JP2000330141A

JP2000330141A - 液晶素子

Info

Publication number: JP2000330141A
Application number: JP14384799A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Okada; 伸二郎岡田; Akira Tsuboyama; 明坪山; Hirohide Munakata; 博英棟方
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 1999-05-24
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】特にプレチルトが高い場合でも、コントラス
トが高く、電界解除時に高速応答可能な液晶素子を提供
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２６と、液晶２６を挟持する
一方、液晶２６に電圧を印加する画素電極１２，２５及
び液晶２６との界面に配向膜１４，１５を有する一対の
基板とを備えた液晶素子３の、画素電極外の少なくとも
一部に電圧無印加時、液晶２６がベンド配向状態をとる
領域を形成する。

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（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）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を用いた液晶素子は、
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、実用化
に際し、さまざまな問題点があった。

【０００５】その一つは、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であるという
問題点であった。

【０００６】ここで、このような電界処理が必要なの
は、図１１の（ａ）に示すスプレイ配向と、（ｃ）に示
すベンド配向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、（ｂ）に示す核発生（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。

【０００７】また、上記液晶素子においては、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という問題点があった。
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”Ｉｎｉｔｉａ
ｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐ
ｅｎｓａｔｅｄＢｅｎｄ−ｍｏｄｅＬＣＤｓ、特開
平９−１８５０３２号公報）。

【０００８】また、上記液晶素子においては、液晶セル
への液晶注入後、一度は電圧処理が必要であるという問
題点や、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
であるという問題点があった。

【０００９】ところで、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−セルを発表しており、
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、このようにプレチルトを高くした場
合には、パネル内のプレチルト分布によりパネル内の応
答速度の分布が生じ易くなるため、均一な表示状態を取
ることが難しく、また電界解除方向の応答速度が遅くな
るという問題点があった。なお、この現象は電界によっ
て生じた弾性変形量がプレチルトが高いほど少ないと考
えられることから説明することができる。

【００１１】さらに、プレチルトが高い場合、プレチルトが高い状態でベンド配向状態を形成する
と、配向状態が劣化してラビング方向に筋状のムラが出
るようになり、このようなラビング方向の筋状の欠陥に
より、光を補正できずに黒状態の透過光量が増加してコ
ントラストの劣化を生じてしまう。

【００１２】ベンド配向状態をとったときの液晶層
を通過する光の位相差が小さくなり適正な透過率をとる
ことができない。

【００１３】液晶分子が基板面内でねじれたツイス
ト配向を取り易く、ツイスト配向が光学補償を取り難い
ことからコントラストを低下させる原因となる。

【００１４】という問題点があった。

【００１５】そこで、本発明は、このような問題点を解
決するためになされたものであり、特にプレチルトが高
い場合でも、コントラストが高く、電界解除時に高速応
答可能な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一方、前記液晶に電圧を印加す
る画素電極及び該液晶との界面に配向膜を有する一対の
基板とを備えた液晶素子であって、画素電極外の少なく
とも一部に電圧無印加時、前記液晶がベンド配向状態を
とる領域を形成したことを特徴とするものである。

【００１７】また本発明は、前記画素電極に金属ドレイ
ン電極を接続して設け、前記金属ドレイン電極部分の液
晶が電圧無印加時、前記ベンド配向状態をとることを特
徴とするものである。

【００１８】また本発明は、前記電圧印加時における画
素電極部分での前記液晶の配向がベンド配向であること
を特徴とするものである。

【００１９】また本発明は、前記画素電極外の少なくと
も一部における液晶分子と前記基板とのプレチルト角が
２０度以上であることを特徴とするものである。

【００２０】また本発明は、前記画素電極部分の液晶分
子と前記基板とのプレチルト角が２０度以下であること
を特徴とするものである。

【００２１】また本発明は、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
挟持する一方、前記液晶に電圧を印加する画素電極及び
該液晶との界面に配向膜を有する一対の基板とを備えた
液晶素子であって、前記配向膜に対するラビング処理の
後、配向膜上の一部に紫外線照射を行うことにより、画
素電極部分の液晶分子と前記基板とのプレチルトをスプ
レイ配向がベンド配向よりも安定な高さに止めると共に
画素電極外の少なくとも一部の前記プレチルトをベンド
配向の方がスプレイ配向より安定な高さに形成したこと
を特徴とするものである。

