JP5584502B2 - Liquid crystal display element, method for manufacturing liquid crystal display element, and driving method - Google Patents

Liquid crystal display element, method for manufacturing liquid crystal display element, and driving method Download PDF

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Description

本発明は、液晶表示素子に関する。またその製造方法及び駆動方法に関する。   The present invention relates to a liquid crystal display element. The present invention also relates to a manufacturing method and a driving method thereof.

カイラル剤と配向角との関係により、液晶層を挟持する一対の透明電極基板に施された配向処理の方向の組み合わせで規制される液晶分子の旋回方向(第1旋回方向)とは逆方向(第2旋回方向)に液晶分子を捩れ配列させる液晶表示素子の発明が開示されている(たとえば、特許文献1参照)。特許文献1記載の液晶表示素子においては、液晶分子が第1旋回方向に捩れる配列状態が不安定である。高電圧の印加によって、第1旋回方向に捩れる配列状態を得ることは可能であるが、時間の経過とともに、液晶分子は第2旋回方向に捩れる配列状態に転移する。   Depending on the relationship between the chiral agent and the alignment angle, the direction of rotation of the liquid crystal molecules (the first direction of rotation) regulated by the combination of the directions of the alignment treatment applied to the pair of transparent electrode substrates sandwiching the liquid crystal layer (the first direction of rotation) ( An invention of a liquid crystal display element in which liquid crystal molecules are twisted in the second turning direction) is disclosed (for example, see Patent Document 1). In the liquid crystal display element described in Patent Document 1, the alignment state in which the liquid crystal molecules are twisted in the first turning direction is unstable. By applying a high voltage, it is possible to obtain an alignment state that is twisted in the first rotation direction, but as time passes, the liquid crystal molecules transition to an alignment state that is twisted in the second rotation direction.

液晶分子を、第2旋回方向に旋回させるカイラル剤を添加しながらも、第1旋回方向に配列させることで、液晶層内の歪を増大させ、駆動電圧の大幅な低減を可能にした液晶素子の発明が公知である(たとえば、特許文献2参照)。特許文献2に記載の液晶素子においても、第2旋回方向に捩れる液晶分子の配列状態が安定的であり、第2旋回方向に捩れる配列状態から、第1旋回方向に捩れる配列状態に転移させる電圧の印加を停止して数秒後には、もとの配列状態(第2旋回方向に捩れる配列状態)に再転移する。第2旋回方向に捩れる配列状態で液晶素子を駆動する場合には、高い駆動電圧が必要となる。   A liquid crystal element that increases the distortion in the liquid crystal layer and greatly reduces the driving voltage by arranging the chiral agent that rotates the liquid crystal molecules in the second rotation direction while arranging the chiral agent in the first rotation direction. Is known (see, for example, Patent Document 2). Also in the liquid crystal element described in Patent Document 2, the arrangement state of the liquid crystal molecules twisted in the second turning direction is stable, and the arrangement state twisted in the second turning direction is changed to the arrangement state twisted in the first turning direction. After a few seconds after the application of the voltage to be transferred is stopped, the state is re-transferred to the original array state (an array state twisted in the second turning direction). When driving the liquid crystal element in an arrangement state twisted in the second turning direction, a high driving voltage is required.

特許文献1及び2に記載されているようなリバースツイステッドネマチック(reverse twisted nematic;RTN)型液晶表示素子においては、一般的に、液晶分子が第1旋回方向に捩れる配列状態(リバースツイスト配列状態)と第2旋回方向に捩れる配列状態(スプレイツイスト配列状態)とで外観上の表示状態(光透過率)に大きな違いがなく、双安定性を与えても高いコントラスト比が得られにくい。   In a reverse twisted nematic (RTN) type liquid crystal display element as described in Patent Documents 1 and 2, generally, the liquid crystal molecules are arranged in a twisted state (reverse twisted state). ) And the arrangement state twisted in the second turning direction (spray twist arrangement state), there is no significant difference in the appearance display state (light transmittance), and it is difficult to obtain a high contrast ratio even if bistability is given.

特許2510150号公報Japanese Patent No. 2510150 特開2007−293278号公報JP 2007-293278 A

本発明の目的は、表示品質の高い液晶表示素子を提供することである。   An object of the present invention is to provide a liquid crystal display element with high display quality.

また、表示品質の高い液晶表示素子の製造方法を提供することである。   Moreover, it is providing the manufacturing method of a liquid crystal display element with high display quality.

更に、消費電力の低減が可能な液晶表示素子の駆動方法を提供することである。   It is another object of the present invention to provide a method for driving a liquid crystal display element that can reduce power consumption.

