JP2013195996A - 液晶表示素子及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多様な表示を行う。
【解決手段】 配向処理された第１の基板と、第１の基板と平行に対向配置され、配向処理された第２の基板と、第１の基板と第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、液晶層が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、カイラル剤は液晶層の液晶分子に、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、第１の基板及び第２の基板には電極が形成され、電極は、液晶層の一部に、液晶層の厚さ方向の電界、または、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できる液晶表示素子を提供する。
【選択図】 図３

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、及びその駆動方法に関する。

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、一例として電気光学特性の飽和電圧以上の電圧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。

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遷移する。

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遷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）に再遷移するため、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。

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（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がエネルギ的にほぼ等しく、電圧無印加時において、それぞれ安定的に保持される性質）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。

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 ;TFT)を用いた液晶表示素子双方の長所を有する。

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。

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間の遷移を利用して表示を行う液晶素子の発明が特許文献４に開示されている。特許文献４記載の液晶素子においては、各配列状態を相互にスイッチング可能である。しかし各配列状態による表示は選択的であり、たとえば黒表示、白表示は可能であってもグレイ表示（中間調表示）を行うことはできない。

ＴＦＴを用いたＦＦＳモードの液晶表示パネルの発明が特許文献５に記載されている。特許文献５記載の発明によれば、液晶表示パネルの実質的な開口率を向上させ、表示の明るさ、コントラストを改善し、表示品質を高めることができる。特許文献５に示される構造は、カイラル剤を含まないパラレル配向液晶層を有する液晶素子には適用可能であるが、たとえば特許文献４記載の、二つの安定的な配列状態をスイッチして表示を行うリバースツイステッドネマチック型液晶表示素子には適さない。なお、特許文献５に中間調表示に関する記載はない。

ＦＦＳモードで駆動する場合、液晶層をパラレル配向とすることが一般的である。また、画素電極としてＴＦＴと接続された櫛歯電極を用いることが多く、コモン電極としては櫛歯電極の下方にベタ電極を設けることが一般的である。この場合、対向基板には電極を形成しないことが多い。

特許２５１０１５０号公報 特開２００７−２９３２７８号公報 特開２０１０−１８６０４５号公報 特開２０１１−１０７３７６号公報 特許４２３８８７７号公報

本発明の目的は、多様な表示を行うことのできる液晶表示素子、及びその駆動方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、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、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、前記第１の基板及び前記第２の基板には電極が形成され、前記電極は、前記液晶層の一部に、前記液晶層の厚さ方向の電界、または、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できる液晶表示素子が提供される。

また、本発明の他の観点によれば、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、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、前記第１の基板及び前記第２の基板には電極が形成され、前記電極は、前記液晶層の一部に、前記液晶層の厚さ方向の電界、または、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できる液晶表示素子の駆動方法であって、前記電極は、前記第１の基板に形成された第１の電極と、前記第２の基板に形成された第２、第３、第４の電極とを含み、前記第３、第４の電極は、前記第２の電極上方に絶縁膜を介して形成された櫛歯電極であって、櫛歯部分が交互に配置されている櫛歯電極であり、前記第１の電極と前記第３の電極との間に電位差を与えることで、前記液晶層の一部をスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移させる液晶表示素子の駆動方法が提供される。

更に、本発明の他の観点によれば、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、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、前記第１の基板及び前記第２の基板には電極が形成され、前記電極は、前記液晶層の一部に、前記液晶層の厚さ方向の電界、または、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できる液晶表示素子の駆動方法であって、前記電極は、前記第１の基板に形成された第１の電極と、前記第２の基板に形成された第２、第３、第４の電極とを含み、前記第３、第４の電極は、前記第２の電極上方に絶縁膜を介して形成された櫛歯電極であって、櫛歯部分が交互に配置されている櫛歯電極であり、前記第３の電極と前記第４の電極との間に電位差を与えることで、前記液晶層の一部をリバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態に遷移させる液晶表示素子の駆動方法が提供される。

また、本発明の他の観点によれば、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、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、前記第１の基板及び前記第２の基板には電極が形成され、前記電極は、前記液晶層の一部に、前記液晶層の厚さ方向の電界、または、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できる液晶表示素子の駆動方法であって、前記電極は、前記第１の基板に形成された第１の電極と、前記第２の基板に形成された第２、第３、第４の電極とを含み、前記第３、第４の電極は、前記第２の電極上方に絶縁膜を介して形成された櫛歯電極であって、櫛歯部分が交互に配置されている櫛歯電極であり、前記第２の電極と前記第３、第４の電極の一方との間に電位差を与えることで、前記液晶層の一部をリバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態に遷移させる液晶表示素子の駆動方法が提供される。

更に、本発明の他の観点によれば、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、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、前記第１の基板及び前記第２の基板には電極が形成され、前記電極は、前記液晶層の一部に、前記液晶層の厚さ方向の電界、または、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できる液晶表示素子の駆動方法であって、前記電極は、前記第１の基板に形成された第１の電極と、前記第２の基板に形成された第２、第５の電極とを含み、前記第５の電極は、前記第２の電極上方に絶縁膜を介して形成されたスリット電極であり、前記第１の電極と前記第５の電極との間に電位差を与えることで、前記液晶層の一部をスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移させる液晶表示素子の駆動方法が提供される。

本発明によれば、多様な表示を行うことの可能な液晶表示素子、及びその駆動方法を提供することができる。

図１は、第１の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図である。 図２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。 図３Ａ〜図３Ｅは、電圧印加時の電界方向を示す概略的な断面図である。 図４Ａ〜図４Ｃは、第１の実施例による液晶表示素子の外観写真である。 図５Ａ〜図５Ｃは、第１の実施例による液晶表示素子の光学特性を示すグラフである。 図６Ａ〜図６Ｃは、液晶層の一部に縦電界を付加した液晶表示素子の写真である。 図７は、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄの形成態様の他の例（変形例）を示す概略的な断面図である。 図８Ａは、第２の実施例による液晶表示装置を示す模式図であり、図８Ｂは、画素部３４の電極構造を示す概略的な平面図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ第３の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図及び平面図である。 図１０Ａ〜図１０Ｇは、第３の実施例による液晶表示素子の製造方法を示す概略的な断面図である。 図１１Ａ〜図１１Ｄは、第３の実施例による液晶表示素子の製造方法を示す概略的な断面図である。 図１２Ａは、第３の実施例による液晶表示素子完成後（初期状態）の画素領域を示す写真であり、図１２Ｂは、共通電極１２ａと下側ベタ電極１２ｂとの間に電圧を印加し、液晶層１５に縦電界を付加した後の画素領域を示す写真である。 図１３Ａ及び図１３Ｂは、それぞれ第４の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図及び平面図である。 図１４Ａ〜図１４Ｇは、第４の実施例による液晶表示素子の製造方法を示す概略的な断面図である。 図１５Ａ〜図１５Ｅは、第４の実施例による液晶表示素子の製造方法を示す概略的な断面図である。

図１は、第１の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図である。

まず第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を説明する。

透明導電膜、たとえばＩＴＯ膜が形成された透明基板、たとえばガラス基板を２枚（上側透明基板１１ａ、下側透明基板１１ｂ）準備し、これらを洗浄した。

上側透明基板１１ａ上のＩＴＯ膜をフォトリソ工程を用いてパターニングし、上側透明基板１１ａ上に上側ベタ電極１２ａを形成した。パターニングは、取り出し電極部分（端子部分）と表示の画素に当たる部分にＩＴＯ膜が残るように行った。ＩＴＯ膜のエッチングは、第二塩化鉄を用いたウェットエッチングで実施した。なおレーザビームを照射し、照射位置のＩＴＯ膜を除去することでパターニングを行ってもよい。

下側透明基板１１ｂ上のＩＴＯ膜をフォトリソ工程を用いてパターニングし、下側透明基板１１ｂ上に下側ベタ電極１２ｂを形成した。形成方法は、上側透明基板１１ａ上の上側ベタ電極１２ａの形成方法と同様である。

下側ベタ電極１２ｂの形成後、下側ベタ電極１２ｂ上を含む下側透明基板１１ｂ上に絶縁膜１３を形成した。絶縁膜１３は、たとえば下側ベタ電極１２ｂの取り出し電極部分には形成しない。絶縁膜１３は、下側ベタ電極１２ｂの取り出し電極部分にレジストを形成し、絶縁膜１３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を覆った状態でスパッタ等により形成する方法により形成可能である。絶縁膜１３は、有機絶縁膜やＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ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_２の積層膜を絶縁膜１３として用いた。

実施例においては、まず下側ベタ電極１２ｂの取り出し電極部分に耐熱性フィルム（ポリイミドテープ）を貼り、その状態で有機絶縁膜をスピンコートした。２０００ｒｐｍで３０秒間スピンさせる条件で、膜厚１μｍの有機絶縁膜を得た。

次に、有機絶縁膜が形成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_２膜をスパッタ法（交流放電）により厚さ１０００Åに成膜した。ＳｉＯ_２膜は、真空蒸着法、イオンビーム法、ＣＶＤ(chemical vapor deposition)法等を用いて成膜することもできる。

