JP4817161B2 - 横電界型液晶素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶素子およびその製造方法に係り、特に、横電界型液晶素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、縦電界型液晶表示素子は、テレビ、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器等、種々の装置のモニタとして、その用途を拡大している。その一方で、縦電界型液晶表示素子よりも視野角が広い横電界型液晶表示素子の実用化が進められている。
【０００３】
横電界型液晶表示素子では、縦電界型液晶表示素子と同様に、２枚の透明基板が対向配置されたセル容器に液晶材料を充填して、液晶セルを構成する。液晶セルを構成する２枚の透明基板それぞれに、配向膜が形成される。
【０００４】
ただし、電極は、液晶セルを構成する２枚の透明基板の一方にのみ形成される。１つの画素当たり１対の電極が配置され、これら１対の電極に印加する電圧を制御することにより、画素での光透過性が制御される。
【０００５】
以下、横電界型液晶素子において液晶セルを構成する２枚の透明基板のうち、電極が形成される透明基板を「電極基板」、電極が形成されない透明基板を「無電極基板」ということがある。
【０００６】
横電界型液晶表示素子では、１対の電極間に電圧を印加したときに形成される電界を電気力線を用いて表すと、この電気力線は液晶セルの厚さ方向に凸の弓形となる。このため、正の誘電率異方性を有する液晶材料を用いると、電極端付近で表示ムラ（光漏れ）を生じやすい。また、光学的特性のセル厚依存性が高く、製造時にはセル厚を高精度に制御することが必要となる。
【０００７】
横電界型液晶表示素子の表示ムラは、負の誘電率異方性を有する液晶材料を用いることによって、抑制することができる。
【０００８】
ツイステッドネマティック液晶を用いて光学的特性のセル厚依存性を改善した横電界型液晶素子が知られている（２０００年日本液晶学会討論会予稿集第１３３頁参照）。この横電界型液晶表示素子は、液晶分子のアンカリング強度が無電極基板側で相対的に強く、電極基板側で相対的に弱くなるように構成され、更に、１対の電極間に電圧を印加したときに液晶分子の捻れ構造が解消されるように構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
負の誘電率異方性を有する液晶材料は比較的粘度が高い。このため、この液晶材料を用い、電界の有無によってツイスト状態と無ツイスト状態との間を遷移させる横電界型液晶表示素子では、電気光学的しきい値電圧Ｖthを低くすることが困難である。
【００１０】
本発明の目的は、負の誘電率異方性を有する液晶材料を用いた場合でも低電圧駆動が可能な横電界型液晶素子を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、負の誘電率異方性を有する液晶材料を用いた場合でも低電圧駆動が可能な横電界型液晶素子の製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、互いに間隔をあけて対向配置された第１および第２の透明基板を備えたセル容器であって、前記第１の透明基板の内側面上に少なくとも１対の電極と該少なくとも１対の電極を覆う第１の透明膜とが形成され、前記第２の透明基板の内側面上に、液晶分子との間のアンカリング強度が前記第１の透明膜と前記液晶分子との間のアンカリング強度よりも低い第２の透明膜が形成され、前記第1の配向膜と液晶分子との方位角方向のアンカリング強度が１０ −４ Ｎ／ｍオーダーであり、前記第２の配向膜と液晶分子との方位角方向のアンカリング強度が１０ −６ Ｎ／ｍオーダーとされたセル容器と、前記セル容器の外部に配置された偏光板と、前記セル容器内に充填された液晶材料によって構成される液晶層であって、前記液晶材料がカイラル剤を含み、前記液晶材料が負の誘電率異方性を有し、前記第１の透明膜から前記第２の透明膜にかけて捩れ構造を自発的に形成し、前記一対の電極間に横電界を発生させて前記第１の基板側の界面で液晶分子を再配向させたときに、前記一対の電極間に平面視上位置している液晶分子の各々が前記捩れ構造を保ったまま回転する液晶層とを有する横電界型液晶素子が提供される。
【００１４】
本発明の他の観点によれば、互いに間隔をあけて対向配置された第１および第２の透明基板を備えたセル容器であって、前記第１の透明基板の内側面上に少なくとも１対の電極と該少なくとも１対の電極を覆い、液晶分子との方位角方向のアンカリング強度が１０ −４ Ｎ／ｍオーダーである第１の透明膜とが形成され、前記第２の透明基板の内側面上に、液晶分子との方位角方向のアンカリング強度が１０ −６ Ｎ／ｍオーダーである第２の透明膜が形成されたセル容器を用意する準備工程と、前記セル容器に負の誘電率異方性を有する液晶材料を充填して液晶セルを得る液晶セル形成工程であって、(i)前記セル容器に、カイラル剤を含む液晶材料をアイソトロピック状態で充填した後に徐冷するか、または、(ii)前記セル容器に、カイラル剤を含む液晶材料をネマティック相の状態で充填し、熱処理によって液晶分子を再配向させた後に徐冷して、前記液晶セルを得る液晶セル形成工程とを含む横電界型液晶素子の製造方法が提供される。
【００１６】
横電界型液晶素子を作製するに当たって、捻れ構造を自発的に形成する液晶材料を用い、液晶分子のアンカリング強度を無電極基板側で相対的に弱く、電極基板側で相対的に強くすると、次の制御が可能になる。
【００１７】
すなわち、１対の電極間に横電界を発生させて電極基板側の界面で液晶分子を再配向させたときに、これら１対の電極間に平面視上位置している液晶分子の各々を、電圧を印加していないときに形成される捻れ構造を保ったまま回転させることができる。
【００１８】
液晶分子の捻れ構造を解消させることなく液晶素子の光学的特性を変化させることができるので、液晶分子の捻れ構造を解消させて光学的特性を変化させる場合に比べて、低電圧での駆動が可能になる。
【００１９】
例えば、電極基板（第１の透明基板）の内側表面上に設ける第１の透明膜に配向処理を施し、無電極基板（第２の透明基板）の内側表面上に設ける第２の透明膜には配向処理を施さないことにより、液晶分子との間のアンカリング強度を無電極基板側で相対的に弱く、電極基板側で相対的に強くすることが可能である。
【００２０】
第１の透明膜の材質と第２の透明膜の材質とが異なると、これらの透明膜同士の間でイオンの吸着のし易さに差が生じ、第１の透明膜と第２の透明膜との間に直流電流成分が発生し易くなる。この直流電流成分が発現すると、例えば液晶表示素子では、長時間表示したときに焼き付き等の不具合が生じ易くなる。
【００２１】
上記と同様の制御は、捻れ構造を自発的に形成する液晶材料を用い、第１の透明膜および第２の透明膜のいずれにも配向処理を施すことなく構成された液晶素子に対しても行うことができる。
【００２２】
この場合、１対の電極間に平面視上位置する液晶分子の各々は、これら１対の電極間に電圧を印加しないとき、配向方向の異なる複数のドメインに自然に分かれる。個々のドメイン内の液晶分子は、第１の透明膜から第２の透明膜にかけて捩れ構造を自発的に形成する。
【００２３】
