＤ
ｓ、特開平９−１８５０３２号公報）。

【０００８】また、さらにこの液晶素子は、一度電圧を
切るとベンド配向もスプレイ配向に復帰してしまうため
使用時には再度ベンド化処理が必要であり、このときべ
ンド配向状態を維持するための電圧（以後平衡電圧、Ｖ
ｅと表す）が高いと、結局駆動電圧を上げることになり
液晶素子の価格を上げることになり好ましくない。

【０００９】なお、使用時のベンド化処理不用の例とし
ては１９９８年のＳＩＤにおいてＰ．Ｊ．Ｂｏｓ等がプ
レチルト５０〜５１°のπ−セルを発表しているが、プ
レチルトの大きいセル形成初期からのベンド配向セルは
１９７９年の日本第五回液晶討論会の工学院大学の発表
においてもなされている（予稿集１６６頁以下）。ま
た、特開昭５５−１４２３１６にも報告されている。し
かしながら、このような高いプレチルトを得ることは斜
方蒸着を除き非常に不安定であることから実現はされな
かった。

【００１０】一方、他の問題点は、ＴＦＴ構造のセルで
ベンド配向処理を行った画素を駆動する場合、書き込み
前の状態と書き込み後の状態で液晶層の静電容量が異な
るようになるため、書き込み状態が書き込み前の状態の
影響を受けてしまうということである。

【００１１】これは、画素に印加する電圧が情報内容に
よって一義的に決まっていたとしても、その電圧を画素
に印加したとき、走査線選択時間より液晶の応答が長く
かかるために画素内の電圧が液晶の応答にしたがって変
化し、その変化量が書き込み状態及び書き込み前の状態
によって異なるためである。

【００１２】これを具体的に説明すると、例えば容量Ｃ
１の画素に、ゲートオン時間に電圧Ｖ０を印加した場
合、ゲートオン時間内では液晶分子の配向変化は完了せ
ず、ゲートオフ時に当該画素には電荷Ｑ０が蓄えられ
る。一方、画素に印加されている電界によって液晶分子
が再配置することで画素の容量がＣ１からＣ２に変化
し、これに伴い画素に印加されていた電圧はＶ０からＶ
１に変化する。そして、液晶分子の再配置は電圧変動で
決定される均衡点で終了するので、当初のＶ０に対応し
た配向状態には到達しなくなる。

【００１３】そして、このことは高速応答性をもつベン
ド配向を用いても１フレームでは情報を書き込めないこ
とを示し、ベンド配向を用いるメリットを大きく減退さ
せていた（この現象を以後、書き込み時ヒステリシスと
呼ぶ）。特に、カラーフィルターを用いずにバックライ
トを赤、青、緑に順次発光させてフルカラーを表示させ
るフィールドシーケンシャル型素子の場合には色の劣化
が起こるため重大な問題となっていた（状態依存性につ
いてはＩＢＭ，ＳＩＤ ９７ ＤＩＧＥＳＴｐｐＬ６６
−Ｌ６９、フィールドシーケンシャルについてはＵｃｈ
ｉｄａ ｅｔａｌ，ＩＤＷ，９７ ｐｐ１７９−１８
２）。

【００１４】なお、このような現象を回避する手段とし
ては、画素に並列な電荷保持の容量Ｃｓを画素毎につけ
る方法や、書き込み前状態を判別して適切な電圧を印加
する方法があるが、前者は画素の容量が増大するための
画素への充電負荷の増加、さらには開口率の低下という
デメリットがあり、後者にはメモリーの増加によるコス
トアップや駆動波形の複雑化という問題点があった。

【００１５】そこで、本発明はこのような従来の問題点
を解決するためになされたものであり、書き込み時ヒス
テリシスを減少させると共に、核発生電圧及び平衡電圧
の低い液晶素子を提供することを目的とするものであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ベンド配向及
びスプレイ配向の２つの配向をとることができる液晶
と、前記液晶を挟持すると共に該液晶との界面に配向膜
を有する一対の基板を備えた液晶素子であって、前記液
晶の液晶分子の基板面に対するプレチルト角θ、該液晶
のベンドの弾性定数Ｋ３３及び誘電率異方性Δεとの間
に、 θ≧１５√（Ｋ３３／Δε） （単位はθはラジアン、
Ｋ３３はｐＮ） で表される関係を有することを特徴とするものである。

【００１７】また本発明は、前記プレチルト角θが２０
°以上であることを特徴とするものである。

【００１８】また本発明は、前記液晶は前記ベンド配向
の弾性定数と、前記スプレイ配向の弾性定数の比が１．
８以下のネマティック液晶であることを特徴とするもの
である。

【００１９】また本発明は、前記配向膜は、水平配向膜
成分と垂直配向膜成分とから成り、前記垂直配向膜成分
はフルオロアルキル鎖をもつ分子構造を有していること
を特徴とするものである。

