JP2001249335A

JP2001249335A - 液晶素子

Info

Publication number: JP2001249335A
Application number: JP2000062893A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sato; 公一佐藤; Shinjiro Okada; 伸二郎岡田; Akira Tsuboyama; 明坪山; Hirohide Munakata; 博英棟方; Yukio Haniyu; 由紀夫羽生; Yasushi Asao; 恭史浅尾
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ベンド配向モードを利用した液晶素子におい
て、大面積で均一な位相差板を配置し、コントラストと
視野角特性の向上を図る。【解決手段】ベンド配向状態を利用する液晶パネル
に、該液晶パネルの正面からの視野の位相差Ｒ_xyを補償
する位相差板と［（ｎ_x＋ｎ_y）／２−ｎ_z］×ｄが正の
位相差板を配置した液晶素子であり、上記Ｒ_xyを補償す
る位相差板が、アクリル主鎖或いはメタクリル主鎖を有
する高分子液晶からなる一軸配向高分子液晶膜である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラットパネルデ
ィスプレイ、プロジェクションディスプレイ、プリンタ
ー等に用いられるライトバルブとして使用される液晶素
子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から最も広範に用いられてきている
ディスプレイとしては、ＣＲＴが、テレビやＶＴＲなど
の動画出力、或いはパーソナルコンピュータ等のモニタ
ーとして広く用いられている。しかしながら、ＣＲＴは
その特性上、静止画像に対してはフリッカや解像度不足
による走査縞等が視認性を低下させたり、焼き付きによ
る蛍光体の劣化が起こったりする。また、最近では、Ｃ
ＲＴが発生する電磁波が人体に悪影響を与えることがわ
かり、ＶＤＴ作業者の健康を害することが懸念されてい
る。そして、ＣＲＴはその構造上、画面後方に広く体積
を有することが必須であることから、情報機器の利便性
を著しく阻害し、オフィス、家庭の省スペース化を阻害
している。

【０００３】このようなＣＲＴの問題点を解決するもの
として、液晶素子がある。例えば、Ｍ．シャット（Ｍ．
Ｓｃｈａｄｔ）とＷ．ヘルフリッヒ（Ｗ.Ｈｅｌｆｒｉ
ｃｈ）著、アプライド・フィジックス・レターズ（Ａｐ
ｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ）第１８
巻、第４号（１９７１年２月１５日発行）、第１２７頁
〜１２８頁において示されたツイステッドネマチック
（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）液晶（ＴＮ液晶）
を用いたものが知られている。

【０００４】近年、このＴＮ液晶と薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）を用いたいわゆるＴＦＴタイプと呼ばれる液
晶素子の開発、製品化が行われている。このタイプは、
画素毎にＴＦＴを作製するものであり、クロストークの
問題がなく、また、近年の急速な生産技術の進歩によっ
て、１０〜１２インチクラスのディスプレイがよい生産
性で作られつつある。しかしながら、更に大きなサイズ
或いは動画を問題なく再現できるという点の６０Ｈｚ以
上のフレーム周波数という点では、未だ生産性、液晶の
応答速度、視野角に問題がある。

【０００５】高速ネマチック液晶の配向方法としては、
一般には液晶セルの上下基板のラビング方向を９０°回
転させたＴＮタイプが一般的であるが、同一方向にラビ
ング処理を行った基板（πセル）にネマチック液晶を狭
持したスプレイ配向方式も従来から知られており、この
ようなスプレイ配向状態の液晶に電圧を印加してベンド
配向に変化させることで応答速度を改善した方式が１９
８３年にボス（Ｂｏｓ）らによって発表されている。ま
た、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素子が１９９２年に内田等によっ
て発表されている（ＯＣＢセル）。

【０００６】上記のようなベンド配向を利用したネマチ
ック液晶素子は、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、液晶素子としての実用化に際してはいくつか
の問題があった。その一つは、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
ことであった。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（ｎｕｃｌｅａｔ
ｉｏｎ）及びその成長（ｇｒｏｗｔｈ）というプロセス
が必要である。このようなプロセスは全ての領域で核発
生させることが困難であると同時に、核発生しきい値の
制御が難しく、高電圧を印加する必要があった。また、
核発生によって形成されたベンド配向領域が成長する速
度も、印加電圧が高いほど速いが、低電圧では数秒から
数分かかることが問題である。実際のマトリクス構造セ
ルでは、画素電極間を経由してベンド配向領域が成長し
にくい点も問題であった。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（ＩＢ
Ｍ，ＩＤＷ１９９６，ｐ．１３３”Ｉｎｉｔｉａｌｉｚ
ａｔｉｏｎｏｆＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐｅｎ
ｓａｔｅｄＢｅｎｄ−ｍｏｄｅＬＣＤ’ｓ”，富士
通株式会社、特開平９−１８５０３２号公報）。また、
一度電圧を切ると、ベンド配向もスプレイ配向に戻って
しまうため、使用時には再度ベンド化処理が必要という
問題点もあった。本発明者等は、最近、このような問題
に対して、ベンド化処理を簡易化或いは不要にすること
ができる、生産性の良い素子の製造方法を提案した。

