JP2010217853A - 液晶パネルおよび液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速応答性、広視野角特性、高コントラスト特性を同時に実現することができる実用的な液晶パネルを提供する。
【解決手段】液晶パネル２は、一対の基板１０・２０間に挟持されたｐ型液晶材料と、ｐ型液晶材料に、基板面に平行な電界を印加する櫛歯状電極１３・１４とを備えている。ｐ型液晶材料は、電界無印加時に基板面に垂直に配向する。櫛歯状電極１３・１４の電極幅は５μｍ以下、電極間隔は１５μｍ以下であり、ｐ型液晶材料の誘電率異方性Δεと屈折率異方性Δｎとの積は、１．３以上、３．１以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネルおよび液晶表示装置に関するものであり、より詳しくは、電圧印加により液晶層をベンド変形させることにより光の透過を制御する液晶パネルおよび液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力を特徴とし、様々な分野で広く用いられている。液晶表示装置の表示性能は、年月の経過に伴って格段に進歩してきており、いまやＣＲＴ（陰極線管）を凌ぐほどまでになってきている。

液晶表示装置の表示方式は、液晶セル内で液晶をどのように配列させるかによって決定される。従来、液晶表示装置の表示方式としては、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＭＶＡ（Multi-domain Vertical Alignment）モード、ＩＰＳ（In-Plain Switching）モード、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）モード等の各種表示方式が知られている。従来、このような表示方式を用いた液晶表示装置は大量に生産されている。

特開昭５７−６１８号公報（１９８２年１月５日公開） 特開平１０−１８６３５１号公報（１９９８年７月１４日公開） 特開平１０−３３３１７１号公報（１９９８年１２月１８日公開） 特開平１１−２４０６８号公報（１９９９年１月２９日公開） 特開２０００−２７５６８２号公報（２０００年１０月６日公開） 特開２００２−５５３５７号公報（２００２年２月２０日公開）

K. Ohmuro, S. Kataoka, T. Sasaki, and Y. Koike, "Development of Super-High-Image-Quality Vertical-Alignment-ModeLCD", SID 1997 Digest, No.33.3, p.845-848, 1997． H.Yoshida, T.Kamada, K.Ueda, R.Tanaka, Y.Koike, K.Okamoto, P.L.Chen and J.Lin, "Multi-domain Vertically Aligned LCDs with Super-wide Viewing Range for Gray-scale Images", Asia Display/IMID’04 Digest, No. 12.2, (2004)． R. A. Soref, "Field Effects in Nematic Liquid Crystals Obtained with Interdigital Electrodes", J. Appl. Phys., Vol. 45, No. 12, p.5466-5468, 1974． R. Kiefer, B. Weber, F. Windschield, and G. Baur, "In-Plane Switching of Nematic Liquid Crystals", Proc. The 12th Int’l Disp. Res. Conf. (Japan Display’92), No.P2-30, p.547-550, 1992. P. L. Bos and J. A. Rahman, "An Optically "Self-Compensating" Electro-Optical Effect with Wide Angle of View", Technical Digest of SID Symp., p.273-276, 1993． Y. Yamaguchi, T. Miyashita, and T. Uchida, "Wide-Viewing-Angle Display Mode for the Active-Matrix LCD Using Bend-Alignment Liquid-Crystal Cell", Technical Digest of SID Symp., p.277-280, 1993．

前記した各種表示方式のなかでも、例えば、ＴＮモードの液晶表示装置は、広く一般的に用いられている。

しかしながら、ＴＮモードの液晶表示装置は、応答が遅い、視野角が狭い等の欠点を有している。

また、ＭＶＡモード（例えば、非特許文献１〜２参照）は、アクティブマトリクス基板の画素電極にスリットを設けるとともに、対向基板の対向電極に液晶分子配向制御用の突起（リブ）を設け、これによって形成されるフリンジフィールド（Fringe Field）によって液晶分子の配向方向を複数方向に配設させる方式である。

ＭＶＡモードの液晶表示装置は、電圧印加時に液晶分子が倒れる方向を複数に分割（Multi-domain）することによって、広視野角を実現している。また、垂直配向モードであるため、ＴＮモード、ＩＰＳモード、ＯＣＢモード等の各モードに比べて高コントラストを得ることができる。しかしながら、製造工程が複雑であり、ＴＮモードと同様、応答が遅いという欠点を有している。

ＩＰＳモード（例えば、非特許文献３〜４参照）は、上記した各種表示方式のなかでも、より簡単な構成で広視野角を実現する表示方式として知られている。ＩＰＳモードは、液晶分子を面内でスイッチングさせることから、視野角が非常に広い。しかしながら、ＩＰＳモードもまた、ＴＮモード、ＭＶＡモードと同様、応答が遅いという欠点を有している。また、低温での高速性が要求される携帯機器や車載機器には適していない。

一方、上記した各種表示方式のなかでも、ＯＣＢモード（例えば、非特許文献５〜６参照）は、平行に配向処理された２枚の基板間にネマチック液晶を挟持しただけの簡単な構成で高速応答が実現できる唯一の表示方式である。このため、ＯＣＢモードは、低温の応答特性が問題となる車載用途等において特に注目されている。

しかしながら、ＯＣＢモードは、高速な応答性を示す一方で、電源投入時に、初期配向であるスプレイ配向から駆動時のベンド配向への転移操作が必要である。このため、通常駆動回路の他に初期転移用駆動回路が必要となるため、コストアップ要因を内在している。また、視野角特性が、ＭＶＡモードやＩＰＳモードに比べて劣るといった問題点を有している。

また、上記以外の表示方式として、ＭＶＡモードのプロセス課題を解決すべく、垂直配向モードにおいて、液晶材料としてｐ型ネマチック液晶を使用し、横電界により駆動させる表示方式が提案されている（例えば、特許文献１〜６参照）。

上記表示方式では、垂直配向による高コントラスト性を保ちながら横電界により駆動させることで液晶分子の配向方位を規定する。上記表示方式は、ＭＶＡモードのような突起物による配向制御が不要であるため、画素構成が単純であり、優れた視野角特性を有している。

また、上記特許文献３および特許文献４には、電界印加によりベンド状の電界が形成され、液晶ダイレクタの方位が１８０度異なる２つのドメインが形成されることや、これに伴い、広い視野角特性が得られることが開示されている。

しかしながら、上記表示方式は、上記したように高いコントラスト並びに優れた視野角特性を有する反面、駆動電圧が高く、光透過率が低いという大きな課題を有している。また、ＭＶＡモードと同様に、その応答特性は、動画表示に対して十分なものであるとは言えない。このため、これまで実用化がなされていない。

したがって、高速応答性、広視野角特性、高コントラスト特性を同時に実現することができる液晶パネルおよび液晶表示装置は未だ知られていない。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速応答性、広視野角特性、高コントラスト特性を同時に実現することができる実用的な液晶パネルおよび液晶表示装置を提供することにある。

上記した状況のもと、本願出願人らは、鋭意検討した結果、パネル構成や液晶材料の物性値を適正な条件にすることによりベンド配列の程度（ベンド配列したｐ型液晶分子の曲げの度合い）を制御することができるとともに、ベンド配列の程度を制御することで、実用的な駆動電圧で高い光透過率を得ることができることを見出して本発明を完成させるに至った。そして、この結果、実用的な駆動電圧で初めて高い光透過率を得ることができた。

本発明にかかる液晶パネルは、上記課題を解決するために、一対の基板間に挟持された液晶材料と、上記液晶材料に、基板面に平行な電界を印加する電極とを備え、上記液晶材料はｐ型液晶材料を含み、電界無印加時に上記ｐ型液晶材料が基板面に垂直に配向する液晶パネルにおいて、上記電極の電極幅が５μｍ以下、電極間隔が１５μｍ以下であり、上記ｐ型液晶材料の誘電率異方性Δεと屈折率異方性Δｎとの積（Δε・Δｎ）が、１．３以上、３．１以下であることを特徴としている。

なお、本発明において、「基板面に平行な電界を印加する」とは、「少なくとも、基板面に平行な成分を有する電界を印加する」ことを示す。また、「上記ｐ型液晶材料が基板面に垂直に配向する」とは、「上記ｐ型液晶材料が、少なくとも、基板面に垂直な配向成分を有している」ことを示す。すなわち、上記「平行」および「垂直」には、「略平行」、「略垂直」も含まれる。

上記液晶パネルは、垂直配向による高コントラスト性を保ちながら、基板面に平行な、いわゆる横電界により駆動させることで、単純な画素構成によって、広視野角特性並びに高コントラスト特性を実現することができる。また、初期ベンド転移操作が不要であり、実用的なベンド配向を実現することができる。

上記液晶パネルでは、ＯＣＢモードと同様に、液晶分子が動こうとする時、それをアシストする方向に液晶分子のフローが働くため、高速な応答が可能となる。このような高速応答性は、ベンド配列の程度に対応する。上記液晶パネルにおいて、ベンド配列の程度は、液晶材料の物性（特にΔε・Δｎ）に依存するが、上記電極の電極幅、電極間隔によっても変化する。これらの値を上記範囲内とすると、従来構成に比べて液晶配列の変形の程度が大きな液晶パネルを得ることができる。

