JP5308999B2 - Liquid crystal element, liquid crystal display device - Google Patents
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Description
本発明は、液晶素子およびこれを備える液晶表示装置等に関する。 The present invention relates to a liquid crystal element and a liquid crystal display device including the same.
特許第２５１０１５０号公報（特許文献１）には、対向配置された一対の基板のそれぞれに施された配向処理の方向の組み合わせで規制される旋回方向とは逆の旋回方向に液晶分子を捻れ配向させることにより、電気光学特性を向上させた液晶表示装置が開示されている（先行例１）。 In Japanese Patent No. 2510150 (Patent Document 1), liquid crystal molecules are twisted and aligned in a direction opposite to the direction of rotation controlled by the combination of the directions of alignment treatments applied to each of a pair of opposed substrates. Thus, a liquid crystal display device with improved electro-optical characteristics is disclosed (Prior Art 1).
また、特開２００７−２９３２７８号公報（特許文献２）には、対向配置された一対の基板のそれぞれに施された配向処理の方向の組み合わせで規制される旋回方向（第１旋回方向）とは逆の旋回方向（第２旋回方向）に捻れるカイラル剤を添加しながらも、液晶分子を上述の第１旋回方向にねじれ配向させることによって液晶層内の歪みを増加させ、それにより閾値電圧を低下させて低電圧駆動を可能とする液晶素子が開示されている（先行例２）。 In addition, JP 2007-293278 A (Patent Document 2) describes a turning direction (first turning direction) regulated by a combination of directions of orientation processing applied to each of a pair of substrates arranged opposite to each other. While adding a chiral agent that twists in the reverse turning direction (second turning direction), the strain in the liquid crystal layer is increased by twisting and aligning the liquid crystal molecules in the first turning direction, thereby reducing the threshold voltage. A liquid crystal element that can be driven at a low voltage by lowering is disclosed (Prior Art 2).
ところで、上記した先行例１の液晶表示装置は、逆ねじれの配向状態が不安定であり、液晶層に対して比較的高い電圧を印加することにより逆ねじれの配向状態を得ることは可能であるものの、時間経過とともに順ねじれの配向状態に遷移してしまうという不都合がある。また、先行例２の液晶素子は、上記したように閾値電圧を低下させるメリットがあるが、電圧をオフにするとすぐに（例えば数秒程度）順ねじれの配向状態に遷移してしまい、逆に閾値を高くしてしまうという不都合がある。また、いずれの先行例においても、順ねじれと逆ねじれの２つの配向状態を表示等の用途として積極的に利用することについては想定されていかなった。すなわち、双安定性を積極利用するために必要な構成、駆動方法等の技術思想についての開示、示唆は、ともに全く存在しなかった。 By the way, the above-described liquid crystal display device of the first example has an unstable reverse twist alignment state, and it is possible to obtain a reverse twist alignment state by applying a relatively high voltage to the liquid crystal layer. However, there is an inconvenience that the state transitions to a forward twisted orientation state over time. Further, the liquid crystal element of the prior example 2 has an advantage of lowering the threshold voltage as described above. However, as soon as the voltage is turned off (for example, about several seconds), the liquid crystal element transitions to a forward twisted alignment state. There is an inconvenience of making it high. Further, in any of the preceding examples, it has not been assumed that the two orientation states of the forward twist and the reverse twist are positively used for display or the like. That is, there has been no disclosure or suggestion of technical ideas such as a configuration and a driving method necessary for actively using bistability.
本発明に係る具体的態様は、２つの配向状態間の遷移を利用する新規なＴＮ型液晶素子を提供することを目的の１つとする。
また、本発明に係る具体的態様は、新規なＴＮ型液晶素子を用い、低消費電力駆動が可能な液晶表示装置を提供することを他の目的の１つとする。
A specific aspect of the present invention is to provide a novel TN liquid crystal element that utilizes a transition between two alignment states.
Another aspect of the present invention is to provide a liquid crystal display device that uses a novel TN liquid crystal element and can be driven with low power consumption.
本発明に係る一態様の液晶素子は、（ａ）各々の一面に配向処理が施されており、相互に対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｂ）第１基板の一面と第２基板の一面との間に設けられた液晶層と、（ｃ）液晶層に電界を印加するための電界印加手段と、を含み、（ｄ）第１基板及び第２基板は、液晶層の液晶分子に対して第１旋回方向へ捻れた第１配向状態が生じやすいように相対的に配置されており、（ｅ）液晶層は、液晶分子に対して第１旋回方向とは逆の第２旋回方向に捻れた第２配向状態を生じさせる性質を有するカイラル剤が添加されており、（ｆ）電圧印加手段によって、第１基板及び第２基板の各一面にほぼ垂直な方向に電界が印加されたことにより液晶層が第１配向状態へ遷移し、第１基板及び第２基板の各一面にほぼ平行な方向に電界が印加されたことにより液晶層が第２配向状態へ遷移する、液晶素子である。 In one embodiment of the liquid crystal element according to the present invention, (a) each surface is subjected to an alignment treatment, and a first substrate and a second substrate which are arranged to face each other, and (b) one surface of the first substrate, A liquid crystal layer provided between one surface of the second substrate and (c) an electric field applying means for applying an electric field to the liquid crystal layer. (D) the first substrate and the second substrate are liquid crystal layers. And (e) the liquid crystal layer is opposite to the first swirling direction with respect to the liquid crystal molecules. A chiral agent having a property of generating a second alignment state twisted in the second turning direction is added. (F) An electric field is applied in a direction substantially perpendicular to each surface of the first substrate and the second substrate by the voltage application means. Is applied to the liquid crystal layer in the first alignment state, and the liquid crystal layer is applied to each surface of the first substrate and the second substrate. A transition liquid crystal layer to the second orientation state by an electric field is applied in a direction parallel to a liquid crystal element.
上記の構成によれば、２つの配向状態間の遷移を利用して、透過光の状態を２つの異なる状態に制御することができる。２つの配向状態のいずれかに遷移させるとき以外には基本的に電界印加が不要であるため、極めて低い消費電力で液晶素子を駆動することができる。特に、反射型の液晶素子とした場合には低消費電力のメリットが大きい。また、この液晶素子は一般的なＴＮ型液晶素子と同様に比較的優れた視角特性を有する。視角補償を行う場合には、一般的なＴＮ型液晶素子に用いられるものと同様の安価な光学補償フィルムを活用できる。製造工程についても一般的なＴＮ型液晶素子と基本的に同じであるため、本発明に係る液晶素子を低コストに製造することが可能である。 According to said structure, the state of transmitted light can be controlled to two different states using the transition between two orientation states. Since application of an electric field is basically unnecessary except when transitioning to one of two alignment states, the liquid crystal element can be driven with extremely low power consumption. In particular, when a reflective liquid crystal element is used, the merit of low power consumption is great. In addition, this liquid crystal element has a relatively excellent viewing angle characteristic like a general TN liquid crystal element. When viewing angle compensation is performed, an inexpensive optical compensation film similar to that used for a general TN liquid crystal element can be used. Since the manufacturing process is basically the same as that of a general TN liquid crystal element, the liquid crystal element according to the present invention can be manufactured at low cost.
好ましくは、上記した液晶層は、電界印加手段により電界が印加されていないときにおいても第１配向状態又は第２配向状態を維持する。 Preferably, the liquid crystal layer described above maintains the first alignment state or the second alignment state even when no electric field is applied by the electric field applying means.
上述した電界印加手段は、例えば、第１基板の一面側に設けられた第１電極と、第２基板の一面側に設けられた第２電極と、第２基板の第２電極の上側に絶縁膜を介して設けられ、相互に離間して配置された第３電極及び第４電極と、を有して構成される。 The electric field applying means described above is, for example, insulated on the first electrode provided on the one surface side of the first substrate, the second electrode provided on the one surface side of the second substrate, and the second electrode on the second substrate. A third electrode and a fourth electrode, which are provided via a film and are spaced apart from each other, are configured.
第１電極と第２電極の間に電圧を印加することにより、第１基板及び第２基板の各一面にほぼ垂直な方向に電界を発生することができる。また、第３電極と第４電極の間に電圧を印加することにより、第１基板及び第２基板の各一面にほぼ平行な方向に電界を発生することができる。また、第３電極及び第４電極と第２電極との間に電圧を印加することによっても、第１基板及び第２基板の各一面にほぼ平行な方向に電界を発生することができる。 By applying a voltage between the first electrode and the second electrode, an electric field can be generated in a direction substantially perpendicular to each surface of the first substrate and the second substrate. Further, by applying a voltage between the third electrode and the fourth electrode, an electric field can be generated in a direction substantially parallel to each surface of the first substrate and the second substrate. Moreover, an electric field can be generated in a direction substantially parallel to each surface of the first substrate and the second substrate by applying a voltage between the third electrode, the fourth electrode, and the second electrode.
本発明に係る一態様の液晶表示装置は、複数の画素部を備え、当該複数の画素部のそれぞれが上記した本発明に係る液晶素子を用いて構成された、液晶表示装置である。 A liquid crystal display device according to one embodiment of the present invention is a liquid crystal display device including a plurality of pixel portions, and each of the plurality of pixel portions is configured using the liquid crystal element according to the present invention described above.