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_２膜を除去することができた。続いて、ＳｉＯ_２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。

ＳｉＯ_２膜の形成は必須ではないが、ＳｉＯ_２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。

有機絶縁膜を形成せず、絶縁膜１３をＳｉＯ_２膜のみで構成してもよい。ＳｉＯ_２膜は多孔質になりやすいため、この場合には、ＳｉＯ_２膜の厚さを４０００Å〜８０００Åとすることが望ましい。ＳｉＯ_２膜とＳｉＮ_ｘ膜との積層膜からなる無機絶縁膜１３とすることもできる。

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。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、及び電極１２ｃ、１２ｄの取り出し電極を形成した。

図２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、及び、第２櫛歯電極１２ｄ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。

以上のような工程を経て、上側ベタ電極１２ａの形成された上側透明基板１１ａ、及び、下側ベタ電極１２ｂ及びその上方に絶縁膜１３を介して第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄが形成された下側透明基板１１ｂを準備した。そしてこの２枚の電極付透明基板１１ａ、１１ｂを洗浄、乾燥した。洗浄は、たとえば水洗、一例として、洗剤を使用したまたは使用しない純水洗浄を実施する。ブラシ洗浄、スプレー洗浄等とすることができる。水切りの後、ＵＶ洗浄をし、ＩＲ乾燥を行う。

電極付透明基板上１１ａ、１１ｂに、電極１２ａ、１２ｃ、１２ｄを覆うように配向膜材料を塗布する。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。実施例においては、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コントロールし、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。

配向膜材料を塗布した基板１１ａ、１１ｂについて、クリーンオーブンで焼成温度を２００℃とし１時間の焼成を行った。こうして上側ベタ電極１２ａを覆う上側配向膜１４ａ、及び第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄを覆う下側配向膜１４ｂが形成された。

次に、ラビング処理（配向処理）を行った。ラビング処理は、押し込み量を０．８ｍｍ（ストロングラビング条件）として行った。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。

こうして上側基板１０ａ、及び下側基板１０ｂが作製された。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を覆うように形成された上側配向膜１４ａを備える。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上に櫛歯部分がインターデジタルに配置された第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ、及び第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄを覆うように形成された下側配向膜１４ｂを備える。

続いて、液晶セルの厚さを一定に保つため、基板１０ａ、１０ｂの一方の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した。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。

基板１０ａ、１０ｂの他方の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。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。

基板１０ａ、１０ｂを重ね合わせた。基板１０ａ、１０ｂ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た。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。

たとえば真空注入法で空セルにネマチック液晶材料、一例として（株）メルク製のＺＬＩ−２２９３を注入した。液晶材料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（ｄ＝４μｍ、ｐ＝８μｍ）となるように添加した。

液晶注入口を、たとえば紫外線硬化タイプのエンドシール材で封止し、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。

その後、スクライバ装置で透明基板１１ａ、１１ｂ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、面取りと洗浄を実施した。

最後に、２枚の透明基板１１ａ、１１ｂの液晶層１５と反対側の面に、偏光板１６ａ、１６ｂを貼付した。２枚の偏光板１６ａ、１６ｂ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。電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ間には電源２０を接続した。

こうして第１の実施例による液晶表示素子が作製された。

第１の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間に挟持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。

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。

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、図１の左右方向に沿って互い違いに配置されている。

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。

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、たとえば７０°または９０°の角度をなしている。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７０°または９０°をなす方向である。上側及び下側基板１０ａ、１０ｂの配向処理方向とプレティルト角の組み合わせで規定される液晶層１５の液晶分子の配列状態は、第１旋回方向に捩れるリバースツイスト配列状態である。

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。カイラル剤の影響力のもとで生じる液晶分子の配列状態は、第１旋回方向とは逆の第２旋回方向に捩れるスプレイツイスト配列である。

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（電位差を与える）ことが可能である。

図３Ａ〜図３Ｅは、電圧印加時の電界方向を示す概略的な断面図である。

図３Ａを参照する。たとえば上側、下側ベタ電極１２ａ、１２ｂ間に交流電圧を印加することにより、液晶層１５（画素領域）全体（上側、下側ベタ電極１２ａ、１２ｂ間に配置される液晶層１５）に縦電界（液晶層１５の厚さ方向の電界）を付加することができる。

図３Ｂを参照する。たとえば下側ベタ電極１２ｂ及び第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ間（下側ベタ電極１２ｂと第１櫛歯電極１２ｃ間、及び、下側ベタ電極１２ｂと第２櫛歯電極１２ｄ間）に交流電圧を印加することで、液晶層１５（画素領域）全体（下側ベタ電極１２ｂ上方の液晶層１５。第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ上方、及び、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ間の領域上方の液晶層１５）に横電界（液晶層１５の厚さ方向と直交する方向の電界、基板１０ａ、１０ｂ面内方向の電界）を発生させることができる。なお、電極１２ｂと電極１２ｃ、１２ｄとの間に電圧を印加することにより、液晶層１５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。図３Ｂに示す態様のＦＦＳモードで液晶層１５に発生する横電界は、図１における左右方向に沿う電界である。

図３Ｃを参照する。上側ベタ電極１２ａと、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄとの間に交流電圧を印加することにより、液晶層１５（画素領域）の一部、たとえば第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ上方の液晶層１５に縦電界を付加することができる。

図３Ｄを参照する。第１櫛歯電極１２ｃと第２櫛歯電極１２ｄとの間に交流電圧を印加することにより、液晶層１５（画素領域）の一部、たとえば第１櫛歯電極１２ｃと第２櫛歯電極１２ｄとの間の液晶層１５に横電界を付加することができる。なお、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ間への電圧の印加により液晶層（画素領域）の一部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(in-plane switching mode)と呼ぶ。

図３Ｅを参照する。下側ベタ電極１２ｂと第１櫛歯電極１２ｃとの間に交流電圧を印加することにより、液晶層１５（画素領域）の一部、たとえば第１櫛歯電極１２ｃの櫛歯部分及びその近傍上方の液晶層１５に横電界を付加することができる。なお同様に、下側ベタ電極１２ｂと第２櫛歯電極１２ｄとの間に交流電圧を印加することにより、第２櫛歯電極１２ｄの櫛歯部分及びその近傍上方の液晶層１５に横電界を付加することも可能である。

図４Ａ〜図４Ｃは、第１の実施例による液晶表示素子の外観写真である。なお、図４Ａ〜図４Ｃ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形成領域の外観写真である。

図４Ａに、第１の実施例による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、液晶分子はスプレイツイスト配列状態となる。明るい白表示が得られている。

この状態において、図３Ａに示すように、上側ベタ電極１２ａと下側ベタ電極１２ｂとの間に閾値電圧以上の交流電圧を印加した。両電極１２ａ、１２ｂ間への電圧の印加により、液晶層１５（画素領域）全体に縦電界が生じる。

図４Ｂは、電極１２ａ、１２ｂ間に電圧を印加した後の外観写真である。正面観察においても、明瞭な黒表示が得られている。全体がスプレイツイスト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。逆にこのことから両電極１２ａ、１２ｂ間への電圧の印加で、液晶層１５（画素領域）全体に縦電界が発生することが確認される。

図５Ａ〜図５Ｃは、第１の実施例による液晶表示素子の光学特性を示すグラフである。図５Ａ〜図５Ｃには、上側基板１０ａ、下側基板１０ｂのラビング処理方向間の角度を７０°として作製した液晶表示素子についての光学特性を示した。

図５Ａを参照する。図５Ａは、コントラスト比（スプレイツイスト配列状態での透過率／リバースツイスト配列状態での透過率）の方位及び極角依存性を示す。図中のＲ_Ｕは上側基板１０ａに対して行われたラビング処理の方向を示し、Ｒ_Ｌは下側基板１０ｂに対するそれを示す。Ａの矢印方向と平行な方向で上側偏光板１６ａの透過軸方向を表し、Ｐの矢印方向と平行な方向で下側偏光板１６ｂの透過軸方向を表す。また、太い矢印方向と平行な方向（９０°−２７０°方位）は、液晶層１５の液晶分子の配列状態がリバースツイスト配列状態であるときの、液晶層１５の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方向を示す。ここで０°−１８０°方位は、図１における左右方向に相当する。すなわち、液晶層１５の液晶分子の配列状態がリバースツイスト配列状態であるときの、液晶層１５の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方向と、図３Ｂに示す態様のＦＦＳモードで発生する横電界の方向とは、相互に直交する方向である。なおこの点は、上側基板１０ａ、下側基板１０ｂのラビング処理方向間の角度を９０°として作製した液晶表示素子についても同様である。

図５Ｂに、９０°−２７０°方位に関する透過率の極角依存性を示す。基板１０ａ、１０ｂの法線方向（液晶表示素子の正面観察方向）の極角を０°とし、２７０°方位に傾く傾き角を正の極角で表し、９０°方位に傾く傾き角を負の極角で表した。図５Ｂのグラフの横軸は極角を単位「°」で示し、縦軸は透過率を単位「％」で示す。黒菱形を結んだ曲線（「Ｓ−ｔ」と表記）は、液晶分子がスプレイツイスト配列状態であるときの透過率の極角依存性を示し、黒四角を結んだ曲線（「Ｕ−ｔ」と表記）は、液晶分子がリバースツイスト配列状態であるときのそれを示す。

