JP3768834B2

JP3768834B2 - Liquid crystal element and liquid crystal display panel

Info

Publication number: JP3768834B2
Application number: JP2001152361A
Authority: JP
Inventors: 幸治野口; 六男三井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2021-05-22
Also published as: JP2002049059A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid crystal element which dispenses with a pretreatment and so on and has high speed responsiveness. SOLUTION: In the liquid crystal element comprising a nematic liquid crystal held between two sheets of substrates with a structure capable of being applied with voltage, the liquid crystal is aligned between the two sheets of substrates of which the uniaxial alignment directions are parallel with each other without being applied with an electric field and further the liquid crystal is aligned in such a way that a pretilt of the liquid crystal on the side of one of the substrate is <=10 deg. and a pretilt of the liquid crystal on the side of the other of the substrates in a part deviating from a central position between the substrates close to the substrate boundary is nearly vertical.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶素子および液晶表示パネルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ネマティック液晶の配向方式としては、液晶セルの上下基板のラビング方向を９０度回転させたＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）配向素子が一般に使われているが、上下基板を反平行にラビング処理を行い、上下２枚の電極基板間にネマティック液晶を挟むＥＣＢ方式や、同一方向にラビング処理を行った配向方式（スプレイ配向）も知られている。
【０００３】
また、図４に示す様に、特に同一方向にラビングしたスプレイ配向に、電圧を印加してベンド配向に配向変化させることで応答速度を改善した方式が１９８３年にＢｏｓらによって発表されている。（πセル）（文献名米国特許第４，５８２，３９６号）
【０００４】
また、図５に示す様に、このようなベンド配向セルに位相補償板５２，５３を用いて位相補償を行うことで視野角特性を改善した研究が１９９２年に内田等によって発表されている。（ＯＣＢセル）（文献名１９９３年液晶討論会予稿集２Ｂ１３）
【０００５】
このようなベンド配向型のネマティック液晶は、液晶応答におけるバックフロー現象を抑制することによって応答性を改善、高速化したものである。しかしながら、このモード（Ｍｏｄｅ）は、電界無印加にスプレイ（Ｓｐｌａｙ）と呼ばれる配向状態を有し、液晶配向状態をベンド（Ｂｅｎｄ）に転位させるために非常に高電圧と長い時間を必要とする。また、ベンド状態を保持するために常にある一定電圧を印加しておく必要があり、液晶パネル面内でのばらつき等によりベンド状態を保持できない場所が発生すると、スプレイ配向状態が起因となる色むらが原因でＴＮモード等での点欠陥以上の問題が発生していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この様な従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、上記のベンド配向モードにみられる液晶素子を表示させための前処理等を必要としない新しい液晶配向モードを有する液晶素子およびそれを用いた液晶表示パネルを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、電圧を印加できる構造を有する２枚の基板間にネマチック液晶を狭持してなる液晶素子において、該液晶が一軸配向方向が互に平行である２枚の基板間で電界を印加することなく配向しており、かつ該液晶の配向が、一方の基板側における液晶のプレチルトが１０°以下で、もう一方の基板側の基板間の中心位置から基板界面に偏った部分における液晶のプレチルトが略垂直であることを特徴とする液晶素子である。
【０００８】
また、片側の基板側の液晶のプレチルトが０°より大きく１０°以下である事を特徴とする。
また、２つの基板間で異なる配向制御層を用いてプレチルトを付与する事を特徴とする。
また、上記の液晶素子は、位相補償することにより黒を表示することを特徴とする。
また、上記の液晶素子は、スイッチング素子を用いて駆動することを特徴とする。
また、上記の液晶素子は、電圧を印加する少なくとも一方の基板を高分子系の配向膜をラビング法を用いて一軸配向性を付与することを特徴とする。
また、上記の液晶素子は、少なくとも一方の基板に斜方蒸着法を用いて一軸配向性を付与することを特徴とする。
また、上記の液晶素子は、一方の基板に反射電極を用いて反射型として用いることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明は、上記の液晶素子を用いた液晶表示パネルである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、ネマチック液晶を狭持して配向させた液晶素子において、一方の基板側の液晶のプレチルトを１０°以下とし、もう一方の基板側にセル内の液晶の配向に電界を印加することなく基板間の中心位置から基板界面に偏った部分における液晶のプレチルトが垂直又は略垂直部分を有するようにし、両基板間での一軸配向方向が互に平行である配向状態において、配向状態を変化させる特殊な処理を必要とせず、バックフロー現象を押さえることで高速応答性を有する新しい液晶配向モードの液晶素子を発明した。
【００１１】
通常、リタデーション値で黒を表示する液晶モードの場合は、図５に示すように、リタデーションを有するフィルム等、つまりフィルムを構成する分子の向が揃っているようなフィルム等の位相補償板をもちいて位相補償する事で黒を表示して鮮明な黒を表示する。この液晶素子は位相補償して用いることが好ましい。
【００１２】
また、アナログ的に階調を表示する液晶素子の場合、各画素毎にスイッチング素子を用いて駆動することが望ましい。また、片側の基板側の液晶のプレチルトはできるだけ０°に近づける（０°より大きいことは必須であるが）ことが望ましい。この理由は、基板間の配向状態にリタデーションを付与できる状態の分子が多くなり低電圧で十分なリタデーションがとれる。
【００１３】
さらには、プロジェクション等の拡大光学系を用い投射型のディスプレイとして用いる場合、高分子系配向膜等のラビング等の筋配向状態が非常に大きな問題となることが知られている。片側の基板側の液晶のプレチルトをできるだけ０°に近くすることで面内のプレチルトのばらつきが起因となる筋配向状態が緩和される。本発明においては、１０°以下、好ましくは１°〜５°で使うことで筋配向状態が改善された。
【００１４】
さらに改善するためには、もう一方の基板を筋配向状態がなく、高プレチルト配向制御ができる斜方蒸着法を用いて配向させることがより好ましい。
【００１５】
次に、本発明における液晶配向モードを簡単に説明する。通常のベンド配向状態は、電界無印加時はスプレイ配向が安定である。これに高電圧を印加することによりベンド配向に転位させる。このモードは、電界のＯｎ−Ｏｆｆでの配向状態変化でＴＮモード等で見られる逆ねじれ等が原因となるバックフロー現象が少なく高速応答であると言われている。（図６参照）
【００１６】
本発明の液晶配向モードでは、片側の基板側の液晶のプレチルトに対してもう一方の基板側の液晶のプレチルトを非常に高くする非対称構成であることが特徴である。この配向状態の一例を図７に示す。プレチルトの高い基板７１ａ面の７１ａを９０°近傍まで立たせることによりベンド配向状態と同様にバックフローの少ない配向状態が容易に達成できる。すなわち、液晶分子のプレチルト角θが７０°〜８９°、好ましくは７５°〜８０°の範囲であるのが望ましい。
【００１７】
さらに、一方の基板７１ａ面の高いプレチルト側のプレチルトを徐々に低くしていくと、あるプレチルト以下でスプレイ状態が安定となり、電界印加により垂直部分を持つ配向状態に転位させる必要がでてくる。本発明のモードは、片側の基板側の液晶のプレチルトを０°に近い状態とし、もう一方の基板側の液晶のプレチルトをスプレイ配向状態ではなく両基板間で基板に垂直な部分を安定に持つ範囲でプレチルト制御することが特徴である。この配向状態を使うことにより、配向状態を転位させる電圧やその配向状態を保持する電圧等は必要がない。
【００１８】
つまり本発明の液晶素子は、一方の基板側の液晶分子のプレチルトは０°に近い状態とし、他方の基板側の液晶分子は略垂直とすることが特徴である。仮に他方の基板側の液晶分子が略垂直ではない場合は、あるプレチルト以下でスプレイ状態になってしまう。そのようなスプレイ状態になったら電界印加しなければならない。したがって、そのスプレイ状態はスプレイ状態をなくすための電界印加をしなければならないという点で本発明においては好ましい状態ではない。そして本発明の液晶素子はそのような電界印加を必要としない。
【００１９】
応答速度に関して述べると、初期スプレイからのベンド配向はバックフローが無く応答速度が速いのがメリットであり、ベンド化電圧が必要なのがデメリットなのに対し、本発明ではベンド配向のメリット（応答速度が速いこと）は保持しつつ、初期から（疑似）ベンドなので、ベンド化電圧が不要となるため、初期スプレイからのベンド配向のデメリットを解消できる。
【００２０】
さらに、図８にベンド配向状態と本発明の液晶素子の電圧とリタデーション値の関係のグラフを示す。セル厚は４μｍで、液晶にはセイミケミカル製ＣＦ−１７８３を用いた。この液晶は、Δｎ（０．２１）が大きく、粘性が小さいので、薄セルで高速性を保ちつつ低電圧駆動するために用いた。同図に示す様に、同一電圧で非常に幅広いリタデーション幅が得られることがわかる。これが本発明の特徴である。
【００２１】
なお、図８中、ベンド配向モードの測定範囲が本発明の配向モードの測定範囲より狭いが、ベンド配向モードで３Ｖ以下だとスプレイ状態に転移して、急激にリタデーションが増えたため（着色したため）測定結果を載せなかった。
【００２２】
本発明の液晶素子には、ネマチック液晶が用いられるが、特に限定はない。
【００２３】
以下、図１を参照して本発明の液晶素子の具体的な一実施形態について説明する。
同図に示す液晶素子８０では、一対のガラス、プラスチック等透明性の高い材料からなる基板８１ａ、８１ｂ間に液晶８５を挟持したセルが互いに偏光軸が直交した一対の偏光板８７ａ及び８７ｂ間に挟装した構造となっている。
【００２４】
基板８１ａ、８１ｂには、夫々液晶８５に電圧を印加するためのＩｎ₂ Ｏ₃ 、ＩＴＯ等の材料からなる電極８２ａ、８２ｂが設けられており、例えば後述