上記の構成によれば、液晶素子の双安定性（メモリー性）を利用することにより表示書き換え時以外には基本的に電力を必要としないので、低消費電力駆動が可能な液晶表示装置が得られる。 According to the above configuration, by using the bistability (memory property) of the liquid crystal element, basically no power is required except during display rewriting, so that a liquid crystal display device capable of driving with low power consumption can be obtained. It is done.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、一実施形態の液晶素子の構造を示す模式的な断面図である。図１に示す本実施形態の液晶素子は、対向配置された第１基板１１と第２基板１５と、両基板の間に配置された液晶層１４と、を基本構成として備える。第１基板１１の外側には第１偏光板２１が配置され、第２基板１５の外側には第２偏光板２２が配置されている。以下、さらに詳細に液晶素子の構造を説明する。なお、液晶層１４の周囲を封止するシール材等の部材については図示および説明を省略する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a liquid crystal element according to an embodiment. The liquid crystal element of this embodiment shown in FIG. 1 includes a first substrate 11 and a second substrate 15 that are arranged to face each other, and a liquid crystal layer 14 that is arranged between the two substrates as a basic configuration. A first polarizing plate 21 is disposed outside the first substrate 11, and a second polarizing plate 22 is disposed outside the second substrate 15. Hereinafter, the structure of the liquid crystal element will be described in more detail. Note that illustration and description of members such as a sealing material for sealing the periphery of the liquid crystal layer 14 are omitted.
第１基板１１は、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。第２基板１５は、第１基板１１と同様に、例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。第１基板１１と第２基板１５との相互間には、例えば多数のスペーサー（粒状体）が分散して配置されており、それらのスペーサーによって第１基板１１と第２基板１５との相互間隔が保たれる。 The first substrate 11 is a transparent substrate such as a glass substrate or a plastic substrate. Similar to the first substrate 11, the second substrate 15 is a transparent substrate such as a glass substrate or a plastic substrate. Between the first substrate 11 and the second substrate 15, for example, a large number of spacers (granular bodies) are dispersed and arranged, and the distance between the first substrate 11 and the second substrate 15 is determined by these spacers. Is preserved.
第１電極１２は、第１基板１１の一面側に設けられている。同様に、第２電極１６は、第２基板１５の一面側に設けられている。また、第３電極１８および第４電極１９は、第２基板１５の第２電極１６の上側に絶縁層１７（例えば酸化珪素膜等）を介して設けられており、相互に離間している。第１電極１２、第２電極１６、第３電極１８及び第４電極１９は、それぞれ、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜を適宜パターニングすることによって構成されている。 The first electrode 12 is provided on one surface side of the first substrate 11. Similarly, the second electrode 16 is provided on one surface side of the second substrate 15. The third electrode 18 and the fourth electrode 19 are provided above the second electrode 16 of the second substrate 15 via an insulating layer 17 (for example, a silicon oxide film) and are separated from each other. The first electrode 12, the second electrode 16, the third electrode 18, and the fourth electrode 19 are each configured by appropriately patterning a transparent conductive film such as indium tin oxide (ITO), for example.
配向膜１３は、第１基板１１の一面側に、第１電極１２を覆うようにして設けられている。同様に、配向膜２０は、第２基板１５の一面側に、第２電極１６を覆うようにして設けられている。本実施形態においては、配向膜１３および配向膜２０としては、液晶層１４の初期状態（電圧無印加時）における配向状態を水平配向状態に規制するもの（水平配向膜）が用いられている。これらの配向膜１３、２０に対して、典型的にはラビング処理を施すことにより、液晶層１４に対する配向規制力を生じるとともにプレティルト角を付与する効果を発揮する。すなわち、第１基板１１、第２基板１５のそれぞれの一面に配向処理が施されたことになる。 The alignment film 13 is provided on one surface side of the first substrate 11 so as to cover the first electrode 12. Similarly, the alignment film 20 is provided on one surface side of the second substrate 15 so as to cover the second electrode 16. In the present embodiment, as the alignment film 13 and the alignment film 20, a film (horizontal alignment film) that restricts the alignment state in the initial state (when no voltage is applied) of the liquid crystal layer 14 to the horizontal alignment state is used. The alignment films 13 and 20 are typically subjected to a rubbing treatment, thereby producing an alignment regulating force for the liquid crystal layer 14 and an effect of imparting a pretilt angle. That is, the alignment process is performed on one surface of each of the first substrate 11 and the second substrate 15.
液晶層１４は、第１基板１１の第１電極１２と第２基板１５の第２電極１６との相互間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが正（Δε＞０）の液晶材料（ネマティック液晶材料）を用いて液晶層１４が構成されている。液晶層１４に図示された楕円は、液晶層１４内の液晶分子を模式的に示したものである。電圧無印加時における液晶分子は、第１基板１１および第２基板１５の各基板面に対して所定のプレティルト角を有してほぼ水平に配向する。本実施形態では、第１基板１１と第２基板１５のそれぞれにおける配向規制力が生じる方向を交差させることにより、液晶層１４における液晶分子の配向方位が第１基板１１と第２基板１５との間で徐々に捻れるツイステッド・ネマチック型の配向状態としている。これについては更に詳細を後述する。 The liquid crystal layer 14 is provided between the first electrode 12 of the first substrate 11 and the second electrode 16 of the second substrate 15. In the present embodiment, the liquid crystal layer 14 is configured using a liquid crystal material (nematic liquid crystal material) having a positive dielectric anisotropy Δε (Δε> 0). The ellipse illustrated in the liquid crystal layer 14 schematically shows the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 14. The liquid crystal molecules when no voltage is applied are aligned substantially horizontally with a predetermined pretilt angle with respect to the substrate surfaces of the first substrate 11 and the second substrate 15. In the present embodiment, the orientation directions of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer 14 are changed between the first substrate 11 and the second substrate 15 by intersecting the directions in which the alignment regulating force is generated in each of the first substrate 11 and the second substrate 15. The twisted nematic alignment state is gradually twisted between the two. This will be described in detail later.
図２は、各電極の構造を模式的に示した平面図である。図２に示すように、第３電極１８および第４電極１９は、それぞれ櫛歯状の形状を有しており、両者の電極枝が互い違いとなるように配置されている。第１電極１２および第２電極１６は、それぞれ、第３電極１８および第４電極１９の各電極枝と重なるように配置されている。第１電極１２と第２電極１６とは、互いの少なくとも一部が重なるように配置されている。これらの各電極は液晶層１４に対して電界を与えるための電界印加手段として機能する。 FIG. 2 is a plan view schematically showing the structure of each electrode. As shown in FIG. 2, the third electrode 18 and the fourth electrode 19 each have a comb-like shape, and are arranged so that both electrode branches are staggered. The first electrode 12 and the second electrode 16 are disposed so as to overlap with the electrode branches of the third electrode 18 and the fourth electrode 19, respectively. The first electrode 12 and the second electrode 16 are arranged so that at least a part of each other overlaps. Each of these electrodes functions as an electric field applying means for applying an electric field to the liquid crystal layer 14.
図３は、液晶層に対して各電極を用いて与えることが可能な電界について説明する模式的な断面図である。図３では説明の便宜上、各電極だけを模式的に示している。図３（ａ）に示すように、第１電極１２と第２電極１６の間に電圧を印加することにより、両電極間に電界を発生させることができる。この場合の電界は、図示のように第１基板１１および第２基板１５の厚さ方向（セル厚方向）に沿った電界となる。この電界を以後「縦電界」と称する場合もある。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an electric field that can be applied to the liquid crystal layer using each electrode. In FIG. 3, for convenience of explanation, only each electrode is schematically shown. As shown in FIG. 3A, an electric field can be generated between both electrodes by applying a voltage between the first electrode 12 and the second electrode 16. The electric field in this case is an electric field along the thickness direction (cell thickness direction) of the first substrate 11 and the second substrate 15 as illustrated. This electric field may hereinafter be referred to as a “longitudinal electric field”.
また、図３（ｂ）に示すように、第３電極１８と第４電極１９の間に電圧を印加することにより、両電極間に電界を発生させることができる。この場合の電界は、図示のように第１基板１１および第２基板１５の各一面にほぼ平行な方向に沿った電界となる。この電界を以後「横電界」と称する場合もある。以後、このような電界を用いるモードを「ＩＰＳモード」と称する場合もある。 Further, as shown in FIG. 3B, an electric field can be generated between both electrodes by applying a voltage between the third electrode 18 and the fourth electrode 19. The electric field in this case is an electric field along a direction substantially parallel to each surface of the first substrate 11 and the second substrate 15 as shown in the figure. Hereinafter, this electric field may be referred to as a “lateral electric field”. Hereinafter, a mode using such an electric field may be referred to as an “IPS mode”.
また、図３（ｃ）に示すように、第３電極１８および第４電極１９と第２電極１６との間に電圧を印加することにより、両電極間に電界を発生させることができる。この場合の電界は、図示のように第１基板１１および第２基板１５の各一面にほぼ平行な方向に沿った電界となる。この電界を以後「横電界」と称する場合もある。以後、このような電界を用いるモードを「ＦＦＳモード」と称する場合もある。 Moreover, as shown in FIG.3 (c), by applying a voltage between the 3rd electrode 18, the 4th electrode 19, and the 2nd electrode 16, an electric field can be generated among both electrodes. The electric field in this case is an electric field along a direction substantially parallel to each surface of the first substrate 11 and the second substrate 15 as shown in the figure. Hereinafter, this electric field may be referred to as a “lateral electric field”. Hereinafter, a mode using such an electric field may be referred to as an “FFS mode”.
図４および図５は、電圧無印加時における液晶層の液晶分子の配向状態を説明するための模式的な斜視図である。本実施形態の液晶素子は、電圧無印加時における配向状態として２つの安定的な配向状態を有する、いわゆる双安定性の液晶素子である。そして、上記した各電極を用いて液晶層１４に電界を印加することにより、一方の配向状態から他方の配向状態へ遷移させることが可能である。 4 and 5 are schematic perspective views for explaining the alignment state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer when no voltage is applied. The liquid crystal element of the present embodiment is a so-called bistable liquid crystal element having two stable alignment states as alignment states when no voltage is applied. Then, by applying an electric field to the liquid crystal layer 14 using each of the electrodes described above, it is possible to transition from one alignment state to the other alignment state.