スプレイツイスト配列状態であるときの正面観察時透過率は約１２．６％であり、リバースツイスト配列状態であるときのそれは約０．０２％である。

図５Ｃに、９０°−２７０°方位に関するコントラスト比の極角依存性を示す。図５Ｃのグラフの横軸は、図５Ｂのそれと等しい。縦軸はコントラスト比を示す。第１の実施例による液晶表示素子においては、正面観察時にコントラスト比が最大（最大値５６６）となる。

なお、上側、下側基板１０ａ、１０ｂのラビング処理方向間の角度を９０°として作製した液晶表示素子についても同様の結果が得られた。このように第１の実施例による液晶表示素子は、たとえば明るい白表示、明瞭な黒表示で表示を行うことのできる、光学特性のすぐれた液晶表示素子である。

図４Ｃを参照する。本願発明者らは、次に、図３Ｂに示すように、下側ベタ電極１２ｂと第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄとの間に閾値電圧以上の交流電圧を印加し、液晶層１５（画素領域）全体に横電界（第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄが互い違いに配置される方向、図１及び図３Ｂにおいては左右方向に沿う電界）を発生させた。

図４Ｃは、図４Ｂに示す状態の液晶表示素子に、図３Ｂに示す態様の横電界を付加した後の外観写真である。全面が初期状態と同様の白表示状態を示すスプレイツイスト配列状態に再遷移していることがわかる。

液晶層１５の厚さ方向の中央に位置する液晶分子が、縦電界の付加により、横方向（水平方向）から縦方向（垂直方向）に傾くことで、スプレイツイスト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、液晶層１５の厚さ方向の中央に位置する液晶分子が、横電界の付加により、縦方向から横方向（液晶層１５の厚さ方向の中央に位置する液晶分子のスプレイツイスト配列状態におけるダイレクタ方向）に傾くことで、リバースツイスト配列状態からスプレイ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。

なお、リバースツイスト配列状態の液晶層１５に縦電界を付加した場合は、リバースツイスト配列状態が維持され、スプレイツイスト配列状態の液晶層１５に横電界を付加した場合は、スプレイツイスト配列状態が維持される。

続いて図３Ｃに示すように、上側ベタ電極１２ａと、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄとの間に、閾値電圧以上の交流電圧を印加した。電極１２ａと電極１２ｃ、１２ｄとの間への電圧の印加により、液晶層１５の一部（第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ上方の液晶層１５）に効果的に縦電界が生じる。このため、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ上方の液晶分子が、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移する。両櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ間の領域上方については、スプレイツイスト配列状態が維持される。

図６Ａ〜図６Ｃは、液晶層の一部に縦電界を付加した液晶表示素子の写真である。図６Ａが全体写真、図６Ｂが拡大写真、図６Ｃが顕微鏡写真を示す。なお、図６Ａ〜図６Ｃ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写真である。たとえば「Ｓ」、「Ｔ」、「Ａ」、「Ｎ」、「Ｌ」、「Ｅ」、「Ｙ」、「Ｌ」、「Ｃ」、「Ｄ」、「ｓ」の各文字は、２０μｍ／２０μｍのライン（第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄの櫛歯部分の電極幅）／スペース（互い違いに配置された第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄの櫛歯部分間の距離）でパターニングされている部分（第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄの櫛歯部分の配置領域）で表示される。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、「Ｓ」、「Ｔ」、「Ａ」、「Ｎ」、「Ｌ」、「Ｅ」、「Ｙ」、「Ｌ」、「Ｃ」、「Ｄ」、「ｓ」の各文字が、白（スプレイツイスト配列状態による表示）と黒（リバースツイスト配列状態による表示）の中間的な色調（明るさ）、すなわちグレイで表示されているのがわかる。

図６Ｃはグレイ表示（中間調表示）されている部分を含む領域の顕微鏡写真である。グレイ表示部分には、微視的には、黒表示部分（リバースツイスト配列状態部分）と白表示部分（スプレイツイスト配列状態部分）とがストライプ状に配置している。電極１２ａと電極１２ｃ、１２ｄとの間に電圧を印加することで、黒表示（リバースツイスト配列状態）に遷移したのは、平面視上、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄの櫛歯部分配置領域もしくは櫛歯部分の幅より少し広い領域であった。その他の領域は、白表示（スプレイツイスト配列状態）が維持された。顕微鏡観察によれば、黒表示部分と白表示部分とがストライプ状に配置しているが、目視では黒と白のストライプは観察されず、自然なグレイ表示となる。これは黒表示部分と白表示部分のストライプ状分布が、人間の目の分解能以上の精細度を有しているためと考えられる。

なお、図６Ａ〜図６Ｃの写真に示した例においては、ライン／スペースが２０μｍ／２０μｍであったが、５０μｍ〜１００μｍ／５０μｍ〜１００μｍ程度以下であれば、目視では自然なグレイ表示が観察される。

本願発明者らは、リバースツイスト配列状態による黒表示、スプレイツイスト配列状態による白表示、及び、グレイ表示（リバースツイスト配列状態となる領域とスプレイツイスト配列状態となる領域とを１画素中に共存、混在させることによる表示）が、別途電圧を印加しない限り、そのままの状態で保持（メモリ）されていたことを確認した。

第１の実施例による液晶表示素子は、液晶分子の配列状態がリバースツイスト配列状態及びスプレイツイスト配列状態の双方で安定な、配列状態の双安定性を有する液晶表示素子であり、また、中間調表示により多様な表示が可能な液晶表示素子である。

本願発明者らは、ライン／スペースが２０μｍ／２０μｍ、セル厚４μｍの実施例に対し、ライン／スペースが２０μｍ／２０μｍ、セル厚１０μｍの参考例による液晶表示素子を作製し、同様の実験を行った。参考例による液晶表示素子の上側ベタ電極と、第１、第２櫛歯電極との間に電圧を印加したところ、第１の実施例とは異なり、グレイ表示を得ることはできなかった。顕微鏡で観察したところ、第１、第２櫛歯電極上方の液晶分子のみならず、両櫛歯電極間の領域上方の液晶分子もリバースツイスト配列状態に遷移していることが確認された。

参考例に対する実験から、ライン／スペースのサイズとセル厚がある条件をみたすときにグレイ表示（中間調表示）が実現されると考えられる。本願発明者らは、鋭意研究の結果、中間調表示の実現条件が、基本的にラインサイズ（第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄの櫛歯部分の電極幅）には依存せず、スペースサイズ（互い違いに配置された第１、第２櫛歯電極の櫛歯部分間の距離）とセル厚との関係が、中間調表示の実現に重要であることを見出した。セル厚ｄが１０μｍ未満の場合には中間調表示が得られたことから、櫛歯状電極のスペースサイズｓが、下式（１）

ｓ＞２×ｄ ・・（１）

を満たすときに、中間調表示が可能であるといえるであろう。

第１の実施例においては、上側ベタ電極１２ａと第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄとの間に電圧を印加して、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ上方の液晶層１５に縦電界を付加し、その位置の液晶分子をリバースツイスト配列状態に遷移させたが、上側ベタ電極１２ａと第１櫛歯電極１２ｃとの間のみ、もしくは上側ベタ電極１２ａと第２櫛歯電極１２ｄとの間のみに閾値電圧以上の交流電圧を印加しても中間調表示を実現することができる。

上側ベタ電極１２ａと第１櫛歯電極１２ｃとの間に電圧を印加した場合、第１櫛歯電極１２ｃ上方の液晶層１５に縦電界が付加され、その位置の液晶分子がスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移する。上側ベタ電極１２ａと第２櫛歯電極１２ｄとの間に電圧を印加した場合、第２櫛歯電極１２ｄ上方の液晶層１５に縦電界が付加されて、その位置の液晶分子がスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移する。

また実施例においては、ライン／スペースが２０μｍ／２０μｍ（ライン：スペース＝１：１）であるため、たとえば白表示（画素領域のすべての液晶分子がスプレイツイスト配列状態）時の透過率を１００％、黒表示（画素領域のすべての液晶分子がリバースツイスト配列状態）時の透過率を０％としたとき、透過率が約５０％となるグレイ表示が得られるが、ライン／スペースの比率を調整することにより、中間調表示の色調（明るさ）レベルを変更することも可能である。ライン及びスペースのサイズは、式（１）の条件の下で、任意に選択することができる。

図７に、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄの形成態様の他の例（変形例）を示す。本図には、第１櫛歯電極１２ｃのラインサイズ（櫛歯部分の電極幅）を２０μｍ、第２櫛歯電極１２ｄのそれを４０μｍ、両電極１２ｃ、１２ｄのスペースサイズを１０μｍとして形成した第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄを示した。すなわち、電極１２ｃのラインサイズ：電極１２ｄのラインサイズ：スペースサイズ＝２：４：１である。

このように第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄを形成した場合、上側ベタ電極１２ａと第１櫛歯電極１２ｃとの間に閾値電圧以上の電圧を印加すると、第１櫛歯電極１２ｃ上方の液晶層１５に縦電界が発生し、その位置の液晶分子がスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移する。このため、この電圧印加態様においては、透過率が約２５％の中間調表示が実現される。