１対の電極間に横電界を発生させることにより、液晶分子の捻れ構造を解消させることなく液晶素子の光学的特性を変化させることができる。液晶分子の捻れ構造を解消させて光学的特性を変化させる場合に比べて、低電圧での駆動が可能になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１に、第１の実施例による横電界型液晶素子の構成を概略的に示す。同図に示した横電界型液晶素子３０（以下、「液晶素子３０」と略記する。）は、セル容器１０と、このセル容器１０内に収容された液晶層２０と、セル容器１０の外表面上に直交ニコル配置された２枚の偏光板２５ａ、２５ｂとを有している。
【００２５】
セル容器１０は、透明ガラスによって形成された第１の透明基板１ａおよび第２の透明基板１ｂと、これらの透明基板１ａ、１ｂを一定の間隔の下に保持する樹脂製のスペーサ５とを有する。第１の透明基板１ａと第２の透明基板１ｂとは、スペーサ５を挟んで貼り合わされている。
【００２６】
１対の電極２ａ、２ｂが、第１の透明基板１ａの内側面上に配置されている。これらの電極２ａ、２ｂは導電性金属材料によって形成され、０．０５ｍｍの間隔をあけて互いに平行に形成されている。
【００２７】
ポリイミドによって形成された第１の透明膜３ａが、１対の電極２ａ、２ｂを覆うと共に、第１の透明基板１ａの内側面を覆っている。第１の透明膜３ａには、１対の電極２ａ、２ｂの延在方向と平面視上直交する方向に、ラビング処理が施されている。
【００２８】
第２の透明基板１ｂの内側面には、ポリイミドによって形成された第２の透明膜３ｂが設けられている。第２の透明膜３ｂの組成は、第１の透明膜３ａの組成と同一である。第２の透明膜３ｂには配向処理が施されていない。
【００２９】
セル容器１０内に収容された液晶層２０は、セル容器１０と共に液晶セルを構成する。液晶層２０は、負の誘電率異方性を有する液晶であるメルク社製の５ＣＢに同社製のカイラル剤Ｓ−８１１を添加した液晶材料によって構成されている。カイラル剤の添加量は、セル容器１０のセル厚ｄと液晶層のカイラルピッチｐとの比ｄ／ｐが１／４となるように調整されている。
【００３０】
液晶層２０は、カイラル剤が添加された上記の液晶材料をネマティック相−アイソトロピック相転移温度以上に加熱すると共にセル容器１０も同転移温度以上に加熱し、この状態で液晶材料をセル容器１０に注入した後に徐冷することによって形成した。
【００３１】
液晶分子と第１の透明膜３ａとの間のアンカリング強度（方位角方向のアンカリング強度）は１０-4Ｎ／ｍオーダーであり、液晶分子と第２の透明膜３ｂとの間のアンカリング強度（方位角アンカリング強度）は１０-6Ｎ／ｍオーダーである。
【００３２】
セル厚ｄ（図１参照）が４．０μｍ、４．５μｍまたは５．０μｍである３種類の液晶素子３０を作製し、これらの液晶素子３０の電気光学的特性を調べた。
【００３３】
図２は、これらの液晶素子３０についての、１対の電極２ａ、２ｂ間に発生させる電界の強さと光透過率との関係を示す。電界の強さは、１対の電極２ａ、２ｂに印加する電圧と、これら１対の電極２ａ、２ｂ間の距離とから算出した最大電界値である。
【００３４】
同図から明らかなように、これらの液晶素子３０は、電圧無印加時に最も光を透過させる。比較的低い印加電圧で光透過率を減少させることができ、電界の強さを５００Ｖ／ｍｍにすれば光透過率をほぼ０にすることができる。横電界型液晶素子でありながら、低電圧駆動が可能である。
【００３５】
また、セル厚ｄが４．０μｍの液晶素子３０と４．５μｍの液晶素子３０とで、電気光学的特性が殆ど一致している。セル厚５．０μｍの液晶素子３０も、ホワイト時の光透過率が若干低いのみで、ブラック時の特性は他の２つの液晶素子３０にほぼ一致している。したがって、セル厚ｄに多少ムラが生じても、ほぼ同じ特性の液晶素子を得ることが可能である。製造条件を緩和することができる。
【００３６】
さらに、第２の透明膜３ｂには配向処理を施さないので、その分、製造が容易になる。
【００３７】
以上の結果から、本実施例による液晶素子３０の動作は、以下のように考えられる。
【００３８】
図３は、図１に示した液晶素子３０において、１対の電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加しないときの液晶分子２０ａの配列状態を模式的に示す。
【００３９】
同図に示した部材のうち、図１において既に示した部材については、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。ただし、図３においては、便宜上、第１の透明膜３ａおよび第２の透明膜３ｂの図示を省略している。また、２枚の偏光板２５ａ、２５ｂについてはその厚さを省略している。
【００４０】
図３に示すように、第１の透明基板１ａ側の液晶分子２０ａは、１対の電極２ａ、２ｂに電圧を印加しないとき、その長軸方向が第１の透明膜（図示せず）の配向方向Ｄa と平行となるように配列する。１対の電極２ａ、２ｂ間に平面視上位置する液晶分子２０ａは、第１の透明基板１ａ側から第２の透明基板１ｂ側にかけて、平面視上９０°捩れた捩れ構造を形成する。
【００４１】
２枚の偏光板２５ａ、２５ｂが直交ニコル配置されていることから、例えば偏光板２５ｂに入射した光Ｌのうち、偏光板２５ｂの透過軸方向Ｄt2と平行な方向に電気ベクトルが振動する光Ｌｐはこの偏光板２５ｂを透過し、液晶分子２０ａが形成する捩れ構造に沿って９０°旋光した後に偏光板２５ａに入射する。この光Ｌｐの電気ベクトルの振動方向は偏光板２５ａの透過軸方向Ｄt1と平行であるので、偏光板２５ａを透過する。液晶素子３０はノーマリーホワイトモードの液晶素子である。
【００４２】
図４は、図１に示した液晶素子３０において、１対の電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加したときの液晶分子２０ａの配列状態を図３と同様に模式的に示す。
【００４３】
１対の電極２ａ、２ｂに電圧を印加すると、これら１対の電極２ａ、２ｂの間に電界が形成される。図４では、第１の透明基板１ａの内側面近傍での電界の向きを矢印ＤE で示している。
【００４４】
１対の電極２ａ、２ｂへの電圧印加に伴い、第１の透明基板１ａ側の液晶分子２０ａは、その長軸方向が電界の向きＤE に対して直交するように配列する。結果として、この液晶分子２０ａは、第１の透明膜（図示せず）の配向方向Ｄa と平面視上直交するように配列する。
【００４５】
１対の電極２ａ、２ｂ間に平面視上位置する液晶分子２０ａは、電圧を印加していない時と同様に、第１の透明基板１ａ側から第２の透明基板１ｂ側にかけて、平面視上９０°捩れた捩れ構造を形成する。ただし、第１の透明基板１ａ側の液晶分子２０ａが上記のように配列するのに伴って、電圧を印加していないときに比べて全体が９０°旋回する。
【００４６】
２枚の偏光板２５ａ、２５ｂが直交ニコル配置されていることから、偏光板２５ｂに入射した光Ｌのうち、偏光板２５ｂの透過軸方向Ｄt2と平行な偏光成分Ｌｐはこの偏光板２５ｂを透過して液晶層に入射する。しかしながら、液晶分子２０ａが偏光成分Ｌｐの偏光方向と直交する方向に配列していることから、液晶層を透過することは困難である。若干の成分が、液晶分子２０ａの形成する捻れ構造に沿って９０°旋光した後に偏光板２５ａに入射することもあろう。この偏光成分Ｌｐの偏光方向は偏光板２５ａの透過軸方向Ｄt1と直交するため、偏光板２５ａを透過できない。１対の電極２ａ、２ｂに電圧を印加することにより、光を遮断することができる。