【００２２】また本発明は、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
挟持する一方、前記液晶に電圧を印加する画素電極及び
該液晶との界面に配向膜を有する一対の基板とを備えた
液晶素子であって、画素電極部分の少なくとも一部に電
圧無印加時で前記液晶がベンド配向状態をとる領域を形
成したことを特徴とするものである。

【００２３】

【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。

【００２４】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。

【００２５】一方、図２は液晶素子３の構成を示す断面
図、図３はその平面図であり、図２及び図３において、
１１、２３は一対のガラス基板、１２は透明導電膜であ
るＩＴＯ電極、１３は絶縁膜Ｔａ₂ Ｏ₅ 、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）、２
６は液晶層である。

【００２６】また、図３において、２７はＩＴＯ電極１
２に接続して設けられたドレイン電極、２８はアモルフ
ァスシリコン層、Ｓはスプレイ配向領域、Ｂはベンド配
向領域である。

【００２７】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。

【００２８】また、図４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。

【００２９】ところで、液晶層２６を形成する液晶は、
図５に示すベンド配向をとるネマティック液晶が用いら
れているが、従来ベンド配向状態を形成するには既述し
た図１１に示すようにスプレイ配向状態に電圧を印加
し、液晶セルの一部にディスクリネーションラインでス
プレイ配向部分から分けられたベンド配向部分を不連続
的に発生させる（核発生）ステップとその核発生によっ
て生成されたディスクリネーションラインが電界の印加
によって図６に示すスプレイ配向の中を広がっていく
（成長）ステップがある。

【００３０】ここで、この核発生に必要な電圧は、成長
に必要な電圧より高く、面積的な発生頻度も一様ではな
く、また核発生のプロセスは電極表面の凹凸などに影響
され易く制御が難しい。さらに、核発生電圧はプレチル
ト角にも依存しており、プレチルト角が低い場合にはさ
らに高電圧が必要になる。

【００３１】なお、下記の表１は、チッソ社製ＫＮ５０
３０を６μｍで構成した場合の核発生電圧とプレチルト
角の関係を示すものである。

【００３２】

【表１】ところで、プレチルト角は低い方が、応答速度が速い、
配向欠略が少ない、位相差が大きく取れるので明るい、
図７に示すようなツイスト配向を取りにくい、視野角特
性が良いという特徴を持っている。

【００３３】そこで、本実施の形態においては、画素電
極上はプレチルトを低くし、ベンド配向を画素電極上で
生成するために画素周囲にベンド配向部分ないしツイス
ト配向部分を安定化させることで画素電極内のベンド化
を促進するようにした。

【００３４】具体的には、ＴＦＴ構成の画素電極外に電
圧無印加状態でベンド配向状態をとる液晶配向部分を作
り込むことにより、画素内のベンド化を短時間で行わせ
ることができるようにした。特に、既述した図３に示す
画素電極（ＩＴＯ電極）１２と電気的に接触しているド
レイン電極２７の上部にベンド配向を作り込むことによ
り、より短時間でベンド化を達成することができる。

【００３５】さらに、効果的な方法としてドレイン電極
部にベンド配向部分ないしツイスト配向部分を安定化さ
せる構成が考えられる。そして、この方式ではベンド配
向ないしツイスト配向のドメインウォール端のディスク
リネーション部に画素電極上と同様な電界が印加される
ためにディスクリネーションの移動を生じ易く容易にス
プレイ、ベンド間の配向転移が生じるようになる。

【００３６】なお、上下基板のプレチルト角が異なるス
プレイ配向部分を介してベンド配向部分ないしはツイス
ト配向部分と画素内のスプレイ配向部分が連続する場合
においても同様に画素内部のスプレイ配向のベンド配向
転移時間を促進できる。

【００３７】ここで、ツイスト配向はベンド配向へと連
続的につながることが可能であるために、ツイスト配向
からベンド配向へは核発生を経由せずに配向転移可能で
ある点にメリットがある。

【００３８】なお、ツイスト配向が現れると光学補償が
不完全になることがあるが、ツイスト配向は電圧を印加
することによってベンド配向へと連続的に変わるために
プレチルトが低い場合には有効であり、プレチルトが高
い場合でも電圧を高くすれば光学補償が可能になる。

