JP4515203B2 - 垂直配向型ｅｃｂモード液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示素子に関し、特に電気光学特性の急峻性にすぐれ、光透過率、コントラスト特性、応答性（レスポンス）が良い垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子に関する。

図１は、垂直配向型ＥＣＢ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード液晶表示装置（ＬＣＤ）を示す。図１の（Ａ）に示すように、電圧無印加時に液晶分子６が上下基板３に対して垂直に配向している。このため、基板面内方向での光学的異方性がない。直交ニコル配置の偏光板１と組み合わせることにより、直交偏光板の黒レベルがそのまま得られ、高コントラストが得られやすい。なお、液晶分子の配列により基板法線方向を光軸とする光学異方性を示す。このため、斜め入射の光に対しては光学的異方性を示す。負の（一軸性）屈折率異方性を有する光学補償板（ＮＯＣフィルム）２を用いることにより、液晶層５の光学的異方性を補償して黒表示の視角補償が行え、良好な視野角特性を得やすい。なお、図１において、４は透明電極及び垂直配向膜を示す。

図１の（Ｂ）に示すように、このＥＣＢモードでは、電圧印加時にセルの上下基板間の中央部の液晶分子から倒れはじめ、それと共に液晶層のリターデーンが変化して徐々に透過率が上昇するという電気光学的特性を持っている。

図２は、垂直配向ＥＣＢ−ＬＣＤの電気光学特性を示す。横軸は印加電圧をＶで示し、縦軸は透過光強度を任意単位で示す。なお、参考のため、単純マトリクスＬＣＤとして最も一般的なスーパーツイステドネマチック（ＳＴＮ）ＬＣＤの電気光学特性を併せて示す。ＳＴＮ−ＬＣＤの電気光学特性は、低印加電圧の領域でも透過光強度が０にならず、黒表示が困難なことを示している。ただし、ＳＴＮ−ＬＣＤの透過光強度の立ち上がりは急峻であり、電圧変化に対し透過光強度が急激に変化することを示している。明状態の透過光強度も高く、比較的良好なコントラスト特性が高透過率で得られることが示されている。しかし、ＳＴＮセルは黒表示が困難であり、青白、又は黄黒表示しかできない。白黒表示を可能にするためには、液晶のねじれ方向が異なる２つのセルを積層し、一方のセルを駆動する２層ＳＴＮ−ＬＣＤ方式や、液晶セルに正の一軸性フィルムを１枚または複数枚重ね、フィルム補償ＳＴＮ−ＬＣＤとする方式がとられている。

しかし、２層ＳＴＮ−ＬＣＤ方式は、液晶セルを２枚用いるため、厚さの増加、重量の増加を生じる。また、フィルム補償ＳＴＮは、黒レベルが出にくく、電極内では黒レベルが可能であっても電極外では黒レベルが浮き上がってしまったりする。このような場合、コントラストを高くすることは困難である。

垂直配向ＥＣＢ−ＬＣＤの電気光学特性は、低印加電圧状態で透過光の遮断が良好であり、良好な黒表示が得られる。ただし、印加電圧の増加に対する透過光強度の増加は比較的緩やかであり、電圧変化に対する透過光強度の急峻な増加は得難い。高いコントラストを得るためには、明表示時における透過率を著しく低くする必要がある。また、電気光学特性の急峻性が緩やかなため、走査本数すなわちデューティー比を高くすることが困難である。

液晶セル厚を厚くすると、電気光学特性の急峻性を改善することができる。しかしながら、電気光学特性の急峻性は改善するが、同時に電圧印加に対するレスポンスが著しく低下しやすい。