具体的には、図４に示す液晶素子は、液晶層１４の液晶分子が第１旋回方向へ捻れた配向状態（第１配向状態）となっている。この液晶層１４の液晶分子を第１基板１１側から平面視したとすれば、反時計回りに捻れが生じている。このような第１配向状態は、第１基板１１および第２基板１５の各一面に施された配向処理によって生じるプレティルト角の相対的な関係に基づいて捻れやすい方向（優位な方向）に液晶分子が捻れることによって実現されるものである。この第１配向状態は、電圧無印加時においても安定的に維持される。一方、図５に示す液晶素子は、液晶層１４の液晶分子が上記の第１旋回方向とは逆の第２旋回方向へ捻れた配向状態（第２配向状態）となっている。この液晶層１４の液晶分子を第１基板１１側から平面視したとすれば、時計回りに捻れが生じている。このような第２配向状態は、第１基板１１および第２基板１５の各一面に施された配向処理によって生じるプレティルト角の相対的な位置関係に基づいて捻れやすい方向とは逆方向への捻れを生じさせる性質を有するカイラル剤を液晶層１４に添加することによって実現されるものである。この第２配向状態についても電圧無印加時においても安定的に維持される。 Specifically, the liquid crystal element shown in FIG. 4 is in an alignment state (first alignment state) in which the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 14 are twisted in the first rotation direction. If the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 14 are viewed in plan from the first substrate 11 side, twisting occurs counterclockwise. Such a first alignment state is a liquid crystal molecule in a direction (dominant direction) in which it is easily twisted based on the relative relationship of the pretilt angles generated by the alignment treatment applied to each surface of the first substrate 11 and the second substrate 15. Is realized by twisting. This first alignment state is stably maintained even when no voltage is applied. On the other hand, the liquid crystal element shown in FIG. 5 is in an alignment state (second alignment state) in which the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 14 are twisted in a second rotation direction opposite to the first rotation direction. If the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 14 are viewed in plan from the first substrate 11 side, twisting occurs clockwise. Such a second alignment state is twisted in a direction opposite to the direction in which it is easily twisted based on the relative positional relationship of the pretilt angles generated by the alignment process performed on each surface of the first substrate 11 and the second substrate 15. This is realized by adding to the liquid crystal layer 14 a chiral agent having the property of generating This second alignment state is also stably maintained even when no voltage is applied.
上述した各電極を用いて液晶層１４に横電界または縦電界を適宜に印加することにより、第１配向状態から第２配向状態に、またはその反対に配向状態の遷移を生じさせることができる。具体的には、第１電極１２と第２電極１６を用いて（図３（ａ）参照）、第１基板１１と第２基板１５の各一面にほぼ垂直な方向に電界（縦電界）が印加されたことにより、液晶層１４の配向状態が第１配向状態へ遷移する（図４参照）。また、第３電極１８と第４電極１９を用い（図３（ｂ）参照）、あるいは第３電極１８、第４電極１９と第２電極１６を組み合わせて用いて（図３（ｃ）参照）、第１基板１１と第２基板１５の各一面にほぼ水平な方向に電界（横電界）が印加されたことにより、液晶層１４の配向状態が第２配向状態へ遷移する（図５参照）。いずれの場合においても、電界を印加後、電界無印加としても第１配向状態または第２配向状態が維持される。すなわち、双安定性を呈する。 By appropriately applying a horizontal electric field or a vertical electric field to the liquid crystal layer 14 using each of the electrodes described above, it is possible to cause a transition of the alignment state from the first alignment state to the second alignment state or vice versa. Specifically, using the first electrode 12 and the second electrode 16 (see FIG. 3A), an electric field (longitudinal electric field) is generated in a direction substantially perpendicular to each surface of the first substrate 11 and the second substrate 15. By being applied, the alignment state of the liquid crystal layer 14 transitions to the first alignment state (see FIG. 4). Further, the third electrode 18 and the fourth electrode 19 are used (see FIG. 3B), or the third electrode 18, the fourth electrode 19 and the second electrode 16 are used in combination (see FIG. 3C). When the electric field (lateral electric field) is applied to each surface of the first substrate 11 and the second substrate 15 in a substantially horizontal direction, the alignment state of the liquid crystal layer 14 transitions to the second alignment state (see FIG. 5). . In either case, after applying the electric field, the first alignment state or the second alignment state is maintained even if no electric field is applied. That is, it exhibits bistability.
双安定性を得られる条件についてより詳細に説明する。上記のような双安定性は、第１基板１１および第２基板１５の各一面におけるプレティルト角や液晶層１４の液晶分子の捻れ角（ツイスト角）の関係と液晶層１４に添加するカイラル剤の捻れ力（カイラリティ）をある特定範囲に設定したときに得られる特殊な状態を利用することによって得られる。この「特殊な状態」について図６の表を使って説明する。特殊な状態とは、図示のようなケース（CASE）I〜IIIに分類したときに、第１配向状態と第２配向状態のいずれも極めて安定的に維持される状態をいう。具体的には、ケースIは、配向膜１３、２０のそれぞれに対するラビング方向のなす角度を１００°とし、セル厚（液晶層１４の層厚）ｄとカイラル剤のカイラルピッチｐの比ｄ／ｐを０．０４とした条件をいう。ケースIIは、ラビング方向のなす角度を８７°、ｄ／ｐを０とした条件をいう。また、ケースIIIは、ラビング方向のなす角度を７５°、ｄ／ｐを０．０４とした条件をいう。 The conditions for obtaining bistability will be described in more detail. The bistability as described above is based on the relationship between the pretilt angle on each surface of the first substrate 11 and the second substrate 15 and the twist angle (twist angle) of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 14 and the chiral agent added to the liquid crystal layer 14. It is obtained by using a special state obtained when the twisting force (chirality) is set in a specific range. This “special state” will be described with reference to the table of FIG. The special state refers to a state in which both the first alignment state and the second alignment state are maintained extremely stably when classified into cases (CASE) I to III as illustrated. Specifically, in Case I, the angle formed by the rubbing direction with respect to each of the alignment films 13 and 20 is 100 °, and the ratio d / p between the cell thickness (layer thickness of the liquid crystal layer 14) d and the chiral agent p is the chiral pitch p. Is the condition with 0.04. Case II refers to a condition in which the angle formed by the rubbing direction is 87 ° and d / p is 0. Case III refers to a condition in which the angle formed by the rubbing direction is 75 ° and d / p is 0.04.
以下に、より具体的な実施例を通じて本発明をさらに詳述する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail through more specific examples.
まず、液晶素子の製造方法の具体例について説明する。
第１基板１１、第２基板１５として、透明導電膜の１つであるＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜が予め形成されたガラス基板を用いた。第１基板１１については、このＩＴＯ膜付きガラス基板のＩＴＯ膜をフォトリソ等の手法によってパターニングすることにより、第１電極１２を形成した。エッチング方法としては、第二塩化鉄溶液によるウェットエッチングを用いた。ここでのパターニングは、図示しない取り出し電極部分と、第１電極１２に該当する部分とが残るようにした。第２基板１５についても同様にパターニングすることにより第２電極１６を形成した。
First, a specific example of a method for manufacturing a liquid crystal element will be described.
As the 1st board | substrate 11 and the 2nd board | substrate 15, the glass substrate in which the ITO (indium tin oxide) film | membrane which is one of the transparent conductive films was formed previously was used. About the 1st board | substrate 11, the 1st electrode 12 was formed by patterning the ITO film | membrane of this glass substrate with an ITO film | membrane by methods, such as a photolitho. As an etching method, wet etching using a ferric chloride solution was used. In this patterning, an extraction electrode portion (not shown) and a portion corresponding to the first electrode 12 remain. The second substrate 16 was similarly patterned to form the second electrode 16.
次いで、第２基板１５の第２電極１６の上側に絶縁層１７を形成した。その際、取り出し電極部分には絶縁層１７が形成されないように工夫する必要がある。例えば、取り出し電極部分に予めレジストを形成しておき、絶縁層１７の形成後にリフトオフする方法や、メタルマスクなどにより取り出し電極部分を隠した状態でスパッタ等の成膜方法を用いて絶縁層１７を形成する方法などが挙げられる。絶縁層１７としては、有機絶縁膜、酸化珪素膜や窒化珪素膜等の無機絶縁膜、およびこれらの組みあわせ（積層膜）等が挙げられる。本実施例では、アクリル系有機絶縁膜と酸化珪素膜の積層膜を絶縁層１７として用いた。なお、成膜方法としてはスパッタ法以外にスピンコート法、スリットコート法、インクジェット法などの版を用いない印刷法や、フレキソ印刷に代表される版を用いる印刷法を採用し得る。また、真空蒸着法、イオンビーム法、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）など種々の成膜方法を採用し得る（以下も同様）。 Next, the insulating layer 17 was formed on the second electrode 16 of the second substrate 15. At that time, it is necessary to devise so that the insulating layer 17 is not formed on the extraction electrode portion. For example, a resist is formed in advance on the extraction electrode portion, and the insulating layer 17 is formed using a method of lift-off after the formation of the insulating layer 17 or a film forming method such as sputtering in a state where the extraction electrode portion is hidden by a metal mask or the like. The method of forming etc. are mentioned. Examples of the insulating layer 17 include an organic insulating film, an inorganic insulating film such as a silicon oxide film and a silicon nitride film, and a combination (laminated film) thereof. In this embodiment, a laminated film of an acrylic organic insulating film and a silicon oxide film is used as the insulating layer 17. In addition to the sputtering method, a film forming method may employ a printing method that does not use a plate such as a spin coating method, a slit coating method, or an ink jet method, or a printing method that uses a plate typified by flexographic printing. In addition, various film forming methods such as a vacuum evaporation method, an ion beam method, and a chemical vapor deposition method (CVD method) can be employed (the same applies to the following).