【００２０】また本発明は、前記プレチルト角θ、前記
液晶のベンドの弾性定数Ｋ３３及び誘電率異方性Δεと
の間に、 ２π／９＞θ≧１５√（Ｋ３３／Δε） （単位はθはラジアン、Ｋ３３はｐＮ）で表される関係
を有することを特徴とするものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
る液晶素子を備えた液晶装置の構成を示す図であり、同
図において、１、２は偏光板、３はアクティブ素子とし
てＴＦＴを用いた液晶素子、４はレタデーションが正の
位相差フィルムにより構成される位相補償板であり、液
晶素子中を通過する光のレタデーションを補償するもの
である。５はレタデーションが負の位相差フィルムによ
り構成される位相補償板であり、コントラストをとると
共に後述する図２に示す液晶層中の、基板に垂直な方向
と水平な方向とのレタデーション差を補正し、視野角特
性を改善するために導入したものである。

【００２２】なお、本実施の形態においては、液晶層と
レタデーションが正の位相差フィルム４を通過した光の
屈折率楕円体を考えると、後述する図２に示す基板に垂
直な方向の屈折率をＮｚ、それに直交する方向の屈折率
をＮｘ（Ｎｘと直交方向の屈折率はＮｙでＮｘ＝Ｎｙと
設定されている）とすると、負のレタデーションフィル
ム５の屈折率楕円体はフィルム面に垂直な方向の屈折率
Ｎｚ’をＮｘ、それに直交する方向の屈折率Ｎｘ’をＮ
ｚ（Ｎｘ’と直交方向の屈折率はＮｙ’でＮｘ’＝Ｎ
ｙ’と設定されている）となるように設定する。

【００２３】一方、図２は液晶素子３の構成を示す図で
あり、同図において、１１、２３は一対のガラス基板、
１２は透明導電膜（ＩＴＯ）、１３は絶縁膜Ｔａ₂ Ｏ
₅ 、１４、１５は配向膜、１６はパッシベーション膜、
１７はソース電極、１８はｎ＋ａ−Ｓｉ層、１９はａ−
Ｓｉ膜、２０はゲート絶縁膜、２１は絶縁膜、２２はゲ
ート電極、２４は信号蓄積容量電極、２５は透明導電膜
（ＩＴＯ）、２６は液晶層である。

【００２４】ここで、ａ−Ｓｉ膜１９は水素希釈のモノ
シラン（ＳｉＨ₄ ）をグロー放電分解法（プラズマＣＶ
Ｄ）で、約３００℃のガラス基板上に約２００ｎｍの厚
みで堆積させ、ゲート絶縁膜２０は窒化シリコン（Ｓｉ
Ｎｘ）等をグロー放電分解法（プラズマＣＶＤ）で形成
した。また、オーミック接触のための、ｎ＋ａ−Ｓｉ層
１８はリンのドーピングにより形成した。さらに、保持
容量電極２４による保持容量は約９ｐｆに設定した。な
お、半導体層にはポリシリコン層を用いても良い。

【００２５】また、図３は本実施の形態の駆動波形を示
すものであり、同図において、Ｇ１，Ｇ２，・・・Ｇｎ
はゲート信号線の波形を示し、またＶ＋ｇはゲート選択
電圧で１０ｖ、Ｖ−ｇはゲート非選択電圧で−１０ｖ、
ゲート選択時間は１６μｓ、ソース電圧は−７ｖから＋
７ｖまでに設定し、その中間電位Ｖｃは画素への印加電
圧が対称になるような値に設定した。なお、０ｖにゲー
トＯＦＦ時の変動量を加味している。

【００２６】ところで、この液晶層２６を構成する液晶
はベンド配向を有するネマティック液晶であるが、通常
のベンド配向は電界印加時にはベンド配向を維持するが
電界を切るとスプレイ配向に戻る。そして、この時のベ
ンド配向を維持する最低電圧が平衡電圧（Ｖｅ）であ
り、したがって平衡電圧Ｖｅはスプレイとベンドのドメ
インウォールがディスクリネーションを介して共存でき
る電圧ということになる。また、実用上は平衡電圧Ｖｅ
が低いほどベンド化電圧が低く、駆動電圧も低くできる
というメリットがある。

【００２７】一方、ベンド配向状態を保持するためには
電界印加時のスプレイ配向の自由エネルギーＵｓよりも
電界印加時のベンド配向の自由エネルギーＵｂの方が小
さくなるようにすればよい。

【００２８】ここで、弾性の自由エネルギーと電界の自
由エネルギーをそれぞれＦｄ、Ｆｅとし、スプレイ配向
及びベンド配向の自由エネルギーをＦｄｓ、Ｆｄｂ、Ｆ
ｅｓ、Ｆｅｂとすると、自由エネルギーと、印加電圧及
びプレチルトに関する関係は電圧印加によりベンド配向
が発現することと、プレチルトが高くなるとベンド化し
易くなる点から定性的に図４の関係があることが分かっ
た。