【００３９】このため、本実施の形態においては、既述
したように画素電極周囲にベンド配向部分ないしツイス
ト配向部分を安定化させることで画素電極内のベンド化
を促進する方式、即ち画素電極外の少なくとも一部に電
圧無印加時でベンド配向状態をとる領域を形成するよう
にした。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。さら
に、プレチルト以外のパラメーターを制御する手段でベ
ンド配向を安定化する手段がなかった。

【００４３】そこで、本実施の形態においては、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とすること
ができるようにした。

【００４４】そして、このような液晶セルを用いること
により、電圧無印加時にベンド配向を常に安定化させる
方法もしくはきわめて低電圧の印加によりベンド配向を
安定化させることに成功した。

【００４５】さらに、この配向膜を画素電極の一部ない
しは画素電極外に用いることによりスプレイ及びベンド
の弾性定数が１４（ｐＮ）以上の大きい液晶をすみやか
にベンド配向させることが可能になり、且つ、プレチル
トの変動により応答速度が変動し、表示品位を劣化させ
る現象を改善することができた。

【００４６】なお、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２０度
を上回る値になった場合、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。
プレチルト角と配向性の関係を表２に示す。

【００４７】

【表２】この表から画素電極部分のプレチルト角が２０度を超え
ないことが配向上は望ましいことが判る。

【００４８】さらに、本発明の他の実施の形態として、
混合配向膜を用いてプレチルトの値を制御し、画素電極
外の少なくとも一部におけるプレチルト角を２０度以
上、例えば３５度以上にして液晶のベンド配向状態を電
圧無印加状態で安定にすることにより画素内の液晶配向
をスプレイ配向からベンド配向へ転移させる場合におい
て短時間、低電圧で行わせるようにした。

【００４９】なお、電圧無印加状態ではベンド配向は液
晶分子が若干ねじれたツイスト配向成分を含むことがあ
り、本発明においてベンド配向はこのような配向も含
む。

【００５０】ここでフッ素系液晶とは液晶分子の一部に
フッ素原子を含むものを言い、ネマチック液晶の極性基
としてコアもしくはテイル部分にフッ素原子を有するも
のおよびこれらの液晶分子を一部含む液晶組成物をい
う。

【００５１】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。

【００５２】

【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。）

【００５３】

【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。

【００５４】

【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。

【００５５】次に、本実施の形態の実施例について説明
する。

【００５６】まず、第１の実施例について説明する。

【００５７】本実施例では、配向膜を構成すると共にネ
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ＳＥ−１２１１を用い、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
−０６５６を用い、さらに混合配向膜中の第１の配向膜
成分の割合を３．０％に、配向膜厚は３０ｎｍに設定し
た。

【００５８】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ＮＭＰを用いた。さら
に、混合配向膜の焼成を焼成温度２００℃で、１時間行
った。

【００５９】そして、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
ビングローラー径が８０ｍｍφでローラー回転数１００
０ｒｐｍ、基板表面への毛先の押し込み長さを０．３ｍ
ｍとし、基板の送りスピードを５０ｍｍ毎秒と設定して
行った。

【００６０】次に、このラビング後の配向膜面に選択的
に紫外線を照射することにより、即ち画素電極（ＩＴＯ
電極）部分（図３参照）に紫外線を照射することによ
り、画素電極部分のプレチルト角を降下させ、画素電極
部分の配向をベンド配向よりもスプレイ配向を安定化さ
せる処理を行った。なお、この紫外線照射としては、超
高圧水銀ランプを用い、７分間露光を行った。

【００６１】そして、このようにして処理した配向膜を
有する二枚の電極基板を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−５０２７（スプレイの弾性定数Ｋ１１とベ
ンドの弾性定数Ｋ３３の比、Ｋ３３／Ｋ１１＝１．２）
（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）を注入することによって液晶素子を構成した。

【００６２】ここで、非照射部分、即ち画素電極外の部
分は注入直後からベンド配向をとるが、このベンド配向
部分は実質的なプレチルト角が３５度以上だと思われ、
透過率が低く、配向上のむらも多いが、この非照射部分
は非表示部分なので表示状態の劣化は生じない。また、
画素電極部分のプレチルト角は１５度から２０度であ
り、配向に欠陥はなかった。

