JP2014228820A - Liquid crystal element and driving method thereof, and liquid crystal device - Google Patents

Liquid crystal element and driving method thereof, and liquid crystal device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a driving method for a liquid crystal element having excellent sharpness.SOLUTION: The driving method includes: (a) applying a voltage equal to or higher than a first threshold voltage between a first electrode and a second electrode to thereby transfer the alignment state of liquid crystal molecules from a spray twist alignment state where the liquid crystal molecules are twisted in a second turning direction by α° to a twist twisted nematic alignment state where the liquid crystal molecules are twisted in the second turning direction by (360-α)°; (b) applying, between the first electrode and the second electrode, a voltage equal to or higher than a second threshold voltage higher than the first threshold voltage to thereby transfer the alignment state of the liquid crystal molecules from the twisted nematic alignment state where the liquid crystal molecules are twisted in the second turning direction by (360-α)° to the twisted nematic alignment state where the liquid crystal molecules are twisted in a first turning direction by (180-α)°.

Description

本発明は、液晶層に光学活性物質(カイラル剤)を含む液晶素子とその駆動方法、及び、液晶装置に関する。   The present invention relates to a liquid crystal element including an optically active substance (chiral agent) in a liquid crystal layer, a driving method thereof, and a liquid crystal device.

良好な表示コントラストと広い有効視角範囲を備えるツイストネマチック(twisted nematic ;TN)型液晶表示素子の発明が開示されている(たとえば、特許文献1参照)。特許文献1記載の液晶表示素子は、液晶層を挟持する一対の透明電極基板に施された配向処理の方向の組み合わせで規制される液晶分子の旋回方向(第1旋回方向)とは逆方向(第2旋回方向)に液晶分子を捩れ配列させた点、及び、各透明電極基板と接する液晶分子のプレチルト角が相互に異なるように配向処理を行った点に特徴を有する。これにより、良好な表示コントラスト及び広い有効視角範囲を得ることができる。   An invention of a twisted nematic (TN) type liquid crystal display element having a good display contrast and a wide effective viewing angle range is disclosed (for example, see Patent Document 1). The liquid crystal display element described in Patent Document 1 is in a direction opposite to the turning direction (first turning direction) of the liquid crystal molecules regulated by the combination of the orientation treatment directions applied to the pair of transparent electrode substrates that sandwich the liquid crystal layer ( The liquid crystal molecules are characterized in that the liquid crystal molecules are twisted in the second rotation direction) and the alignment treatment is performed so that the pretilt angles of the liquid crystal molecules in contact with the transparent electrode substrates are different from each other. Thereby, a good display contrast and a wide effective viewing angle range can be obtained.

特許文献1記載の液晶表示素子においては、電気光学特性の向上が実現され、第1旋回方向についての捩れ角(ツイスト角)を91〜100°の範囲に設定した場合でも、逆捩れ配列の効果により、90°ラビング法によるTN型液晶表示素子と同様の電気光学特性が得られる。また、プレチルト角が相互に異なるため、液晶分子の配向不備によるディスクリネーションの発生が防止され、良好な表示品位を得ることができる。   In the liquid crystal display element described in Patent Document 1, the electro-optical characteristics are improved, and the effect of reverse twist arrangement is achieved even when the twist angle (twist angle) in the first turning direction is set in the range of 91 to 100 °. As a result, the same electro-optical characteristics as those of the TN liquid crystal display element by the 90 ° rubbing method can be obtained. Further, since the pretilt angles are different from each other, the occurrence of disclination due to inadequate alignment of liquid crystal molecules is prevented, and a good display quality can be obtained.

カイラル剤の添加されたネマチック液晶層において、配向膜によって誘発される90°以下の捩れ方向と液晶材料の捩れ方向とが反対方向となる液晶装置の発明の開示もある(たとえば、特許文献2参照)。この構成の液晶装置は、駆動電圧の低減を実現することができる。   There is also a disclosure of an invention of a liquid crystal device in which a twist direction of 90 ° or less induced by an alignment film is opposite to a twist direction of a liquid crystal material in a nematic liquid crystal layer to which a chiral agent is added (see, for example, Patent Document 2) ). The liquid crystal device having this configuration can realize a reduction in driving voltage.

駆動電圧の大幅な低減を可能にした液晶素子の発明が公知である(たとえば、特許文献3参照)。本願発明者らの研究の一成果である特許文献3記載の液晶素子は、一組の配向膜の配向処理方向とプレチルト角の組み合わせで定まる液晶材料の捩れ方向と、カイラル剤によって誘起される液晶材料の捩れ方向とが逆方向となるように作製される。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スプレイツイスト構造である。配向処理方向とプレチルト角の組み合わせで規定される液晶分子の配列状態はリバースツイスト構造と呼ばれる。   An invention of a liquid crystal element that enables a significant reduction in drive voltage is known (see, for example, Patent Document 3). The liquid crystal element described in Patent Document 3, which is one of the results of the inventors' research, is a liquid crystal material induced by a chiral agent and a twist direction of a liquid crystal material determined by a combination of an alignment treatment direction and a pretilt angle of a set of alignment films. It is produced so that the twist direction of the material is opposite. The alignment state of the liquid crystal molecules generated under the influence of the chiral agent is a spray twist structure. The alignment state of the liquid crystal molecules defined by the combination of the alignment treatment direction and the pretilt angle is called a reverse twist structure.

電圧無印加状態ではスプレイツイスト構造がわずかに安定であるが、電圧印加状態ではリバースツイスト構造が安定である。このため、電圧を印加することでスプレイツイスト構造からリバースツイスト構造に転移させることができる。   The spray twist structure is slightly stable when no voltage is applied, but the reverse twist structure is stable when the voltage is applied. For this reason, the spray twist structure can be changed to the reverse twist structure by applying a voltage.

しかしながら、特許文献3記載の液晶素子は、シャープネス(印加電圧に対する光透過率の変化の急峻性)が、通常のTN型液晶表示素子と同等かやや優れている程度であり、デューティ駆動(単純マトリクス駆動)に適用した場合、表示容量を大きくすることが困難である。   However, the liquid crystal element described in Patent Document 3 has a sharpness (steepness of change in light transmittance with respect to an applied voltage) that is equivalent to or slightly superior to that of a normal TN liquid crystal display element, and has a duty drive (simple matrix). When applied to driving), it is difficult to increase the display capacity.

液晶分子の捩れ角をTN型液晶表示素子におけるそれより大きくし、シャープネスを改善し、デューティ駆動でありながら大容量表示を可能にしたスーパーツイストネマチック(super twisted nematic ;STN)型液晶表示素子に関する発明が知られている(たとえば、特許文献4参照)。しかしながらSTN型液晶表示素子においては、複屈折による色つきが生じ、白黒表示を行うことが困難である。特許文献4記載の発明においては、この問題に対処するため、色つきを補償する液晶セルを積層し、白黒表示を実現する手段が開示されている。   An invention relating to a super twisted nematic (STN) type liquid crystal display element in which the twist angle of liquid crystal molecules is made larger than that in a TN type liquid crystal display element, sharpness is improved, and large capacity display is possible while being duty-driven. Is known (see, for example, Patent Document 4). However, in the STN type liquid crystal display element, coloring occurs due to birefringence, and it is difficult to perform monochrome display. In order to cope with this problem, the invention described in Patent Document 4 discloses means for realizing monochrome display by stacking liquid crystal cells that compensate for coloring.

しかし補償セルを用いると、液晶セルの製造コスト、及び液晶表示素子の厚さと重さとが約2倍になる。   However, when the compensation cell is used, the manufacturing cost of the liquid crystal cell and the thickness and weight of the liquid crystal display element are approximately doubled.

補償セルに代えて光学補償膜を使用することはできるが、光学補償膜は安価ではない。更に、液晶表示素子の表示環境温度が変化した場合、駆動セル内の液晶層のリターデーションはこれに伴って変化するが、光学補償膜のリターデーションはほとんど変化しないため、最適な補償が行われず、色つきが防止されなかったり、表示コントラストが低下するという問題がある。   Although an optical compensation film can be used instead of the compensation cell, the optical compensation film is not inexpensive. Furthermore, when the display environment temperature of the liquid crystal display element changes, the retardation of the liquid crystal layer in the driving cell changes accordingly, but the retardation of the optical compensation film hardly changes, so that optimal compensation is not performed. There are problems that coloring is not prevented and display contrast is lowered.

また、特許文献4記載の発明には、STN型液晶表示素子に共通する問題点も存する。STN型液晶表示素子は、液晶セルのギャップやプレチルト角の変化に対する表示性能依存性が大きく、わずかなセル厚むらやプレチルト角の相違によって表示の不均一が発生しやすい。このため、製造プロセスの管理が厳しく(製造マージンが狭く)、歩留まりが低い。STN型液晶表示素子においては5°〜9°程度の高いプレチルト角が必要とされ、均一なプレチルト角を得ることが難しいこともあって、殊にラビング工程の管理が重要である。   The invention described in Patent Document 4 also has a problem common to STN type liquid crystal display elements. The STN type liquid crystal display element has a large display performance dependency with respect to changes in the gap and pretilt angle of the liquid crystal cell, and display unevenness is likely to occur due to slight cell thickness unevenness and a difference in pretilt angle. For this reason, the management of the manufacturing process is strict (the manufacturing margin is narrow), and the yield is low. In the STN type liquid crystal display element, a high pretilt angle of about 5 ° to 9 ° is required, and it is difficult to obtain a uniform pretilt angle, so management of the rubbing process is particularly important.

更に、STN型液晶表示素子は表示の視角依存性が大きく、視角方向をわずかに変えただけで表示が変化し、特に上下方向に視角を変えたときは表示が反転するという問題も生じる。加えて、STN型液晶表示素子は、TN型液晶表示素子に比べ、応答(レスポンス)時間を要する。たとえば室温におけるTN型液晶表示素子の応答時間は30msec程度であるが、STN型液晶表示素子のそれは200msec程度である。   Furthermore, the STN type liquid crystal display element has a large viewing angle dependency, and the display changes only by slightly changing the viewing angle direction. In particular, when the viewing angle is changed in the vertical direction, the display is inverted. In addition, the STN type liquid crystal display element requires a response time compared to the TN type liquid crystal display element. For example, the response time of a TN type liquid crystal display element at room temperature is about 30 msec, while that of an STN type liquid crystal display element is about 200 msec.

なお、本願発明者らは、優れたシャープネスを備える液晶表示素子の発明を行っている(たとえば、特許文献5参照)。   The inventors of the present application have invented a liquid crystal display device having excellent sharpness (see, for example, Patent Document 5).

特許2510150号公報Japanese Patent No. 2510150 特開2000−199903号公報JP 2000-199903 A 特開2007−293278号公報JP 2007-293278 A 特開平03−111812号公報Japanese Patent Laid-Open No. 03-111812 特開2011−164273号公報JP 2011-164273 A

本発明の目的は、たとえば(1)第2旋回方向にツイスト角90°で捩れるスプレイツイスト配列状態、(2)第2旋回方向にツイスト角270°で捩れるスーパーツイストネマチック配列状態、及び、(3)第1旋回方向にツイスト角90°で捩れるリバースツイストネマチック配列状態の各配列状態をとり、優れたシャープネスを備える液晶素子とその駆動方法、及び、液晶装置を提供することである。   The object of the present invention is, for example, (1) a spray twist arrangement state that twists in the second turning direction at a twist angle of 90 °, (2) a super twist nematic arrangement state that twists in the second turning direction at a twist angle of 270 °, and (3) To provide a liquid crystal element that has each of the reverse twist nematic alignment states twisted in the first turning direction at a twist angle of 90 °, has excellent sharpness, a driving method thereof, and a liquid crystal device.