【００２９】そこで、セル厚をｄ、プレチルト角をα、
スプレイの弾性定数をＫ１１、ベンドの弾性定数をＫ３
３、誘電率異方性をΔε、電界強度をＥとして、 Ｆｄｓ＋Ｆｅｓ＝Ｆｄｂ＋Ｆｅｂ とおいて関係を求めると下記の式のようになる。

【００３０】

【式１】 また、上記式においてα＝π／６とすると、 Δεε₀ Ｅ² ｄ² ＝（Ｋ１１＋Ｋ３３）・２４．１ −（Ｋ１１−Ｋ３３）・２６．４ ＝−２．３Ｋ１１＋５０．５Ｋ３３ となり、Ｋ３３＞Ｋ１１のときは、 Δεε₀ Ｖｅ² ≒５０．５Ｋ３３ となる。したがって、プレチルトが３０°（π／６）位
のとき、平衡電圧Ｖｅの自乗は「Ｋ３３／Δε」に比例
することになる。

【００３１】ここで、平衡電圧Ｖｅと、√（Ｋ３３／Δ
ε）の関係を異なる液晶を用いて実験的に求めてみる
と、図５のように誘電率異方性Δεを小さくして液晶分
子の配向状態による画素容量の変化を小さくすると、平
衡電圧Ｖｅが上がってしまうことがわかる。なお、本実
験では、配向膜としてＪＳＲ社のＡＬ−０６５６を用
い、プレチルト角は３〜６°の間に制御し、セル厚は６
μｍとした。また、液晶材料のＫ３３は１２〜２０（ｐ
Ｎ）でＫ１１より大きい液晶材料を用いた。

【００３２】なお、図５に示したプレチルト角と平衡電
圧Ｖｅの関係を表１に示す。

【００３３】

【表１】 なお、核発生電圧Ｖｂの変化は平衡電圧Ｖｅの変化と定
性的に同じ傾向を持つと考えられる。ただ、核発生プロ
セスは現象的に不安定であるので以後、平衡電圧Ｖｅに
関して説明する。

【００３４】ところで、従来、ネマティック液晶の配向
はプレチルト７°以下のプレーナー配向とプレチルト９
０°近傍のホメオトロピック配向が一般的であり、その
中間のプレチルトを取らせることはできなかった。

【００３５】なお、例えば一酸化珪素の斜方蒸着法によ
ると一酸化珪素の柱状カラムが傾斜角度として４０度位
の傾斜で基板面に形成されるので液晶分子が３０°〜４
０°の角度で配向する例があることは報告されている
が、大面積を効果的に処理できる有機膜による配向手法
では液晶分子を実質的に高プレチルトにして配向させる
ことができなかった。

【００３６】また、ベンド配向の安定性は液晶自身の性
質にもよるが、プレチルト角を高くすることでスプレイ
配向よりもベンド配向の弾性エネルギを下げることがで
きると考えられるが、その実現の手段がなかった。

【００３７】そこで、本発明においては、ネマティック
液晶を垂直配向させる配向膜成分と、ネマティック液晶
を略水平配向させる配向膜成分を混合することによっ
て、即ち配向膜（図２参照）を混合配向膜にて形成する
ことにより、プレチルト角を水平配向膜のプレチルト角
と該垂直配向膜のプレチルトの中間の値、例えば既述し
たように３０°（π／６）とすることができるようにな
っている。そして、このような液晶セルを用いることに
より、プレチルト角を高くすることができる。

【００３８】一方、図６は平衡電圧Ｖｅがほぼ１ｖｏｌ
ｔ以下となる√（Ｋ３３／Δε）と、プレチルト角との
関係を表すものである。ここで、同図において、（Ａ）
が平衡電圧Ｖｅがほぼ１ｖｏｌｔ以下となる実験値であ
り、この実験値から直線（Ｂ）の上の領域に入る条件で
プレチルト、誘電率異方性Δε、弾性定数Ｋ３３を設定
すれば平衡電圧Ｖｅをほぼ１ｖｏｌｔ以下に設定できる
ことがわかった。

【００３９】なお、図６に示したプレチルト角と平衡電
圧Ｖｅの関係を表２に示す。

【００４０】

【表２】 そして、この表から、液晶のベンドの弾性定数Ｋ３３と
誘電率異方性Δεとの比の平方根の１５倍がプレチルト
角以下である液晶及び液晶セルを用ることによって、ベ
ンド配向の平衡電圧Ｖｅを１．０ｖ以下にすることがで
きることがわかる。

【００４１】即ち、 θ≧１５√（Ｋ３３／Δε）・・・（単位はθはラジ
アン、Ｋ３３はｐＮ） で示される関係を満たすようにプレチルト角を設定する
ことにより、平衡電圧Ｖｅ（核発生電圧Ｖｂ）を低くす
ることができる。