するように一方の基板にドット状の透明電極をマトリックス状に配置し、各透明電極にＴＦＴやＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）等のスイッチング素子を接続し、他方の基板の一面上あるいは所定パターンの対向電極を設けアクティブマトリックス構造を形成している。
【００２５】
電極８２ａ，８２ｂ上には、必要に応じてこれらのショートを防止する等の機能を持つＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅等の材料からなる絶縁膜８３ａ，８３ｂが夫々設けられる。
【００２６】
更に、液晶８５に接し、その配向状態を制御するべく機能する配向制御膜８４ａ，８４ｂが設けられている。かかる配向制御膜８４ａ，８４ｂは、一軸性を付与する配向制御層でありポリイミド等のラビングや光配向制御や斜方蒸着膜（ＳｉＯ、ＳｉＯｘ、ＣａＦ₂ ）等が知られている。
【００２７】
基板８１ａ及び８１ｂは、スペーサー８６を介して対向している。かかるスペーサー８６は、基板８１ａ、８１ｂの間の距離（セルギャップ）を決定するものであり、シリカビーズ等が用いられる。ここで決定されるセルギャップについては、液晶材料や電圧幅等によって、１〜１０μｍの範囲に設定することが好ましい。
【００２８】
当該液晶素子では、基板８１ａ及び８１ｂの一方に少なくともＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルターを設け、カラー液晶素子とすることもできる。
また光源としてＲ，Ｇ，Ｂの光源を順次切り替えることで、時分割による混色を利用してフルカラー表示させる方法を用いることもできる。
【００２９】
尚、当該液晶素子は、基板８１ａ及び８１ｂの両方の基板に一対の偏光板を設けた透過型の液晶素子、即ち基板８１ａ及び８１ｂのいずれも透光性の基板であり、一方の基板側からの入射光（例えば外部光源による光）を変調し他方側に出射するタイプの素子、又は少なくとも一方の基板に偏光板を設けた反射型の液晶素子、即ち基板８１ａ及び８１ｂのいずれか一方の側に反射板を設けるかあるいは一方の基板自体又は基板に設ける部材として反射性の材料を用いて、入射光及び反射光を変調し、入射側と同様の側に光を出射するタイプの素子のいずれにも適用することができる。
【００３０】
本発明では、上述の液晶素子に対して階調信号を供給する駆動回路を設け、上述したような電圧の印加により液晶の配向状態変化により、リタデーションの値を連続的に変化させ、階調表示を行う液晶表示素子を構成することができる。例えば、液晶素子の一方の基板として前述したようなＴＦＴ等を備えたアクティブマトリクス基板を用い、駆動回路で振幅変調によるアクティブマトリクス駆動を行うことでアナログ階調表示が可能となる。
【００３１】
次に、図２および図３を参照して、本発明の液晶素子において、このようなアクティブマトリクス基板を用いた例について説明する。
図２は、当該液晶素子を、駆動手段を備えた形で、一方の基板（アクティブマトリクス基板）の構成を中心に模式的に示したものである。
【００３２】
図２に示す構成では、液晶素子に相当するパネル部９０において、駆動手段である走査信号ドライバ９１に連結した走査線に相当する図面上水平方向のゲート線Ｇｌ、Ｇ２・・・・と、駆動手段である情報信号ドライバ９２に連結した情報信号線に相当する図面上縦方向のソース線Ｓｌ、Ｓ２・・・・が互いに絶縁された状態で直交するように設けられており、その各交点の画素に対応してスイッチング素子に相当する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）９４及び画素電極９５が設けられている（同図では簡略化のため５×５画素の領域のみを示す）。尚、スイッチング素子として、ＴＦＴの他、ＭＩＭ素子を用いることもできる。ゲート線Ｇｌ、Ｇ２・・・はＴＦＴ９４のゲート電極（図示せず）に接続され、ソース線Ｓｌ、Ｓ２・・・はＴＦＴ９４のソース電極（図示せず）に接続され、画素電極９５はＴＦＴ９４のドレイン電極（図示せず）に接続されている。かかる構成において、走査信号ドライバ９１によリゲート線Ｇｌ、Ｇ２・・・が例えば線順次に走査選択されてゲート電圧が供給され、このゲート線の走査選択に同期して情報信号ドライバ９２から、各画素に書き込む情報に応じた情報信号電圧がソース線Ｓｌ、Ｓ２・・・に供給され、ＴＦＴ９４を介して各画素電極に印加される。
【００３３】
図３は、図２に示すようなパネル構成における各画素部分（１ビット分）の断面構造の一例を示す。同図に示す構造では、ＴＦＴ９４及び画素電極９５を備えるアクティブマトリクス基板２０と共通電極４２を備えた対向基板４０間に、自発分極を有する液晶層４９が挟持され、液晶容量（Ｃ_1c）３１が構成されている。
【００３４】
アクティブマトリクス基板２０については、ＴＦＴ９４としてアモルファスＳｉＴＦＴを用いた例が示されている。ＴＦＴ９４はガラス等からなる基板２１上に形成され、図２に示すゲート線Ｇｌ、Ｇ２・・・に接続したゲート電極２２上に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）等の材料からなる絶縁膜（ゲート絶縁膜）２３を介してａ−Ｓｉ層２４が設けられており、該ａ−Ｓｉ層２４上に、夫々ｎ⁺ａ−Ｓｉ層２５、２６を介してソース電極２７、ドレイン電極２８が互いに離間して設けられている。
【００３５】
ソース電極２７は図２に示すソース線Ｓｌ、Ｓ２・・・に接続し、ドレイン電極２８はＩＴＯ膜等の透明導電膜からなる画素電極９５に接続している。また、ＴＦＴ９４におけるａ−Ｓｉ層２４上をチャネル保護膜２９が被覆している。このＴＦＴ９４は、該当するゲート線が走査選択された期間においてゲート電極２２にゲートパルスが印加されオン状態となる。
【００３６】
更に、アクティブマトリクス基板２０においては、画素電極９５と、該電極のガラス基板側に設けられた保持容量電極３０により絶縁膜２３（ゲート電極２２上の絶縁膜と連続的に設けられた膜）を挟持した構造により保持容量（Ｃ_s）３２が液晶層４９と並列の形で設けられている。保持容量電極はその面積が大きい場合、開口率が低下するため、ＩＴＯ膜等の透明導電膜により形成される。
【００３７】
アクティブマトリクス基板２０のＴＦＴ９４及び画素電極９５上には液晶の配向状態を制御する為の例えばラビング処理等の一軸配向処理が施された配向膜４３ａが設けられている。
【００３８】
一方、対向基板４０では、ガラス基板４１上に、全面同様の厚みで共通電極４２、及び液晶の配向状態を制御する為の配向膜４３ｂが積層されている。
尚、上記セル構造は、互いに偏光軸が直交した関係にある一対の偏光板間に挟持されたフィルム等の位相補償板を偏光板間に用いることが好ましい。
【００３９】
尚、図２及び図３に示すようなパネル構成において、アクティブマトリクス基板として、多結晶Ｓｉ（ｐ−Ｓｉ）ＴＦＴを備えた基板を用いることができる。
また、反射型のディスプレイの場合、単結晶シリコン基板にアクチィブ素子を作り込みこれを反射基板として用いることもできる。
【００４０】
【実施例】
以下に実施例を示すが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４１】
実施例１，２および比較例１，２
（セル１の作成）
ＩＴＯを蒸着しパターニングしたガラス基板に、ＪＡＬＳ２０２２（ＪＳＲ製、垂直配向膜用溶液）の膜溶液をスピン塗布した。これを８０℃で２ｍｉｎプレ焼成し、２００℃で６０ｍｉｎ焼成した。これをコットン植毛布を用いてラビング処理を行った。（ラビングローラー径が８０ｍｍφ、ローラー回転数１０００ｒｐｍ、基板表面の押し込み０．５ｍｍ、基板の送り速度を５０ｍｍ／ｓとした）。
【００４２】
反射電極を有する液晶基板に、ＳＥ−７９９２（日産化学製、配向膜用溶液）の配向膜溶液をスピン塗布した。これを８０℃で２ｍｉｎプレ焼成し、２００℃で６０ｍｉｎ焼成した。これをコットン植毛布を用いてラビング処理を行った。（ラビングローラー径が８０ｍｍφ、ローラー回転数１０００ｒｐｍ、基板表面の押し込み０．７ｍｍ、基板の送り速度を５０ｍｍ／ｓとした）。
【００４３】
このように処理した電極基板に２．５μｍφのスペーサーおよびシール剤を介して上下基板のラビング方向が平行となるように、貼り合わせることにより液晶セルを構成した。なお、配向膜ＪＡＬＳ２０２２の膜厚は５０ｎｍ、配向膜ＳＥ−７９９２の膜厚は５０ｎｍである。
【００４４】
（セル２の作成）
ＩＴＯを蒸着しパターニングしたガラス基板に、ＪＡＬＳ２０２２（ＪＳＲ製、垂直配向膜用溶液）の膜溶液をスピン塗布した。これを８０℃で２ｍｉｎプレ焼成し、２００℃で６０ｍｉｎ焼成した。
【００４５】
反射電極を有する液晶基板に、ＳＥ−７９９２（日産化学製、配向膜用溶液）の配向膜溶液をスピン塗布した。これを８０℃で２ｍｉｎプレ焼成し、２００℃で６０ｍｉｎ焼成した。これをコットン植毛布を用いてラビング処理を行った。（ラビングローラー径が８０ｍｍφ、ローラー回転数１０００ｒｐｍ、基板表面の押し込み０．７ｍｍ、基板の送り速度を５０ｍｍ／ｓとした）。
【００４６】
このように処理した電極基板に２μｍφのスペーサーおよびシール剤を介して上下基板のラビング方向が平行となるように、貼り合わせることにより液晶セルを構成した。なお、配向膜ＪＡＬＳ２０２２の膜厚は３０ｎｍ、配向膜ＳＥ−７９９２の膜厚は５０ｎｍである。
【００４７】
（セル３の作成）
ＩＴＯを蒸着しパターニングしたガラス基板と反射電極を有する液晶基板に、ＳＥ−７９９２（日産化学製、配向膜用溶液）の配向膜溶液をスピン塗布した。これを８０℃で２ｍｉｎプレ焼成し、２００℃で６０ｍｉｎ焼成した。これをコットン植毛布を用いてラビング処理を行った。（ラビングローラー径が８０ｍｍφ、ローラー回転数１０００ｒｐｍ、基板表面の押し込み０．７ｍｍ、基板の送り速度を５０ｍｍ／ｓとした）。
【００４８】
このように処理した電極基板に３μｍφのスペーサーおよびシール剤を介して上下基板のラビング方向が平行となるように、貼り合わせることにより液晶セルを構成した。なお、配向膜ＳＥ−７９９２の膜厚は５０ｎｍである。
【００４９】
（セル４の作成）
反射電極を有する液晶基板に、ＳｉＯを用いて斜方蒸着を行った。（膜厚１２０ｎｍ、蒸着速度０．１ｎｍ／ｓ、蒸着角度７５°）。
【００５０】
ＩＴＯを蒸着しパターニングしたガラス基板に、ＳＥ−７９９２（日産化学製、配向膜用溶液）の配向膜溶液をスピン塗布した。これを８０℃で２ｍｉｎプレ焼成し、２００℃で６０ｍｉｎ焼成した。これをコットン植毛布を用いてラビング処理を行った。（ラビングローラー径が８０ｍｍφ、ローラー回転数１０００ｒｐｍ、基板表面の押し込み０．７ｍｍ、基板の送り速度を５０ｍｍ／ｓとした）。
【００５１】
このように処理した電極基板に３μｍφのスペーサーおよびシール剤を介して上下基板のラビング方向が平行となるように、貼り合わせることにより液晶セルを構成した。なお、配向膜ＳＥ−７９９２の膜厚は５０ｎｍである。
【００５２】
上記の作成した各セル１〜４に、ネマチック液晶（セイミケミカル製、ＣＦ−１７８３）を減圧下で注入し各液晶素子を作成した。各セルは電圧を印加した状態で黒を表示するノーマリーホワイト状態で黒を補償するようにポリカーボネート製の位相補償板を複数用いた。偏光板はビームスプリッターを用いて、図９に示すような光学系を用いて測定した。
【００５３】
なお、図９には、ビームスプリッター１２と液晶素子１４との間に不図示の位相補償板が配置されている。ノーマリーホワイトの場合、高電圧側で黒にするため、７Ｖ印加時のリタデーション（図８のグラフから読むと約１１０ｎｍ）と同じリタデーションを持つ「位相補償板」をその遅相軸と液晶素子のラビング方向とが９０°に直交するように配置する。ビームスプリッタは反射素子で偏向板をクロスニコル配置させるために用意した。なお、通常の白色光の反射素子では、可視域の中心波長のλ／４＝５６０／４＝１４０ｎｍに配置しておけば、もう一方の偏光板とビームスプリッタは用いなくてもよい。
【００５４】
各液晶素子の特性を室温２５℃で測定した結果を表１に示す。
【００５５】
【表１】