本発明の一観点によれば、第1の電極を備え、配向処理された第1の基板と、前記第1の基板と平行に対向配置され、第2の電極を備え、配向処理された第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が前記配向処理により捩れる旋回方向を第1旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第1旋回方向とは反対の第2旋回方向への旋回性を与え、前記第1の基板と前記第2の基板とは、20°以上45°以下のプレティルト角が発現するように配向処理され、前記液晶層には、前記第1の電極と前記第2の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第2旋回方向から前記第1旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能であり、前記第1の基板、前記第2の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第1旋回方向から前記第2旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能な電極が形成されている液晶表示素子が提供される。
According to one aspect of the present invention, a first substrate including a first electrode and subjected to an alignment process is disposed opposite to and parallel to the first substrate, and includes a second electrode and includes a second electrode. A liquid crystal layer that is disposed between the first substrate and the second substrate, includes a chiral agent and is twist-aligned, and the liquid crystal layer does not include the chiral agent. In addition, when the swirl direction in which the liquid crystal molecules are twisted by the alignment treatment is the first swivel direction, the chiral agent swirls in the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer in the second swirl direction opposite to the first swirl direction. The first substrate and the second substrate are aligned so that a pretilt angle of 20 ° to 45 ° is expressed, and the liquid crystal layer includes the first electrode and the second substrate. 2 to generate an electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer. And switching the direction in which the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are twisted from the second swivel direction to the first swivel direction, and displaying at least one of the first substrate and the second substrate. On the other hand, by applying a voltage, an electric field in a direction perpendicular to the thickness direction of the liquid crystal layer is generated , and the direction in which the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are twisted is switched from the first turning direction to the second turning direction. Thus, a liquid crystal display element in which an electrode capable of performing display is formed is provided.

また、本発明の他の観点によれば、第1の電極を備え、配向処理された第1の基板と、前記第1の基板と平行に対向配置され、第2の電極を備え、配向処理された第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が前記配向処理により捩れる旋回方向を第1旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第1旋回方向とは反対の第2旋回方向への旋回性を与え、前記第1の基板と前記第2の基板とは、20°以上45°以下のプレティルト角が発現するように配向処理され、前記液晶層には、前記第1の電極と前記第2の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第2旋回方向から前記第1旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能であり、前記第1の基板、前記第2の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第1旋回方向から前記第2旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能な電極が形成されている液晶表示素子の製造方法であって、前記第1の基板及び第2の基板において配向処理が行われる配向膜を160℃以上180℃以下の焼成温度で形成することを特徴とする液晶表示素子の製造方法が提供される。
According to another aspect of the present invention, a first substrate including a first electrode and subjected to an alignment treatment is disposed opposite to and parallel to the first substrate, and includes a second electrode. And a liquid crystal layer that is disposed between the first substrate and the second substrate and includes a chiral agent and is twist-aligned, and the liquid crystal layer includes the chiral agent. If the swirl direction in which the liquid crystal molecules are twisted by the alignment treatment is defined as the first swirl direction, the chiral agent is applied to the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer in the second swirl direction opposite to the first swirl direction. The first substrate and the second substrate are aligned so that a pretilt angle of 20 ° or more and 45 ° or less is developed, and the liquid crystal layer includes the first electrode. And a voltage applied to the second electrode, the voltage in the thickness direction of the liquid crystal layer is applied. It is possible to perform display by switching the direction in which the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are twisted from the second turning direction to the first turning direction . An electric field in a direction perpendicular to the thickness direction of the liquid crystal layer is generated by applying a voltage to at least one of the substrates, and the direction in which the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are twisted is changed from the first turning direction to the second turning direction. A method for manufacturing a liquid crystal display element in which an electrode capable of performing display by switching in a direction is formed, wherein an alignment film subjected to alignment treatment on the first substrate and the second substrate is 160 ° C. or higher. A method for manufacturing a liquid crystal display element is provided, which is formed at a baking temperature of 180 ° C. or lower.

更に、本発明の他の観点によれば、第1の電極を備え、配向処理された第1の基板と、前記第1の基板と平行に対向配置され、第2の電極を備え、配向処理された第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が前記配向処理により捩れる旋回方向を第1旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第1旋回方向とは反対の第2旋回方向への旋回性を与え、前記第1の基板と前記第2の基板とは、20°以上45°以下のプレティルト角が発現するように配向処理され、前記液晶層には、前記第1の電極と前記第2の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第2旋回方向から前記第1旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能であり、前記第1の基板、前記第2の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第1旋回方向から前記第2旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能な電極が形成されている液晶表示素子の駆動方法であって、白表示から黒表示に切り替えるときには前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、黒表示から白表示に切り替えるときには前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせることを特徴とする液晶表示素子の駆動方法が提供される。 Further, according to another aspect of the present invention, a first substrate including a first electrode and subjected to an alignment process is disposed opposite to and parallel to the first substrate, and includes a second electrode. And a liquid crystal layer that is disposed between the first substrate and the second substrate and includes a chiral agent and is twist-aligned, and the liquid crystal layer includes the chiral agent. If the swirl direction in which the liquid crystal molecules are twisted by the alignment treatment is defined as the first swirl direction, the chiral agent is applied to the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer in the second swirl direction opposite to the first swirl direction. The first substrate and the second substrate are aligned so that a pretilt angle of 20 ° or more and 45 ° or less is developed, and the liquid crystal layer includes the first electrode. And a voltage applied to the second electrode, the voltage in the thickness direction of the liquid crystal layer is applied. It is possible to perform display by switching the direction in which the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are twisted from the second turning direction to the first turning direction . An electric field in a direction perpendicular to the thickness direction of the liquid crystal layer is generated by applying a voltage to at least one of the substrates, and the direction in which the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are twisted is changed from the first turning direction to the second turning direction. A method for driving a liquid crystal display element in which electrodes capable of performing display by switching in a direction are formed, and when switching from white display to black display , an electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer is generated, and black When switching from display to white display , there is provided a method for driving a liquid crystal display element, wherein an electric field in a direction perpendicular to the thickness direction of the liquid crystal layer is generated.

