JP3827937B2

JP3827937B2 - Liquid crystal display

Info

Publication number: JP3827937B2
Application number: JP2000322300A
Authority: JP
Inventors: 將市石原; 健次中尾; 好紀田中; 大一鈴木; 強上村; 圭介津田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2020-10-23
Also published as: JP2002131787A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem with an OCB mode liquid crystal display device that, while there is a need for transferring the array of liquid crystal layers from a spray array to a bend array prior to display, a long time is needed for the transfer with a practicable initialization voltage. SOLUTION: The liquid crystal display device which has a liquid crystal layer bend arrayed with liquid crystal molecules between two sheets of transparent substrates at least one thereof being transparent, vary respectively in the pretilt angles of the liquid crystal molecules on two sheets of the substrates and has a bent transition acceleration mechanism is used or the liquid crystal display device which has a liquid crystal layer bend arrayed with liquid crystal molecules between two sheets of transparent substrates at least one thereof being transparent, vary respectively in the pretilt angles of the liquid crystal molecules on two sheets of the substrates and has a liquid crystal material of <=10 pN in modulus of elasticity in torsion k22 is used.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，高速応答で広視野の表示性能を持つ液晶表示装置に関するものである。更に具体的には、光学補償ベンドモード型（ＯＣＢモード：Optically self-Compensated Birefringence mode）液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マルチメディア技術の進展とともに、ますます画像情報の占める割合が多くなってきている。最近では液晶技術の発展により、高コントラスト・広視野角の液晶ディスプレイが開発・実用化され、ＣＲＴディスプレイと比肩するレベルにまでなってきた。
【０００３】
しかしながら、現行の液晶ディスプレイでは動画表示において、画像が流れるという問題を有しており、この点においてＣＲＴに劣っている。
【０００４】
液晶ディスプレイにおける高速応答化の試みは過去から数多くなされてきている。高速応答の種々の液晶表示方式については、Wuらによりまとめられている（C.S. Wu and S.T. Wu, SPIE, 1665, 250 (1992)）が、動画像表示に必要な応答特性が期待出来る方式、方法は限られている。
【０００５】
即ち、現行のＮＴＳＣシステムにおいては１フレーム（１６．７ｍｓｅｃ）以内で液晶が追随する必要があるが、現行の液晶ディスプレイでは白黒二値間では充分速い応答性を示すものの、多階調表示を行った場合の階調間応答では100msec以上の遅い応答となってしまう。特に駆動電圧の低い領域での階調間応答は著しく遅い。
【０００６】
現在、動画表示に適した高速応答性を有する液晶ディスプレイとしては、ＯＣＢモード液晶表示素子、あるいは強誘電性液晶表示素子、反強誘電性液晶表示素子がその可能性を有している。
【０００７】
しかしながら、層構造を有する強誘電性液晶表示素子、および反強誘電性液晶表示素子は耐衝撃性が弱い、使用温度範囲が狭い、特性の温度依存性が大きいなど実用的な意味での課題が多く、現実的にはネマティック液晶を用いるＯＣＢモード液晶表示素子が動画像表示に適した液晶表示素子として有望視されている。
【０００８】
このＯＣＢモード液晶表示素子は、１９８３年J.P.Bosによりその高速性が示された表示方式であり、その後、フィルム位相板と組み合わせることにより広視野角・高速応答性が両立するディスプレイであることが示され研究開発が活発化した。
【０００９】
このモ−ドの液晶表示素子は、図９に示すように、透明電極２が形成されているガラス基板１と、透明電極７が形成されているガラス基板８と、基板１、８間に配置される液晶層４とを有する。電極２、７上には配向膜３、６が形成され、この配向膜３、６には、液晶分子を平行かつ同一方向に配向させるべく配向処理がなされている。また、基板１、８の外側には、偏光板１３、１６がクロスニコルに配設されており、この偏光板１３、１６と基板１、８間には位相補償板１７、１８が介在している。
【００１０】
このような構造の液晶セルは、電圧印加によりセル中央部にベンド配向あるいは捻れ配向を含んだベンド配向を誘起させることと、低電圧駆動と視野角拡大のために位相補償板１７、１８を配設することを特徴としたものであり、性能的には中間調表示域においても高速応答が可能であると同時に、比較的広い視野角特性を有している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＯＣＢモード型液晶表示装置では、初期スプレイ配向状態から表示のためのベンド配向状態への転移に長時間を要し、これが実用化への大きな課題となっていた。
【００１２】
通常、前記転移操作は対向電極間に高電圧を印加する方法を用いる。この時、電圧値が高ければ高いほど転移時間は速くなるものの、ＩＣ駆動電圧の耐圧の問題よりむやみに高電圧を印加することは出来ない。
【００１３】
そのため、数Ｖ程度の電圧印加では前記初期化処理に分単位の時間が必要であり、ＯＣＢモードの課題の一つになっており、数Ｖ程度の電圧印加により容易にベンド配向が形成される、転移速度の速い液晶表示装置が望まれている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明が講じた第１の解決手段は、少なくとも一方の基板が透明な２枚の基板間に液晶分子がベンド配列した液晶層を有し、前記２枚の基板上の液晶分子のプレチルト角がそれぞれ異なり、かつ、低プレチルト角側基板上の液晶分子に優先的に横方向電界を印加する機構を有する液晶表示装置を用いるものである。
第２の解決手段は、少なくとも一方の基板が透明な２枚の基板間に液晶分子がベンド配列した液晶層を有し、前記２枚の基板上の液晶分子のプレチルト角がそれぞれ異なり、かつ、低プレチルト角側基板上に非線形素子、バスライン及び絵素電極を有し、前記バスラインと絵素電極との間に横方向電界を発生する液晶表示装置を用いるものである。
【００１６】
第３の解決手段は、少なくとも一方の基板が透明な２枚の基板間に液晶分子がベンド配列した液晶層を有し、前記２枚の基板上の液晶分子のプレチルト角がそれぞれ異なり、かつ、前記液晶の捻れ弾性定数k22が10pN以下であることを特徴とする液晶表示装置を用いるものである。
【００１７】
第４の解決手段は、少なくとも一方の基板が透明な２枚の基板間に液晶分子がベンド配列した液晶層を有し、前記２枚の基板上の液晶分子のプレチルト角がそれぞれ異なり、かつ、低プレチルト角側基板上配向膜が、その分子構造中に不斉炭素原子を有する低分子化合物、あるいは高分子化合物を含むことを特徴とする液晶表示装置を用いるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明はＯＣＢモード型液晶表示装置における液晶層のスプレイ−ベンド転移メカニズムを数値計算により詳細に検討した結果明らかになった事柄に基づいている。ここにおいて、液晶材料の物性値は比誘電率ε平行=12.3、ε垂直=4.5、弾性定数k11=8.8e-12pN、k22=7.5e-12pN、k33=1.42e-11pNとし、液晶層厚を5.3um、プレチルト角を３度、表面アンカリング強度を5e-4J/m2とした。図１０はスプレイ配列に対するギブスの自由エネルギ及びベンド配列に対するギブスの自由エネルギを印加電圧に対してプロットしたものである。図１０より、印加電圧が2.4V以上ではスプレイ配列に比べて、ベンド配列がより安定であることが分かる。
【００２０】
一方、図１１はスプレイ配列に対応した液晶ダイレクタ分布の電圧依存性を示している。印加電圧が1.4V以下の場合には、セル中央の液晶分子は基板に水平に配列しているが、1.6V以上になると、基板に水平な液晶分子は片側の基板近傍に存在し、エネルギが集中した状態となる。この時の、電圧印加直後のダイレクタ分布の時間変化の一例を図１２に示す。
【００２１】
図１２より、電圧印加によりチルト角が０度の液晶分子の存在位置が、時間とともに一方の基板側に移行していくことが分かる。
【００２２】
一方、図１３は3.0V以上の電圧を印加した時の液晶ダイレクタ分布を表しており、ベンド配列に対応している（図中に液晶配列のイメージ図を併せて記す）。
【００２３】
以上の結果を図１４にまとめる。
【００２４】
（図９）はスプレイ配向４ａを示す液晶表示素子に初期化電圧を印加することによりベンド配向を形成させる過程を説明するための図であるが、電圧印加と同時にベンド配向４ｂが形成される訳ではなく、スプレイ配向からベンド配向へと液晶表示素子内液晶のダイレクタ分布が過程を経て変化する。
【００２５】
（図１４）は代表的ＯＣＢモード型液晶表示素子に電圧を０→Ｖ１→Ｖ２→Ｖ３→Ｖ４→Ｖ５（０＜Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４＜Ｖ５）と印加していった時の、液晶層４内の液晶ダイレクタの動きを模式的に表したものである。ここにおいて、両配向膜界面での初期液晶プレチルト角（電圧無印加時での液晶プレチルト角）は同一に設定してある。また、（図１４）において、配向膜および電極は省略してある。
【００２６】
（図１４ａ）は電圧無印加時の液晶配向状態（スプレイ配向）を表している。セル中央の液晶ダイレクタは基板に水平である。（図１４ａ）〜（図１４ｇ）において、黒三角印は液晶ダイレクタが基板に水平である液晶層厚み方向の位置を表している。いま、液晶表示素子に閾値以上の電圧Ｖ１を印加すると、セル中央の液晶分子は（図１４ｂ）の如く傾き、それに伴い、一方の配向膜界面での液晶プレチルト角は増大し、他方の配向膜界面での液晶プレチルト角は減少する。そして、この時基板に水平な液晶ダイレクタが存在する位置は低プレチルト側配向膜界面に近づく。（図１４ｃ）、および（図１４ｄ）は更に電圧が加わった場合であり、高プレチルト配向膜界面でのプレチルト角は更に大きくなり、低プレチルト配向膜界面でのプレチルト角は更に小さくなる。（図１４ｄ）において、基板に水平なダイレクタ方位を有する液晶分子は殆ど低プレチルト配向膜界面近傍に移行し、最後にベンド配列へと移行する。