【００５６】
（注）
１）電圧０〜７Ｖ範囲でのリタデーション幅（つまり、リタデーション値の最大値から最小値を引いた値、ベッレック式コンペンセーターで測定）
２）応答速度は０〜７Ｖ範囲（比較例２は４〜７Ｖ）９０Ｈｚ矩形波で測定
τｏｎは、白状態から黒状態へのスイッチングを示し、白の１００％から黒状態の１０％までの応答速度。
τｏｆｆは、黒状態から白状態へのスイッチングを示し、黒０％から白状態の９０％までの応答速度。
３）プレチルトは上下同一の一軸配向を持つ基板を一軸配向方向が反平行となるようにセルを別途作成した。用いた液晶のΔｎと作成したセルのリタデーションの測定値からセル厚換算することで求めた。
【００５７】
実施例１ではベンド配向状態特有のベンド化電圧（前処理）やベンド状態を保持する電圧（保持電圧）等を必要とせず、ベンド状態に匹敵する応答速度を示した。比較例２では、ベンド化処理に１５Ｖ程度の高電圧を必要として１ｃｍ² がベンド状態になるのに２０ｍｉｎ程度かかった。さらに、ベンド状態を保持する電圧が４Ｖ必要であった。比較例１は、図１１に示す様なＨＡＮ配向と言われる配向状態であるが、片側のプレチルトを９０°から低い方向にすることで応答速度が格段に向上していることがわかる。これは、バックフロー現象が低減されたためだと思われる。
【００５８】
実施例３，４
実施例１〜４の液晶素子の筋配向状態の評価を行なった。
実施例３、４の液晶素子は、実施例１と同様にして、垂直配向膜（ＪＡＬＳ２０２２）のラビング強度を一定として配向膜の厚さを変化させることでプレチルトを調整したセル５，６を用いた。また、液晶は実施例１、２と同様なものを用いた。
【００５９】
これを顕微鏡観察（２００倍）で筋配向状態を観察した。その結果を表２に示す。
【００６０】
【表２】