ガラス基板上の取り出し電極部分（端子部分）には耐熱性のフィルム（ポリイミドテープ）を貼り、その状態で有機絶縁膜材料をガラス基板上にスピンコートした。2000rpmにて30秒間スピンさせる条件で、膜厚１μｍの膜を得た。これをクリーンオーブンにて220℃、１時間の条件で焼成した。次に、耐熱性のフィルムを貼ったままでスパッタ法（交流放電）によって酸化珪素膜を成膜した。ガラス基板を80℃に加熱し、1000オングストロームの酸化珪素膜を形成した。ここで耐熱性のフィルムを剥がすと、有機絶縁膜、酸化珪素膜ともにきれいに剥がすことができた。このガラス基板をさらにクリーンオーブンにて220℃、１時間の条件で焼成した。これは酸化珪素膜の絶縁性と透明性を上げるための処理である。 A heat-resistant film (polyimide tape) was attached to the extraction electrode portion (terminal portion) on the glass substrate, and an organic insulating film material was spin-coated on the glass substrate in that state. A film having a thickness of 1 μm was obtained under the condition of spinning at 2000 rpm for 30 seconds. This was baked in a clean oven at 220 ° C. for 1 hour. Next, a silicon oxide film was formed by a sputtering method (alternating current discharge) with the heat resistant film adhered. The glass substrate was heated to 80 ° C. to form a 1000 Å silicon oxide film. Here, when the heat-resistant film was peeled off, both the organic insulating film and the silicon oxide film could be removed cleanly. This glass substrate was further baked in a clean oven at 220 ° C. for 1 hour. This is a process for increasing the insulation and transparency of the silicon oxide film.
なお、酸化珪素膜は必ずしも形成しなくてもよいが、酸化珪素膜を形成することにより、その後に形成するＩＴＯ膜等の透明導電膜の密着性およびパターン精度が向上するという効果が得られる。また、絶縁層１７全体としての絶縁性も向上する。一方で、有機絶縁膜を形成せずに、酸化珪素膜のみで絶縁層１７を形成することも考えられる。その場合、酸化珪素膜は多孔質になりやすいため、膜厚を十分に厚くする（例えば4000〜8000オングストローム程度とする）ことが望ましい。また、窒化珪素膜と酸化珪素膜との積層膜にしてもよい。この場合には、例えばスパッタ法などにより両者を交互に成膜すればよい。 Note that the silicon oxide film is not necessarily formed, but the formation of the silicon oxide film provides an effect of improving the adhesion and pattern accuracy of a transparent conductive film such as an ITO film to be formed thereafter. In addition, the insulating property of the insulating layer 17 as a whole is improved. On the other hand, it is also conceivable to form the insulating layer 17 with only a silicon oxide film without forming an organic insulating film. In that case, since the silicon oxide film tends to be porous, it is desirable to make the film thickness sufficiently thick (for example, about 4000 to 8000 angstroms). Further, a laminated film of a silicon nitride film and a silicon oxide film may be used. In this case, the two may be alternately formed by sputtering, for example.
続いて、第２基板１５としてのガラス基板の絶縁層１７上に、スパッタ法（交流放電）にてＩＴＯ膜を形成した。詳細には、100℃に基板加熱を行い、約1200オングストロームのＩＴＯ膜を基板全面に形成した。このＩＴＯ膜をフォトリソ等によってパターニングした。フォトマスクとしては、最終的に得たい第３電極１８および第４電極１９の形状（図２参照）に対応した櫛歯状のマスクパターンを有するものを用いた。第３電極１８および第４電極１９のそれぞれは、櫛歯状に形成された各電極枝の幅が20,30μｍの２種類のいずれかに設定され、各電極枝の相互間隔を20,30,50,100,200μｍの５種類のいずれかに設定された。なお、取り出し電極部分にもパターンが無いとエッチングにより下側のＩＴＯ膜が除去されるので、取り出し電極部分にもパターンが形成されているフォトマスクを用いた。以上により、第２電極１６、第３電極１８および第４電極１９を有する第２基板１５が完成した。 Subsequently, an ITO film was formed on the insulating layer 17 of the glass substrate as the second substrate 15 by a sputtering method (AC discharge). Specifically, the substrate was heated to 100 ° C., and an ITO film of about 1200 Å was formed on the entire surface of the substrate. This ITO film was patterned by photolithography or the like. A photomask having a comb-like mask pattern corresponding to the shapes of the third electrode 18 and the fourth electrode 19 (see FIG. 2) to be finally obtained was used. Each of the third electrode 18 and the fourth electrode 19 is set to one of two types having a width of each electrode branch formed in a comb-teeth shape of 20, 30 μm, and the interval between the electrode branches is set to 20, 30, It was set to one of five types of 50, 100, and 200 μm. Note that if there is no pattern in the extraction electrode portion, the lower ITO film is removed by etching. Therefore, a photomask having a pattern formed in the extraction electrode portion was used. Thus, the second substrate 15 having the second electrode 16, the third electrode 18, and the fourth electrode 19 was completed.
次いで、上記のようにして作製した第１基板１１と第２基板１５を用いて液晶素子（液晶セル）を作製した。具体的には、まず、第１基板１１と第２基板１５に対して水洗浄（ブラシ洗浄もしくはスプレー洗浄、純水洗浄等）、水切り、紫外線洗浄、乾燥の各工程を行った。 Next, a liquid crystal element (liquid crystal cell) was produced using the first substrate 11 and the second substrate 15 produced as described above. Specifically, first, water cleaning (brush cleaning or spray cleaning, pure water cleaning, etc.), draining, ultraviolet cleaning, and drying were performed on the first substrate 11 and the second substrate 15.
その後、第１基板１１と第２基板１５のそれぞれの一面に配向膜材料を塗布した。配向膜として、本実施例では一般にＳＴＮ型液晶素子用の配向膜として用いられる比較的に高いプレティルト角を示すポリイミド膜を用いた。第１基板１１と第２基板１５の各一面に配向膜材料を塗布し、それらをクリーンオーブンにて180℃で１時間焼成した。配向膜材料の塗布方法としてはフレキソ印刷、インクジェット印刷もしくはスピンコート法など種々の方法を採用し得る。本実施例ではスピンコート法を用いた。スピンコートの条件については、配向膜の膜厚が500〜800オングストロームとなるように調整した。その後、第１基板１１の配向膜１３、第２基板１５の配向膜２０のそれぞれに対して配向処理の１つであるラビング処理を行った。ラビング時の押し込み量は0.4ｍｍとしたが、一般にストロングアンカリング条件と呼ばれる条件であれば特に差はない。このときに各配向膜によって液晶分子に付与されるプレティルト角は６°〜１２°程度であった。 Thereafter, an alignment film material was applied to one surface of each of the first substrate 11 and the second substrate 15. In this embodiment, a polyimide film having a relatively high pretilt angle that is generally used as an alignment film for STN type liquid crystal elements is used as the alignment film. An alignment film material was applied to each surface of the first substrate 11 and the second substrate 15, and they were baked at 180 ° C. for 1 hour in a clean oven. As a method for applying the alignment film material, various methods such as flexographic printing, ink jet printing, or spin coating may be employed. In this example, a spin coating method was used. The spin coating conditions were adjusted so that the alignment film had a thickness of 500 to 800 angstroms. Thereafter, a rubbing process, which is one of the alignment processes, was performed on each of the alignment film 13 of the first substrate 11 and the alignment film 20 of the second substrate 15. The pushing amount at the time of rubbing was 0.4 mm, but there is no particular difference as long as it is a condition generally called a strong anchoring condition. At this time, the pretilt angle given to the liquid crystal molecules by each alignment film was about 6 ° to 12 °.
次いで、第１基板１１と第２基板１５を相互の一面が向かい合う状態にして貼り合わせた。捻れ角（ツイスト角）については、ケースIではラビング方向のなす角度である100°、ケースIIでは87°、ケースIIIでは75°とした。また、第１基板１１と第２基板１５の隙間、すなわち液晶層１４の層厚（セル厚）については４μｍとなるようにした。その後、第１基板１１と第２基板１５の隙間に液晶材料を注入することにより液晶層１４を形成した。液晶材料にはカイラル剤が添加された。このカイラル剤の添加量については、上述したように、ケースIではｄ／ｐが0.04、ケースIIではｄ／ｐが0、ケースIIIではｄ／ｐが0.04、となるように調整した。 Next, the first substrate 11 and the second substrate 15 were bonded to each other with one surface facing each other. The twist angle (twist angle) was 100 °, which is the angle formed in the rubbing direction in case I, 87 ° in case II, and 75 ° in case III. Further, the gap between the first substrate 11 and the second substrate 15, that is, the layer thickness (cell thickness) of the liquid crystal layer 14 was set to 4 μm. Thereafter, a liquid crystal layer 14 was formed by injecting a liquid crystal material into the gap between the first substrate 11 and the second substrate 15. A chiral agent was added to the liquid crystal material. As described above, the addition amount of this chiral agent was adjusted so that d / p was 0.04 in case I, d / p was 0 in case II, and d / p was 0.04 in case III.
その後、第１基板１１の外側に第１偏光板２１を貼り合わせ、第２基板１５の外側に第２偏光板２２を貼り合わせた。各偏光板の吸収軸については、一方（例えば第１偏光板２１）についてはラビング方向と吸収軸を平行にし、他方（例えば第２偏光板２２）についてはラビング方向と吸収軸とを45°ずらすようにした。一般的には、ラビング方向と偏光板の吸収軸とは平行もしくは直交となるように配置されることが多いが、本実施例の場合にはそのような配置では第１配向状態と第２配向状態との間で透過率の差が得られにくいため、敢えて吸収軸の配置をラビング方向に対して平行または直交のいずれからもずらした。 Thereafter, the first polarizing plate 21 was bonded to the outside of the first substrate 11, and the second polarizing plate 22 was bonded to the outside of the second substrate 15. Regarding the absorption axis of each polarizing plate, the rubbing direction and the absorption axis are parallel to one (for example, the first polarizing plate 21), and the rubbing direction and the absorption axis are shifted by 45 ° for the other (for example, the second polarizing plate 22). I did it. In general, the rubbing direction and the absorption axis of the polarizing plate are often arranged so as to be parallel or orthogonal to each other. However, in this embodiment, in such an arrangement, the first alignment state and the second alignment state are arranged. Since it is difficult to obtain a difference in transmittance from the state, the arrangement of the absorption axis was deliberately shifted from either parallel or orthogonal to the rubbing direction.