【００２７】
（図１４ｅ）は電圧Ｖ４の印加によるベンド転移直前の配向状態を表し、（図１４ｆ）は電圧Ｖ５印加によりベンド配向となった時点での配向状態を表している。そして、この時、エネルギの集中した状態(図１４e)からベンド配列(図１４f, 図１４g)へは、基板界面近傍分子の捻れ回転（スリップアウト）により移行する。（図１４ｅ）においても基板に水平なダイレクタ方位を有する液晶分子は存在するが、（図１４ｆ）においては基板に水平なダイレクタ方位を有する液晶分子は存在しない。
【００２８】
一旦（図１４ｆ）の配向状態となった液晶表示素子は、（図１４ｇ）に示される配向状態（定常状態）に速やかに移行する。
【００２９】
（図１４）では、液晶ダイレクタが基板に水平である液晶層厚み方向の位置（黒三角印）は液晶層中央部から右側基板側へと移行するよう表記しているが、実際の液晶表示素子においては、左側基板側へも同等の確率で移行する。そして、このことがスプレイ配向からベンド配向への転移速度を遅くする要因の一つにもなっている。
【００３０】
換言すれば、上記の液晶ダイレクタが基板に水平である液晶層厚み方向の位置（黒三角印）の移行方向を一方向に規制することにより、ベンド転移時間を短縮化することが出来る。
【００３１】
以上の推定メカニズムから、スプレイ→ベンド転移の高速化を図るためには、▲１▼その配向方位が基板に水平な液晶分子の位置を、速やかに一方の基板界面に移行させること、および▲２▼前記スリップアウト（ツイスト）をアシストする仕組みを設けることが有効であることが分かる。
【００３２】
本発明は、これらの検討から得られた知見に基づいて得られたものである。
【００３３】
以下に本発明の実施の態様を、図面を参照しながら詳細に述べる。尚、以下の実施例において、スプレイ−ベンド転移時間ｔは、電圧印加後、表示領域の全てがスプレイ配列からベンド配列に転移するに要する時間でもって定義した。
【００３４】
また、下記の実施例１〜実施例７においては（スプレイ−ベンド転移時間の評価においては、不要であるため）位相補償板を用いなかったが、これにより本発明を限定するものではない。
【００３５】
（実施例１）
（図１）は本発明液晶表示素子のスプレイ−ベンド転移時間の検討に用いたテストセルの構成外観図であり、（図２）、（図３）および（図４）は柱状構造体作製を説明するための製造プロセスの一部である。
【００３６】
ガラス基板８上にＪＳＲ株式会社製ＰＣ系レジスト材料を塗布形成し厚さ０．５μｍのレジスト薄膜を形成する。次にレジスト薄膜２０に、図４に示される三角形状のパターンの開口部２２を設けたフォトマスク２１を通して、平行光紫外線２３で照射露光する。平行光で露光された上記レジスト薄膜２０を現像、リンスし、９０℃でプリベークして図３に示すように断面が凸状の三角柱状構造体１０を形成する。
【００３７】
次に、前記基板上に、定法に従いＩＴＯ電極７を２０００Å製膜し、電極付ガラス基板８とした。その後、上記柱状構造体の形成されたガラス基板８上に日産化学工業製配向膜塗料ＳＥ−７９９２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０℃、１時間硬化させ配向膜６を形成し、また、同様にして透明電極２を有するガラス基板１上に日産化学工業製配向膜塗料ＳＥ−７４９２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０℃、１時間硬化させ配向膜３を形成した。
【００３８】
その後、レーヨン製ラビング布を用いて（図５）に示す方向にラビング処理を施し、積水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて基板間隔が６．５μｍとなるように貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＡとする）を作成した。
【００３９】
次に、液晶ＭＪ９６４３５（屈折率異方性Δn＝０．１３８）を真空注入法にて液晶セルＡに注入し、テストセルＡとした。
【００４０】
次に、テストセルＡに、その偏光軸が配向膜のラビング処理方向と４５度の角度をなし、かつ、お互いの偏光軸方向が直交するように偏光板を貼合し、７Ｖ矩形波を印加してスプレイ配向からベンド配向への転移を観察したところ、約３秒で全電極領域がスプレイ配向からベンド領域へと転移した。
【００４１】
この時、配向膜界面での液晶プレチルト角は、別途アンチパラレル配向セルにて測定したところ、基板１側では３．５度、基板８側では２．５度であった。
【００４２】
柱状構造体１０の形成された領域附近では、液晶配向方位が周囲の液晶領域の配向方位とは異なっており、この領域においては液晶層は若干の捻れ配向をしている。そして、電圧印加により、この部分は速やかにスプレイ−ベンド転移が進行し、ベンド配向が周囲の他の領域に広がっていく。即ち、確実かつ高速なスプレイ→ベンド転移が達成出来る。
【００４３】
本実施例においては、構造体として三角形状のものを用いたが、電圧印加時に前記スプレイアウトをアシストするようなものであれば他の形状を有する構造体でも良い。具体的には、その断面形状が円、楕円、菱形、あるいは三角形である柱状構造体、または錘状構造体が好ましい。
【００４４】
本実施例１においては、基板上に柱状構造体を形成した後、ＩＴＯ電極を成膜したが、ＩＴＯ電極を有する基板上に柱状構造体を形成して用いても同様の効果が認められた。
【００４５】
比較例として、基板１上の配向膜と基板８上の配向膜とが同一であり、日産化学工業（株）製配向膜塗料ＳＥ−７４９２を用いること以外は、全く同様のプロセスで、スプレイ配向液晶セルＲを作製し、液晶ＭＪ９６４３５を封入してテストセルＲとした。このテストセルＲに７Ｖ矩形波を印加した時の、全電極領域がスプレイ配向からベンド領域へと転移するに要する時間は１０秒であった。このことは、前記推定ベンド転移メカニズムを裏付けるものであり、本発明の効果は明らかである。
【００４６】
（実施例２）
（図６）は本発明液晶表示素子のスプレイ−ベンド転移時間の検討に用いたテストセルの構成外観図である。
【００４７】
透明電極２を有するガラス基板１上に日産化学工業製配向膜塗料ＳＥ−７４９２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０℃、１時間硬化させ配向膜３を形成し、また、同様にして透明電極７を有するガラス基板８上に、０．３μｍ径のアルミナ粉末１１を３ｗｔ％含有する日産化学工業製配向膜塗料ＳＥ−７９９２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０℃、１時間硬化させ配向膜６を形成した。
【００４８】
その後、レーヨン製ラビング布を用いて（図５）に示す方向にラビング処理を施し、積水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて基板間隔が６．５μｍとなるように貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＢとする）を作成した。
【００４９】
次に、液晶ＭＪ９６４３５（屈折率異方性Δn＝０．１３８）を真空注入法にて液晶セルＢに注入し、テストセルＢとした。
【００５０】
次に、テストセルＢに、その偏光軸が配向膜のラビング処理方向と４５度の角度をなし、かつ、お互いの偏光軸方向が直交するように偏光板を貼合し、７Ｖ矩形波を印加してスプレイ配向からベンド配向への転移を観察したところ、約５秒で全電極領域がスプレイ配向からベンド領域へと転移した。
【００５１】
この時、配向膜界面での液晶プレチルト角は、別途アンチパラレル配向セルにて測定したところ、基板１側では３．５度、基板８側では３．０度であった。
【００５２】
本発明実施例２においては、電圧印加とともに、その配向方位が基板面に平行な液晶分子の存在する位置は速やかに低プレチルト角側基板表面に移行し、ラビング処理により三次元的に配向処理されたアルミナ微粉末表面の効果により、前記スプレイアウトがアシストされ確実かつ、高速なベンド転移が達成されている。
【００５３】
（実施例３）
（図７）は本発明液晶表示素子のスプレイ−ベンド転移時間の検討に用いたテスト用ＴＦＴセルの構成外観図である。
【００５４】
透明電極２を有するガラス基板１、および非線形素子１２、バスライン１３、絵素電極１４を有するガラス基板８上にＪＳＲ（株）製配向膜塗料ＡＬ−１０５２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０℃、１時間硬化させ配向膜３、および配向膜６を形成した。
【００５５】
その後、レーヨン製ラビング布を用いて（図５）に示す方向にラビング処理を施し、積水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて基板間隔が６．５μｍとなるように貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＣとする）を作製した。
【００５６】
次に、液晶ＭＪ９６４３５（屈折率異方性Δn＝０．１３８）を真空注入法にてＴＦＴ液晶セルＣに注入し、テスト用ＴＦＴセルＣとした。
【００５７】
次に、テスト用ＴＦＴセルＣに、その偏光軸が配向膜のラビング処理方向と４５度の角度をなし、かつ、お互いの偏光軸方向が直交するように偏光板を貼合し、７Ｖ矩形波を印加してスプレイ配向からベンド配向への転移を観察したところ、約３秒で全電極領域がスプレイ配向からベンド領域へと転移した。
【００５８】
この時、配向膜界面での液晶プレチルト角は、別途アンチパラレル配向セルにて測定したところ、基板１側では４．５度、基板８側では４．０度であった。本発明実施例においては上下基板上に同一の配向膜材料を成膜しているが、非線形素子を有する基板表面は約２０００Åの凹凸を有しているため、ラビング処理時の摩擦係数が大きく、実効的に基板表面でのプレチルト角が小さくなっている。
【００５９】
本発明実施例３においては、基板表面での凹凸による効果と、バスライン−絵素電極間に発生する横方向電界の効果によりスプレイ−ベンド転移が加速されているものと推測される。本実施例においては、絵素電極と対向電極間に電圧が印加されると、その配向方位が基板面に平行な液晶分子の存在位置は速やかにアレイ基板側に移行し、アレイ基板上にはエネルギの高い状態が形成される。この時、バスラインとの間に発生する横方向電界、および基板凹凸表面での三次元的な液晶配向は液晶分子に捻れ効果を付与し、ベンド転移の核となる。
【００６０】
（実施例４）
（図８）は本発明液晶表示素子のスプレイ−ベンド転移時間の検討に用いたテストセルの構成外観図である。
【００６１】
透明電極２を有するガラス基板１、および透明電極７を有するガラス基板８上にＪＳＲ（株）製配向膜塗料ＪＡＬＳ−６１２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０℃、１時間硬化させ配向膜３、および配向膜６を形成した。
【００６２】
その後、レーヨン製ラビング布を用いて（図５）に示す方向にラビング処理を施し、積水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて基板間隔が６．５μｍとなるように貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＤ〜セルＨとする）を作製した。この時、上下基板に対するラビング処理の強さを変えることにより、上下基板上のプレチルト角が非対称となるようにした。
【００６３】
次に、捻れに対する弾性定数k22の大きさがそれぞれ異なる液晶材料ＬＣ１〜ＬＣ５を真空注入法にて液晶セルＤ〜液晶セルＨにそれぞれ注入し、テストセルＤ〜テストセルＨとした。
【００６４】
次に、各テストセルに、その偏光軸が配向膜のラビング処理方向と４５度の角度をなし、かつ、お互いの偏光軸方向が直交するように偏光板を貼合し、７Ｖ矩形波を印加してスプレイ配向からベンド配向への転移を観察したところ、全電極領域がスプレイ配向からベンド領域へと転移する時間は表１の通りであった。
【００６５】
【表１】