また、上側ベタ電極１２ａと第２櫛歯電極１２ｄとの間に閾値電圧以上の電圧を印加すると、第２櫛歯電極１２ｄ上方の液晶層１５に縦電界が発生し、その位置の液晶分子がスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移するため、透過率が約５０％の中間調表示が実現される。

更に、上側ベタ電極１２ａと第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄとの間に閾値電圧以上の電圧を印加すると、第１及び第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ上方の液晶層１５に縦電界が発生し、その位置の液晶分子がスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移し、透過率が約７５％の中間調表示が実現される。

これらの中間調表示と、と液晶層１５（画素領域）全体の液晶分子がスプレイツイスト配列状態であるときの白表示、及び、液晶層１５（画素領域）全体の液晶分子がリバースツイスト配列状態であるときの黒表示を加え、変形例による液晶表示素子においては、透過率が均等な比率で（比例的に）変化する、５階調の表示を実現することができる。

変形例による液晶表示素子は、第１及び第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄのラインサイズが相互に異なる点に特徴を有する。更に、均等な比率で透過率が変更可能なように、各電極１２ｃ、１２ｄのラインサイズとスペースサイズを工夫している点に特徴を有する。変形例による液晶表示素子によれば、第１の実施例による液晶表示素子に比して、一層多様な表示を行うことができる。

ここまでの説明においては、スプレイツイスト配列状態である液晶層１５（画素領域）の一部に縦電界を発生させ中間調表示を行ったが、たとえば第１の実施例及び変形例による液晶表示素子に対し、図３Ｄを参照して説明したＩＰＳモードで液晶層１５（画素領域）の一部に横電界を生じさせて、中間調表示を行うことも可能である。たとえば液晶層１５（画素領域）全体の液晶分子がリバースツイスト配列状態である場合に、第１櫛歯電極１２ｃと第２櫛歯電極１２ｄとの間に交流電圧を印加すると、両電極１２ｃ、１２ｄの櫛歯部分間の領域及びその上方に横電界が発生し、その位置の液晶層１５の液晶分子がスプレイツイスト配列状態に遷移して中間調表示が行われる。

たとえば液晶層１５の液晶分子がリバースツイスト配列状態である第１の実施例による液晶表示素子にＩＰＳモードで横電界を付加（第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ間に交流電圧を印加）したときに得られる中間調表示の色調（明るさ）は、スプレイツイスト配列状態である液晶層１５（画素領域）の一部に縦電界を付加（上側ベタ電極１２ａと、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄとの間に交流電圧を印加）して行った中間調表示のそれとほぼ等しく、黒表示時の透過率を０％とし、白表示時の透過率を１００％としたときの透過率が約５０％となる。

また、図３Ｅを参照して説明した態様の電界を付加してリバースツイスト配列状態の液晶層１５（画素領域）の一部をスプレイツイスト配列状態に遷移させて、中間調表示を行うことも可能である。図３Ｅに示す態様の場合、第１櫛歯電極１２ｃの櫛歯部分形成領域及びその近傍上方の液晶層１５の液晶分子をスプレイツイスト配列状態に遷移させ、中間調表示を実現する。

液晶層１５（画素領域）の一部に横電界を発生させ、その領域の液晶分子をリバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態に遷移させる方法によれば、前記式（１）の関係が満たされていない場合であっても、中間調表示を得ることが可能である。このため、液晶層１５（画素領域）の一部に横電界を発生させ、その領域の液晶分子をリバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態に遷移させる駆動方法は、液晶層１５（画素領域）の一部に縦電界を発生させ、その領域の液晶分子をスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移させる駆動方法よりも、汎用性の高い駆動方法（表示切り替え方法）であるともいえる。ただし縦電界を利用する前記変形例の場合は５階調表示を行うことができるが、横電界を利用する場合は、たとえば３階調表示までしか行うことができない。

前述のように、実施例による液晶表示素子は、液晶分子の配列状態がリバースツイスト配列状態及びスプレイツイスト配列状態の双方で安定な、メモリ性を有する液晶表示素子である。双安定性を利用してディスプレイに応用することができ、その場合、メモリ性を利用した駆動が可能である。たとえばドットマトリクス表示を行う場合、ラインごとに表示の書き換えを行えばよく、白表示したい画素には横電界を付加し、黒表示したい画素には縦電界を付加する。また中間調表示を行いたい画素には、液晶層（画素領域）の一部に縦電界または横電界を付加する。様々な駆動方法が考えられる。以下、第２の実施例として、ＸＹ電極を使用したマトリクス表示を行う液晶表示装置について説明する。

図８Ａは、第２の実施例による液晶表示装置を示す模式図であり、図８Ｂは、画素部３４の電極構造を示す概略的な平面図である。

第２の実施例による液晶表示装置は、複数の画素部３４をマトリクス状に配列して構成される単純マトリクス型の液晶表示装置であり、各画素部３４として、第１の実施例による液晶表示素子と同様の画素構成が用いられている。具体的には、第２の実施例による液晶表示装置は、Ｘ方向に延びるｍ本の制御線Ｂ１〜Ｂｍと、これらの制御線Ｂ１〜Ｂｍに対して制御信号を与えるドライバー３１と、各々が制御線Ｂ１〜Ｂｍと交差してＹ方向に延びるｎ本の制御線Ａ１〜Ａｎと、これらの制御線Ａ１〜Ａｎに対して制御信号を与えるドライバー３２と、各々が制御線Ｂ１〜Ｂｍと交差してＹ方向に延びるｎ本の制御線Ｃ１〜Ｃｎ及びＤ１〜Ｄｎと、これらの制御線Ｃ１〜Ｃｎ及びＤ１〜Ｄｎに対して制御信号を与えるドライバー３３と、制御線Ｂ１〜Ｂｍと制御線Ａ１〜Ａｎとの各交点領域に画定された画素部３４とを含んで構成される。

各制御線Ｂ１〜Ｂｍ、Ａ１〜Ａｎ、Ｃ１〜Ｃｎ及びＤ１〜Ｄｎは、たとえばストライプ状に形成されたＩＴＯ等の透明導電膜からなる。制御線Ｂ１〜ＢｍとＡ１〜Ａｎとが交差する部分が上側ベタ電極１２ａ及び下側ベタ電極１２ｂとして機能する（図８Ｂ参照）。また、制御線Ｃ１〜Ｃｎについては、各画素部３４に相当する領域に設けられた、第１櫛歯電極１２ｃの櫛歯部分と接続されている。同様に、制御線Ｄ１〜Ｄｎについては、各画素部３４に相当する領域に設けられた、第２櫛歯電極１２ｄの櫛歯部分と接続されている。

第２の実施例による液晶表示装置の駆動方法の一例として、制御線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、・・とライン毎に表示書き換えを行う方法（線順次駆動法）について説明する。この場合、たとえば相対的に明るい表示（白表示に近くなる表示）としたい画素部３４には横電界を印加し、相対的に暗い表示（黒表示に近くなる表示）としたい画素部３４には縦電界を印加する。

一例として、黒表示または白表示を行う場合は、制御線Ｂ１には配向状態の遷移が生じない程度の矩形波電圧（たとえば１．５Ｖ程度で１５０Ｈｚ）を印加し、制御線Ａ１〜Ａｎ、Ｃ１〜Ｃｎ及びＤ１〜Ｄｎにはそれと同期し、もしくは半周期ずれた閾値電圧程度の矩形波電圧（たとえば１．５Ｖ程度で１５０Ｈｚ）を印加する。

詳細には、制御線Ａ１〜Ａｎのうち、黒表示としたい画素部３４に対応する制御線には、制御線Ｂ１に印加した矩形波電圧と半周期ずれた矩形波電圧を印加する。このとき制御線Ｃ１〜Ｃｎ及びＤ１〜Ｄｎには電圧を印加しない。それにより、画素部３４には実効的に３．０Ｖ程度の電圧が印加され、縦電界が付加される。この電圧が飽和電圧以上であるとすれば、液晶層１５に配向状態の遷移（リバースツイスト配列状態への遷移）を生じさせ、当該画素部３４の光透過率を変化させることができる。

一方、制御線Ａ１〜Ａｎのうち、表示を変化させる必要がない画素部３４に対応する制御線には、制御線Ｂ１に印加される矩形波電圧と同期した矩形波電圧を印加する。このときも制御線Ｃ１〜Ｃｎ及びＤ１〜Ｄｎには電圧を印加しない。それにより、当該画素部３４では実効的に電圧が印加されていない状態となる。したがって、液晶層１５には配向状態の遷移が生じず、光透過率が変化しない。

また、制御線Ｃ１〜ＣｎおよびＤ１〜Ｄｎのうち、白表示としたい画素部３４に対応する制御線には、制御線Ｂ１に印加した矩形波電圧と半周期ずれた矩形波電圧を印加する。このとき制御線Ａ１〜Ａｎには電圧を印加しない。それにより、画素部３４には実効的に３．０Ｖ程度の電圧が印加され、横電界が付加される。この電圧が飽和電圧以上であるとすれば、液晶層１５に配向状態の遷移（スプレイツイスト配列状態への遷移）を生じさせ、当該画素部３４の光透過率を変化させることができる。