【００４７】
次に、第２の実施例による横電界型液晶素子について説明する。
【００４８】
図５は、第２の実施例による横電界型液晶素子３５（以下、「液晶素子３５」と略記する。）の構成を概略的に示す。同図に示した構成要素のうち、図１に示した構成要素と共通するものについては図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
図示の液晶素子３５は、(1) 第１の透明膜３ｃにも配向処理が施されていないこと、(2) セル容器１０のセル厚ｄが８μｍであること、および、(3) ２枚の偏光板２５ａ、２５ｂを直交ニコル配置のまま図３または図４の方向から９０°回転させたことを除いて、図１に示した液晶素子３０と同様の構成を有する。
【００５０】
図６は、この液晶素子３５についての、１対の電極２ａ、２ｂ間に発生させる電界の強さと光透過率との関係を示す。電界の強さは、１対の電極２ａ、２ｂに印加する電圧と、これら１対の電極２ａ、２ｂ間の距離とから算出した最大電界値である。
【００５１】
図６と図２との対比から明らかなように、液晶素子３５では、ノーマリーホワイトモードの液晶素子３０よりも更に低い電圧で光透過率を変化させることができる。横電界型液晶素子でありながら、低電圧駆動が可能である。
【００５２】
また、液晶素子３０と同様に、セル厚ｄに多少ムラが生じてもほぼ同じ特性の液晶素子を得られることがシミュレーション等によって確認された。
【００５３】
以上の結果から、本実施例による液晶素子３５の動作は、以下のように考えられる。
【００５４】
第１の透明膜３ｃおよび第２の透明膜３ｂのいずれにも配向処理が施されていないことから、１対の電極２ａ、２ｂ間に平面視上位置する液晶層は、これら１対の電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加しないとき、配向方向の異なる複数のドメインに自然に分かれ、無定形な配向（アモルファス配向）状態を自然にとる。個々のドメイン内の液晶分子は、第１の透明膜３ｃから第２の透明膜３ｂにかけて９０°捩れた捩れ構造を自発的に形成する。この液晶素子３５は、ノーマリーブラックモードの液晶素子である。
【００５５】
１対の電極２ａ、２ｂに電圧を印加すると、第１の透明基板１ａ側の液晶分子は、その長軸方向が電界の向きに対して直交するように配列する。結果として、第１の透明膜３ｃ上の液晶分子は全て、電界の方向と平面視上直交するように配列し、これらの液晶分子全体がホモジニアス配向となる。ドメインが消滅する。
【００５６】
１対の電極２ａ、２ｂ間に平面視上位置する液晶分子は、電圧を印加していないときと同様に、第１の透明基板１ａ側から第２の透明基板１ｂ側にかけて、平面視上９０°捩れた捩れ構造を形成する。第１の透明膜３ｃ上の液晶分子が上記のように配列するのに伴って各液晶分子が第１または第２の透明基板１ａまたは１ｂと平行な面内で向きを揃えて旋回し、捻れ構造を保持する。
【００５７】
図６に示した特性は、ブラック時の遮光性が必ずしも十分ではない。偏光板２５ａ、２５ｂを図３または図４と同様の配置にしてノーマリーホワイトモードとすれば、遮光性が向上するであろう。電圧印加時の方が液晶分子の配列を揃え易く、この時にブラック表示とするのがよいと考えられる。
【００５８】
液晶素子３５は、第１の透明膜３ｃおよび第２の透明膜３ｂのいずれにも配向処理を施さないので、その分、製造が容易である。第１〜第２の透明膜３ｃ、３ｂと液晶分子との間のアンカリング強度を低くすることができるので、液晶分子の回転が容易になり、低電圧駆動が容易になる。
【００５９】
液晶素子３５の応答速度は、５℃下において、立ち上がり応答時間τriseが５０ミリ秒、立ち下がり応答時間τdecay が１００ミリ秒であった。
【００６０】
以上、実施例による横電解型液晶素子について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。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。
【００６１】
例えば、セル容器を構成する第１の透明基板および第２の透明基板は、透明樹脂によって構成することも可能である。電極は、ＩＴＯのような透明電極材料によって形成してもよいし、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ等の導電性金属材料によって形成してもよい。スペーサは、無機材料によって形成することも可能である。面内スペーサを利用することもできる。
【００６２】
第１の透明膜および第２の透明膜は、ポリイミド以外にも、ＰＶＣ（ポリビニルシンナメート）、シンナモイル基を導入した変性ポリシラン、長波長の光によって光二量化が進行するようにカルコン基を導入した材料、ＳｉＯ等によって形成することができる。
【００６３】
第１の透明膜を配向膜とする場合には、その材質に応じて、ラビング、光配向、斜方蒸着等の方法によって配向処理を施すことができる。
【００６４】
ラビングによって配向処理を行うと、微小塵や静電気が生じ易い。微小塵は、例えば液晶表示素子においては表示ムラの原因となることがある。また静電気は、例えばアクティブマトリックス駆動型の液晶表示素子においては、薄膜トランジスタの絶縁破壊の原因となることがある。例えば光配向処理を適用することにより、微小塵の発生や静電気の発生を抑止することができる。
【００６５】
液晶材料としては、負の誘電率異方性を有する種々の液晶材料を使用することができる。正の誘電率異方性を有する液晶材料を使用することも可能である。
【００６６】
１対の電極間に電圧を印加しないときの液晶分子の配向方向は、横電界型液晶素子の用途や性能等に応じて、適宜選定可能である。液晶層のカイラルピッチについても同様であるが、セル容器のセル厚ｄと液晶層のカイラルピッチｐとの比ｄ／ｐを１／４とすることが実用上好ましい。
【００６７】
液晶分子のプレチルト角は、小さいほど好ましい。第１または第２の透明膜表面を基準とした場合、液晶分子のプレチルト角は５°以下であることが好ましく、１°以下であることが更に好ましく、０°であることが特に好ましい。
【００６８】
液晶セルは、液晶材料をネマティック相の状態でセル容器に充填し、例えば概ね１５０℃以上に加熱して液晶分子をセル容器内で再配向させた後に徐冷することによっても形成することができる。
【００６９】
横電界型液晶素子の形態および用途は、レンズ、プリズム、シャッタ、ウォブリング素子（回転波長板）、表示素子等、適宜選定可能である。
【００７０】
図７は、横電界型液晶表示素子の一例を概略的に示す。同図には、この横電界型液晶表示素子１００（以下、「液晶表示素子１００」と略記する。）における電極配置が示されている。
【００７１】
図７に示した構成要素のうち、図１に示した構成要素と機能上共通するものについては、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００７２】
図示した液晶表示素子１００においては、第１の透明基板１ａの内側表面上に複数対の電極がマトリックス状に配置されている。１対の電極は、電極２ａと電極２ｂとによって構成される。これら１対の電極２ａ、２ｂの間の領域が、１つの画素５０として機能する。