【００６６】
表１より明らかなように、本発明液晶表示素子は高速なベンド転移が可能であり、その実用的価値は極めて大きい。
【００６７】
尚、本発明実施例４におけるプレチルト角は、別途作製したアンチパラレル配向セルにて測定したところ、基板１側では５．３度、基板８側では４．５度であった。
【００６８】
（実施例５）
配向膜材料が異なること以外は、実施例４で用いたテストセルと全く同一構成のテストセルを作成した。
【００６９】
透明電極２を有するガラス基板１、および透明電極７を有するガラス基板８上に日産化学工業（株）製配向膜塗料ＳＥ−７９９２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０℃、１時間硬化させ配向膜３、および配向膜６を形成した。
【００７０】
その後、配向膜６の表面に対してのみ紫外線を照射した後、双方の配向膜に対してレーヨン製ラビング布を用いて（図５）に示す方向にラビング処理を施し、積水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて基板間隔が６．５μｍとなるように貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＪとする）を作製した。
【００７１】
次に、液晶材料ＭＪ９６４３５を真空注入法にて液晶セルＪに封入し、テストセルＪとした。
【００７２】
次に、テストセルに、その偏光軸が配向膜のラビング処理方向と４５度の角度をなし、かつ、お互いの偏光軸方向が直交するように偏光板を貼合し、７Ｖ矩形波を印加してスプレイ配向からベンド配向への転移を観察したところ、全電極領域がスプレイ配向からベンド領域へと転移する時間は８秒であった。
【００７３】
尚、本発明実施例５におけるプレチルト角は、別途作製したアンチパラレル配向セルにて測定したところ、基板１側では７．４度、基板８側では６．１度であった。
【００７４】
本実施例においては、片側の基板に対してのみ紫外線光を照射したが、両方の基板に対して紫外線光を照射しても良いことは言うまでもない。
【００７５】
（実施例６）
配向膜材料が異なること以外は、実施例４で用いたテストセルと全く同一構成のテストセルを作成した。
【００７６】
透明電極２を有するガラス基板１上に日産化学工業（株）製配向膜塗料ＳＥ−７４９２をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０℃、１時間硬化させ配向膜３を形成した。また、透明電極７を有するガラス基板８上には、（化１）で示される化学構造式を有する配向膜塗料（溶媒Ｎ−メチル−２−ピロリドン）をスピンコート法にて塗布し、恒温槽中１８０℃、１時間硬化させ配向膜６を形成した。
【００７７】
【化１】