本発明の一観点によれば、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の基板の間に配置され、光学活性物質を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記第1及び第2の基板の配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩れ方向を第1旋回方向とするとき、前記光学活性物質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及び第2の基板は、0.1°以上5°以下のプレチルト角が発現するように配向処理され、70°≦α°≦110°とするとき、前記液晶層の液晶分子は、前記第2旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態、前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態、及び、前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態の3状態をとりうる液晶素子が提供される。   According to one aspect of the present invention, a first substrate including a first electrode and subjected to an alignment process is disposed opposite to and parallel to the first substrate, and includes a second electrode and includes a second electrode. Two substrates, a liquid crystal layer that is disposed between the first substrate and the second substrate, includes an optically active substance, and is twist-aligned. When the twist direction of the liquid crystal molecules when forming the uniform twist structure in combination is the first swivel direction, the optically active substance is in the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer in the second swirl direction opposite to the first swirl direction. The first and second substrates are oriented so that a pretilt angle of 0.1 ° or more and 5 ° or less is expressed, and when 70 ° ≦ α ° ≦ 110 °, The liquid crystal molecules in the liquid crystal layer have a spray twist arrangement twisted by α ° in the second swivel direction. A liquid crystal element that can take three states: a row state, a twisted nematic arrangement state twisted by (360-α) ° in the second turning direction, and a twisted nematic arrangement state twisted by (180-α) ° in the first turning direction. Is provided.

また、本発明の他の観点によれば、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の基板の間に配置され、光学活性物質を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記第1及び第2の基板の配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩れ方向を第1旋回方向とするとき、前記光学活性物質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及び第2の基板は、0.1°以上5°以下のプレチルト角が発現するように配向処理され、70°≦α°≦110°とするとき、前記液晶層の液晶分子は、前記第2旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態、前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態、及び、前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態の3状態をとりうる液晶素子の駆動方法であって、(a)前記第1の電極と前記第2の電極の間に、第1の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第2旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態から前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程と、(b)前記第1の電極と前記第2の電極の間に、前記第1の閾値電圧より高い第2の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態から前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程とを有する液晶素子の駆動方法が提供される。   According to another 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. A second liquid crystal substrate, a liquid crystal layer disposed between the first substrate and the second substrate, including an optically active material, and twist-aligned, and the first and second substrates. When the twist direction of the liquid crystal molecules when forming the uniform twist structure by the combination of the alignment treatments is the first rotation direction, the optically active substance is in the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer, the first rotation direction opposite to the first rotation direction. The first and second substrates are oriented so that a pretilt angle of 0.1 ° or more and 5 ° or less is expressed, and 70 ° ≦ α ° ≦ 110 °. When the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are twisted α ° in the second swirl direction. Liquid crystal that can take three states: an twist arrangement state, a twist nematic arrangement state twisted by (360-α) ° in the second turning direction, and a twist nematic arrangement state twisted by (180-α) ° in the first turning direction. A method for driving an element, comprising: (a) applying a voltage equal to or higher than a first threshold voltage between the first electrode and the second electrode, and changing the alignment state of the liquid crystal molecules to the second rotation. A transition from a spray twist arrangement state twisted by α ° in the direction to a twist nematic arrangement state twisted by (360−α) ° in the second turning direction; and (b) the first electrode and the second electrode In the meantime, a voltage equal to or higher than the second threshold voltage higher than the first threshold voltage is applied, and the alignment state of the liquid crystal molecules is changed from the twisted nematic alignment state twisted by (360−α) ° in the second rotation direction. In the first turning direction (18 The driving method of the liquid crystal element and a step of transferring the-.alpha.) ° twisted twisted nematic alignment state is provided.

更に、本発明の他の観点によれば、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の基板の間に配置され、光学活性物質を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記第1及び第2の基板の配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩れ方向を第1旋回方向とするとき、前記光学活性物質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及び第2の基板は、0.1°以上5°以下のプレチルト角が発現するように配向処理され、70°≦α°≦110°とするとき、前記液晶層の液晶分子は、前記第2旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態、前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態、及び、前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態の3状態をとりうる液晶素子と、前記液晶素子の駆動を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、(a)前記第1の電極と前記第2の電極の間に、第1の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第2旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態から前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程と、(b)前記第1の電極と前記第2の電極の間に、前記第1の閾値電圧より高い第2の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態から前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程とを有する駆動方法で前記液晶素子を駆動する液晶装置が提供される。   Further, according to another aspect of the present invention, a first substrate including a first electrode and subjected to an alignment process is disposed opposite to and parallel to the first substrate, and includes a second electrode. A second liquid crystal substrate, a liquid crystal layer disposed between the first substrate and the second substrate, including an optically active material, and twist-aligned, and the first and second substrates. When the twist direction of the liquid crystal molecules when forming the uniform twist structure by the combination of the alignment treatments is the first rotation direction, the optically active substance is in the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer, the first rotation direction opposite to the first rotation direction. The first and second substrates are oriented so that a pretilt angle of 0.1 ° or more and 5 ° or less is expressed, and 70 ° ≦ α ° ≦ 110 °. When the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are twisted α ° in the second swirl direction. Liquid crystal that can take three states: an twist arrangement state, a twist nematic arrangement state twisted by (360-α) ° in the second turning direction, and a twist nematic arrangement state twisted by (180-α) ° in the first turning direction. And a control device that controls driving of the liquid crystal element, wherein the control device (a) applies a voltage equal to or higher than a first threshold voltage between the first electrode and the second electrode. Applying and transferring the alignment state of the liquid crystal molecules from a spray twist alignment state twisted by α ° in the second turning direction to a twisted nematic alignment state twisted by (360−α) ° in the second turning direction; (B) A voltage equal to or higher than a second threshold voltage higher than the first threshold voltage is applied between the first electrode and the second electrode, and the alignment state of the liquid crystal molecules is changed to the second rotation. Twist twisted in the direction (360-α) ° A liquid crystal device for driving the liquid crystal element in a driving method having a step of transferring from matic arrangement state in twisted nematic alignment state twisted the in the first turning direction (180-α) ° is provided.

本発明によれば、たとえば(1)第2旋回方向にツイスト角90°で捩れるスプレイツイスト配列状態、(2)第2旋回方向にツイスト角270°で捩れるスーパーツイストネマチック配列状態、及び、(3)第1旋回方向にツイスト角90°で捩れるリバースツイストネマチック配列状態の各配列状態をとり、優れたシャープネスを備える液晶素子とその駆動方法、及び、液晶装置を提供することができる。   According to the present invention, for example, (1) a spray twist arrangement state twisted in the second turning direction at a twist angle of 90 °, (2) a super twist nematic arrangement state twisted in the second turning direction at a twist angle of 270 °, and (3) It is possible to provide a liquid crystal element, a driving method thereof, and a liquid crystal device that have excellent sharpness by taking each arrangement state of a reverse twist nematic alignment state twisted in the first turning direction at a twist angle of 90 °.

図1は、第1の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 showing a method of manufacturing a liquid crystal display device according to the first embodiment. 図2は、第1の実施例による液晶表示素子の概略的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device according to the first embodiment. 図3は、第1の実施例による液晶表示素子のスプレイツイスト構造状態とリバースツイスト構造状態を示す写真である。FIG. 3 is a photograph showing a spray twist structure state and a reverse twist structure state of the liquid crystal display device according to the first embodiment. 図4は、第1の実施例による液晶表示素子の上側基板10a側の基板法線方向から見た液晶分子14aの捩れ方向及び角度を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the twist direction and angle of the liquid crystal molecules 14a viewed from the substrate normal direction on the upper substrate 10a side of the liquid crystal display device according to the first embodiment. 図5は、第1の実施例による液晶表示素子の電気光学特性を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the electro-optical characteristics of the liquid crystal display element according to the first embodiment. 図6A〜図6Dは、各々第1〜第4の実施例による液晶表示素子の電気光学特性を示すグラフである。6A to 6D are graphs showing the electro-optical characteristics of the liquid crystal display elements according to the first to fourth embodiments, respectively. 図7は、第5の実施例による液晶表示素子の、90°左捩れスプレイツイスト配列状態、270°左捩れSTN配列状態、及び、90°右捩れRTN配列状態の各配列状態における電気光学特性を示すグラフである。FIG. 7 shows the electro-optical characteristics of the liquid crystal display element according to the fifth embodiment in each of the 90 ° left-twisted spray twist arrangement state, the 270 ° left-twisted STN arrangement state, and the 90 ° right-twisted RTN arrangement state. It is a graph to show. 図8Aは、第5の実施例による液晶表示素子における液晶分子捩れ角を示すグラフであり、図8Bは、90°右捩れRTN配列状態にある液晶分子の捩れ角を示すグラフである。FIG. 8A is a graph showing a twist angle of liquid crystal molecules in the liquid crystal display device according to the fifth embodiment, and FIG. 8B is a graph showing a twist angle of liquid crystal molecules in a 90 ° right twist RTN alignment state. 図9A及び図9Bは、第5の実施例による液晶表示素子の、90°スプレイツイスト配列状態、270°STN配列状態、及び90°RTN配列状態の各状態における自由エネルギーを示すグラフである。9A and 9B are graphs showing the free energy of the liquid crystal display element according to the fifth embodiment in each of the 90 ° spray twist arrangement state, the 270 ° STN arrangement state, and the 90 ° RTN arrangement state. 図10A及び図10Bは、上側、下側電極間に印加される駆動電圧の波形の例である。10A and 10B are examples of waveforms of drive voltages applied between the upper and lower electrodes. 図11は、実施例による液晶表示素子の駆動方法を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart illustrating a method of driving the liquid crystal display element according to the embodiment. 図12は、第5の実施例による液晶表示素子における白表示及び黒表示のスペクトル特性を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing spectral characteristics of white display and black display in the liquid crystal display device according to the fifth embodiment.

一組の配向膜の配向処理方向とプレチ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の付加及びその除去により、液晶分子が各方向へ捩れる状態を可換的に実現する液晶表示素子を、リバースツイストネマチック(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い場合に、液晶分子がユニフォームツイスト構造で捩れる旋回方向である。   The twist direction of the liquid crystal molecules (first rotation direction) determined by the combination of the alignment treatment direction of the pair of alignment films and the pretilt angle is opposite to the twist direction of the liquid crystal molecules (second rotation direction) induced by the chiral agent. For example, the liquid crystal layer can be in a state where the liquid crystal molecules are twisted in each direction by applying a physical action to the liquid crystal layer, for example, by adding or removing a voltage higher than the saturation voltage of the electro-optical characteristics. The liquid crystal display element that is realized instead is called 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 with a uniform twist structure when no chiral agent is added to the liquid crystal layer.

RTN型液晶表示素子は、駆動電圧の閾値を低くすることができるため、低消費電力駆動が実現されるという特徴を有する。本願発明者らは、駆動電圧の閾値低減を目的に、様々な条件で作製したRTN型液晶表示素子について研究を行い、その成果を特許文献3に開示した。本願発明者らの研究の結果、プレチルト角が高いほどリバースツイスト構造状態が安定すること、及びカイラル剤のカイラルピッチが短いほど駆動電圧の閾値は低くなるが、リバースツイスト構造状態は不安定となることが見出された。   The RTN liquid crystal display element has a feature that low power consumption driving is realized because the threshold of the driving voltage can be lowered. The inventors of the present application have studied RTN type liquid crystal display devices manufactured under various conditions for the purpose of reducing the threshold of the driving voltage, and disclosed the results in Patent Document 3. As a result of the present inventors' study, the reverse twist structure state becomes more stable as the pretilt angle is higher, and the threshold of the drive voltage is lowered as the chiral agent pitch is shorter, but the reverse twist structure state becomes unstable. It was found.

特許文献3には、リバースツイスト構造状態が安定な、高プレチルト角条件を中心に行った研究の成果が記載されている。低プレチルト角条件に関しても実験を実施したが、リバースツイスト構造状態は元々不安定な液晶分子配列状態であるため、リバースツイスト構造状態が一層不安定となる短ピッチ条件(たとえばカイラルピッチが20μm以下)については検討を行っていなかった。   Patent Document 3 describes the results of research centered on high pretilt angle conditions in which the reverse twist structure state is stable. Experiments were also conducted for low pretilt angle conditions. However, since the reverse twist structure state is originally an unstable liquid crystal molecular arrangement state, the short pitch condition (for example, the chiral pitch is 20 μm or less) that makes the reverse twist structure state more unstable. Was not considered.