【００６３】一方、紫外線照射部分と紫外線非照射部の
平衡電圧（スプレイ配向とベンド配向の安定性が均衡す
るバイアス電圧）はそれぞれ１．８９ｖと０ｖであり、
紫外線照射部分では電圧無印加状態でベンド配向が安定
化していることがわかる。

【００６４】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
でも下記の駆動電圧の印加により、画素電極外の部分の
ベンド化を画素電極部分に比べて短時間、低電圧で行う
ことができ、これにより画素電極部分のベンド化も従来
に比べて短時間で行うことができ、セル全体として従来
のような長時間のベンド化処理は必要としない。

【００６５】なお、１画素のスプレイ配向からベンド配
向へ変化するための必要時間は６ｖの電圧を印加した場
合、９０μｍ×３００μｍの画素で約１．０秒で終了し
た。そして、表２は、ディスクリネーションの移動スピ
ードと印加電圧の関係を示すものであり、この表から明
らかなように電圧が高い場合ほど移動速度が速い。

【００６６】

【表３】なお、画素電極につながるドレイン電極上のベンド配向
部分が安定化しない場合にはスプレイ配向をベンド配向
に変化できない画素が残った。

【００６７】一方、本実施例においては、液晶素子の駆
動電圧は２．０ｖ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、２．０ｖ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９０ｎｍの位相補償板（図１参照）を用いて光学
補償を行った。

【００６８】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２．０ｖから６．０ｖを用いた。さらに対
向電極基板は規準電圧に設定した。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
１．０ｍｓ、τｏｆｆ（電圧オフ時）では５．８ｍｓで
あった（３０℃）。

【００６９】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
ラビング軸を偏光板１，２から４５度傾いた方位になる
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９０ｎｍの位相フィルムにて形
成した。

【００７０】そして、このような構成を用いることによ
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。

【００７１】次に、本実施の形態の第２の実施例につい
て説明する。

【００７２】本実施例においては、第１の配向膜成分と
しては日産化学社の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
ると共に、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、配向膜厚は３０ｎｍに設定した。

【００７３】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ＮＭＰを用い、混合配
向膜の焼成は焼成温度２００℃で１時間行った。

【００７４】そして、このようにして構成した配向膜を
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
ビングローラー径が８０ｍｍφでローラー回転数１００
０ｒｐｍ、基板表面への毛先の押し込み長さを０．３ｍ
ｍとし、基板の送りスピードを５０ｍｍ毎秒と設定して
行った。

【００７５】次に、このラビング後の配向膜面に画素電
極及びこの画素電極に接続しているドレイン電極（図３
参照）を除く部分に選択的に紫外線を照射することによ
り、画素部分のプレチルト角を降下させ、画素部分の配
向をベンド配向よりもスプレイ配向を安定化させる処理
を行った。なお、紫外線照射としては、超高圧水銀ラン
プを用い７分間露光を行った。

【００７６】そして、このようにして処理した配向膜を
有する二枚の電極基板を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−５０２７（スプレイの弾性定数Ｋ１１とベ
ンドの弾性定数Ｋ３３の比、Ｋ３３／Ｋ１１＝１．２）
（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）を注入することによって液晶素子を構成した。

【００７７】ここで、非照射部分は注入直後からベンド
配向をとるが、このベンド配向部分は実質的なプレチル
ト角が３５度以上だと思われ、透過率は低く、配向上の
むらも多いが、非表示部分なので表示状態の劣化は生じ
ない。また、画素部分のプレチルト角は１５度から２０
度であり、配向に欠陥はなく、紫外線非照射部分では電
圧無印加状態でベンド配向が安定化している。

【００７８】ところで、本実施例のような画素電極の周
囲にベンド配向領域を作り込んだ場合には画素電極上の
配向はスプレイ配向ではなくツイスト配向で安定化され
る。これは特願平１０−１７１２３２号に示されるよう
に周辺の配向の影響で画素内にツイスト配向が安定化さ
れると考えられる。この場合には画素間と画素内の間に
ディスクリネーションラインが存在しない。

【００７９】なお、無電界時に紫外線非照射部分と紫外
線照射部の配向はベンドからツイストへと連続的に変化
しているので平衡電圧（スプレイ配向とベンド配向の安
定性が均衡するバイアス電圧）は定義できない。また、
実使用電圧はツイストをある程度抑制した電圧以上とい
うことになるので１．０ｖと低電圧化する（この電圧は
ツイストの右ねじれ、左ねじれ配向のディスクリネーシ
ョンラインを抑制する電圧である）。