そして、特に、上記電極の電極幅を５μｍ以下とし、電極間隔を１５μｍ以下とすることで、実用的な駆動電圧で、高い透過率を得ることができる。また、上記Δε・Δｎを１．３以上、３．１以下の範囲内とすることで、実用的に高い透過率と高速応答性とを得ることができる。したがって、上記の構成によれば、ＭＶＡモードやＩＰＳモードと同等の広視野角特性と、ＯＣＢモード並、あるいはそれ以上の高速応答性と、高コントラスト特性とを同時に実現することができる実用的な液晶パネルを提供することができる。

上記液晶パネルにおいて、上記液晶材料の層厚ｄと屈折率異方性Δｎとの積（Δｎｄ）は、０．３μｍ以上、０．７μｍ以下であることが好ましい。

上記Δｎｄが大きくなると最大透過率が大きくなる傾向にある。しかしながら、液晶セル面内には位相差分布があり、Δｎｄが半波長を越えた領域では、液晶材料の層厚ｄの増加とともに透過率が低下する傾向にある。このため、上記Δｎｄを上記範囲内とすることで、高透過率、高速応答をより確実に実現することができる。

また、上記液晶材料の弾性定数ｋ３３は１５ｐＮ以上であることが好ましい。

１フレーム内に立ち下がりを完結させるためには、立ち下がり応答をほぼ１０ｍｓ以下にする必要がある。上記したように弾性定数ｋ３３が１５ｐＮ以上の液晶材料を用いることで、１フレーム内に立ち下がりを完結させることができる。したがって、透過率と立ち下がり応答速度とを共に満足させることができる。

さらに、上記液晶材料は、四環系液晶材料を１０％以上含むことが好ましい。

上記液晶材料が四環系液晶材料を含むことで、弾性定数ｋ３３が大きくなる。特に、上記液晶材料が四環系液晶材料を１０％以上含むことで、１フレーム内に立ち下がりを完結させることができる。したがって、上記の構成によれば、実用的価値が極めて高い液晶パネルを提供することができる。

上記液晶パネルとしては、具体的には、上記ｐ型液晶材料がｐ型ネマチック液晶材料であり、上記電極が、上記一対の基板のうち少なくとも一方の基板に設けられた櫛歯状電極であり、上記ｐ型ネマチック液晶材料は、電界無印加時にホメオトロピック配向する液晶パネルが挙げられる。

また、上記液晶材料は、アルケニル基を有する化合物を含むことが好ましい。

アルケニル基を有する化合物は、Δεがほぼゼロの材料であり、減粘剤として機能する。したがって、上記液晶材料がアルケニル基を有する化合物を含むことで、上記液晶材料の粘性を下げることができ、応答時間を大幅に低減させることができる。

また、上記液晶パネルは、上記一対の基板のうち少なくとも一方の基板における上記液晶材料からなる液晶層との対向面に、シロキサン系無機材料からなる配向膜を有することが好ましい。

シロキサン系無機材料からなる配向膜は、ポリイミド系配向膜等の有機系配向膜と比べて膜抵抗が低く、電荷が逃げ易い。このため、上記液晶材料に、相対的にイオン性不純物の含有割合が高く、焼き付きが起こり易い、誘電率異方性Δεが高い液晶材料を用いた場合であっても、焼き付きの発生を抑制することができる。

また、上記液晶パネルは、上記一対の基板のうち一方の基板に上記電極が配設されているとともに、他方の基板に、表示領域全域を覆う電極膜が配設されていることが好ましい。

このように、基板面に平行な電界を上記液晶材料に印加する電極が設けられた基板と対向する基板に、表示領域全域を覆う電極膜が配設されていることで、該電極膜が配設されていない場合と比較して、電圧−透過率特性を向上させることができる。このため、上記の構成によれば、上記電極膜を配設しない場合よりも低い電圧で、上記電極膜を配設しない場合と同じ透過率を得ることができる。したがって、駆動電圧を低減させることができる。

また、本発明にかかる液晶表示装置は、上記課題を解決するために、本発明にかかる上記液晶パネルを備えていることを特徴としている。

したがって、本発明によれば、高速応答性、広視野角特性、高コントラスト特性を同時に実現することができる実用的な表示装置を提供することができる。

本発明にかかる液晶パネルおよび液晶表示装置は、以上のように、垂直配向による高コントラスト性を保ちながら、基板面に平行な、いわゆる横電界により駆動させることで、単純な画素構成によって、広視野角特性並びに高コントラスト特性を実現することができる。また、初期ベンド転移操作が不要であり、実用的なベンド配向を実現することができる。

そして、特に、上記液晶パネルおよび液晶表示装置において電極の電極幅を５μｍ以下とし、電極間隔を１５μｍ以下とすることで、実用的な駆動電圧で、高い透過率を得ることができる。また、上記Δε・Δｎを１．３以上、３．１以下の範囲内とすることで、実用的に高い透過率と高速応答性とを得ることができる。したがって、本発明によれば、ＭＶＡモードやＩＰＳモードと同等の広視野角特性と、ＯＣＢモード並、あるいはそれ以上の高速応答性と、高コントラスト特性とを同時に実現することができる実用的な液晶パネルを提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施の一形態にかかる液晶パネルの要部の概略構成を模式的に示す分解斜視図である。 図１に示す液晶パネルの要部の概略構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施の一形態にかかる液晶表示装置の概略構成を模式的に示す分解断面図である。 図１に示す液晶パネルの偏光板の透過軸方位と電界印加方向との関係を示す図である。 （ａ）・（ｂ）は、図１に示す液晶パネルにおけるｐ型液晶分子の回転の様子を示す図であり、（ａ）は、電界無印加時における上記液晶パネルの要部の斜視図であり、（ｂ）は、電界印加時における上記液晶パネルの要部の斜視図である。 本発明の実施の一形態にかかる液晶セルの等電位曲線を示すグラフである。 図６に示す液晶セル内のｐ型液晶分子のダイレクタ分布を示す図である。 本発明の実施の一形態にかかる液晶セル内のｐ型液晶分子のダイレクタ分布を示す図である。 図８で用いた液晶セル内の透過率分布を示すグラフである。 本発明の実施の一形態にかかるセル内の透過率分布と位相差分布とを示すグラフである。 図１０とは電極間隔が異なる液晶セル内の透過率分布と位相差分布とを示すグラフである。 実施例１で作製した液晶パネルの電圧−透過率特性を示すグラフである。 実施例１で作製した液晶パネルの応答特性の温度依存性を示すグラフである。 実施例１で作製した液晶パネルにおける液晶層中の液晶分子の流れを示す図である。 実施例５で作製した液晶パネルの最大透過率と立ち下がり応答時間との関係を示すグラフである。 実施例６で作製した液晶パネルにおける四環系液晶材料の含有率と立ち下がり応答時間との関係を示すグラフである。 （ａ）は、焼き付きの評価に用いたテストセルの要部の概略構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すテストセルの要部の概略構成を模式的に示す平面図である。 本発明の実施の他の形態にかかる液晶表示装置で用いられる液晶セルの要部の概略構成を模式的に示す断面図である。 実施例９で作製した液晶パネルの電圧−透過率特性を示すグラフである。 実施例９で作製した液晶パネルに７Ｖの電圧を印加したときの液晶セル内の電界分布と液晶ダイレクタ分布とを示す図である。 本発明の実施のさらに他の形態にかかる液晶パネルの要部の概略構成を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図１７（ａ）・（ｂ）に基づいて説明すれば以下の通りである。

図３は、本実施の形態にかかる液晶表示装置の概略構成を模式的に示す分解断面図である。

本実施の形態にかかる液晶表示装置１は、図３に示すように、液晶パネル２、駆動回路３、およびバックライト４（照明装置）を備えている。上記駆動回路３およびバックライト４の構成は従来と同じである。したがって、これらの構成については、その説明を省略する。

本実施の形態にかかる上記液晶パネル２の一例として、典型的なパネル構成を図１および図２に示す。

図１は、上記液晶パネル２の要部の概略構成を模式的に示す分解斜視図である。また、図２は、上記液晶パネル２の要部の概略構成を模式的に示す断面図である。

なお、以下の説明においては、表示面側（観察者側の基板）を上側の基板とし、他方の基板を下側の基板として説明する。

図１〜図３に示すように、本実施の形態にかかる液晶パネル２は、電極基板（アレイ基板、素子基板）および対向基板として、互いに対向して設けられた一対の基板１０・２０を備えている。これら一対の基板１０・２０間には、表示用の媒質層として、ｐ型液晶材料を含む液晶層３０が挟持されている。

上記一対の基板１０・２０のうち少なくとも一方の基板は、ガラス基板等の透明基板を備えている。また、上記一対の基板１０・２０における他方の基板との対向面には、いわゆる垂直配向膜と称される配向膜１２・２２がそれぞれ設けられている。

