JP2013195903A - Liquid crystal display element - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal display element having high display quality.SOLUTION: The liquid crystal display element comprises: a first substrate including a first electrode and subjected to alignment treatment; a second substrate including a second electrode, and subjected to alignment treatment; a liquid crystal layer to be twist-aligned, arranged between the first and the second substrates, and including a chiral agent. In the case where the liquid crystal layer does not contain the chiral agent, when a turning direction of twisting liquid crystal molecules is defined as a first turning direction, the chiral agent applies to the liquid crystal layer a turning performance toward a second turning direction opposite to the first turning direction. An electric field in a thickness direction of the liquid crystal layer can be generated by applying a voltage to the first electrode and the second electrode. At least one of the first substrate and the second substrate is provided with an electrode that can generate an electric field in a direction orthogonal to the thickness direction of the liquid crystal layer by applying a voltage. The alignment treatment and the addition of the chiral agent are performed so that liquid crystal molecules of the liquid crystal layer mutually transition between a focal conic alignment state and a reverse twist alignment state by a direction of applying an electric field to the liquid crystal layer.

Description

本発明は、液晶表示素子、殊に液晶層に光学活性物質(カイラル剤)を含む液晶表示素子に関する。   The present invention relates to a liquid crystal display element, and more particularly to a liquid crystal display element containing an optically active substance (chiral agent) in a liquid crystal layer.

一組の配向膜の配向処理方向とプレティルト角の組み合わせで定まる液晶分子の捩れ方向(第1旋回方向)と、カイラル剤によって誘起される液晶分子の捩れ方向(第2旋回方向)とが逆方向となるように作製された液晶層を有し、たとえば液晶層に物理的作用を与えることにより、液晶分子が各方向へ捩れる状態(第1旋回方向につきリバースツイスト配列状態、第2旋回方向につきスプレイツイスト配列状態)が可換的に実現可能な液晶表示素子を、リバースツイステッドネマチック(reverse twisted nematic;RTN)型液晶表示素子と呼ぶ。第1旋回方向は、液晶層にカイラル剤を添加しなかった場合に、液晶分子が捩れる旋回方向である。   The twist direction (first rotation direction) of the liquid crystal molecules determined by the combination of the alignment treatment direction and the pretilt angle of the pair of alignment films is opposite to the twist direction (second rotation direction) of the liquid crystal molecules induced by the chiral agent. For example, by applying a physical action to the liquid crystal layer so that the liquid crystal molecules are twisted in each direction (reverse twist arrangement state for the first turning direction, and for the second turning direction). A liquid crystal display element in which a spray twist arrangement state can be realized in a commutative manner is referred to as a reverse twisted nematic (RTN) type liquid crystal display element. The first turning direction is a turning direction in which liquid crystal molecules are twisted when no chiral agent is added to the liquid crystal layer.

たとえば特許文献1にリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子の記載がある。特許文献1記載のリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子においては、液晶分子が第1旋回方向に捩れる配列状態が不安定である。高電圧の印加によって第1旋回方向に捩れる配列状態を得ることは可能であるが、時間の経過とともに液晶分子は第2旋回方向に捩れる配列状態に転移する。   For example, Patent Document 1 describes a reverse twisted nematic liquid crystal display element. In the reverse twisted nematic liquid crystal display element described in Patent Document 1, the alignment state in which the liquid crystal molecules are twisted in the first turning direction is unstable. Although it is possible to obtain an alignment state that is twisted in the first rotation direction by applying a high voltage, the liquid crystal molecules transition to an alignment state that is twisted in the second rotation direction as time passes.

液晶分子を第2旋回方向に旋回させるカイラル剤を添加しながらも、基板の配向方向の組み合わせにより、液晶分子を第1旋回方向に配列させることで、液晶層内の歪を増大させ、駆動電圧の大幅な低減を可能にしたリバースツイステッドネマチック型液晶素子の発明が特許文献2に記載されている。しかしながら、特許文献2記載の発明においては、第2旋回方向に捩れる配列状態から、第1旋回方向に捩れる配列状態に転移させる電圧の印加を停止して数秒後には、もとの配列状態(第2旋回方向に捩れる配列状態)に再転移するため、第2旋回方向に捩れる配列状態で液晶素子を駆動する場合には、高い駆動電圧が必要となるという問題がある。   While adding a chiral agent that rotates the liquid crystal molecules in the second rotation direction, the liquid crystal molecules are aligned in the first rotation direction by combining the alignment directions of the substrates, thereby increasing the strain in the liquid crystal layer and driving voltage. Patent Document 2 discloses an invention of a reverse twisted nematic liquid crystal element that can significantly reduce the above. However, in the invention described in Patent Document 2, the application of the voltage for changing from the arrangement state twisted in the second turning direction to the arrangement state twisted in the first turning direction is stopped, and after a few seconds, the original arrangement state Since the transition is made again to (the arrangement state twisted in the second turning direction), there is a problem that a high driving voltage is required when driving the liquid crystal element in the arrangement state twisting in the second turning direction.

また、リバースツイステッドネマチック型液晶表示素子においては、一般的に、液晶分子が第1旋回方向に捩れる配列状態(リバースツイスト配列状態)と第2旋回方向に捩れる配列状態(スプレイツイスト配列状態)とで外観上の表示状態に大きな違いがなく、双安定性を与えても高いコントラスト比(透過率の差)が得られにくいという問題がある。   In a reverse twisted nematic liquid crystal display element, generally, liquid crystal molecules are arranged in an arrangement state in which the liquid crystal molecules are twisted in the first turning direction (reverse twist arrangement state) and in an arrangement state in which the liquid crystal molecules are twisted in the second turning direction (spray twist arrangement state). There is no big difference in the display state on the appearance, and there is a problem that it is difficult to obtain a high contrast ratio (difference in transmittance) even if bistability is given.

上下基板間でラビング方向のなす角度が90°より大きく120°未満になるように配向処理を行い、かつ液晶層に、ラビング方向のなす角度と同じ方向になるように捩れる性質をもつカイラル剤を添加したことを特徴とするリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子の発明が特許文献3に開示されている。特許文献3記載のリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子は、通常のツイステッドネマチック型液晶表示素子と比較したとき、どの温度においてもシャープネスが優れている。また良好なシャープネスに起因し、特に単純マトリクス駆動液晶表示素子において、高デューティ駆動が可能であったり、同じデューティで駆動する場合のコントラストが高いといった特徴をもつ。更に、低温でのレスポンスが通常のツイステッドネマチック型液晶表示素子よりも速い、高温環境下でもオフ電圧時透過率が下がらず、明るい表示を実現できる等、単純マトリクス駆動液晶表示素子、及び、TFT(thin film transistor)を用いた液晶表示素子双方の長所を有する。   A chiral agent that has an alignment treatment so that the angle formed between the upper and lower substrates in the rubbing direction is greater than 90 ° and less than 120 °, and the liquid crystal layer is twisted so as to be in the same direction as the angle formed in the rubbing direction. Patent Document 3 discloses an invention of a reverse twisted nematic liquid crystal display element characterized in that is added. The reverse twisted nematic liquid crystal display element described in Patent Document 3 is superior in sharpness at any temperature as compared with a normal twisted nematic liquid crystal display element. Further, due to the good sharpness, particularly in a simple matrix drive liquid crystal display element, it has a feature that it can be driven with high duty or has high contrast when driven with the same duty. Furthermore, the response at low temperature is faster than that of a normal twisted nematic liquid crystal display device, the transmittance during off-voltage does not decrease even in a high temperature environment, and a bright display can be realized. Advantages of both liquid crystal display elements using thin film transistors.

特許文献3記載の液晶表示素子は、リバースツイスト配列状態が非常に安定で、かつ、その状態での電気光学特性が通常のツイステッドネマチック型液晶表示素子より優れている。しかしながら、リバースツイスト配列状態とスプレイツイスト配列状態の双安定性を積極的に利用する発明ではない。   The liquid crystal display element described in Patent Document 3 is very stable in the reverse twist alignment state and has superior electro-optical characteristics in that state than a normal twisted nematic liquid crystal display element. However, it is not an invention that positively utilizes the bistability of the reverse twist array state and the spray twist array state.

本願発明者らが行った、20°以上45°以下の比較的低いプレティルト角を有するリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子の発明が特許文献4に開示されている。この液晶表示素子には、カイラルピッチをp、液晶層の厚さをdとするとき、たとえばd/pが0.04を超え0.25未満となるように、カイラル剤が比較的少なく添加されている。   Patent Document 4 discloses an invention of a reverse twisted nematic liquid crystal display element having a relatively low pretilt angle of 20 ° or more and 45 ° or less made by the present inventors. In this liquid crystal display element, when the chiral pitch is p and the thickness of the liquid crystal layer is d, a relatively small amount of chiral agent is added so that, for example, d / p is more than 0.04 and less than 0.25. ing.

特許文献4記載の液晶表示素子は、高コントラスト比が実現された、表示品質の高い液晶表示素子である。ただ、正面観察時のコントラストが高いとはいえない。これは反射型ディスプレイとして使用する場合には比較的好ましいが、透過型ディスプレイとして用いる場合には好ましいとはいえない光学特性である。   The liquid crystal display element described in Patent Document 4 is a liquid crystal display element with high display quality that realizes a high contrast ratio. However, it cannot be said that the contrast during frontal observation is high. This is an optical characteristic that is relatively preferable when used as a reflective display but is not preferable when used as a transmissive display.

特許2510150号公報Japanese Patent No. 2510150 特開2007−293278号公報JP 2007-293278 A 特開2010−186045号公報JP 2010-186045 A 特開2011−203547号公報JP 2011-203547 A

本発明の目的は、表示品質の高い液晶表示素子を提供することである。   An object of the present invention is to provide a liquid crystal display element with high display quality.