【００７８】
その後、レーヨン製ラビング布を用いて（図５）に示す方向にラビング処理を施し、積水ファインケミカル（株）製スペーサ５、およびストラクトボンド３５２Ａ（三井東圧化学（株）製シール樹脂の商品名）を用いて基板間隔が６．５μｍとなるように貼り合わせ、液晶セル９（液晶セルＫとする）を作製した。
【００７９】
次に、液晶材料ＭＪ９６４３５を真空注入法にて液晶セルＫに封入し、テストセルＫとした。
【００８０】
次に、テストセルに、その偏光軸が配向膜のラビング処理方向と４５度の角度をなし、かつ、お互いの偏光軸方向が直交するように偏光板を貼合し、７Ｖ矩形波を印加してスプレイ配向からベンド配向への転移を観察したところ、全電極領域がスプレイ配向からベンド領域へと転移する時間は６秒であった。
【００８１】
尚、本発明実施例６におけるプレチルト角は、別途作製したアンチパラレル配向セルにて測定したところ、基板１側では４．３度、基板８側では２．２度であった。
【００８２】
本実施例においては、基板８側の配向膜は不斉炭素原子を、その高分子鎖中に含んでおり、隣接する液晶分子に対して捻れの効果を与えることが出来るため、前記スプレイアウトを促進することが可能である。
【００８３】
本実施例６においては、高分子鎖中に不斉炭素原子を有する置換基を直接導入したが、不斉炭素原子を有する低分子化合物、あるいは不斉炭素原子を有する置換基の導入された高分子化合物を、他の高分子化合物と混合して用いても同様の効果を得ることが出来る。
【００８４】
【発明の効果】
以上のように本発明の液晶表示装置は、電圧印加時に、その配向方向が基板面に平行な液晶分子の存在位置が一方の基板側（低プレチルト角基板側）に速やかに移行するとともに、前記基板上でのベンド核発生が容易な仕組みを有しており、高速・確実なスプレイ−ベンド転移を達成することが可能であり、その実用的価値は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる液晶表示装置の第１実施例に用いたテストセルの断面構成を概念的に示す図
【図２】本発明に係わる液晶表示装置の第１実施例のガラス基板上に形成された柱状構造体の製造プロセスを説明するための図
【図３】図２に続く柱状構造体の製造プロセスを説明するための図
【図４】本発明に係わる液晶表示装置の第１実施例で用いたフォトマスクパターンを示す図
【図５】本発明に係わる液晶表示装置の各実施例における配向膜基板のラビング処理方向を説明するための図
【図６】本発明に係わる液晶表示装置の第２実施例に用いたテストセルの断面構成を概念的に示す図
【図７】本発明に係わる液晶表示装置の第３実施例に用いたテストセルの断面構成を概念的に示す図
【図８】本発明に係わる液晶表示装置の第４実施例に用いたテストセルの断面構成を概念的に示す図
【図９】ＯＣＢモード型液晶表示装置における初期化電圧印加によるスプレイ−ベンド転移を説明するための概念図
【図１０】スプレイ配列に対するギブスの自由エネルギ、およびベンド配列に対するギブスの自由エネルギの印加電圧依存性を説明するための概念図
【図１１】液晶層がスプレイ配列を取っている時の液晶ダイレクタ分布の電圧依存性を説明するための概念図
【図１２】スプレイ配列を有する液晶層に電圧を印加した時の、液晶ダイレクタ分布の時間変化の様子を説明するための概念図
【図１３】液晶層がベンド配列を取っている時の液晶ダイレクタ分布の電圧依存性を説明するための概念図
【図１４】ＯＣＢモード型液晶表示装置におけるスプレイ配向からベンド配向への液晶ダイレクタの動きを説明するための概念図
【符号の説明】
１，８ガラス基板
２，７透明電極
３，６配向膜
４液晶層
４ａ電圧無印加時の液晶配向（スプレイ配向）
４ｂ電圧印加時の液晶配向（ベンド配向）
５スペーサ
９テストセル
１０柱状構造体
１１アルミナ粉末
１２非線形素子
１３バスライン
１４絵素電極
２０レジスト薄膜
２１フォトマスク
２２フォトマスク開口部
２３平行紫外線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device having a high-speed response and a wide-field display performance. More specifically, the present invention relates to an optical compensation bend mode type (OCB mode: Optically Self-Compensated Birefringence mode) liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
As multimedia technology advances, the proportion of image information is increasing. Recently, with the development of liquid crystal technology, liquid crystal displays with high contrast and wide viewing angles have been developed and put to practical use, and have reached a level comparable to CRT displays.
[0003]
However, the current liquid crystal display has a problem that an image flows when displaying a moving image, and is inferior to a CRT in this respect.
[0004]
Many attempts have been made to increase the response speed of liquid crystal displays. Various liquid crystal display methods with high-speed response have been compiled by Wu et al. (CS Wu and ST Wu, SPIE, 1665, 250 (1992)), but a method and method that can expect response characteristics necessary for moving image display. Is limited.
[0005]
That is, in the current NTSC system, the liquid crystal needs to follow within one frame (16.7 msec). However, the current liquid crystal display displays sufficiently fast response between black and white, but performs multi-gradation display. In this case, the response between gradations becomes a slow response of 100 msec or more. In particular, the response between gradations in a region where the driving voltage is low is extremely slow.
[0006]
At present, OCB mode liquid crystal display elements, ferroelectric liquid crystal display elements, and antiferroelectric liquid crystal display elements have the potential as high-speed response liquid crystal displays suitable for moving image display.
[0007]
However, ferroelectric liquid crystal display elements having a layer structure and anti-ferroelectric liquid crystal display elements have problems in practical meaning such as weak impact resistance, narrow operating temperature range, and large temperature dependence of characteristics. In reality, OCB mode liquid crystal display elements using nematic liquid crystals are actually promising as liquid crystal display elements suitable for moving image display.
[0008]
This OCB mode liquid crystal display element is a display method whose high speed was shown by JPBos in 1983, and it was shown that it was a display that had both a wide viewing angle and high speed response when combined with a film phase plate. R & D has been activated.
[0009]
As shown in FIG. 9, the liquid crystal display element in this mode is arranged between a glass substrate 1 on which a transparent electrode 2 is formed, a glass substrate 8 on which a transparent electrode 7 is formed, and the