【００６１】
実施例４では筋配向状態が完全な黒状態でも顕著に見られた（△）。それに対して、実施例１、３では中間調状態で若干の筋が見られた（○）。それに対して、実施例２では全く筋配向状態は見られなかった（◎）。
【００６２】
実施例５，６および比較例３
実施例１および２と比較例２と同一の条件で片側の基板を反射電極基板から透過のガラス基板にし、スペーサー径のみを代えて透過型の液晶セルを作成した。
各液晶素子の特性を室温２５℃で測定した結果を表３に示す。
測定条件等は表１及び表２と同様である。
【００６３】
【表３】

【００６４】
結果は、反射型と同様の結果が得られた。
応答速度については、すべての液晶素子についてセル厚が反射型にたいしてほぼ２倍であり、電界強度の減少によるものである。
【００６５】
実施例７
スイッチング素子を用いた液晶素子の評価を行なった。
図３に示すようなＴＦＴの構成を持つ基板を作成した。セルの作成条件は実施例６を用いて配向膜塗布時のみ印刷法で作成した。これを図２に示すようにデータードライバー及びゲートドライバーを実装した。これに図１０に示す例のような波形を印加することで液晶素子表示をおこなった。対応する位相補償板と共に設置して評価を行った。
その結果、実施例６と同様に転位の電圧は特に必要なく、高速応答性を示した。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２枚の基板に特定の配向状態を作成することにより、前処理等が必要なく、高速応答性をもつ液晶素子および液晶表示パネルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶素子の一実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明の液晶素子を駆動手段を備えた形で一方の基板の構成を中心に模式的に示した図である。
【図３】図２に示すようなパネル構成における各画素部分（１ビット分）の断面構造の一例を示す概略図である。
【図４】従来の液晶素子のスプレイ配向に電圧を印加してベンド配向に配向変化させる状態を示す説明図である。
【図５】ベンド配向セルに位相補償を行う説明図である。
【図６】本発明の液晶配向モードの配向状態の一例を示す説明図である。
【図７】本発明の液晶配向モードの配向状態の一例を示す説明図である。
【図８】ベンド配向状態と本発明の液晶素子の電圧とリタデーション値の関係を示すグラフである。
【図９】実施例の液晶素子の測定に用いた光学系を示す説明図である。
【図１０】実施例７の液晶素子の測定に用いた印加波形を示す図である。
【図１１】比較例１の液晶素子の配向状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１１光源
１２ビームスプリッター
１３偏光板
１４液晶素子
１５観察者
２０アクティブマトリクス基板
２１基板
２２ゲート電極
２３絶縁膜（ゲート絶縁膜）
２４ａ−Ｓｉ層
２５、２６ｎ⁺ ａ−Ｓｉ層
２７ソース電極
２８ドレイン電極
２９チャネル保護膜
３０保持容量電極
３１液晶容量
３２共通電極
４０対向基板
４１ガラス基板
４２共通電極
４３ａ，４３ｂ配向膜
４９液晶層
７１ａ，７１ｂ基板
８０液晶素子
８ｌａ、８ｌｂ基板
８２ａ、８２ｂ電極
８３ａ、８３ｂ絶縁膜
８４ａ，８４ｂ配向制御膜
８５液晶
８６スペーサー
８７ａ、８７ｂ偏光板
９０パネル
９１走査信号ドライバ
９２情報信号ドライバ
９４薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
９５画素電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal element and a liquid crystal display panel.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as an alignment method of nematic liquid crystal, a TN (Twisted Nematic) alignment element in which the rubbing direction of the upper and lower substrates of the liquid crystal cell is rotated by 90 degrees is generally used, but the upper and lower substrates are rubbed in antiparallel, An ECB method in which nematic liquid crystal is sandwiched between two upper and lower electrode substrates and an alignment method (splay alignment) in which a rubbing process is performed in the same direction are also known.
[0003]
Also, as shown in FIG. 4, Bos et al. Announced in 1983 a system in which the response speed was improved by applying a voltage to the splay alignment rubbed in the same direction to change the alignment to the bend alignment. (Π cell) (Literature title: US Pat. No. 4,582,396)
[0004]
Further, as shown in FIG. 5, Uchida et al. Published in 1992 a study in which viewing angle characteristics were improved by performing phase compensation on such a bend alignment cell using phase compensation plates 52 and 53. (OCB cell) (Literature 1993 Liquid Crystal Discussion Group Proceedings 2B13)
[0005]
Such a bend alignment type nematic liquid crystal has improved responsiveness and speed by suppressing the backflow phenomenon in the liquid crystal response. However, this mode (Mode) has an alignment state called “Spray” when no electric field is applied, and requires a very high voltage and a long time to shift the liquid crystal alignment state to bend. In addition, it is necessary to always apply a certain voltage in order to maintain the bend state. If a place where the bend state cannot be maintained due to variations in the surface of the liquid crystal panel or the like occurs, the color unevenness caused by the splay alignment state occurs. For this reason, problems more than point defects in the TN mode or the like have occurred.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in order to solve such problems of the prior art, and a new liquid crystal alignment mode that does not require a pretreatment for displaying the liquid crystal element found in the bend alignment mode is provided. An object of the present invention is to provide a liquid crystal element having the same and a liquid crystal display panel using the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to the present invention, in a liquid crystal element in which a nematic liquid crystal is sandwiched between two substrates having a structure capable of applying a voltage, an electric field is generated between the two substrates having uniaxial alignment directions parallel to each other. In the portion where the pre-tilt of the liquid crystal on one substrate side is 10 ° or less and the center position between the substrates on the other substrate side is biased toward the substrate interface. The liquid crystal element is characterized in that the pretilt of the liquid crystal is substantially vertical.
[0008]
Further, the pretilt of the liquid crystal on one substrate side is greater than 0 ° and not more than 10 °.
Further, a pretilt is imparted by using different orientation control layers between the two substrates.
In addition, the liquid crystal element displays black by performing phase compensation.
In addition, the liquid crystal element is driven using a switching element.
In addition, the liquid crystal element is characterized in that at least one substrate to which a voltage is applied is given a uniaxial orientation by using a polymer alignment film by rubbing.
In addition, the liquid crystal element described above is characterized in that uniaxial orientation is imparted to at least one substrate by using an oblique deposition method.
In addition, the above liquid crystal element is used as a reflective type by using a reflective electrode on one substrate.
[0009]
Furthermore, the present invention is a liquid crystal display panel using the above liquid crystal element.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the liquid crystal element in which nematic liquid crystal is sandwiched and aligned, the inventors set the pretilt of the liquid crystal on one substrate side to 10 ° or less, and applies an electric field to the alignment of the liquid crystal in the cell on the other substrate side. In the alignment state in which the pretilt of the liquid crystal in the portion deviated from the center position between the substrates to the substrate interface is vertical or substantially vertical, and the uniaxial alignment directions between the two substrates are parallel to each other, the alignment state A new liquid crystal alignment mode liquid crystal device having a high-speed response by suppressing the backflow phenomenon without requiring a special treatment for changing the liquid crystal was invented.
[0011]
Usually, in the case of the liquid crystal mode displaying black with a retardation value, as shown in FIG. 5, use a phase compensation plate such as a film having retardation, that is, a film in which the directions of molecules constituting the film are aligned. By displaying the phase compensation, black is displayed and clear black is displayed. This liquid crystal element is preferably used after phase compensation.
[0012]
In the case of a liquid crystal element that displays gradation in an analog manner, it is desirable to drive each pixel using a switching element. In addition, it is desirable that the pretilt of the liquid crystal on one substrate side be as close to 0 ° as possible (although it is essential to be larger than 0 °). This is because the number of molecules in a state in which retardation can be imparted to the alignment state between the substrates increases, and sufficient retardation can be obtained at a low voltage.
[0013]
Furthermore, it is known that when using a magnifying optical system such as projection as a projection-type display, the state of muscle alignment such as rubbing of a polymer-based alignment film becomes a very big problem. By making the pretilt of the liquid crystal on one substrate side as close to 0 ° as possible, the streak alignment state caused by the in-plane pretilt variation is relaxed. In the present invention, the muscle orientation state was improved by using at 10 ° or less, preferably 1 ° to 5 °.
[0014]
In order to further improve, it is more preferable that the other substrate is oriented by using an oblique deposition method that does not have a streak orientation state and can control the high pretilt orientation.
[0015]
Next, the liquid crystal alignment mode in the present invention will be briefly described. In the normal bend alignment state, the splay alignment is stable when no electric field is applied. By applying a high voltage to this, it is transferred to bend alignment. This mode is said to have a high-speed response with little backflow phenomenon caused by reverse twist or the like seen in the TN mode or the like due to a change in orientation state when the electric field is On-Off. (See Figure 6)
[0016]