垂直配向膜は、電界無印加時に液晶層の液晶分子を基板面に垂直に配向させる配向膜である。なお、上記「垂直」には、「略垂直」も含まれる。

このため、上記液晶層３０におけるｐ型液晶分子３１は、図１に示すように、電圧無印加時に、ホメオトロピック配向を示している。

また、上記基板１０・２０のうち一方の基板は、上記液晶層３０に、いわゆる横電界と称される、基板面に平行な電界を印加するための電界印加手段を備えている。なお、上記「平行」には「略平行」も含まれる。

本実施の形態では、上記基板１０・２０は、それぞれガラス基板１１・２１を備えている。そのうち、上記基板１０におけるガラス基板１１上には、上記電界印加手段として、一対の櫛歯状電極１３・１４（画素電極、共通電極）が設けられている。

上記櫛歯状電極１３・１４は、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明電極材料からなっていてもよく、アルミニウム等の金属からなっていてもよい。上記櫛歯状電極１３・１４の材質は、特に限定されるものではない。

配向膜１２は、上記櫛歯状電極１３・１４を覆うように設けられている。なお、上記配向膜１２・２２の材料並びに形成方法は特に限定されるものではない。上記配向膜１２・２２は、例えば、上記櫛歯状電極１３・１４上に、垂直配向規制力を有する公知の配向膜材料を塗布することで形成することができる。

なお、上記電極基板および対向基板としては、例えば、ＴＦＴアレイ基板等のアレイ基板や、カラーフィルタ基板等を用いることができるが、本実施の形態は、これに限定されるものではない。

また、図１〜図３に示すように、これら一対の基板１０・２０における上記液晶層３０との対向面とは反対側の面には、偏光板３５・３６がそれぞれ設けられている。

また、上記基板１０・２０と偏光板３５・３６との間には、図３に示すように、必要に応じて位相差板３７・３８がそれぞれ設けられている。但し、上記位相差板３７・３８は、上記液晶パネル２の一方の面にのみ設けられていてもよい。また、正面透過光のみを利用する表示装置の場合には、位相差板３７・３８は必ずしも必須ではない。

上記液晶パネル２における液晶セル５は、例えば、図２に示すように、上記基板１０と基板２０とを、スペーサ３３を介してシール剤３４によって貼り合わせ、両基板１０・２０間の空隙に、液晶材料としてｐ型液晶材料を含む媒質を封入することにより形成される。上記ｐ型液晶材料としては、例えばｐ型ネマチック液晶材料が挙げられる。

上記液晶パネル２は、液晶セル５に、上記したように位相差板３７・３８および偏光板３５・３６を貼り合わせることにより形成される。

上記偏光板３５・３６の透過軸方位と電界印加方向との関係を図４に示す。図４に示すように、上記偏光板３５・３６は、上記偏光板３５・３６の透過軸方位が互いに直交し、かつ、電界印加方向と４５度をなすように配置した。

次に、上記液晶パネル２の表示方式（以下、「本モード」と記す）について説明する。

図５の（ａ）・（ｂ）に、電界印加によるｐ型液晶分子３１の回転の様子を、液晶ダイレクタの方向により示す。図５の（ａ）は、電界無印加時における上記液晶パネル２の要部の斜視図であり、図５の（ｂ）は、電界印加時における上記液晶パネル２の要部の斜視図である。

本モードは、前記したように、櫛歯状電極１３・１４を用いることで基板面に平行な電界を印加する表示方式の一種である。

本モードは、図５の（ａ）に示すように、電界無印加時には、ｐ型液晶分子３１は基板面に垂直に配向している。一方、電界印加時には、櫛歯状電極１３・１４間の電気力線が半円状に湾曲し、ｐ型液晶分子３１は、図５の（ｂ）に示すように、基板厚み方向に弓なりにベンド配列する。この結果、基板面に垂直な方向に進行する光に対して複屈折性を示す。

本モードでは、このように、垂直配向による高コントラスト性を保ちながら横電界駆動することで、ｐ型液晶分子３１の配向方位を規定している。このため、ＭＶＡモードのような突起物による配向制御が不要であり、単純な画素構成で優れた視野角特性を有している。

また、上記したように垂直配向モードにおいてｐ型液晶材料を使用し、横電界駆動を行うことで、電界印加によりベンド状（弓なり状）の電界が形成され、互いにダイレクタ方位が１８０度異なる２つのドメインが形成されるとともに、これに伴い、広い視野角特性を得ることができる。

本発明は、パネル構成および使用する液晶材料の物性を変更することで、上記ベンド配列の程度を任意に制御することができることを見出したことに基づいている。なお、上記「ベンド配列の程度」とは、図５の（ｂ）に示すようにベンド配列したｐ型液晶分子３１の曲げの度合い（以下、「曲率」と記す）を示す。

本発明により、ベンド配列の程度を大きくすることができ、高い光透過率を得ることができる。また、本発明によれば、上記したようにベンド配列の程度を任意に制御することができることから、ＯＣＢモードと同様にフロー効果を利用して高速な応答特性を達成することができる。このため、本発明の実用的価値は極めて高い。

ＯＣＢモードでは、臨界駆動電圧よりも少し高い電圧でスプレイ配向からベンド配向に転移する。このときのベンド配向が最大の曲率を示す。このため、ＯＣＢモードでは、この最大の曲率を示すベンド配向と、高電圧印加時の緩やかなベンド配向との間で階調表示が行われる。

これに対して、本モードでは、高電圧印加時の曲率の大きなベンド配向と、電圧無印加時の垂直配向との間で階調表示が行われる。この時の最大曲率は、印加電圧に依存し、電界強度が大きければ大きいほど大きくなる。すなわち、ベンド配列の程度並びにその最大曲率は、電極幅Ｌ、電極間隔（電極間距離）Ｓ、セルギャップ（液晶材料の層厚、液晶層３０の厚み）ｄにより任意に制御可能であり、ＯＣＢモード以上の最大曲率を得ることができ、ＯＣＢモード以上の高速応答を達成することができる。

図６は、櫛歯状電極１３・１４の電極幅Ｌ＝３μｍ、電極間隔Ｓ＝４μｍ、セルギャップｄ＝４μｍの液晶セル５に、７Ｖの電圧が印加されたときの液晶セル５の等電位曲線を示している。つまり、図６は、上記櫛歯状電極１３・１４間に、７Ｖの電圧（矩形波）が印加されたときの液晶セル５の等電位曲線を示している。

このとき、上記ｐ型液晶分子３１は、この電界強度分布、および界面からの束縛力に応じて配列する。このときの上記液晶セル５内のｐ型液晶分子３１のダイレクタ分布を図７に示す。電圧印加により液晶分子はホメオトロピック配向からベンド配列へと連続的に変化する。すなわち、通常の駆動においては、液晶層３０は常にベンド配列を呈し、階調間応答で高速応答が可能となる。

また、図７より、櫛歯状電極１３・１４上よりも、櫛歯状電極１３・１４が存在しない領域の方がベンド変形の程度が大きく、光変調率が大きいことが判る。以下に、より詳細に検討する。

図８は、櫛歯状電極１３・１４の電極幅Ｌ＝２．６μｍ、電極間隔Ｓ＝７．８μｍ、セルギャップｄ＝４μｍの液晶セル５に３．５Ｖの電圧を印加した時の液晶セル５内のｐ型液晶分子３１のダイレクタ分布を示す。なお、上記ｐ型液晶材料には、誘電率異方性（Δε）＝２０．８、屈折率異方性（Δｎ）＝０．１４のｐ型液晶材料を用いた。

本モードが、基板面に平行な電界を印加するＩＰＳモードやＯＣＢモード等の他の表示モードと異なる大きな点は、図８に示すように、電極中央、および電極間の中央のｐ型液晶分子３１が常に垂直に配向している点である。

また、図９に、図８で用いた液晶セル５に６Ｖの電圧を印加した時の液晶セル５内の透過率分布を示す。なお、図９は、図８に示す領域と同じ領域における透過率分布を示している。なお、以下の各図および各表において、透過率は、電圧無印加時の液晶パネル２の光透過率を透過率１００％とし、透過率１００％を１（基準）としたときの透過率を示す。

図９に示すように、液晶セル５内の場所によっては９０％以上の透過率が得られるが、電極中央および電極間中央では光が透過しない。このため、液晶セル５全体としては、６５％程度の透過率しか得られない。

図１０は、ｐ型液晶材料として「ＭＬＣ−６２６２」（商品名、メルク株式会社製、Δε＝１８．５、Δｎ＝０．１４５０）を使用し、電極幅Ｌ＝４μｍ、電極間隔Ｓ＝４μｍ、セルギャップｄ＝４μｍの液晶セル５に電界を印加した時の液晶セル５内の透過率分布と位相差分布とを示すグラフである。また、図１１は、電極間隔Ｓ＝１２μｍとした以外は、図１０と同じ条件で測定した液晶セル５内の透過率分布と位相差分布とを示すグラフである。

なお、これら測定には、波長５５０ｎｍの測定光を使用し、櫛歯状電極１３・１４間には、１２Ｖの電圧を印加した。また、図１０および図１１に、測定位置に対する櫛歯状電極１３・１４の位置を、二点鎖線にて示す。