【００８０】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、下記の駆動電圧の印加によりベンド化を画素内に
比べて短時間、低電圧で行うことができるので、画素部
分のベンド化も従来に比べて短時間で行うことができ、
セル全体として従来のような長時間のベンド化処理は必
要としない。

【００８１】なお、１画素のツイスト配向からベンド配
向へ変化するための必要時間は６ｖの電圧を印加した場
合９０μｍ×３００μｍの画素で約１秒で終了した。ま
た、、ドレイン電極上のベンド配向部分が安定化しない
場合にはツイスト配向をベンド配向に変化できない画素
が残った。

【００８２】一方、本実施例において、液晶素子の駆動
電圧は１．５ｖ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ツイ
スト配向をベンド化する処理を行った。また、１．５ｖ
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１００ｎｍの位相補償板（複数の
位相差フィルムを重ねあわせたもの）を用いて光学補償
を行った。

【００８３】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１．５ｖから６．０ｖを用いた。また、
対向電極基板は規準電圧に設定した。

【００８４】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１．０ｍｓ、τｏｆｆ（電
圧オフ時）では６．０ｍｓであった（３０℃）。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１００ｎｍの位相フィルムにて形成した。

【００８５】このような構成を用い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。

【００８６】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
子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。

【００８７】次に、本実施の形態の第３の実施例につい
て説明する。

【００８８】本実施例においては、図８に示すバーフル
オロアルキル基のついた樹脂Ａと、図９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
（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、
フツ素系ネマティック液晶を平行配向させることができ
る。また、樹脂Ｂのプレチルト角は５度以下になる。

【００８９】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、画素電極内のプレチルト角を２０度に設定
し、図１０に示すようにドレイン電極２７の部分に紫外
線を照射しないことでドレイン電極部分のプレチルトを
高く保持させ、その部分の配向をスプレイ配向よりもベ
ンド配向を安定化させ、使用時に画素電極内のスプレイ
配向をベンド配向に転移させる核とした。

【００９０】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度に加熱後に塗布した。焼成は
２００℃で６０分行った。

【００９１】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
ングローラー径が８０ｍｍφでローラー回転数１０００
ｒｐｍ、基板表面への毛先の押し込み長さを０．４ｍｍ
とし、基板の送りスピードを５０ｍｍ毎秒と設定して行
った。

【００９２】次に、このラビング後の配向膜面に選択的
に紫外線を照射することによってその部分のプレチルト
角を降下させ、その部分の配向をベンド配向よりもスプ
レイ配向を安定化させる処理を行った。なお、紫外線は
低圧水銀ランプを用い石英ガラスマスクを経由して部分
的に１０分の露光を行った。

【００９３】そして、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
０３０（スプレイの弾性定数Ｋ１１とベンドの弾性定数
Ｋ３３の比、Ｋ３３／Ｋ１１＝１．８）（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）を注入する
ことによって液晶素子を構成した。

【００９４】ここで、この非露光部分は注入直後からベ
ンド配向をとるが、このベンド配向部分は実質的なプレ
チルト角が３５度以上だと思われ、透過率は低く、配向
上のむらも多いが非表示部分なので表示状態の劣化は生
じない。なお、画素部分のプレチルト角は約２０度であ
り、配向に欠陥はなかった。また、紫外線照射部分と紫
外線非照射部の平衡電圧（スプレイ配向とベンド配向の
安定性が均衡するバイアス電圧）はそれぞれ１．０ｖと
０ｖであり、紫外線照射部分では電圧無印加状態でベン
ド配向が安定化していることがわかる。

【００９５】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
でも下記の駆動電圧の印加によりベンド化を画素内に比
べて短時間、低電圧で行うことができるので、画素部分
のベンド化も従来に比べて短時間で行うことができ、セ
ル全体として従来のような長時間のベンド化処理は必要
としない。

【００９６】なお、１画素のスプレイ配向からベンド配
向へ変化するための必要時間は６ｖの電圧を印加した場
合、９０μｍ×３００μｍの画素で約１秒で終了した。
また、画素のＩＴＯ電極につながるドレイン電極上にベ
ンド配向部分を安定化しない場合にはスプレイ配向をベ
ンド配向に変化できない画素が残った。