【０００７】一方、ベンド配向を利用した液晶素子にお
いては、コントラストを上げるため、また視野角を広げ
るため、位相差補償フィルムがしばしば用いられる。例
えば、特開平９−２１１４４４号公報或いは特開平９−
２３０３３４号公報に記載されているような、ディスコ
ティック液晶を用いて構成した位相差補償板を備えた液
晶素子が開示されている。しかしながら、このような液
晶素子は、高価なディスコティック液晶材料を使用する
上、該液晶材料は非常に粘性が高く、その塗布膜を大面
積で均一にハイブリッド配向させる必要性から、生産性
については大きな問題を抱えており、コスト的に高くな
らざるをえない。また、広い面積でモノドメインを作る
ことが難しいため、透過率が低く、バックライトの消費
電力を多く必要としていたり、反射型であれば、輝度が
低下するという問題もある。更に、ディスコティック液
晶の屈折率と補償しようとする液晶の屈折率の波長分散
が異なるため、黒表示が十分に暗くならなかったり、色
味がついたりといった問題点も有している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑みてなされたものであり、その課題とするところ
は、高コントラスト、高速応答、高精細、高生産性の液
晶素子を実現し、提供することにある。より具体的に
は、大面積で均一な位相差板を安価に構成し、該位相差
板を用いて、高コントラストで視野角特性に優れたベン
ド配向方式の液晶素子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第一は、一対の
基板間にベンド配向状態を呈する液晶を狭持し、該液晶
を駆動するための電極を備えた液晶パネルと、正面から
の視野の位相差を補償する位相差板として一軸配向高分
子液晶膜と、［（ｎ_x＋ｎ_y）／２−ｎ_z］×ｄが正であ
る位相差を有する位相差板（但し、ｄは当該位相差板の
厚さ）を有することを特徴とする液晶素子である。

【００１０】上記本発明においては、上記［（ｎ_x＋
ｎ_y）／２−ｎ_z］×ｄが正である位相差を有する位相差
板としては、高分子フィルムを好ましく用いることがで
きる。

【００１１】また、本発明の第二は、一対の基板間にベ
ンド配向状態を呈する液晶を狭持し、該液晶を駆動する
ための電極を備えた液晶パネルと、位相差が互いに異な
る２層の一軸配向高分子液晶膜を互いに光軸が直交する
ように配置した、［（ｎ_x＋ｎ_y）／２−ｎ_z］×ｄが正
である位相差を有する位相差板（但し、ｄは当該位相差
板の厚さ）と、を備え、該位相差板によって正面からの
視野の位相差も補償することを特徴とする液晶素子であ
る。

【００１２】上記本発明の第一及び第二の液晶素子にお
いてはいずれも、ノーマリーホワイトで使用されるベン
ド配向状態を用いる液晶パネルを用いること、液晶パネ
ルに用いた液晶と、一軸配向高分子液晶膜を構成する高
分子液晶の、屈折率異方性（Δｎ）の差が１０％以内で
あること、液晶パネルに用いた液晶の屈折率異方性（Δ
ｎ）がΔｎ＞０．１５であり、一軸配向高分子液晶膜を
構成する高分子液晶の屈折率異方性（Δｎ）がΔｎ≧
０．１５であること、一軸配向高分子液晶膜を構成する
高分子液晶がアクリル主鎖またはメタクリル主鎖を有す
ること、液晶層に部分的にハイブリッド配向領域を形成
し、該ハイブリッド配向領域に隣接した画素内のツイス
ト配向領域を安定化したこと、一軸配向高分子液晶膜
が、液晶パネルの外側に形成されている、一軸配向高分
子液晶膜が、液晶パネルの内側に形成されていること、
液晶パネルが、画素毎にアクティブ素子、特に薄膜トラ
ンジスタを備え、各画素の液晶をアクティブマトリクス
駆動すること、を好ましい態様として含むものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の液晶素子を実施形態を挙
げて説明する。

【００１４】図１は、本発明第一の液晶素子の一実施形
態の基本構成を示す断面模式図である。図中、１は液
晶、２ａ，２ｂはガラスやプラスチック等からなる基
板、３ａ，３ｂはＩＴＯ等透明導電材からなる電極、４
ａ，４ｂは配向膜、６は正面からの視野の位相差を補償
する位相差板としての一軸配向高分子液晶膜、７は
［（ｎ _x＋ｎ_y）／２−ｎ_z］×ｄ＝Ｒ_(xy-z)が正の位相
差板である。

【００１５】本発明の第一の液晶素子の特徴は、一軸配
向高分子液晶膜６を正面からの視野の位相差を補償する
位相差板として用いること、及び、Ｒ_(xy-z)が正の位相
差板７を用いたことにある。本発明にかかる一軸配向高
分子液晶膜６の高分子液晶の光軸は、ベンド配向状態の
液晶の持つ正面方向からの視野の位相差を補償するため
の液晶の光軸と直交するような光学軸を持つように配置
され、液晶の正の位相差ｎ_x−ｎ_y＝Ｒ_xyを補償する。補
償する位相差Ｒ_xyは、０ｎｍ＜Ｒ_xy＜５００ｎｍが好ま
しい。

【００１６】上記位相差板としての一軸配向高分子液晶
膜６を構成するべく、高分子液晶に一軸性を付与する方
法としては、一軸延伸、シェアリング等の方法がある。
また、光学的に無視できる厚みのポリイミド等ラビング
膜に高分子液晶膜を形成し、アニーリングすることで得
ることもでき、この方法では薄膜を得やすい点、良好な
一軸性が付与できる点で好ましい。また、この方法で
は、液晶パネルを構成するガラス基板の表面に簡単に塗
布膜を形成することができるので、生産性が高い。この
ように一軸配向高分子液晶膜６は簡単に薄膜で形成する
ことができるので、液晶パネル内に形成することも可能
である。また、液晶パネル内に一軸配向高分子液晶膜６
を液晶パネル内に配置した場合、光学的に補償を行う液
晶（図１の１）とも近接の位置にあることから、見る方
向による差を非常に抑制できる点でより好ましい。