【００４２】一方、「書き込み時ヒステリシス」は、既
述したように書き込み前の状態の液晶層の容量Ｃ１と、
目標とする書き込み後の液晶層の容量Ｃ２が異なること
によって画素への印加電圧が減少してしまうことによっ
て生じる。ここで、液晶素子の駆動時に液晶配向が変わ
ることで液晶層の容量が変化することは避けられない
が、その変化を小さくすることで液晶素子の画像の切り
替えをすばやく行うことができる。

【００４３】なおこの場合、容量Ｃ１と容量Ｃ２との比
率が問題になるので、本来は液晶分子の垂直方向の誘電
率と水平方向の誘電率の比率が重要であるが、誘電率異
方性Δεも液晶の誘電率の異方性を現わすファクターで
あり、液晶分子の電界中での動き（液晶配向の電界中で
の自由エネルギーの変化）は誘電率異方性Δεで表現で
きるので、本発明においては誘電率異方性Δεと弾性定
数Ｋ１１ないしＫ３３、及びプレチルト角の関係を制御
することで「書き込み時ヒステリシス」の改善を図って
いる。

【００４４】ここで、図６に示した改善例での平衡電圧
配向と駆動最高電圧間の容量比を誘電率異方性Δεの値
と共に表３に示した。

【００４５】

【表３】 この表から明らかなように誘電率異方性Δεの小さい液
晶を用いることによって「書き込み時ヒステリシス」を
改善することができる。

【００４６】ところで、本発明は上記高いプレチルト角
を誘起するため、下記の繰り返し単位構造を有する垂直
配向膜を使用する。下記繰り返し単位構造中にはフッ素
もしくは弗化アルキレン及びアルキレンを含む。使用す
る垂直配向膜中に下記繰り返し単位構造が存在すること
が特徴である。したがって、該垂直配向膜は下記一般式
以外の繰り返し単位構造を有する共重合高分子化合物で
あってもよい。

【００４７】

【化１】 （Ｘは高分子鎖の１繰り返し単位を表し、Ｙは（ＣＨ
₂ ）_M −Ｃ_N Ｆ_2N+1と高分子鎖との結合ユニットを表
し、Ｍは０から２０の整数を、Ｎは０から５０の整数を
それぞれ表す。）

【００４８】

【化２】 （Ｘは高分子鎖の１繰り返し単位を表し、Ｙは（ＣＨ
₂ ）_M −Ｃ_N Ｈ_2N+1と高分子鎖との結合ユニットを表
し、Ｍは０から２０の整数を、Ｎは０から５０の整数を
それぞれ表す。） またよりのぞましくは、（Ｘは、ポリアルキレン鎖、ポ
リアクリル酸鎖、ポリメタクリル酸鎖、ポリハロゲノア
クリル酸鎖、ポリアルキルアクリル酸鎖、ポリオキシア
ルキレン鎖、ポリイミド鎖、ポリアミド鎖、ポリエステ
ル鎖、ポリ弗化アルキル鎖、ポリカーボネート鎖のいず
れかの１繰り返し単位を表し、Ｙはどちらの向きでもよ
い、単結合、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯＯ−、−Ｃ
ＯＮ（Ｒ₁ ）−、−（Ｏ）_n −Ｒ₁ （ＮＲ₂ ）_m −（Ｓ
Ｏ₂ ）_p −（Ｏ）_q − （Ｒ₁ ，Ｒ₂ は異なっていてもよいアルキル基または水
素、ｍ、ｎ、ｐ、ｑはそれぞれ異なっていてもよい０か
１）を表し、Ｍは０から２０の整数を表し、Ｎは０から
３０の整数を表す。） 以下に上記一般式の繰り返し単位構造の好ましい具体例
をあげるが、本発明は以下の例に限定されるものではな
い。

【００４９】

【化３】 上記高分子化合物は大きいプレチルトを誘起するために
用いられるが、プレチルトの異なる他の高分子化合物と
のブレンドして用いることによってプレチルトを調整で
きる。本発明では上記構造の垂直配向膜と他の水平配向
膜をブレンドして用いた。

【００５０】次に、本実施の形態の実施例について説明
する。

【００５１】まず、第１の実施例について説明する。

【００５２】本実施例では、図７に示すパーフルオロア
ルキル基のついた樹脂Ａと、図８に示すポリイミド系ポ
リマー樹脂Ｂとの混合物により形成された配向膜１４，
１５（図２参照）をラビングすることにより、フッ素系
ネマティック液晶の初期ベンド配向を実現している。な
お、樹脂Ａのみでは液晶分子を垂直配向させることがで
きる。また、樹脂Ｂは一般的なポリイミド配向膜であ
り、フッ素系ネマティック液晶を平行配向させることが
でき、また樹脂Ｂのプレチルト角は５°以下になる。

【００５３】そして、本実施例では、樹脂Ｂ中に樹脂Ａ
を２．０％混入させ、上下基板を同一方向にラビングす
ることで、配向膜表面の実質的な液晶のプレチルト角を
増加させ（約２４°：反平行セルでのレタデーション測
定値からの見積値）、スプレイ配向に対して等しく安定
化させる平衡電圧Ｖｅの低い（特異点を除き約１．０
ｖ）ベンド配向を実現した。