本願発明は、たとえば低プレチルト角かつ短ピッチ条件という、通常は研究の対象外とされるような、非常に不安定な条件におけるリバースツイスト構造状態に係る研究の一成果である。この特異な条件下で本願発明者らは、液晶表示素子の駆動電圧の閾値が比較的高く、シャープネスが極めて急峻となる予期せぬ現象を発見し、特許文献5に開示した。しかしながらこのような現象が発生する理由は、これまで明らかにされていなかった。   The present invention is a result of research on a reverse twist structure state in a very unstable condition such as a low pretilt angle and a short pitch condition, which is normally excluded from research. Under these unique conditions, the present inventors have discovered an unexpected phenomenon in which the threshold voltage of the driving voltage of the liquid crystal display element is relatively high and the sharpness is extremely steep, and disclosed in Patent Document 5. However, the reason why such a phenomenon occurs has not been clarified so far.

本願発明者らは、鋭意研究の結果、この現象を生じさせるメカニズムを突き止め、本願に係る液晶素子とその駆動方法、及び、液晶装置の発明をなした。   As a result of diligent research, the inventors of the present application have found a mechanism for causing this phenomenon, and have invented a liquid crystal element, a driving method thereof, and a liquid crystal device according to the present application.

図1は、第1の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 showing a method of manufacturing a liquid crystal display device according to the first embodiment.

透明導電膜、たとえばITO(indium tin oxide)膜が形成された透明基板を2枚準備する。透明基板は、たとえば厚さ0.7mmtのソーダライムガラスで形成される。ITO膜の厚さは、たとえば1500Åである。これらの透明基板を洗浄、乾燥し(ステップS101)、ITO膜のパターニングをフォトリソ工程を用いて行い、透明基板(ガラス基板)上に透明電極(ITO電極)を形成する(ステップS102)。ITO電極パターンのエッチングは、たとえば第二塩化鉄を主成分とするエッチング液を用いたウェットエッチで行う。   Two transparent substrates on which a transparent conductive film, for example, an ITO (indium tin oxide) film is formed are prepared. The transparent substrate is made of, for example, soda lime glass having a thickness of 0.7 mm. The thickness of the ITO film is, for example, 1500 mm. These transparent substrates are washed and dried (step S101), and the ITO film is patterned using a photolithography process to form a transparent electrode (ITO electrode) on the transparent substrate (glass substrate) (step S102). Etching of the ITO electrode pattern is performed, for example, by wet etching using an etchant containing ferric chloride as a main component.

ガラス基板上に、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、たとえばフレキソ印刷を用いて行う。インクジェット印刷を用いてもよい。配向膜材料として、たとえば(株)日産化学製のSE−130を使用する。SE−130は、低プレチルト角を発現させるTN型液晶表示素子用の水平配向膜材料である。配向膜材料はこれに限られない。   On the glass substrate, an alignment film material is applied so as to cover the ITO electrode (step S103). The alignment film material is applied using, for example, flexographic printing. Inkjet printing may be used. For example, SE-130 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd. is used as the alignment film material. SE-130 is a horizontal alignment film material for a TN liquid crystal display element that exhibits a low pretilt angle. The alignment film material is not limited to this.

配向膜材料を塗布したガラス基板をホットプレートに乗せ、100℃で3分間の仮焼成(プリベーク)を実施する(ステップS104)。その後、クリーンオーブンにて200℃、1時間の本焼成を行う(ステップS105)。こうしてITO電極を覆う配向膜を形成する(ステップS103〜S105)。   The glass substrate coated with the alignment film material is placed on a hot plate and pre-baked (pre-baked) at 100 ° C. for 3 minutes (step S104). Then, main baking is performed in a clean oven at 200 ° C. for 1 hour (step S105). Thus, an alignment film covering the ITO electrode is 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)。基板に接する液晶分子を一方向に並べる(配向する)ため、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。   Next, a rubbing process (orientation process) is performed (step S106). In order to align (orient) the liquid crystal molecules in contact with the substrate in one direction, a cylindrical roll wound with a cloth is rotated at high speed to rub on the alignment film.

液晶層の厚さ(基板間距離)を一定に保つため、一方のガラス基板面上にギャップコントロール剤を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剤には粒径5μmのシリカ系材料((株)宇部日東化成製 ハイプレシカUF)を使用した。プラスチックボールを用いることもできる。   In order to keep the thickness of the liquid crystal layer (inter-substrate distance) constant, a gap control agent is sprayed on one glass substrate surface by a dry spraying method (step S107). As the gap control agent, a silica-based material having a particle size of 5 μm (High Presica UF manufactured by Ube Nitto Kasei Co., Ltd.) was used. Plastic balls can also be used.

他方のガラス基板面上にはシール剤を印刷し、メインシールパターンを形成する(ステップS108)。たとえば熱硬化性のシール剤である(株)三井化学製のES−7500に、粒径5μmのグラスファイバーを数%加え、スクリーン印刷法で印刷する。ディスペンサを用いて、シール剤を塗布することもできる。光硬化性のシール剤や、光・熱併用硬化型のシール剤を使ってもよい。   A sealant is printed on the other glass substrate surface to form a main seal pattern (step S108). For example, a glass fiber having a particle size of 5 μm is added to ES-7500 manufactured by Mitsui Chemicals, which is a thermosetting sealant, and printing is performed by a screen printing method. A sealant can also be applied using a dispenser. A photo-curing sealant or a light / heat combination curable sealant may be used.

メインシールパターンを形成した基板面上の所定の位置に、金メッキを施したプラスチックボール(Auボール)などを含む導通材を印刷し、導通材パターンを形成する。たとえば粒径5μmのグラスファイバーを加えたES−7500に、更に粒径6μm程度のAuボールを数%含ませたものを、導通材としてスクリーン印刷する。導通材パターンの印刷は、メインシールパターンを印刷した基板とは異なる基板に行ってもよい。   A conductive material including a plastic ball (Au ball) plated with gold is printed at a predetermined position on the substrate surface on which the main seal pattern is formed to form a conductive material pattern. For example, ES-7500 to which glass fiber having a particle diameter of 5 μm is added and further containing several percent of Au balls having a particle diameter of approximately 6 μm is screen-printed as a conductive material. The conductive material pattern may be printed on a substrate different from the substrate on which the main seal pattern is printed.

ガラス基板を貼り合わせる(ステップS109)。2枚のガラス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剤を硬化させる。ここでは配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子が、上側基板から下側基板に向かう方向に沿って、右方向に90°捩れるように、2枚のガラス基板を重ね合わせた。シール剤の熱硬化は、たとえばホットプレス法を用い、150℃で焼成して行う。その後、スクライバ装置でガラス基板に傷をつけ、つけた傷の一部に沿ってブレイキングし、短冊状に分割する。   A glass substrate is bonded together (step S109). Two glass substrates are superposed at predetermined positions to form a cell, and heat treatment is performed in a pressed state to cure the sealant. Here, two glass substrates are overlapped so that the liquid crystal molecules when forming a uniform twist structure by a combination of alignment treatments are twisted 90 ° to the right along the direction from the upper substrate to the lower substrate. It was. The thermosetting of the sealant is performed by baking at 150 ° C. using, for example, a hot press method. Thereafter, the glass substrate is scratched with a scriber device, broken along a part of the scratch, and divided into strips.

分割された短冊状の空セルを単位とし、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)。液晶材料には、たとえば(株)DIC製のRDP−84910を使用した。液晶中にはカイラル剤を添加した。添加量はカイラルピッチが、上側基板から下側基板に向かう方向に沿って左捩れ方向に、15μmとなるように調整した。   A nematic liquid crystal is injected into the empty cell, for example, by a vacuum injection method using the divided strip-shaped empty cell as a unit (step S110). As the liquid crystal material, for example, RDP-84910 manufactured by DIC Corporation was used. A chiral agent was added to the liquid crystal. The addition amount was adjusted so that the chiral pitch was 15 μm in the left twist direction along the direction from the upper substrate to the lower substrate.

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剤で封止し(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)。たとえばオーブンにより、120℃で30分間の熱処理を行う。その後、スクライバ装置でガラス基板につけた傷の残部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 sealant (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 orientation of the liquid crystal molecules (step S112). For example, heat treatment is performed in an oven at 120 ° C. for 30 minutes. Then, it breaks along the remainder of the damage | wound attached to the glass substrate with the scriber apparatus, and divides it into an individual cell.

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。洗浄工程においては、洗剤、有機溶剤などによりセルを洗浄し、セルに付着した液晶や面取り時の粉を洗い落とす。   Chamfering (step S113) and cleaning (step S114) are performed on the subdivided cells. In the washing process, the cell is washed with a detergent, an organic solvent, etc., and the liquid crystal adhering to the cell and the powder during chamfering are washed away.

最後に、2枚のガラス基板の液晶層と反対側の面に、所定の大きさにカットした偏光板を貼付する(ステップS115)。2枚の偏光板はクロスニコルに配置し、ノーマリホワイトのTN型液晶表示素子を実現した。   Finally, a polarizing plate cut to a predetermined size is attached to the surface of the two glass substrates opposite to the liquid crystal layer (step S115). The two polarizing plates were arranged in crossed Nicols to realize a normally white TN liquid crystal display element.

両基板のITO電極間には電源、及び、たとえば後述の駆動方法で液晶表示素子を駆動可能な制御装置を接続した。   A power source and a control device capable of driving a liquid crystal display element by a driving method described later, for example, were connected between the ITO electrodes of both substrates.

図2は、第1の実施例による液晶表示素子の概略的な断面図である。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device according to the first embodiment.

第1の実施例による液晶表示素子は、離間して略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14を含んで構成される。   The liquid crystal display device according to the first embodiment includes an upper substrate 10a, a lower substrate 10b, and a twisted nematic liquid crystal layer 14 sandwiched between the substrates 10a and 10b. Is done.

上側基板10aは、上側ガラス基板11a、上側ガラス基板11a上に形成された上側ITO電極12a、及び上側ITO電極12a上に形成された上側配向膜13aを含む。同様に、下側基板10bは、下側ガラス基板11b、下側ガラス基板11b上に形成された下側ITO電極12b、及び下側ITO電極12b上に形成された下側配向膜13bを含む。   The upper substrate 10a includes an upper glass substrate 11a, an upper ITO electrode 12a formed on the upper glass substrate 11a, and an upper alignment film 13a formed on the upper ITO electrode 12a. Similarly, the lower substrate 10b includes a lower glass substrate 11b, a lower ITO electrode 12b formed on the lower glass substrate 11b, and a lower alignment film 13b formed on the lower ITO electrode 12b.

液晶層14は、上側基板10aの上側配向膜13aと、下側基板10bの下側配向膜13bとの間に配置され、厚さは、たとえば5μmである。   The liquid crystal layer 14 is disposed between the upper alignment film 13a of the upper substrate 10a and the lower alignment film 13b of the lower substrate 10b, and has a thickness of 5 μm, for example.

上側及び下側配向膜13a、13bには、ラビングにより配向処理が施されている。上側及び下側基板10a、10bの各々におけるプレチルト角の形成される向き(液晶分子14aが基板10a、10bに対して立ち上がる向き)は、ラビング処理の向きで決定される。実施例においては、上側及び下側基板10a、10bにおけるプレチルト角の向きは、液晶材料がスプレイ構造を含まないユニフォームツイスト構造を形成した場合、より具体的には、たとえばカイラル剤を含まない液晶材料を配向膜13a、13b間に封入した場合、上側基板10a側の基板法線方向から見て、上側基板10aから下側基板10bに向かう方向に沿って、右方向に90°捩れるユニフォームツイスト構造となる組み合わせとした。なお、上側及び下側配向膜13a、13bに付与されたプレチルト角は1°であった。   The upper and lower alignment films 13a and 13b are subjected to alignment treatment by rubbing. The direction in which the pretilt angle is formed in each of the upper and lower substrates 10a and 10b (the direction in which the liquid crystal molecules 14a rise with respect to the substrates 10a and 10b) is determined by the direction of the rubbing process. In the embodiment, the direction of the pretilt angle in the upper and lower substrates 10a and 10b is more specifically, for example, when the liquid crystal material forms a uniform twist structure that does not include a spray structure, for example, a liquid crystal material that does not include a chiral agent. Is twisted 90 ° rightward along the direction from the upper substrate 10a toward the lower substrate 10b when viewed from the substrate normal direction on the upper substrate 10a side. It became the combination which becomes. The pretilt angle given to the upper and lower alignment films 13a and 13b was 1 °.