以上のようにして作製した液晶素子について、各電極を用いて液晶層１４に電界を印加し、スイッチングしたときの様子を観察した顕微鏡写真を図７に示す。図７に示す顕微鏡写真は、上記したケースII（図６参照）の液晶素子であって、第３電極１８および第４電極１９の各電極枝の幅を20μｍ、電極枝の相互間隔を20μｍとし、ラビング方向のなす角度を87°とした液晶素子に関するものである。なお、図示を省略するがケースI、ケースIIIの場合でも同様な結果であった。 FIG. 7 shows a micrograph of the liquid crystal element manufactured as described above, in which an electric field is applied to the liquid crystal layer 14 using each electrode and the state of switching is observed. The photomicrograph shown in FIG. 7 is the liquid crystal element of case II (see FIG. 6) described above, wherein the width of each electrode branch of the third electrode 18 and the fourth electrode 19 is 20 μm, and the distance between the electrode branches is 20 μm. The present invention relates to a liquid crystal element in which the angle formed by the rubbing direction is 87 °. Although not shown, the same result was obtained in case I and case III.
液晶素子が完成した状態では液晶層１４の配向状態は上述した第２配向状態（スプレイツイスト状態）であった。その顕微鏡写真が図７（ａ）である。そして、第１電極１２と第２電極１６を用いて液晶層１４に縦電界を印加したときの顕微鏡写真が図７（ｂ）である。図７（ｂ）に示されるように、縦電界の印加により液晶層１４の配向状態が上述した第１配向状態（リバースツイスト状態）へと遷移している。このことから、第１電極１２と第２電極１６との間に絶縁層１７を挟んで第３電極１８および第４電極１９が存在する状態であっても、縦電界が印加されていることが確認される。 When the liquid crystal element is completed, the alignment state of the liquid crystal layer 14 is the above-described second alignment state (spray twist state). The micrograph is shown in FIG. FIG. 7B shows a photomicrograph when a vertical electric field is applied to the liquid crystal layer 14 using the first electrode 12 and the second electrode 16. As shown in FIG. 7B, the alignment state of the liquid crystal layer 14 is changed to the above-described first alignment state (reverse twist state) by application of the vertical electric field. Therefore, a vertical electric field may be applied even when the third electrode 18 and the fourth electrode 19 exist with the insulating layer 17 interposed between the first electrode 12 and the second electrode 16. It is confirmed.
液晶層１４を第１配向状態に遷移させた後に、第３電極１８および第４電極１９を用いて、第１基板１１および第２基板１５の各一面にほぼ平行な電界を印加したとき（ＩＰＳモード）の顕微鏡写真が図７（ｃ）である。この場合には、初期状態である第２配向状態へ遷移したことが分かる。 After the liquid crystal layer 14 is changed to the first alignment state, an electric field substantially parallel to each surface of the first substrate 11 and the second substrate 15 is applied using the third electrode 18 and the fourth electrode 19 (IPS) A micrograph of (mode) is shown in FIG. In this case, it turns out that it changed to the 2nd orientation state which is an initial state.
また。液晶層１４を第１配向状態に遷移させた後に、第２電極１６、第３電極１８および第４電極１９を用いて、第１基板１１および第２基板１５の各一面にほぼ平行な電界を印加したとき（ＦＦＳモード）の顕微鏡写真が図７（ｄ）である。この場合にも、初期状態である第２配向状態へ遷移したことが分かる。 Also. After the liquid crystal layer 14 is changed to the first alignment state, an electric field substantially parallel to each surface of the first substrate 11 and the second substrate 15 is applied using the second electrode 16, the third electrode 18, and the fourth electrode 19. FIG. 7 (d) is a photomicrograph when applied (FFS mode). Also in this case, it can be seen that the transition to the second alignment state, which is the initial state.
ここで、ＩＰＳモードとＦＦＳモードとの違いについて考察する。ＩＰＳモードでは、基本的には第３電極１８と第４電極１９の相互間だけに横電界が発生するので（図３（ｂ）参照）、横電界が発生した領域において優先的に配向状態の遷移が生じていると考えられる。このため、図７（ｃ）に示すように、配向状態の異なる部分がライン状に発生しているものと考えられる。これに対して、ＦＦＳモードでは、第３電極１８および第４電極１９の上側にも横電界が発生するため（図３（ｃ）参照）、一様に配向状態の遷移が生じているものと考えられる。したがって、本実施形態の液晶素子を開口率（透過率、コントラスト比）の面から評価するとＦＦＳモードのほうがＩＰＳモードよりも優位であるといえる。 Here, the difference between the IPS mode and the FFS mode will be considered. In the IPS mode, a lateral electric field is basically generated only between the third electrode 18 and the fourth electrode 19 (see FIG. 3B), so that the alignment state is preferentially generated in the region where the lateral electric field is generated. It is considered that a transition has occurred. For this reason, as shown in FIG.7 (c), it is thought that the part from which an orientation state differs has generate | occur | produced in the shape of a line. On the other hand, in the FFS mode, a lateral electric field is also generated above the third electrode 18 and the fourth electrode 19 (see FIG. 3C), so that the transition of the orientation state occurs uniformly. Conceivable. Therefore, when the liquid crystal element of this embodiment is evaluated from the aspect of aperture ratio (transmittance, contrast ratio), it can be said that the FFS mode is superior to the IPS mode.
配向状体の遷移（スイッチング）が可能となった理由について考察する。第２配向状態（スプレイツイスト状態）においては液晶層１４のセル厚方向における中央の液晶分子がほぼ水平になっているが、縦電界によって第１配向状態（リバースツイスト状態）になると、中央の液晶分子が少し傾く。その後、横電界（ＩＰＳモードまたはＦＦＳモード）によって第１配向状態のセル厚中央の液晶分子に横電界がかかり、第２配向状態におけるセル厚中央の液晶分子があるべきダイレクタ方向に向いたため、再び初期状態の第２配向状態へと遷移したものと考えられる。 The reason why the transition (switching) of the oriented body has become possible will be considered. In the second alignment state (spray twist state), the central liquid crystal molecule in the cell thickness direction of the liquid crystal layer 14 is substantially horizontal, but when the first alignment state (reverse twist state) is caused by the vertical electric field, the central liquid crystal molecule The molecule is tilted a little. After that, a lateral electric field is applied to the liquid crystal molecules at the center of the cell thickness in the first alignment state by the lateral electric field (IPS mode or FFS mode), and the liquid crystal molecules at the center of the cell thickness in the second alignment state are directed to the director direction. It is considered that the transition was made to the initial second alignment state.
次に、実施例の液晶素子の電気光学特性（電圧−透過率特性）の測定結果について説明する。図８は上記したケースIの液晶素子の電気光学特性であり、図９は上記したケースIIの液晶素子の電気光学特性であり、図１０は上記したケースIIIの液晶素子の電気光学特性である。いずれの図も、第１偏光板２１の透過軸が第１基板１１のラビング方向と平行、第２偏光板２２の透過軸が第２基板１５のラビング方向と平行になるように設定し、第１配向状態（リバースツイスト状態：図中「R-TN」と標記）または第２配向状態（スプレイツイスト状態：図中「S-TN」と標記）の液晶層１４に対して第１電極１２と第２電極１６を用いて縦電界を印加したときの電気光学特性を示している。各図において、点線が第１配向状態での特性を示し、実線が第２配向状態での特性を示している。 Next, the measurement result of the electro-optical characteristic (voltage-transmittance characteristic) of the liquid crystal element of the example will be described. FIG. 8 shows the electro-optical characteristics of the liquid crystal element in case I, FIG. 9 shows the electro-optical characteristics of the liquid crystal element in case II, and FIG. 10 shows the electro-optical characteristics of the liquid crystal element in case III. . In both figures, the transmission axis of the first polarizing plate 21 is set to be parallel to the rubbing direction of the first substrate 11, and the transmission axis of the second polarizing plate 22 is set to be parallel to the rubbing direction of the second substrate 15. The first electrode 12 with respect to the liquid crystal layer 14 in the first alignment state (reverse twist state: labeled “R-TN” in the figure) or in the second alignment state (spray twist state: labeled “S-TN” in the figure) The electro-optical characteristics when a vertical electric field is applied using the second electrode 16 are shown. In each figure, the dotted line indicates the characteristic in the first alignment state, and the solid line indicates the characteristic in the second alignment state.
図８に示すケースIの液晶素子においては、上記した偏光板配置では第１配向状態における電気光学特性と第２配向状態における電気光学特性とがほとんど重なっていることが分かる。一方、図９に示すケースII、図１０に示すケースIIIの液晶素子においては、第１配向状態と第２配向状態のそれぞれにおける電気光学特性に違いが見られることが分かる。印加電圧２Ｖ付近の特性に注目すると、配向状態の相違による電気光学特性における閾値電圧の違いにより、第２配向状態の場合には相対的に明るい（すなわち透過率の高い）状態が得られ、第１配向状態の場合には相対的に暗い（すなわち透過率の低い）状態が得られていることが分かる。したがって、本実施例のような液晶素子を複数設けておき、各液晶素子において２つの配向状態を電界印加によって任意に切り替え、その後、第１電極１２および第２電極１６を用いて２Ｖ程度の電圧（保持電圧と呼ぶ）を液晶層１４に印加しておくことにより、明暗の２値画像（静止画）をより鮮明に表示可能な液晶表示装置を構成することができる。 In the liquid crystal element of Case I shown in FIG. 8, it can be seen that the electro-optical characteristics in the first alignment state and the electro-optical characteristics in the second alignment state are almost overlapped in the above-described polarizing plate arrangement. On the other hand, in the case II shown in FIG. 9 and the case III shown in FIG. 10, it can be seen that there is a difference in electro-optical characteristics in each of the first alignment state and the second alignment state. When attention is paid to the characteristics in the vicinity of the applied voltage 2V, a relatively bright state (that is, a high transmittance) is obtained in the second alignment state due to the difference in threshold voltage in the electro-optical characteristics due to the difference in alignment state. It can be seen that a relatively dark state (that is, low transmittance) is obtained in the case of one orientation state. Accordingly, a plurality of liquid crystal elements as in this embodiment are provided, and in each liquid crystal element, two alignment states are arbitrarily switched by applying an electric field, and then a voltage of about 2 V is applied using the first electrode 12 and the second electrode 16. By applying (holding voltage) to the liquid crystal layer 14, a liquid crystal display device capable of displaying bright and dark binary images (still images) more clearly can be configured.