【００７３】
１つの画素行を構成する電極２ａの各々は、例えば１本の走査線６０に接続される。１つの画素列を構成する電極２ｂの各々は、例えば１本の信号線６５に接続される。この液晶表示素子１００は、単純マトリックス駆動される。
【００７４】
電極２ａ、２ｂの配置ならびに信号線６０および走査線６５の敷設を除けば、液晶表示素子１００は、図１に示した液晶素子３０または図５に示した液晶素子３５と同様の構成を有する。
【００７５】
図５に示した液晶素子３５と同様の構成にすれば、液晶分子がアモルファス配向している領域で文字や図形等の表示を行うことができる。この領域は光透過率の視野角依存性が低いので、極めて広い視角特性を有する液晶表示素子を得ることが可能である。
【００７６】
ただし、ノーマリーブラックモードよりもノーマリーホワイトモードの方が、コントラスト比の高い液晶表示素子を得易い。
【００７７】
図１または図５に示した偏光板２５ａに代えて光反射膜を設けて、反射型の液晶表示素子を構成することも可能である。
【００７８】
必要に応じて、第１の透明基板１ａ側または第２の透明基板１ｂ（図１参照）側に、カラーフィルタを設けることができる。偏光板を円偏光板やコレステリックフィルムと組み合わせてカラー化を図ることもできる。
【００７９】
図８は、横電界型液晶表示素子の他の一例を概略的に示す。同図には、この横電界型液晶表示素子１１０（以下、「液晶表示素子１１０」と略記する。）における電極配置が示されている。
【００８０】
図８に示した構成要素のうち、図７に示した構成要素と機能上共通するものについては、図７で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
図示した液晶表示素子１１０はアクティブマトリックス駆動タイプの液晶表示素子であり、１つの電極２ａにスイッチング回路７０が１つずつ接続されている。スイッチング回路７０は、例えば薄膜トランジスタを含む。
【００８２】
１つの画素行を構成するスイッチング回路７０の各々は、例えば１本の走査線６０と１本の信号線６５とに接続される。走査線６０は画素行方向に延在し、信号線６５は画素列方向に延在する。
【００８３】
１つの画素列を構成する電極２ｂの各々は、例えば隣り合うもの同士が配線６８によって接続されて、１つの共通電極を構成する。液晶表示素子１１０における他の構成は、図７に示した液晶表示素子１００の構成と同様である。
【００８４】
図９は、横電界型液晶表示素子の更に他の一例を概略的に示す。同図には、この横電界型液晶表示素子１２０（以下、「液晶表示素子１２０」と略記する。）における電極配置が示されている。
【００８５】
図９に示した構成要素のうち、図７に示した構成要素と機能上共通するものについては、図７で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００８６】
図示した液晶表示素子１２０は単純マトリックス駆動タイプの液晶表示素子である。１つの画素５０に５つのセグメント電極２ａ1 、２ａ2 、２ａ3 、２ａ4 、２ａ5 が配置され、これらのセグメント電極２ａ1 〜２ａ5 に対向して１つの電極２ｂが配置されている。
【００８７】
例えば、１つの画素列を構成するセグメント電極２ａ1 の各々は信号電極６５ａに、セグメント電極２ａ2 の各々は信号電極６５ｂに、セグメント電極２ａ3 の各々は信号電極６５ｃに、セグメント電極２ａ4 の各々は信号電極６５ｄに、セグメント電極２ａ5 の各々は信号電極６５ｅに接続される。
【００８８】
例えば、１つの画素列を構成する電極２ｂの各々は、１本の走査線６０に接続される。液晶表示素子１２０における他の構成は、図７に示した液晶表示素子１００の構成と同様である。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、負の誘電率異方性を有する液晶材料を用いた場合でも低電圧駆動が可能な横電界型液晶素子を得ることができる。例えば視野角依存性が低く低電圧駆動が可能な液晶表示素子を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例による横電界型液晶素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】第１の実施例による横電界型液晶素子についての、１対の電極間に発生させる電界の強さと光透過率との関係を示すグラフである。
【図３】図１に示した横電界型液晶表示素子において１対の電極間に電圧を印加しないときの液晶分子の配列状態を示す模式図である。
【図４】図１に示した横電界型液晶素子において１対の電極間に電圧を印加したときの液晶分子の配列状態を示す模式図である。
【図５】第２の実施例による横電界型液晶素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】第２の実施例による横電界型液晶素子についての、１対の電極間に発生させる電界の強さと光透過率との関係を示すグラフである。
【図７】図１または図５に示した液晶素子の構成を応用した横電界型液晶表示素子における電極配置を概略的に示す平面図である。
【図８】図１または図５に示した液晶素子の構成を応用した他の横電界型液晶表示素子における電極配置を概略的に示す平面図である。
【図９】図１または図５に示した液晶素子の構成を応用した更に他の横電界型液晶表示素子における電極配置を概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ａ…第１の透明基板、 １ｂ…第２の透明基板、 ２ａ、２ｂ…１対の電極、 ３ａ、３ｃ…第１の透明膜、 ３ｂ…第２の透明膜、 １０…セル容器、 ２０…液晶層、 ２０ａ…液晶分子、 ２５ａ、２５ｂ…偏光板、 ３０、３５…横電界型液晶素子、 ５０…画素、 １００、１１０、１２０…横電界型液晶表示素子。
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶素子およびその製造方法に係り、特に、横電界型液晶素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、縦電界型液晶表示素子は、テレビ、パーソナルコンピュータ、ゲーム機器等、種々の装置のモニタとして、その用途を拡大している。その一方で、縦電界型液晶表示素子よりも視野角が広い横電界型液晶表示素子の実用化が進められている。
【０００３】
横電界型液晶表示素子では、縦電界型液晶表示素子と同様に、２枚の透明基板が対向配置されたセル容器に液晶材料を充填して、液晶セルを構成する。液晶セルを構成する２枚の透明基板それぞれに、配向膜が形成される。
【０００４】
ただし、電極は、液晶セルを構成する２枚の透明基板の一方にのみ形成される。１つの画素当たり１対の電極が配置され、これら１対の電極に印加する電圧を制御することにより、画素での光透過性が制御される。
【０００５】
以下、横電界型液晶素子において液晶セルを構成する２枚の透明基板のうち、電極が形成される透明基板を「電極基板」、電極が形成されない透明基板を「無電極基板」ということがある。
【０００６】
横電界型液晶表示素子では、１対の電極間に電圧を印加したときに形成される電界を電気力線を用いて表すと、この電気力線は液晶セルの厚さ方向に凸の弓形となる。このため、正の誘電率異方性を有する液晶材料を用いると、電極端付近で表示ムラ（光漏れ）を生じやすい。また、光学的特性のセル厚依存性が高く、製造時にはセル厚を高精度に制御することが必要となる。