substrates

1 and 8. The liquid crystal layer 4 is provided.

Alignment films

3 and 6 are formed on the

electrodes

2 and 7, and the

alignment films

3 and 6 are subjected to an alignment process to align liquid crystal molecules in parallel and in the same direction. Further, polarizing

plates

13 and 16 are arranged in crossed Nicols outside the

substrates

1 and 8, and

phase compensation plates

17 and 18 are interposed between the polarizing

plates

13 and 16 and the

substrates

1 and 8. Yes.
[0010]
In the liquid crystal cell having such a structure, bend alignment including bend alignment or twist alignment is induced in the center of the cell by applying a voltage, and

phase compensators

17 and 18 are arranged for low voltage driving and viewing angle expansion. In terms of performance, high-speed response is possible even in the halftone display area, and at the same time, it has a relatively wide viewing angle characteristic.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional OCB mode type liquid crystal display device, it takes a long time to shift from the initial splay alignment state to the bend alignment state for display, and this has been a big problem for practical use.
[0012]
Usually, the transfer operation uses a method of applying a high voltage between the counter electrodes. At this time, the higher the voltage value, the faster the transition time. However, a high voltage cannot be applied unnecessarily due to the breakdown voltage of the IC drive voltage.
[0013]
Therefore, application of a voltage of about several volts requires a time in minutes for the initialization process, which is one of the problems of the OCB mode, and a bend alignment can be easily formed by applying a voltage of about several volts. Therefore, a liquid crystal display device having a high transition speed is desired.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has takenFirst1The solution includes a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are bend-aligned between two substrates, at least one of which is transparent, the pretilt angles of the liquid crystal molecules on the two substrates are different, and a low pretilt A liquid crystal display device having a mechanism for preferentially applying a lateral electric field to liquid crystal molecules on a corner side substrate is used.
The second solving means includes a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are bend-aligned between two substrates, at least one of which is transparent, the pretilt angles of the liquid crystal molecules on the two substrates are different from each other, and A liquid crystal display device having a non-linear element, a bus line, and a pixel electrode on a low pretilt angle side substrate and generating a lateral electric field between the bus line and the pixel electrode is used.
[0016]
The third solution has a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are bend-aligned between two substrates, at least one of which is transparent, and the pretilt angles of the liquid crystal molecules on the two substrates are different from each other, and The liquid crystal display device is characterized in that the torsional elastic constant k22 of the liquid crystal is 10 pN or less.
[0017]
The fourth solution has a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules are bend-aligned between two transparent substrates, at least one of the substrates is different, and the pretilt angles of the liquid crystal molecules on the two substrates are different from each other, and The liquid crystal display device is characterized in that the alignment film on the low pretilt angle side substrate contains a low molecular compound or a high molecular compound having an asymmetric carbon atom in its molecular structure.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention is based on what has become clear as a result of detailed examination of the spray-bend transition mechanism of the liquid crystal layer in the OCB mode type liquid crystal display device by numerical calculation. Here, the physical properties of the liquid crystal material are relative permittivity ε parallel = 12.3, ε vertical = 4.5, elastic constant k11 = 8.8e-12pN, k22 = 7.5e-12pN, k33 = 1.42e-11pN, and the liquid crystal layer thickness is 5.3um, the pretilt angle was 3 degrees, and the surface anchoring strength was 5e-4J / m2. FIG. 10 is a plot of Gibbs free energy versus spray array and Gibbs free energy versus bend array versus applied voltage. FIG. 10 shows that the bend arrangement is more stable than the spray arrangement when the applied voltage is 2.4 V or more.
[0020]
On the other hand, FIG. 11 shows the voltage dependence of the liquid crystal director distribution corresponding to the spray arrangement. When the applied voltage is 1.4V or less, the liquid crystal molecules in the center of the cell are aligned horizontally on the substrate, but when the applied voltage is 1.6V or more, the liquid crystal molecules that are horizontal to the substrate exist in the vicinity of the substrate on one side and the energy is high. It becomes a state of concentration. FIG. 12 shows an example of the temporal change in the director distribution immediately after voltage application at this time.
[0021]
From FIG. 12, it can be seen that the position of the liquid crystal molecules having a tilt angle of 0 degree is shifted to one substrate side with time by applying a voltage.
[0022]
On the other hand, FIG. 13 shows a liquid crystal director distribution when a voltage of 3.0 V or higher is applied, and corresponds to a bend arrangement (an image diagram of the liquid crystal arrangement is also shown in the figure).
[0023]
The above results are summarized in FIG.
[0024]
FIG. 9 is a diagram for explaining a process of forming a bend alignment by applying an initializing voltage to a liquid crystal display element showing the splay alignment 4a. The bend alignment 4b is formed simultaneously with the voltage application. Instead, the director distribution of the liquid crystal in the liquid crystal display element changes from the splay alignment to the bend alignment through the process.
[0025]
FIG. 14 shows a liquid crystal when a voltage is applied to a typical OCB mode type liquid crystal display element in the order of 0 → V1 → V2 → V3 → V4 → V5 (0 <V1 <V2 <V3 <V4 <V5). FIG. 4 schematically shows the movement of a liquid crystal director in the layer 4. FIG. Here, the initial liquid crystal pretilt angle (liquid crystal pretilt angle when no voltage is applied) at the interface between the two alignment films is set to be the same. Further, in FIG. 14, the alignment film and the electrodes are omitted.
[0026]
(FIG. 14a) represents the liquid crystal alignment state (splay alignment) when no voltage is applied. The liquid crystal director in the center of the cell is horizontal to the substrate. 14A to 14G, black triangle marks indicate the position in the liquid crystal layer thickness direction where the liquid crystal director is horizontal to the substrate. Now, when a voltage V1 higher than the threshold value is applied to the liquid crystal display element, the liquid crystal molecules in the center of the cell are tilted as shown in FIG. 14b, and accordingly, the liquid crystal pretilt angle at one alignment film interface increases, and the other alignment film The liquid crystal pretilt angle at the interface decreases. At this time, the position where the horizontal liquid crystal director exists on the substrate approaches the low pretilt side alignment film interface. (FIG. 14c) and (FIG. 14d) are cases in which a voltage is further applied. The pretilt angle at the high pretilt alignment film interface is further increased, and the pretilt angle at the low pretilt alignment film interface is further decreased. In FIG. 14d, the liquid crystal molecules having a director orientation that is horizontal to the substrate move almost to the vicinity of the interface of the low pretilt alignment film, and finally to the bend alignment.
[0027]
(FIG. 14e) represents the alignment state immediately before the bend transition by the application of the voltage V4, and (FIG. 14f) represents the alignment state at the time when the bend alignment is achieved by the voltage V5 application. At this time, the energy concentration state (FIG. 14e) shifts to the bend arrangement (FIG. 14f, FIG. 14g) by twisting rotation (slip-out) of molecules near the substrate interface. In FIG. 14e, there are liquid crystal molecules having a director orientation horizontal to the substrate, but in FIG. 14f, there are no liquid crystal molecules having a director orientation horizontal to the substrate.
[0028]
Once the liquid crystal display element is in the alignment state (FIG. 14f), it quickly shifts to the alignment state (steady state) shown in FIG. 14g.
[0029]
In FIG. 14, the position in the liquid crystal layer thickness direction (black triangle mark) where the liquid crystal director is horizontal to the substrate is shown to shift from the center of the liquid crystal layer to the right substrate side. In this case, the shift to the left side substrate is performed with the same probability. This is one of the factors that slow down the transition speed from splay alignment to bend alignment.
[0030]
In other words, the bend transition time can be shortened by restricting the transition direction of the position (black triangle mark) in the liquid crystal layer thickness direction, which is horizontal to the substrate, to one direction.
[0031]
From the above estimation mechanism, in order to speed up the spray-to-bend transition, (1) the position of the liquid crystal molecules whose orientation orientation is horizontal to the substrate is quickly transferred to one substrate interface, and (2) It can be seen that it is effective to provide a mechanism for assisting the slip-out (twist).
[0032]
The present invention has been obtained based on knowledge obtained from these studies.
[0033]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following examples, the spray-bend transition time t was defined as the time required for the entire display area to transition from the spray array to the bend array after voltage application.
[0034]
In the following Examples 1 to 7, the phase compensator was not used (because it is unnecessary in the evaluation of the spray-bend transition time), but this does not limit the present invention.
[0035]
(Example 1)
(FIG. 1) is a structural external view of a test cell used for studying the spray-bend transition time of the liquid crystal display element of the present invention, and (FIG. 2), (FIG. 3) and (FIG. 4) show the columnar structure fabrication. It is part of the manufacturing process for explanation.
[0036]
A PC resist material manufactured by JSR Corporation is applied and formed on the glass substrate 8 to form a resist thin film having a thickness of 0.5 μm. Next, the resist thin film 20 is exposed and irradiated with parallel light ultraviolet rays 23 through a photomask 21 provided with openings 22 having a triangular pattern shown in FIG. The resist thin film 20 exposed with parallel light is developed, rinsed, and pre-baked at 90 ° C. to form a triangular prism structure 10 having a convex cross section as shown in FIG.