本発明の一観点によると、第1の電極を備え、配向処理された第1の基板と、前記第1の基板と平行に対向配置され、第2の電極を備え、配向処理された第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が捩れる旋回方向を第1旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第1旋回方向とは反対の第2旋回方向への旋回性を与え、前記液晶層には、前記第1の電極と前記第2の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせることが可能であり、前記第1の基板、前記第2の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせることが可能な電極が形成されており、前記第1の基板ならびに前記第2の基板に対する配向処理、及び、前記液晶層へのカイラル剤の添加は、前記液晶層に付加する電界の方向により、前記液晶層の液晶分子が、フォーカルコニック配列状態と、リバースツイスト配列状態との間で相互に遷移するように行われている液晶表示素子が提供される。   According to one aspect of the present invention, a first substrate including a first electrode and subjected to an alignment treatment is disposed opposite to and parallel to the first substrate, and includes a second electrode and includes a second electrode subjected to an alignment treatment. And a liquid crystal layer that is disposed between the first substrate and the second substrate, includes a chiral agent, and is twist-aligned, and the liquid crystal layer does not include the chiral agent. When the swirl direction in which the liquid crystal molecules are twisted is the first swirl direction, the chiral agent gives the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer a swirlability in the second swirl direction opposite to the first swirl direction, The liquid crystal layer can generate an electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer by applying a voltage to the first electrode and the second electrode, and the first substrate, At least one of the second substrates is directly applied to the thickness direction of the liquid crystal layer by applying a voltage. An electrode capable of generating an electric field in a direction is formed, and an alignment treatment for the first substrate and the second substrate, and addition of a chiral agent to the liquid crystal layer are performed on the liquid crystal layer. There is provided a liquid crystal display element in which the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are changed to each other between a focal conic alignment state and a reverse twist alignment state depending on the direction of an applied electric field.

本発明によれば、表示品質の高い液晶表示素子を提供することができる。   According to the present invention, a liquid crystal display element with high display quality can be provided.

図1は、実施例による液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a liquid crystal display device according to an embodiment. 図2A及び図2Bは、作製された複数の液晶表示素子について、表示状態の偏光顕微鏡観察結果を示す写真であり、図2Cは、フォーカルコニック配向の液晶分子配列を示す概略図である。2A and 2B are photographs showing a polarization microscope observation result of a display state of a plurality of manufactured liquid crystal display elements, and FIG. 2C is a schematic diagram showing a liquid crystal molecular arrangement of focal conic alignment. 図3Aは、プレティルト角を約45°、d/pを0.8とする条件で作製した液晶表示素子(図2Bに表示状態を示す液晶表示素子)について、0°−180°方位(左右方位)の透過率視角依存性を示すグラフであり、図3Bは、プレティルト角を約45°、d/pを0.8とする条件で作製した液晶表示素子(図2Bに表示状態を示す液晶表示素子)の等コントラスト曲線を示し、図3Cは、本願発明者らの先の発明における実施例による液晶表示素子の視角−コントラスト特性を示すグラフである。FIG. 3A shows a 0 ° -180 ° azimuth (left-right azimuth) for a liquid crystal display device (liquid crystal display device shown in FIG. 2B) manufactured under conditions where the pretilt angle is about 45 ° and d / p is 0.8. 3B is a graph showing the viewing angle dependency of the liquid crystal display element, and FIG. 3B shows a liquid crystal display device manufactured under the condition that the pretilt angle is about 45 ° and d / p is 0.8 (the liquid crystal display whose display state is shown in FIG. 2B). FIG. 3C is a graph showing the viewing angle-contrast characteristics of the liquid crystal display device according to the embodiment of the inventors' previous invention. 図4は、リバースツイスト配列状態、及び、フォーカルコニック配列状態の双安定状態を実現可能な条件を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing conditions that can realize the bistable state of the reverse twist arrangement state and the focal conic arrangement state. 図5は、実施例による液晶表示素子の一画素内の概略的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view in one pixel of the liquid crystal display device according to the embodiment. 図6は、上側透明基板11a上に形成されるITO膜のパターンを示す概略的な平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view showing a pattern of an ITO film formed on the upper transparent substrate 11a. 図7は、下側透明基板11b上に形成されるITO膜のパターンを示す概略的な平面図である。FIG. 7 is a schematic plan view showing a pattern of an ITO film formed on the lower transparent substrate 11b. 図8は、ITO膜のエッチングに使用するフォトマスクを示す概略的な平面図である。FIG. 8 is a schematic plan view showing a photomask used for etching the ITO film. 図9は、下側基板10bに形成される下側配向膜14bの形成領域の一部を示す概略的な平面図である。FIG. 9 is a schematic plan view showing a part of a formation region of the lower alignment film 14b formed on the lower substrate 10b. 図10は、実施例による液晶表示素子の構造を示す概略的な平面図である。FIG. 10 is a schematic plan view showing the structure of the liquid crystal display device according to the embodiment. 図11A〜図11Cは、実施例による液晶表示素子の外観写真であり、図11D〜図11Fは、電極間に電圧を印加した時の電界方向を示す概略的な断面図である。11A to 11C are external appearance photographs of the liquid crystal display device according to the example, and FIGS. 11D to 11F are schematic cross-sectional views showing the electric field direction when a voltage is applied between the electrodes.

以下、液晶層を挟持する両基板に施された配向処理(プレティルト角)の関係から、液晶分子がねじれやすい方向(第1旋回方向)とは、反対方向(第2旋回方向)のねじれ力(カイラリティ)を有するカイラル剤が添加されたツイステッドネマチック型液晶表示素子の実施例について説明する。   Hereinafter, the twisting force in the direction opposite to the direction in which the liquid crystal molecules tend to twist (the first turning direction) (the second turning direction) due to the orientation treatment (pretilt angle) applied to both the substrates sandwiching the liquid crystal layer ( Examples of twisted nematic liquid crystal display elements to which a chiral agent having chirality is added will be described.

図1は、実施例による液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。本願発明者らは、まず本図に示すフローチャートに沿って複数の液晶表示素子を作製し、良好な表示が実現される条件を予備的に考察した。   FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a liquid crystal display device according to an embodiment. The inventors of the present application first prepared a plurality of liquid crystal display elements according to the flowchart shown in this figure, and preliminarily considered conditions for realizing good display.

透明電極、たとえばITO(indium tin oxide)電極が形成された透明基板を2枚準備する(ステップS101)。ここでは平行平板タイプの電極をもつテストセルを用い、2枚の透明基板を洗浄、乾燥した(ステップS102)。   Two transparent substrates on which transparent electrodes, for example, ITO (indium tin oxide) electrodes are formed, are prepared (step S101). Here, a test cell having parallel plate type electrodes was used, and the two transparent substrates were washed and dried (step S102).

透明基板上に、ITO電極を覆うように配向膜材料を塗布する(ステップS103)。配向膜材料の塗布は、スピンコートを用いて行った。フレキソ印刷やインクジェット印刷を用いて行ってもよい。本例においては、通常は垂直配向膜の形成に使用されるポリイミド配向膜材料の側鎖密度を低くし、配向膜材料として用いた。側鎖密度のコントロールは、適度なプレティルト角の付与を可能とするためである。配向膜材料は、配向膜の厚さが500Å〜800Åとなるように塗布した。   An alignment film material is applied on the transparent substrate so as to cover the ITO electrode (step S103). The alignment film material was applied by spin coating. You may perform using flexographic printing or inkjet printing. In this example, the side chain density of the polyimide alignment film material that is usually used for forming the vertical alignment film is lowered and used as the alignment film material. This is because the side chain density can be controlled by giving an appropriate pretilt angle. The alignment film material was applied so that the alignment film had a thickness of 500 to 800 mm.

配向膜材料を塗布した透明基板の仮焼成(ステップS104)、及び本焼成(ステップS105)を実施する。本焼成は160℃〜200℃の間で焼成温度を変えて行った。こうしてITO電極を覆う配向膜が形成された(ステップS103〜S105)。   Temporary baking (step S104) and main baking (step S105) of the transparent substrate coated with the alignment film material are performed. The main baking was performed by changing the baking temperature between 160 ° C and 200 ° C. Thus, an alignment film covering the ITO electrode was formed (steps S103 to S105).

次に、ラビング処理(配向処理)を行う(ステップS106)。ラビング処理は、たとえば布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ配向膜上を擦る工程であり、これにより基板に接する液晶分子を一方向に並べる(配向する)ことができる。ラビング処理は、押し込み量を0.4mm、0.8mm、1.2mmとする3条件で行った。またラビング処理は、液晶表示素子のツイスト角が70°または90°となるように実施した。   Next, a rubbing process (orientation process) is performed (step S106). The rubbing process is a process of rotating a cylindrical roll wound with a cloth at a high speed and rubbing on the alignment film, whereby the liquid crystal molecules in contact with the substrate can be aligned (aligned) in one direction. The rubbing treatment was performed under three conditions with the indentation amount being 0.4 mm, 0.8 mm, and 1.2 mm. The rubbing treatment was performed so that the twist angle of the liquid crystal display element was 70 ° or 90 °.

続いて、液晶セルの厚さ(基板間距離)を一定に保つため、一方の透明基板面上にギャップコントロール材をたとえば乾式散布法にて散布する(ステップS107)。ギャップコントロール材には粒径4μmのプラスチックボールを使用し、液晶セルの厚さが4μmとなるようにした。   Subsequently, in order to keep the thickness (inter-substrate distance) of the liquid crystal cell constant, a gap control material is sprayed on one transparent substrate surface by, for example, a dry spraying method (step S107). A plastic ball having a particle diameter of 4 μm was used as the gap control material, and the thickness of the liquid crystal cell was set to 4 μm.

他方の透明基板面上にはシール材を印刷し、メインシールパターンを形成する(ステップS108)。たとえば粒径4μmのグラスファイバーを含んだ熱硬化性のシール材を、スクリーン印刷法で印刷する。ディスペンサを用いて、シール材を塗布することもできる。また、熱硬化性ではなく、光硬化性のシール材や、光・熱併用硬化型のシール材を使ってもよい。   A sealant is printed on the other transparent substrate surface to form a main seal pattern (step S108). For example, a thermosetting sealing material containing glass fiber having a particle diameter of 4 μm is printed by a screen printing method. A sealing material can also be applied using a dispenser. Further, instead of thermosetting, a photo-curing sealing material or a light / heat combined curing type sealing material may be used.

透明基板を重ね合わせる(ステップS109)。2枚の透明基板を所定の位置で重ね合わせてセル化し、プレスした状態で熱処理を施しシール材を硬化させる。たとえばホットプレス法を用い、シール材の熱硬化を行う。こうして空セルが作製される。   The transparent substrates are overlaid (step S109). Two transparent substrates are overlapped at a predetermined position to form a cell, and heat treatment is performed in a pressed state to cure the sealing material. For example, the sealing material is thermally cured using a hot press method. An empty cell is thus produced.

たとえば真空注入法で空セルにネマチック液晶を注入する(ステップS110)。液晶中にはカイラル剤を添加した。カイラル剤には(株)メルク製のCB15またはS−811を使用した。カイラル剤の添加量は、カイラルピッチp、液晶層の厚さ(セル厚)dとしたとき、d/pがたとえば0.5〜1.2となるように調整した。   For example, nematic liquid crystal is injected into the empty cell by vacuum injection (step S110). A chiral agent was added to the liquid crystal. As the chiral agent, CB15 or S-811 manufactured by Merck & Co., Inc. was used. The addition amount of the chiral agent was adjusted such that d / p was 0.5 to 1.2, for example, when the chiral pitch was p and the thickness (cell thickness) of the liquid crystal layer was d.