【００９７】一方、本実施例においては、液晶素子の駆
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。また、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３５ｎｍの位相補償板（複数の位相差フィルムを重
ねあわせたもの）を用いて光学補償を行った。

【００９８】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１．０ｖから６．０ｖを用いた。また、
対向電極基板は規準電圧に設定した。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
０．５ｍｓ、τｏｆｆ（電圧オフ時）では７．０ｍｓで
あった（３０℃）。なお、本実施例において、第１の位
相補償板４をレタデーションが３５ｎｍの位相フィルム
にて形成した。

【００９９】このような構成を用い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。

【０１００】そして、本実施例のようにバーフルオロア
ルキルを含有する樹脂と平行配向性を有するポリイミド
樹脂を混合させた配向膜を用いて、ラビング処理後に紫
外線選択照射を行うことにより、画素内のプレチルトを
スプレイ配向がベンド配向よりも安定な高さに止めると
ともに画素外部のプレチルトをベンド配向の方がスプレ
イ配向より安定な高さにする領域を形成することにより
配向性の良いベンド化の容易な液晶素子をつくることが
できた。

【０１０１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、液
晶に電圧を印加する画素電極外の少なくとも一部に電圧
無印加時でベンド配向状態をとる領域を形成したことに
より、画素内のプレチルトが高い場合でも、コントラス
トが高く、電界解除時に高速応答可能な液晶素子を実現
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断面図。

【図３】上記液晶素子の構成を示す平面図。

【図４】上記液晶素子を駆動する駆動波形を示す図。

【図５】上記液晶素子の液晶におけるベンド配向のラビ
ング方向との関係を示す図。

【図６】上記液晶におけるスプレイ配向のラビング方向
との関係を示す図。

【図７】上記液晶におけるツイスト配向のラビング方向
との関係を示す図。

【図８】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９】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１０】本実施の形態の第３の実施例を説明する図。

【図１１】上記液晶のスプレイ配向からベンド配向への
配向変化を説明する図。

【符号の説明】

３液晶素子４，５位相補償板１１，２３ガラス基板１２，２５ＩＴＯ電極１４，１５配向膜２６液晶層２７ドレン電極Ｂベンド配向領域Ｓスプレイ配向領域

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Ｆターム(参考） 2H088 GA02 HA03 HA08 HA16 HA18 JA04 KA07 LA05 MA02 MA07 MA10

Claims

【特許請求の範囲】

【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一
方、前記液晶に電圧を印加する画素電極及び該液晶との
界面に配向膜を有する一対の基板とを備えた液晶素子で
あって、画素電極外の少なくとも一部に電圧無印加時、前記液晶
がベンド配向状態をとる領域を形成したことを特徴とす
る液晶素子。
【請求項２】前記画素電極に金属ドレイン電極を接続
して設け、前記金属ドレイン電極部分の液晶が電圧無印
加時、前記ベンド配向状態をとることを特徴とする請求
項１記載の液晶素子。
【請求項３】前記電圧印加時における画素電極部分で
の前記液晶の配向がベンド配向であることを特徴とする
請求項１記載の液晶素子。
【請求項４】前記画素電極外の少なくとも一部におけ
る液晶分子と前記基板とのプレチルト角が２０度以上で
あることを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
【請求項５】前記画素電極部分の液晶分子と前記基板
とのプレチルト角が２０度以下であることを特徴とする
請求項１記載の液晶素子。
【請求項６】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一
方、前記液晶に電圧を印加する画素電極及び該液晶との
界面に配向膜を有する一対の基板とを備えた液晶素子で
あって、前記配向膜に対するラビング処理の後、配向膜上の一部
に紫外線照射を行うことにより、画素電極部分の液晶分
子と前記基板とのプレチルトをスプレイ配向がベンド配
向よりも安定な高さに止めると共に画素電極外の少なく
とも一部の前記プレチルトをベンド配向の方がスプレイ
配向より安定な高さに形成したことを特徴とする液晶素
子。
【請求項７】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一
方、前記液晶に電圧を印加する画素電極及び該液晶との
界面に配向膜を有する一対の基板とを備えた液晶素子で
あって、画素電極部分の少なくとも一部に電圧無印加時で前記液
晶がベンド配向状態をとる領域を形成したことを特徴と
する液晶素子。