【００５４】なお、樹脂Ｂの混合、焼成前の溶液の主溶
媒としてＮＭＰを用い、樹脂Ａの混合、焼成前の溶液の
主溶媒としてＩＰＡを用いた。また樹脂Ａ及び樹脂Ｂの
混合性が良くないので塗布に際してはよく攪拌した後、
塗布基板を約１００℃に加熱後に塗布した。焼成は２０
０℃で６０分行った。

【００５５】一方、このようにして形成した配向膜を上
下基板でラビング方向が同じになるようにラビング処理
を行った。なお、ラビング条件はコットン植毛布でラビ
ングローラ径が８０ｍｍφでローラ回転数１０００ｒｐ
ｍ、基板表面への毛先の押し込み長さを０．３ｍｍと
し、基板の送りスピードを５０ｍｍ毎秒と設定して行っ
た。

【００５６】そして、この後、このようにして処理した
二枚の電極基板を６μｍφのスペーサーを介して貼り合
わせることにより液晶セルを構成し、チッソ社製の液晶
ＫＮ−５０３０（Ｋ３３／Ｋ１１＝１．８）を注入する
ことによって液晶素子を作製した。

【００５７】ここで、このようにして作製した液晶素子
は、液晶セル３０への液晶注入過程においては、液晶の
流れの存在の影響で図９の（ａ）の示すように液晶セル
３０の注入口側でスプレイ配向を取るが、注入口３１に
対して奥側の注入終了部分及び注入口側注入終了部分か
らは（ｂ）に示すようにベンド配向が部分的に生成して
拡大する。

【００５８】なお、セル内のプレチルトのむらなどで電
圧無印加状態でベンド配向転移が全面におよばない場合
でも後述する駆動電圧の印加によって、ベンド化を行う
ことができるので従来のような長時間のべンド化処理は
必要としない。なお、図１０にベンド配向のラビング方
向との関係を、また図１１にスプレイ配向のラビング方
向との関係をそれぞれ示す。

【００５９】そして、本実施例のように垂直配向性を有
するパーフルオロアルキルを含有する樹脂Ａと、平行配
向性を有するポリイミド樹脂Ｂを混合させた配向膜によ
りプレチルトを約２４°に設定する液晶セルと、ベンド
の弾性定数Ｋ３３と、誘電率異方性Δεの比の平方根の
１５倍がプレチルト角（約２４°）以下である液晶を用
ることによって、ベンド配向の平衡電圧を約１．０ｖに
することができた。

【００６０】また、平衡電圧Ｖｅから最大印加電圧（ほ
ぼ液晶が垂直配向する電圧）への応答時の「書き込み時
ヒステリシス」が減少した。この時の容量比Ｃ１／Ｃ２
の値は０．６４５である。

【００６１】なお、プレチルト角が低く、既述した関係
式を満たさない場合には、同じくＫＮ−５０３０をプ
レチルト３°の液晶セルで用いた場合でも、平衡電圧Ｖ
ｅが１．８ｖと高くなった。また、プレチルトを約２４
°に設定した場合でも、ＫＮ５０３１を用いた場合には
１ｖを超える平衡電圧Ｖｅ（１．２〜１．６ｖ）になっ
た。

【００６２】このことから、関係式を満たすことによ
って「書き込み時ヒステリシス」を改善して平衡電圧Ｖ
ｅも低く抑えたベンド配向素子を形成することができる
ことがわかる。

【００６３】なお、本実施例においては、液晶素子（ベ
ンド配向素子）の駆動電圧は１．０ｖと６．０ｖを用い
ると共に、従来のようなベンド化処理は行わず、通常の
駆動電圧の印加でベンド化処理を行った。さらに、１．
０ｖと６．０ｖでノーマリーホワイト表示を行い、６．
０ｖで黒表示をするために３９ｎｍの位相補償板（図１
参照）を用いて光学補償を行った。

【００６４】また、ＴＦＴの駆動電圧はゲート選択電圧
を１０ｖ、オフ電圧を−１０ｖに設定し、ソース電圧は
画像表示時に１．０ｖから６．０ｖを用いた。さらに対
向電極基板は基準電圧に設定した。そして、このときの
液晶素子の応答スピードは、τｏｎ（電圧印加時）で
０．７ｍｓ、τｏｆｆ（電圧オフ時）では７．８ｍｓで
あった。

【００６５】なお、液晶装置においては、図１に示す２
つの偏光板１，２を直交ニコルスの状態にしてその間に
ラビング軸が両偏光板１，２から４５°傾いた方位にな
るように液晶素子３を配置した。さらに、第１の位相補
償板４をレタデーションが３９ｎｍの位相フィルムにて
形成した。

【００６６】そして、このような構成をとることにより
ベンド化電圧の容易な配向を実現し、パネル面内のプレ
チルト分布によらず応答速度分布の無い配向を実現する
ことができた。