The liquid crystal alignment mode of the present invention is characterized by an asymmetric configuration in which the pretilt of the liquid crystal on the other substrate side is very high with respect to the pretilt of the liquid crystal on one substrate side. An example of this orientation state is shown in FIG. By causing 71a on the surface of the substrate 71a having a high pretilt to stand up to about 90 °, an alignment state with less backflow can be easily achieved as in the bend alignment state. That is, it is desirable that the pretilt angle θ of the liquid crystal molecules is in the range of 70 ° to 89 °, preferably 75 ° to 80 °.
[0017]
Furthermore, when the pretilt on the high pretilt side of one substrate 71a surface is gradually lowered, the splay state becomes stable below a certain pretilt, and it becomes necessary to shift to an alignment state having a vertical portion by applying an electric field. In the mode of the present invention, the pretilt of the liquid crystal on one substrate side is close to 0 °, and the pretilt of the liquid crystal on the other substrate side is not in the splay alignment state but stably has a portion perpendicular to the substrate between the two substrates. It is characterized by pretilt control within a range. By using this alignment state, there is no need for a voltage for transferring the alignment state or a voltage for maintaining the alignment state.
[0018]
That is, the liquid crystal element of the present invention is characterized in that the pretilt of liquid crystal molecules on one substrate side is close to 0 °, and the liquid crystal molecules on the other substrate side are substantially vertical. If the liquid crystal molecules on the other substrate side are not substantially vertical, a splay state occurs at a certain pretilt or lower. When such a splay state is reached, an electric field must be applied. Therefore, the splay state is not a preferable state in the present invention in that an electric field must be applied to eliminate the splay state. And the liquid crystal element of this invention does not require such an electric field application.
[0019]
Regarding the response speed, the bend orientation from the initial spray is advantageous in that there is no backflow and the response speed is fast, and the disadvantage is that a bend voltage is required. In other words, since it is a (pseudo) bend from the beginning, a bend voltage is not necessary, and the disadvantage of bend orientation from the initial spray can be eliminated.
[0020]
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the bend alignment state, the voltage of the liquid crystal element of the present invention, and the retardation value. The cell thickness was 4 μm, and CF-1783 manufactured by Seimi Chemical was used for the liquid crystal. Since this liquid crystal has a large Δn (0.21) and low viscosity, it was used to drive at a low voltage while maintaining high speed in a thin cell. As shown in the figure, it can be seen that a very wide retardation width can be obtained with the same voltage. This is a feature of the present invention.
[0021]
In FIG. 8, the measurement range of the bend alignment mode is narrower than the measurement range of the alignment mode of the present invention. Measurement results were not listed.
[0022]
A nematic liquid crystal is used for the liquid crystal element of the present invention, but there is no particular limitation.
[0023]
Hereinafter, a specific embodiment of the liquid crystal device of the present invention will be described with reference to FIG.
In the liquid crystal element 80 shown in the figure, a cell in which a liquid crystal 85 is sandwiched between a pair of substrates 81a and 81b made of a highly transparent material such as glass and plastic is placed between a pair of polarizing plates 87a and 87b whose polarization axes are orthogonal to each other. It has a sandwiched structure.
[0024]
In order to apply a voltage to the liquid crystal 85 on the substrates 81a and 81b, respectively. ₂ O _Three , Electrodes 82a and 82b made of a material such as ITO are provided.
Dot transparent electrodes are arranged in a matrix on one substrate, and switching elements such as TFT and MIM (Metal-Insulator-Metal) are connected to each transparent electrode. The counter electrode is provided to form an active matrix structure.
[0025]
On the electrodes 82a and 82b, SiO has a function of preventing such short-circuiting as necessary. ₂ TiO ₂ , Ta ₂ O _Five Insulating films 83a and 83b made of the above materials are provided.
[0026]
Further, alignment control films 84a and 84b that are in contact with the liquid crystal 85 and function to control the alignment state are provided. The alignment control films 84a and 84b are uniaxial alignment control layers, such as polyimide rubbing, photo-alignment control, and oblique deposition films (SiO, SiOx, CaF). ₂ ) Etc. are known.
[0027]
The substrates 81a and 81b are opposed to each other with a spacer 86 interposed therebetween. The spacer 86 determines the distance (cell gap) between the substrates 81a and 81b, and silica beads or the like are used. About the cell gap determined here, it is preferable to set to the range of 1-10 micrometers by liquid crystal material, a voltage width, etc.
[0028]
In the liquid crystal element, at least R, G, and B color filters may be provided on one of the substrates 81a and 81b to form a color liquid crystal element.
In addition, by sequentially switching R, G, and B light sources as light sources, a method of performing full-color display using time-division color mixing can be used.
[0029]
The liquid crystal element is a transmissive liquid crystal element in which a pair of polarizing plates is provided on both the substrates 81a and 81b, that is, both the substrates 81a and 81b are translucent substrates. Element of the type that modulates the incident light (for example, light from an external light source) and emits it to the other side, or a reflective liquid crystal element in which a polarizing plate is provided on at least one substrate, that is, either one of the substrates 81a and 81b Either of the elements of the type that modulates incident light and reflected light using a reflective material as a member provided on one substrate itself or a substrate, and emits light to the same side as the incident side. It can also be applied to.
[0030]
In the present invention, a driving circuit that supplies a gradation signal to the above-described liquid crystal element is provided, and the retardation value is continuously changed by changing the alignment state of the liquid crystal by applying the voltage as described above, thereby displaying the gradation. The liquid crystal display element which performs can be comprised. For example, an analog gradation display can be performed by using an active matrix substrate having the above-described TFT or the like as one substrate of a liquid crystal element and performing active matrix driving by amplitude modulation in a driving circuit.
[0031]
Next, an example using such an active matrix substrate in the liquid crystal element of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 schematically shows the liquid crystal element with a driving means, focusing on the configuration of one substrate (active matrix substrate).
[0032]
In the configuration shown in FIG. 2, in the panel unit 90 corresponding to the liquid crystal element, the gate lines G1, G2,... In the horizontal direction in the drawing corresponding to the scanning lines connected to the scanning signal driver 91 as the driving means are driven. The vertical source lines Sl, S2,... Corresponding to the information signal lines connected to the information signal driver 92 as means are provided so as to be orthogonal to each other in an insulated state. A thin film transistor (TFT) 94 and a pixel electrode 95 corresponding to a switching element are provided corresponding to the pixel (in the figure, only a 5 × 5 pixel region is shown for simplification). As the switching element, an MIM element can be used in addition to the TFT. The gate lines G1, G2,... Are connected to the gate electrode (not shown) of the TFT 94, the source lines S1, S2,... Are connected to the source electrode (not shown) of the TFT 94, and the pixel electrode 95 is connected to the TFT 94. It is connected to a drain electrode (not shown). In such a configuration, the gate signal is supplied to the gate lines Gl, G2,... By the scanning signal driver 91 in a line-sequential manner, for example, and the gate voltage is supplied in synchronization with the scanning selection of the gate line. An information signal voltage corresponding to information written to the pixel is supplied to the source lines S1, S2,... And applied to each pixel electrode via the TFT 94.
[0033]