図１０および図１１に示すように、電圧の印加により位相差（Δｎｄ）が大きくなり、透過率も上昇する。しかしながら、位相差がλ／２（本測定では２７５ｎｍに相当）を越えた部分は透過率が減少する。

以上の結果から、透過率を高めるためには、電圧の印加により位相差をできるだけ大きくする必要があるが、位相差を必要以上に大きくするとλ／２を越えてしまい、却って透過率が下がることが判る。

位相差は電圧の印加によって液晶分子が回転することによって発現する。しかしながら、上記したように位相差に最適な範囲が存在するということは、液晶物性値（具体的にはΔε、Δｎ）にも最適な範囲が存在することを意味する。

図１０と図１１との比較から判るように、電極間隔Ｓを大きくすることにより光透過率は向上する。しかしながら、電界強度が小さくなるため、応答特性は低下する。なお、本モードそのものは高速な表示モードであるため、実用的には、応答特性と透過率とのバランスを考慮して電極幅Ｌおよび電極間隔Ｓを決定する必要がある。以下に、実施例を用いて具体的に検証する。

〔実施例１〕
まず、電極幅Ｌ＝４μｍ、電極間隔Ｓ＝４μｍ、電極厚み＝１０００ＡのＩＴＯ製の櫛歯状電極１３・１４が設けられたガラス基板１１上に、ＪＳＲ社製の配向膜塗料「ＪＡＬＳ−２０４」（商品名、５ｗｔ．％（固形分）、γ−ブチロラクトン溶液）を、スピンコート法にて塗布した。その後、２００℃にて２時間焼成することにより、基板１０を形成した。得られた配向膜１２の膜厚は、６００Å（６０ｎｍ）であった。

次に、上記櫛歯状電極１３・１４が設けられていないことを除けば、上記基板１０と同様にして、ガラス基板２１上に、上記配向膜１２と同じ配向膜２２を成膜した。これにより、基板２０を形成した。

その後、上記基板１０上に、スペーサ３３として、直径４μｍの樹脂ビーズ「ミクロパールＳＰ」（商品名、積水化学工業株式会社製）を分散させた。一方、基板２０上に、シール剤３４として、シール樹脂「ストラクトボンドＸＮ−２１−Ｓ」（商品名、三井東圧化学工業株式会社製）を印刷した。

次に、上記基板１０・２０を貼り合わせ、２５０℃で３時間焼成することにより、液晶セル５を作製した。

その後、上記液晶セル５に、液晶材料として、「ＺＬＩ−２２９３」（商品名、メルク株式会社製、ｐ型ネマチック液晶材料、Δε＝１０、Δｎ＝０．１３６）を真空注入法にて封入することにより、液晶層３０を形成した。続いて、上記液晶セル５の表裏面に各々、偏光板３５・３６を貼合し、図２に示す構成を有する液晶パネル２を作製した。この時の電界印加方向と偏光板３５・３６の透過軸方位との関係は図４に示した通りである。

図１２に、このようにして作製した上記液晶パネル２の、室温（２５℃）での電圧−透過率特性を示す。

図１２から、上記液晶パネル２の最大透過率（Ｔmax）は０．５（つまり５０％）を越えており、従来（例えば特許文献４）と比べて、実用的な駆動電圧で、透過率を大幅に向上させることができたことが判る。

すなわち、特許文献４では、例えば４０Ｖで約１４％の透過度（透過率）しか得ることができない（特許文献４の図１０参照）。これに対し、上記液晶パネル２によれば、図１２に示すように、約６Ｖ〜１０Ｖで約５０％の透過率を得ることができるとともに、約７Ｖ〜８Ｖで、５０％を越える最大透過率（Ｔmax）を得ることができる。

なお、上記したように横電界駆動においては、現在、最も一般的には、６Ｖ〜７Ｖの駆動電圧が用いられている。駆動電圧が９Ｖを越えると、耐圧が高いドライバを必要とする。このため、実用的には、駆動電圧は、９Ｖ未満、好適には７Ｖ以下とすることが好ましい。したがって、本実施の形態では、実用的な駆動電圧で高い光透過率を得ることができることから、駆動電圧は、約６Ｖ〜７Ｖとすることが好ましい。

なお、以下の各測定において、特に言及しない限り、測定は室温（２５℃）にて行うものとし、応答時間は、最大透過率Ｔmaxが示されている場合は、後述するように最大透過率Ｔmaxを示す駆動電圧（実質的には７Ｖ）での応答時間を示し、特に言及しない場合は、最大透過率の観点から、７Ｖの駆動電圧を印加するものとする。

また、上記液晶パネル２は、基本的に配向制御が不要であり、同じ垂直配向モードである例えばＭＶＡモードで従来用いられてきた突起（リブ）は不要である。このため、開口率を向上させることができる。

また、図１３に、上記液晶パネル２に７Ｖの電圧を印加したときの応答特性の温度依存性を示す。なお、図１３中、τriseは立ち上がりを示し、τdeceyは立ち下がりを示す。

図１３から明らかなように、上記液晶パネル２は低温時においても高速な応答を示し、その実用的価値は極めて大きい。

なお、上記液晶パネル２が高速応答を示す理由は、以下の通りである。

上記櫛歯状電極１３・１４によって上記液晶材料に横電界を印加すると、上記液晶材料は、回転とベンド変形とを行う。このとき、図１４に示すように、液晶層３０中に、液晶分子の流れ（フロー）が発生するが、ディスクリネーションラインを対称に逆回りの回転がおこり、ディスクリネーションライン付近では同一方向のトルクが作用する。

つまり、上記液晶パネル２では、ＴＮモードやＭＶＡモードのように液晶層中のフローがお互いの動きを阻害しない。逆に、図１４に示すように、ＯＣＢモードと同様に、液晶分子が動こうとする時、それをアシストする方向に液晶分子のフローが働くため、高速な応答が可能となる。

このような高速応答性は、ベンドの程度（曲率）に対応する。このベンドの程度は液晶材料の物性（誘電率異方性Δεと屈折率異方性Δｎとの積、弾性定数ｋ３３）に依存するが、櫛歯状電極１３・１４の電極幅Ｌ、電極間隔Ｓ、あるいはセルギャップｄによっても変化する。

すなわち、上記液晶パネル２によれば、上記液晶セル５内の電界強度の分布によって、ベンドの程度を任意に制御することができ、ＯＣＢモード以上の高速応答を達成することができる。また、表示原理上、ＩＰＳモードと同等の広視野角特性を達成することができる。

〔実施例２〕
実施例１において、液晶材料として「ＭＬＣ−６２６９−０００」（商品名、メルク株式会社製、ｐ型ネマチック液晶材料、Δε＝１７．７、Δｎ＝０．０９８４）を使用し、電極幅Ｌ、電極間隔Ｓ、セルギャップｄを種々変更した以外は、実施例１と同様にして、図２に示す構成を有する４０個の液晶パネル２を作製した。

次に、２５℃において、印加電圧を０Ｖから２０Ｖまで変化させながら、上記した各液晶パネル２の電圧−透過率特性を測定した。上記測定では、３０Ｈｚ矩形波を印加し、測定光波長は５５０ｎｍとした。なお、この時の電界印加方向と偏光板３５・３６の透過軸方位との関係は図４に示した通りである。セルギャップｄ＝４μｍの液晶パネル２における電極幅Ｌと、電極間隔Ｓと、最大透過率Ｔmaxとの関係を、表１にまとめて示す。また、セルギャップｄ＝６μｍの液晶パネル２における電極幅Ｌと、電極間隔Ｓと、最大透過率Ｔmaxとの関係を、表２にまとめて示す。

表１・２に示す結果から、櫛歯状電極１３・１４の電極幅Ｌは小さければ小さいほど、電極間隔Ｓは大きければ大きいほど、最大透過率Ｔmaxが大きくなることが判る。また、セルギャップｄ（より厳密には液晶セル５の位相差Δｎｄ）が大きくなると最大透過率Ｔmaxも大きくなる傾向にある。しかしながら、液晶セル５面内には位相差分布があり、前記したように、Δｎｄが半波長を越えた領域では却ってセルギャップｄの増加とともに透過率が低下する。このため、必ずしも液晶セル５全体の透過率と液晶セル厚との間に相関はない。

また、表１・２から、電極幅Ｌは５μｍ以下、電極間隔Ｓは１５μｍ以下において高い透過率を得ることができることが判る。なお、パネル製造の観点からは、電極幅Ｌ、電極間隔Ｓともに２μｍ以上が好ましい。

〔実施例３〕
実施例１において、電極幅Ｌ＝４μｍ、電極間隔Ｓ＝６μｍ、セルギャップｄ＝４μｍの液晶セル５を使用し、液晶材料に、誘電率異方性Δεあるいは屈折率異方性Δｎの異なる種々の液晶材料を用いた以外は、実施例１と同様にして、図２に示す構成を有する９個の液晶パネル２を作製した。これら液晶パネル２の最大透過率Ｔmax、およびそのときの立ち下がり応答時間（τdecay）と、誘電率異方性Δεと屈折率異方性Δｎとの積Δε・Δｎとの関係を、表３にまとめて示す。