【０００７】
横電界型液晶表示素子の表示ムラは、負の誘電率異方性を有する液晶材料を用いることによって、抑制することができる。
【０００８】
ツイステッドネマティック液晶を用いて光学的特性のセル厚依存性を改善した横電界型液晶素子が知られている（２０００年日本液晶学会討論会予稿集第１３３頁参照）。この横電界型液晶表示素子は、液晶分子のアンカリング強度が無電極基板側で相対的に強く、電極基板側で相対的に弱くなるように構成され、更に、１対の電極間に電圧を印加したときに液晶分子の捻れ構造が解消されるように構成されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
負の誘電率異方性を有する液晶材料は比較的粘度が高い。このため、この液晶材料を用い、電界の有無によってツイスト状態と無ツイスト状態との間を遷移させる横電界型液晶表示素子では、電気光学的しきい値電圧Ｖthを低くすることが困難である。
【００１０】
本発明の目的は、負の誘電率異方性を有する液晶材料を用いた場合でも低電圧駆動が可能な横電界型液晶素子を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、負の誘電率異方性を有する液晶材料を用いた場合でも低電圧駆動が可能な横電界型液晶素子の製造方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、互いに間隔をあけて対向配置された第１および第２の透明基板を備えたセル容器であって、前記第１の透明基板の内側面上に少なくとも１対の電極と該少なくとも１対の電極を覆う第１の透明膜とが形成され、前記第２の透明基板の内側面上に、液晶分子との間のアンカリング強度が前記第１の透明膜と前記液晶分子との間のアンカリング強度よりも低い第２の透明膜が形成され、前記第1の配向膜と液晶分子との方位角方向のアンカリング強度が１０ −４ Ｎ／ｍオーダーであり、前記第２の配向膜と液晶分子との方位角方向のアンカリング強度が１０ −６ Ｎ／ｍオーダーとされたセル容器と、前記セル容器の外部に配置された偏光板と、前記セル容器内に充填された液晶材料によって構成される液晶層であって、前記液晶材料がカイラル剤を含み、前記液晶材料が負の誘電率異方性を有し、前記第１の透明膜から前記第２の透明膜にかけて捩れ構造を自発的に形成し、前記一対の電極間に横電界を発生させて前記第１の基板側の界面で液晶分子を再配向させたときに、前記一対の電極間に平面視上位置している液晶分子の各々が前記捩れ構造を保ったまま回転する液晶層とを有する横電界型液晶素子が提供される。
【００１４】
本発明の他の観点によれば、互いに間隔をあけて対向配置された第１および第２の透明基板を備えたセル容器であって、前記第１の透明基板の内側面上に少なくとも１対の電極と該少なくとも１対の電極を覆い、液晶分子との方位角方向のアンカリング強度が１０ −４ Ｎ／ｍオーダーである第１の透明膜とが形成され、前記第２の透明基板の内側面上に、液晶分子との方位角方向のアンカリング強度が１０ −６ Ｎ／ｍオーダーである第２の透明膜が形成されたセル容器を用意する準備工程と、前記セル容器に負の誘電率異方性を有する液晶材料を充填して液晶セルを得る液晶セル形成工程であって、(i)前記セル容器に、カイラル剤を含む液晶材料をアイソトロピック状態で充填した後に徐冷するか、または、(ii)前記セル容器に、カイラル剤を含む液晶材料をネマティック相の状態で充填し、熱処理によって液晶分子を再配向させた後に徐冷して、前記液晶セルを得る液晶セル形成工程とを含む横電界型液晶素子の製造方法が提供される。
【００１６】
横電界型液晶素子を作製するに当たって、捻れ構造を自発的に形成する液晶材料を用い、液晶分子のアンカリング強度を無電極基板側で相対的に弱く、電極基板側で相対的に強くすると、次の制御が可能になる。
【００１７】
すなわち、１対の電極間に横電界を発生させて電極基板側の界面で液晶分子を再配向させたときに、これら１対の電極間に平面視上位置している液晶分子の各々を、電圧を印加していないときに形成される捻れ構造を保ったまま回転させることができる。
【００１８】
液晶分子の捻れ構造を解消させることなく液晶素子の光学的特性を変化させることができるので、液晶分子の捻れ構造を解消させて光学的特性を変化させる場合に比べて、低電圧での駆動が可能になる。
【００１９】
例えば、電極基板（第１の透明基板）の内側表面上に設ける第１の透明膜に配向処理を施し、無電極基板（第２の透明基板）の内側表面上に設ける第２の透明膜には配向処理を施さないことにより、液晶分子との間のアンカリング強度を無電極基板側で相対的に弱く、電極基板側で相対的に強くすることが可能である。
【００２０】
第１の透明膜の材質と第２の透明膜の材質とが異なると、これらの透明膜同士の間でイオンの吸着のし易さに差が生じ、第１の透明膜と第２の透明膜との間に直流電流成分が発生し易くなる。この直流電流成分が発現すると、例えば液晶表示素子では、長時間表示したときに焼き付き等の不具合が生じ易くなる。
【００２１】
上記と同様の制御は、捻れ構造を自発的に形成する液晶材料を用い、第１の透明膜および第２の透明膜のいずれにも配向処理を施すことなく構成された液晶素子に対しても行うことができる。
【００２２】
この場合、１対の電極間に平面視上位置する液晶分子の各々は、これら１対の電極間に電圧を印加しないとき、配向方向の異なる複数のドメインに自然に分かれる。個々のドメイン内の液晶分子は、第１の透明膜から第２の透明膜にかけて捩れ構造を自発的に形成する。
【００２３】
１対の電極間に横電界を発生させることにより、液晶分子の捻れ構造を解消させることなく液晶素子の光学的特性を変化させることができる。液晶分子の捻れ構造を解消させて光学的特性を変化させる場合に比べて、低電圧での駆動が可能になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１に、第１の実施例による横電界型液晶素子の構成を概略的に示す。同図に示した横電界型液晶素子３０（以下、「液晶素子３０」と略記する。）は、セル容器１０と、このセル容器１０内に収容された液晶層２０と、セル容器１０の外表面上に直交ニコル配置された２枚の偏光板２５ａ、２５ｂとを有している。
【００２５】
セル容器１０は、透明ガラスによって形成された第１の透明基板１ａおよび第２の透明基板１ｂと、これらの透明基板１ａ、１ｂを一定の間隔の下に保持する樹脂製のスペーサ５とを有する。第１の透明基板１ａと第２の透明基板１ｂとは、スペーサ５を挟んで貼り合わされている。
【００２６】
１対の電極２ａ、２ｂが、第１の透明基板１ａの内側面上に配置されている。これらの電極２ａ、２ｂは導電性金属材料によって形成され、０．０５ｍｍの間隔をあけて互いに平行に形成されている。
【００２７】
ポリイミドによって形成された第１の透明膜３ａが、１対の電極２ａ、２ｂを覆うと共に、第１の透明基板１ａの内側面を覆っている。第１の透明膜３ａには、１対の電極２ａ、２ｂの延在方向と平面視上直交する方向に、ラビング処理が施されている。
【００２８】
第２の透明基板１ｂの内側面には、ポリイミドによって形成された第２の透明膜３ｂが設けられている。第２の透明膜３ｂの組成は、第１の透明膜３ａの組成と同一である。第２の透明膜３ｂには配向処理が施されていない。