液晶注入口を、たとえば紫外線(UV)硬化タイプのエンドシール材で封止し(ステップS111)、液晶分子の配向を整えるため、液晶の相転移温度以上にセルを加熱する(ステップS112)。その後、スクライバ装置で透明基板につけた傷に沿ってブレイキングし、個別のセルに小割する。   The liquid crystal inlet is sealed with, for example, an ultraviolet (UV) curable end seal material (step S111), and the cell is heated to a temperature higher than the phase transition temperature of the liquid crystal in order to adjust the alignment of the liquid crystal molecules (step S112). Then, it breaks along the crack | wound attached to the transparent substrate with a scriber device, and divides it into individual cells.

小割されたセルに対し、面取り(ステップS113)と洗浄(ステップS114)を実施する。   Chamfering (step S113) and cleaning (step S114) are performed on the subdivided cells.

最後に、2枚の透明基板の液晶層と反対側の面に、偏光板を貼付する(ステップS115)。2枚の偏光板はクロスニコルに、かつ透過軸の方向とラビング方向とが平行となるように配置した。直交するように配置することもできる。両透明基板のITO電極間には電源を接続した。   Finally, a polarizing plate is attached to the surface of the two transparent substrates opposite to the liquid crystal layer (step S115). The two polarizing plates were arranged in crossed Nicols so that the direction of the transmission axis was parallel to the rubbing direction. It can also be arranged so as to be orthogonal. A power source was connected between the ITO electrodes of both transparent substrates.

図2A及び図2Bは、作製された複数の液晶表示素子について、表示状態の偏光顕微鏡観察結果を示す写真である。図2Aの写真は、プレティルト角を約35°、d/pを0.57とする条件で作製した液晶表示素子の正面観察時表示状態を示し、図2Bの写真は、プレティルト角を約45°、d/pを0.8とする条件で作製した液晶表示素子のそれを示す。   FIG. 2A and FIG. 2B are photographs showing the results of observation with a polarizing microscope in the display state of the manufactured liquid crystal display elements. The photograph in FIG. 2A shows a display state when the liquid crystal display element manufactured under the condition that the pretilt angle is about 35 ° and d / p is 0.57, and the photograph in FIG. 2B has a pretilt angle of about 45 °. , That of a liquid crystal display device manufactured under conditions where d / p is 0.8 is shown.

図2Aにおいて、黒く写っている(黒表示)部分は、両透明基板の電極間に電圧を印加した領域であり、白く写っている(白表示)部分は、電圧無印加の領域である。図2Bにおいても同様である。図2Bには、白く写っている部分の拡大写真もあわせて示した。   In FIG. 2A, a black portion (black display) is a region where a voltage is applied between the electrodes of both transparent substrates, and a white portion (white display) is a region where no voltage is applied. The same applies to FIG. 2B. FIG. 2B also shows an enlarged photograph of a white portion.

白く写っている部分は、目視では均一な白表示に見えるが、顕微鏡で拡大して観察すると細かな配向の模様が認められる。これはフォーカルコニック配向と考えられる。   The part that appears white appears to be a uniform white display by visual inspection, but a finely oriented pattern is observed when magnified and observed with a microscope. This is considered to be focal conic orientation.

図2Cに、フォーカルコニック配向の液晶分子配列の概略を示す。フォーカルコニック配向とは、螺旋の軸が基板(上側基板及び下側基板)面と平行となるように、液晶分子が液晶層の中で螺旋構造をとる配列状態をいう。   FIG. 2C shows an outline of the liquid crystal molecule alignment in the focal conic alignment. The focal conic orientation refers to an alignment state in which liquid crystal molecules have a spiral structure in the liquid crystal layer so that the spiral axis is parallel to the substrate (upper substrate and lower substrate) surface.

一方、図2A及び図2Bの写真に黒く写っている部分においては、液晶分子は、カイラル剤によって付与される捩れ力に逆らい、上下基板のプレティルト角の関係からねじれやすい方向にねじれるリバースツイスト配列状態を示していると考えられる。液晶層の厚さ方向の中央に位置する液晶分子が、ある程度垂直方向に立ち上がっているため、黒表示が得られているものであろう。図2Aの写真に示す液晶セルの作製条件、及び、図2Bの写真に示す液晶セルの作製条件においては、カイラル剤の添加量が比較的多いため、液晶層内部の歪が大きく、液晶層の厚さ方向中央分子が、垂直近く立ち上がっている状態となっていると推察される。   On the other hand, in the portions shown in black in the photographs of FIGS. 2A and 2B, the liquid crystal molecules are in a reverse twist arrangement state in which the liquid crystal molecules are twisted in a direction that is easily twisted due to the pretilt angle of the upper and lower substrates against the twisting force imparted by the chiral agent. It is thought that it shows. Since the liquid crystal molecule located at the center of the liquid crystal layer in the thickness direction rises to some extent in the vertical direction, a black display may be obtained. In the liquid crystal cell fabrication conditions shown in the photograph of FIG. 2A and the liquid crystal cell fabrication conditions shown in the photograph of FIG. 2B, since the amount of the chiral agent added is relatively large, the strain inside the liquid crystal layer is large, It is inferred that the central molecule in the thickness direction is standing upright.

作製された液晶表示素子は、初期状態においてフォーカルコニック配列状態となる。両透明基板のITO電極間に、電気光学特性の飽和電圧値以上の電圧を印加する(閾値以上の強さの縦電界を生じさせる)と、リバースツイスト配列状態に遷移する。図2A及び図2Bに示す写真から、作製された液晶表示素子においては、正面から観察した場合でも、高いコントラスト比で表示が行われることがわかる。   The manufactured liquid crystal display element is in a focal conic alignment state in the initial state. When a voltage equal to or higher than the saturation voltage value of the electro-optic characteristic is applied between the ITO electrodes of both transparent substrates (a longitudinal electric field having a strength equal to or greater than the threshold value is generated), a transition to the reverse twist arrangement state occurs. From the photographs shown in FIGS. 2A and 2B, it can be seen that the manufactured liquid crystal display element performs display with a high contrast ratio even when viewed from the front.

なお、白表示(フォーカルコニック配列状態)、及び、黒表示(リバースツイスト配列状態)のメモリ性は非常に安定であり、顕微鏡によって液晶分子の微細な配列状態の変化を観察したが、長期、少なくとも半年以上に渡り安定であった。   Note that the memory characteristics of white display (focal conic alignment state) and black display (reverse twist alignment state) are very stable, and microscopic changes in the alignment state of liquid crystal molecules were observed with a microscope. Stable for over half a year.

図3Aは、プレティルト角を約45°、d/pを0.8とする条件で作製した液晶表示素子(図2Bに表示状態を示す液晶表示素子)について、0°−180°方位(左右方位)の透過率視角依存性を示すグラフである。グラフの横軸は、正面方向(基板法線方向)を0°としたときの観察角度を単位「°」で表す。右方位に傾いた観察角度をプラスの角度で示し、左方位に傾いた観察角度をマイナスの角度で示した。グラフの縦軸は、透過率を単位「%」で表す。菱形をつないだ曲線(S−tと表記)は、フォーカルコニック配列状態における透過率の視角依存性を示す。正方形をつないだ曲線(U−tと表記)は、リバースツイスト配列状態におけるそれを示す。   FIG. 3A shows a 0 ° -180 ° azimuth (left-right azimuth) for a liquid crystal display device (liquid crystal display device shown in FIG. 2B) manufactured under conditions where the pretilt angle is about 45 ° and d / p is 0.8. ) Is a graph showing the transmittance viewing angle dependency. The horizontal axis of the graph represents the observation angle in the unit “°” when the front direction (substrate normal direction) is 0 °. The observation angle leaning to the right is shown as a positive angle, and the observation angle leaning to the left is shown as a negative angle. The vertical axis of the graph represents the transmittance in the unit “%”. A curve connecting diamonds (denoted as St) indicates the viewing angle dependency of the transmittance in the focal conic arrangement state. The curve connecting the squares (denoted as Ut) shows that in the reverse twist arrangement state.

また、図3Bに、プレティルト角を約45°、d/pを0.8とする条件で作製した液晶表示素子(図2Bに表示状態を示す液晶表示素子)の等コントラスト曲線を示す。   FIG. 3B shows an isocontrast curve of a liquid crystal display element (liquid crystal display element showing a display state in FIG. 2B) manufactured under conditions where the pretilt angle is about 45 ° and d / p is 0.8.

図3Bからわかるように、作製した液晶表示素子について、全方位に関し、ほぼ対称な等コントラスト曲線が得られている。また、図3Aに示されるように、フォーカルコニック配列状態(白表示)においても、リバースツイスト配列状態(黒表示)においても、ほぼ左右対称な透過率視角依存性が得られていることから、作製した液晶表示素子は、左右対称なコントラスト特性を備えていることが明瞭にわかる。このように、作製した液晶表示素子は視角特性に優れた液晶表示素子である。   As can be seen from FIG. 3B, a substantially symmetric isocontrast curve is obtained in all directions for the manufactured liquid crystal display element. Further, as shown in FIG. 3A, since the transmittance viewing angle dependence is almost symmetrical in both the focal conic arrangement state (white display) and the reverse twist arrangement state (black display), it is manufactured. It can be clearly seen that the liquid crystal display element has a symmetrical contrast characteristic. Thus, the produced liquid crystal display element is a liquid crystal display element excellent in viewing angle characteristics.

比較のため、図3Cに、本願発明者らの先の発明における実施例による液晶表示素子の視角−コントラスト特性を示す。本図は、特許文献4の図面(図13(A))に記載されたものと同一の図面である。図3Cからわかるように、先の発明に係る液晶表示素子においては、コントラスト比が左右非対称である。実施例による液晶表示素子の製造方法を示すフローチャート(図1)に沿って予備的に作製された液晶表示素子は、先の発明と比較して、コントラスト比の左右対称性が実現されている点において、視角特性に優れている。更に、図3Cから、先の発明の実施例においては、正面観察時のコントラスト比は3強であるが、図3Aに示すグラフからは、実施例による製造方法に従って作製された液晶表示素子の正面観察時コントラスト比は4弱であると計算される。このように、正面から観察した場合に、高いコントラスト比で表示を行うことが可能な点においても、視角特性に優れている。なお、これらの特徴(表示品質の高さ)は、実施例による液晶表示素子(後述)も備えている。   For comparison, FIG. 3C shows viewing angle-contrast characteristics of a liquid crystal display device according to an embodiment of the inventors' previous invention. This drawing is the same drawing as that described in the drawing of FIG. 13 (FIG. 13A). As can be seen from FIG. 3C, in the liquid crystal display element according to the previous invention, the contrast ratio is asymmetrical. The liquid crystal display element preliminarily produced along the flow chart (FIG. 1) showing the manufacturing method of the liquid crystal display element according to the embodiment realizes the left-right symmetry of the contrast ratio as compared with the previous invention. The viewing angle characteristics are excellent. Further, from FIG. 3C, in the embodiment of the present invention, the contrast ratio at the time of frontal observation is slightly higher than 3, but from the graph shown in FIG. 3A, the front surface of the liquid crystal display element manufactured according to the manufacturing method according to the example is shown. The contrast ratio at the time of observation is calculated to be slightly less than 4. Thus, when viewed from the front, the viewing angle characteristic is also excellent in that display can be performed with a high contrast ratio. These features (high display quality) are also provided with liquid crystal display elements (described later) according to the embodiments.