表３に示す結果から、Δε・Δｎが、１．３以上、３．１以下の範囲において、実用的に高い透過率と高速応答性とが得られることが判る。また、Δε・Δｎが３．１よりも大きくなると、液晶セル５内での位相差変化が大きな領域の位相差が半波長よりも大きくなり、却って透過率が小さくなることが判る。

〔実施例４〕
実施例１において、液晶材料として５ＣＢ（４’−シアノ−４−ペンチルビフェニル、ｐ型ネマチック液晶材料、Δε＝１３．２、Δｎ＝０．１８９）、あるいは「ＭＬＣ−６２６９−０００」（商品名、メルク株式会社製）９１．７重量部と、「ＭＬＣ−６２６７−０００」（商品名、メルク株式会社製）８．３重量部との混合物（以下、「混合物Ａ」と記す；ｐ型ネマチック液晶材料、Δε＝１７．６、Δｎ＝０．０９８）を使用し、電極幅Ｌ＝４μｍ、電極間隔Ｓ＝６μｍとし、セルギャップｄを種々変更した以外は、実施例１と同様にして、図２に示す構成を有する１０個の液晶パネル２を作製した。上記液晶パネル２の最大透過率Ｔmaxおよびそのときの立ち下がり応答時間を表４に示す。なお、上記立ち下がり応答時間は、印加電圧を、Ｖ５０（最小透過率と最大透過率を０−１００％で規格化したとき、５０％の透過率を示す電圧値）の状態から電圧無印加の状態に変化させた時、透過光量が９０％変化するに要する時間で定義した。

表４から、用いた液晶材料の屈折率異方性Δｎとセルギャップｄとの積Δｎｄ（位相差）が０．３〜０．７の範囲において、高透過率、高速応答が得られることが判る。

以上の結果から、上記櫛歯状電極１３・１４の電極幅は５μｍ以下、電極間隔は１５μｍ以下であることが望ましく、上記液晶材料のΔε・Δｎは、１．３以上、３．１以下の範囲内であることが望ましいことが判る。また、上記の結果から、Δｎｄは、０．３μｍ以上、０．７μｍ以下の範囲内であることがより好ましいことが判る。

なお、一般的なｐ型液晶は、Δε＝４〜９、Δｎ＝０．０７〜０．１２程度である。また、従来、誘電率異方性Δεと屈折率異方性Δｎとは各々別個に議論されており、その積Δε・Δｎについては議論されていない。本発明は、このΔε・Δｎが、ベンド配列の程度に関係し、このΔε・Δｎを最適化することで、高透過率および高速応答を実現することができることを見出したものである。

つまり、本発明は、従来構成に比べて液晶配列のベンドの程度が大きな液晶パネル２および液晶表示装置１を提供するものである。上記液晶パネル２におけるベンド配列の程度は、実施例１〜４に示したように、パネル構成および使用する液晶材料の物性を変更することで任意に制御することができる。

したがって、上記したように、パネル構成および使用する液晶材料の物性を上記範囲内に設定することで、高い光透過率を得ることができる。

また、上記液晶パネル２は、特有のベンド状配列により、ＯＣＢ並、あるいはそれ以上の高速応答を得ることができる。

なお、液晶表示装置においては、オーバードライブ方式のように、立ち上がりに関しては所定の電圧よりも大きな電圧を印加し、見かけ上、高速な応答は容易に得られる。しかしながら、立ち下がりに関しては、液晶材料、パネル構成にのみ依存するため、粘度の低い液晶材料、あるいは高速応答を示すパネル構成が重要である。

上記したように、上記液晶パネル２において、液晶層３０はベンド配列を示しており、電界応答時に液晶フローにより応答特性を阻害することがないため、高速な応答を実現することができる。

なお、このようなベンド配向はＯＣＢモードの液晶表示装置において採用されているが、初期配向であるスプレイ配向からベンド配向への転移操作を、毎回電源投入時に行わなければならず、改善が望まれていた。

しかしながら、上記液晶パネル２によれば、初期配向転移用回路が不要であり、低コスト化を図ることができるとともに、低温操作時の転移不良が発生しない。

したがって、本発明によれば、ＩＰＳモードと同等の広視野角特性と、ＯＣＢモード並、あるいはそれ以上の高速応答性とを同時に実現することができるとともに、初期ベンド転移操作が不要な液晶パネル２および液晶表示装置１を提供することができる。

なお、上記実施例４では、上記液晶材料の一つとして５ＣＢを単独で用いた。５ＣＢはｐ型ネマチック液晶の一種であり、電気光学特性を測定する意味では適格な材料である。しかしながら、５ＣＢは、液晶相を示す温度範囲が２２．５℃〜３５℃の範囲内であり、実用的な材料ではない。このため、実用的には、上記液晶材料としては、少なくとも０℃〜６０℃の範囲内は液晶相を示す材料を用いることが望ましい。このため、上記液晶材料として５ＣＢを使用する場合、前記した条件に加えて、上記条件を満足するように他の液晶材料と混合して用いることが好ましい。なお、上記実施例１〜４および後述する実施例５・６で使用した各液晶材料は、上記実施例４における５ＣＢ単独使用を除き、全て、少なくとも０℃〜６０℃の範囲内では液晶相を示していた。

また、これまで、液晶配列を曲げる（ベンド状の配列を容易に形成する）ためには、弾性定数ｋ３３をできるだけ小さくすることが良いと考えられてきた（例えば、特許文献４参照）。

しかしながら、ベンド配列における曲率を大きくする（高速応答化）という視点で本願発明者らが鋭意検討した結果、高速応答化を達成するためには、ｋ３３はむしろ大きいほうが良いことが判った。以下に、実施例を用いて具体的に実証する。

〔実施例５〕
実施例１において、電極幅Ｌ＝４μｍ、電極間隔Ｓ＝１２μｍ、セルギャップｄ＝４μｍの液晶セル５を使用し、この液晶セル５に、「５ＣＢ」と「ＺＬＩ−４７９２」（商品名、メルク株式会社製）との混合液晶を、各液晶材料の混合割合を種々変更して封入した以外は、実施例１と同様にして、図２に示す構成を有する７個の液晶パネル２を作製した。

これら液晶パネル２の室温における最大透過率Ｔmaxと、このときの立ち下がり応答時間τdecayと上記混合液晶の弾性定数ｋ３３との関係をまとめて表５および図１５に示す。

１フレーム（１６．６ｍｓ）内に立ち下がりを完結させるためには、立ち下がり応答をほぼ１０ｍｓ以下にすることが望ましい。このことから、表５に示すように、弾性定数ｋ３３が１５ｐＮ以上の液晶材料を用いることで、最大透過率Ｔmaxが高いのみならず、応答速度が速い液晶パネル２を得ることができることが判る。

この理由は定かではないが、ｋ３３が大きな液晶材料では、電界印加による液晶材料の歪みエネルギーが大きく、これにより立ち下がり応答速度が速くなると推察できる。

つまり、τdecayの観点からは、歪みが大きいほど（ｋ３３が大きいほど）高速である。ｋ３３が小さい場合には相対的に低電圧で分子変形が起こるものの、画素全体を考えた時の最大透過率は、ｋ３３が大きいほうが高い。

このように、通常はｋ３３が小さい方が分子変形が大きく、高透過率になると考えられるが、実際は、表５および図１５に示すように逆になる。これらの結果から判るように、弾性定数ｋ３３が１５ｐＮ以上の液晶材料を用いることで、透過率と立ち下がり応答速度とを共に満足することができる。

なお、表５および図１５に示すように、弾性定数ｋ３３は、１５ｐＮ以上であれば、１フレーム内に立ち下がりを完結させることができ、透過率および立ち下がり応答速度は、弾性定数ｋ３３が大きければ大きいほど、高透過率、高速応答性を得ることができる。したがって、電界無印加時に液晶材料が基板面に垂直に配向するような液晶パネルを構成する液晶材料としては、弾性定数ｋ３３の上限は特に限定されるものではない。しかしながら、あえてその上限を限定するとすれば、「液晶材料が、常温で液晶相を維持している」（言い換えれば、常温で液晶相を維持できる分子長サイズを有している）という条件を満足することが、上記上限を規定することになると言える。なお、上記条件を満足しないものは、本発明の液晶パネルからは除かれることは言うまでもない。

〔実施例６〕
実施例１において、電極幅Ｌ＝３μｍ、電極間隔Ｓ＝８μｍ、セルギャップｄ＝３．２μｍの液晶セル５を使用し、この液晶セル５に、下記構造式（１）

で示される四環系液晶材料と、「Ｅ−７」（ＢＤＨ社製、ｐ型ネマチック液晶材料）との混合液晶を、該混合液晶中の上記四環系液晶材料の含有率（ｗｔ．％）を種々変更して封入した以外は、実施例１と同様にして、図２に示す液晶パネル２を作製した。これら６個の液晶パネル２における上記四環系液晶材料の含有率と、上記液晶パネル２に７Ｖの電圧を印加したときの、室温における立ち下がり応答時間τdecayとをまとめて表６および図１６に示す。