【００６７】次に、本実施の形態の第２の実施例につい
て説明する。

【００６８】本実施例においては、ネマティック液晶を
垂直配向させる第１の配向膜成分として日産化学社のＳ
Ｅ−１２１１を用い、ネマティック液晶を略水平配向さ
せる第２の配向膜成分として日本合成ゴム社のＡＬ−０
６５６を用いると共に、混合配向膜中の第１の配向膜成
分の割合を４％に設定した。

【００６９】これにより、ベンド化処理の容易なベンド
配向が得られる。また、セル内のプレチルトのむらなど
で電圧無印加状態でベンド配向転移が全面におよばない
場合でも後述する駆動電圧の印加によって、ベンド化を
行うことができるので従来のような長時間のベンド化処
理は必要としない。

【００７０】ここで、適正配合比の割合は、図１２に示
すように配向膜厚により異なり、配向膜厚が３０ｎｍで
は２．５％〜７．５％、８０ｎｍでは１％〜５％であっ
た。なお、本実施例において用いた配向膜厚は３０ｎｍ
で５％の混合比にとった。この場合、液晶のプレチルト
角度は約３０〜３５°であった。また、第１の配向膜成
分の焼成前溶液の主溶媒としてｎＢＣもしくはＮＭＰを
用い、第２の配向膜成分の焼成前溶液の主溶媒としてＮ
ＭＰを用いた。さらに、混合配向膜の焼成は焼成温度２
００℃で１時間行った。

【００７１】一方、このようにして形成した混合配向膜
を上下基板でラビング方向が同じになるようにラビング
処理を行った。なお、ラビング条件はコットン植毛布で
ラビングローラ径が８０ｍｍφでローラ回転数１０００
ｒｐｍ、基板表面への毛先の押し込み長さを０．３ｍｍ
とし、基板の送りスピードを５０ｍｍ毎秒と設定して行
った。

【００７２】この後、このようにして処理した二枚の電
極基板を６μｍφのスペーサーを介して貼り合わせるこ
とにより液晶セルを構成し、チッソ社製の液晶ＫＮ−５
０２８（コレステリックを含有しないフッ素系ネマティ
ック液晶、Ｋ３３／Ｋ１１＝１．３２）を注入すること
によって液晶素子を作製した。

【００７３】そして、本実施例では、プレチルト角を約
３５°に設定し、液晶のべンドの弾性定数Ｋ３３と誘電
率異方性Δεの比の平方根の１５倍がプレチルト角以下
である液晶及び液晶セルを用ることによって、ベンド配
向の平衡電圧Ｖｅを約０．７ｖにすることができた。

【００７４】また、平衡電圧Ｖｅから最大印加電圧（ほ
ぼ液晶が垂直配向する電圧）への応答時の「書き込み時
ヒステリシス」が減少した。この時の容量比Ｃ１／Ｃ２
の値は０．６５８である。

【００７５】なお、プレチルト角が低く、関係式を満
たさない場合には、同じくＫＮ−５０２８をプレチルト
３°の液晶セルで用いた場合でも、平衡電圧Ｖｅが２．
１ｖと高くなった。このことから関係式を満たすこと
によって「書き込み時ヒステリシス」を改善して平衡電
圧Ｖｅも低く抑えたベンド配向素子をできることがわか
る。

【００７６】一方、本実施例において、液晶素子の駆動
電圧は０．７ｖと６．０ｖを用いると共に、従来のよう
なベンド化処理は行わなかった。また、０．７ｖと６．
０ｖでノーマリーホワイト表示を行い、６．０ｖで黒表
示をするために１４０ｎｍの位相補償板を用いて光学補
償を行った。さらに、ＴＦＴの駆動電圧はゲート選択電
圧を１０ｖ、オフ電圧を−１０ｖに設定し、ソース電圧
は画像表示時に０．７ｖから６．０ｖを用いた。また、
対向電極基板は基準電圧に設定した。

【００７７】そして、このときの液晶素子の応答スピー
ドは、τｏｎ（電圧印加時）で０．８ｍｓ、τｏｆｆ
（電圧オフ時）では５．５ｍｓであり、１０インチのパ
ネル内に応答速度の分布は見られなかった。なお、本実
施例においては、第１の位相補償板４をレタデーション
が５０ｎｍの位相フィルムにて形成した。

【００７８】ところで、本発明の液晶素子におけるベン
ド配向は弱電界時（約１ｖ以下）でラビング方向に偏光
板の軸を合わせた場合においても若干の光り漏れを生じ
るツイスト状態の混じったベンド配向を用いる場合も含
む。このような配向を用いる場合にはベンド配向状態と
ツイスト状態の混じったベンド配向状態を表示状態とし
て用いることになる。

【００７９】また、一方で混合配向膜によるハイプレチ
ルト化と配向性の関係を調べるとプレチルト角が５０°
を上回る値になると、ラビング方向に筋状の配向ムラが
発生するために透過率のムラを発生させてしまう。この
プレチルト角と配向性の関係を次表に示す。