ところで、上記の説明においては第１配向状態で安定な条件として３つの場合を例示したが、安定な条件はこれに限定されない。以下に、安定な条件についての理論的な検証結果を図１１および図１２に基づいて説明する。図１１は、ケースIおよびケースIIについて、配向の安定性とセル条件との関係を理論計算により求めた結果を示す図である。同様に、図１２は、ケースIIIについて、配向の安定性とセル条件との関係を理論計算により求めた結果を示す図である。 In the above description, three cases are exemplified as stable conditions in the first alignment state, but the stable conditions are not limited thereto. Below, the theoretical verification result about a stable condition is demonstrated based on FIG. 11 and FIG. FIG. 11 is a diagram showing the results of theoretical calculation for the relationship between orientation stability and cell conditions for Case I and Case II. Similarly, FIG. 12 is a diagram showing the results of theoretical calculation for the relationship between orientation stability and cell conditions for Case III.
図１１および図１２の図中には上記の実施例における条件（第１配向状態で安定な条件）を丸印で示している。このように、上記実施例はあくまで第１配向状態で安定な条件の一例に過ぎず、理論的にはさらに広い範囲で第１配向状態の配向の安定性を得られることが示されている。丸印の位置を詳細に検討すると、プレティルト角が８°の場合における理論曲線より僅かに下の位置にあることが分かる。理論曲線より上の位置では第１配向状態で安定に保持できない領域となるため、少なくともその位置よりも下側が望ましい。また、理論曲線より大きく下側の領域になると第２配向状態に戻しにくくなる、もしくは第２配向状態とならないため、丸印の位置より僅かに下側の領域が好適であり、あるｄ／ｐにおける理論曲線でのラビング方向のなす角度をΦｘとしたとき、おおよそΦｘ−１０°の範囲であれば、双安定スイッチングが可能であると考えられる。 11 and 12, the conditions in the above-described embodiment (stable conditions in the first alignment state) are indicated by circles. As described above, the above embodiment is merely an example of a stable condition in the first alignment state, and it is theoretically shown that the stability of the alignment in the first alignment state can be obtained in a wider range. Examining the position of the circle in detail, it can be seen that the position is slightly below the theoretical curve when the pretilt angle is 8 °. Since the region above the theoretical curve cannot be stably held in the first orientation state, at least the region below the position is desirable. In addition, since it is difficult to return to the second orientation state when the region is larger than the theoretical curve or does not enter the second orientation state, the region slightly lower than the position of the circle is preferable, and some d / p When the angle formed by the rubbing direction in the theoretical curve at Φ is Φ x , it is considered that bistable switching is possible within the range of Φ x −10 °.
したがって、ケースIとケースIIの場合、ラビング方向のなす角度ΦＩ（°）とｄ／ｐの関係が下記（１）式のような関係にあるときに、双安定スイッチングが可能である。
80≦ΦＩ−（（ｄ／ｐ）×350）≦90（但しプレティルト角は８°以下） …（１）
Therefore, in case I and case II, bistable switching is possible when the relationship between the angle Φ I (°) between the rubbing directions and d / p is as shown in the following equation (1).
80 ≦ Φ I − ((d / p) × 350) ≦ 90 (however, the pretilt angle is 8 ° or less) (1)
一方、ケースIIIの場合、ラビング方向のなす角度ΦＩ（°）とｄ／ｐの関係が下記（２）式のような関係にあるときに、双安定スイッチングが可能である。
80≦ΦＩ＋（（ｄ／ｐ）×360）≦90（但しプレティルト角は８°以下） …（２）
On the other hand, in case III, bistable switching is possible when the relationship between the angle Φ I (°) formed by the rubbing direction and d / p is as shown in the following equation (2).
80 ≦ Φ I + ((d / p) × 360) ≦ 90 (however, the pretilt angle is 8 ° or less) (2)
なお、上記（１）式と（２）式はプレティルト角が概ね８°以下の場合に成り立つ関係であり、例えばプレティルト角が１５°の場合、（１）式は以下のように補正される。
75≦ΦＩ−（（ｄ／ｐ）×350）≦85 …（１）’
The above formulas (1) and (2) hold when the pretilt angle is approximately 8 ° or less. For example, when the pretilt angle is 15 °, the formula (1) is corrected as follows.
75 ≦ Φ I − ((d / p) × 350) ≦ 85 (1) ′
また、例えばプレティルト角が２５°の場合、（１）式は以下のように補正される。
68≦ΦＩ−（（ｄ／ｐ）×350）≦78 …（１）”
For example, when the pretilt angle is 25 °, the equation (1) is corrected as follows.
68 ≦ Φ I − ((d / p) × 350) ≦ 78 (1) ”
なお、（２）式についても同様であり、プレティルト角により上限値、下限値が変化する。 The same applies to equation (2), and the upper limit value and the lower limit value change depending on the pretilt angle.
次に、ラビング方向と横電界の方向との関係について実験により検討した結果を説明する。図１３は検討結果を説明するための模式図である。図中左側には、液晶素子の第３電極１８および第４電極１９、あるいはこれらと第２電極１６とを組み合わせて発生させる電界の方向と、第１基板１１および第２基板１５のそれぞれにおけるラビング方向との対応関係が示されている。また、図中右側には、液晶層１４の液晶分子の配向状態を上側から見た様子が模式的に示されている。図示のように、横電界の電界方向とラビング方向との関係によっては、配向状態の遷移が生じるものと生じないものとがみられた。 Next, a description will be given of the results of an examination of the relationship between the rubbing direction and the direction of the lateral electric field. FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the examination results. On the left side of the figure, the third electrode 18 and the fourth electrode 19 of the liquid crystal element, or the direction of the electric field generated by combining these with the second electrode 16, and the rubbing on the first substrate 11 and the second substrate 15 respectively. The correspondence with the direction is shown. Further, on the right side in the figure, a state in which the alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 14 is viewed from the upper side is schematically shown. As shown in the figure, depending on the relationship between the electric field direction of the transverse electric field and the rubbing direction, it was observed that the transition of the alignment state occurs and does not occur.
具体的には、横電界の電界方向と、第２配向状態（右ねじれS-TN配向）での液晶層１４中央付近もしくは下側基板（例えば第２基板１５）の界面付近における液晶分子の方向とが平行である場合には、第１配向状態（左ねじれR-TN配向）から第２配向状態へと遷移しやすいことが分かった（図１３（ａ）、図１３（ｂ）参照）。一方、横電界の電界方向と、第２配向状態での液晶層１４中央付近もしくは下側基板の界面付近における液晶分子の方向とが直交する場合には第２配向状態へと遷移しにくいことが分かった（図１３（ｃ）、図１３（ｄ）参照）。 Specifically, the electric field direction of the horizontal electric field and the direction of the liquid crystal molecules near the center of the liquid crystal layer 14 in the second alignment state (right twisted S-TN alignment) or near the interface of the lower substrate (for example, the second substrate 15). It is found that the first and second alignment states (left-twisted R-TN alignment) tend to make a transition to the second alignment state (see FIGS. 13 (a) and 13 (b)). On the other hand, when the electric field direction of the lateral electric field and the direction of liquid crystal molecules in the vicinity of the center of the liquid crystal layer 14 in the second alignment state or in the vicinity of the interface of the lower substrate are orthogonal to each other, the transition to the second alignment state is difficult. It was understood (refer FIG.13 (c), FIG.13 (d)).
配向状態の遷移が生じやすい条件の場合、横電界７Ｖが閾値であり、１０Ｖ印加した場合、１分間ほど経過すると元の配向状態へ戻った。第２電極１６、第３電極１８および第４電極１９を組み合わせて横電界を発生させた場合（ＦＦＳモード）のほうがより強く電界がかかるので、配向状態の遷移が生じやすい傾向が見られた。ただし、第３電極１８および第４電極１９の各電極枝の相互間隔が広い場合には、第３電極１８および第４電極１９を組み合わせて横電界を発生させた場合（ＩＰＳモード）のほうが配向状態の遷移が生じやすかった。 In the condition where the transition of the alignment state is likely to occur, the lateral electric field 7V is a threshold value, and when 10V is applied, the original alignment state is restored after about 1 minute. When the transverse electric field was generated by combining the second electrode 16, the third electrode 18, and the fourth electrode 19 (FFS mode), the electric field was stronger, so that there was a tendency for the transition of the orientation state to occur easily. However, when the mutual distance between the electrode branches of the third electrode 18 and the fourth electrode 19 is wide, the orientation is more when the transverse electric field is generated by combining the third electrode 18 and the fourth electrode 19 (IPS mode). State transition was likely to occur.