表６および図１６に示す結果から、立ち下がり応答速度を向上させるためには、上記液晶材料中の四環系液晶材料の含有率を５ｗｔ．％以上とすることが好ましく、１０ｗｔ．％以上とすることがより好ましいことが判る。

但し、前記したように、１フレーム内に立ち下がりを完結させるためには、立ち下がり応答をほぼ１０ｍｓ以下にすることが望ましい。このため、上記効果を得るためには、四環系液晶材料の含有率は、１０ｗｔ．％以上とすることが望ましい。

すなわち、四環系液晶材料を１０ｗｔ．％以上含有する液晶材料は優れた応答特性を示し、その実用的価値は極めて高い。これは、四環系液晶を混合することにより、ｋ３３が大きくなることによるものと推察される。

上記四環系液晶材料の含有割合の上限は、上記液晶材料（混合液晶）がｐ型液晶材料を含むとともに、液晶相を維持することができさえすれば、特に限定されるものではない。

四環構造の液晶材料の添加割合が多いと、液晶粘度が上昇するため、通常は、その使用を最小限にする必要がある。しかしながら、本表示モードは、ＶＡモードやＴＮモードと異なり、液晶の流れが応答を阻害することがない。このため、ＶＡモードやＴＮモードと比較して、相対的に多くの四環系液晶を使うことができる。

但し、上記四環構造の液晶材料の添加割合が多いと、液晶粘度が上昇するとともに、図１６に示すように、上記液晶材料中の四環系液晶材料の含有割合が１５ｗｔ．％〜２５ｗｔ．％において効果がほぼ飽和することが判る。したがって、この点から、上記四環構造の液晶材料の添加割合は、２５ｗｔ．％以下としてもよく、２０ｗｔ．％以下としてもよく、１５ｗｔ．％以下としてもよい。これにより、液晶粘度を上昇を抑え、かつ、立ち下がり応答速度を向上させることができる。

なお、本実施例では、四環系液晶材料として、構造式（１）で示される化合物を用いたが、本発明は、これに限定されるものではない。

上記四環系液晶材料としては、全ての環がフェニル基であってもよく、ヘテロ原子を含んでいてもよく、ナフタレン環のように縮合していてもよい。

上記四環系液晶材料の他の例としては、例えば、下記構造式（２）〜（７）

で示される化合物が挙げられる。

また、上記実施の形態では、ｐ型液晶材料としてｐ型ネマチック液晶材料を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

前記したように、上記液晶パネル２および液晶表示装置１は、電界の印加により、液晶セル５内に電界強度の分布を形成し、液晶材料のベンド配列を実現するものである。本実施の形態では、屈折率異方性Δｎの大きな液晶材料や誘電率異方性Δεの大きな液晶材料が好適に使用される。このようなｐ型液晶材料としては、ＣＮ（シアノ）系液晶材料（カイラルネマチック系液晶材料）の他、Ｆ（フッ素）系液晶材料が挙げられる。

但し、パネル位相差Δｎｄを大きくすると視野角特性が悪くなるので、実用的には、Δｎを大きくするよりも、信頼性が低下しない範囲でΔεを大きくすることが望ましい。

また、誘電率異方性Δεおよび屈折率異方性Δｎが両方ともに大きくなると、液晶粘性が上昇し、応答特性が低下する傾向にある。このため、誘電率異方性Δεおよび屈折率異方性Δｎが両方ともに大きくなりすぎると、信頼性が低下する。

したがって、上記した各実施例の結果から、ｐ型液晶材料の誘電率異方性Δεと屈折率異方性Δｎとの積は、前記したように１．３以上、３．１以下の範囲内が好ましく、１．３以上、２．４未満の範囲内であることがより好ましい。特に、上記積を１．３以上、２．４未満の範囲内とすることで、液晶粘性の上昇を抑制し、上記各実施例に示したようにｐ型液晶材料を種々変更したとしても、ほぼ１フレーム内に立ち下がりを完結させることが可能であり、確実に高速応答を実現することができる。

なお、上記実施例１〜６では、前記したように、最大透過率Ｔmaxが得られる６Ｖ〜７Ｖ（具体的には７Ｖ）の電圧を液晶パネル２に印加したときの検証結果を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、上記したように６Ｖ〜７Ｖの電圧を液晶パネル２に印加する場合を基準として、それよりも低電圧駆動を行う場合や、液晶材料が異なる場合でも、前記実施例１〜６で用いた各パラメータと最大透過率Ｔmaxまたは応答時間τdecayとの関係は、具体的な値は異なるにしても前記実施例１〜６に示す結果と同じ傾向を示す結果が得られる。

しかしながら、低電圧駆動化を図るとき（すなわち、例えば６Ｖよりも低い電圧を液晶パネル２に印加するとき）には、その分、必然的に液晶材料の誘電率異方性Δが大きくならざるを得ない。

そして、このように液晶材料の誘電率異方性Δεが大きくなると、一般的には、液晶材料の粘性の増大を引き起こす。

このため、本発明が前提とする前記した表示方式は高速応答性を特徴とするものではあるが、低電圧駆動を行う場合、前記したように例えば６Ｖ〜７Ｖにて駆動する場合と比較して応答に時間がかかり、本来の高速応答性を阻害してしまう。

そこで、以下では、低電圧駆動を行う場合に高速応答を行うための好適な条件について、実施例を用いて具体的に検証する。

〔実施例７〕
本実施例では、低電圧駆動を行う場合に好適な液晶材料の組成について検証した結果について説明する。

本実施例では、実施例１において、電極幅Ｌ＝３．０μｍ、電極間隔Ｓ＝８．０μｍ、セルギャップｄ＝３．４μｍの液晶セル５を使用し、この液晶セル５に、表７に示す組成を有する液晶材料を封入した以外は実施例１と同様にして、液晶セル５としてセル（１）またはセル（２）を備えた、図２に示す構成を有する２個の液晶パネル２を作製した。

なお、本実施例でも、実施例１同様、ガラス基板１１・２１上に、ＪＳＲ社製の配向膜塗料「ＪＡＬＳ−２０４」（商品名、５ｗｔ．％（固形分）、γ−ブチロラクトン溶液）をスピンコート法にて塗布し、２００℃にて２時間焼成することにより配向膜１２・２２を形成した。得られた配向膜１２・２２の乾燥膜厚は、実施例１同様、６０ｎｍであった。

これら２個の液晶パネル２で用いた各セル（１）・（２）における液晶材料の組成、Δε、Δｎ、回転粘性（γ１）と、これら液晶パネル２に４．５Ｖの電圧を印加したときの、室温における立ち上がり応答時間τriseおよび立ち下がり応答時間τdecayとをまとめて表７に示す。

なお、表７に示すアルケニル化合物には、下記構造式（８）

で示されるアルケニル化合物を使用した。

また、液晶材料の主成分には、チッソ石油化学株式会社製のｐ型液晶材料である「ＳＤ−５６７４」（商品名）を用いた。

セル（２）に０Ｖ〜７Ｖまでの電圧を印加したときの最大透過率Ｔmaxは６８％と高い値を示した。また、このときの印加電圧（つまり、上記した最大透過率Ｔmaxが得られる駆動電圧）は７Ｖであった。

一方、セル（１）を用いた液晶パネル２に７Ｖの電圧を印加したときの上記液晶パネル２の透過率は６５．２％であった。

表７に示す結果から、上記したように液晶材料がアルケニル化合物を含むことで、応答時間を大幅に低減させることができることが判る。

アルケニル化合物は、ニュートラルな（Δεがほぼゼロの）材料であり、減粘剤として機能する。したがって、上記したようにアルケニル化合物を含有する液晶組成物は、粘性が低く、高速応答が可能である。

なお、上記アルケニル化合物としては、アルケニル基を有していれば特に限定されるものではない。上記アルケニル化合物としては、例えば市販されているあらゆるアルケニル化合物を用いることが可能であり、表７に示すように一種類のみ用いてもよく、適宜二種類以上を混合して用いてもよい。

そのなかでも、本発明で用いられるアルケニル化合物の適格な材料としては、例えば、下記一般式（９）または一般式（１０）

で示されるアルケニル化合物が挙げられる。

なお、上記一般式（９）において、Ｒ^１はアルキル基またはアルコキシ基を表し、Ｒ^２はアルキル基、アルコキシ基、または水素原子を表す。また、上記一般式（１０）において、Ｒ^３は、−（ＣＨ_２）_ｎ−基を表し、ｎは、０または１以上の自然数を表し、Ｒ^４は、アルキル基またはアルコキシ基を表す。

上記アルケニル化合物としては、入手が容易であること等から、上記Ｒ^１、Ｒ^４が、炭素数１〜８のアルキル基または炭素数１〜７のアルコキシ基であり、Ｒ^２が、炭素数１〜８のアルキル基、炭素数１〜７のアルコキシ基、または水素原子である化合物が好ましい。なお、一般式（１０）で示されるアルケニル化合物の具体例としては、例えば、前記構造式（８）で示されるアルケニル化合物が挙げられる。