垂直配向ＥＣＢ−ＬＣＤにおいて、光透過率、コントラスト、レスポンスの間にはトレードオフの関係があり、すべてを同時に向上させることは困難である。

本発明の目的は、電気光学特性における急峻性に優れ、コントラストが高く、かつ明状態での光透過率が高い垂直配向ＥＣＢ−ＬＣＤを提供することである。

本発明の他の目的は、高デューティ比の駆動が可能で表示品質の高い垂直配向ＥＣＢ−ＬＣＤを提供することである。

本発明の一観点による垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子は、
電極と配向処理された垂直配向膜とを表面に形成し、所定間隔で互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層とを有する液晶セルと、
前記液晶セル外側に配置されたクロスニコル配置の１対の偏光子と、
を有し、クロスニコル配置の１対の偏光子の黒レベルがそのまま得られ、高コントラストが得られやすい液晶表示素子であり、
前記配向処理が基板に接する液晶に配向方向を付与し、前記１対の基板上の配向方向間の角度を２等分する方向が、前記１対の偏光子の偏光方向のいずれかに沿い、前記基板と前記液晶層との界面に存在する液晶分子のプレティルト角が、前記基板面に対して８１°〜６０°の範囲に設定され、
前記一対の基板の配向方向が面内のねじれ角を画定し、前記ねじれ角が１８０°〜２７０°の範囲に設定されている。
本発明の他の観点による垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子は、
電極と配向処理された垂直配向膜とを表面に形成し、所定間隔で互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層とを有する液晶セルと、
前記液晶セル外側に配置されたクロスニコル配置の１対の偏光子と、
を有し、クロスニコル配置の１対の偏光子の黒レベルがそのまま得られ、高コントラストが得られやすい液晶表示素子であり、
前記配向処理が基板に接する液晶に配向方向を付与し、前記１対の基板上の配向方向間の角度を２等分する方向が、クロスニコル配置の偏光方向間の角度を２等分する方向に沿い、前記基板と前記液晶層との界面に存在する液晶分子のプレティルト角が、前記基板面に対して８１°〜６０°の範囲に設定され、
前記一対の基板の配向方向が面内のねじれ角を画定し、前記ねじれ角が１８０°〜２７０°の範囲に設定されている。

垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子において、プレティルト角を小さな値（基板法線からの液晶分子の傾きが大きくなる方向）に設定することによって、液晶の弾性自由エネルギを高めることができる。電気光学特性の急峻性を高めると共に、コントラストと透過率とのいずれも良好な表示品質の液晶表示装置を得ることができる。

図１に示す垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子は、基板表面における液晶分子の基板面に対する傾き角（プレティルト角θ_p ）を極力９０°に近づけることにより液晶分子の配向変化の急峻性を高め、マルチプレックス駆動時におけるコントラストを高くするように設定されている。但し、電圧印加時に液晶分子が倒れる方向を制御するため、プレティルト角θ_pが９０度未満に設定される。

図３は、液晶分子のディレクタｎの傾き角θ_z と方位角φ_z を示す。上下の基板３は平行に配置され、ｘｙ平面を画定する。基板面の法線がｚ方向を画定する。液晶分子６のディレクタｎがｘｙ平面となす角がθ_zであり、ディレクタｎのｘｙ平面上への射影がｘ軸となす角が方位角φ_z である。これらの角θ_z 、φ_zは、共に液晶層内の厚さ方向位置ｚに従って変化する。

図４は、液晶分子のプレティルト角θ_p を示す。液晶層５が上下の基板と接する位置において、液晶分子のディレクタｎが基板面と平行な面となす角がプレティルト角θ_pである。液晶分子６は、基板面と接する位置においてはプレティルト角θ_p で配向する。なお、液晶層中央面１２における液晶分子のディレクタをｎ_midとする。

図５は、ＬＣＤを基板法線方向から見たときの偏光子、検光子、液晶層上面および下面の配向容易軸、ｎ_mid の関係を示す。ｘ軸を基準方向とし、ｘ軸から反時計回り方向に角度を定義する。液晶層中央面のディレクタｎ_mid の方位角をφ_mid とし、液晶層上面の配向容易軸の方向をφ_pcとする。検光子の透過軸の方位角をφ_Aとする。偏光子の透過軸は検光子の透過軸と直交する。液晶層下面の配向容易軸は、液晶層上面の配向容易軸からφ_c のクロス角をなす。

図１に示す垂直配向ＬＣＤの構造において、液晶層５の厚み方向の中央部の分子の方位角方向（基板と配向な面内方向）がクロスニコル配置の偏光板１の透過軸（矢印）に対して４５°方向であるときの透過光強度Ｔは、下記の式（１）により定義される。