[0037]
Next, 2000 mm of ITO electrode 7 was formed on the substrate according to a conventional method to obtain a glass substrate 8 with an electrode. Thereafter, an alignment film coating SE-7992 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. is applied on the glass substrate 8 on which the columnar structure is formed by spin coating, and cured in a constant temperature bath at 180 ° C. for 1 hour to form the alignment film 6. Similarly, an alignment film coating SE-7492 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. is applied onto the glass substrate 1 having the transparent electrode 2 by spin coating, and cured in a thermostat at 180 ° C. for 1 hour to form the alignment film 3. did.
[0038]
Thereafter, rubbing treatment was performed in the direction shown in FIG. 5 using a rayon-made rubbing cloth, spacer 5 made by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd., and Structbond 352A (trade name of Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd. seal resin). Was used to make a liquid crystal cell 9 (referred to as liquid crystal cell A).
[0039]
Next, a liquid crystal MJ96435 (refractive index anisotropy Δn = 0.138) was injected into the liquid crystal cell A by a vacuum injection method to obtain a test cell A.
[0040]
Next, a polarizing plate is bonded to test cell A so that the polarization axis forms an angle of 45 degrees with the rubbing treatment direction of the alignment film and the polarization axis directions are orthogonal to each other, and a 7 V rectangular wave is applied. Then, when the transition from the splay alignment to the bend alignment was observed, the entire electrode region transitioned from the splay alignment to the bend region in about 3 seconds.
[0041]
At this time, the liquid crystal pretilt angle at the alignment film interface was measured separately with an anti-parallel alignment cell, and found to be 3.5 degrees on the substrate 1 side and 2.5 degrees on the substrate 8 side.
[0042]
Near the region where the columnar structure 10 is formed, the liquid crystal orientation is different from the orientation of the surrounding liquid crystal region, and in this region, the liquid crystal layer is slightly twisted. Then, by applying a voltage, the splay-bend transition proceeds rapidly in this portion, and the bend orientation spreads to other surrounding regions. That is, a reliable and fast spray-to-bend transition can be achieved.
[0043]
In this embodiment, a triangular structure is used. However, a structure having another shape may be used as long as it assists the splay when a voltage is applied. Specifically, a columnar structure or a pyramidal structure whose cross-sectional shape is a circle, an ellipse, a rhombus, or a triangle is preferable.
[0044]
In Example 1, after forming the columnar structure on the substrate, the ITO electrode was formed. However, the same effect was recognized even when the columnar structure was formed on the substrate having the ITO electrode. .
[0045]
As a comparative example, the alignment film on the substrate 1 and the alignment film on the substrate 8 are the same, and the spray alignment is performed in exactly the same process except that the alignment film coating SE-7492 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. is used. A liquid crystal cell R was prepared, and a liquid crystal MJ96435 was sealed to obtain a test cell R. When a 7V rectangular wave was applied to the test cell R, the time required for the entire electrode region to transition from the splay alignment to the bend region was 10 seconds. This confirms the presumed bend transition mechanism, and the effect of the present invention is clear.
[0046]
(Example 2)
FIG. 6 is an external view of the configuration of a test cell used for examining the spray-bend transition time of the liquid crystal display element of the present invention.
[0047]
An alignment film coating SE-7492 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. is applied on a glass substrate 1 having a transparent electrode 2 by spin coating, and cured at 180 ° C. for 1 hour in a thermostatic bath to form an alignment film 3. Then, on the glass substrate 8 having the transparent electrode 7, an orientation film coating SE-7992 manufactured by Nissan Chemical Industries containing 3 wt% of 0.3 μm-diameter alumina powder 11 was applied by a spin coating method. The alignment film 6 was formed by curing for 1 hour.
[0048]
Thereafter, rubbing treatment was performed in the direction shown in FIG. 5 using a rayon-made rubbing cloth, spacer 5 made by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd., and Structbond 352A (trade name of Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd. seal resin). Was used to make a liquid crystal cell 9 (referred to as liquid crystal cell B).
[0049]
Next, a liquid crystal MJ96435 (refractive index anisotropy Δn = 0.138) was injected into the liquid crystal cell B by a vacuum injection method to obtain a test cell B.
[0050]
Next, a polarizing plate is bonded to the test cell B so that its polarization axis forms an angle of 45 degrees with the rubbing treatment direction of the alignment film, and the polarization axis directions are orthogonal to each other, and a 7 V rectangular wave is applied. Then, when the transition from the splay alignment to the bend alignment was observed, the entire electrode region transitioned from the splay alignment to the bend region in about 5 seconds.
[0051]
At this time, the liquid crystal pretilt angle at the alignment film interface was separately measured with an antiparallel alignment cell, and found to be 3.5 degrees on the substrate 1 side and 3.0 degrees on the substrate 8 side.
[0052]
In Example 2 of the present invention, along with voltage application, the position where the liquid crystal molecules whose alignment orientation is parallel to the substrate surface quickly moves to the low pretilt angle side substrate surface and is three-dimensionally aligned by rubbing. The spray layout is assisted by the effect of the surface of the fine alumina powder, and a reliable and high-speed bend transition is achieved.
[0053]
(Example 3)
FIG. 7 is an external view of the configuration of a test TFT cell used for examining the spray-bend transition time of the liquid crystal display element of the present invention.
[0054]
An alignment film coating AL-1052 manufactured by JSR Co., Ltd. is applied to the glass substrate 1 having the transparent electrode 2 and the glass substrate 8 having the non-linear element 12, the bus line 13, and the pixel electrode 14 by a spin coating method. The alignment film 3 and the alignment film 6 were formed by curing in a bath at 180 ° C. for 1 hour.
[0055]
Thereafter, rubbing treatment was performed in the direction shown in FIG. 5 using a rayon-made rubbing cloth, spacer 5 made by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd., and Structbond 352A (trade name of Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd. seal resin). Was used to make a liquid crystal cell 9 (referred to as liquid crystal cell C).
[0056]
Next, a liquid crystal MJ96435 (refractive index anisotropy Δn = 0.138) was injected into the TFT liquid crystal cell C by a vacuum injection method to obtain a test TFT cell C.
[0057]
Next, a polarizing plate is bonded to the test TFT cell C so that the polarization axis forms an angle of 45 degrees with the rubbing treatment direction of the alignment film and the polarization axis directions are orthogonal to each other, and a 7V rectangular wave is obtained. Was applied to observe the transition from the splay alignment to the bend alignment. In about 3 seconds, the entire electrode region transitioned from the splay alignment to the bend region.
[0058]
At this time, the liquid crystal pretilt angle at the alignment film interface was measured by an anti-parallel alignment cell separately, and was 4.5 degrees on the substrate 1 side and 4.0 degrees on the substrate 8 side. In the embodiment of the present invention, the same alignment film material is formed on the upper and lower substrates, but the surface of the substrate having the non-linear element has about 2000 mm of irregularities, so the friction coefficient during the rubbing process is large, The pretilt angle on the substrate surface is effectively reduced.
[0059]
In Example 3 of the present invention, it is presumed that the splay-bend transition is accelerated by the effect of the unevenness on the substrate surface and the effect of the lateral electric field generated between the bus line and the pixel electrode. In this embodiment, when a voltage is applied between the pixel electrode and the counter electrode, the position of the liquid crystal molecules whose orientation direction is parallel to the substrate surface quickly moves to the array substrate side, and on the array substrate A high energy state is formed. At this time, the lateral electric field generated between the bus lines and the three-dimensional liquid crystal alignment on the uneven surface of the substrate gives a twist effect to the liquid crystal molecules and becomes the nucleus of bend transition.
[0060]
(Example 4)
FIG. 8 is an external view of the configuration of a test cell used for examining the spray-bend transition time of the liquid crystal display element of the present invention.
[0061]
An orientation film paint JALS-612 manufactured by JSR Co., Ltd. is applied by spin coating on the glass substrate 1 having the transparent electrode 2 and the glass substrate 8 having the transparent electrode 7, and cured at 180 ° C. for 1 hour in a thermostatic bath. An alignment film 3 and an alignment film 6 were formed.
[0062]
Thereafter, rubbing treatment was performed in the direction shown in FIG. 5 using a rayon-made rubbing cloth, spacer 5 made by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd., and Structbond 352A (trade name of Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd. seal resin). Was used to make a liquid crystal cell 9 (referred to as liquid crystal cell D to cell H). At this time, the pretilt angle on the upper and lower substrates was made asymmetric by changing the strength of the rubbing treatment on the upper and lower substrates.
[0063]
Next, liquid crystal materials LC1 to LC5 having different elastic constants k22 with respect to torsion were injected into the liquid crystal cells D to H by the vacuum injection method, respectively, to obtain test cells D to H.
[0064]
Next, a polarizing plate is bonded to each test cell so that the polarization axis forms an angle of 45 degrees with the rubbing treatment direction of the alignment film and the polarization axis directions are orthogonal to each other, and a 7 V rectangular wave is applied. When the transition from the splay alignment to the bend alignment was observed, the time required for the entire electrode region to transition from the splay alignment to the bend alignment was as shown in Table 1.
[0065]
[Table 1]