FIG. 3 shows an example of a cross-sectional structure of each pixel portion (for one bit) in the panel configuration as shown in FIG. In the structure shown in the figure, a liquid crystal layer 49 having spontaneous polarization is sandwiched between an active matrix substrate 20 having TFTs 94 and pixel electrodes 95 and a counter substrate 40 having a common electrode 42, and a liquid crystal capacitance (C _1c ) 31 is configured.
[0034]
For the active matrix substrate 20, an example in which an amorphous Si TFT is used as the TFT 94 is shown. The TFT 94 is formed on a substrate 21 made of glass or the like, and an insulating film (gate insulating film) made of a material such as silicon nitride (SiNx) on the gate electrode 22 connected to the gate lines G1, G2,... Shown in FIG. 23, an a-Si layer 24 is provided through the n-type silicon layer 23, and n-type layers 24 are formed on the a-Si layer 24, respectively. ⁺ A source electrode 27 and a drain electrode 28 are provided apart from each other via a-Si layers 25 and 26.
[0035]
The source electrode 27 is connected to the source lines S1, S2,... Shown in FIG. 2, and the drain electrode 28 is connected to a pixel electrode 95 made of a transparent conductive film such as an ITO film. Further, the channel protective film 29 covers the a-Si layer 24 in the TFT 94. The TFT 94 is turned on when a gate pulse is applied to the gate electrode 22 during a period in which the corresponding gate line is selected for scanning.
[0036]
Furthermore, in the active matrix substrate 20, an insulating film 23 (film continuously provided with the insulating film on the gate electrode 22) is formed by the pixel electrode 95 and the storage capacitor electrode 30 provided on the glass substrate side of the electrode. The holding capacity (C _s ) 32 is provided in parallel with the liquid crystal layer 49. The storage capacitor electrode is formed of a transparent conductive film such as an ITO film because the aperture ratio decreases when the area is large.
[0037]
On the TFT 94 and the pixel electrode 95 of the active matrix substrate 20, an alignment film 43a subjected to a uniaxial alignment process such as a rubbing process for controlling the alignment state of the liquid crystal is provided.
[0038]
On the other hand, in the counter substrate 40, a common electrode 42 and an alignment film 43b for controlling the alignment state of the liquid crystal are stacked on the glass substrate 41 with the same thickness as the entire surface.
In the cell structure, it is preferable to use a phase compensation plate such as a film sandwiched between a pair of polarizing plates whose polarization axes are orthogonal to each other.
[0039]
In the panel configuration as shown in FIGS. 2 and 3, a substrate including a polycrystalline Si (p-Si) TFT can be used as the active matrix substrate.
In the case of a reflective display, an active element can be formed on a single crystal silicon substrate and used as a reflective substrate.
[0040]
【Example】
Examples are shown below, but the present invention is not limited to the following examples.
[0041]
Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2
(Create cell 1)
A film solution of JALS2022 (manufactured by JSR, solution for vertical alignment film) was spin-coated on a glass substrate patterned by depositing ITO. This was pre-fired at 80 ° C. for 2 minutes and then fired at 200 ° C. for 60 minutes. This was rubbed with a cotton blanket. (The rubbing roller diameter was 80 mmφ, the roller rotation speed was 1000 rpm, the indentation of the substrate surface was 0.5 mm, and the substrate feed rate was 50 mm / s).
[0042]
An alignment film solution of SE-7992 (manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., alignment film solution) was spin-coated on a liquid crystal substrate having a reflective electrode. This was pre-fired at 80 ° C. for 2 minutes and then fired at 200 ° C. for 60 minutes. This was rubbed with a cotton blanket. (The rubbing roller diameter was 80 mmφ, the roller rotation speed was 1000 rpm, the indentation of the substrate surface was 0.7 mm, and the substrate feed rate was 50 mm / s).
[0043]
A liquid crystal cell was constructed by pasting the electrode substrate thus treated through a 2.5 μmφ spacer and a sealant so that the rubbing directions of the upper and lower substrates were parallel to each other. The alignment film JALS2022 has a thickness of 50 nm, and the alignment film SE-7992 has a thickness of 50 nm.
[0044]
(Creation of cell 2)
A film solution of JALS2022 (manufactured by JSR, solution for vertical alignment film) was spin-coated on a glass substrate patterned by depositing ITO. This was pre-fired at 80 ° C. for 2 minutes and then fired at 200 ° C. for 60 minutes.
[0045]
An alignment film solution of SE-7992 (manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., alignment film solution) was spin-coated on a liquid crystal substrate having a reflective electrode. This was pre-fired at 80 ° C. for 2 minutes and then fired at 200 ° C. for 60 minutes. This was rubbed with a cotton blanket. (The rubbing roller diameter was 80 mmφ, the roller rotation speed was 1000 rpm, the indentation of the substrate surface was 0.7 mm, and the substrate feed rate was 50 mm / s).
[0046]
A liquid crystal cell was constructed by pasting the electrode substrate thus treated so that the rubbing directions of the upper and lower substrates were parallel to each other through a spacer of 2 μmφ and a sealant. The alignment film JALS2022 has a thickness of 30 nm, and the alignment film SE-7992 has a thickness of 50 nm.
[0047]
(Creation of cell 3)
An alignment film solution of SE-7992 (manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., an alignment film solution) was spin-coated on a liquid crystal substrate having a reflective electrode and a glass substrate on which ITO was deposited and patterned. This was pre-fired at 80 ° C. for 2 minutes and then fired at 200 ° C. for 60 minutes. This was rubbed with a cotton blanket. (The rubbing roller diameter was 80 mmφ, the roller rotation speed was 1000 rpm, the indentation of the substrate surface was 0.7 mm, and the substrate feed rate was 50 mm / s).
[0048]
A liquid crystal cell was constructed by pasting the electrode substrate thus treated through a 3 μmφ spacer and a sealant so that the rubbing directions of the upper and lower substrates were parallel to each other. The alignment film SE-7992 has a thickness of 50 nm.
[0049]
(Create cell 4)
Oblique vapor deposition was performed using SiO on a liquid crystal substrate having a reflective electrode. (Film thickness 120 nm, vapor deposition rate 0.1 nm / s, vapor deposition angle 75 °).
[0050]
An alignment film solution of SE-7992 (manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd., alignment film solution) was spin-coated on a glass substrate patterned by depositing ITO. This was pre-fired at 80 ° C. for 2 minutes and then fired at 200 ° C. for 60 minutes. This was rubbed with a cotton blanket. (The rubbing roller diameter was 80 mmφ, the roller rotation speed was 1000 rpm, the indentation of the substrate surface was 0.7 mm, and the substrate feed rate was 50 mm / s).
[0051]
A liquid crystal cell was constructed by pasting the electrode substrate thus treated through a 3 μmφ spacer and a sealant so that the rubbing directions of the upper and lower substrates were parallel to each other. The alignment film SE-7992 has a thickness of 50 nm.
[0052]
A nematic liquid crystal (manufactured by Seimi Chemical Co., Ltd., CF-1783) was injected into each of the above prepared cells 1 to 4 under reduced pressure to prepare each liquid crystal element. Each cell used a plurality of polycarbonate phase compensators so as to compensate for black in a normally white state in which black is displayed with a voltage applied. The polarizing plate was measured using an optical system as shown in FIG. 9 using a beam splitter.
[0053]
In FIG. 9, a phase compensation plate (not shown) is disposed between the beam splitter 12 and the liquid crystal element 14. In the case of normally white, in order to make it black on the high voltage side, a “phase compensation plate” having the same retardation as when 7 V is applied (about 110 nm when read from the graph of FIG. 8) is used. Arranged so that the rubbing direction is orthogonal to 90 °. The beam splitter was prepared in order to arrange the deflecting plate in a crossed Nicol manner with a reflecting element. In the case of a normal white light reflecting element, the other polarizing plate and the beam splitter need not be used if they are arranged at λ / 4 = 560/4 = 140 nm of the center wavelength in the visible region.
[0054]
Table 1 shows the results of measuring the characteristics of each liquid crystal element at room temperature of 25 ° C.
[0055]
[Table 1]