【００２９】
セル容器１０内に収容された液晶層２０は、セル容器１０と共に液晶セルを構成する。液晶層２０は、負の誘電率異方性を有する液晶であるメルク社製の５ＣＢに同社製のカイラル剤Ｓ−８１１を添加した液晶材料によって構成されている。カイラル剤の添加量は、セル容器１０のセル厚ｄと液晶層のカイラルピッチｐとの比ｄ／ｐが１／４となるように調整されている。
【００３０】
液晶層２０は、カイラル剤が添加された上記の液晶材料をネマティック相−アイソトロピック相転移温度以上に加熱すると共にセル容器１０も同転移温度以上に加熱し、この状態で液晶材料をセル容器１０に注入した後に徐冷することによって形成した。
【００３１】
液晶分子と第１の透明膜３ａとの間のアンカリング強度（方位角方向のアンカリング強度）は１０-4Ｎ／ｍオーダーであり、液晶分子と第２の透明膜３ｂとの間のアンカリング強度（方位角アンカリング強度）は１０-6Ｎ／ｍオーダーである。
【００３２】
セル厚ｄ（図１参照）が４．０μｍ、４．５μｍまたは５．０μｍである３種類の液晶素子３０を作製し、これらの液晶素子３０の電気光学的特性を調べた。
【００３３】
図２は、これらの液晶素子３０についての、１対の電極２ａ、２ｂ間に発生させる電界の強さと光透過率との関係を示す。電界の強さは、１対の電極２ａ、２ｂに印加する電圧と、これら１対の電極２ａ、２ｂ間の距離とから算出した最大電界値である。
【００３４】
同図から明らかなように、これらの液晶素子３０は、電圧無印加時に最も光を透過させる。比較的低い印加電圧で光透過率を減少させることができ、電界の強さを５００Ｖ／ｍｍにすれば光透過率をほぼ０にすることができる。横電界型液晶素子でありながら、低電圧駆動が可能である。
【００３５】
また、セル厚ｄが４．０μｍの液晶素子３０と４．５μｍの液晶素子３０とで、電気光学的特性が殆ど一致している。セル厚５．０μｍの液晶素子３０も、ホワイト時の光透過率が若干低いのみで、ブラック時の特性は他の２つの液晶素子３０にほぼ一致している。したがって、セル厚ｄに多少ムラが生じても、ほぼ同じ特性の液晶素子を得ることが可能である。製造条件を緩和することができる。
【００３６】
さらに、第２の透明膜３ｂには配向処理を施さないので、その分、製造が容易になる。
【００３７】
以上の結果から、本実施例による液晶素子３０の動作は、以下のように考えられる。
【００３８】
図３は、図１に示した液晶素子３０において、１対の電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加しないときの液晶分子２０ａの配列状態を模式的に示す。
【００３９】
同図に示した部材のうち、図１において既に示した部材については、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。ただし、図３においては、便宜上、第１の透明膜３ａおよび第２の透明膜３ｂの図示を省略している。また、２枚の偏光板２５ａ、２５ｂについてはその厚さを省略している。
【００４０】
図３に示すように、第１の透明基板１ａ側の液晶分子２０ａは、１対の電極２ａ、２ｂに電圧を印加しないとき、その長軸方向が第１の透明膜（図示せず）の配向方向Ｄa と平行となるように配列する。１対の電極２ａ、２ｂ間に平面視上位置する液晶分子２０ａは、第１の透明基板１ａ側から第２の透明基板１ｂ側にかけて、平面視上９０°捩れた捩れ構造を形成する。
【００４１】
２枚の偏光板２５ａ、２５ｂが直交ニコル配置されていることから、例えば偏光板２５ｂに入射した光Ｌのうち、偏光板２５ｂの透過軸方向Ｄt2と平行な方向に電気ベクトルが振動する光Ｌｐはこの偏光板２５ｂを透過し、液晶分子２０ａが形成する捩れ構造に沿って９０°旋光した後に偏光板２５ａに入射する。この光Ｌｐの電気ベクトルの振動方向は偏光板２５ａの透過軸方向Ｄt1と平行であるので、偏光板２５ａを透過する。液晶素子３０はノーマリーホワイトモードの液晶素子である。
【００４２】
図４は、図１に示した液晶素子３０において、１対の電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加したときの液晶分子２０ａの配列状態を図３と同様に模式的に示す。
【００４３】
１対の電極２ａ、２ｂに電圧を印加すると、これら１対の電極２ａ、２ｂの間に電界が形成される。図４では、第１の透明基板１ａの内側面近傍での電界の向きを矢印ＤE で示している。
【００４４】
１対の電極２ａ、２ｂへの電圧印加に伴い、第１の透明基板１ａ側の液晶分子２０ａは、その長軸方向が電界の向きＤE に対して直交するように配列する。結果として、この液晶分子２０ａは、第１の透明膜（図示せず）の配向方向Ｄa と平面視上直交するように配列する。
【００４５】
１対の電極２ａ、２ｂ間に平面視上位置する液晶分子２０ａは、電圧を印加していない時と同様に、第１の透明基板１ａ側から第２の透明基板１ｂ側にかけて、平面視上９０°捩れた捩れ構造を形成する。ただし、第１の透明基板１ａ側の液晶分子２０ａが上記のように配列するのに伴って、電圧を印加していないときに比べて全体が９０°旋回する。
【００４６】
２枚の偏光板２５ａ、２５ｂが直交ニコル配置されていることから、偏光板２５ｂに入射した光Ｌのうち、偏光板２５ｂの透過軸方向Ｄt2と平行な偏光成分Ｌｐはこの偏光板２５ｂを透過して液晶層に入射する。しかしながら、液晶分子２０ａが偏光成分Ｌｐの偏光方向と直交する方向に配列していることから、液晶層を透過することは困難である。若干の成分が、液晶分子２０ａの形成する捻れ構造に沿って９０°旋光した後に偏光板２５ａに入射することもあろう。この偏光成分Ｌｐの偏光方向は偏光板２５ａの透過軸方向Ｄt1と直交するため、偏光板２５ａを透過できない。１対の電極２ａ、２ｂに電圧を印加することにより、光を遮断することができる。
【００４７】
次に、第２の実施例による横電界型液晶素子について説明する。
【００４８】
図５は、第２の実施例による横電界型液晶素子３５（以下、「液晶素子３５」と略記する。）の構成を概略的に示す。同図に示した構成要素のうち、図１に示した構成要素と共通するものについては図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
図示の液晶素子３５は、(1) 第１の透明膜３ｃにも配向処理が施されていないこと、(2) セル容器１０のセル厚ｄが８μｍであること、および、(3) ２枚の偏光板２５ａ、２５ｂを直交ニコル配置のまま図３または図４の方向から９０°回転させたことを除いて、図１に示した液晶素子３０と同様の構成を有する。
【００５０】
図６は、この液晶素子３５についての、１対の電極２ａ、２ｂ間に発生させる電界の強さと光透過率との関係を示す。電界の強さは、１対の電極２ａ、２ｂに印加する電圧と、これら１対の電極２ａ、２ｂ間の距離とから算出した最大電界値である。
【００５１】
図６と図２との対比から明らかなように、液晶素子３５では、ノーマリーホワイトモードの液晶素子３０よりも更に低い電圧で光透過率を変化させることができる。横電界型液晶素子でありながら、低電圧駆動が可能である。
【００５２】
また、液晶素子３０と同様に、セル厚ｄに多少ムラが生じてもほぼ同じ特性の液晶素子を得られることがシミュレーション等によって確認された。