【００８０】

【表４】 そして、この表からも明らかなように、プレチルト角が
４０°を超えないことが配向上は望ましいことになる。

【００８１】次に、本実施の形態の第３の実施例につい
て説明する。

【００８２】本実施例において、第１の配向膜成分とし
て日産化学社のＳＥ−１２１１を用い、第２の配向膜成
分としては日本合成ゴム社のＡＬ−０６５６を用いた。
なお、このようにポリイミド系の配向膜を組み合わせた
混合配向膜上のラビング前の表面エネルギーは３５ｄｙ
ｎｅ／ｃｍから４２ｄｙｎｅ／ｃｍの間に入ってる必要
があり、より望ましくは３７．４〜４０．１ｄｙｎｅ／
ｃｍの間に入っていることが望ましい。

【００８３】また、配向膜厚を３０ｎｍに設定し、混合
配向膜中の第１の配向膜成分の割合を３．０％に設定
し、プレチルト角を約３５°に設定した。さらに、第１
の配向膜成分の焼成前溶液の主溶媒としてｎＢＣを用
い、第２の配向膜成分の焼成前溶液の主溶媒としてＮＭ
Ｐを用いた。また、混合配向膜の焼成は焼成温度２００
℃で３０分ホットプレート上で行った。

【００８４】一方、このようにして形成した配向膜を上
下基板でラビング方向が同じになるようにラビング処理
を行った。なお、ラビング条件はコットン植毛布でラビ
ングローラ径が８０ｍｍφでローラ回転数１０００ｒｐ
ｍ、基板表面への毛先の押し込み長さを０．３ｍｍと
し、基板の送りスピードを５０ｍｍ毎秒と設定して行っ
た。

【００８５】そして、この後、このようにして処理した
二枚の電極基板を６μｍφのスペーサーを介して貼り合
わせることにより液晶セルを構成し、セイミケミカル社
製の液晶ＣＦ−１７８３を注入することによって液晶素
子を作製した。

【００８６】そして、本実施例では、プレチルト角を約
３５°に設定し、液晶のべンドの弾性定数Ｋ３３と誘電
率異方性Δεの比の平方根の１５倍がプレチルト角以下
である液晶及び液晶セルを用ることによって、ベンド配
向の平衡電圧Ｖｅを約１．０ｖにすることができた。

【００８７】また、平衡電圧Ｖｅから最大印加電圧（ほ
ぼ液晶が垂直配向する電圧）への応答時の「書き込み時
ヒステリシス」が減少した。この時の容量比Ｃ１／Ｃ２
の値は０．７７である。ここで、このＣ１／Ｃ２の値は
大きい方が好ましく、この値はＫＮ５０３０が０．６４
５であることに比べると、大きく改善されていることが
わかる（表３参照）。

【００８８】さらに、３％の混合配向膜での核発生電圧
Ｖｂは３．２２ｖであり、プレチルト角が約３°のとき
の６．０ｖに比べて大幅に改善されている。

【００８９】なお、プレチルト角が低く、関係式を満
たさない場合には、同じくＣＦ−１７８３をプレチルト
３°の液晶セルで用いた場合でも平衡電圧Ｖｅが３．１
ｖと高くなった。このことから関係式を満たすことに
よって「書き込み時ヒステリシス」を改善して平衡電圧
Ｖｅも低く抑えたベンド配向素子をできることがわか
る。

【００９０】次に、本実施の形態の第４の実施例につい
て説明する。

【００９１】本実施例において、第１の配向膜成分とし
て日産化学社のＳＥ−１２１１を用い、第２の配向膜成
分としては日本合成ゴム社のＡＬ−０６５６を用いた。
なお、このようにポリイミド系の配向膜を組み合わせた
混合配向膜上のラビング前の表面エネルギーは、３５ｄ
ｙｎｅ／ｃｍから４２ｄｙｎｅ／ｃｍの間に入ってる必
要があり、より望ましくは３７．４〜４０．１ｄｙｎｅ
／ｃｍの間に入っていることが望ましい。

【００９２】また、配向膜厚を３０ｎｍに設定し、混合
配向膜中の第１の配向膜成分の割合を３．０％に設定
し、プレチルト角度を約４０°に設定した。さらに、第
１の配向膜成分の焼成前溶液の主溶媒としてｎＢＣを用
い、第２の配向膜成分の焼成前溶液の主溶媒としてＮＭ
Ｐを用いた。そして、混合配向膜の焼成は焼成温度２０
０℃で３０分ホットプレート上で行った。

【００９３】一方、このようにして形成した配向膜を上
下基板でラビング方向が同じになるようにラビング処理
を行った。なお、ラビング条件はコットン植毛布でラビ
ングローラ径が８０ｍｍφでローラ回転数１０００ｒｐ
ｍ、基板表面への毛先の押し込み長さを０．３ｍｍと
し、基板の送りスピードを５０ｍｍ毎秒と設定して行っ
た。