【００１７】本発明にかかる一軸配向高分子液晶膜６
は、液晶パネルの液晶１の位相差Ｒ_xyを全部または部分
的に補償するが、ノーマリーホワイトで使用される液晶
の黒状態の位相差全部を補償することが好ましい。即
ち、ベンド配向状態から電圧を増加させ、ホメオトロピ
ックに近い状態で残ったわずかの位相差を補償すること
になるが、通常、この状態で残った位相差Ｒ_xyは２００
ｎｍ以下であり、場合によっては１００ｎｍ以下、さら
には５０ｎｍ以下となる場合もある。このように、補償
する位相差が非常に小さい場合、通常用いられる高分子
の一軸延伸フィルムでは補償することが難しい。また、
補償する位相差は液晶に応じて波長依存性を有してお
り、この位相差の波長依存性と大きくずれる波長依存性
を有した高分子一軸延伸フィルム或いはディスコティッ
ク液晶を用いた位相差板では、黒状態の表示特性が淡く
なったり、色味が付いたりしやすい。これに対し、高分
子液晶膜の場合には、使用する液晶とほとんど同じ波長
依存性を有するため、非常に良好な表示特性を発現する
ことができる。この波長依存性は、液晶の屈折率異方性
Δｎに応じて依存性を持っており、Δｎが大きければ依
存性も大きく、Δｎが小さければ依存性も小さい。従っ
て、液晶のΔｎと一軸配向高分子液晶膜６を構成する高
分子液晶のΔｎの差は小さいことが望ましく、好ましく
はその差が１０％以内、さらには５％以内が望ましい。

【００１８】本発明で用いる一軸配向高分子液晶膜６を
構成する高分子液晶で現出する位相差が小さい場合、該
高分子液晶膜６を薄くすることができ、現実には、可視
光の波長と同程度もしくはそれ以下の膜厚となることか
ら、膜表面の凹凸も可視光の波長以下と考えられること
から、膜自身が薄いことによる低光損失と散乱等による
高分子液晶部分での可視光の低光損失という２つの点か
ら、透過率の面で優位性が高い。

【００１９】上記一軸配向高分子液晶膜６を構成する高
分子液晶材料としては、主鎖型高分子液晶、側鎖型高分
子液晶等が用いられ得る。例えば、主鎖型高分子液晶と
しては、ポリエステルタイプ、ポリアミドタイプのもの
があり、側鎖型高分子液晶としては、シロキサン主鎖、
アクリル主鎖、メタクリル主鎖、ポリオキシアルキレン
主鎖、ポリビニルオキシ主鎖等が挙げられる。これらの
うち、アクリル主鎖、メタクリル主鎖の高分子液晶は、
ガラス転移温度が室温近傍からそれ以上に材料設計する
ことが容易であるため、一軸配向の安定性と素子の作製
が容易である点で好ましく用いられる。また、それらア
クリル主鎖、メタクリル主鎖の高分子液晶は、ラジカル
重合で合成され得るため、金属触媒等を残存させないこ
とが可能であり、色づき等を抑制することができる点で
好ましく用いられる。

【００２０】次に、本発明にかかるＲ_(xy-z)が正の位相
差板７について説明する。本発明第一の液晶素子の特徴
の一つが、Ｒ_(xy-z)が正、即ち位相差板７の屈折率楕円
体の、該位相差板に垂直な方向の屈折率をｎ_z、それに
直行する方向の屈折率をｎ_x、ｎ_xとｎ_zに直行する方向
の屈折率をｎ_y、位相差板の厚さをｄとしたとき、
［（ｎ_x＋ｎ_y）／２−ｎ_z］×ｄで示されるＲ_(xy-z)が
正の位相差板７を用いることにある。具体的には下記の
構成が挙げられる。

【００２１】高分子一軸延伸フィルムを２枚、互いに
光軸が直交するように配置した膜薄膜高分子フィルムをアニーリングして、フィルム面
内の複屈折を抑制した膜一軸性の位相差フィルムと一軸配向高分子液晶膜とを
互いに光軸が直交するように配置した膜

【００２２】また、互いに位相差が異なる一軸配向高分
子液晶膜を２層、互いに光軸が直交するように配置し、
さらに、Ｒ_(xy-z)が正となるように構成した位相差板
を、図１の一軸配向高分子液晶膜６とＲ_(xy-z)が正の位
相差板７とを兼ね備えた位相差板として用い、本発明第
二の液晶素子を構成することもできる。この素子の場
合、及び、上記に挙げた位相差板の場合に用いられる
一軸配向高分子液晶膜は、上記図１の説明において示し
た一軸配向高分子液晶膜６を用いることができる。尚、
通常、一軸配向膜の配向処理軸と光軸とは一致するた
め、素子の構成の際には配向処理軸を光軸として扱うと
製造が容易になる。

【００２３】本発明において、Ｒ_(xy-z)が正である位相
差板を用いることにより、液晶のホメオトロピック方向
の位相差を全部もしくは部分的に補償することになり、
視野角の特性を改善することができる。具体的には、０
＜Ｒ_(xy-z)＜１０００ｎｍが好ましい。

【００２４】本発明で用いられる液晶１としては、ベン
ド配向状態を利用するモードである。図２に、ベンド配
向状態の液晶の構造例を示す。図中、１１ａ，１１ｂは
基板、１２は液晶分子であり、矢印はラビング処理方向
である。本図は基板１１ａ，１１ｂの法線を含む面での
断面模式図である。この状態で、ラビング軸と一軸配向
の光軸は一致しており、この光軸は偏光板と４５°の角
度をなす位置に配置されることが透過率の点から好まし
い。ここに挙げたセル構成は、いわゆるπセルであり、
図１の構成と組み合わせた素子はベンド配向を利用した
光学的補償システムであり、ＯＣＢモードであるが、本
発明はこれに限定されず、いわゆるＨＡＮ液晶モードや
反射型液晶モード等においても活用できる。