ここで、ｎ_e 、ｎ_o はそれぞれ液晶の異常光と常光の屈性率を示し、θ_avは液晶層内分子の平均傾き角を示す。ｄはセル厚を示し、λは入射波長、Ｉは入射光強度を示す。θ_avは、印加電圧によって変化する。実効的なリターデーションΔｎ_effｄは垂直配向ＬＣＤを基板法線方向から見たときの実効的なリターデーションであり、電圧無印加時にはプレティルト角θ_p が９０度に近い場合、０である。基板間に電圧を印加すると、液晶分子が傾くことにより、実効的なリターデーションΔｎ_effｄは増大する。なお、この時、液晶層内分子の平均傾き角θ_avは低下する。

電気光学特性における急峻性を高めるには、小さな電位差で実効的なリターデーションΔｎ_eff ｄの変化が大きいほうが良好である。したがって、電気光学特性における急峻性を高めるには、１）リターデーションΔｎｄ（Δｎ＝ｎ_e−ｎ_o ）を大きくする２）液晶分子の配向変化を急峻にするの２つの方法が考えられる。

第１の方法１）はセル厚ｄを大きくすることにより実現できるが、液晶配向変化のレスポンスはセル厚ｄの２乗に比例して低速化する。レスポンスを維持して急峻性を高めるには困難な方法となる。残る方法として、第２の方法２）が注目される。

液晶配向変化の急峻性を高めるには初期配向状態における液晶層内の弾性自由エネルギを高めることが有効である。図３のｘ，ｙ，ｚ座標系において、液晶層の厚みｄをｚ軸方向に取った場合、液晶層内の単位面積当たりの弾性自由エネルギＦは、次の式（２）で定義できる。

ここで、θ_z ：液晶層厚方向の位置ｚにおけるティルト角φ_z ：液晶層厚方向の位置ｚにおけるツイスト角ｋ₁₁、ｋ₂₂、ｋ₃₃：弾性定数Ｐ₀：自然ピッチである。

ｆ_d を整理すると、以下の式（３）で表現できる。

図１の構造を有する垂直配向ＥＣＢ−ＬＣＤの場合、液晶分子６はｚ軸に沿って方位角方向φの変化がないため、式（３）の第２項、第３項は０になり、弾性自由エネルギが低い状態にある。第３項に関しては、液晶にカイラリティがなく、自然ピッチＰ₀が無限大のため、二重に０となる。

垂直配向ＥＣＢ−ＬＣＤの上下基板間にラビング処理等により液晶の配向容易軸がねじれるような構造を導入すると、液晶分子の方位角φ_z のｚ軸方向の変化が生じ、第２項が有限な値となる。さらに、液晶層内にカイラル剤を添加し、自然ピッチを有限な値とすることにより、第３項も有限な値をとり、液晶層内の弾性自由エネルギを高めることができる。液晶層内の弾性自由エネルギを高めることにより、液晶分子の急峻な配向変化が期待できる。

しかし、式（３）の第２項、第３項は液晶のティルト角θ_z の関数であるｃｏｓ² θ_z も含む。ｃｏｓ² θ_zに比例し、弾性自由エネルギが高くなることを示している。初期配向におけるθ_z が９０度に近い垂直配向ＬＣＤにおいては、ｃｏｓ²θ_z が０に近いため、液晶にカイラル剤を添加しても大きなエネルギ変化は期待しがたい。

ＳＴＮ−ＬＣＤに代表される水平配向ＬＣＤの場合、θ_z が０に近いため、弾性自由エネルギが高くなり、急峻な配向変化が得られるものと考えられる。本発明者らは、垂直配向ＬＣＤにおける弾性自由エネルギを高め、より急峻な配向変化を実現するために、ティルト角を９０度からより低い値に変化させることを提案する。すなわち、ｃｏｓ²θ_z を大きくし、式（３）における第２項、第３項の値を増大することにより、弾性自由エネルギを高めることができると期待される。さらに、基板間の配向容易軸（ラビング方向）のねじれ角を大きくすることや、カイラル剤の添加により液晶ディレクタの方位角方向のｚ軸に沿う変化を大きくすることにより、弾性自由エネルギのさらなる増大が期待され、急峻な電気光学特性を提供するものと考えられる。