本願発明者は、たとえば液晶層に物理的作用を与えることにより、リバースツイスト配列状態とフォーカルコニック配列状態とが可換的に実現可能であり、液晶分子の各配列状態が、ともに安定となる条件を鋭意研究した。   The inventor of the present application can realize the reverse twist alignment state and the focal conic alignment state interchangeably by giving a physical action to the liquid crystal layer, for example, and each alignment state of the liquid crystal molecules is stable. I have studied earnestly.

図4は、リバースツイスト配列状態、及び、フォーカルコニック配列状態の双安定状態を実現可能な条件を示すグラフである。グラフの横軸はプレティルト角を単位「°」で示し、縦軸は、カイラル剤の添加量をd/pを用いて示す。   FIG. 4 is a graph showing conditions that can realize the bistable state of the reverse twist arrangement state and the focal conic arrangement state. The horizontal axis of the graph indicates the pretilt angle in units of “°”, and the vertical axis indicates the amount of chiral agent added using d / p.

本図において、菱形をつないだ曲線よりも下の範囲にあるプレティルト角及びd/pの組み合わせにおいては、フォーカルコニック配列状態が発現しない。すなわちカイラル剤の添加量が少なすぎると、フォーカルコニック配列状態ではなくスプレイツイスト配列状態が現れる。   In this figure, the focal conic arrangement state does not appear in the combination of the pretilt angle and d / p in the range below the curve connecting the diamonds. That is, if the amount of chiral agent added is too small, a spray twist arrangement state appears instead of a focal conic arrangement state.

また、正方形をつないだ曲線よりも上の範囲にあるプレティルト角及びd/pの組み合わせにおいては、常にフォーカルコニック配列状態となる。すなわちカイラル剤の添加量が多すぎると、フォーカルコニック配列状態からリバースツイスト配列状態に相転移させることができない。   Further, in the combination of the pretilt angle and d / p in the range above the curve connecting the squares, the focal conic arrangement state is always obtained. That is, if the amount of chiral agent added is too large, the phase transition from the focal conic arrangement state to the reverse twist arrangement state cannot be performed.

界面のアンカリング強度や液晶の弾性定数によって曲線は多少上下するが、両曲線の間の範囲にあるプレティルト角及びd/pの組み合わせにおいて、リバースツイスト配列状態、及び、フォーカルコニック配列状態の双安定状態が実現される。リバースツイスト配列状態とフォーカルコニック配列状態の双安定状態は、カイラル剤のねじれ力(カイラリティ)を、ある範囲内に制御したときに現れる特殊な状態である。   The curve slightly fluctuates depending on the anchoring strength of the interface and the elastic constant of the liquid crystal, but in the combination of the pretilt angle and d / p in the range between the two curves, the bistable state of the reverse twist alignment state and the focal conic alignment state A state is realized. The bistable state of the reverse twist arrangement state and the focal conic arrangement state is a special state that appears when the torsional force (chirality) of the chiral agent is controlled within a certain range.

なお、丸印は、図2Bに表示状態を示し、図3A及び図3Bに視角特性を示した液晶表示素子のプレティルト角(約45°)とd/p(0.8)を示す。   The circles indicate the pretilt angle (about 45 °) and d / p (0.8) of the liquid crystal display element whose display state is shown in FIG. 2B and whose viewing angle characteristics are shown in FIGS. 3A and 3B.

本図に示す結果から、プレティルト角が垂直に近いほど、d/pの値が低くてもフォーカルコニック配列状態となりやすいことがわかる。本願発明者らが繰り返し行った実験によれば、プレティルト角が低くても、電圧により液晶分子配向を垂直に近くすれば、フォーカルコニック配列状態が観察されるようになるが、界面の影響のためか、d/pの値は比較的高くないとフォーカルコニック配列状態は発現しなかった。   From the results shown in this figure, it can be seen that the closer the pretilt angle is to the vertical, the easier it is to form a focal conic arrangement state even if the d / p value is low. According to experiments repeatedly conducted by the inventors of the present application, even if the pretilt angle is low, if the liquid crystal molecule alignment is made nearly vertical by voltage, the focal conic alignment state can be observed. On the other hand, the focal conic sequence state was not expressed unless the value of d / p was relatively high.

リバースツイスト配列状態、及び、フォーカルコニック配列状態の双安定状態が実現されるのは、液晶層を挟持する上下基板の双方に、20°以上85°以下のプレティルト角が発現するような配向処理がなされ、液晶層にカイラル剤が、d/pが0.5以上2以下となるような範囲で添加されている場合であるといえるであろう。また、上下基板の双方に、35°以上55°以下のプレティルト角が発現するように配向処理がなされているときには、d/pが0.5以上1.2以下となる範囲でカイラル剤が添加されている場合に、リバースツイスト配列状態とフォーカルコニック配列状態の双安定状態が実現可能であるといえるであろう。   The bistable state of the reverse twist alignment state and the focal conic alignment state is realized because the alignment process is such that a pretilt angle of 20 ° or more and 85 ° or less appears on both the upper and lower substrates sandwiching the liquid crystal layer. It can be said that the chiral agent is added to the liquid crystal layer in a range where d / p is 0.5 or more and 2 or less. In addition, when the orientation treatment is performed so that a pretilt angle of 35 ° or more and 55 ° or less appears on both the upper and lower substrates, a chiral agent is added in a range where d / p is 0.5 or more and 1.2 or less. In this case, it can be said that a bistable state of a reverse twist arrangement state and a focal conic arrangement state can be realized.

本願発明者らは、以上の予備的考察を踏まえ、実施例による液晶表示素子を作製した。   Based on the above preliminary considerations, the inventors of the present application produced liquid crystal display elements according to the examples.

図5は、実施例による液晶表示素子の一画素内の概略的な断面図である。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view in one pixel of the liquid crystal display device according to the embodiment.

実施例による液晶表示素子は、相互に平行に対向配置された上側基板10a、下側基板10b、及び両基板10a、10b間に配置されたツイストネマチック液晶層15を含んで構成される。   The liquid crystal display device according to the embodiment includes an upper substrate 10a, a lower substrate 10b, and a twisted nematic liquid crystal layer 15 disposed between the substrates 10a and 10b.

上側基板10aは、上側透明基板11a、上側透明基板11a上に形成された上側ベタ電極12a、及び上側ベタ電極12a上に形成された上側配向膜14aを含む。下側基板10bは、下側透明基板11b、下側透明基板11b上に形成された下側ベタ電極12b、下側ベタ電極12b上に形成された絶縁膜13、絶縁膜13上に形成された第1、第2櫛歯電極12c、12d、及び、第1、第2櫛歯電極12c、12dを覆うように絶縁膜13上に形成された下側配向膜14bを含む。   The upper substrate 10a includes an upper transparent substrate 11a, an upper solid electrode 12a formed on the upper transparent substrate 11a, and an upper alignment film 14a formed on the upper solid electrode 12a. The lower substrate 10b is formed on the lower transparent substrate 11b, the lower solid electrode 12b formed on the lower transparent substrate 11b, the insulating film 13 formed on the lower solid electrode 12b, and the insulating film 13. The lower alignment film 14b formed on the insulating film 13 so as to cover the first and second comb electrodes 12c and 12d and the first and second comb electrodes 12c and 12d is included.

上側、下側透明基板11a、11bは、たとえばガラスで形成される。上側、下側ベタ電極12a、12b、及び第1、第2櫛歯電極12c、12dは、たとえばITO等の透明導電材料で形成される。第1、第2櫛歯電極12c、12dは、それぞれ複数の櫛歯部分を備える櫛状電極である。第1、第2櫛歯電極12c、12dの櫛歯部分は、本図左右方向に沿って互い違いに配置されている。   The upper and lower transparent substrates 11a and 11b are made of glass, for example. The upper and lower solid electrodes 12a and 12b and the first and second comb electrodes 12c and 12d are formed of a transparent conductive material such as ITO, for example. The first and second comb electrodes 12c and 12d are comb electrodes each having a plurality of comb portions. The comb-tooth portions of the first and second comb-tooth electrodes 12c and 12d are alternately arranged along the horizontal direction of the figure.

液晶層15は、上側基板10aの上側配向膜14aと、下側基板10bの下側配向膜14bとの間に配置される。   The liquid crystal layer 15 is disposed between the upper alignment film 14a of the upper substrate 10a and the lower alignment film 14b of the lower substrate 10b.

上側及び下側配向膜14a、14bには、ラビングにより配向処理が施されている。上側配向膜14aと下側配向膜14bの配向処理方向は、上側及び下側基板10a、10bの法線方向から見たとき、相互に直交している。上側配向膜14aのラビング方向を第1の方向、下側配向膜14bのラビング方向を第2の方向とすると、第2の方向は上側基板10aの法線方向から見て、第1の方向を基準に、右回り方向に90°をなす方向である。   The upper and lower alignment films 14a and 14b are subjected to an alignment process by rubbing. The alignment treatment directions of the upper alignment film 14a and the lower alignment film 14b are orthogonal to each other when viewed from the normal direction of the upper and lower substrates 10a and 10b. When the rubbing direction of the upper alignment film 14a is the first direction and the rubbing direction of the lower alignment film 14b is the second direction, the second direction is the first direction when viewed from the normal direction of the upper substrate 10a. This is a direction that forms 90 ° in the clockwise direction with respect to the reference.

液晶層15を形成する液晶材料にはカイラル剤が添加されている。液晶セル完成状態(初期状態)での液晶分子の配列状態は、フォーカルコニック配列であった。   A chiral agent is added to the liquid crystal material forming the liquid crystal layer 15. The alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal cell completed state (initial state) was a focal conic alignment.