一方、制御線Ｃ１〜ＣｎおよびＤ１〜Ｄｎのうち、表示を変化させる必要がない画素部３４に対応する制御線には、制御線Ｂ１に印加される矩形波電圧と同期した矩形波電圧を印加する。このときも制御線Ａ１〜Ａｎには電圧を印加しない。それにより、当該画素部３４では実効的に電圧が印加されていない状態となる。したがって液晶層１５には配向状態の遷移が生じず、光透過率が変化しない。

更に、グレイ表示（中間調表示）を行う場合は、一例として、黒表示を行っている（リバースツイスト配列状態である）画素部３４に対して、制御線Ｂ１には配向状態の遷移が生じない程度の矩形波電圧（たとえば１．５Ｖ程度で１５０Ｈｚ）を印加し、制御線Ｃ１〜Ｃｎにはそれと同期し、もしくは半周期ずれた閾値電圧程度の矩形波電圧（たとえば１．５Ｖ程度で１５０Ｈｚ）を印加する。

詳細には、制御線Ｃ１〜Ｃｎのうち、グレイ表示としたい画素部３４に対応する制御線には、制御線Ｂ１に印加した矩形波電圧と半周期ずれた矩形波電圧を印加する。このとき制御線Ａ１〜Ａｎ及びＤ１〜Ｄｎには電圧を印加しない。それにより、画素部３４のうち、第１櫛歯電極１２ｃの櫛歯部分及びその近傍上方の液晶分子には実効的に３．０Ｖ程度の電圧が印加され、横電界が付加される。この電圧が飽和電圧以上であるとすれば、当該領域の液晶分子に配列状態の遷移（スプレイツイスト配列状態への遷移）を生じさせ、当該領域（画素部３４の約半分の領域）の光透過率を変化させることができる。

一方、制御線Ｃ１〜Ｃｎのうち、表示を変化させる必要がない画素部３４に対応する制御線には、制御線Ｂ１に印加される矩形波電圧と同期した矩形波電圧を印加する。このときも制御線Ａ１〜Ａｎ及びＤ１〜Ｄｎには電圧を印加しない。それにより、当該画素部３４では実効的に電圧が印加されていない状態となる。したがって液晶層１５には配向状態の遷移が生じず、光透過率が変化しない。

なお、制御線Ｂ１と制御線Ｃ１〜Ｃｎに同期し、もしくは半周期ずれた電圧を印加する例を示したが、制御線Ｂ１と制御線Ｄ１〜Ｄｎに同期し、もしくは半周期ずれた電圧を印加してもよい。

以上のような駆動を制御線Ｂ２、Ｂ３、・・と順次実行していくことによりドットマトリクス表示が可能となる。このような駆動により書き換えられた表示状態は半永久的に保持することが可能である。この表示を書き換えるには再び制御線Ｂ１から上記の制御を実行すればよい。

なお、Ｃ１〜ＣｎもしくはＤ１〜Ｄｎの電極幅や、印加する電圧の周期を変えることにより、更に細かな中間調表示も可能である。

また、ここでは櫛歯電極の電極幅が均一である場合について述べたが、場所により電極幅が異なっていてもよい。電極幅が均一である場合、得られる中間調表示の濃淡のパターンによりモアレ模様が見えることがあるが、それを低減させることが可能である。

なお、ここではいわゆる単純マトリクス型の液晶表示装置の例を示したが、ＴＦＴ等を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置とすることも可能である。アクティブマトリクス型の液晶表示装置の場合には制御線Ｂ１等のライン毎に書き換える必要がなくなるので、書き換え時間を短縮できる。また、閾値に対してたとえば２倍以上の電圧の印加も可能になるため、更に高速に書き換えが可能となる。

以下、第３、第４の実施例としてＴＦＴを用いた液晶表示素子について説明する。

図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ第３の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図及び平面図である。図９Ａは、図９Ｂの９Ａ−９Ａ線に沿う断面図である。図９Ｂは、およそ１画素を示し、Ｘ方向、Ｙ方向に沿って同様の画素が多数形成されている。

第３の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間に挟持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。

上側基板１０ａは、上側透明基板１１ａ、上側透明基板１１ａ上に形成された共通電極（上側ベタ電極）１２ａ、及び共通電極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、コモン線２２、走査線２３、それらを覆うように下側透明基板１１ｂ上に形成された絶縁膜１３、絶縁膜１３上に形成されたスリット電極（画素電極）２１、半導体膜２４、ソース電極２５、ドレイン電極２６、及び、それら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。

上側、下側透明基板１１ａ、１１ｂは、相互に対向配置されるたとえば透明ガラス基板である。透明なプラスチック基板であってもよい。上側、下側配向膜１４ａ、１４ｂ間には、たとえば多数のスペーサー（粒状体）が分散して配置されており（図示せず）、それらのスペーサーによって両基板１１ａ、１１ｂ間の相互間隔が保たれる。

下側ベタ電極１２ｂは、下側透明基板１１ｂの一面側に設けられている。下側ベタ電極１２ｂは、図９Ｂに示すようにたとえば略矩形状に形成されており、かつ、一部がコモン線２２と電気的に接続されている。下側ベタ電極１２ｂは、ＩＴＯなどの透明導電膜をパターニングすることによって得られる。

コモン線２２は、下側透明基板１１ｂの一面側に設けられており、一方向（図９ＢのＹ方向）に延在する。コモン線２２は下側ベタ電極１２ｂと接続されており、コモン線２２を介して、図示しない電圧供給手段から下側ベタ電極１２ｂに対して所定の電位が与えられる。コモン線２２は、たとえばアルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜で形成される。

走査線２３は、下側透明基板１１ｂの一面側に設けられており、一方向（図９ＢのＹ方向）に延在する。図９Ｂに示すように、本例の走査線２３は、コモン線２２との間に下側ベタ電極１２ｂを挟んで配置されている。走査線２３は、たとえばアルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜で形成される。

絶縁膜１３は、下側透明基板１１ｂの一面側に、下側ベタ電極１２ｂ、コモン線２２、及び走査線２３を覆って設けられている。絶縁膜１３としては、たとえば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、あるいはこれらの積層膜が用いられる。

半導体膜２４は、絶縁膜１３上であって、走査線２３と重畳する所定位置に設けられている。半導体膜２４は、図９Ｂに示すように、島状にパターニングされている。半導体膜２４としては、たとえばアモルファスシリコン膜を用いることができる。走査線２３の半導体膜２４と重なる部分は、ＴＦＴのゲート電極として機能する。また、絶縁膜１３の半導体膜２４と重なる部分は、ＴＦＴのゲート絶縁膜として機能する。

ソース電極２５は、絶縁膜１３上の所定位置に設けられており、一部が半導体膜２４と接続されている。本例のソース電極２５は、図９Ｂに示すように、信号線２７と一体に形成されている。ソース電極２５及び信号線２７は、たとえばアルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜で形成される。

ドレイン電極２６は、絶縁膜１３上の所定位置に設けられており、一部が半導体膜２４と接続されている。ドレイン電極２６は、たとえばアルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜で形成される。

スリット電極２１は、絶縁膜１３上であって、少なくとも一部が下側ベタ電極１２ｂと重畳する所定位置に設けられている。スリット電極２１は、図９Ｂに示すように、たとえば複数の矩形状スリット（開口部）２１ａを有する。スリット電極２１は、ＩＴＯなどの透明導電膜をパターニングすることによって得られる。第３の実施例においては、スリット電極２１のサイズを、各スリット２１ａの間に存在する直線部の幅（電極幅、図９ＢのＸ方向における長さ）が２０μｍ、各スリット２１ａの幅（図９ＢのＸ方向における長さ）が２０μｍとなるように設定した。なお、サイズはこれに制限されない。たとえばスリット２１ａの幅をｓとしたとき、前述の式（１）をみたすように設定することが可能である。スリット電極２１は、ドレイン電極２６と接続されている。スリット電極２１と下側ベタ電極１２ｂとの間に電圧を印加することにより、液晶層１５に横電界を与えることができる。

下側配向膜１４ｂは、下側透明基板１１ｂの一面側であって、絶縁膜１３上に、半導体膜２４、ソース電極２５、ドレイン電極２６、及びスリット電極２１を覆って設けられている。

同様に、上側配向膜１４ａは、上側透明基板１１ａの一面側に共通電極１２ａを覆って設けられている。上側及び下側配向膜１４ａ、１４ｂのそれぞれに対しては、たとえばラビングにより一軸配向処理が施されている。配向膜１４ａ、１４ｂとしては、比較的高いプレティルト角（２０°以上、好ましくは３５°±１０°程度）を発現させるものが用いられる。上側配向膜１４ａの配向処理の方向Ｒ_Ｕと下側配向膜１４ｂの配向処理の方向Ｒ_Ｌは、液晶層１５の液晶分子の配列状態がリバースツイスト配列状態であるときの、液晶層１５の厚さ方向の中央に位置する液晶分子の配向方向Ｄが、下側ベタ電極１２ｂとスリット電極２１との間に電圧を印加したとき発生する横電界方向Ｅ（スリット２１ａの配列方向と平行な方向）と略直交するように設定されている（図９Ｂ参照）。