[0066]
As is apparent from Table 1, the liquid crystal display element of the present invention can perform a high-speed bend transition, and its practical value is extremely large.
[0067]
The pretilt angle in Example 4 of the present invention was measured with a separately manufactured anti-parallel alignment cell, and was 5.3 degrees on the substrate 1 side and 4.5 degrees on the substrate 8 side.
[0068]
(Example 5)
A test cell having the same configuration as the test cell used in Example 4 was prepared except that the alignment film material was different.
[0069]
An alignment film coating SE-7992 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. is applied on the glass substrate 1 having the transparent electrode 2 and the glass substrate 8 having the transparent electrode 7 by a spin coating method. The alignment film 3 and the alignment film 6 were formed by curing.
[0070]
Then, after irradiating only the surface of the alignment film 6 with ultraviolet rays, the alignment film 6 is rubbed in the direction shown in FIG. 5 using a rayon rubbed cloth, and manufactured by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd. Using the spacer 5 and struct bond 352A (trade name of a sealing resin manufactured by Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd.), the substrates are bonded so that the distance between the substrates is 6.5 μm, thereby producing a liquid crystal cell 9 (referred to as liquid crystal cell J). did.
[0071]
Next, the liquid crystal material MJ96435 was sealed in the liquid crystal cell J by a vacuum injection method to obtain a test cell J.
[0072]
Next, a polarizing plate is bonded to the test cell so that the polarization axis forms an angle of 45 degrees with the rubbing direction of the alignment film and the polarization axis directions are orthogonal to each other, and a 7 V rectangular wave is applied. When the transition from the splay alignment to the bend alignment was observed, the time required for the entire electrode region to transition from the splay alignment to the bend alignment was 8 seconds.
[0073]
The pretilt angle in Example 5 of the present invention was 7.4 degrees on the substrate 1 side and 6.1 degrees on the substrate 8 side as measured with a separately prepared anti-parallel alignment cell.
[0074]
In this embodiment, the ultraviolet light is irradiated only to one substrate, but it goes without saying that both substrates may be irradiated with ultraviolet light.
[0075]
(Example 6)
A test cell having the same configuration as the test cell used in Example 4 was prepared except that the alignment film material was different.
[0076]
An alignment film coating SE-7492 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. was applied to the glass substrate 1 having the transparent electrode 2 by a spin coating method, and cured in a constant temperature bath at 180 ° C. for 1 hour to form an alignment film 3. On the glass substrate 8 having the transparent electrode 7, an alignment film paint (solvent N-methyl-2-pyrrolidone) having a chemical structural formula represented by (Chemical Formula 1) is applied by a spin coating method, and a thermostatic bath. The alignment film 6 was formed by curing at 180 ° C. for 1 hour.
[0077]
[Chemical 1]