【００２５】本発明の液晶素子においてスイッチングを
司る液晶については、無電界状態でスプレイ配向よりベ
ンド配向が安定である配向状態とすることにより、初期
ベンド化処理が不要になる点で好ましく用いられる。こ
のようなベンド化処理不要の液晶素子の構成例として
は、１９９８年のＳＩＤにおいて、Ｐ．Ｊ．ボス等がプ
レチルト角が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年の第５回日本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（予稿集第１６６頁以
下）。また、２枚の基板間に液晶を狭持してなる液晶素
子において、電圧無印加状態における液晶配向状態がス
プレイ配向よりもベンド配向が安定になるように、該液
晶を垂直配向させる配向膜と、該液晶を略水平配向させ
る配向膜とを混合することによって形成された配向膜を
用いた液晶素子を、本発明者等が先に提案している。本
発明においては、当該提案の構成を用いることが好まし
く、図１の配向膜４ａ，４ｂとして、上記垂直配向膜と
水平配向膜とを混合したものを用いる。具体的には、高
いプレチルト角を誘起するために、垂直配向膜として下
記の繰り返し単位構造を有する高分子化合物を使用す
る。垂直配向膜は下記繰り返し単位構造を有する共重合
体でも良い。

【００２６】

【化１】

【００２７】上記式中、Ｘは高分子鎖の繰り返し単位を
表し、Ｙは（ＣＨ₂）_m−Ｃ_nＦ_2n+1と高分子鎖との結合
ユニットを表し、ｍは０から２０の整数を表し、ｎは０
から５０の整数を表す。

【００２８】好ましくは、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、ポリフッ化アルキル鎖、ポリカーボネート鎖のい
ずれかの繰り返し単位を表し、Ｙはどちら向きでも良
い、単結合、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯＯ−、−Ｃ
ＯＮ（Ｒ₁）−、−（Ｏ）_r−Ｒ₁（ＮＲ₂）_s−（ＳＯ₂）
_p−（Ｏ）_q−を表し（Ｒ₁、Ｒ₂は異なっていても良いア
ルキル基または水素、ｒ、ｓ、ｐ、ｑはそれぞれ異なっ
ていても良い０または１）、ｍは０から２０の整数を表
し、ｎは０から３０の整数を表す。

【００２９】上記繰り返し単位を有する高分子化合物
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で用
いることによって、プレチルトの大きさを調整すること
ができる。また、高プレチルトによって位相差が相対的
に小さくなるため、液晶自身は屈折率異方性Δｎが大き
いことが好ましく、具体的には０．１５以上が好まし
く、これに対応して、前記一軸配向高分子液晶膜を構成
する高分子液晶のΔｎも０．１５以上が好ましい。

【００３０】水平配向膜としては、従来の一軸配向膜を
用いることができる。一軸配向膜の形成方法としては、
例えば基板上に溶液塗工または蒸着、或いはスパッタリ
ング等により、一酸化ケイ素、二酸化珪素、酸化アルミ
ニウム、ジルコニア、フッ化マグネシウム、酸化セリウ
ム、フッ化セリウム、シリコン窒化物、シリコン炭化
物、ホウ素窒化物などの無機物やポリビニルアルコー
ル、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエステル、ポ
リアミド、ポリエステルイミド、ポリパラキシレン、ポ
リカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリビニルク
ロライド、ポリスチレン、ポリシロキサン、セルロース
樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂などの
有機物を用いて被膜形成した後、表面をビロード、布或
いは紙等の繊維状のもので摺擦（ラビング）する事によ
り得られる。また、ＳｉＯ等の酸化物或いは窒化物など
を基板の斜方から蒸着する斜方蒸着法なども用いられ得
る。

【００３１】より良好な一軸配向性を得るためには、ポ
リイミドラビング膜を用いることが好ましい。また、通
常、ポリイミドはポリアミック酸の形で塗膜し、焼成す
ることで得られる。ポリアミック酸は溶剤に易溶解性で
あるため生産性に優れる。また、最近では溶剤に可溶な
ポリイミドも生産されており、そのようなポリイミドが
電圧保持率の観点から望ましい。

【００３２】また、本発明においては、ハイブリッド配
向を利用して、ツイスト配向領域を安定化することがで
きる。具体的には、表示に係る画素領域の配向膜につい
ては、一軸配向膜とし、該画素領域に隣接してハイブリ
ッド配向領域を形成する。この構成の液晶素子にベンド
化電圧を印加し、上記画素領域をベンド配向状態とした
後に印加電圧を０とすると、当該画素領域はツイスト配
向に変化する。ツイスト配向とベンド配向との間の変化
は連続的に行われるため、低電圧印加でベンド配向を得
ることができる。このようにハイブリッド配向を利用す
る場合には、ハイブリッド配向領域を、一方が一軸配向
膜、他方が垂直配向膜となるように、それぞれの配向膜
を構成する。

【００３３】本発明の液晶素子は、図１に示すように、
透過型の場合には一対の偏光板８ａ，８ｂ間に狭持し、
別途配置した光源より光を照射（図１の５）して用い
る。尚、上記図１、図２を用いた実施形態においては、
本発明第一の液晶素子を例に挙げたが、位相差板以外の
構成については、本発明第二の液晶素子も同様であり、
その説明を省略する。

【００３４】本発明の液晶素子は、液晶パネルが、画素
毎にアクティブ素子を備え、各画素の液晶をアクティブ
マトリクス駆動する、いわゆるアクティブマトリクスタ
イプの液晶素子として用いることができ、上記アクティ
ブ素子としてはトランジスタ、特にＴＦＴが好ましく用
いられる。図３、図４にその一実施形態を示す。当該実
施形態は、図１の構成を１画素として構成した例であ
り、図３はそのアクティブマトリクス基板に周辺駆動回
路を組み込んだ構成の平面模式図、図４は断面模式図で
ある。

【００３５】図３、図４において、２１は基板、２２は
情報信号線駆動回路、２３は走査信号線駆動回路、２４
は画素電極、２５はＴＦＴ、２６は走査信号線、２７は
走査信号線端部、２８は情報信号線、２９は情報信号線
端部、３１は対向側の基板、３２は共通電極、３３ａ，
３３ｂは配向膜、３４はスペーサー、３５は封止材、３
６は液晶である。