液晶層14にはカイラル剤が、カイラルピッチを15μmとする量で、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14aの配列は、上側基板10a側の基板法線方向から見て、上側基板10aから下側基板10bに向かう方向に沿って、左捩れ方向に捩れる構造である。   A chiral agent is added to the liquid crystal layer 14 in an amount that makes the chiral pitch 15 μm. The alignment of the liquid crystal molecules 14a generated under the influence of the chiral agent is twisted in the left-twist direction along the direction from the upper substrate 10a to the lower substrate 10b when viewed from the substrate normal direction on the upper substrate 10a side. It is a structure.

上側基板10a、下側基板10bの液晶層14と反対側の面には、それぞれ上側偏光板15a、下側偏光板15bが配置される。両偏光板15a、15b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のラビング方向に対し平行となるように配置される。   An upper polarizing plate 15a and a lower polarizing plate 15b are disposed on the surfaces of the upper substrate 10a and the lower substrate 10b opposite to the liquid crystal layer 14, respectively. Both polarizing plates 15a and 15b 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.

上側ITO電極12a、下側ITO電極12b間に電源を含む制御装置20が接続されている。たとえば電源により両電極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14aの配列を、スプレイツイスト構造からユニフォームツイスト(リバースツイスト)構造に転移させることができる。   A control device 20 including a power source is connected between the upper ITO electrode 12a and the lower ITO electrode 12b. For example, the arrangement of the liquid crystal molecules 14a can be transferred from the spray twist structure to the uniform twist (reverse twist) structure by applying an AC voltage equal to or higher than the threshold voltage between the electrodes 12a and 12b by a power source.

図3は、第1の実施例による液晶表示素子のスプレイツイスト構造状態とリバースツイスト構造状態を示す写真である。写真は、第1の実施例による液晶表示素子の上側基板10aの法線方向から撮影した。   FIG. 3 is a photograph showing a spray twist structure state and a reverse twist structure state of the liquid crystal display device according to the first embodiment. The photograph was taken from the normal direction of the upper substrate 10a of the liquid crystal display device according to the first embodiment.

本願発明者らは、第1の実施例による液晶表示素子が、上側基板10a側の基板法線方向から見たとき、(1)左方向(第2旋回方向)にツイスト角90°で捩れるスプレイツイスト配列状態、(2)左方向にツイスト角270°で捩れるSTN(スーパーツイストネマチック)配列状態、及び、(3)右方向(第1旋回方向)にツイスト角90°で捩れるRTN(リバースツイストネマチック)配列状態の各配列状態をとりうることを発見した。   The inventors of the present invention twist the liquid crystal display element according to the first embodiment from the normal direction of the substrate on the side of the upper substrate 10a (1) in the left direction (second turning direction) with a twist angle of 90 °. Spray twist arrangement state, (2) STN (super twist nematic) arrangement state twisted leftward with a twist angle of 270 °, and (3) RTN twisted rightward (first turning direction) with a twist angle of 90 ° ( It was discovered that each twisted state can be taken.

図4は、第1の実施例による液晶表示素子の上側基板10a側の基板法線方向から見た液晶分子14aの捩れ方向及び角度を示す概略図である。   FIG. 4 is a schematic diagram showing the twist direction and angle of the liquid crystal molecules 14a viewed from the substrate normal direction on the upper substrate 10a side of the liquid crystal display device according to the first embodiment.

液晶表示素子完成直後の液晶分子14aの捩れ方向は、カイラル剤による捩れ方向(第2旋回方向)と同方向の左捩れであり、配列状態は捩れ角が90°のスプレイツイスト配列状態である。この状態において、たとえば電極12a、12b間に所定範囲内の電圧を印加し、液晶層14に縦電界を加えると、捩れ角が270°のSTN配列状態に転移する。90°スプレイツイスト配列状態と270°STN配列状態における液晶分子の捩れ方向は同方向である。この電圧印加状態を維持すると、液晶分子14aの配列状態(270°STN配列状態)も維持される。印加電圧を徐々に増加し、270°STN配列状態の液晶層14により強い縦電界を与えると、捩れ角が90°のRTN配列状態に転移する。この相転移は、両電極12a、12b間に閾値電圧以上の電圧を印加したとき、ディスクリネーションラインの発生を伴わずきわめて速やかに行われる。90°RTN配列状態における液晶分子14aの捩れ方向は、90°スプレイツイスト配列状態及び270°STN配列状態におけるそれと反対方向(第1旋回方向)である。なお、図3の写真には、スプレイツイスト配列状態から90°RTN配列状態に転移する際に現れる270°STN配列状態を省略してある。   The twist direction of the liquid crystal molecules 14a immediately after completion of the liquid crystal display element is a left twist in the same direction as the twist direction (second turning direction) by the chiral agent, and the array state is a spray twist array state in which the twist angle is 90 °. In this state, for example, when a voltage within a predetermined range is applied between the electrodes 12 a and 12 b and a vertical electric field is applied to the liquid crystal layer 14, the state transitions to the STN alignment state with a twist angle of 270 °. The twist direction of the liquid crystal molecules in the 90 ° spray twist alignment state and the 270 ° STN alignment state is the same direction. If this voltage application state is maintained, the alignment state (270 ° STN alignment state) of the liquid crystal molecules 14a is also maintained. When the applied voltage is gradually increased and a strong vertical electric field is applied to the liquid crystal layer 14 in the 270 ° STN alignment state, the state changes to the RTN alignment state in which the twist angle is 90 °. This phase transition is performed very rapidly without the occurrence of a disclination line when a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied between the electrodes 12a and 12b. The twist direction of the liquid crystal molecules 14a in the 90 ° RTN alignment state is the opposite direction (first turning direction) to that in the 90 ° spray twist alignment state and the 270 ° STN alignment state. In the photograph of FIG. 3, the 270 ° STN arrangement state that appears when the spray twist arrangement state shifts to the 90 ° RTN arrangement state is omitted.

90°RTN配列状態の液晶層14から瞬間的に縦電界を消去する(電極12a、12b間に印加する電圧を一瞬オフする)だけで、液晶分子14aは270°STN配列状態に転移する。電極12a、12b間への印加電圧をオフしたまま放置すると、液晶分子14aは、270°STN配列状態から徐々に配列状態を変化させ、数分後には90°スプレイツイスト配列状態に転移する。   By simply erasing the vertical electric field from the liquid crystal layer 14 in the 90 ° RTN alignment state (turning off the voltage applied between the electrodes 12a and 12b for a moment), the liquid crystal molecules 14a transition to the 270 ° STN alignment state. When the voltage applied between the electrodes 12a and 12b is left off, the liquid crystal molecules 14a gradually change the alignment state from the 270 ° STN alignment state, and after a few minutes, transition to the 90 ° spray twist alignment state.

なお、270°STN配列状態時に印加電圧を瞬間的にオフした場合、液晶分子は270°STN配列状態を維持する。   Note that when the applied voltage is instantaneously turned off in the 270 ° STN alignment state, the liquid crystal molecules maintain the 270 ° STN alignment state.

270°STN配列状態は、第1の実施例による液晶表示素子において、たとえば液晶分子14aがスプレイツイスト配列状態からRTN配列状態に遷移する過程で現れ、ある範囲の電圧値を印加した状態では安定な、「準安定」とも呼べる液晶分子14aの配列状態である。   The 270 ° STN alignment state appears in the liquid crystal display element according to the first embodiment, for example, in the process in which the liquid crystal molecules 14a transition from the spray twist alignment state to the RTN alignment state, and is stable when a voltage value in a certain range is applied. , An arrangement state of the liquid crystal molecules 14a which can be called “metastable”.

図5は、第1の実施例による液晶表示素子の電気光学特性を示すグラフである。グラフの横軸は、電極12a、12b間に印加した電圧を単位「V」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「%」で示す。   FIG. 5 is a graph showing the electro-optical characteristics of the liquid crystal display element according to the first embodiment. The horizontal axis of the graph indicates the voltage applied between the electrodes 12a and 12b in the unit "V", and the vertical axis indicates the light transmittance of the liquid crystal display element in the unit "%".

第1の実施例による液晶表示素子は、印加電圧に対する光透過率の変化の急峻性が大きい(シャープネスが優れている)ことがわかる。   It can be seen that the liquid crystal display element according to the first example has a large steepness of change in light transmittance with respect to the applied voltage (excellent sharpness).

V10/V90及びV5/V90を計算したところ、それぞれ1.037、1.041というシャープネス値が求められた。ここでV5、V10、V90は、最も高い光透過率を100%としたとき、5%の光透過率、10%の光透過率、90%の光透過率が得られる電圧値である。液晶表示素子を1/480デューティ駆動するのに必要なシャープネス値は、1.0465以下である。第1の実施例による液晶表示素子は、V10/V90、V5/V90ともに、この必要値を実現している。   When V10 / V90 and V5 / V90 were calculated, sharpness values of 1.037 and 1.041 were obtained, respectively. Here, V5, V10, and V90 are voltage values at which 5% light transmittance, 10% light transmittance, and 90% light transmittance are obtained when the highest light transmittance is 100%. The sharpness value required to drive the liquid crystal display element at 1/480 duty is 1.0465 or less. The liquid crystal display element according to the first embodiment achieves this necessary value for both V10 / V90 and V5 / V90.

第1の実施例による液晶表示素子は、優れたシャープネス特性を示し、1/480デューティ駆動という高デューティ駆動が可能な液晶表示素子である。本願発明者の鋭意研究の結果、このような優れたシャープネス特性は、プレチルト角が0.1°以上5°以下のときに出現することが判明した。   The liquid crystal display element according to the first embodiment is a liquid crystal display element that exhibits excellent sharpness characteristics and can be driven at a high duty of 1/480 duty driving. As a result of intensive studies by the inventors of the present application, it has been found that such excellent sharpness characteristics appear when the pretilt angle is not less than 0.1 ° and not more than 5 °.

本願発明者らは、第1の実施例による液晶表示素子とは、液晶材料のみが異なる第2〜第4の実施例による液晶表示素子を作製し、電気光学特性を調べた。第2、第3、第4の実施例においては、液晶材料として、それぞれ(株)DIC製のRDP−83107、RDP−83108、RDP−83409を使用した。第2〜第4の実施例による液晶表示素子も、上側基板側の基板法線方向から見たとき、左方向にツイスト角90°で捩れるスプレイツイスト配列状態、左方向にツイスト角270°で捩れるSTN配列状態、及び、右方向にツイスト角90°で捩れるRTN配列状態をとりうる。   The inventors of the present application fabricated liquid crystal display elements according to second to fourth examples that differ from the liquid crystal display element according to the first example only in the liquid crystal material, and examined the electro-optical characteristics. In the second, third, and fourth examples, RDP-83107, RDP-83108, and RDP-83409 manufactured by DIC Corporation were used as liquid crystal materials, respectively. The liquid crystal display elements according to the second to fourth embodiments also have a spray twist arrangement state in which the twist angle is 90 ° in the left direction and the twist angle 270 ° in the left direction when viewed from the substrate normal direction on the upper substrate side. A twisted STN array state and an RTN array state twisted in the right direction at a twist angle of 90 ° can be taken.

図6A〜図6Dは、各々第1〜第4の実施例による液晶表示素子の電気光学特性を示すグラフである。グラフの横軸は、電極間への印加電圧を単位「V」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「%」で示す。図6A〜図6Dのグラフにおいては、最も高い光透過率を100%としたときの光透過率を示した。各グラフには実測値とシミュレーション値を、それぞれ実線と点線で記載した。第1〜第4の実施例による液晶表示素子は、実測及びシミュレーションの双方から、優れたシャープネスを有する液晶表示素子であることがわかる。   6A to 6D are graphs showing the electro-optical characteristics of the liquid crystal display elements according to the first to fourth embodiments, respectively. The horizontal axis of the graph indicates the voltage applied between the electrodes in the unit “V”, and the vertical axis indicates the light transmittance of the liquid crystal display element in the unit “%”. The graphs of FIGS. 6A to 6D show the light transmittance when the highest light transmittance is 100%. In each graph, the actual measurement value and the simulation value are indicated by a solid line and a dotted line, respectively. The liquid crystal display elements according to the first to fourth examples are found to be liquid crystal display elements having excellent sharpness from both actual measurement and simulation.