[0078]
Thereafter, rubbing treatment was performed in the direction shown in FIG. 5 using a rayon-made rubbing cloth, spacer 5 made by Sekisui Fine Chemical Co., Ltd., and Structbond 352A (trade name of Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd. seal resin). Was used to make a liquid crystal cell 9 (referred to as liquid crystal cell K).
[0079]
Next, the liquid crystal material MJ96435 was sealed in the liquid crystal cell K by a vacuum injection method to obtain a test cell K.
[0080]
Next, a polarizing plate is bonded to the test cell so that the polarization axis forms an angle of 45 degrees with the rubbing direction of the alignment film and the polarization axis directions are orthogonal to each other, and a 7 V rectangular wave is applied. When the transition from the splay alignment to the bend alignment was observed, the time required for all electrode regions to transition from the splay alignment to the bend alignment was 6 seconds.
[0081]
The pretilt angle in Example 6 of the present invention was 4.3 degrees on the substrate 1 side and 2.2 degrees on the substrate 8 side as measured with a separately manufactured antiparallel alignment cell.
[0082]
In this embodiment, the alignment film on the substrate 8 side contains asymmetric carbon atoms in its polymer chain, and can give a twisting effect to adjacent liquid crystal molecules. It is possible to promote.
[0083]
In this Example 6, a substituent having an asymmetric carbon atom was directly introduced into the polymer chain, but a low molecular compound having an asymmetric carbon atom or a high molecular weight introduced with a substituent having an asymmetric carbon atom was introduced. The same effect can be obtained even when the molecular compound is used in combination with another polymer compound.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, the liquid crystal display device of the present invention is, ElectricWhen pressure is applied, the position of the liquid crystal molecules whose alignment direction is parallel to the substrate surface is quickly shifted to one substrate side (low pretilt angle substrate side), and bend nuclei are easily generated on the substrate. It is possible to achieve a fast and reliable spray-bend transition, and its practical value is extremely large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram conceptually showing a cross-sectional configuration of a test cell used in a first embodiment of a liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining the manufacturing process of the columnar structure formed on the glass substrate of the first embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention;
3 is a view for explaining a manufacturing process of the columnar structure subsequent to FIG. 2;
FIG. 4 is a view showing a photomask pattern used in the first embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 5 is a view for explaining the rubbing treatment direction of the alignment film substrate in each embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention;
FIG. 6 is a diagram conceptually showing a cross-sectional configuration of a test cell used in a second embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram conceptually showing a cross-sectional configuration of a test cell used in a third embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram conceptually showing a cross-sectional configuration of a test cell used in a fourth embodiment of the liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining a spray-bend transition by applying an initialization voltage in an OCB mode type liquid crystal display device.
FIG. 10 is a conceptual diagram for explaining applied voltage dependence of Gibbs free energy with respect to a splay arrangement and Gibbs free energy with respect to a bend arrangement;
FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining voltage dependency of a liquid crystal director distribution when a liquid crystal layer has a splay arrangement.
FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining a temporal change in a liquid crystal director distribution when a voltage is applied to a liquid crystal layer having a splay alignment.
FIG. 13 is a conceptual diagram for explaining voltage dependency of a liquid crystal director distribution when a liquid crystal layer has a bend alignment.
FIG. 14 is a conceptual diagram for explaining the movement of a liquid crystal director from splay alignment to bend alignment in an OCB mode type liquid crystal display device;
[Explanation of symbols]
1,8 glass substrate
2,7 Transparent electrode
3,6 Alignment film
4 Liquid crystal layer
4a Liquid crystal alignment when no voltage is applied (splay alignment)
4b Liquid crystal alignment during voltage application (bend alignment)
5 Spacer
9 Test cell
10 Columnar structure
11 Alumina powder
12 Nonlinear elements
13 Bus line
14 picture element electrode
20 resist thin film
21 Photomask
22 Photomask opening
23 Parallel UV

Claims

At least one substrate has a liquid crystal layer in which liquid crystal molecules bend between two transparent substrates, the pretilt angles of the liquid crystal molecules on the two substrates are different, and the low pretilt angle side substrate A liquid crystal display device having a non-linear element, a bus line, and a pixel electrode, and generating a lateral electric field serving as a nucleus of bend transition between the bus line and the pixel electrode.