以下に、コンピュータシミュレーションによる結果を示す。なお、シミュレータはシンテック社製の液晶表示器シミュレータ「ＬＣＤＭＡＳＴＥＲ」を用いた。

図４に示すように、ＬＣＤ構造は、液晶層５両側に直交ニコル配置の一対の偏光板１を配置する。液晶層上面１０、下面１１に位置する液晶分子６の基板平面に対する傾き角、すなわちプレティルト角をθ_p とし、液晶層中央面１２のディレクタをｎ_midと定義する。

図５に示すように、図４のセル構造を基板上部からみた場合の各パラメータ、すなわち、検光子、偏光子、液晶層上面下面容易軸（配向方向）、液晶層中央面のディレクタの方向関係を定義する。ｘ軸の正方向を方位角０°とし、これを角度の基準軸とする。液晶層中央面のディレクタの方位角をφ_ｍｉｄ、検光子の透過軸方向をφ_Ａ、液晶層上面の配向容易軸方向をφ_ｐｃ、クロス角をφ_ｃ、偏光子と検光子の透過軸がなす角度は常に９０°（クロスニコル配置）とする。

図６は、液晶層厚ｄ＝３．８μｍ、Δｎ＝０．２２、Δε＝−１．６、液晶層厚ｄの液晶材料の自然ピッチｐ（自然ピッチＰ₀を以下ｐと記す）に対する比ｄ／ｐ＝０、θ_p＝８０°、φ_mid ＝０°、φ_A ＝φ_mid ＋４５°、φ_pc＝φ_mid＋φ_c／２の時における電気光学特性のクロス角φ_c 依存性を示す。なお、クロス角φ_c とは、液晶層上面の配向容易軸と液晶層下面の配向容易軸とがなす方位角度（ねじれ角あるいはツイスト角とも称する）を言う。

図５において、φ_ｍｉｄ＝０とすると、ｎ_ｍｉｄが基準軸方向に重なる。φ_ｐｃ＝φ_ｍｉｄ＋φ_ｃ／２は、φ_ｐｃ−φ_ｍｉｄ＝φ_ｃ／２と変形でき、液晶層上面の配向容易軸と液晶層中央のディレクタの方位軸との間の角度は、クロス角の半分、すなわち液晶層上面の配向容易軸方向と液晶層下面の配向容易軸方向との間の角度を２等分する方向であることを示す。φ_Ａ＝φ_ｍｉｄ＋４５°は、液晶層中央のディレクタ方位軸の方向がクロスニコル配置された一対の偏光子のなす角度を２等分する方向であることを示す。

クロス角φ_c が増大するに従って、しきい値が増大し、電気光学特性における急峻性が向上し、最低透過光強度が低下することがわかる。クロス角φ_cが増大するに従って、弾性自由エネルギが増大し、しきい値上昇、急峻性向上を引き起こしていると考えられる。

図７に、液晶層中央面１２のディレクタｎ_mid の極角成分θ_m 対印加電圧特性のクロス角依存性を示す。クロス角φ_cが増大するに従って、電圧無印加時のθ_m が９０°に近づくため、電気光学特性において最低透過光強度が低下すると考えられる。

上述のクロス角依存性は、プレティルト角をθ_p ＝８０度に設定して行った。プレティルト角θ_p が９０度に近い場合は、上述のように弾性自由エネルギの大きな変化は期待しがたいものと考えられる。

図８は、液晶層厚ｄ＝３．８μｍ、Δｎ＝０．２２、Δε＝−１．６、液晶層厚ｄと自然ピッチＰ₀ の比ｄ／ｐ＝０、θ_p ＝８９．９度、φ_mid＝０度、φ_A＝φ_mid ＋４５度、φ_pc＝φ_mid ＋φ_c／２の時における電気光学特性のクロス角φ_c 依存性を示す。クロス角を変化させても、電気光学特性の変化は認められない。