[0056]
(note)
1) Retardation width in the voltage range of 0 to 7V (that is, the value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value of the retardation value, measured with a Bereck compensator)
2) Response speed is in the range of 0-7V (Comparative Example 2 is 4-7V) Measured with 90Hz rectangular wave
τon indicates switching from a white state to a black state, and a response speed from 100% of white to 10% of black state.
τoff indicates switching from the black state to the white state, and the response speed from 0% black to 90% of the white state.
3) As for the pretilt, a cell having a uniaxial orientation that is the same in the upper and lower directions was separately prepared so that the uniaxial orientation direction was antiparallel. It calculated | required by converting into cell thickness from (DELTA) n of the used liquid crystal, and the measured value of the retardation of the produced cell.
[0057]
In Example 1, a bend voltage (pretreatment) peculiar to the bend alignment state, a voltage for holding the bend state (hold voltage), and the like are not required, and the response speed comparable to the bend state is shown. In Comparative Example 2, a high voltage of about 15 V is required for the bending process, and 1 cm is required. ² It took about 20 minutes to enter the bend state. Furthermore, a voltage for maintaining the bend state is 4V. Comparative Example 1 is an orientation state called HAN orientation as shown in FIG. 11, but it can be seen that the response speed is remarkably improved by changing the pretilt on one side from 90 ° to a lower direction. This seems to be because the backflow phenomenon has been reduced.
[0058]
Examples 3 and 4
The streak alignment state of the liquid crystal elements of Examples 1 to 4 was evaluated.
In the same manner as in Example 1, the liquid crystal elements in Examples 3 and 4 were prepared by using cells 5 and 6 in which the pretilt was adjusted by changing the thickness of the alignment film while keeping the rubbing strength of the vertical alignment film (JALS 2022) constant. Using. The same liquid crystal as in Examples 1 and 2 was used.
[0059]
The muscle orientation state was observed with a microscope (200 times). The results are shown in Table 2.
[0060]
[Table 2]