アルケニル化合物の含有割合としては、液晶材料のΔεや駆動電圧に応じて、所望の効果が得られるように適宜設定すればよく、特に限定されるものではない。

しかしながら、減粘剤としてのアルケニル化合物は、前記構造式（８）で示す化合物のごとく、ニュートラルな（Δεがほぼゼロの）材料であり、含有割合に応じて系全体のΔεが低下してしまう。このため、アルケニル化合物の含有割合が多いと、液晶表示素子の駆動電圧が高くなる。特に、アルケニル化合物の含有割合が３０ｗｔ．％を越える場合には、Δεが大幅に低下してしまうため、実用的ではない。

一方、アルケニル化合物の含有割合が少なすぎると、減粘材としての効果を得ることができない。このため、アルケニル化合物の含有割合としては、３ｗｔ．％〜３０ｗｔ．％の範囲内とすることが好ましい。

本実施例では、表７に示すように、構造式（８）で示されるアルケニル化合物の含有割合が５ｗｔ．％のとき、Δε＝２３．０であったが、同じアルケニル化合物を３０ｗｔ．％含有させた混合液晶では、Δε＝１６．５となり、駆動電圧は、現行ドライバＩＣの耐圧上限７．０Ｖであった。

なお、アルケニル化合物の添加は、液晶粘性の低減を目的としたものであり、前記構造式（８）で示される液晶化合物以外の化合物でも上記した本発明の効果を得ることができることは言うまでもない。

〔実施例８〕
前記したように低電圧駆動を行う場合、液晶材料の誘電率異方性Δεが大きくなると、高速応答性を阻害するという問題以外にも、イオン性不純物の割合が増し、表示焼き付きが起こり易くなるという問題が生じる。そこで、本実施例では、焼き付きが起こり難い条件について検証した結果を以下に示す。

まず、図１７（ａ）・（ｂ）に、焼き付きの評価に用いたテストセル（液晶セル）を示す。図１７（ａ）は、焼き付きの評価に用いたテストセルの要部の概略構成を模式的に示す断面図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示すテストセルの要部の概略構成を模式的に示す平面図である。

なお、図１７（ａ）・（ｂ）において、図２に示す液晶パネル２における液晶セル５と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。

図１７（ａ）・（ｂ）に示すように、本実施例で焼き付きの評価に用いたテストセル５Ａは、基板１０・２０の周囲のシール剤３４で囲まれた表示領域の左右半分ずつが独立に駆動可能であることを除けば、図２に示す液晶セル５と同様の構成を有している。

本実施例では、上記したように表示領域の左右半分ずつを独立して駆動可能に形成するとともに、以下に示すセル条件にて各テストセル５Ａを作成したことを除けば、実施例１と同様にして、液晶セル５の代わりにテストセル５Ａとしてセル（３）またはセル（４）を備えた、図２と同様の構成を有する２個の液晶パネル２を作製した。

本実施例で作製したセル（３）およびセル（４）における電極幅Ｌ、電極間隔Ｓ、セルギャップｄは、それぞれ、Ｌ＝３．０μｍ、Ｓ＝８．０μｍ、ｄ＝３．４μｍとした。また、セル（３）およびセル（４）の液晶層３０には、それぞれ、チッソ石油化学株式会社製のｐ型液晶材料である「ＳＤ−５６７４」（商品名）を用いた。

また、セル（３）では、実施例１同様、ガラス基板１１・２１上に、ＪＳＲ社製の配向膜塗料「ＪＡＬＳ−２０４」（商品名、５ｗｔ．％（固形分）、γ−ブチロラクトン溶液）をスピンコート法にて塗布し、２００℃にて２時間焼成することにより、ポリイミド系の配向膜１２・２２を形成した。得られた配向膜１２・２２の乾燥膜厚は、実施例１同様、６０ｎｍであった。

一方、セル（４）では、ガラス基板１１・２１上に、日産化学工業製の配向膜塗料「ＯＡ−０４４」（商品名、４ｗｔ．％（固形分）、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）溶液）を、スピンコート法により回転数１０００ｒｐｍにて１０秒間塗布後、回転数３５００ｒｐｍにて３０秒間塗布した。その後、このガラス基板１１・２１を、ホットプレート上で、９０℃にて５分間乾燥した後、２００℃で９０分間焼成することにより、配向膜１２・２２として、シロキサン系の無機配向膜を形成した。得られた配向膜１２・２２の乾燥膜厚は、セル（３）同様、６０ｎｍであった。

また、焼き付きの評価は、以下のようにして行った。まず、図１７（ｂ）に示すテストセル５Ａにおける表示領域の左半分の領域Ａには電圧を印加せずに黒表示を行い、表示領域の右半分の領域Ｂには８Ｖを印加して白表示として所定時間点灯した。その後、表示領域全域（つまり、表示領域Ａおよび表示領域Ｂ）に、４Ｖの中間調輝度を３時間表示させ、表示領域中央に焼き付きが観察されるか否かで、焼き付きの有無を判断した。この結果を、セル条件並びに白表示の点灯時間と併せて表８に示す。

本実施例で用いたようにΔεが高い液晶材料（高Δε液晶）では、相対的にイオン性不純物の含有割合が高く、焼き付きが起こり易い。しかしながら、表８に示すように、配向膜１２・２２として、無機系配向膜、特にシロキサン系配向膜を用いることで、焼き付きの発生を抑制することができる。これは、シロキサン系配向膜は、ポリイミド系配向膜に比べて膜抵抗が低いため、電荷が逃げ易く、焼き付きが起こり難いためである。

〔実施の形態２〕
本実施の形態について、図１８ないし図２０に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１との相違点について説明するものとし、前記実施の形態１と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。

図１８は、本実施の形態にかかる液晶パネル２の要部の概略構成を模式的に示す断面図である。

本実施の形態にかかる液晶パネル２は、櫛歯状電極１３・１４が設けられた基板１０（アレイ基板、素子基板）に対向する対向基板として、図２に示す基板２０に代えて、図１８に示すように、電極４１（共通電極、電極膜）および誘電体層４２が設けられた基板４０を備えていることを除けば、図２に示す液晶パネル２と同様の構成を有している。

つまり、本実施の形態でも、上記基板１０は、ガラス基板１１上に、基板面に平行な電界を印加する櫛歯状電極１３・１４（画素電極および共通電極）が設けられ、これら櫛歯状電極１３・１４を覆うように、配向膜１２が設けられた構成を有している。

一方、上記電極４１はベタ状の電極であり、ガラス基板２１上に、上記基板４０における表示領域（すなわち、シール剤３４で囲まれた領域）を覆うように、ガラス基板２１のほぼ全面（すなわち、ガラス基板２１における一方の主面のほぼ全域)に渡って形成されている。

上記電極４１の材質は特に限定されるものではなく、前記実施の形態１において櫛歯状電極１３・１４の材料として例示した電極材料と同様の電極材料を用いることができる。なお、図１８に示す液晶パネル２では、上記基板４０を上側の基板として用いている。この場合、上記電極４１としては、ＩＴＯ等の透明電極膜が用いられる。

図１８に示す基板４０は、ガラス基板２１上に、上記電極４１、誘電体層４２、配向膜２２が、この順に設けられた構成を有している。

本実施の形態によれば、上記したように櫛歯状電極１３・１４が設けられた基板１０に対向する基板４０に、上面のほぼ全域（具体的には、表示領域全域）を覆うベタ状の電極４１を配設することにより、駆動電圧の低減を図ることができる。以下に、実施例を用いて具体的に検証する。

〔実施例９〕
まず、一方の主面全体にＩＴＯ製の透明な電極４１が設けられたガラス基板２１上に、誘電率ε＝３．７、膜厚３．２μｍのアクリルレジストを成膜して、上記電極４１を覆う誘電体層４２を形成した。

次に、上記誘電体層４２上に、ＪＳＲ社製の配向膜塗料「ＪＡＬＳ−２０４」（商品名、固形分５ｗｔ．％、γ−ブチロラクトン溶液）を、スピンコート法にて塗布した。その後、１８０℃にて２時間焼成して乾燥することにより、上記誘電体層４２上に配向膜２２が設けられた基板４０を形成した。得られた配向膜２２の乾燥膜厚は６０ｎｍであった。

一方、電極幅Ｌ＝３μｍ、電極間隔Ｓ＝８μｍのＩＴＯ製の櫛歯状電極１３・１４が設けられたガラス基板１１上に、配向膜２２と同様にして、配向膜２２と同じ配向膜１２を成膜した。これにより、基板１０を形成した。なお、電極４１および櫛歯状電極１３・１４の厚みは１０００Ａとした。

その後、上記基板１０・４０を、スペーサ３３としてビーズスペーサを介して、前記実施例１と同様にして貼り合わせることにより、セルギャップｄ＝３．４μｍの液晶セル５を作製した。