【００３６】図３、図４の液晶パネルにおいて、アクテ
ィブマトリクス回路を設ける基板１には、透明な画素電
極２４と該画素電極２４に接続されたアクティブ素子と
してのＴＦＴ２５がマトリクス状に形成されている。ア
クティブ素子として用いられるトランジスタとしては、
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、多結晶シリコン
（ｐ−Ｓｉ）、微結晶Ｓｉ（μｃ−Ｓｉ）、単結晶Ｓｉ
のいずれのタイプのものも用いることができる。ＴＦＴ
２５は、基板１上に形成されたゲート電極と、該ゲート
電極を覆うゲート絶縁膜と、該ゲート絶縁膜上に形成さ
れた半導体層と、該半導体層上に形成されたソース電極
及びドレイン電極とから構成される。

【００３７】さらに、基板２１には、画素電極２４の行
間に走査信号線（ゲートライン）２６が配線され、画素
電極２４の列間に情報信号線（データライン）２８が配
線されている。各ＴＦＴ２５のゲート電極は対応する走
査信号線２６に接続され、ソース電極は対応する情報信
号線２８に接続されている。走査信号線２６は、端部２
７を介して走査信号線駆動回路２３に接続され、情報信
号線２８は端部２９を介して情報信号線駆動回路２２に
接続されている。走査信号線駆動回路２３は走査信号を
印加して走査信号線２６を順次走査する。情報信号線駆
動回路２２は表示データに対応する信号を各情報信号線
２８に印加する。

【００３８】走査信号線２６は端部２７を除いてＴＦＴ
２５のゲート絶縁膜で覆われており、情報信号線２８は
上記ゲート絶縁膜上に形成されている。画素電極２５は
該ゲート絶縁膜上に形成され、その一端部において、Ｔ
ＦＴ２５のドレイン電極に接続されている。

【００３９】また、図４において、基板３１の内側には
各画素電極２４と対向する共通電極（透明電極）３２が
形成されている。共通電極３２は、表示領域全体にわた
る面積の１枚の電極から構成され、基準電圧が印加され
ている。配向膜３３ａ，３３ｂはそれぞれ、図１の配向
膜４ａ，４ｂに、液晶３６は図１の液晶１に相当する。

【００４０】図３、図４の構成においては、情報信号電
圧に応じて液晶３６の透過率が変化し、階調表現を行う
ことができる。また、画素毎に補助容量となるコンデン
サが配置されるのが一般的である。

【００４１】図３、図４に示した液晶パネルは、透過型
で用いられたり、反射型で用いられたりする。透過型の
場合には、通常外部に光源が使用される。また、反射型
であれば、反射層が素子中に構成される。また、当該液
晶パネルは直視型にも投写型にも応用される。

【００４２】

【実施例】（実施例１）〔液晶セルの作製〕図３に示した平面構造と、図５に示
す断面構造を有するアクティブマトリクスタイプの液晶
セルを作製した。図５中、４１はゲート電極、４２はゲ
ート絶縁膜、４３はａ−Ｓｉ層、４４はｎ⁺ａ−Ｓｉ
層、４５はソース電極、４６はドレイン電極、４７は絶
縁膜、４８はパッシベーション膜、４９は補助容量電
極、５０は絶縁膜（Ｔａ₂Ｏ₅）であり、図３、図４と同
じ部材には同じ符号を付した。矢印は配向膜３３ａ、３
３ｂのラビング処理方向である。

【００４３】ａ−Ｓｉ層４３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ＣＶＤ）
で、約３００℃の基板上に約２００ｎｍの厚みで堆積さ
せた。ゲート絶縁膜４２は窒化シリコン（ＳｉＮ_x）等
をグロー放電分解法（プラズマＣＶＤ）で形成して用い
た。オーミック接触のための、ｎ⁺ａ−Ｓｉ層４４はり
んのドーピングにより形成した。また、補助用容量電極
４９とゲート絶縁膜４２と画素電極２５からなる補助容
量は約９ｐｆに設定した。

【００４４】配向膜３３ａ、３３ｂとしては、ネマチッ
ク液晶を垂直配向させる第一の配向膜素材として日産化
学社製「ＳＥ１２１１」のＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピ
ロリドン）溶液と、該液晶を略水平配向させる第二の配
向膜素材として日本合成ゴム社製「ＡＬ−０６５６」の
ＮＭＰ溶液とを混合し、上記第一の配向膜の重量割合が
３％となるように、膜厚８０ｎｍに塗布して、２００℃
で１時間焼成した。プレチルトは３６〜４５°になるよ
うに設定した。この膜に、コットン植毛布を直径が８０
ｍｍのラビングローラーに巻き付け、１０００ｒｐｍ、
基板表面への毛先の押し込み長さを０．３ｍｍ、基板の
送り速度を５０ｍｍ／ｓとしてラビング処理を施した。
ラビング処理方向は上下基板で平行とした。両基板を直
径６μｍのスペーサーを介して貼り合わせて液晶セルを
構成した。

【００４５】〔位相差板の作製〕上述の液晶セルの外側
の観察側に、下記繰り返し単位を有するポリイミドの前
駆体であるポリアミック酸の１重量％溶液を、１回目は
５００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで３０
秒間の条件で回転塗布した。

【００４６】

【化２】

【００４７】その後、８０℃で５分間の前乾燥を行った
後、２３０℃で１時間加熱焼成を施した。このポリイミ
ド膜に一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処
理を施した後、このポリイミド膜上に下記構造を有する
高分子液晶の１０重量％ジメチルセロソルブ溶液を、５
００ｒｐｍで３０秒間の条件で回転塗布した。１００℃
で３時間乾燥した後、１３０℃から０．１℃／ｍｉｎで
徐冷し、一軸配向させて一軸配向高分子液晶膜を得た。
別の基板に同様の条件で作製した当該一軸配向高分子液
晶膜の位相差を偏光顕微鏡下ベレックのコンペンセータ
ーを用いて測定したところ、５３ｎｍであった。