[0061]
In Example 4, the streak orientation was remarkably observed even in a completely black state (Δ). In contrast, in Examples 1 and 3, some streaks were observed in the halftone state (◯). In contrast, in Example 2, no muscle orientation state was observed (見).
[0062]
Examples 5 and 6 and Comparative Example 3
Under the same conditions as in Examples 1 and 2 and Comparative Example 2, one side of the substrate was changed from the reflective electrode substrate to a transmissive glass substrate, and only a spacer diameter was changed to produce a transmissive liquid crystal cell.
Table 3 shows the results of measuring the characteristics of each liquid crystal element at room temperature of 25 ° C.
Measurement conditions and the like are the same as in Tables 1 and 2.
[0063]
[Table 3]

[0064]
As a result, the same result as the reflection type was obtained.
Regarding the response speed, the cell thickness of all the liquid crystal elements is almost twice that of the reflective type, which is due to the decrease in the electric field strength.
[0065]
Example 7
A liquid crystal element using a switching element was evaluated.
A substrate having a TFT configuration as shown in FIG. 3 was prepared. Cell creation conditions were created by the printing method using Example 6 only when the alignment film was applied. A data driver and a gate driver were mounted as shown in FIG. A liquid crystal element display was performed by applying a waveform like the example shown in FIG. It was installed with the corresponding phase compensator and evaluated.
As a result, dislocation voltage was not particularly required as in Example 6, and high-speed response was shown.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a liquid crystal element and a liquid crystal display panel having high-speed response without the need for pretreatment or the like by creating a specific alignment state on two substrates. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a liquid crystal element of the present invention.
FIG. 2 is a view schematically showing a configuration of one substrate with a liquid crystal element of the present invention provided with a driving means.
3 is a schematic diagram showing an example of a cross-sectional structure of each pixel portion (for one bit) in the panel configuration as shown in FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a state in which a voltage is applied to a splay alignment of a conventional liquid crystal element to change the alignment to a bend alignment.
FIG. 5 is an explanatory diagram for performing phase compensation on a bend alignment cell;
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the alignment state of the liquid crystal alignment mode of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the alignment state of the liquid crystal alignment mode of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the bend alignment state, the voltage of the liquid crystal element of the present invention, and the retardation value.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an optical system used for measurement of a liquid crystal element of an example.
10 is a diagram showing an applied waveform used for measurement of the liquid crystal element of Example 7. FIG.
11 is an explanatory diagram showing an alignment state of the liquid crystal element of Comparative Example 1. FIG.
[Explanation of symbols]
11 Light source
12 Beam splitter
13 Polarizing plate
14 Liquid crystal elements
15 observer
20 Active matrix substrate
21 Substrate
22 Gate electrode
23 Insulating film (gate insulating film)
24 a-Si layer
25, 26 n ⁺ a-Si layer
27 Source electrode
28 Drain electrode
29 Channel protective film
30 Retention capacitance electrode
31 LCD capacity
32 Common electrode
40 Counter substrate
41 glass substrate
42 Common electrode
43a, 43b Alignment film
49 Liquid crystal layer
71a, 71b substrate
80 Liquid crystal elements
8la, 8lb board
82a, 82b electrode
83a, 83b insulating film
84a, 84b Orientation control film
85 LCD
86 Spacer
87a, 87b Polarizing plate
90 panels
91 Scanning signal driver
92 Information signal driver
94 Thin film transistor (TFT)
95 Pixel electrode

Claims

In a liquid crystal element in which a nematic liquid crystal is sandwiched between two substrates having a structure capable of applying a voltage, the liquid crystal is aligned without applying an electric field between two substrates whose uniaxial alignment directions are parallel to each other. The liquid crystal pretilt on one substrate side is 10 ° or less, and the pretilt of the liquid crystal in the portion deviated from the center position between the substrates on the other substrate side to the substrate interface is substantially vertical. A liquid crystal element characterized by the above.

2. The liquid crystal element according to claim 1, wherein the pretilt of the liquid crystal on one substrate side is larger than 0 ° and not larger than 10 °.

3. The liquid crystal device according to claim 1, wherein a pretilt is imparted by using different alignment control layers between the two substrates.

The liquid crystal element according to claim 1, wherein black is displayed by phase compensation.

The liquid crystal element according to claim 1, wherein the liquid crystal element is driven using a switching element.

6. The liquid crystal element according to claim 1, wherein at least one substrate to which a voltage is applied is provided with a uniaxial orientation using a polymer alignment film by rubbing.

7. The liquid crystal device according to claim 1, wherein uniaxial orientation is imparted to at least one of the substrates by using an oblique vapor deposition method.

The liquid crystal element according to claim 1, wherein the liquid crystal element is used as a reflective type using a reflective electrode on one substrate.

A liquid crystal display panel using the liquid crystal element according to claim 1.