その後、上記液晶セル５に、液晶材料として、チッソ石油化学株式会社製の「ＳＤ−５６７４」（商品名、Δε＝２３．６、Δｎ＝０．１０）を封入することにより、液晶層３０を形成した。続いて、上記液晶セル５の表裏面に、偏光板３５・３６を、前記図４同様、それぞれの透過軸が直交するように貼合して、図１８に示す構成を有する液晶パネル２を作製した。

このようにして作製した液晶パネル２において、共通電極（Ｖ＝０Ｖ）である櫛歯状電極１４および電極４１と、画素電極である櫛歯状電極１３との間に印加する電圧（矩形波）を、０〜８Ｖの間で変更することにより、このようにして作製した上記液晶パネル２の、室温（２５℃）での電圧−透過率特性を測定した。この結果を、図１９に示す。

図１９に示すように、上記液晶パネル２に７Ｖの電圧を印加したとき（すなわち、櫛歯状電極１３の電位を７Ｖ、櫛歯状電極１４および電極４１の電位を０Ｖとしたとき）の上記液晶パネル２の透過率は７０．９％であった。

一方、前記実施例７に示したように、前記実施例７のセル（１）を用いた図２に示す液晶パネル２に７Ｖの電圧を印加したとき（すなわち、櫛歯状電極１３の電位を７Ｖ、櫛歯状電極１４の電位を０Ｖとしたとき）の上記液晶パネル２の透過率は６５．２％であった。

このことから、上記基板４０に電極４１を設けることで、電極４１を設けない場合と比較して電圧−透過率特性を向上させることができることが判る。

本実施の形態によれば、上記したように、上記基板４０に電極４１を設けることで、電極４１を設けない場合よりも低い電圧で、電極４１を設けない場合と同じ透過率を得ることができるので、駆動電圧の低減を図ることができる。

図２０に、本実施例９で用いた材料物性値およびセル構成をもとに、本実施例９で作製した液晶パネル２に７Ｖの電圧を印加したときの液晶セル５内の電界分布と該液晶セル５内の液晶ダイレクタ分布とを計算した結果を示す。なお、図２０において、櫛歯状電極１３・１４、電極４１、配向膜１２・２２については図示を省略している。

図２０に示す結果から、本実施例９で作製した液晶パネル２では、ｐ型液晶分子３１の回転が、対向基板である基板４０の表面近傍まで起こっていることが判る。

すなわち、本実施例９で作製した液晶パネル２の透過率が高いのは、対向基板である基板４０側に配設された誘電体層４２と電極４１（Ｖ＝０）との影響で電気力線が変形され、上側基板である上記基板４０近傍の液晶が基板と平行な方向（水平方向）により大きく傾斜するためであると考えられる。

なお、本実施の形態では、図１８に示すように、ガラス基板２１上に、上記電極４１、誘電体層４２、配向膜２２が、この順に設けられた構成を有している場合を例に挙げて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。

上記電極４１は、図２０に示すように、対向基板である基板４０近傍のｐ型液晶分子３１が、液晶層３０の中央付近のｐ型液晶分子３１よりも水平方向により大きく傾斜するように液晶セル５内の電界分布（電気力線）を変更することができるように設けられてさえいればよい。

したがって、上記電極４１は、櫛歯状電極１３・１４が設けられた基板１０とは反対側の基板４０に設けられてさえいればよく、基板４０におけるガラス基板２１の少なくとも一方の面に設けられてさえいればよい。

例えば、上記基板４０は、ガラス基板２１における液晶層３０との対向面上に、誘電体層４２、配向膜２２が、この順に設けられ、ガラス基板２１における液晶層３０との対向面とは反対面上に上記電極４１が設けられた構成を有していても構わない。

なお、何れの場合にも、上記したように、誘電体層４２は、ガラス基板２１と配向膜２２との間に設けられる。これにより、図２０に示すように、液晶セル５内の電気力線を、誘電体層４２において、ガラス基板２１の近傍（液晶層３０側から見てガラス基板２１の手前）で弧を描くように大きくカーブさせることができる。この結果、基板４０近傍のｐ型液晶分子３１を、液晶層３０の中央付近のｐ型液晶分子３１よりも水平方向により大きく傾斜させることができる。

〔実施の形態３〕
本実施の形態について、図２１に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１、２との相違点について説明するものとし、前記実施の形態１、２と同様の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。

前記実施の形態１、２では、一方の基板１０におけるガラス基板１１上に、櫛歯状電極１３・１４（すなわち、画素電極および共通電極）が同層に設けられている場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。

図２１は、本実施の形態にかかる液晶パネル２の要部の概略構成を模式的に示す断面図である。

本実施の形態にかかる上記液晶パネル２は、上記基板１０における液晶層３０との対向面側に、液晶層３０に電界を印加するための電界印加手段である櫛歯状電極１３・１４（画素電極および共通電極）が、間に誘電体層５１を介して配置されていることを除けば、図２に示す液晶パネル２と同様の構成を有している。

すなわち、上記基板１０は、ガラス基板１１上に、共通電極としてＩＴＯ等により櫛歯状電極１４が設けられており、該櫛歯状電極１４を覆うようにガラス基板１１上に誘電体層５１が設けられ、その上に、画素電極としてＩＴＯ等により櫛歯状電極１３が設けられており、該櫛歯状電極１３を覆うように誘電体層５１上に配向膜１２が設けられた構成を有している。

上記櫛歯状電極１３・１４は、図２１に示すように、間に誘電体層５１を介して、平面視で（つまり、上記基板１０を基板に垂直な方向から見たときに）、互いの櫛歯部分が平行になるように交互に配置されている。

本実施の形態では、櫛歯状電極１３・１４の電極間隔Ｓを、セルギャップｄよりも短く設定することで、上記櫛歯状電極１３・１４間に、フリンジ電界を発生させている。

なお、図２１では、上記基板１０に対向する対向基板として、図２に示す基板２０が設けられている場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、上記対向基板として、図１８に示す基板４０を用いてもよいことは、言うまでもない。

本実施の形態によれば、前記実施の形態１、２と比較して歩留りを向上させることができる。したがって、本実施の形態によれば、高速応答性、広視野角特性、高コントラスト特性を同時に実現することができる液晶パネル２および該液晶パネル２を備えた液晶表示装置１を、安価かつ安定して作製することができる。

なお、上記櫛歯状電極１３・１４は、Ｖ字状あるいはジグザグ状に形成されていてもよい。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明にかかる液晶パネルおよび液晶表示装置は、初期ベンド転移操作が不要であり、実用的な駆動電圧で、高い透過率を有し、ＭＶＡモードやＩＰＳモードと同等の広視野角特性と、ＯＣＢモード並、あるいはそれ以上の高速応答性と、高コントラスト特性とを同時に実現することができる。したがって、アウトドアユースの公共掲示板や、携帯電話、ＰＤＡ等のモバイル機器等に特に好適に用いることができる。

１ 液晶表示装置
２ 液晶パネル
３ 駆動回路
４ バックライト
５ 液晶セル
５Ａ テストセル
１０ 基板
１１ ガラス基板
１２ 配向膜
１３ 櫛歯状電極（電極）
１４ 櫛歯状電極（電極）
２０ 基板
２１ ガラス基板
２２ 配向膜
３０ 液晶層
３１ ｐ型液晶分子
３３ スペーサ
３４ シール剤
３５ 偏光板
３６ 偏光板
３７ 位相差板
３８ 位相差板
４０ 基板
４１ 電極
４２ 誘電体層
５１ 誘電体層

Claims (9)

1. 一対の基板間に挟持された液晶材料と、上記液晶材料に、基板面に平行な電界を印加する電極とを備え、上記液晶材料はｐ型液晶材料を含み、電界無印加時に上記ｐ型液晶材料が基板面に垂直に配向する液晶パネルにおいて、
   上記電極の電極幅が５μｍ以下、電極間隔が１５μｍ以下であり、
   上記ｐ型液晶材料の誘電率異方性Δεと屈折率異方性Δｎとの積が、１．３以上、３．１以下であることを特徴とする液晶パネル。
2. 上記液晶材料の層厚ｄと屈折率異方性Δｎとの積が、０．３μｍ以上、０．７μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の液晶パネル。
3. 上記液晶材料の弾性定数ｋ３３が１５ｐＮ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の液晶パネル。
4. 上記液晶材料が、四環系液晶材料を１０％以上含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶パネル。
5. 上記ｐ型液晶材料がｐ型ネマチック液晶材料であり、上記電極が、上記一対の基板のうち少なくとも一方の基板に設けられた櫛歯状電極であり、上記ｐ型ネマチック液晶材料は、電界無印加時にホメオトロピック配向することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶パネル。
6. 上記液晶材料が、アルケニル基を有する化合物を含むことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の液晶パネル。
7. 上記一対の基板のうち少なくとも一方の基板における上記液晶材料からなる液晶層との対向面に、シロキサン系無機材料からなる配向膜を有することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の液晶パネル。
8. 上記一対の基板のうち一方の基板に上記電極が配設されているとともに、他方の基板に、表示領域全域を覆う電極膜が配設されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の液晶パネル。
9. 請求項１〜８の何れか１項に記載の液晶パネルを備えていることを特徴とする液晶表示装置。