次に、第１偏光板２１と第２偏光板２２の各光学軸のなす角度と透過率およびコントラストとの関係について説明する。透過率の測定には標準光源Ｃ（色温度6740K）を用いた。代表的な測定例を図１４に示す。この測定例はケースIIの液晶素子についてのものである。この液晶素子は、コントラストについては低い（２以下）ものの、目視で違いが認識できた。それは色調の違いによるものであり、具体的にはピンクに近い赤系の色調と青系の色調の２種類が視認された。測定結果をまとめた特性表を図１５〜図１７に示す。 Next, the relationship between the angle formed by the optical axes of the first polarizing plate 21 and the second polarizing plate 22, the transmittance, and the contrast will be described. A standard light source C (color temperature 6740K) was used for the measurement of transmittance. A typical measurement example is shown in FIG. This measurement example is for the liquid crystal element of Case II. Although this liquid crystal element has a low contrast (2 or less), a difference was visually recognized. This is due to the difference in color tone. Specifically, two types of colors, red and blue, which are close to pink, were visually recognized. A characteristic table summarizing the measurement results is shown in FIGS.
図１５では、ケースIIの液晶素子について、上側偏光板（例えば第１偏光板２１）と下側偏光板（例えば第２偏光板２２）の角度（単位：°）、ある波長における第１配向状態と第２配向状態との透過率の差（単位：％）。コントラスト比（Ｃｒ）、透過率を示している。それぞれ、青色付近（440-480nm）もしくは赤色付近（610-650nm）の波長で良い結果を示したものを表の左側に示し、同じ条件における逆側の波長での特性を表の右側に示す。波長を限って比較すると、透過で２〜３程度のコントラスト比を得られていることが分かる。この結果は、バックライトを青色もしくは赤色の単色光源にすると比較的に高いコントラストの表示が得られることを示している。また、光源を青色と赤色の間で切り替えた場合にもそれなりのコントラストが得られることも分かる。この場合には、ネガ／ポジ反転表示を行うことができる。偏光板同士のなす角度を考察すると、30°、45°、60°のいずれかであり、0°や90°の場合には良い結果が得られていないことが分かる。このことから、本実施形態並びに実施例の液晶素子において色調の差をより鮮明にするには、偏光板同士のなす角度を30°〜60°の範囲で設定することが望ましいといえる。 In FIG. 15, for the liquid crystal element of Case II, the angle (unit: °) between the upper polarizing plate (for example, the first polarizing plate 21) and the lower polarizing plate (for example, the second polarizing plate 22), the first alignment state at a certain wavelength. And transmittance difference between the second alignment state (unit:%). The contrast ratio (Cr) and the transmittance are shown. Those showing good results at wavelengths near blue (440-480 nm) or red (610-650 nm) are shown on the left side of the table, and the characteristics at the opposite wavelength under the same conditions are shown on the right side of the table. When the wavelength is limited, it is understood that a contrast ratio of about 2 to 3 is obtained by transmission. This result indicates that a display with a relatively high contrast can be obtained when the backlight is a blue or red monochromatic light source. It can also be seen that a reasonable contrast can be obtained when the light source is switched between blue and red. In this case, negative / positive inversion display can be performed. Considering the angle between the polarizing plates, it can be found that any of 30 °, 45 ° and 60 ° is obtained, and good results are not obtained in the case of 0 ° and 90 °. From this, it can be said that it is desirable to set the angle between the polarizing plates in the range of 30 ° to 60 ° in order to make the difference in color tone clearer in the liquid crystal elements of this embodiment and the examples.
図１６はケースIの液晶素子についての結果、図１７はケースIIIの液晶素子についての結果をそれぞれ示している。ケースIの液晶素子については上記したケースIIの液晶素子とよく似た傾向を示すことが分かる。また、ケースIIIの液晶素子については上記したケースIIの液晶素子とは若干傾向は異なるが、色調によるコントラストはある程度得られていることが分かる。 FIG. 16 shows the results for the case I liquid crystal element, and FIG. 17 shows the results for the case III liquid crystal element. It can be seen that the liquid crystal element of case I shows a tendency similar to that of the liquid crystal element of case II described above. The case III liquid crystal element has a slightly different tendency from the case II liquid crystal element described above, but it can be seen that a certain degree of contrast due to color tone is obtained.
以上のように、本実施形態並びに実施例によれば、２つの配向状態間の遷移を利用する新規なＴＮ型液晶素子が提供される。また、この液晶素子は広い温度範囲（例えば-20℃〜80℃）で安定した閾値特性およびシャープネス特性を得られることが確認されている。 As described above, according to the present embodiment and examples, a novel TN type liquid crystal element that utilizes a transition between two alignment states is provided. In addition, it has been confirmed that this liquid crystal element can obtain stable threshold characteristics and sharpness characteristics over a wide temperature range (for example, -20 ° C to 80 ° C).
次に、上記の液晶素子の有するメモリー性を利用した低消費電力駆動が可能な液晶表示装置の構成例について説明する。 Next, a configuration example of a liquid crystal display device capable of low power consumption driving using the memory property of the liquid crystal element will be described.
図１８は、液晶表示装置の構成例を模式的に示す図である。図１８に示す液晶表示装置は、複数の画素部３４をマトリクス状に配列して構成される単純マトリクス型の液晶表示装置であり、各画素部３４として上記した実施形態等に係る液晶素子が用いられている。具体的には、液晶表示装置は、Ｘ方向に延びるｍ本の制御線Ｂ１〜Ｂｍと、これらの制御線Ｂ１〜Ｂｍに対して制御信号を与えるドライバー３１と、各々が制御線Ｂ１〜Ｂｍと交差してＹ方向に延びるｎ本の制御線Ａ１〜Ａｎと、これらの制御線Ａ１〜Ａｎに対して制御信号を与えるドライバー３２と、各々が制御線Ｂ１〜Ｂｍと交差してＹ方向に延びるｎ本の制御線Ｃ１〜ＣｎおよびＤ１〜Ｄｎと、これらの制御線Ｃ１〜ＣｎおよびＤ１〜Ｄｎに対して制御信号を与えるドライバー３３と、制御線Ｂ１〜Ｂｍと制御線Ａ１〜Ａｎとの各交点に設けられた画素部３４と、を含んで構成されている。 FIG. 18 is a diagram schematically illustrating a configuration example of a liquid crystal display device. The liquid crystal display device shown in FIG. 18 is a simple matrix type liquid crystal display device configured by arranging a plurality of pixel portions 34 in a matrix, and the liquid crystal element according to the above-described embodiment or the like is used as each pixel portion 34. It has been. Specifically, the liquid crystal display device includes m control lines B1 to Bm extending in the X direction, a driver 31 that gives control signals to the control lines B1 to Bm, and control lines B1 to Bm. The n control lines A1 to An that cross and extend in the Y direction, the driver 32 that gives control signals to these control lines A1 to An, and the control lines B1 to Bm that cross each other and extend in the Y direction Each of n control lines C1 to Cn and D1 to Dn, a driver 33 for giving control signals to these control lines C1 to Cn and D1 to Dn, each of the control lines B1 to Bm and the control lines A1 to An And a pixel portion 34 provided at the intersection.
各制御線Ｂ１〜Ｂｍ、Ａ１〜Ａｎ、Ｃ１〜ＣｎおよびＤ１〜Ｄｎは、例えば、ストライプ状に形成されたＩＴＯ等の透明導電膜からなる。制御線Ｂ１〜ＢｍとＡ１〜Ａｎとが交差する部分が上記した第１電極１２および第２電極１６として機能する（図２参照）。また、制御線Ｃ１〜Ｃｎについては、各画素部３４に相当する領域に設けられ第３電極１８としての櫛歯状の電極枝（図１８においては図示省略）と接続されている。同様に、制御線Ｄ１〜Ｄｎについては、各画素部３４に相当する領域に設けられ第３電極１８としての櫛歯状の電極枝（図１８においては図示省略）と接続されている。 Each control line B1-Bm, A1-An, C1-Cn, and D1-Dn consists of transparent conductive films, such as ITO formed in stripe form, for example. The portions where the control lines B1 to Bm and A1 to An intersect function as the first electrode 12 and the second electrode 16 described above (see FIG. 2). The control lines C1 to Cn are connected to a comb-like electrode branch (not shown in FIG. 18) provided in a region corresponding to each pixel portion 34 as the third electrode 18. Similarly, the control lines D1 to Dn are connected to a comb-like electrode branch (not shown in FIG. 18) provided as a third electrode 18 in a region corresponding to each pixel unit 34.
図１８に示す構成の液晶表示装置の駆動法としては種々の方法が考えられる。例えば、制御線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３・・・とライン毎に表示書き換えを行う方法（線順次駆動法）について説明する。この場合には、相対的に明るい表示としたい画素部３４には縦電界を印加し、相対的に暗い表示としたい画素部３４には横電界を印加すればよい。 Various methods are conceivable as driving methods for the liquid crystal display device having the configuration shown in FIG. For example, a control line B1, B2, B3... And a method of rewriting display for each line (line sequential driving method) will be described. In this case, a vertical electric field may be applied to the pixel portion 34 that is desired to have a relatively bright display, and a horizontal electric field may be applied to the pixel portion 34 that is desired to have a relatively dark display.
例えば、制御線Ｂ１には配向状態の遷移が生じない程度の矩形波電圧（例えば1.5Ｖ程度で150Ｈｚ）を印加し、制御線Ａ１〜Ａｎ、Ｃ１〜ＣｎおよびＤ１〜Ｄｎにはそれと同期し、もしくは半周期ずれた閾値電圧程度の矩形波電圧（例えば1.5Ｖ程度で150Ｈｚ）を印加する。 For example, a rectangular wave voltage (for example, about 1.5 V and 150 Hz) is applied to the control line B1 so that the transition of the alignment state does not occur, and the control lines A1 to An, C1 to Cn, and D1 to Dn are synchronized therewith, Alternatively, a rectangular wave voltage (for example, about 1.5 V and 150 Hz) with a threshold voltage shifted by a half cycle is applied.