共通電極１２ａは、上側透明基板１１ａの一面側に設けられている。共通電極１２ａは、少なくとも一部が、下側ベタ電極１２ｂ及びスリット電極２１と重畳するように形成されている。共通電極１２ａは、ＩＴＯなどの透明導電膜をパターニングすることによって得られる。共通電極１２ａと下側ベタ電極１２ｂとの間に電圧を印加することにより、液晶層１５（画素領域）に対して縦電界を与えることができる。また、共通電極１２ａとスリット電極２１との間に電圧を印加することにより、液晶層１５（画素領域）の一部（スリット２１ａ上方を除く、スリット電極２１上方の液晶層１５）に縦電界を付加することができる。

液晶層１５は、上側基板１０ａと下側基板１０ｂの間に配置され、たとえば誘電率異方性Δεが正のネマチック液晶材料を用いて構成されている。図９Ａの液晶層１５に図示した太線は、液晶層１５内の液晶分子を模式的に示したものである。電圧無印加時における液晶分子は、上側基板１０ａ、下側基板１０ｂの各基板面に対して所定のプレティルト角を有して配向する。また、上側配向膜１４ａと下側配向膜１４ｂの各々の配向処理の方向Ｒ_Ｕ、Ｒ_Ｌ（図９Ｂ参照）のなす角度が、たとえば９０°前後に設定されることにより、電圧無印加時における液晶層１５の液晶分子は上側基板１０ａと下側基板１０ｂとの間で方位角方向にねじれて配向する。また液晶層１５には、カイラル剤が添加されている。

信号線２７は、絶縁膜１３の一面側に設けられており、コモン線２２及び走査線２３の延在する方向と略直交する一方向（図９ＢのＸ方向）に延在する。

上側偏光板１６ａは、上側基板１０ａの外側に配置されている。また、下側偏光板１６ｂは、下側基板１０ｂの外側に配置されている。第３の実施例による液晶表示素子の表示は、上側偏光板１６ａ側から利用者に視認される。上側及び下側偏光板１６ａ、１６ｂは、たとえばクロスニコルに配置される。

第３の実施例による液晶表示素子も、リバースツイステッドネマチック型液晶表示素子である。第３の実施例においても、上側及び下側基板１０ａ、１０ｂの配向処理方向とプレティルト角の組み合わせで規定される液晶層１５の液晶分子の配列状態は、第１旋回方向に捩れるリバースツイスト配列である。カイラル剤の影響力のもとで生じる液晶分子の配列状態は、第１旋回方向とは逆の第２旋回方向に捩れるスプレイツイスト配列である。液晶層１５に縦電界を付加することで、付加された領域の液晶層１５の液晶分子をスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移させることができる。また、液晶層１５に横電界を付加することで、付加された領域の液晶層１５の液晶分子をリバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態に遷移させることができる。

図１０Ａ〜図１０Ｇ、及び、図１１Ａ〜図１１Ｄは、第３の実施例による液晶表示素子の製造方法を示す概略的な断面図である。

上側透明基板１１ａ、下側透明基板１１ｂとして用いるガラス基板を準備する。たとえば厚さが０．７ｍｍの無アルカリガラスからなるガラス基板を使用することができる。

図１０Ａを参照する。下側透明基板１１ｂ用のガラス基板の一面上にコモン線２２及び走査線２３を形成する。たとえばスパッタ法などの成膜法により、下側透明基板１１ｂ上にアルミニウム膜を形成し、更にその上にモリブデン膜を形成する。その後、アルミニウム膜及びモリブデン膜の積層膜を、ドライエッチング法などによってパターニングする。

図１０Ｂを参照する。下側透明基板１１ｂの一面側の所定位置に下側ベタ電極１２ｂを形成する。具体的には、スパッタ法などの成膜法により、下側透明基板１１ｂ上にＩＴＯ膜を成膜し、このＩＴＯ膜をウェットエッチング法などによってパターニングする。

図１０Ｃを参照する。下側透明基板１１ｂの一面側に、下側ベタ電極１２ｂ、コモン線２２、及び走査線２３を覆うようにして絶縁膜１３を形成する。たとえばスパッタ法やプラズマＣＶＤ法などの成膜法によって、窒化シリコン膜を形成する。

図１０Ｄを参照する。絶縁膜１３上の所定位置に半導体膜２４を形成する。プラズマＣＶＤ法などの成膜法によって、アモルファスシリコン膜を絶縁膜１３上に形成し、このアモルファスシリコン膜をドライエッチング法などによって島状にパターニングする。

図１０Ｅを参照する。絶縁膜１３上の所定位置にソース電極２５、ドレイン電極２６、及び信号線２７を形成する。たとえば、スパッタ法などの成膜法により、絶縁膜１３上及び半導体膜２４上に、モリブデン膜／アルミニウム膜／モリブデン膜の積層膜を形成し、この積層膜をドライエッチング法などによってパターニングする。

図１０Ｆを参照する。絶縁膜１３上の所定位置に、スリット電極２１を形成する。スパッタ法などの成膜法により絶縁膜１３上にＩＴＯ膜を形成し、このＩＴＯ膜をウェットエッチング法などによってパターニングする。なお、更に絶縁膜１３上にパシベーション膜を設けてもよい。

図１０Ｇを参照する。一方、上側透明基板１１ａ用ガラス基板上に、共通電極１２ａを形成する。具体的には、スパッタ法などの成膜法により、上側透明基板１１ａ上の一面全体にわたってＩＴＯ膜を形成する。なお、実際の製造工程においては、基板全面に共通電極１２ａが存在した場合には、メインシール部によるショートや、スクライブからブレイキング時の膜剥離などを生じる可能性があるため、スパッタリング時にメタルマスクなどで外周を遮蔽することが好ましい。

以下、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法と同様の方法で、第３の実施例による液晶表示素子を製造することができる。ただし、液晶材料、配向膜材料等は、ＴＦＴ駆動に適した材料を使用することが望ましい。

図１１Ａを参照する。下側透明基板１１ｂ上の絶縁膜１３上に、下側配向膜１４ｂを形成する。

また、図１１Ｂに示すように、上側透明基板１１ａ上の共通電極１２ａ上に、上側配向膜１４ａを形成する。

電極等が形成された上側、下側透明基板１１ａ、１１ｂを洗浄する。洗浄は、たとえば水洗、一例として純水洗浄を実施する。洗剤は使用しないことが望ましい。ブラシ洗浄、スプレー洗浄等とすることができる。水切りの後、ＵＶ洗浄をし、ＩＲ乾燥を行う。大気圧プラズマ洗浄としてもよい。

配向膜１４ａ、１４ｂの形成にあたっては、電圧保持率が高い配向膜を選択し、具体的には、通常は垂直配向膜として用いられる材料の側鎖密度を低くしたポリイミド膜を用いた。フレキソ印刷、インクジェット印刷、スピンコート等の適宜の方法、ここではスピンコート法で、配向膜材料を上側、下側透明基板１１ａ、１１ｂ上方に、それぞれ適当な膜厚、たとえば５００Å〜８００Å程度の厚さに塗布し、熱処理（たとえばクリーンオーブンにて、１６０℃〜１８０℃で１時間の焼成）を行った。その後、上側、下側配向膜１４ａ、１４ｂの各々に対して配向処理、たとえば押し込み量を０．８ｍｍとしてラビング処理を実施した。ラビング方向は、たとえば上側透明基板１１ａと下側透明基板１１ｂとを重ね合わせたときに、各基板１１ａ、１１ｂ上の液晶分子のツイスト角が略９０°となるように設定した。

ラビング処理後には、基板１１ａ、１１ｂの洗浄を行ってもよいが、ここでは実施しなかった。

こうして上側基板１０ａ及び下側基板１０ｂが作製された。

図１１Ｃを参照する。続いて、液晶セルの厚さを一定に保つため、基板１０ａ、１０ｂの一方の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した。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。ギャップコントロールは、このようにギャップコントロール材を基板面に散布してもよいし、リブパターンをたとえば上側基板１０ａに形成し、それにより所定のセル厚を保ってもよい。

基板１０ａ、１０ｂの他方の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。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用してもよい。

基板１０ａ、１０ｂを重ね合わせた。基板１０ａ、１０ｂ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た。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た。

図１１Ｄを参照する。たとえば真空注入法で空セルに液晶材料を注入する。ＯＤＦ方式を用いてもよい。ここでは真空注入法を使用した。液晶材料は、ネマチックタイプで誘電率異方性が正、そして電圧保持率の高い材料が好ましい。たとえば一般的にＴＦＴで駆動するツイステッドネマチックタイプの液晶表示素子に用いられる液晶材料であれば、特に制約はない。