次に、本願発明者らは、第5の実施例による液晶表示素子について、シミュレーションを行い、電気光学特性を再現した。第5の実施例による液晶表示素子は、液晶材料として、(株)メルク製のネマチック液晶材料であるZLI−4792を使用した点、及び、プレチルト角を3°とした点で第1の実施例と相違する。第5の実施例による液晶表示素子においても、液晶層の液晶分子は、上側基板側の基板法線方向から見たとき、左方向捩れの90°スプレイツイスト配列状態、左方向捩れの270°STN配列状態、及び、右方向捩れの90°RTN配列状態の3状態をとりうる。   Next, the inventors performed simulation on the liquid crystal display element according to the fifth example to reproduce the electro-optical characteristics. The liquid crystal display element according to the fifth embodiment is the first embodiment in that ZLI-4792 which is a nematic liquid crystal material manufactured by Merck Co., Ltd. is used as the liquid crystal material, and the pretilt angle is set to 3 °. And different. Also in the liquid crystal display device according to the fifth embodiment, the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer are 90 ° spray twisted in the left direction and 270 ° STN in the left direction when viewed from the substrate normal direction on the upper substrate side. There can be three states: an array state and a 90 ° RTN array state with rightward twist.

図7は、第5の実施例による液晶表示素子の、90°左捩れスプレイツイスト配列状態、270°左捩れSTN配列状態、及び、90°右捩れRTN配列状態の各配列状態における電気光学特性を示すグラフである。グラフの両軸の意味するところは、図5のグラフにおけるそれらと等しい。曲線aは、90°スプレイツイスト配列状態、曲線bは、270°STN配列状態、曲線cは、90°RTN配列状態の電気光学特性を表す。   FIG. 7 shows the electro-optical characteristics of the liquid crystal display element according to the fifth embodiment in each of the 90 ° left-twisted spray twist arrangement state, the 270 ° left-twisted STN arrangement state, and the 90 ° right-twisted RTN arrangement state. It is a graph to show. The meanings of both axes of the graph are the same as those in the graph of FIG. Curve a represents the 90 ° spray twist arrangement state, curve b represents the 270 ° STN arrangement state, and curve c represents the electro-optical characteristic of the 90 ° RTN arrangement state.

270°STN配列状態(曲線b)においては、2.6V〜2.7Vの間(約2.68V)で光透過率が急峻に変化し、これは図5及び図6A〜図6Dに見られる印加電圧に対する光透過率の変化の急峻性(優れたシャープネス)を示す電気光学特性と酷似している。光透過率が急峻に低下した後(電圧値が約2.68Vを超える範囲)の270°STN配列状態の電気光学特性は、90°RTN配列状態のそれと等しい。   In the 270 ° STN arrangement state (curve b), the light transmittance changes sharply between 2.6V and 2.7V (about 2.68V), which can be seen in FIGS. 5 and 6A to 6D. It is very similar to the electro-optical characteristic showing the steepness (excellent sharpness) of the change in light transmittance with respect to the applied voltage. The electro-optical characteristic of the 270 ° STN arrangement state after the light transmittance sharply decreases (the voltage value exceeds about 2.68 V) is equal to that of the 90 ° RTN arrangement state.

図8Aは、第5の実施例による液晶表示素子における液晶分子捩れ角(ダイレクタ捩れ角)を示すグラフである。グラフの横軸は、液晶層の厚さ方向の位置を正規化して示す。液晶層(液晶分子)が上側基板に接する位置を0とし、下側基板に接する位置を1とした。縦軸は、捩れ角を単位「°」で表す。正方向が、上側基板側の法線方向から見たときの右捩れ方向(第1旋回方向)を示し、負方向が左捩れ方向(第2旋回方向)を示す。曲線a〜曲線dで、それぞれ上下基板間への印加電圧が2V〜5Vであるときの、液晶分子捩れ角を表示した。   FIG. 8A is a graph showing a liquid crystal molecule twist angle (director twist angle) in the liquid crystal display device according to the fifth embodiment. The horizontal axis of the graph shows the normalized position of the liquid crystal layer in the thickness direction. The position where the liquid crystal layer (liquid crystal molecule) was in contact with the upper substrate was 0, and the position where the liquid crystal layer was in contact with the lower substrate was 1. The vertical axis represents the twist angle in the unit “°”. The positive direction indicates the right twist direction (first turning direction) when viewed from the normal direction on the upper substrate side, and the negative direction indicates the left twist direction (second turning direction). The curves a to d show the liquid crystal molecule twist angles when the applied voltage between the upper and lower substrates is 2 V to 5 V, respectively.

印加電圧が2Vであるとき(曲線a)、液晶分子は上下基板間で左方向に270°捩れている。液晶層厚さ方向の位置によらず、捩れ角の変化量は一定である。   When the applied voltage is 2 V (curve a), the liquid crystal molecules are twisted 270 ° leftward between the upper and lower substrates. The amount of change in the twist angle is constant regardless of the position in the liquid crystal layer thickness direction.

2V〜3Vの間で捩れ方向の逆転が起きている(曲線a及び曲線b)。捩れ方向の逆転が生じる電圧は、光透過率が急峻に変化する電圧(約2.68V)と等しい電圧であった(図7参照)。   A reversal of the twist direction occurs between 2V and 3V (curve a and curve b). The voltage causing the reversal of the twist direction was equal to the voltage (about 2.68 V) at which the light transmittance changes sharply (see FIG. 7).

印加電圧が3V〜5V(曲線b〜曲線d)の範囲では、液晶分子は上下基板間で右方向に90°捩れている。液晶分子の捩れは、主に液晶層の厚さ方向中央付近(およそ0.4〜0.6の位置)で生じている。   When the applied voltage is in the range of 3V to 5V (curve b to curve d), the liquid crystal molecules are twisted 90 ° rightward between the upper and lower substrates. The twist of the liquid crystal molecules occurs mainly near the center of the liquid crystal layer in the thickness direction (positions of about 0.4 to 0.6).

図8Bは、90°右捩れRTN配列状態にある液晶分子の捩れ角を示すグラフである。グラフの両軸の意味するところは、図8Aのグラフにおけるそれらと等しい。曲線a〜曲線fで、各々上下基板間に印加する電圧が0V〜5Vであるときの液晶分子捩れ角を示す。   FIG. 8B is a graph showing the twist angle of the liquid crystal molecules in the 90 ° right twist RTN alignment state. The meanings of both axes of the graph are the same as those in the graph of FIG. 8A. Curves a to f indicate the twist angles of liquid crystal molecules when the voltage applied between the upper and lower substrates is 0 V to 5 V, respectively.

印加電圧が3V〜5V(曲線d〜曲線f)の範囲では、液晶分子は上下基板間で右方向に90°捩れ、捩れは主として液晶層の厚さ方向中央付近(およそ0.4〜0.6の位置)で生じている。図8Aと図8Bの印加電圧3V〜5Vを示す曲線を比較すると、第5の実施例による液晶表示素子の液晶分子は、印加電圧3V〜5Vで、90°右捩れRTN配列状態にある液晶分子と同じ挙動を示していることがわかる。   When the applied voltage is in the range of 3 V to 5 V (curve d to curve f), the liquid crystal molecules are twisted 90 ° rightward between the upper and lower substrates, and the twist is mainly near the center in the thickness direction of the liquid crystal layer (approximately 0.4 to 0. 0. At position 6). 8A and 8B, the liquid crystal molecules of the liquid crystal display device according to the fifth embodiment are liquid crystal molecules in a 90 ° right-twisted RTN alignment state at an applied voltage of 3V to 5V. It can be seen that the same behavior is exhibited.

第5の実施例による液晶表示素子についてのシミュレーション(図7、図8A及び図8B参照)から、実施例による液晶表示素子においては、約2.68Vの電圧印加で生じる捩れ方向の逆転(270°STN配列状態から90°RTN配列状態への転移)により、光透過率の急峻な変化が生じていると考えられる。   From the simulation of the liquid crystal display element according to the fifth embodiment (see FIGS. 7, 8A and 8B), in the liquid crystal display element according to the embodiment, the twist direction reversal (270 °) generated by applying a voltage of about 2.68V. It is considered that a steep change in the light transmittance occurs due to the transition from the STN arrangement state to the 90 ° RTN arrangement state.

図9A及び図9Bは、第5の実施例による液晶表示素子の、90°スプレイツイスト配列状態、270°STN配列状態、及び90°RTN配列状態の各状態における自由エネルギーを示すグラフである。   9A and 9B are graphs showing the free energy of the liquid crystal display element according to the fifth embodiment in each of the 90 ° spray twist arrangement state, the 270 ° STN arrangement state, and the 90 ° RTN arrangement state.

グラフの横軸は、電極間への印加電圧を単位「V」で示し、縦軸は、ギブスの自由エネルギーを単位「μJ/m」で示す。曲線aは、液晶分子が90°スプレイツイスト配列状態にあるとき、曲線bは、270°STN配列状態にあるとき、曲線cは、90°RTN配列状態にあるときの自由エネルギーを表す。なお、参考のために、第5の実施例による液晶表示素子の液晶層に、カイラル剤を添加しない場合の液晶分子配列状態(90°右捩れTN配列状態)における自由エネルギーを、曲線dとして付記した。図9Bは、図9Aの一部(印加電圧2V〜3Vの範囲)を拡大したグラフである。 The horizontal axis of the graph indicates the voltage applied between the electrodes in the unit “V”, and the vertical axis indicates the Gibbs free energy in the unit “μJ / m 2 ”. Curve a represents the free energy when the liquid crystal molecules are in the 90 ° spray twist alignment state, curve b represents the 270 ° STN alignment state, and curve c represents the free energy when in the 90 ° RTN alignment state. For reference, the free energy in the liquid crystal molecular alignment state (90 ° right-twisted TN alignment state) when no chiral agent is added to the liquid crystal layer of the liquid crystal display element according to the fifth embodiment is added as a curve d. did. FIG. 9B is an enlarged graph of a part of FIG. 9A (applied voltage range of 2V to 3V).

印加電圧が2.2V強までの範囲においては、90°スプレイツイスト配列状態、270°STN配列状態、90°RTN配列状態の3状態(曲線a〜曲線c)の中で、270°STN配列状態(曲線b)の自由エネルギーが最も低く、安定である。しかし、2.4V強の電圧値で、270°STN配列状態(曲線b)の自由エネルギーが最も高くなり、不安定となる一方、90°RTN配列状態(曲線c)の自由エネルギーは最も低く、安定である。その結果、2.683V〜2.684Vの間で捩れ方向の逆転(270°STN配列状態から90°RTN配列状態への転移)が生じる。   In the range where the applied voltage is a little over 2.2V, the 270 ° STN arrangement state among the three states (curve a to curve c) of 90 ° spray twist arrangement state, 270 ° STN arrangement state, and 90 ° RTN arrangement state (Curve b) has the lowest free energy and is stable. However, at a voltage value of slightly over 2.4 V, the free energy of the 270 ° STN arrangement state (curve b) is the highest and unstable, while the free energy of the 90 ° RTN arrangement state (curve c) is the lowest, It is stable. As a result, a torsional reversal (transition from the 270 ° STN arrangement state to the 90 ° RTN arrangement state) occurs between 2.683V and 2.684V.

なお、たとえば90°RTN配列状態(曲線c)と90°TN配列状態(曲線d)は、右方向に90°捩れる点で共通するが、90°RTN配列状態(曲線c)においては、左方向への旋回性を与えるカイラル剤が添加されているため、90°TN配列状態(曲線d)よりも自由エネルギーが高く、不安定である。   For example, the 90 ° RTN arrangement state (curve c) and the 90 ° TN arrangement state (curve d) are common in that they are twisted by 90 ° to the right, but in the 90 ° RTN arrangement state (curve c), the left Since a chiral agent that gives a turning property in the direction is added, the free energy is higher than that of the 90 ° TN arrangement state (curve d), and is unstable.

続いて、実施例による液晶表示素子の駆動方法について説明する。ここでは第5の液晶表示素子をデューティ駆動する場合について述べる。   Next, a method for driving the liquid crystal display element according to the embodiment will be described. Here, a case where the fifth liquid crystal display element is duty-driven will be described.