次に、液晶にカイラル剤を添加した場合について、シミュレーション計算を行った。

図９は、液晶層厚ｄ＝３．８μｍ、Δｎ＝０．２２、Δε＝−１．６、ｄ／ｐ＝０．７、φ_mid ＝０°、φ_A ＝φ_mid＋４５°、φ_pc＝φ_mid ＋φ_c ／２、クロス角φ_c ＝２７０°に設定した時における電気光学特性のプレティルト角θ_p依存性のシミュレーション結果を示す。プレティルト角は、８９．９度、８８度、８５度、８０度、７０度とした。プレティルト角θ_pが小さくなるに従って、電気光学特性における急峻性が高くなることが判る。特に、θ_p ≦８５°では急峻性が高くなると同時に最大透過光強度も増大している。８５度と８８度の間で特性の変化が見られる。θ_p＝７０°ではしきい値電圧以下でも透過光強度の若干の上昇が見られ、黒レベルの劣化が懸念される。

プレティルト角θ_p が小さくなり黒レベルが上昇する現象は、偏光板配置をφ_A ＝φ_mid にすることにより解決できる。即ち、液晶層中央面１２の液晶分子方位角配向方向に沿う（平行な）方向に一方の偏光板透過軸の方向を揃えればよい。

図１０に、液晶層厚ｄ＝３．８μｍ、液晶の光学異方性Δｎ＝０．２２、Δε＝−１．６、φ_mid ＝０度、φ_A ＝φ_mid、φ_pc＝φ_mid ＋φ_c ／２、クロス角φ_c ＝２７０度に設定した場合の電気光学特性におけるプレティルト角θ_p依存性の計算結果を示す。プレティルト角θ_ｐは、５０度、６０度、７０度、８０度とした。なお、ｄ／ｐ値はθ_p ＝８０度で０．７、θ_p＝７０度で０．６３、θ_p ≦６０度で０．４８とした。θ_p が６０度〜８０度の特性では良好な黒レベルが得られている。θ_pが５０度の時には印加電圧にかかわらず透過光強度がほぼ一定な値を示し、黒レベルがまったく得られないことがわかる。θ_p ＜５０度においても同様な結果が予想される。したがって、プレティルト角θ_pは約６０度以上とすることが望ましい。

図１１に、液晶層厚ｄ＝３．８μｍ、Δｎ＝０．２２、Δε＝−１．６、ｄ／ｐ＝０．７、φ_mid ＝０°、φ_A ＝φ_mid＋４５°、φ_pc＝φ_mid ＋φ_c ／２、θ_p ＝８５°に設定した時の電気光学特性のクロス角φ_c依存性のシミュレーション結果を示す。クロス角φ_c が増大するに従って、電圧２．５Ｖ印加時における黒レベルの低下と電気光学特性の急峻性の向上が見られる。なお、φ_c＞２７０度では電気光学特性にヒステリシスが発生した。

図１２に、液晶層厚ｄ＝３．８μｍ、Δｎ＝０．２２、Δε＝−１．６、φ_mid ＝０°、φ_A ＝φ_mid ＋４５°、φ_pc＝φ_mid＋φ_c ／２、φ_c ＝２４０°、θ_p ＝８０°に設定した時における電気光学特性のｄ／ｐ依存性のシミュレーション結果を示す。ｄ／ｐ値が大きくなるに従って、しきい値の低下と電気光学特性における急峻性の向上が見られる。

図１３に、液晶層厚ｄ＝３．８μｍ、Δε＝−１．６、φ_mid ＝０°、φ_A ＝φ_mid ＋４５°、φ_pc＝φ_mid＋φ_c ／２、φ_c ＝２７０°、θ_p ＝８０°、ｄ／ｐ＝０．７に設定した時における電気光学特性の液晶のΔｎ依存性のシミュレーション結果を示す。Δｎが大きくなるに従って、急峻性と最大透過光強度が向上することが判る。

図９〜図１３の結果を併せて考慮すると、プレティルト角が約６０度から８５度であれば良好な結果を得られよう。

図１４は、液晶のΔｎ＝０．２２、Δε＝−１．６、φ_mid ＝０度、φ_A ＝φ_mid ＋４５度、φ_pc＝φ_mid＋φ_pc／２、φ_pc＝２７０度、θ_p ＝８０度、ｄ／ｐ＝０．７に設定した場合の、電気光学特性のリターデーションΔｎｄ依存性を示す。リターデーションΔｎｄは、０．５μｍ、０．７μｍ、０．９μｍ、１．３μｍ、１．５μｍとした。リターデーションΔｎｄが大きくなるにしたがって、最大透過光強度は増大するが、Δｎｄが１．５μｍになると、逆に透過光強度が低下してしまう。したがって、リターデーションの値は１．３μｍ前後以下にすることが望ましい。透過率１０％以上を維持するためには、Δｎｄ≧０．７が必要であろう。