電源20が、上側、下側ベタ電極12a、12b、及び第1、第2櫛歯電極12c、12dに、電気的に接続されている。電源20によって、電極12a〜12dに電圧を印加することが可能である。たとえば両ベタ電極12a、12b間に、閾値電圧以上の交流電圧を印加することで、液晶分子の配列状態を、フォーカルコニック配列からリバースツイスト配列に転移させることができる。   A power source 20 is electrically connected to the upper and lower solid electrodes 12a and 12b and the first and second comb electrodes 12c and 12d. A voltage can be applied to the electrodes 12a to 12d by the power source 20. For example, by applying an AC voltage equal to or higher than the threshold voltage between the solid electrodes 12a and 12b, the alignment state of the liquid crystal molecules can be transferred from the focal conic alignment to the reverse twist alignment.

上側基板10a、下側基板10bの液晶層15と反対側の面には、それぞれ上側偏光板16a、下側偏光板16bが配置される。両偏光板16a、16bは、クロスニコルに、かつ、光透過軸が、上側及び下側基板10a、10bのラビング方向と平行になるように配置される。実施例による液晶表示素子は、ノーマリホワイトタイプの液晶表示素子である。   An upper polarizing plate 16a and a lower polarizing plate 16b are disposed on the surfaces of the upper substrate 10a and the lower substrate 10b opposite to the liquid crystal layer 15, respectively. Both polarizing plates 16a and 16b are arranged in a crossed Nicol manner so that the light transmission axis is parallel to the rubbing direction of the upper and lower substrates 10a and 10b. The liquid crystal display element according to the embodiment is a normally white type liquid crystal display element.

図6〜図10を参照し、実施例による液晶表示素子の構成及び製造方法について詳細に説明する。   With reference to FIGS. 6-10, the structure and manufacturing method of the liquid crystal display element by an Example are demonstrated in detail.

図6は、上側透明基板11a上に形成されるITO膜のパターンを示す概略的な平面図である。本図に示すITO膜で、たとえば画素電極(各画素において上側ベタ電極12aを形成する電極)及び当該画素電極の取り出し電極が形成される。   FIG. 6 is a schematic plan view showing a pattern of an ITO film formed on the upper transparent substrate 11a. In the ITO film shown in this figure, for example, a pixel electrode (an electrode that forms the upper solid electrode 12a in each pixel) and an extraction electrode for the pixel electrode are formed.

ITO膜パターンは、たとえば本図左右方向にITO膜がストライプ状に延在するように形成される。本図においては、画素電極を構成するITO膜に12A〜12A10の符号を付して示した。 The ITO film pattern is formed, for example, such that the ITO film extends in a stripe shape in the left-right direction in the figure. In this figure, the ITO films constituting the pixel electrodes are indicated by reference numerals 12A 1 to 12A 10 .

ITO膜のパターニングは、ITO付きガラス基板を洗浄した後、フォトリソ工程を用いて行った。ITOのエッチングは、第二塩化鉄を用いたウェットエッチングで実施した。レーザビームを照射し、ITO膜を除去することでパターニングを行ってもよい。   The ITO film was patterned using a photolithography process after washing the glass substrate with ITO. Etching of ITO was performed by wet etching using ferric chloride. Patterning may be performed by irradiating a laser beam and removing the ITO film.

図7は、下側透明基板11b上に形成されるITO膜のパターンを示す概略的な平面図である。本図に示すITO膜で、たとえば画素電極(各画素において下側ベタ電極12bを形成する電極)及び当該画素電極の取り出し電極が形成される。   FIG. 7 is a schematic plan view showing a pattern of an ITO film formed on the lower transparent substrate 11b. With the ITO film shown in this figure, for example, a pixel electrode (an electrode forming the lower solid electrode 12b in each pixel) and an extraction electrode for the pixel electrode are formed.

ITO膜パターンは、たとえば本図上下方向にITO膜がストライプ状に延在するように形成される。本図においては、画素電極を構成するITO膜の一部に12B〜12Bの符号を付して示した。なお、本図上下方向と図6の左右方向は相互に直交する方向である。 The ITO film pattern is formed, for example, such that the ITO film extends in a stripe shape in the vertical direction of the figure. In this figure, reference numerals 12B 1 to 12B 9 are attached to a part of the ITO film constituting the pixel electrode. In addition, the up-down direction of this figure and the left-right direction of FIG. 6 are directions orthogonal to each other.

ITO膜のパターニングは、図6を参照して説明したITO膜パターンの形成方法と同様の方法で行うことができる。   The ITO film can be patterned by the same method as the ITO film pattern forming method described with reference to FIG.

ITO膜をパターニングした後、ITO膜上を含む下側透明基板11b上に絶縁膜13を形成する。絶縁膜13は、たとえば取り出し電極12BT〜12BT部分(端子部分)には形成しない。本図においては、絶縁膜13を形成しない領域に斜線を付した。絶縁膜13は、取り出し電極部分等にレジストを形成し、絶縁膜成膜後にリフトオフでレジストを除去する方法、メタルマスクで取り出し電極部分等を覆った状態でスパッタにより形成する方法により形成可能である。また、絶縁膜13は、有機絶縁膜やSiO、SiN等の無機絶縁膜とすることができる。それらの組み合わせで形成してもよい。実施例においては、アクリル系有機絶縁膜とSiOの積層膜を絶縁膜13として用いた。 After patterning the ITO film, an insulating film 13 is formed on the lower transparent substrate 11b including the ITO film. The insulating film 13 is not formed on the extraction electrodes 12BT 1 to 12BT 9 (terminal portion), for example. In this figure, the region where the insulating film 13 is not formed is hatched. The insulating film 13 can be formed by a method in which a resist is formed on the extraction electrode portion and the resist is removed by lift-off after forming the insulating film, or a method in which the extraction electrode portion is covered by a metal mask and formed by sputtering. . The insulating film 13 can be an organic insulating film or an inorganic insulating film such as SiO 2 or SiN x . You may form by those combination. In the example, a laminated film of an acrylic organic insulating film and SiO 2 was used as the insulating film 13.

実施例においては、まず取り出し電極部分等に耐熱性フィルム(ポリイミドテープ)を貼り、膜厚1μmに有機絶縁膜をスピンコート(2000rpmで30秒間スピン)した。次に、有機絶縁膜がスピンコートされた下側透明基板11bを、クリーンオーブンにて220℃で1時間焼成し、その後耐熱性フィルムを貼ったままで下側透明基板11bを80℃に加熱し、SiO膜をスパッタ法(交流放電)により厚さ1000Åに成膜した。SiO膜は、真空蒸着法、イオンビーム法、CVD法等を用いて成膜することもできる。 In the examples, a heat-resistant film (polyimide tape) was first attached to the extraction electrode portion and the like, and an organic insulating film was spin-coated (spun at 2000 rpm for 30 seconds) to a thickness of 1 μm. Next, the lower transparent substrate 11b on which the organic insulating film is spin-coated is baked at 220 ° C. for 1 hour in a clean oven, and then the lower transparent substrate 11b is heated to 80 ° C. with the heat-resistant film attached. A SiO 2 film was formed to a thickness of 1000 mm by a sputtering method (AC discharge). The SiO 2 film can also be formed using a vacuum deposition method, an ion beam method, a CVD method, or the like.

ここで耐熱性フィルムを剥がすと、耐熱性フィルムの貼付箇所につき、有機絶縁膜及びSiO膜を除去することができた。続いて、SiO膜の絶縁性と透明性とを向上させるために、下側透明基板11bをクリーンオーブンにて220℃で1時間焼成した。 Here, when the heat-resistant film was peeled off, the organic insulating film and the SiO 2 film were able to be removed at the location where the heat-resistant film was applied. Subsequently, in order to improve the insulation and transparency of the SiO 2 film, the lower transparent substrate 11b was baked at 220 ° C. for 1 hour in a clean oven.

SiO膜の形成は必須ではないが、SiO膜を成膜することで絶縁膜13の絶縁性を向上させることができる。また、絶縁膜13上に形成する第1、第2櫛歯電極12c、12dの密着性及びパターニング性を向上させることが可能である。 The formation of the SiO 2 film is not essential, but the insulating property of the insulating film 13 can be improved by forming the SiO 2 film. In addition, it is possible to improve the adhesion and patterning properties of the first and second comb electrodes 12c and 12d formed on the insulating film 13.

有機絶縁膜を形成せず、絶縁膜13をSiO膜のみで構成してもよい。SiO膜は多孔質になりやすいため、この場合には、SiO膜の厚さを4000Å〜8000Åとすることが望ましい。SiO膜とSiN膜との積層からなる無機絶縁膜13とすることもできる。 Instead of forming the organic insulating film, the insulating film 13 may be composed of only the SiO 2 film. Since the SiO 2 film tends to be porous, in this case, the thickness of the SiO 2 film is desirably 4000 to 8000 mm. An inorganic insulating film 13 made of a laminate of a SiO 2 film and a SiN x film can also be used.

絶縁膜13上にITO膜を形成した。ITO膜は、下側透明基板11bを100℃に加熱し、スパッタ法(交流放電)により基板全面に成膜した。膜厚は約1200Åとした。ITO膜は、真空蒸着法、イオンビーム法、CVD法等を用いて形成することもできる。このITO膜をフォトリソ工程でパターニングし、第1櫛歯電極12c、第2櫛歯電極12d、及びそれらの電極12c、12dの取り出し電極を形成した。   An ITO film was formed on the insulating film 13. The ITO film was formed on the entire surface of the substrate by heating the lower transparent substrate 11b to 100 ° C. and sputtering (AC discharge). The film thickness was about 1200 mm. The ITO film can also be formed using a vacuum deposition method, an ion beam method, a CVD method, or the like. This ITO film was patterned by a photolithography process to form a first comb electrode 12c, a second comb electrode 12d, and extraction electrodes for these electrodes 12c and 12d.

図8は、ITO膜のエッチングに使用するフォトマスクを示す概略的な平面図である。フォトマスクは、第1櫛歯電極12c対応部分、第2櫛歯電極12d対応部分、第1櫛歯電極12cの取り出し電極対応部分、第2櫛歯電極12dの取り出し電極対応部分、及び下側ベタ電極12bの取り出し電極対応部分を含む。エッチング時、各対応部分で覆われたITO膜で、電極が形成される。なお、本願発明者らは、櫛状電極の櫛歯部分の電極幅を20μm、30μm、2つの櫛状電極の櫛歯部分を交互に配置したときの電極間隔を20μm、30μm、50μm、100μm、200μmとする複数の電極パターンで、第1櫛歯電極12c及び第2櫛歯電極12dを作製した。   FIG. 8 is a schematic plan view showing a photomask used for etching the ITO film. The photomask includes a portion corresponding to the first comb electrode 12c, a portion corresponding to the second comb electrode 12d, a portion corresponding to the extraction electrode of the first comb electrode 12c, a portion corresponding to the extraction electrode of the second comb electrode 12d, and a lower solid. A portion corresponding to the extraction electrode of the electrode 12b is included. At the time of etching, an electrode is formed with an ITO film covered with each corresponding portion. In addition, the inventors of the present invention have electrode widths of 20 μm, 30 μm, and comb electrode portions of the comb-like electrode, and electrode intervals when the comb-tooth portions of the two comb-like electrodes are alternately arranged are 20 μm, 30 μm, 50 μm, 100 μm, The 1st comb-tooth electrode 12c and the 2nd comb-tooth electrode 12d were produced with the several electrode pattern set to 200 micrometers.