【００５３】
以上の結果から、本実施例による液晶素子３５の動作は、以下のように考えられる。
【００５４】
第１の透明膜３ｃおよび第２の透明膜３ｂのいずれにも配向処理が施されていないことから、１対の電極２ａ、２ｂ間に平面視上位置する液晶層は、これら１対の電極２ａ、２ｂ間に電圧を印加しないとき、配向方向の異なる複数のドメインに自然に分かれ、無定形な配向（アモルファス配向）状態を自然にとる。個々のドメイン内の液晶分子は、第１の透明膜３ｃから第２の透明膜３ｂにかけて９０°捩れた捩れ構造を自発的に形成する。この液晶素子３５は、ノーマリーブラックモードの液晶素子である。
【００５５】
１対の電極２ａ、２ｂに電圧を印加すると、第１の透明基板１ａ側の液晶分子は、その長軸方向が電界の向きに対して直交するように配列する。結果として、第１の透明膜３ｃ上の液晶分子は全て、電界の方向と平面視上直交するように配列し、これらの液晶分子全体がホモジニアス配向となる。ドメインが消滅する。
【００５６】
１対の電極２ａ、２ｂ間に平面視上位置する液晶分子は、電圧を印加していないときと同様に、第１の透明基板１ａ側から第２の透明基板１ｂ側にかけて、平面視上９０°捩れた捩れ構造を形成する。第１の透明膜３ｃ上の液晶分子が上記のように配列するのに伴って各液晶分子が第１または第２の透明基板１ａまたは１ｂと平行な面内で向きを揃えて旋回し、捻れ構造を保持する。
【００５７】
図６に示した特性は、ブラック時の遮光性が必ずしも十分ではない。偏光板２５ａ、２５ｂを図３または図４と同様の配置にしてノーマリーホワイトモードとすれば、遮光性が向上するであろう。電圧印加時の方が液晶分子の配列を揃え易く、この時にブラック表示とするのがよいと考えられる。
【００５８】
液晶素子３５は、第１の透明膜３ｃおよび第２の透明膜３ｂのいずれにも配向処理を施さないので、その分、製造が容易である。第１〜第２の透明膜３ｃ、３ｂと液晶分子との間のアンカリング強度を低くすることができるので、液晶分子の回転が容易になり、低電圧駆動が容易になる。
【００５９】
液晶素子３５の応答速度は、５℃下において、立ち上がり応答時間τriseが５０ミリ秒、立ち下がり応答時間τdecay が１００ミリ秒であった。
【００６０】
以上、実施例による横電解型液晶素子について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。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。
【００６１】
例えば、セル容器を構成する第１の透明基板および第２の透明基板は、透明樹脂によって構成することも可能である。電極は、ＩＴＯのような透明電極材料によって形成してもよいし、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｌ等の導電性金属材料によって形成してもよい。スペーサは、無機材料によって形成することも可能である。面内スペーサを利用することもできる。
【００６２】
第１の透明膜および第２の透明膜は、ポリイミド以外にも、ＰＶＣ（ポリビニルシンナメート）、シンナモイル基を導入した変性ポリシラン、長波長の光によって光二量化が進行するようにカルコン基を導入した材料、ＳｉＯ等によって形成することができる。
【００６３】
第１の透明膜を配向膜とする場合には、その材質に応じて、ラビング、光配向、斜方蒸着等の方法によって配向処理を施すことができる。
【００６４】
ラビングによって配向処理を行うと、微小塵や静電気が生じ易い。微小塵は、例えば液晶表示素子においては表示ムラの原因となることがある。また静電気は、例えばアクティブマトリックス駆動型の液晶表示素子においては、薄膜トランジスタの絶縁破壊の原因となることがある。例えば光配向処理を適用することにより、微小塵の発生や静電気の発生を抑止することができる。
【００６５】
液晶材料としては、負の誘電率異方性を有する種々の液晶材料を使用することができる。正の誘電率異方性を有する液晶材料を使用することも可能である。
【００６６】
１対の電極間に電圧を印加しないときの液晶分子の配向方向は、横電界型液晶素子の用途や性能等に応じて、適宜選定可能である。液晶層のカイラルピッチについても同様であるが、セル容器のセル厚ｄと液晶層のカイラルピッチｐとの比ｄ／ｐを１／４とすることが実用上好ましい。
【００６７】
液晶分子のプレチルト角は、小さいほど好ましい。第１または第２の透明膜表面を基準とした場合、液晶分子のプレチルト角は５°以下であることが好ましく、１°以下であることが更に好ましく、０°であることが特に好ましい。
【００６８】
液晶セルは、液晶材料をネマティック相の状態でセル容器に充填し、例えば概ね１５０℃以上に加熱して液晶分子をセル容器内で再配向させた後に徐冷することによっても形成することができる。
【００６９】
横電界型液晶素子の形態および用途は、レンズ、プリズム、シャッタ、ウォブリング素子（回転波長板）、表示素子等、適宜選定可能である。
【００７０】
図７は、横電界型液晶表示素子の一例を概略的に示す。同図には、この横電界型液晶表示素子１００（以下、「液晶表示素子１００」と略記する。）における電極配置が示されている。
【００７１】
図７に示した構成要素のうち、図１に示した構成要素と機能上共通するものについては、図１で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００７２】
図示した液晶表示素子１００においては、第１の透明基板１ａの内側表面上に複数対の電極がマトリックス状に配置されている。１対の電極は、電極２ａと電極２ｂとによって構成される。これら１対の電極２ａ、２ｂの間の領域が、１つの画素５０として機能する。
【００７３】
１つの画素行を構成する電極２ａの各々は、例えば１本の走査線６０に接続される。１つの画素列を構成する電極２ｂの各々は、例えば１本の信号線６５に接続される。この液晶表示素子１００は、単純マトリックス駆動される。
【００７４】
電極２ａ、２ｂの配置ならびに信号線６０および走査線６５の敷設を除けば、液晶表示素子１００は、図１に示した液晶素子３０または図５に示した液晶素子３５と同様の構成を有する。
【００７５】
図５に示した液晶素子３５と同様の構成にすれば、液晶分子がアモルファス配向している領域で文字や図形等の表示を行うことができる。この領域は光透過率の視野角依存性が低いので、極めて広い視角特性を有する液晶表示素子を得ることが可能である。
【００７６】
ただし、ノーマリーブラックモードよりもノーマリーホワイトモードの方が、コントラスト比の高い液晶表示素子を得易い。
【００７７】
図１または図５に示した偏光板２５ａに代えて光反射膜を設けて、反射型の液晶表示素子を構成することも可能である。
【００７８】
必要に応じて、第１の透明基板１ａ側または第２の透明基板１ｂ（図１参照）側に、カラーフィルタを設けることができる。偏光板を円偏光板やコレステリックフィルムと組み合わせてカラー化を図ることもできる。
【００７９】
図８は、横電界型液晶表示素子の他の一例を概略的に示す。同図には、この横電界型液晶表示素子１１０（以下、「液晶表示素子１１０」と略記する。）における電極配置が示されている。
【００８０】
図８に示した構成要素のうち、図７に示した構成要素と機能上共通するものについては、図７で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００８１】