図１５にΔn を０．２２に固定したときの電気光学特性の誘電率異方性Δε依存性のシミュレーション結果を示す。Δεの絶対値が大きくなるに従ってしきい値が低下することが判る。

以上、プレティルト角θ_p 、クロス角φ_c 、ｄ／ｐを大きくすることにより垂直配向ＬＣＤにおいてより急峻な電気光学特性を得ることができることが判った。マルチプレックス駆動を行う場合には、上記シミュレーション解析結果より以下の条件で液晶セルを設計するとよいと考えられる。

（１） プレティルト角θ_p ： ８５°〜６０°、（より安全には約８０°〜６０°）
（２） クロス角φ_c ： １８０°〜２７０°、
（３） ｄ／ｐ ： ０〜０．７、
（４） 液晶のリタデーションΔnd ： ０．７〜１．３μｍ、
（５） 誘電率異方性Δε ： 負。

以上の説明では、たとえば液晶セルの背面に設けた光源装置からの光を表示に利用する、透過型液晶表示装置の場合を例にして説明したが、図１６に示すような外光を表示光として利用する反射型液晶表示装置にも適用できる。

図１６において図１と同じ参照番号のものは同一の要素を示す。９は光反射板である。図１６の（Ａ）の構成では偏光板は１枚であり、１／４波長板８を使用する。この場合、光の利用効率は向上する。図１６の（Ｂ）は偏光板１をクロスニコル配置で２枚使用している。なお、光反射板９は(必要な場合一方の偏光板と共に)、基板の内側に配置してもよい。

次に、実際に垂直配向型液晶セルを作成してその性能を測定した結果について説明する。

（プレティルト角の制御）従来、プレティルト角８５度以下の配向処理は非常に困難であると考えられていた。一般的には、ＳｉＯ_x の斜方蒸着または回転斜方蒸着により基板表面に異法的な表面形状を形成した後、その上に垂直配向膜を塗布する手法が知られている。

本発明者らは、垂直配向膜にラビング処理を施すことにより、プレティルト角８５度以下の配向処理を実現した。使用する配向膜は垂直配向規制力がなるべく低いものを用いたほうが良好な配向制御が可能であった。使用する液晶は、垂直配向性が弱いものが好ましい。具体的には、屈折率異方性Δｎが大きいもののほうがこの傾向が高い。

ＪＳＲ社製 垂直配向膜ＪＡＬＳ−６８８（厚さ４０ｎｍ）をガラス基板上にスピンコーティングした後、綿製ラビング布によりラビング処理を施した。種々の試みの結果、ラビング時の擦る強さと液晶材料により、プレティルト角が制御可能であることがわかった。

図１７にその一例を示す。横軸がラビング強度を示し、縦軸がプレティルト角を示す。使用した液晶材料はすべて誘電率異方性が負であり、ＬＣ−Ａ、ＬＣ−Ｂの屈折率異方性は０．２、０．２２とほぼ０．２の非常に大きな値を有する。一方、メルク製ＭＬＣ−２０１２、チッソ製ＥＮ−３８はΔｎが０．１前後の液晶である。屈折率異方性Δｎが０．１前後のＭＬＣ−２０１２、ＥＮ−３８では、ラビング強度を変化させても８５度以下のプレティルト角は得られなかった。屈折率異方性が約０．２以上の液晶を用いた場合は、ラビング強度の増加と共にプレティルト角が減少し、８５度以下のプレティルト角を得ることができた。これらの結果から、Δｎの値が大きい液晶材料ほど、プレティルト角を広い範囲で制御できることが予想される。たとえば、ＬＣ−Ａ、ＬＣ−Ｂを用いることにより、８５度以下のプレティルト角を実現することができる。