図10A及び図10Bに、上側、下側電極間に印加される駆動電圧の波形の例を示す。両図において、横軸は時間、縦軸は電圧を表す。たとえば図10Aの選択波形Vsは選択画素に印加される駆動電圧波形、図10Bの非選択波形Vusは非選択画素に印加される駆動電圧波形である。選択波形Vsの実効値電圧は、たとえば液晶分子の配列状態を270°STN配列状態から90°RTN配列状態へ転移させうる閾値電圧以上の電圧、一例としてスタティック駆動の2.7V相当の電圧に設定され、非選択波形Vusの実効値電圧は、たとえば当該閾値電圧未満の電圧、一例としてスタティック駆動の2.6V相当の電圧に設定される。   10A and 10B show examples of waveforms of drive voltages applied between the upper and lower electrodes. In both figures, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage. For example, the selection waveform Vs in FIG. 10A is a drive voltage waveform applied to the selected pixel, and the non-selection waveform Vus in FIG. 10B is a drive voltage waveform applied to the non-selected pixel. The effective voltage of the selection waveform Vs is set to, for example, a voltage higher than a threshold voltage capable of shifting the alignment state of liquid crystal molecules from the 270 ° STN alignment state to the 90 ° RTN alignment state, for example, a voltage equivalent to 2.7 V of static drive. The effective value voltage of the non-selected waveform Vus is set to, for example, a voltage lower than the threshold voltage, for example, a voltage equivalent to 2.6 V of static drive.

図11は、実施例による液晶表示素子の駆動方法を示すフローチャートである。   FIG. 11 is a flowchart illustrating a method of driving the liquid crystal display element according to the embodiment.

まず、全画素の上側、下側電極間に所定範囲内の電圧、たとえば2.2Vの交流電圧(リセットパルス)を印加し、液晶層に縦電界を加えて、90°スプレイツイスト配列状態にある液晶分子を270°STN配列状態に転移させる(ステップS201)。ここで所定範囲内の電圧とは、たとえば液晶分子の配列状態を90°スプレイツイスト配列状態から270°STN配列状態へ転移させうる閾値電圧以上で、270°STN配列状態から90°RTN配列状態へ転移させうる閾値電圧未満の電圧である。なお、全画素に非選択波形Vusを印加することで、液晶分子の配列状態を90°スプレイツイスト配列状態から270°STN配列状態に転移させてもよい。270°STN配列状態にある画素により白表示が行われる。   First, a voltage within a predetermined range, for example, an AC voltage (reset pulse) of 2.2 V is applied between the upper and lower electrodes of all the pixels, and a vertical electric field is applied to the liquid crystal layer so that it is in a 90 ° spray twist arrangement state. The liquid crystal molecules are transferred to the 270 ° STN alignment state (step S201). Here, the voltage within the predetermined range is, for example, a threshold voltage that can transfer the alignment state of the liquid crystal molecules from the 90 ° spray twist alignment state to the 270 ° STN alignment state, and from the 270 ° STN alignment state to the 90 ° RTN alignment state. The voltage is lower than the threshold voltage that can be transferred. It should be noted that the non-selection waveform Vus may be applied to all the pixels so that the alignment state of the liquid crystal molecules may be changed from the 90 ° spray twist alignment state to the 270 ° STN alignment state. White display is performed by the pixels in the 270 ° STN arrangement state.

白表示を行う画素には、非選択波形Vusを、たとえば一定周期で継続的に印加する(ステップS202)。非選択波形Vusの継続的な印加により、270°STN配列状態が維持される。   The non-selection waveform Vus is continuously applied to the pixels that perform white display, for example, at a constant cycle (step S202). The continuous application of the non-selected waveform Vus maintains the 270 ° STN arrangement state.

少なくとも一部の画素に選択波形Vsを印加する(ステップS203)。選択波形Vsを与えた画素の液晶分子は、270°STN配列状態から90°RTN配列状態に転移する。この相転移は速やかに行われ、100msec〜500msec程度で完了する。選択波形Vsが印加された画素は、白表示から黒表示に表示状態が変更される。白表示を行う画素と黒表示を行う画素により、画像が表示される。   The selection waveform Vs is applied to at least some of the pixels (step S203). The liquid crystal molecules of the pixel to which the selection waveform Vs is applied shift from the 270 ° STN alignment state to the 90 ° RTN alignment state. This phase transition is performed promptly and is completed in about 100 msec to 500 msec. The display state of the pixel to which the selection waveform Vs is applied is changed from white display to black display. An image is displayed by pixels that perform white display and pixels that perform black display.

選択波形Vsを加え、一旦黒表示とした画素は、その後非選択波形Vusを継続的に印加する(ステップS202)ことにより、黒表示(90°RTN配列状態)を維持することができる。すなわち、たとえば全画素に非選択波形Vusを、たとえば一定周期で継続的に印加する(ステップS202)ことで、画像を保持することができる。なお、黒表示を行う画素に、たとえば選択波形Vsの印加を継続してもよい。   A pixel that is once displayed in black by adding the selection waveform Vs can maintain black display (90 ° RTN arrangement state) by continuously applying the non-selection waveform Vus thereafter (step S202). That is, for example, an image can be held by continuously applying the non-selection waveform Vus to all the pixels, for example, at a constant period (step S202). Note that, for example, the selection waveform Vs may be continuously applied to the pixel performing black display.

黒表示部分を追加して画像の変更を行う場合には、追加的に黒表示とする画素に選択波形Vsを印加する(ステップS203)。このようにして画像(表示内容)を追加的に変更することができる。   When the image is changed by adding a black display portion, the selection waveform Vs is applied to the pixels that are additionally displayed black (step S203). In this way, the image (display content) can be additionally changed.

全く異なる画像に書き換える場合には、一旦、たとえば瞬間的に、全画素の駆動電圧(駆動波形)をオフする(ステップS204)。瞬間的な駆動電圧のオフで、90°RTN配列状態から270°STN配列状態への転移が生じるため、全画素を白表示(270°STN配列状態)とし、表示状態をリセットすることができる。90°RTN配列状態から270°STN配列状態への転移は、1s〜2s以下で完了する。瞬間的な駆動電圧のオフに限らず、90°RTN配列状態が維持されない、たとえば270°STN配列状態に転移する電圧まで電圧を低くして黒表示から白表示に表示状態を変更することができる。   When rewriting to a completely different image, the drive voltage (drive waveform) of all the pixels is turned off once, for example, instantaneously (step S204). Since the transition from the 90 ° RTN arrangement state to the 270 ° STN arrangement state occurs when the driving voltage is instantaneously turned off, all the pixels are displayed in white (270 ° STN arrangement state), and the display state can be reset. The transition from the 90 ° RTN arrangement state to the 270 ° STN arrangement state is completed in 1 s to 2 s or less. The display state can be changed from a black display to a white display by reducing the voltage to a voltage at which the 90 ° RTN arrangement state is not maintained, for example, the voltage transitions to the 270 ° STN arrangement state. .

この状態から、たとえば黒表示を行う画素に対し選択波形Vsを印加し(ステップS203)、全画素に非選択波形Vusを印加し続ける(ステップS202)ことで、新たな画像に書き換え、書き換えた画像を保持することができる。   From this state, for example, the selection waveform Vs is applied to the pixel that performs black display (step S203), and the non-selection waveform Vus is continuously applied to all the pixels (step S202), thereby rewriting and rewriting the new image. Can be held.

なお、駆動電圧の無印加状態が数分間続くと、液晶分子はスプレイツイスト配列状態に転移する。この場合には、再度リセットパルスを印加する(ステップS201)。   Note that when a state in which no drive voltage is applied continues for several minutes, the liquid crystal molecules transition to a spray twist alignment state. In this case, a reset pulse is applied again (step S201).

実施例による液晶表示素子の駆動方法においては、画素単位で液晶分子の配列状態を270°STN配列状態または90°RTN配列状態として表示を行う。液晶分子の配列状態が、270°STN配列状態から90°RTN配列状態に転移する際、光透過率が急峻に変化する。シャープネスが優れているため、大きな表示容量で表示を行うことができる。実施例による液晶表示素子の駆動方法は、比較的書き換えが少なく大容量表示を行う場合に、特に好適に使用可能である。   In the driving method of the liquid crystal display element according to the embodiment, display is performed with the arrangement state of the liquid crystal molecules in the pixel unit as the 270 ° STN arrangement state or the 90 ° RTN arrangement state. When the alignment state of the liquid crystal molecules transitions from the 270 ° STN alignment state to the 90 ° RTN alignment state, the light transmittance changes sharply. Since the sharpness is excellent, display can be performed with a large display capacity. The driving method of the liquid crystal display element according to the embodiment can be particularly preferably used when a large capacity display is performed with relatively little rewriting.

なお、白表示(270°STN配列状態)や黒表示(90°RTN配列状態)を維持するために印加する非選択波形Vus(ステップS202)は、画像保持波形と考えることができる。したがって、たとえば非選択波形Vusの実効値電圧をスタティック駆動の2.6V相当の電圧よりも低くすることができる。また、駆動波形は方形波など単純な波形でもよい。実効値電圧を低くしたり、波形を単純化することで、駆動時の消費電力を低減可能である。   Note that the non-selected waveform Vus (step S202) applied to maintain white display (270 ° STN arrangement state) or black display (90 ° RTN arrangement state) can be considered as an image holding waveform. Therefore, for example, the effective value voltage of the non-selected waveform Vus can be made lower than a voltage equivalent to 2.6 V of static drive. The driving waveform may be a simple waveform such as a square wave. By reducing the effective value voltage or simplifying the waveform, the power consumption during driving can be reduced.

デューティ駆動では実効値駆動を行っており、瞬間的には図10A及び図10Bに示すような波形の比較的高い電圧が、たとえば一定周期で印加される。実施例においては、上側、下側電極間に閾値電圧以上の電圧を印加し、液晶分子の配列状態を90°スプレイツイスト配列状態から270°STN配列状態に転移させた後、デューティ駆動を行うため、長時間、転移電圧(90°スプレイツイスト配列状態から270°STN配列状態に転移させるのに必要な実効値電圧)より小さい実効値電圧で表示を行うことも可能である。この場合、高デューティ駆動表示であるほど、駆動波形のピーク電圧値は高くなり、液晶分子は、270°STN配列状態で一層安定すると考えられる。この観点からは、実施例による液晶表示素子は、デューティ駆動の駆動条件を1/120デューティより高デューティとすることが好ましい。また、安定電圧Vが、転移電圧に対し低いほど270°STN配列状態が安定になる。したがって、転移電圧との比較で、安定電圧Vを低くする液晶材料やセル構造を採用することが望ましい。 In duty driving, effective value driving is performed, and a relatively high voltage having a waveform as shown in FIGS. 10A and 10B is instantaneously applied, for example, at a constant period. In the embodiment, a voltage higher than the threshold voltage is applied between the upper and lower electrodes to change the alignment state of the liquid crystal molecules from the 90 ° spray twist alignment state to the 270 ° STN alignment state, and then to perform duty driving. It is also possible to perform display for a long time with an effective value voltage smaller than the transition voltage (effective value voltage necessary for transition from the 90 ° spray twist arrangement state to the 270 ° STN arrangement state). In this case, the higher the duty display, the higher the peak voltage value of the drive waveform, and the liquid crystal molecules are considered to be more stable in the 270 ° STN alignment state. From this point of view, the liquid crystal display element according to the embodiment preferably has a duty driving condition higher than 1/120 duty. Further, the lower the stable voltage V c is relative to the transition voltage, the more stable the 270 ° STN arrangement state is. Therefore, in comparison with the transition voltage, it is desirable to employ a liquid crystal material and the cell structure to reduce the stable voltage V c.