図示した液晶表示素子１１０はアクティブマトリックス駆動タイプの液晶表示素子であり、１つの電極２ａにスイッチング回路７０が１つずつ接続されている。スイッチング回路７０は、例えば薄膜トランジスタを含む。
【００８２】
１つの画素行を構成するスイッチング回路７０の各々は、例えば１本の走査線６０と１本の信号線６５とに接続される。走査線６０は画素行方向に延在し、信号線６５は画素列方向に延在する。
【００８３】
１つの画素列を構成する電極２ｂの各々は、例えば隣り合うもの同士が配線６８によって接続されて、１つの共通電極を構成する。液晶表示素子１１０における他の構成は、図７に示した液晶表示素子１００の構成と同様である。
【００８４】
図９は、横電界型液晶表示素子の更に他の一例を概略的に示す。同図には、この横電界型液晶表示素子１２０（以下、「液晶表示素子１２０」と略記する。）における電極配置が示されている。
【００８５】
図９に示した構成要素のうち、図７に示した構成要素と機能上共通するものについては、図７で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００８６】
図示した液晶表示素子１２０は単純マトリックス駆動タイプの液晶表示素子である。１つの画素５０に５つのセグメント電極２ａ1 、２ａ2 、２ａ3 、２ａ4 、２ａ5 が配置され、これらのセグメント電極２ａ1 〜２ａ5 に対向して１つの電極２ｂが配置されている。
【００８７】
例えば、１つの画素列を構成するセグメント電極２ａ1 の各々は信号電極６５ａに、セグメント電極２ａ2 の各々は信号電極６５ｂに、セグメント電極２ａ3 の各々は信号電極６５ｃに、セグメント電極２ａ4 の各々は信号電極６５ｄに、セグメント電極２ａ5 の各々は信号電極６５ｅに接続される。
【００８８】
例えば、１つの画素列を構成する電極２ｂの各々は、１本の走査線６０に接続される。液晶表示素子１２０における他の構成は、図７に示した液晶表示素子１００の構成と同様である。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、負の誘電率異方性を有する液晶材料を用いた場合でも低電圧駆動が可能な横電界型液晶素子を得ることができる。例えば視野角依存性が低く低電圧駆動が可能な液晶表示素子を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例による横電界型液晶素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】第１の実施例による横電界型液晶素子についての、１対の電極間に発生させる電界の強さと光透過率との関係を示すグラフである。
【図３】図１に示した横電界型液晶表示素子において１対の電極間に電圧を印加しないときの液晶分子の配列状態を示す模式図である。
【図４】図１に示した横電界型液晶素子において１対の電極間に電圧を印加したときの液晶分子の配列状態を示す模式図である。
【図５】第２の実施例による横電界型液晶素子の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】第２の実施例による横電界型液晶素子についての、１対の電極間に発生させる電界の強さと光透過率との関係を示すグラフである。
【図７】図１または図５に示した液晶素子の構成を応用した横電界型液晶表示素子における電極配置を概略的に示す平面図である。
【図８】図１または図５に示した液晶素子の構成を応用した他の横電界型液晶表示素子における電極配置を概略的に示す平面図である。
【図９】図１または図５に示した液晶素子の構成を応用した更に他の横電界型液晶表示素子における電極配置を概略的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ａ…第１の透明基板、 １ｂ…第２の透明基板、 ２ａ、２ｂ…１対の電極、 ３ａ、３ｃ…第１の透明膜、 ３ｂ…第２の透明膜、 １０…セル容器、 ２０…液晶層、 ２０ａ…液晶分子、 ２５ａ、２５ｂ…偏光板、 ３０、３５…横電界型液晶素子、 ５０…画素、 １００、１１０、１２０…横電界型液晶表示素子。
Claims (7)
- 互いに間隔をあけて対向配置された第１および第２の透明基板を備えたセル容器であって、前記第１の透明基板の内側面上に少なくとも１対の電極と該少なくとも１対の電極を覆う第１の透明膜とが形成され、前記第２の透明基板の内側面上に、液晶分子との間のアンカリング強度が前記第１の透明膜と前記液晶分子との間のアンカリング強度よりも低い第２の透明膜が形成され、前記第1の配向膜と液晶分子との方位角方向のアンカリング強度が１０ −４ Ｎ／ｍオーダーであり、前記第２の配向膜と液晶分子との方位角方向のアンカリング強度が１０ −６ Ｎ／ｍオーダーとされたセル容器と、
前記セル容器の外部に配置された偏光板と、
前記セル容器内に充填された液晶材料によって構成される液晶層であって、前記液晶材料がカイラル剤を含み、前記液晶材料が負の誘電率異方性を有し、前記第１の透明膜から前記第２の透明膜にかけて捩れ構造を自発的に形成し、前記一対の電極間に横電界を発生させて前記第１の基板側の界面で液晶分子を再配向させたときに、前記一対の電極間に平面視上位置している液晶分子の各々が前記捩れ構造を保ったまま回転する液晶層と
を有する横電界型液晶素子。 - 前記第１の透明膜が配向処理を施した透明樹脂膜であり、前記第２の透明膜が配向処理を施していない透明樹脂膜である請求項１に記載の横電界型液晶素子。
- 前記セル容器のセル厚ｄと前記液晶層のカイラルピッチｐとの比ｄ／ｐが１／４である請求項１または請求項２に記載の横電界型液晶素子。
- 前記少なくとも１対の電極が複数対の電極である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の横電界型液晶素子。
- さらに、前記偏光板と逆側の前記セル容器外部に光反射膜を有する請求項４に記載の横電界型液晶素子。
- 互いに間隔をあけて対向配置された第１および第２の透明基板を備えたセル容器であって、前記第１の透明基板の内側面上に少なくとも１対の電極と該少なくとも１対の電極を覆い、液晶分子との方位角方向のアンカリング強度が１０ −４ Ｎ／ｍオーダーである第１の透明膜とが形成され、前記第２の透明基板の内側面上に、液晶分子との方位角方向のアンカリング強度が１０ −６ Ｎ／ｍオーダーである第２の透明膜が形成されたセル容器を用意する準備工程と、
前記セル容器に負の誘電率異方性を有する液晶材料を充填して液晶セルを得る液晶セル形成工程であって、(i)前記セル容器に、カイラル剤を含む液晶材料をアイソトロピック状態で充填した後に徐冷するか、または、(ii)前記セル容器に、カイラル剤を含む液晶材料をネマティック相の状態で充填し、熱処理によって液晶分子を再配向させた後に徐冷して、前記液晶セルを得る液晶セル形成工程と
を含む横電界型液晶素子の製造方法。 - 前記セル容器を用意する準備工程において、前記第１の透明膜が配向処理の施された透明樹脂膜であり、前記第２の透明膜が配向処理の施されていない透明樹脂膜であることを特徴とする請求項６記載の横電界型液晶素子の製造方法。
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