液晶材料中にはカイラル剤を添加した。カイラル剤には、一例として（株）メルク製のＲ−８１１を使用し、ｄ／ｐが０．１６となるように添加した。

液晶注入後に、プレスしながらエンドシール処理を行った。セルを高温（液晶の相転移温度以上の温度）で熱処理し、液晶分子の配向状態を整えた。

最後に、２枚の透明基板１１ａ、１１ｂの液晶層１５と反対側の面に、偏光板１６ａ、１６ｂを貼付した。２枚の偏光板１６ａ、１６ｂ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。

こうして第３の実施例による液晶表示素子が作製された。

本願発明者らは、第３の実施例による液晶表示素子の表示を確認した。

図１２Ａは、第３の実施例による液晶表示素子完成後（初期状態）の画素領域を示す写真である。全面がスプレイツイスト配列状態であり、明るい白表示が得られている。

図１２Ｂは、共通電極１２ａと下側ベタ電極１２ｂとの間に電圧を印加し、液晶層１５に縦電界を付加した後の画素領域を示す写真である。ここでは１０Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧（矩形波）を１秒程度印加した。全面がスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移し、暗い黒表示が得られている。

たとえば図９Ｂに示す構成においては、画素ごとにスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移させるよう電圧を制御することができないため、白表示から黒表示への切り替えは、少なくとも走査線２２のラインごとに行う。通常は全ライン（全面）切り替えが好ましいであろう。

次に、個々の画素（ＴＦＴ）に電圧を印加し、液晶層１５に横電界を発生させた。具体的には、走査線２３（ゲートライン）と信号線２７（ソースライン）に電圧を印加し、下側ベタ電極１２ｂとの間に電位差を与えることにより、液晶層１５に横電界を付加した。ゲート電圧として１０Ｖのパルス波、ソース電圧として±１０Ｖをフレームごとに反転させた電圧を加えた。この結果、図１２Ａに示す写真のような白表示が得られることが確認された。横電界の付加により、液晶分子はリバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態に遷移する。黒表示から白表示に切り替えるのに、電圧の印加時間は１秒程度で十分である。なお、電圧の印加を停止した直後は、スリット電極２１上に黒表示状態（リバースツイスト配列状態）が点状に残存していたが、３秒〜４秒後にはスリット電極２１上はすべて白表示状態（スプレイツイスト配列状態）となった。

黒表示から白表示への切り替えは、電圧を印加する走査線２３と信号線２７を選択することで、画素ごとに制御可能であるため、ＴＦＴに加える波形によって様々な表示を実現することができる。

続いてグレイ表示（中間調表示）を行った。液晶層１５の液晶分子がスプレイツイスト配列である状態で、ＴＦＴを通じ、ドレイン電極２６と共通電極１２ａの間に電圧を印加した。ここではグレイ表示を行いたい画素のある信号線２７（ソースライン）に１０Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧（矩形波）を印加し、それに同期させてゲート電圧を印加した。これにより、液晶層１５の一部（スリット２１ａ上方を除く、スリット電極２１上方の液晶層１５）に縦電界が付加され、その位置にある液晶分子がリバースツイスト配列状態に遷移した。その後、部分的にリバースツイスト配列状態となった画素のある信号線２７（ソースライン）に０Ｖを印加し、それに同期させてゲート電圧を印加した。このようにしてグレイ表示を実現した。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、それぞれ第４の実施例による液晶表示素子を示す概略的な断面図及び平面図である。図１３Ａは、図１３Ｂの１３Ａ−１３Ａ線に沿う断面図である。図１３Ｂは、およそ１画素を示し、Ｘ方向、Ｙ方向に沿って同様の画素が多数形成されている。

図９Ａ及び図９Ｂに示す第３の実施例とは、コモン線２２ａが下側ベタ電極１２ｂではなく、スリット電極２１と電気的に接続するように、絶縁膜２８上に形成されている点、ドレイン電極２６ａが、スリット電極２１ではなく下側ベタ電極１２ｂと接続されている点において相違する。

以下、第３の実施例と共通する構成要素については同一符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。

第４の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間に挟持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。

上側基板１０ａは、上側透明基板１１ａ、上側透明基板１１ａ上に形成された共通電極（上側ベタ電極）１２ａ、及び共通電極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、走査線２３、それらを覆うように下側透明基板１１ｂ上に形成された絶縁膜１３、絶縁膜１３上に形成された半導体膜２４、ソース電極２５、ドレイン電極２６ａ、それらを覆うように絶縁膜１３上に形成された絶縁膜２８、絶縁膜２８上に形成されたスリット電極（画素電極）２１、コモン線２２ａ、及びそれらを覆うように絶縁膜２８上に形成された下側配向膜１４ｂを含む。ここでドレイン電極２６ａは、絶縁膜１３を貫通して下側ベタ電極１２ｂと電気的に接続するように形成されている。

コモン線２２ａは、下側透明基板１１ｂの一面側の絶縁膜２８上に設けられており、一方向（図１３ＢのＹ方向）に延在する。コモン線２２ａは、図１３Ｂに示すようにスリット電極２１と接続されており、コモン線２２ａを介して図示しない電圧供給手段から、スリット電極２１に対して所定の電位が与えられる。コモン線２２ａは、たとえばアルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜で形成される。

ドレイン電極２６ａは、絶縁膜２８上の所定位置に設けられており、かつ一部が絶縁膜１３を貫通して下側ベタ電極１２ｂと接続されている。ドレイン電極２６ａは、たとえばアルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜で形成される。

絶縁膜２８は、下側透明基板１１ｂの一面側の絶縁膜１３上に、半導体膜２４、ソース電極２５、及びドレイン電極２６ａを覆って設けられる。絶縁膜２８としては、たとえば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、あるいはこれらの積層膜が用いられる。

スリット電極２１は、絶縁膜２８上であって、少なくとも一部が下側ベタ電極１２ｂと重畳する所定位置に設けられている。スリット電極２１は、図１３Ｂに示すように、複数のスリット（開口部）２１ａを有し、コモン線２２ａと接続されている。第４の実施例においては、スリット電極２１とコモン線２２ａとは一体に形成されている。スリット電極２１は、ＩＴＯなどの透明導電膜をパターニングすることによって得られる。スリット電極２１と下側ベタ電極１２ｂとの間に電圧を印加することにより、液晶層１５に横電界を与えることができる。

下側配向膜１４ｂは、下側透明基板１１ｂの一面側であって、絶縁膜２８上に、コモン線２２ａ及びスリット電極２１を覆って設けられている。

第４の実施例による液晶表示素子も、リバースツイステッドネマチック型液晶表示素子である。第４の実施例においても、上側及び下側基板１０ａ、１０ｂの配向処理方向とプレティルト角の組み合わせで規定される液晶層１５の液晶分子の配列状態は、第１旋回方向に捩れるリバースツイスト配列であり、カイラル剤の影響力のもとで生じる液晶分子の配列状態は、第１旋回方向とは逆の第２旋回方向に捩れるスプレイツイスト配列である。液晶層１５に縦電界を付加することで、付加された領域の液晶層１５の液晶分子をスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移させることができる。また、液晶層１５に横電界を付加することで、付加された領域の液晶層１５の液晶分子をリバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態に遷移させることができる。

図１４Ａ〜図１４Ｇ、及び、図１５Ａ〜図１５Ｅは、第４の実施例による液晶表示素子の製造方法を示す概略的な断面図である。以下、製造方法の説明においても、第３の実施例と共通する内容については適宜説明を省略する。

図１４Ａに示すように、下側透明基板１１ｂの一面上に所定の金属膜からなる走査線２３を形成する。

図１４Ｂに示すように、下側透明基板１１ｂの一面側の所定位置に、たとえばＩＴＯからなる下側ベタ電極１２ｂを形成する。

図１４Ｃに示すように、下側透明基板１１ｂの一面側に、下側ベタ電極１２ｂ及び走査線２３を覆うようにして絶縁膜１３を形成する。

図１４Ｄに示すように、絶縁膜１３上の所定位置に半導体膜２４を形成する。

図１４Ｅに示すように、ソース電極２５、ドレイン電極２６ａ、及び信号線２７を形成する。ドレイン電極２６ａについては、あらかじめ絶縁膜１３の所定位置に下側ベタ電極１２ｂの一部を露出させる開口部を設けておき、その後スパッタ法等によって金属膜を成膜し、パターニングすることによって形成可能である。

図１４Ｆに示すように、絶縁膜１３上に、半導体膜２４、ソース電極２５、ドレイン電極２６ａ、及び信号線２７を覆う絶縁膜２８を形成する。

図１４Ｇに示すように、絶縁膜２８上の所定位置にコモン線２２ａ及びスリット電極２１を形成する。更に、絶縁膜２８上にパシベーション膜を設けてもよい。

一方、図１５Ａに示すように、上側透明基板１１ａの一面上に、共通電極１２ａを形成する。

また、図１５Ｂに示すように、下側透明基板１１ｂ上方の絶縁膜２８上に、下側配向膜１４ｂを形成する。

更に、図１５Ｃに示すように、上側透明基板１１ａ上の共通電極１２ａ上に、上側配向膜１４ａを形成する。

上側及び下側配向膜１４ａ、１４ｂに配向処理を施し、図１５Ｄ及び図１５Ｅに示す、基板重ね合わせ工程、液晶層１５形成工程等、第３の実施例と同様の工程を経て、第４の実施例による液晶表示素子が作製される。