以上のような工程を経て、電極付基板を2枚準備した(図1のステップS101)。2枚の電極付基板を洗浄し乾燥する(ステップS102)。水洗の場合は、純水洗浄を行う。洗剤を使用して行ってもよい。ブラシ洗浄、スプレー洗浄のいずれで洗浄することもできる。その後水切りをし、乾燥させる。水洗以外の方法として、UV洗浄、IR乾燥を実施することが可能である。   Through the steps as described above, two substrates with electrodes were prepared (step S101 in FIG. 1). The two substrates with electrodes are washed and dried (step S102). In the case of water washing, pure water washing is performed. You may carry out using a detergent. It can be cleaned by either brush cleaning or spray cleaning. Then drain and drain. As a method other than water washing, UV washing and IR drying can be performed.

2枚の電極付基板上に、ITO電極を覆うように配向膜材料を塗布した(ステップS103)。配向膜材料の塗布は、スピンコートを用いて行った。フレキソ印刷やインクジェット印刷を用いて行ってもよい。通常は垂直配向膜の形成に使用されるポリイミド配向膜材料の側鎖密度を低くし、配向膜材料として用いた。これは予備的考察のために作製した液晶表示素子に使用した配向膜材料と等しい材料である。配向膜材料は、配向膜の厚さが500Å〜800Åとなるように塗布した。配向膜材料を塗布した電極付基板の仮焼成(ステップS104)、及び本焼成(ステップS105)を実施した。本焼成はクリーンオーブンにて、180℃で1時間行った。160℃以上180℃以下の温度で行ってもよい。こうしてITO電極を覆う配向膜を形成した(ステップS103〜S105)。   On the two substrates with electrodes, an alignment film material was applied so as to cover the ITO electrodes (step S103). The alignment film material was applied by spin coating. You may perform using flexographic printing or inkjet printing. Normally, the side chain density of the polyimide alignment film material used for forming the vertical alignment film is lowered and used as the alignment film material. This is the same material as the alignment film material used for the liquid crystal display element produced for the preliminary consideration. The alignment film material was applied so that the alignment film had a thickness of 500 to 800 mm. Temporary baking (step S104) and main baking (step S105) of the substrate with electrodes coated with the alignment film material were performed. The main baking was performed in a clean oven at 180 ° C. for 1 hour. You may carry out at the temperature of 160 degreeC or more and 180 degrees C or less. Thus, an alignment film covering the ITO electrode was formed (steps S103 to S105).

図9は、下側基板10bに形成される下側配向膜14bの形成領域の一部を示す概略的な平面図である。下側配向膜14bは、たとえば第1、第2櫛歯電極12c、12dが配置され、画素が画定される領域に形成される。本図には、下側配向膜14bの形成領域として左上の部分のみを示したが、その他の櫛歯電極12c、12d配置領域についても同様である。   FIG. 9 is a schematic plan view showing a part of a formation region of the lower alignment film 14b formed on the lower substrate 10b. The lower alignment film 14b is formed, for example, in a region where the first and second comb electrodes 12c and 12d are arranged and pixels are defined. In this figure, only the upper left portion is shown as the formation region of the lower alignment film 14b, but the same applies to the other regions where the comb electrodes 12c and 12d are arranged.

次に、ラビング処理(配向処理)を行った(ステップS106)。ラビング処理は、押し込み量を0.8mmとし、上側配向膜14a、下側配向膜14bの双方に20°以上85°以下、たとえば35°以上55°以下、一例として45°のプレティルト角が発現するように行った。また、液晶表示素子のツイスト角が90°となるように実施した。   Next, a rubbing process (orientation process) was performed (step S106). In the rubbing process, the push amount is 0.8 mm, and a pretilt angle of 20 ° to 85 °, for example, 35 ° to 55 °, for example, 45 ° is developed in both the upper alignment film 14a and the lower alignment film 14b. Went so. Moreover, it implemented so that the twist angle of a liquid crystal display element might be set to 90 degrees.

なお、この領域のプレティルト角は、測定が非常に困難であり、45°という数値は少なからぬ誤差を含む可能性がある。測定方法の違いや測定精度の問題により、±15°〜±30°程度のばらつきが存在する可能性がある。   Note that the pretilt angle in this region is very difficult to measure, and the numerical value of 45 ° may include a considerable error. There may be a variation of about ± 15 ° to ± 30 ° due to a difference in measurement method and measurement accuracy.

セル厚を4μmとするため、一方の基板面上に、粒径4μmのギャップコントロール材を散布した(ステップS107)。セル厚を3μm以上5μm以下とするため、粒径3μm以上5μm以下のギャップコントロール材を散布することも可能である。他方の基板面上にはシール材を印刷し、メインシールパターンを形成した(ステップS108)。2枚の基板を所定の位置で重ね合わせて(ステップS109)、シール材を硬化させた。   In order to set the cell thickness to 4 μm, a gap control material having a particle size of 4 μm was sprayed on one substrate surface (step S107). In order to set the cell thickness to 3 μm or more and 5 μm or less, it is possible to spray a gap control material having a particle size of 3 μm or more and 5 μm or less. A sealant was printed on the other substrate surface to form a main seal pattern (step S108). The two substrates were overlapped at a predetermined position (step S109), and the sealing material was cured.

2枚の基板の重ね合わせは、上側配向膜14aのラビング方向を第1の方向、下側配向膜14bのラビング方向を第2の方向としたとき、第2の方向が上側基板10aの法線方向(上方)から見て、第1の方向を基準に、右回り方向に90°をなす方向となるように行った。   The two substrates are overlapped when the rubbing direction of the upper alignment film 14a is the first direction and the rubbing direction of the lower alignment film 14b is the second direction, the second direction is the normal line of the upper substrate 10a. When viewed from the direction (above), the first direction was used as a reference, and the direction was 90 ° clockwise.

真空注入法でネマチック液晶を注入した(ステップS110)。液晶材料には屈折率異方性Δnが0.067である、低屈折率異方性材料を用いた。液晶中にはカイラル剤を添加した。カイラル剤には(株)メルク製のCB15を使用した。カイラル剤の添加量は、カイラルピッチをp、液晶層の厚さをdとしたとき、d/pが0.8(p=5μm)となるように調整した。d/pは、プレティルト角に応じ、たとえば上側及び下側配向膜14a、14bに20°以上85°以下のプレティルト角が発現するように配向処理がなされているときには0.5以上2以下、35°以上55°以下のプレティルト角が発現するように配向処理がなされているときには0.5以上1.2以下とすることができる。   Nematic liquid crystal was injected by a vacuum injection method (step S110). As the liquid crystal material, a low refractive index anisotropic material having a refractive index anisotropy Δn of 0.067 was used. A chiral agent was added to the liquid crystal. CB15 manufactured by Merck & Co., Inc. was used as the chiral agent. The addition amount of the chiral agent was adjusted so that d / p was 0.8 (p = 5 μm) where p was the chiral pitch and d was the thickness of the liquid crystal layer. d / p is 0.5 or more and 2 or less, 35 when the alignment treatment is performed so that a pretilt angle of 20 ° or more and 85 ° or less is developed in the upper and lower alignment films 14a and 14b according to the pretilt angle, for example. When the orientation treatment is performed so that a pretilt angle of not less than 55 ° and not more than 55 ° is exhibited, it can be set in the range of 0.5 to 1.2.

液晶注入口を、紫外線硬化タイプのエンドシール材で封止し(ステップS111)、液晶分子の配向を整えるため、液晶の相転移温度以上にセルを加熱した(ステップS112)。その後、スクライバ装置で透明基板につけた傷に沿ってブレイキングし、個別のセルに小割した。小割されたセルに対し、面取り(ステップS113)と洗浄(ステップS114)を実施した。   The liquid crystal injection port was sealed with an ultraviolet curing type end seal material (step S111), and the cell was heated to a temperature higher than the phase transition temperature of the liquid crystal in order to adjust the alignment of the liquid crystal molecules (step S112). Then, it broke along the crack | wound attached to the transparent substrate with the scriber apparatus, and subdivided into the individual cell. Chamfering (step S113) and cleaning (step S114) were performed on the subdivided cells.

最後に、2枚の基板の液晶層と反対側の面に、偏光板を貼付した(ステップS115)。2枚の偏光板はクロスニコルに、かつ透過軸の方向とラビング方向とが平行となるように配置した。直交するように配置することもできる。両基板のITO電極(上側、下側ベタ電極12a、12b、及び第1、第2櫛歯電極12c、12d)には電源を接続した。   Finally, a polarizing plate was attached to the surface opposite to the liquid crystal layer of the two substrates (step S115). The two polarizing plates were arranged in crossed Nicols so that the direction of the transmission axis was parallel to the rubbing direction. It can also be arranged so as to be orthogonal. A power source was connected to the ITO electrodes (upper and lower solid electrodes 12a and 12b and first and second comb electrodes 12c and 12d) of both substrates.

図10は、実施例による液晶表示素子の構造を示す概略的な平面図である。図10には、図6〜図9に表した構造をすべて重ね合わせて示してある。左右方向に延在する横電極と、上下方向に延在する縦電極とで一つの画素が画定される。本図においては、横電極に12A〜12A10の符号を付して示し、縦電極の一部に12B〜12Bの符号を付して示した。矢印で示したのは、横電極12Aと縦電極12Bとが基板法線方向から見て重なる領域に画定される画素である。この画素における横電極12Aは、図5の上側ベタ電極12aに相当し、縦電極12Bは下側ベタ電極12bに相当する。 FIG. 10 is a schematic plan view showing the structure of the liquid crystal display device according to the embodiment. FIG. 10 shows all the structures shown in FIGS. One pixel is defined by a horizontal electrode extending in the left-right direction and a vertical electrode extending in the vertical direction. In the figure, indicated by reference numeral of 12A 1 ~12A 10 next electrode, shown in a part of the vertical electrodes are denoted by the sign of the 12B 1 ~12B 9. The arrows indicate pixels defined in a region where the horizontal electrode 12A 9 and the vertical electrode 12B 8 overlap when viewed from the substrate normal direction. Horizontal electrode 12A 9 in the pixel corresponds to the upper solid electrode 12a of FIG. 5, the vertical electrode 12B 8 corresponds to the lower solid electrode 12b.