【００４８】

【化３】

【００４９】上記高分子液晶の重量平均分子量は１８０
００、ネマチック相→等方性液体相への相転移温度が１
１８℃、ガラス転移点が９９℃、Δｎが０．１４であっ
た。

【００５０】〔液晶素子の作製〕上記一軸配向高分子液
晶膜を備えた液晶セルに、チッソ社製の液晶「ＫＮ−５
０３０」（コレステリック含有フッ素系ネマチック液
晶、Δｎ＝０．１３）を注入することによって、液晶パ
ネルを構成した。液晶セルへの液晶の注入工程と配向の
様子を図６に示す。図中、６１は液晶セルの液晶注入
口、６２はスプレイ配向領域、６３はベンド配向領域で
ある。

【００５１】液晶の注入課程においては、液晶の流れ
（図６（ａ）の矢印方向）の存在の影響で、図６（ａ）
に示すように、液晶はスプレイ配向６２を示すが、注入
終了部分から図６（ｂ）に示すようにベンド配向６３が
生成した。

【００５２】本実施例では、フッ素系非カイラルネマチ
ック液晶を垂直配向させる第一の配向膜と、該液晶を略
水平配向させる第二の配向膜とを混合した膜を配向膜と
して用いることによって、初期状態で少なくとも一部分
の液晶をベンド配向状態とすることができ、従来、ベン
ド配向状態を保持するために必要であったバイアス電圧
を不要或いは著しく低電圧化し、初期時のベンド配向化
処理を不要にすることができた。

【００５３】さらに、Ｒ_(xy-z)が正の位相差板として、
ポリカーボネート一軸延伸フィルム２枚を互いに光軸が
直交するように重ねて用い、本発明の液晶素子とした。
この位相差板のＲ_(xy-z)は２００ｎｍであった。さら
に、上記一軸配向高分子液晶膜を形成した液晶パネルと
位相差板からなる液晶素子を、直交ニコルとした一対の
偏光板間に狭持し、液晶パネルの配向膜のラビング軸が
偏光板の偏光軸に対して４５°となるように配置した。

【００５４】本実施例の断面構成を図７に示す。図中、
７０は上述の液晶パネル、７１は上述の一軸配向高分子
液晶膜、７２は上記位相差板、７３ａ，７３ｂは偏光子
である。

【００５５】本例の液晶素子を、ノーマリーホワイト表
示で駆動した。駆動波形を図８に示す。図８中、Ｇ₁、
Ｇ₂、Ｇ_nはそれぞれ１行目、２行目、ｎ行目の走査信号
線に印加される走査信号、Ｓ₁は１列目の画素の情報信
号線に印加される情報信号、Ｖ_pixは１行目で１列目の
画素の液晶に印加される電圧を示す。ＴＦＴの駆動電圧
は、ゲート選択電圧（Ｖ_+g）を＋１０Ｖ、オフ電圧（Ｖ
_-g）を−１０Ｖに設定し、ゲート選択期間は（ΔＴ）１
６μｓ、情報信号（ソース電圧；Ｖ_+s、Ｖ_-s）は−７Ｖ
から＋７Ｖまで設定し、その中間電位Ｖ_cは画素への印
加電圧が対称となるような値に設定し、０Ｖにゲートオ
フ時の変動量を加味した。

【００５６】本例の液晶素子の応答スピードは、τ
_on（０Ｖから±７Ｖを印加した場合に、透過率が１００
％から１０％に達する時間）が０．７２ｍｓ、τ
_off（±７Ｖから０Ｖとした場合に、透過率が０％から
９０％に達する時間）は１０．２ｍｓであった。

【００５７】黒表示状態と白表示状態のコントラスト比
は１５０であった。また、いずれの斜め方向から見た場
合においても黒白反転はなく、良好なコントラストで目
視された。

【００５８】（実施例２）実施例１で用いた一軸配向高
分子液晶膜の高分子液晶を、下記構造を有する高分子液
晶（Δｎ＝０．１６）に代え、位相差が５０ｎｍの位相
差板を形成した以外は、実施例１と同様にして液晶素子
を作製し、偏光板を配置してノーマリーホワイトで表示
を行った。その結果、良好なコントラストと視野角特性
を有することを確認した。

【００５９】

【化４】

【００６０】（実施例３）本実施例は、画素電極の周囲
にハイブリッド配向領域を形成することで、画素内のツ
イスト配向を安定化させた例である。このような配向を
実現するために、図９に示す工程で対向基板側の配向膜
３３ａを形成した。

【００６１】即ち、図９（ａ）に示すように、ガラス基
板３１上に共通電極３２として厚さ１５０ｎｍのＩＴＯ
膜を真空成膜法により形成し、その上に絶縁膜３２とし
てＴａ₂Ｏ₅を厚さ１００ｎｍに真空成膜し、さらにその
上に、配向膜材料として日立化成社製「ＬＱ１８００」
を厚さ２０ｎｍになるようにスピンナー法によって塗布
形成し、該塗布膜９０を２７０℃で２０分間ホットプレ
ート上で焼成した。

【００６２】次いで、図９（ｂ）に示すように、ハイブ
リッド配向領域とする領域にフォトレジスト９１を形成
した。レジストとしては東京応化社製「ＴＰＡＲ」を用
いた。

【００６３】引き続き、レジスト９１の上からラビング
ローラー９２を用いたラビング処理を施した（図９
（ｃ））。ラビング強度はプレチルトが１０°になる条
件に設定した。この後、レジスト９１を除去することに
より、レジスト９１で保護されていた垂直配向領域９３
とラビング処理された水平配向領域９４とを有する配向
膜３３ａを得た。