他の実施例による液晶表示素子も同様に駆動可能である。たとえば第1の実施例の場合、選択波形Vsの実効値電圧を、一例としてスタティック駆動の1.3V相当の電圧に設定し、非選択波形Vusの実効値電圧を、一例としてスタティック駆動の1.2V相当の電圧に設定すればよい(図6A参照)。レスポンス特性を調べたところ、実施例による液晶表示素子は、たとえば数十msecで、比較的高速にスイッチング可能であることがわかった。   Liquid crystal display elements according to other embodiments can be similarly driven. For example, in the case of the first embodiment, the effective value voltage of the selected waveform Vs is set to a voltage equivalent to 1.3 V of static drive as an example, and the effective value voltage of the non-selected waveform Vus is set to 1. What is necessary is just to set to the voltage equivalent to 2V (refer FIG. 6A). As a result of examining the response characteristics, it was found that the liquid crystal display element according to the example can be switched at a relatively high speed in several tens of milliseconds, for example.

図12は、第5の実施例による液晶表示素子における白表示及び黒表示のスペクトル特性を示すグラフである。グラフの横軸は波長を単位「nm」で示し、縦軸は、光透過率を単位「%」で示す。曲線aは白表示(270°STN配列状態時)のスペクトル特性、曲線bは黒表示(90°RTN配列状態時)のスペクトル特性を表す。   FIG. 12 is a graph showing spectral characteristics of white display and black display in the liquid crystal display device according to the fifth embodiment. The horizontal axis of the graph indicates the wavelength in the unit “nm”, and the vertical axis indicates the light transmittance in the unit “%”. Curve a represents the spectral characteristics of white display (270 ° STN arrangement state), and curve b represents the spectral characteristics of black display (90 ° RTN arrangement state).

ほぼフラットな白表示(自然な白表示)と、波長によらず遮光性のよい黒表示(自然な黒表示)が得られている。実施例による液晶表示素子は、液晶セルに偏光板を貼っただけの液晶表示素子であり、光学補償膜等は使用していない。すなわち、TN型液晶表示素子に使われる安価な液晶材料や配向膜等を使用して、自然な白表示を得ることができる。一方で、たとえばデューティ駆動を行う場合、TN型液晶表示素子では得られにくい大容量表示を行うことができる。レスポンス特性も悪くはない。   A substantially flat white display (natural white display) and a black display with good light shielding properties (natural black display) are obtained regardless of the wavelength. The liquid crystal display element by an Example is a liquid crystal display element which only stuck the polarizing plate to the liquid crystal cell, and the optical compensation film etc. are not used. That is, a natural white display can be obtained by using an inexpensive liquid crystal material or alignment film used for the TN liquid crystal display element. On the other hand, for example, when duty driving is performed, large-capacity display that is difficult to obtain with a TN liquid crystal display element can be performed. Response characteristics are not bad.

なお、270°STN配列状態で自然な白表示が得られる理由は、現時点では不明である。しかしながらシミュレーション上でも、プレチルト角が低い270°STN配列状態において、自然な白表示が得られることがわかっている。   The reason why a natural white display can be obtained in the 270 ° STN arrangement state is unknown at this time. However, it is known from the simulation that a natural white display can be obtained in the 270 ° STN arrangement state where the pretilt angle is low.

第1〜第5の実施例による液晶表示素子においては、液晶層の厚さ(セル厚)dを5μm、カイラルピッチpを15μmとした。d/pの値は1/3である。セル厚dは5μmに限られない。d/pの値は、液晶に添加するカイラル剤の量で調整することが望ましい。   In the liquid crystal display elements according to the first to fifth embodiments, the thickness (cell thickness) d of the liquid crystal layer was 5 μm, and the chiral pitch p was 15 μm. The value of d / p is 1/3. The cell thickness d is not limited to 5 μm. The value of d / p is desirably adjusted by the amount of chiral agent added to the liquid crystal.

また、TN型液晶表示素子の場合、明るい表示を得るためには、グッチ・テリーの式において、ファーストミニマムまたはセカンドミニマムの条件を満たすことが必要である。グッチ・テリーの式は、次式(1)で表される。   In the case of a TN liquid crystal display element, in order to obtain a bright display, it is necessary to satisfy the conditions of the first minimum or the second minimum in the Gucci Terry equation. The Gucci Terry equation is expressed by the following equation (1).





ここでTNBは、TN型液晶セルのノーマリブラック時の光透過率であり、uは、下式(2)で計算される値である。 Here, TNB is the light transmittance at the time of normally black of the TN type liquid crystal cell, and u is a value calculated by the following equation (2).





式(2)において、Δnは液晶の屈折率異方性、λは液晶セルに入射する光の波長、dはセル厚を示す。   In equation (2), Δn is the refractive index anisotropy of the liquid crystal, λ is the wavelength of light incident on the liquid crystal cell, and d is the cell thickness.

実施例による液晶表示素子(RTN型液晶表示素子)においても、グッチ・テリーの式のファーストミニマムまたはセカンドミニマムの条件を満たすために、セル厚dに応じて、液晶材料(液晶の屈折率異方性Δn)を選択することが望ましい。たとえばセル厚dを小さくするときは、屈折率異方性Δnの値を大きくし、逆にセル厚dを大きくするときは、屈折率異方性Δnの値を小さくするように、液晶材料を選択する。   Also in the liquid crystal display element (RTN type liquid crystal display element) according to the embodiment, in order to satisfy the condition of the first minimum or the second minimum of the Gucci-Terry formula, the liquid crystal material (the refractive index anisotropic of the liquid crystal) depends on the cell thickness d. It is desirable to select the property Δn). For example, when the cell thickness d is reduced, the value of the refractive index anisotropy Δn is increased. Conversely, when the cell thickness d is increased, the liquid crystal material is reduced so as to decrease the value of the refractive index anisotropy Δn. select.

なお、セル厚dが小さいほど、液晶分子の配列状態は基板界面の影響を強く受けると考えられるため、セル厚dの小さい液晶表示素子の方が、270°STN配列状態を安定的に保持することができると推察される。   Note that the smaller the cell thickness d, the stronger the alignment state of the liquid crystal molecules is considered to be affected by the substrate interface. Therefore, the liquid crystal display element with the smaller cell thickness d stably maintains the 270 ° STN alignment state. It is speculated that it is possible.

d/pの値は、実施例におけるように、1/3またはその近傍の値とすることが望ましいであろう。しかしその値が多少変化しても、同様の効果が奏されると考えられる。d/pの値が1/3を超える範囲で大きくなるにつれて、カイラル剤の影響が強く現れ、スプレイツイスト配列状態が安定的に存在しやすくなる。その結果、スプレイツイスト配列状態から270°STN配列状態に転移させるのに必要な電圧が高くなり、270°STN配列状態で安定に保持される時間が短くなる傾向が生じる。このため、d/pの値は概ね1/2以下であることが望ましいであろう。一方、d/pの値が1/3未満の範囲で小さくなるにつれて、カイラル剤によって与えられる液晶層内の歪みが小さくなり、シャープネスが悪くなる傾向が生じると考えられる。d/pの値は概ね1/4より大きいことが望ましいであろう。なお、d/pの値はセル厚d自体とも関係するため、その望ましい範囲は一概には言い切れない。   It may be desirable to set the value of d / p to 1/3 or a value close thereto as in the embodiment. However, even if the value changes slightly, it is considered that the same effect is produced. As the value of d / p increases in the range exceeding 1/3, the influence of the chiral agent appears strongly, and the spray twist arrangement state tends to exist stably. As a result, the voltage required for transition from the spray twist arrangement state to the 270 ° STN arrangement state is increased, and the time during which the 270 ° STN arrangement state is stably maintained tends to be shortened. For this reason, it is desirable that the value of d / p is approximately ½ or less. On the other hand, it is considered that as the value of d / p becomes smaller in the range of less than 1/3, the distortion in the liquid crystal layer given by the chiral agent becomes smaller, and the sharpness tends to deteriorate. It would be desirable for the value of d / p to be approximately greater than 1/4. Since the value of d / p is also related to the cell thickness d itself, the desirable range cannot be fully stated.

また、実施例による液晶表示素子においては、液晶材料の広がりの弾性定数K11の値が大きく、捩れの弾性定数K22の値が小さいほど270°STN配列状態の安定性が高いことがわかった。270°STN配列状態の安定性の観点からは、広がりの弾性定数K11と捩れの弾性定数K22の比K11/K22がたとえば2以上の液晶材料を用いて液晶層を形成することが好ましいであろう。 In addition, in the liquid crystal display element according to the example, it was found that the stability of the 270 ° STN alignment state is higher as the value of the elastic constant K 11 of the spread of the liquid crystal material is larger and the value of the elastic constant K 22 of the twist is smaller. . From the viewpoint of the stability of the 270 ° STN alignment state, a liquid crystal layer may be formed using a liquid crystal material having a ratio K 11 / K 22 of, for example, two or more, the expansion elastic constant K 11 and the torsion elastic constant K 22. Would be preferred.

実施例による液晶表示素子及び液晶表示装置は、優れたシャープネス特性を有し、TN型液晶表示素子に用いられる材料やセル構造で、通常のTN型液晶表示素子と同程度に安価に製造することが可能である。また、低プレチルト角を好ましい条件とするため、工業的に広く用いられている高信頼性のTN型液晶表示素子用配向膜材料を使用して製造することができ、このため高い信頼性を備える。更に、光学補償膜なしで自然な白黒表示を得ることができる。また、大容量表示が可能であり、少なくとも1/480デューティ以上の高デューティ駆動を行うことができる。レスポンス特性も良好である。優れたシャープネス特性から、たとえばデューティ駆動でドット表示を行う際の上側及び下側電極数(走査線数)を100本以上とし、高い表示性能で表示を行うことが可能である。更に、駆動時の消費電力を低減することができる。   The liquid crystal display element and the liquid crystal display device according to the embodiment have excellent sharpness characteristics, and are manufactured at the same cost as a normal TN liquid crystal display element by using a material and a cell structure used for the TN liquid crystal display element. Is possible. In addition, since a low pretilt angle is a preferable condition, it can be manufactured using a highly reliable alignment film material for a TN type liquid crystal display element widely used in industry, and thus has high reliability. . Furthermore, a natural black and white display can be obtained without an optical compensation film. In addition, large capacity display is possible, and high duty driving of at least 1/480 duty or more can be performed. Response characteristics are also good. Due to the excellent sharpness characteristics, for example, the number of upper and lower electrodes (the number of scanning lines) when performing dot display by duty driving is set to 100 or more, and display can be performed with high display performance. Furthermore, power consumption during driving can be reduced.

また、実施例による液晶表示素子の駆動方法によれば、低消費電力で大容量表示を行うことが可能である。   Further, according to the driving method of the liquid crystal display element according to the embodiment, it is possible to perform a large capacity display with low power consumption.

なお、デューティ駆動において走査線数をN、ON電圧をVon、OFF電圧をVoffとするとき、それらの関係は下式(3)で表される。たとえば、第5の実施例による液晶表示素子を駆動する例においては、Vonは、スタティック駆動の2.7V相当の電圧であり、Voffは、2.6V相当の電圧である。 In the duty drive, when the number of scanning lines is N, the ON voltage is V on , and the OFF voltage is V off , the relationship is expressed by the following equation (3). For example, in the example of driving the liquid crystal display element according to the fifth embodiment, V on is a voltage equivalent to 2.7 V of static drive, and V off is a voltage equivalent to 2.6 V.







式(3)によると、N≧100のとき、1<Von/Voff≦約1.1となり、Nが大きくなるにつれて、Von/Voffは1に近づく。実施例による液晶表示素子は、優れたシャープネス特性を備えるため、走査線数を多くして緻密な表示が可能である。 According to equation (3), when N ≧ 100, as 1 <V on / V off ≦ about 1.1 next, N is increased, V on / V off are closer to 1. Since the liquid crystal display element according to the embodiment has excellent sharpness characteristics, the number of scanning lines can be increased to display precisely.

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、RTN配列状態における液晶分子の捩れ角α°を90°としたが、±20°程度の範囲(70°〜110°)で変えてもよい。ただし白表示の明るさを考慮すると、90°またはその近傍の捩れ角とすることが望ましいであろう。70°≦α°≦110°とするとき、実施例による液晶表示素子の液晶分子は、上側基板側の基板法線方向から見たとき、左方向捩れのα°スプレイツイスト配列状態、左方向捩れの(360−α)°STN配列状態、及び、右方向捩れの(180−α)°RTN配列状態の3状態をとりうる。   For example, in the embodiment, the twist angle α ° of the liquid crystal molecules in the RTN alignment state is set to 90 °, but may be changed within a range of about ± 20 ° (70 ° to 110 °). However, considering the brightness of the white display, it is desirable to set the twist angle at 90 ° or in the vicinity thereof. When 70 ° ≦ α ° ≦ 110 °, the liquid crystal molecules of the liquid crystal display element according to the embodiment are viewed in the normal direction of the substrate on the upper substrate side. (360-α) ° STN arrangement state and right-twisting (180-α) ° RTN arrangement state.