図11A〜図11Cは、実施例による液晶表示素子の外観写真であり、図11D〜図11Fは、電極間に電圧を印加した時の電界方向を示す概略的な断面図である。なお、図11A〜図11Cに示すのは、第1、第2櫛歯電極12c、12dの櫛歯部分の電極幅を20μm、両櫛歯電極12c、12dの櫛歯部分を交互に配置したときの電極間隔を20μmとして作製した液晶表示素子の、櫛歯電極12c、12d形成領域の正面観察写真である。   11A to 11C are external appearance photographs of the liquid crystal display device according to the example, and FIGS. 11D to 11F are schematic cross-sectional views showing the electric field direction when a voltage is applied between the electrodes. 11A to 11C show the case where the electrode width of the comb teeth of the first and second comb electrodes 12c and 12d is 20 μm, and the comb teeth of both the comb electrodes 12c and 12d are alternately arranged. 6 is a front view photograph of the region where the comb electrodes 12c and 12d are formed in a liquid crystal display device manufactured with an electrode spacing of 20 μm.

図11Aに、液晶表示素子が完成した状態(初期状態)の外観写真を示す。初期状態においては、液晶分子はフォーカルコニック配列状態となる。目視では均一な白表示が得られた。   FIG. 11A shows an appearance photograph of the liquid crystal display element in a completed state (initial state). In the initial state, the liquid crystal molecules are in a focal conic alignment state. Visually uniform white display was obtained.

この状態において、図11Dに示すように、上側ベタ電極12aと下側ベタ電極12bとの間に電圧を印加した。両電極12a、12bへの電圧の印加により、液晶層には縦電界(液晶層の厚さ方向の電界)が生じる。   In this state, as shown in FIG. 11D, a voltage was applied between the upper solid electrode 12a and the lower solid electrode 12b. By applying a voltage to both electrodes 12a and 12b, a vertical electric field (electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer) is generated in the liquid crystal layer.

図11Bは、電極12a、12bに電圧を印加した後の外観写真である。全体がフォーカルコニック配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移したことがわかる。また、正面から見て黒表示が得られていることがわかる。更に、逆にこのことから両電極12a、12bへの電圧の印加で、液晶層に縦電界が発生することが確認される。   FIG. 11B is an appearance photograph after voltage is applied to the electrodes 12a and 12b. It can be seen that the whole has transitioned from the focal conic arrangement state to the reverse twist arrangement state. It can also be seen that a black display is obtained when viewed from the front. Further, conversely, it is confirmed that a vertical electric field is generated in the liquid crystal layer by applying a voltage to both electrodes 12a and 12b.

次に、図11Eに示すように、下側ベタ電極12b、第1櫛歯電極12c、第2櫛歯電極12dに電圧を印加した。電極12b、12c、12dへの電圧の印加により、液晶層には横電界(液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界、基板面内方向の電界)が生じる。なお、電極12b、12c、12dへの電圧の印加により、液晶層に横電界を生じさせて、液晶表示素子を駆動する駆動モードをFFSモード(fringe field switching mode)と呼ぶ。   Next, as shown in FIG. 11E, a voltage was applied to the lower solid electrode 12b, the first comb electrode 12c, and the second comb electrode 12d. By applying a voltage to the electrodes 12b, 12c, and 12d, a lateral electric field (an electric field in a direction perpendicular to the thickness direction of the liquid crystal layer, an electric field in the substrate plane) is generated in the liquid crystal layer. Note that a driving mode in which a liquid crystal layer is driven by applying a voltage to the electrodes 12b, 12c, and 12d to drive the liquid crystal display element is called an FFS mode (fringe field switching mode).

図11Cは、図11Bに示す状態の液晶表示素子をFFSモードで駆動した後の外観写真である。全面が初期状態と同様の状態(フォーカルコニック配列状態)に再遷移していることがわかる。   FIG. 11C is an appearance photograph after driving the liquid crystal display element in the state shown in FIG. 11B in the FFS mode. It can be seen that the entire surface re-transitions to a state (focal conic arrangement state) similar to the initial state.

実施例による液晶表示素子は、フォーカルコニック配列状態とリバースツイスト配列状態とをスイッチング可能な液晶表示素子である。縦電界の印加により、前者を後者に遷移させることができる。また横電界の印加により、後者を前者に遷移させることができる。リバースツイスト配列状態をフォーカルコニック配列状態に遷移させる方法として、FFSモードでの駆動のほか、IPSモード(in-plane switching mode)での駆動を採用することができる。   The liquid crystal display element according to the embodiment is a liquid crystal display element capable of switching between a focal conic alignment state and a reverse twist alignment state. By applying a vertical electric field, the former can be changed to the latter. Moreover, the latter can be changed to the former by application of a transverse electric field. As a method of transitioning the reverse twist arrangement state to the focal conic arrangement state, driving in the IPS mode (in-plane switching mode) can be employed in addition to driving in the FFS mode.

図11Fに、IPSモードで生じる電界方向を示す。第1櫛歯電極12cと第2櫛歯電極12dへの電圧の印加により、液晶層には横電界が生じる。第1、第2櫛歯電極12c、12dへの電圧の印加により液晶層に横電界を生じさせて、液晶表示素子を駆動する駆動モードをIPSモードと呼ぶ。   FIG. 11F shows the electric field direction generated in the IPS mode. When a voltage is applied to the first comb electrode 12c and the second comb electrode 12d, a lateral electric field is generated in the liquid crystal layer. A driving mode for driving a liquid crystal display element by generating a lateral electric field in the liquid crystal layer by applying a voltage to the first and second comb electrodes 12c and 12d is called an IPS mode.

液晶分子が面内方向に螺旋を描いているフォーカルコニック配列状態にある液晶層に縦電界を付加すると、界面の影響力で90°ねじれ配向となり、液晶層厚さ方向の中央に位置する液晶分子は垂直方向に傾く。こうしてフォーカルコニック配列状態からリバースツイスト配列状態へのスイッチングが行われるものと考えられる。また、横電界の付加により、リバースツイスト配列状態の界面の液晶分子配向を乱すことで、リバースツイスト配列状態からフォーカルコニック配列状態へのスイッチングが行われるものと考えられる。   When a vertical electric field is applied to a liquid crystal layer in a focal conic alignment state in which liquid crystal molecules form a spiral in the in-plane direction, the liquid crystal molecules are 90 ° twisted due to the influence of the interface and located at the center in the thickness direction of the liquid crystal layer. Tilts vertically. Thus, it is considered that switching from the focal conic arrangement state to the reverse twist arrangement state is performed. In addition, it is considered that switching from the reverse twist alignment state to the focal conic alignment state is performed by disturbing the liquid crystal molecule alignment at the interface in the reverse twist alignment state by the addition of the lateral electric field.

実施例による液晶表示素子は、付加する電界の方向により、フォーカルコニック配列状態とリバースツイスト配列状態とが相互に遷移し、かつ、各々の状態が安定的に保持される液晶表示素子である。コントラストの高い白表示状態、黒表示状態の双安定表示を簡便に実現することができる。特に、黒表示が暗く、正面から見たときもはっきりとした表示を実現可能である。このため、透過型ディスプレイ、透反ディスプレイ、反射型ディスプレイのいずれにも好適に適用することができる。また、実施例による液晶表示素子は、左右対称なコントラスト比を有する液晶表示素子である。   The liquid crystal display element according to the embodiment is a liquid crystal display element in which a focal conic alignment state and a reverse twist alignment state are shifted to each other depending on the direction of an applied electric field, and each state is stably maintained. Bistable display in a white display state and a black display state with high contrast can be easily realized. In particular, the black display is dark, and a clear display can be realized even when viewed from the front. Therefore, it can be suitably applied to any of a transmissive display, a translucent display, and a reflective display. In addition, the liquid crystal display element according to the embodiment is a liquid crystal display element having a symmetrical contrast ratio.

実施例による液晶表示素子においては、たとえばメモリ性を利用した表示が可能である。   In the liquid crystal display element according to the embodiment, for example, display utilizing memory property is possible.

白表示したい画素は、フォーカルコニック配列状態とし、黒表示したい画素は、リバースツイスト配列状態とする。少なくとも白表示から黒表示に変えたい画素には縦電界を加える。黒表示を維持したい画素にも、縦電界を加えてもよい。逆に、少なくとも黒表示から白表示に変えたい画素には横電界を加える。白表示を維持したい画素にも、横電界を加えてもよい。   Pixels that are to be displayed in white are in a focal conic arrangement state, and pixels that are to be displayed in black are in a reverse twist arrangement state. A vertical electric field is applied to at least a pixel to be changed from white display to black display. A vertical electric field may be applied to a pixel for which black display is to be maintained. On the contrary, a horizontal electric field is applied to at least a pixel to be changed from black display to white display. A lateral electric field may be applied to a pixel for which white display is to be maintained.

表示の書き換えは、たとえばラインごとに行うことができる。一例として、図10において、縦電極12B〜12Bのうちの1本、たとえば縦電極12Bに、配列状態の遷移が生じない程度の矩形波(たとえば150Hz、5V程度)を印加する。これとともに、横電極12A〜12A10または第1、第2櫛歯電極に、縦電極12Bに印加する電圧と同期したもしくは半周期ずれた矩形波(たとえば150Hz、5V程度)を印加する。 The display can be rewritten, for example, for each line. As an example, in FIG. 10, one of the vertical electrode 12B 1 ~12B 9, for example, the vertical electrodes 12B 1, applies a rectangular wave of a degree that transition arrangement state does not occur (e.g. 150 Hz, about 5V). Along with this, the lateral electrode 12A 6 ~12A 10 or the first and second comb electrodes, is applied to the longitudinal electrodes 12B 1 voltage synchronized with or half cycle shifted square wave (e.g. 150 Hz, about 5V) is applied to.

縦電極12Bに加えた波形と同期した波形を加えた画素においては、実効的に電圧が印加されていない状態となるため表示は変化せず、縦電極12Bに加えた波形と半周期ずれた波形を加えた画素においては、実効的には10V程度の電圧が印加される状態となるため、飽和電圧以上の電圧となり、白表示と黒表示との間を相互に変化させ得る。 In the pixel plus vertical electrode 12B waveform synchronized with waveforms added to 1, the display for a state of effectively voltage is not applied is not changed, the waveform and the half period shift made to the vertical electrodes 12B 1 In the pixel to which the waveform is added, since a voltage of about 10 V is effectively applied, the voltage becomes equal to or higher than the saturation voltage and can be changed between white display and black display.