【００９４】そして、この後、このようにして処理した
二枚の電極基板を６μｍφのスペーサーを介して貼り合
わせることにより液晶セルを構成し、セイミケミカル社
製の液晶ＣＦ−１７８５を注入することによって液晶素
子を作製した。

【００９５】そして、本実施例では、プレチルト角を約
３５°に設定し、液晶のべンドの弾性定数Ｋ３３と誘電
率異方性Δεの比の平方根の１５倍がプレチルト角以下
である液晶及び液晶セルを用ることによって、ベンド配
向の平衡電圧Ｖｅを約１．０ｖにすることができた。

【００９６】また、平衡電圧Ｖｅから最大印加電圧（ほ
ぼ液晶が垂直配向する電圧）への応答時の「書き込み時
ヒステリシス」が減少した。この時の容量比Ｃ１／Ｃ２
の値は０．７５７である。ここで、この値はＫＮ５０３
０が０．６４５であることにくらべると大きく改善され
ていることがわかる（表３参照）。

【００９７】なお、プレチルト角が低く、関係式を満
たさない場合には、同じくＣＦ−１７８３をプレチルト
３°の液晶セルで用いた場合でも平衡電圧Ｖｅが３．３
ｖと高くなった。このことから関係式を満たすことに
よって「書き込み時ヒステリシス」を改善して平衡電圧
Ｖｅも低く抑えたベンド配向素子をできることがわか
る。

【００９８】

【発明の効果】以上説明したように本発明のように、プ
レチルト角θと、液晶のベンドの弾性定数Ｋ３３及び誘
電率異方性Δεとの関係が、 θ≧１５√（Ｋ３３／Δε）（単位はθはラジアン、Ｋ
３３はｐＮ） で示される関係を満たすようにプレチルト角を設定する
ことにより、平衡電圧及び核発生電圧を低くすることが
できる。また、誘電率異方性の小さい液晶を用いること
により、書き込み時ヒステリシスを改善することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る液晶素子を備えた液
晶装置の構成を示す図。

【図２】上記液晶素子の構成を示す図。

【図３】上記液晶素子を駆動する駆動波形を示す図。

【図４】上記液晶素子の液晶の自由エネルギー、印加電
圧及びプレチルトの関係を表す図。

【図５】上記液晶の平衡電圧と、√（Ｋ３３／Δε）と
の関係を表す図。

【図６】上記平衡電圧がほぼ１ｖｏｌｔ以下となる√
（Ｋ３３／Δε）と、プレチルト角との関係を表す図。

【図７】上記液晶素子の基板に形成される配向膜を構成
するパーフルオロアルキル基のついた樹脂を説明する
図。

【図８】上記配向膜を構成するポリイミド系ポリマー樹
脂を説明する図。

【図９】液晶注入時及び液晶注入後のベンド配向部分及
びスプレイ配向部分の分布を示す図。

【図１０】上記ベンド配向のラビング方向との関係を示
す図。

【図１１】上記スプレイ配向のラビング方向との関係を
示す図。

【図１２】上記配向膜の膜厚による最適条件の差を説明
する図。

【符号の説明】

３ 液晶素子 ４，５ 位相補償板 １１，２３ ガラス基板 １４，１５ 配向膜 ２６ 液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 棟方 博英 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 佐藤 公一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H088 GA02 HA03 HA08 HA16 HA18 JA04 KA14 KA24 LA06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベンド配向及びスプレイ配向の２つの配
   向をとることができる液晶と、前記液晶を挟持すると共
   に該液晶との界面に配向膜を有する一対の基板を備えた
   液晶素子であって、 前記液晶の液晶分子の基板面に対するプレチルト角θ、
   該液晶のベンドの弾性定数Ｋ３３及び誘電率異方性Δε
   との間に、 θ≧１５√（Ｋ３３／Δε） （単位はθはラジアン、
   Ｋ３３はｐＮ） で表される関係を有することを特徴とする液晶素子。
2. 【請求項２】 前記プレチルト角θが２０°以上である
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
3. 【請求項３】 前記液晶は前記ベンド配向の弾性定数
   と、前記スプレイ配向の弾性定数の比が１．８以下のネ
   マティック液晶であることを特徴とする請求項１記載の
   液晶素子。
4. 【請求項４】 前記配向膜は、水平配向膜成分と垂直配
   向膜成分とから成り、前記垂直配向膜成分はフルオロア
   ルキル鎖をもつ分子構造を有していることを特徴とする
   請求項１記載の液晶素子。
5. 【請求項５】 前記プレチルト角θ、前記液晶のベンド
   の弾性定数Ｋ３３及び誘電率異方性Δεとの間に、 ２π／９＞θ≧１５√（Ｋ３３／Δε） （単位はθはラジアン、Ｋ３３はｐＮ）で表される関係
   を有することを特徴とする請求項１記載の液晶素子。