第４の実施例による液晶表示素子も、液晶層１５（画素領域）の一部に有効な縦電界を付加し、他の実施例と同様に、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共存、混在する状態を形成し、中間調表示を行うことのできる液晶表示素子である。

第３、第４の実施例による液晶表示素子においては、各画素にＴＦＴが１つ形成されているが、複数のＴＦＴが形成されていてもよい。この場合、たとえば画素電極を分割すれば一層の多階調表示を実現することができる。写真などの画像表示を行うことも可能である。ここで画素電極は相互に等しい面積に分割する必要はない。

なお、第３、第４の実施例は透過型の液晶表示素子であるが、たとえば下側ベタ電極１２ｂを反射電極とし、反射型の液晶表示素子とすることができる。その場合はツイスト角を略７０°に設定することが好ましい。

実施例及び変形例による液晶表示素子は、コントラストの高い白表示状態、黒表示状態、及び、中間調表示状態の安定表示を簡便に実現可能な液晶表示素子である。画素を構成する電極として櫛歯電極またはスリット電極が用いられる。実施例による液晶表示素子によれば、画素領域の液晶層中に部分的に縦電界または横電界を発生させて、画素内で透過率の分布をつけ（画素内に相互に透過率の異なる領域、すなわちたとえば基板法線方向から見たとき、液晶層の液晶分子がリバースツイスト配列状態である領域とスプレイツイスト配列状態である領域を形成し）、多様な表示を行うことができる。第１の実施例の変形例に示したように、電極サイズ（幅、面積等）を工夫することで、たとえば５段階の多段階階調表示も可能である。なお、画素領域の液晶層の一部がリバースツイスト配列状態であり、他の一部がスプレイツイスト配列状態であればよく、たとえば基板法線方向に沿って見たとき、同一の配列状態である必要はない。実施例及び変形例による液晶表示素子は、画素領域の液晶層の一部がリバースツイスト配列状態となり、他の一部がスプレイツイスト配列状態となるような電界を生じさせることのできる電極を備えている。

また、実施例による液晶表示素子は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。

実施例による液晶表示素子においては、液晶層１５のリバースツイスト配列状態、スプレイツイスト配列状態、及びそれらの混在状態は安定的に維持される。このため白表示、黒表示、グレイ表示のいずれの場合にも、表示を書き換えた後は、電圧無印加のままで、その表示状態が保持される。表示の書き換え時以外は電力を消費しない。このため消費電力を極めて低く抑えた、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。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可能である。

第２の実施例に示したように、駆動方法として、たとえば線順次駆動法等の、メモリ性を利用した駆動方法を適用することができる。したがってこの場合、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。

ＴＦＴ等のスイッチング素子を用いる場合、大容量の表示切替を高速に行うことができる。ＴＦＴを用いた液晶表示素子とする場合、たとえばＩＰＳ液晶で広く用いられているＴＦＴ基板をそのまま用いることも可能である。対向基板には、たとえば透明電極を形成する必要があるものの、マスクスパッタなどを使用して簡便に形成可能であるため、コストアップの要素は少ない。対向基板が電極を備えることで、ラビング時、静電気による悪影響を受けにくいというメリットもある。

更に、実施例及び変形例による液晶表示素子によれば、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の場合にも好適なディスプレイを実現することができる。

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。

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。

また、実施例においては、配向処理をラビングで行ったが、たとえば光配向法、斜方蒸着法等、他の配向処理方法を用いて配向処理を行うことができる。

更に、実施例においては下側基板１０ｂにのみ、液晶層１５（画素領域）の全体及び一部に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。

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。

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。

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。

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。

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
２１ スリット電極
２１ａ スリット
２２、２２ａ コモン線
２３ 走査線
２４ 半導体膜
２５ ソース電極
２６、２６ａ ドレイン電極
２７ 信号線
２８ 絶縁膜
３１〜３３ ドライバ
３４ 画素部

Claims (12)

1. 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、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、
   前記第１の基板及び前記第２の基板には電極が形成され、
   前記電極は、前記液晶層の一部に、前記液晶層の厚さ方向の電界、または、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できる液晶表示素子。
2. 前記電極は、
   前記第１の基板に形成された第１の電極と、
   前記第２の基板に形成された第２、第３、第４の電極と
   を含み、
   前記第３、第４の電極は、前記第２の電極上方に絶縁膜を介して形成された櫛歯電極であって、櫛歯部分が交互に配置されている櫛歯電極であり、
   前記第１の電極と前記第３の電極との間に電位差を与えることで、前記液晶層の一部に、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせることができる請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記第１の電極と前記第３の電極との間、及び、前記第１の電極と前記第４の電極との間に電位差を与えることで、前記液晶層の一部に、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせることができる請求項２に記載の液晶表示素子。
4. 前記第３、第４の電極の交互に配置される櫛歯部分間の距離をｓとし、前記液晶層の厚さをｄとするとき、
   ｓ＞２×ｄ
   である請求項３に記載の液晶表示素子。
5. 前記第３の電極の櫛歯部分の幅と、前記第４の電極の櫛歯部分の幅と、前記第３、第４の電極の交互に配置される櫛歯部分間の距離との比が４：２：１である請求項３または４に記載の液晶表示素子。
6. 前記電極は、
   前記第１の基板に形成された第１の電極と、
   前記第２の基板に形成された第２、第３、第４の電極と
   を含み、
   前記第３、第４の電極は、前記第２の電極上方に絶縁膜を介して形成された櫛歯電極であって、櫛歯部分が交互に配置されている櫛歯電極であり、
   前記第３の電極と前記第４の電極との間に電位差を与えることで、前記液晶層の一部に、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できる請求項１に記載の液晶表示素子。
7. 前記電極は、
   前記第１の基板に形成された第１の電極と、
   前記第２の基板に形成された第２、第３、第４の電極と
   を含み、
   前記第３、第４の電極は、前記第２の電極上方に絶縁膜を介して形成された櫛歯電極であって、櫛歯部分が交互に配置されている櫛歯電極であり、
   前記第２の電極と前記第３、第４の電極の一方との間に電位差を与えることで、前記液晶層の一部に、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できる請求項１に記載の液晶表示素子。
8. 前記電極は、
   前記第１の基板に形成された第１の電極と、
   前記第２の基板に形成された第２、第５の電極と
   を含み、
   前記第５の電極は、前記第２の電極上方に絶縁膜を介して形成されたスリット電極であり、
   前記第１の電極と前記第５の電極との間に電位差を与えることで、前記液晶層の一部に、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせることができる請求項１に記載の液晶表示素子。
9. 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、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、前記第１の基板及び前記第２の基板には電極が形成され、前記電極は、前記液晶層の一部に、前記液晶層の厚さ方向の電界、または、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できる液晶表示素子の駆動方法であって、
   前記電極は、前記第１の基板に形成された第１の電極と、前記第２の基板に形成された第２、第３、第４の電極とを含み、前記第３、第４の電極は、前記第２の電極上方に絶縁膜を介して形成された櫛歯電極であって、櫛歯部分が交互に配置されている櫛歯電極であり、前記第１の電極と前記第３の電極との間に電位差を与えることで、前記液晶層の一部をスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移させる液晶表示素子の駆動方法。
10. 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、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、前記第１の基板及び前記第２の基板には電極が形成され、前記電極は、前記液晶層の一部に、前記液晶層の厚さ方向の電界、または、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できる液晶表示素子の駆動方法であって、
    前記電極は、前記第１の基板に形成された第１の電極と、前記第２の基板に形成された第２、第３、第４の電極とを含み、前記第３、第４の電極は、前記第２の電極上方に絶縁膜を介して形成された櫛歯電極であって、櫛歯部分が交互に配置されている櫛歯電極であり、前記第３の電極と前記第４の電極との間に電位差を与えることで、前記液晶層の一部をリバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態に遷移させる液晶表示素子の駆動方法。
11. 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、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、前記第１の基板及び前記第２の基板には電極が形成され、前記電極は、前記液晶層の一部に、前記液晶層の厚さ方向の電界、または、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できる液晶表示素子の駆動方法であって、
    前記電極は、前記第１の基板に形成された第１の電極と、前記第２の基板に形成された第２、第３、第４の電極とを含み、前記第３、第４の電極は、前記第２の電極上方に絶縁膜を介して形成された櫛歯電極であって、櫛歯部分が交互に配置されている櫛歯電極であり、前記第２の電極と前記第３、第４の電極の一方との間に電位差を与えることで、前記液晶層の一部をリバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態に遷移させる液晶表示素子の駆動方法。
12. 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、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、前記第１の基板及び前記第２の基板には電極が形成され、前記電極は、前記液晶層の一部に、前記液晶層の厚さ方向の電界、または、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できる液晶表示素子の駆動方法であって、
    前記電極は、前記第１の基板に形成された第１の電極と、前記第２の基板に形成された第２、第５の電極とを含み、前記第５の電極は、前記第２の電極上方に絶縁膜を介して形成されたスリット電極であり、前記第１の電極と前記第５の電極との間に電位差を与えることで、前記液晶層の一部をスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移させる液晶表示素子の駆動方法。