（実施例１）図１に示したＬＣＤの構造で、下記の表１に示す条件を設定し、クロス角φ_c＝０°、９０°、１８０°のセルを各々作成し、それらの電気光学特性を測定した。

図１８に結果を示す。クロス角φ_c を大きくすることによりシミュレーション結果と同様な傾向であるしきい値の上昇、急峻性の向上、黒レベルの低下する効果が得られている。

（実施例２）図１に示したＬＣＤの構造で、下記の表２に示す条件になるようにＬＣＤを作製した。

図１９に、それらの電気光学的特性を測定した結果を示す。図１９には、としてプレティルトθ_p ＝８９．９°、クロス角φ_c ＝０°の従来のセルの電気光学的特性も示す。明らかに本実施例のセルの方が急峻性が良いことが判る。

表３は、１／１２０デューティ最適バイアス法マルティプレックス駆動時の透過率Ｔ、コントラストＣＲ_maxを表２の実施例とθ_p ＝８９．９°の従来のものとで比較したものである。あきらかに表２の実施例のものが透過率が高く、コントラストが良好であることが判る。プレティルト角８１°で良好な結果が得られている。プレティルト角は約６０度〜８１度が好ましいであろう。

図２０は、セル厚ｄを５μｍに厚く変更した場合のセルの電気光学特性を示す。セル厚を増加するとΔｎｄが増加することにより、より急峻な電気光学特性が得られることが判る。

図２１は、表１で示した条件中、ｄ／ｐを０．６に変更した場合の電気光学特性を示す。図２１には比較のために表１の条件のままのセルの特性も示してある。図のように、ｄ／ｐが小さくなることにより、しきい値の上昇と急峻性の低下が見られる。

以上の電気光学特性はすべて白黒表示の場合である。ＳＴＮ−ＬＣＤ等で行われる色補償等は一切行わずに、白黒表示が可能であった。

液晶表示装置の液晶層が、二色性色素を含有した液晶材料を含む垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子にも上述の構成を適用できることは当業者に自明であろう。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。また、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子の液晶分子の配向状態を説明するための斜視図である。 垂直配向型ＥＣＢモードＬＣＤとＳＴＮ型ＬＣＤの電気光学急峻度特性を比較した図である。 基板面と液晶分子の配向方向の関係を示す座標である。 本発明の実施例の液晶セルの構造と液晶分子を示す斜視図である。 液晶セルの方位角方向の各パラメータの方向関係を示す図である。 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性のクロス角φ_c 依存性を示すグラフである。 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性のクロス角依存性を示すグラフである。 プレティルト角をほぼ垂直に設定した場合の、電気光学特性のクロス角依存性を示すグラフである。 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性のプレティルト角θ_p 依存性を示すグラフである。 液晶セルの電気光学特性の、プレティルト角依存性を示すグラフである。 本発実施例による液晶セルの電気光学特性のクロス角φ_c 依存性を示すグラフである。 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性のｄ／ｐ依存性を示すグラフである。 本発明の実施例による液晶セルの電気光性のΔｎ依存性のを示すグラフである。 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性のリターデーションΔnd依存性を示すグラフである。 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性の誘電率異方性Δε依存性を示すグラフである。 本発明の実施例による反射型液晶表示装置の液晶セルの構造を示す斜視図である。 種々の垂直配向膜を用いた場合の、プレティルト角対ラビング強度の関係を示すグラフである。 本発明の実施例による液晶セルのクロス角の違いによる電気光学特性を示すグラフである。 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性を示すグラフである。 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性を示すグラフである。 本発明の実施例による液晶セルの電気光学特性を示すグラフである。

符号の説明

１ 偏光板
２ 光学補償板
３ 基板
４ 電極及び垂直向膜
５ 液晶層
６ 液晶分子
７ 反射板
８ １／４波長板

Claims (11)