【００６４】アクティブマトリクス基板側の配向膜は、
全面水平配向処理として、上下基板をラビング方向が平
行となるように配置して、直径６μｍのスペーサーを介
して貼り合わせ、液晶セルを構成し、チッソ社製の液晶
「ＫＮ−５０２７」（コレステリック非含有ネマチック
液晶、Δｎ＝０．１６）を注入することによって液晶パ
ネルを作製した。

【００６５】本実施例の液晶パネルの配向状態を図１０
を用いて説明する。図中、１００はスプレイ配向領域、
１０１ａはベンド配向のドメイン、１０１はベンド配向
領域、１０２はハイブリッド配向領域、１０３はツイス
ト配向領域である。

【００６６】図１０（ａ−１）〜（ａ−３）は従来のベ
ンド配向モードの配向状態であり、電圧無印加の初期状
態では全面がスプレイ配向１００となっており（ａ−
１）、この状態にベンド化電圧Ｖ_bを印加するとベンド
配向のドメイン１０１ａが発生し（ａ−２）、さらに、
電圧を上げることにより該ドメイン１０１ａが成長して
全面がベンド配向となる。この後、印加電圧を０とする
と全面がスプレイ配向１００に戻ってしまうため、保持
電圧Ｖ_e2を印加してベンド配向１０１を維持する（ａ−
３）。一方、（ｂ−１）〜（ｂ−３）は本実施例のベン
ド配向モードの配向状態であり、ベンド化電圧Ｖ_bを印
加してベンド配向のドメイン１０１ａを発生（ｂ−
１）、成長させる点は従来のモードと同様であるが、一
旦ベンド配向１０１とした後に印加電圧を除去すると、
ハイブリッド配向１０２で囲まれた領域ではツイスト配
向１０３にとどまり、安定化される（ｂ−２）。ツイス
ト配向１０３とベンド配向１０１とは連続しているた
め、再度、ベンド化する際の電圧Ｖ _e1は低電圧で実施で
きる（ｂ−３）。

【００６７】本実施例においては、液晶注入直後は全面
スプレイ配向状態であり、Ｖ_b＝１．８Ｖでスプレイ配
向中にベンド配向のドメインを発生させることができ、
さらに４．１Ｖまで昇圧することで全面をベンド配向と
することができた。次いで印加電圧を０Ｖとすると、ハ
イブリッド配向で囲まれた画素内がツイスト配向に変化
した。次に、再度電圧を印加してゆくと、Ｖ_e1＝０．７
Ｖでベンド配向に変化した。

【００６８】上記液晶パネルを、２．０Ｖと５．６Ｖを
駆動電圧で駆動した。ベンド化処理には、５．６Ｖの６
０Ｈｚ矩形信号と０Ｖとを交互に印加した。２．０Ｖ印
加時と５．６Ｖ印加時の間のリタデーション差は１９０
ｎｍであり、５．６Ｖで黒表示するために、実施例１で
一軸配向高分子液晶膜を形成する際に用いた高分子液晶
溶液の濃度を調製することにより、位相差が１３０ｎｍ
の一軸配向高分子液晶膜を形成した。また、Ｒ_(xy-z)が
正の位相差板としては実施例１で用いたＲ_(xy- _z)が正の
位相差板を用いた。また、実施例１と同様に一対の偏光
板を用いた。

【００６９】本例においては、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、情報信号は画像表示時に２．０Ｖから５．６Ｖを用
いた。共通電極は基準電位に設定した。本例の液晶素子
は、電圧を２．０Ｖ印加している状態から５．６Ｖへの
応答時間が０．５ｍｓであり、５．６Ｖ印加状態から
２．０Ｖへの応答時間が５．０ｍｓであった。また、画
像表示時に０Ｖから４．０Ｖを用いると、ツイスト−ベ
ンド間のスイッチングを行うことができた。

【００７０】また、本例でも、実施例１と同様に良好な
コントラストと視野角特性が観測された。

【００７１】（実施例４）実施例２で用いた高分子液晶
を用いて、位相差３４０ｎｍと２１０ｎｍの２枚の膜を
作製し、これらの膜の光軸を直交状態にして、正面から
の視野の位相差を補償する位相差板とＲ_(xy-z)が正の位
相差板とを兼ね備えた位相差板とした。この位相差板の
Ｒ_(xy-z)は５１０ｎｍであった。当該位相差板を実施例
３の液晶パネルに組み合わせて用いたところ、良好なコ
ントラストと視野角特性が得られた。

【００７２】（比較例）下記の構造を有するディスコテ
ィック液晶１．８ｇとトリメチロールプロパンＥＯ（エ
チレンオキサイド）変成トリアクリレート（大阪有機化
学工業社製「Ｖ＃３６０」）０．２ｇ、セルロースアセ
テートブチレート（イーストマンケミカル社製「ＣＡＢ
５５１−０．２」）０．０４ｇ、光重合開始剤（チバガ
イギー社製「イルガキュア−９０７」）０．０２ｇ、増
感剤（日本化薬社製「カヤキュア−ＤＥＴＸ」）０．０
２ｇを３．４３ｇのメチルエチルケトンに溶解した溶液
を、実施例１の液晶パネルに塗布し、高温で保持し、デ
ィスコティック液晶を配向させた後、ＵＶ照射して液晶
素子を得た。

【００７３】

【化５】

【００７４】上記液晶素子を一対の偏光板間に狭持し、
実施例１と同様に駆動して評価したところ、コントラス
トは３０以下で、色つきが見られた。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
大面積で均一な位相差板を容易に構成し、該位相差板を
ベンド配向モードの液晶素子に組み合わせて、高速応
答、高精細で、且つ、高コントラストで視野角特性に優
れた液晶素子を生産性よく提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の液晶素子の一実施形態の基本構
成を示す断面模式図である。