詳細には、制御線Ａ１〜Ａｎのうち、明るい表示としたい画素部３４に対応する制御線には、制御線Ｂ１に印加した矩形波電圧と半周期ずれた矩形波電圧を印加する。このとき制御線Ｃ１〜ＣｎおよびＤ１〜Ｄｎには電圧を印加しない。それにより、画素部３４の液晶素子には実効的に3.0Ｖ程度の電圧（縦電界）が印加される状態となる。この電圧が飽和電圧以上であるとすれば、液晶層１４に配向状態の遷移を生じさせ、当該画素部３４の光透過率を変化させることができる。一方、制御線Ａ１〜Ａｎのうち、表示を変化させる必要がない画素部３４に対応する制御線には、制御線Ｂ１に印加される矩形波電圧と同期した矩形波電圧を印加する。このときも制御線Ｃ１〜ＣｎおよびＤ１〜Ｄｎには電圧を印加しない。それにより、当該画素部３４では実効的に電圧が印加されていない状態となる。したがって、液晶層１４には配向状態の遷移が生じず、光透過率が変化しない。 Specifically, among the control lines A1 to An, a rectangular wave voltage that is shifted from the rectangular wave voltage applied to the control line B1 by a half cycle is applied to the control line corresponding to the pixel unit 34 that is desired to be brightly displayed. At this time, no voltage is applied to the control lines C1 to Cn and D1 to Dn. As a result, a voltage (vertical electric field) of about 3.0 V is effectively applied to the liquid crystal element of the pixel portion 34. If this voltage is equal to or higher than the saturation voltage, a transition of the alignment state is caused in the liquid crystal layer 14 and the light transmittance of the pixel portion 34 can be changed. On the other hand, among the control lines A1 to An, a rectangular wave voltage synchronized with the rectangular wave voltage applied to the control line B1 is applied to the control line corresponding to the pixel unit 34 that does not need to change the display. Also at this time, no voltage is applied to the control lines C1 to Cn and D1 to Dn. As a result, no voltage is effectively applied to the pixel unit 34. Accordingly, the alignment state does not change in the liquid crystal layer 14 and the light transmittance does not change.
また、制御線Ｃ１〜ＣｎおよびＤ１〜Ｄｎのうち、明るい表示としたい画素部３４に対応する制御線には、制御線Ｂ１に印加した矩形波電圧と半周期ずれた矩形波電圧を印加する。このとき制御線Ａ１〜Ａｎには電圧を印加しない。それにより、画素部３４の液晶素子には実効的に3.0Ｖ程度の電圧（横電界）が印加される状態となる。この電圧が飽和電圧以上であるとすれば、液晶層１４に配向状態の遷移を生じさせ、当該画素部３４の光透過率を変化させることができる。一方、制御線Ｃ１〜ＣｎおよびＤ１〜Ｄｎのうち、表示を変化させる必要がない画素部３４に対応する制御線には、制御線Ｂ１に印加される矩形波電圧と同期した矩形波電圧を印加する。このときも制御線Ａ１〜Ａｎには電圧を印加しない。それにより、当該画素部３４では実効的に電圧が印加されていない状態となる。したがって、液晶層１４には配向状態の遷移が生じず、光透過率が変化しない。 Further, among the control lines C1 to Cn and D1 to Dn, a rectangular wave voltage that is shifted from the rectangular wave voltage applied to the control line B1 by a half cycle is applied to the control line corresponding to the pixel portion 34 that is desired to be brightly displayed. At this time, no voltage is applied to the control lines A1 to An. As a result, a voltage (lateral electric field) of about 3.0 V is effectively applied to the liquid crystal element of the pixel portion 34. If this voltage is equal to or higher than the saturation voltage, a transition of the alignment state is caused in the liquid crystal layer 14 and the light transmittance of the pixel portion 34 can be changed. On the other hand, among the control lines C1 to Cn and D1 to Dn, a rectangular wave voltage synchronized with the rectangular wave voltage applied to the control line B1 is applied to the control line corresponding to the pixel unit 34 that does not need to change the display. To do. Also at this time, no voltage is applied to the control lines A1 to An. As a result, no voltage is effectively applied to the pixel unit 34. Accordingly, the alignment state does not change in the liquid crystal layer 14 and the light transmittance does not change.
以上のような駆動を制御線Ｂ２、Ｂ３・・・と順次に実行していくことによりドットマトリクス表示が可能となる。このような駆動により書き換えられた表示状態は半永久的に保持することが可能である。この表示を書き換えるには再び制御線Ｂ１から上記の制御を実行すればよい。なお、ここではいわゆる単純マトリクス型の液晶表示装置について本発明を適用した例を示したが、薄膜トランジスタ等を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置について本発明を適用することも可能である。アクティブマトリクス型の液晶表示装置の場合には制御線Ｂ１等のライン毎に書き換える必要がなくなるので書き換え時間を短縮できる。また、閾値に対して２倍以上の電圧の印加も可能になるので更に高速に書き換えが可能になる。ただし、片側の基板に横電界用と縦電界用の電極があるため、１画素あたり２つの薄膜トランジスタ等が必要になる。 The dot matrix display can be performed by sequentially executing the above driving with the control lines B2, B3. The display state rewritten by such driving can be held semipermanently. In order to rewrite this display, the above control may be executed again from the control line B1. Note that although an example in which the present invention is applied to a so-called simple matrix liquid crystal display device is described here, the present invention can also be applied to an active matrix liquid crystal display device using a thin film transistor or the like. In the case of an active matrix liquid crystal display device, it is not necessary to rewrite each line such as the control line B1, so that the rewriting time can be shortened. In addition, since it is possible to apply a voltage more than twice the threshold, rewriting can be performed at higher speed. However, since there are electrodes for a horizontal electric field and a vertical electric field on one substrate, two thin film transistors or the like are required per pixel.
なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。上記した実施形態並びに実施例においては、配向処理の具体例としてラビング処理を挙げていたが、これ以外の配向処理（例えば光配向法、斜方蒸着法等）を用いることもできる。また、説明中に挙げた数値条件等についても、好適な一例に過ぎずそれらに限定されない。 In addition, this invention is not limited to the content of embodiment mentioned above, In the range of the summary of this invention, it can change and implement variously. In the above-described embodiments and examples, rubbing treatment is given as a specific example of the orientation treatment, but other orientation treatments (for example, photo-alignment method, oblique vapor deposition method, etc.) can also be used. Further, the numerical conditions and the like mentioned in the description are only suitable examples and are not limited thereto.
１１…第１基板、１２…第１電極、１３、２０…配向膜、１４…液晶層、１５…第２基板、１６…第２電極、１７…絶縁層、１８…第３電極、１９…第４電極、２１…第１偏光板、２２…第２偏光板、３１、３２、３３…ドライバー、３４…画素部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... 1st board | substrate, 12 ... 1st electrode, 13, 20 ... Alignment film | membrane, 14 ... Liquid crystal layer, 15 ... 2nd board | substrate, 16 ... 2nd electrode, 17 ... Insulating layer, 18 ... 3rd electrode, 19 ... 1st 4 electrodes, 21: first polarizing plate, 22: second polarizing plate, 31, 32, 33 ... driver, 34: pixel portion
Claims (4)
前記第１基板の一面と前記第２基板の一面との間に設けられた液晶層と、
前記液晶層に電界を印加するための電界印加手段と、
を含み、
前記第１基板及び前記第２基板は、前記液晶層の液晶分子に対して第１旋回方向へ捻れた第１配向状態が生じやすいように相対的に配置されており、
前記液晶層は、前記液晶分子に対して前記第１旋回方向とは逆の第２旋回方向に捻れた第２配向状態を生じさせる性質を有するカイラル剤が添加されており、
前記電圧印加手段によって、前記第１基板及び前記第２基板の各一面にほぼ垂直な方向に電界が印加されたことにより前記液晶層が前記第１配向状態へ遷移し、前記第１基板及び前記第２基板の各一面にほぼ平行な方向に電界が印加されたことにより前記液晶層が前記第２配向状態へ遷移する、
液晶素子。 A first substrate and a second substrate, each of which has been subjected to an alignment treatment, and are disposed to face each other;
A liquid crystal layer provided between one surface of the first substrate and one surface of the second substrate;
An electric field applying means for applying an electric field to the liquid crystal layer;
Including
The first substrate and the second substrate are relatively arranged so that a first alignment state twisted in the first turning direction is likely to occur with respect to the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer,
The liquid crystal layer is added with a chiral agent having a property of generating a second alignment state twisted in a second rotation direction opposite to the first rotation direction with respect to the liquid crystal molecules,
When the electric field is applied in a direction substantially perpendicular to each surface of the first substrate and the second substrate by the voltage applying means, the liquid crystal layer transitions to the first alignment state, and the first substrate and the The liquid crystal layer transitions to the second alignment state by applying an electric field in a direction substantially parallel to each surface of the second substrate;
Liquid crystal element.
請求項１に記載の液晶素子。 The liquid crystal layer maintains the first alignment state or the second alignment state when an electric field is not applied by the electric field applying unit.
The liquid crystal device according to claim 1.
前記第１基板の一面側に設けられた第１電極と、
前記第２基板の一面側に設けられた第２電極と、
前記第２基板の前記第２電極の上側に絶縁層を介して設けられ、相互に離間して配置された第３電極及び第４電極と、を有する、
請求項１又は２に記載の液晶素子。 The electric field applying means includes
A first electrode provided on one side of the first substrate;
A second electrode provided on one side of the second substrate;
A third electrode and a fourth electrode, which are provided above the second electrode of the second substrate via an insulating layer and are spaced apart from each other;
The liquid crystal device according to claim 1.
当該複数の画素部のそれぞれが請求項１〜３の何れか１項記載の液晶素子を用いて構成された、液晶表示装置。
A plurality of pixel portions,
A liquid crystal display device, wherein each of the plurality of pixel portions is configured using the liquid crystal element according to claim 1.
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