また、実施例においては、上側偏光板と下側偏光板の透過軸のなす角度を90°(クロスニコル配置)としたが、両偏光板の透過軸のなす角度を±5°程度の範囲で変えることができる。ただし光抜け防止の面からは、90°またはその近傍の角度で配置することが好ましい。なお、偏光板を平行ニコルに配置して、ノーマリブラックタイプの液晶表示素子とすることも可能である。その場合は、透過軸のなす角度をたとえば20°以下の範囲として、両偏光板を配置することができる。偏光板の望ましい配置は、液晶分子の捩れ角とも関係する。   In the examples, the angle formed by the transmission axes of the upper polarizing plate and the lower polarizing plate is 90 ° (crossed Nicols arrangement), but the angle formed by the transmission axes of both polarizing plates is within a range of about ± 5 °. Can be changed. However, from the viewpoint of preventing light leakage, it is preferably disposed at an angle of 90 ° or in the vicinity thereof. Note that a normally black liquid crystal display element can be formed by arranging polarizing plates in parallel Nicols. In that case, both polarizing plates can be arranged with the angle formed by the transmission axis being, for example, 20 ° or less. The desirable arrangement of the polarizing plate is also related to the twist angle of the liquid crystal molecules.

更に、90°スプレイツイスト配列状態から270°STN配列状態への転移は、印加電圧の周波数が高いほど速やかに生じる。このためリセットパルスは、高周波数の交流電圧であることが望ましい。   Further, the transition from the 90 ° spray twist arrangement state to the 270 ° STN arrangement state occurs more rapidly as the frequency of the applied voltage is higher. For this reason, the reset pulse is preferably a high-frequency AC voltage.

また、実施例においては、上側及び下側基板をともに透明基板としたが、少なくとも一方が透明基板であればよい。   In the embodiments, the upper and lower substrates are both transparent substrates, but at least one of them may be a transparent substrate.

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.

液晶を用いて表示を行う製品全般に利用可能である。特に、書き換えが少なく、大容量表示を求められる用途に適している。たとえば広告表示、児童用玩具、更に、新聞、雑誌などの紙、印刷物の代替表示に好適に利用できる。   It can be used for all products that display using liquid crystal. In particular, it is suitable for applications requiring little rewriting and requiring a large capacity display. For example, it can be suitably used for advertisement displays, children's toys, and alternative displays for paper and printed matter such as newspapers and magazines.

また、デューティ駆動される液晶表示素子、殊に、比較的大容量表示を求められる液晶表示素子に好ましく利用可能である。   Further, it can be preferably used for a liquid crystal display element driven by a duty, particularly a liquid crystal display element which requires a relatively large capacity display.

更に、アクティブ素子と組み合わせてもよい。また、面書き込み光源用の素子など、液晶光学素子として用いることもできる。   Furthermore, you may combine with an active element. Moreover, it can also be used as a liquid crystal optical element such as an element for a surface writing light source.

10a 上側基板
10b 下側基板
11a 上側ガラス基板
11b 下側ガラス基板
12a 上側ITO電極
12b 下側ITO電極
13a 上側配向膜
13b 下側配向膜
14 液晶層
14a 液晶分子
15a 上側偏光板
15b 下側偏光板
20 制御装置
10a upper substrate 10b lower substrate 11a upper glass substrate 11b lower glass substrate 12a upper ITO electrode 12b lower ITO electrode 13a upper alignment film 13b lower alignment film 14 liquid crystal layer 14a liquid crystal molecule 15a upper polarizer 15b lower polarizer 20 Control device

Claims (8)

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の基板の間に配置され、光学活性物質を含み、ツイスト配向する液晶層と
を有し、
前記第1及び第2の基板の配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩れ方向を第1旋回方向とするとき、前記光学活性物質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及び第2の基板は、0.1°以上5°以下のプレチルト角が発現するように配向処理され、
70°≦α°≦110°とするとき、前記液晶層の液晶分子は、前記第2旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態、前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態、及び、前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態の3状態をとりうる液晶素子。
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 an optically active material, and is twist-aligned;
When the twist direction of the liquid crystal molecules when the uniform twist structure is formed by a combination of the alignment treatments of the first and second substrates is the first turning direction, the optically active substance is added to the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer. Giving a turnability in the second turning direction opposite to the first turning direction,
The first and second substrates are aligned so that a pretilt angle of 0.1 ° or more and 5 ° or less is developed,
When 70 ° ≦ α ° ≦ 110 °, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are in a spray twist arrangement state in which the liquid crystal layer is twisted by α ° in the second turning direction, and twisted in the second turning direction by (360−α) °. A liquid crystal element capable of taking three states of a nematic alignment state and a twisted nematic alignment state twisted by (180−α) ° in the first turning direction.
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の基板の間に配置され、光学活性物質を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記第1及び第2の基板の配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩れ方向を第1旋回方向とするとき、前記光学活性物質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及び第2の基板は、0.1°以上5°以下のプレチルト角が発現するように配向処理され、70°≦α°≦110°とするとき、前記液晶層の液晶分子は、前記第2旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態、前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態、及び、前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態の3状態をとりうる液晶素子の駆動方法であって、
(a)前記第1の電極と前記第2の電極の間に、第1の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第2旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態から前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程と、
(b)前記第1の電極と前記第2の電極の間に、前記第1の閾値電圧より高い第2の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態から前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程と
を有する液晶素子の駆動方法。
A first substrate having a first electrode and subjected to an alignment treatment; a second substrate having a second electrode and being subjected to an alignment treatment; disposed opposite to and parallel to the first substrate; and the first substrate When a uniform twist structure is formed by a combination of alignment treatments of the first and second substrates, which is disposed between the substrate and the second substrate, includes an optically active substance, and has a liquid crystal layer that is twist-aligned. When the twist direction of the liquid crystal molecules is the first turning direction, the optically active substance gives the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer a turning property in the second turning direction opposite to the first turning direction. The first and second substrates are aligned so that a pretilt angle of 0.1 ° to 5 ° is expressed. When 70 ° ≦ α ° ≦ 110 °, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are Spray twist array state twisted by α ° in two turning directions, the second turning direction A twisted nematic alignment state twisted by (360-α) ° and a twisted nematic alignment state twisted by (180-α) ° in the first turning direction.
(A) A spray twist in which a voltage higher than a first threshold voltage is applied between the first electrode and the second electrode, and the alignment state of the liquid crystal molecules is twisted by α ° in the second turning direction. Transition from an array state to a twisted nematic array state twisted by (360-α) ° in the second turning direction;
(B) A voltage equal to or higher than a second threshold voltage higher than the first threshold voltage is applied between the first electrode and the second electrode, and the alignment state of the liquid crystal molecules is changed to the second rotation. Transition from a twisted nematic alignment state twisted in the direction (360-α) ° to a twisted nematic alignment state twisted in the first turning direction (180-α) °.
更に、
(c)前記第1の電極と前記第2の電極の間に印加する電圧を低くして、前記液晶分子の配列状態を、前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態から前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程
を含む請求項2に記載の液晶素子の駆動方法。
Furthermore,
(C) A twisted nematic arrangement in which the voltage applied between the first electrode and the second electrode is lowered and the arrangement state of the liquid crystal molecules is twisted by (180−α) ° in the first turning direction. The method for driving a liquid crystal element according to claim 2, further comprising a step of changing from a state to a twisted nematic alignment state twisted by (360−α) ° in the second turning direction.
更に、
(d)前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態、または、前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態を維持するための電圧を継続的に印加する工程
を含む請求項2または3に記載の液晶素子の駆動方法。
Furthermore,
(D) Continue the voltage for maintaining the twisted nematic arrangement state twisted by (360-α) ° in the second turning direction or the twisted nematic arrangement state twisted by (180-α) ° in the first turning direction. The method for driving a liquid crystal element according to claim 2, further comprising a step of applying the same.
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の基板の間に配置され、光学活性物質を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記第1及び第2の基板の配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩れ方向を第1旋回方向とするとき、前記光学活性物質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及び第2の基板は、0.1°以上5°以下のプレチルト角が発現するように配向処理され、70°≦α°≦110°とするとき、前記液晶層の液晶分子は、前記第2旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態、前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態、及び、前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態の3状態をとりうる液晶素子と、
前記液晶素子の駆動を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
(a)前記第1の電極と前記第2の電極の間に、第1の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第2旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態から前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程と、
(b)前記第1の電極と前記第2の電極の間に、前記第1の閾値電圧より高い第2の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態から前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程と
を有する駆動方法で前記液晶素子を駆動する液晶装置。
A first substrate having a first electrode and subjected to an alignment treatment; a second substrate having a second electrode and being subjected to an alignment treatment; disposed opposite to and parallel to the first substrate; and the first substrate When a uniform twist structure is formed by a combination of alignment treatments of the first and second substrates, which is disposed between the substrate and the second substrate, includes an optically active substance, and has a liquid crystal layer that is twist-aligned. When the twist direction of the liquid crystal molecules is the first turning direction, the optically active substance gives the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer a turning property in the second turning direction opposite to the first turning direction. The first and second substrates are aligned so that a pretilt angle of 0.1 ° to 5 ° is expressed. When 70 ° ≦ α ° ≦ 110 °, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are Spray twist array state twisted by α ° in two turning directions, the second turning direction A twisted nematic alignment state twisted by (360-α) ° and a twisted nematic alignment state twisted by (180-α) ° in the first turning direction;
A control device for controlling the driving of the liquid crystal element,
The controller is
(A) A spray twist in which a voltage higher than a first threshold voltage is applied between the first electrode and the second electrode, and the alignment state of the liquid crystal molecules is twisted by α ° in the second turning direction. Transition from an array state to a twisted nematic array state twisted by (360-α) ° in the second turning direction;
(B) A voltage equal to or higher than a second threshold voltage higher than the first threshold voltage is applied between the first electrode and the second electrode, and the alignment state of the liquid crystal molecules is changed to the second rotation. Liquid crystal for driving the liquid crystal element by a driving method including a step of changing from a twisted nematic alignment state twisted in the direction (360-α) ° to a twisted nematic alignment state twisted in the first turning direction (180-α) ° apparatus.
更に、前記制御装置は、
(c)前記第1の電極と前記第2の電極の間に印加する電圧を低くして、前記液晶分子の配列状態を、前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態から前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程
を含む駆動方法で前記液晶素子を駆動する請求項5に記載の液晶装置。
Furthermore, the control device comprises:
(C) A twisted nematic arrangement in which the voltage applied between the first electrode and the second electrode is lowered and the arrangement state of the liquid crystal molecules is twisted by (180−α) ° in the first turning direction. The liquid crystal device according to claim 5, wherein the liquid crystal element is driven by a driving method including a step of changing from a state to a twisted nematic alignment state twisted by (360−α) ° in the second turning direction.
更に、前記制御装置は、
(d)前記第2旋回方向に(360−α)°捩れるツイストネマチック配列状態、または、前記第1旋回方向に(180−α)°捩れるツイストネマチック配列状態を維持するための電圧を継続的に印加する工程
を含む駆動方法で前記液晶素子を駆動する請求項5または6に記載の液晶装置。
Furthermore, the control device comprises:
(D) Continue the voltage for maintaining the twisted nematic arrangement state twisted by (360-α) ° in the second turning direction or the twisted nematic arrangement state twisted by (180-α) ° in the first turning direction. The liquid crystal device according to claim 5, wherein the liquid crystal element is driven by a driving method including a step of applying the light.
前記液晶素子は、デューティ駆動でドット表示を行い、
前記第1及び第2の電極の電極数が100本以上である請求項5〜7のいずれか1項に記載の液晶装置。
The liquid crystal element performs dot display with duty drive,
The liquid crystal device according to claim 5, wherein the number of the first and second electrodes is 100 or more.
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