【図２】ベンド配向状態の液晶の構造例を示す断面模式
図である。

【図３】本発明の液晶素子をアクティブマトリクスタイ
プとした構成例のアクティブマトリクス基板に周辺駆動
回路を組み込んだ平面模式図である。

【図４】本発明の液晶素子をアクティブマトリクスタイ
プとした構成例の断面模式図である。

【図５】本発明の実施例で構成した液晶素子の構造を示
す断面模式図である。

【図６】本発明の実施例における液晶セルへの液晶の注
入工程と配向の様子を示す図である。

【図７】本発明の実施例の液晶素子の構成を示す断面模
式図である。

【図８】本発明の実施例の液晶素子の駆動波形を示す図
である。

【図９】本発明の実施例においてハイブリッド配向を形
成するための配向膜の形成工程を示す図である。

【図１０】本発明の液晶素子においてハイブリッド配向
によりツイスト配向を安定化させた場合の配向の様子を
説明するための模式図である。

【符号の説明】

１液晶２ａ，２ｂ基板３ａ，３ｂ電極４ａ，４ｂ配向膜５入射光６一軸配向高分子液晶膜７位相差板８ａ，８ｂ偏光板１１ａ，１１ｂ基板１２液晶分子２１基板２２情報信号線駆動回路２３走査信号線駆動回路２４画素電極２５ＴＦＴ２６走査信号線２７走査信号線端部２８情報信号線２９情報信号線端部３１基板３２共通電極３３ａ，３３ｂ配向膜３４スペーサー３５封止材３６液晶４１ゲート電極４２ゲート絶縁膜４３ａ−Ｓｉ層４４ｎ⁺ａ−Ｓｉ層４５ソース電極４６ドレイン電極４７絶縁膜４８パッシベーション膜４９補助容量電極５０絶縁膜６１液晶注入口６２スプレイ配向領域６３ベンド配向領域７０液晶パネル７１一軸配向高分子液晶膜７２位相差板７３ａ，７３ｂ偏光板９０塗布膜９１レジスト９２ラビングローラー９３垂直配向領域９４水平配向領域１００スプレイ配向領域１０１ａベンド配向ドメイン１０１ベンド配向領域１０２ハイブリッド配向領域１０３ツイスト配向領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坪山明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)発明者羽生由紀夫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)発明者浅尾恭史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） 2H090 HB07Y HC05 HC08 HD14 LA04 LA06 MA01 MA03 MA06 MA11 MB02 MB03 2H091 FA08X FA08Z FA11X FB02 FC08 FC22 GA06 GA13 JA01 JA10 KA02 LA19 2H092 HA04 JA24 JA28 JA34 JA41 JA47 KA03 KA04 KA05 KA12 RA05 4H027 BA13 BC04 BD07 BD08 BD20 BD21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間にベンド配向状態を呈する
液晶を狭持し、該液晶を駆動するための電極を備えた液
晶パネルと、正面からの視野の位相差を補償する位相差
板として一軸配向高分子液晶膜と、［（ｎ_x＋ｎ_y）／２
−ｎ_z］×ｄが正である位相差を有する位相差板（但
し、ｄは当該位相差板の厚さ）を有することを特徴とす
る液晶素子。
【請求項２】上記［（ｎ_x＋ｎ_y）／２−ｎ_z］×ｄが
正である位相差を有する位相差板が、高分子フィルムで
ある請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】一対の基板間にベンド配向状態を呈する
液晶を狭持し、該液晶を駆動するための電極を備えた液
晶パネルと、位相差が互いに異なる２層の一軸配向高分
子液晶膜を互いに光軸が直交するように配置した、
［（ｎ_x＋ｎ_y）／２−ｎ_z］×ｄが正である位相差を有
する位相差板（但し、ｄは当該位相差板の厚さ）と、を
備え、該位相差板によって正面からの視野の位相差も補
償することを特徴とする液晶素子。
【請求項４】液晶パネルが、ノーマリーホワイトで使
用されるベンド配向状態を用いる請求項１〜３のいずれ
かに記載の液晶素子。
【請求項５】液晶パネルに用いた液晶と、一軸配向高
分子液晶膜を構成する高分子液晶の、屈折率異方性（Δ
ｎ）の差が１０％以内である請求項１〜４のいずれかに
記載の液晶素子。
【請求項６】液晶パネルに用いた液晶の屈折率異方性
（Δｎ）がΔｎ＞０．１５であり、一軸配向高分子液晶
膜を構成する高分子液晶の屈折率異方性（Δｎ）がΔｎ
≧０．１５である請求項１〜５のいずれかに記載の液晶
素子。
【請求項７】一軸配向高分子液晶膜を構成する高分子
液晶がアクリル主鎖またはメタクリル主鎖を有する請求
項１〜６のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項８】液晶パネルの液晶が、電界無印加状態で
スプレイ配向よりもベンド配向が安定である請求項１〜
７のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項９】液晶層に部分的にハイブリッド配向領域
を形成し、該ハイブリッド配向領域に隣接した画素内の
ツイスト配向領域を安定化した請求項１〜８のいずれか
に記載の液晶素子。
【請求項１０】一軸配向高分子液晶膜が、液晶パネル
の外側に形成されている請求項１〜９のいずれかに記載
の液晶素子。
【請求項１１】一軸配向高分子液晶膜が、液晶パネル
の内側に形成されている請求項１〜９のいずれかに記載
の液晶素子。
【請求項１２】液晶パネルが、画素毎にアクティブ素
子を備え、各画素の液晶をアクティブマトリクス駆動す
る請求項１〜１１のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項１３】アクティブ素子が薄膜トランジスタで
ある請求項１２に記載の液晶素子。