たとえば白表示したい画素には、第1、第2櫛歯電極に半周期ずれた矩形波を印加し、横電極12A〜12A10には電圧を印加しない。黒表示したい画素には、横電極12A〜12A10に半周期ずれた矩形波を印加し、第1、第2櫛歯電極には電圧を印加しない。 For example, a rectangular wave shifted by a half cycle is applied to the first and second comb electrodes and no voltage is applied to the horizontal electrodes 12A 6 to 12A 10 to the pixels that are desired to be displayed in white. The pixel to be black display, a square wave shifted by a half period in the horizontal electrode 12A 6 ~12A 10 is applied, first, no voltage is applied to the second comb electrodes.

縦電極12Bの後、縦電極12B〜12Bに対しても矩形波を印加し、同様に駆動することで、マトリクス表示が可能となる。書き換えられた表示は半永久的に保持することが可能であり、高コントラスト比と両立できる。 After the vertical electrodes 12B 1, also by applying a rectangular wave with respect to the longitudinal electrodes 12B 2 ~12B 9, by driving in the same manner, a matrix display can be performed. The rewritten display can be held semipermanently and can be compatible with a high contrast ratio.

実施例による液晶表示素子は、たとえば上述の線順次書き換え法(線順次駆動法)等の、メモリ性を利用した駆動方法で駆動することができる。表示の書き換え時以外は電力を消費しない、超低消費電力駆動が可能である。特に反射型ディスプレイに適用した場合、メリットは大きい。また、高価なTFT等を用いることなく、単純マトリクス表示により、大容量のドットマトリクス表示を行うことができる。すなわち、低コストで大容量の表示を行うことが可能である。   The liquid crystal display element according to the embodiment can be driven by a driving method using memory characteristics such as the above-described line-sequential rewriting method (line-sequential driving method). Ultra-low power consumption driving is possible that does not consume power except during display rewriting. Particularly when applied to a reflective display, the merit is great. Further, large-capacity dot matrix display can be performed by simple matrix display without using expensive TFTs or the like. That is, a large-capacity display can be performed at low cost.

更に、実施例による液晶表示素子は、たとえば図1及び図6〜図10を参照して説明した製造方法で、安価に製造することができる。製造方法は、配向膜材料、ラビング条件(押し込み量の制御)、配向膜の焼成条件等を除き、一般的なツイステッドネマチック型液晶表示素子の製造方法とほぼ等しいため、一般的なツイステッドネマチック型液晶表示素子と比較してコストアップの要因は少ない。   Furthermore, the liquid crystal display element according to the embodiment can be manufactured at low cost by the manufacturing method described with reference to FIGS. 1 and 6 to 10, for example. The manufacturing method is almost the same as the manufacturing method of a general twisted nematic liquid crystal display element except for the alignment film material, rubbing conditions (control of the amount of pressing), firing conditions of the alignment film, etc. There are few factors of cost increase compared with a display element.

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。     As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not limited to these.

たとえば、実施例においては、偏光板をクロスニコルに配置しノーマリホワイト表示の液晶表示素子としたが、偏光板を平行ニコルに配置しノーマリブラック表示の液晶表示素子としてもよい。ただノーマリホワイトとした方が高コントラスト比での表示を実現しやすいであろう。ノーマリホワイト表示の場合、良好な黒表示を得るためには、上側及び下側偏光板16a、16bの透過軸方向のなす角度は、90°付近であることが望ましい。   For example, in the embodiments, the polarizing plates are arranged in crossed Nicols to obtain a normally white display liquid crystal display element, but the polarizing plates may be arranged in parallel Nicols to form a normally black display liquid crystal display element. However, it would be easier to achieve a display with a high contrast ratio if it is normally white. In the case of normally white display, in order to obtain good black display, the angle formed by the transmission axis directions of the upper and lower polarizing plates 16a and 16b is preferably about 90 °.

また、実施例においてはツイスト角を90°としたが、その他の角度とすることもできる。その場合、白表示での明るさを明るくするために、液晶層内のリターデーション値を調整する必要があろう。   In the embodiment, the twist angle is 90 °, but other angles may be used. In that case, it is necessary to adjust the retardation value in the liquid crystal layer in order to increase the brightness in white display.

更に、実施例においては下側基板10bにのみ、横電界を生じさせる電極を形成したが、下側基板10bだけでなく、上側基板10aにも形成することができる。横電界を生じさせる電極は、上側基板10a、下側基板10bのうちの少なくとも一方に形成すればよい。   Furthermore, in the embodiment, an electrode for generating a lateral electric field is formed only on the lower substrate 10b, but it can be formed not only on the lower substrate 10b but also on the upper substrate 10a. The electrode that generates the lateral electric field may be formed on at least one of the upper substrate 10a and the lower substrate 10b.

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。     It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.

液晶表示素子全般、たとえば単純マトリクス駆動を行う液晶表示素子全般に利用することができる。また、低消費電力、広い視角特性、低価格等が求められる液晶表示素子に利用可能である。   It can be used for all liquid crystal display elements, for example, all liquid crystal display elements that perform simple matrix driving. Further, it can be used for a liquid crystal display element that requires low power consumption, wide viewing angle characteristics, low price, and the like.

メモリ性を有する点からは、たとえば省電力で頻繁な書き換えを必要としない情報機器(パーソナルコンピュータ、携帯情報端末等)の表示面等、反射型、透過型、投射型のディスプレイに好ましく適用可能である。また、磁気記録ないし電気記録されたカードの情報表示面、児童用玩具、電子ペーパー等に利用することができる。   From the point of having memory properties, it can be preferably applied to reflective, transmissive, and projection displays, such as the display surface of information equipment (personal computer, portable information terminal, etc.) that does not require frequent rewriting, for example, with low power consumption. is there. Further, it can be used for information display surfaces of magnetically recorded or electrically recorded cards, toys for children, electronic paper, and the like.

更に、災害発生時の停電に際しても表示を保つためのディスプレイに利用可能である。   Furthermore, it can be used as a display for maintaining display even in the event of a power failure in the event of a disaster.

10a 上側基板
10b 下側基板
11a 上側透明基板
11b 下側透明基板
12a 上側ベタ電極
12b 下側ベタ電極
12c 第1櫛歯電極
12d 第2櫛歯電極
13 絶縁膜
14a 上側配向膜
14b 下側配向膜
15 液晶層
16a 上側偏光板
16b 下側偏光板
20 電源
10a Upper substrate 10b Lower substrate 11a Upper transparent substrate 11b Lower transparent substrate 12a Upper solid electrode 12b Lower solid electrode 12c First comb electrode 12d Second comb electrode 13 Insulating film 14a Upper alignment film 14b Lower alignment film 15 Liquid crystal layer 16a Upper polarizing plate 16b Lower polarizing plate 20 Power supply

Claims (4)

第1の電極を備え、配向処理された第1の基板と、
前記第1の基板と平行に対向配置され、第2の電極を備え、配向処理された第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層と
を有し、
前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が捩れる旋回方向を第1旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第1旋回方向とは反対の第2旋回方向への旋回性を与え、
前記液晶層には、前記第1の電極と前記第2の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせることが可能であり、
前記第1の基板、前記第2の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせることが可能な電極が形成されており、
前記第1の基板ならびに前記第2の基板に対する配向処理、及び、前記液晶層へのカイラル剤の添加は、前記液晶層に付加する電界の方向により、前記液晶層の液晶分子が、フォーカルコニック配列状態と、リバースツイスト配列状態との間で相互に遷移するように行われている液晶表示素子。
A first substrate comprising a first electrode and subjected to orientation treatment;
A second substrate disposed in parallel and opposite to the first substrate, provided with a second electrode, and subjected to an orientation treatment;
A liquid crystal layer that is disposed between the first substrate and the second substrate, includes a chiral agent, and has a twist alignment;
In the case where the liquid crystal layer does not contain the chiral agent, when the turning direction in which the liquid crystal molecules are twisted is the first turning direction, the chiral agent is in the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer opposite to the first turning direction. Giving the ability to turn in the second turning direction,
In the liquid crystal layer, it is possible to generate an electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer by applying a voltage to the first electrode and the second electrode,
At least one of the first substrate and the second substrate is formed with an electrode capable of generating an electric field in a direction perpendicular to the thickness direction of the liquid crystal layer by applying a voltage,
The alignment treatment for the first substrate and the second substrate, and the addition of a chiral agent to the liquid crystal layer, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are arranged in a focal conic arrangement depending on the direction of the electric field applied to the liquid crystal layer. A liquid crystal display element that is configured to transition between a state and a reverse twist arrangement state.
前記第1及び第2の基板に、20°以上85°以下のプレティルト角が発現するように配向処理がなされ、カイラルピッチをp、前記液晶層の厚さをdとしたとき、d/pが0.5以上2以下となるように、前記液晶層にカイラル剤が添加されている請求項1に記載の液晶表示素子。   The first and second substrates are subjected to an alignment treatment so that a pretilt angle of 20 ° or more and 85 ° or less is expressed, where the chiral pitch is p and the thickness of the liquid crystal layer is d, d / p is The liquid crystal display element according to claim 1, wherein a chiral agent is added to the liquid crystal layer so as to be 0.5 or more and 2 or less. 前記第1及び第2の基板に、35°以上55°以下のプレティルト角が発現するように配向処理がなされ、d/pが0.5以上1.2以下となるように、前記液晶層にカイラル剤が添加されている請求項2に記載の液晶表示素子。   In the liquid crystal layer, the first and second substrates are subjected to an alignment treatment so that a pretilt angle of 35 ° or more and 55 ° or less is developed, and d / p is 0.5 or more and 1.2 or less. The liquid crystal display element according to claim 2, wherein a chiral agent is added. 前記第2の基板は、
透明基板と、
前記透明基板上に形成された前記第2の電極と、
前記第2の電極上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された、第1及び第2の櫛歯電極であって、櫛歯部分が交互に配置されている第1及び第2の櫛歯電極と、
前記第1及び第2の櫛歯電極を覆うように前記絶縁膜上に形成された配向膜と
を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶表示素子。
The second substrate is
A transparent substrate;
The second electrode formed on the transparent substrate;
An insulating film formed on the second electrode;
First and second comb electrodes formed on the insulating film, wherein the comb teeth portions are alternately arranged; and
The liquid crystal display element according to claim 1, further comprising an alignment film formed on the insulating film so as to cover the first and second comb electrodes.
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