1. 電極と配向処理された垂直配向膜とを表面に形成し、所定間隔で互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層とを有する液晶セルと、
   前記液晶セル外側に配置されたクロスニコル配置の１対の偏光子と、
   を有し、クロスニコル配置の１対の偏光子の黒レベルがそのまま得られ、高コントラストが得られやすい液晶表示素子であり、
   前記配向処理が基板に接する液晶に配向方向を付与し、前記１対の基板上の配向方向間の角度を２等分する方向が、前記１対の偏光子の偏光方向のいずれかに沿い、前記基板と前記液晶層との界面に存在する液晶分子のプレティルト角が、前記基板面に対して８１°〜６０°の範囲に設定され、
   前記一対の基板の配向方向が面内のねじれ角を画定し、前記ねじれ角が１８０°〜２７０°の範囲に設定されている
   垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子。
2. 電極と配向処理された垂直配向膜とを表面に形成し、所定間隔で互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層とを有する液晶セルと、
   前記液晶セル外側に配置されたクロスニコル配置の１対の偏光子と、
   を有し、クロスニコル配置の１対の偏光子の黒レベルがそのまま得られ、高コントラストが得られやすい液晶表示素子であり、
   前記配向処理が基板に接する液晶に配向方向を付与し、前記１対の基板上の配向方向間の角度を２等分する方向が、クロスニコル配置の偏光方向間の角度を２等分する方向に沿い、前記基板と前記液晶層との界面に存在する液晶分子のプレティルト角が、前記基板面に対して８１°〜６０°の範囲に設定されている、
   前記一対の基板の配向方向が面内のねじれ角を画定し、前記ねじれ角が１８０°〜２７０°の範囲に設定されている
   垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子。
3. 前記液晶層のリタデーションが０．７μｍ〜１．３μｍに設定されている請求項１または２記載の垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子。
4. 前記液晶層はカイラル剤が添加されている液晶材料を含む請求項１または２記載の垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子。
5. 前記液晶層は、液晶材料のカイラルピッチをｐとし、前記一対の基板の前記所定間隔をｄとしたときに、０．４８≦ｄ／ｐ≦０．７の関係を満たすように設定されている請求項４記載の垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子。
6. さらに、前記一対の基板の外側に前記液晶層を透過する光の光源を配置した請求項１または２記載の垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子。
7. 前記一対の偏光子のいずれかと前記液晶セルとの間に配置された１／４波長板を有する請求項６記載の垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子。
8. さらに、前記一対の基板の間あるいは前記一対の基板の外側に前記液晶層を透過した光を反射する反射板を配置した請求項１または２に記載の垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子。
9. 前記液晶層は、二色性色素を含有した液晶材料を含む請求項１または２に記載の垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子。
10. 電極と配向処理された垂直配向膜とを表面に形成し、所定間隔で互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層とを有する液晶セルと、
    前記液晶セルの上方に配置された偏光子と、
    前記液晶セルの下方に配置された反射板と、
    前記液晶セルと前記反射板との間に配置された１／４波長板と、
    を有し、偏光子、１／４波長板、反射板の黒レベルがそのまま得られ、高コントラストが得られやすい液晶表示素子であり、
    前記１対の基板上の配向処理の面内方向間の角度を２等分する方向が、前記偏光子の透過軸方向、遮光軸方向のいずれかに沿い、前記基板と前記液晶層との界面に存在する液晶分子のプレティルト角が、前記基板面に対して８１°〜６０°の範囲に設定され、
    前記一対の基板の配向方向が面内のねじれ角を画定し、前記ねじれ角が１８０°〜２７０°の範囲に設定されている
    垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子。
11. 電極と配向処理された垂直配向膜とを表面に形成し、所定間隔で互いに対向配置された一対の基板と、前記一対の基板間に配置される液晶層とを有する液晶セルと、
    前記液晶セルの上方に配置された偏光子と、
    前記液晶セルの下方に配置された反射板と、
    前記液晶セルと前記反射板との間に配置された１／４波長板と、
    を有し、偏光子、１／４波長板、反射板の黒レベルがそのまま得られ、高コントラストが得られやすい液晶表示素子であり、
    前記１対の基板上の配向処理の面内方向間の角度を２等分する方向が、前記偏光子の透過軸方向、遮光軸方向の方向間の角度を２等分する方向に沿い、前記基板と前記液晶層との界面に存在する液晶分子のプレティルト角が、前記基板面に対して８１°〜６０°の範囲に設定され、
    前記一対の基板の配向方向が面内のねじれ角を画定し、前記ねじれ角が１８０°〜２７０°の範囲に設定されている
    垂直配向型ＥＣＢモード液晶表示素子。

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