本発明によれば、表示品質の高い液晶表示素子を提供することができる。   According to the present invention, a liquid crystal display element with high display quality can be provided.

また、表示品質の高い液晶表示素子の製造方法を提供することができる。   In addition, a method for manufacturing a liquid crystal display element with high display quality can be provided.

更に、消費電力の低減が可能な液晶表示素子の駆動方法を提供することができる。   Furthermore, a method for driving a liquid crystal display element that can reduce power consumption can be provided.

実施例による液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the liquid crystal display element by an Example. 配向膜形成時の焼成温度、及びラビング処理時の押し込み量の組み合わせを示す表である。It is a table | surface which shows the combination of the calcination temperature at the time of alignment film formation, and the pushing amount at the time of a rubbing process. (A)〜(C)は、作製された複数の液晶表示素子の外観を示す写真である。(A)-(C) are the pictures which show the external appearance of the produced some liquid crystal display element. (A)〜(F)は、液晶表示素子の作製条件を示す表、及び観察結果を示す表と写真である。(A)-(F) are the table | surface which shows the preparation conditions of a liquid crystal display element, and the table | surface and photograph which show an observation result. 実施例による液晶表示素子の一画素内の概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing in one pixel of the liquid crystal display element by an Example. 上側透明基板11a上に形成されるITO膜のパターンを示す概略的な平面図である。It is a schematic top view which shows the pattern of the ITO film | membrane formed on the upper side transparent substrate 11a. 下側透明基板11b上に形成されるITO膜のパターンを示す概略的な平面図である。It is a schematic top view which shows the pattern of the ITO film | membrane formed on the lower transparent substrate 11b. ITO膜のエッチングに使用するフォトマスクを示す概略的な平面図である。It is a schematic top view which shows the photomask used for the etching of an ITO film | membrane. 下側基板10bに形成される下側配向膜14bの形成領域の一部を示す概略的な平面図である。It is a schematic top view which shows a part of formation area of the lower alignment film 14b formed in the lower substrate 10b. 実施例による液晶表示素子の構造を示す概略的な平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the liquid crystal display element by an Example. (A)〜(C)は、実施例による液晶表示素子の外観写真であり、(D)〜(F)は、電圧印加時の電界方向を示す概略的な断面図である。(A)-(C) are the external appearance photographs of the liquid crystal display element by an Example, (D)-(F) is schematic sectional drawing which shows the electric field direction at the time of a voltage application. (A)〜(D)は、実施例による液晶表示素子、及び他の好ましい条件で作製した液晶表示素子の電圧−光透過率特性を示すグラフである。(A)-(D) are the graphs which show the voltage-light transmittance characteristic of the liquid crystal display element by an Example, and the liquid crystal display element produced on the other preferable conditions. (A)及び(B)は、実施例による液晶表示素子の視角−コントラスト特性を示すグラフである。(A) And (B) is a graph which shows the viewing angle-contrast characteristic of the liquid crystal display element by an Example.

一組の配向膜の配向処理方向とプレティルト角の組み合わせで定まる液晶分子の捩れ方向(第1旋回方向)と、光学活性物質(カイラル剤)によって誘起される液晶分子の捩れ方向(第2旋回方向)とが逆方向となるように作製された液晶層を有し、たとえば液晶層に物理的作用を与えることにより、液晶分子が各方向へ捩れる状態(第1旋回方向につきリバースツイスト(ユニフォームツイスト)配列状態、第2旋回方向につきスプレイツイスト配列状態)が可換的に実現可能な液晶表示素子を、リバースツイステッドネマチック(RTN)型液晶表示素子と呼ぶ。第1旋回方向は、液晶層に光学活性物質(カイラル剤)を添加しなかった場合に、液晶分子が捩れる旋回方向である。   The twist direction of the liquid crystal molecules (first rotation direction) determined by the combination of the alignment treatment direction and the pretilt angle of the pair of alignment films, and the twist direction of the liquid crystal molecules (second rotation direction) induced by the optically active substance (chiral agent) For example, by applying a physical action to the liquid crystal layer so that the liquid crystal molecules are twisted in each direction (reverse twist (uniform twist) The liquid crystal display element in which the arrangement state and the spray twist arrangement state in the second turning direction) can be realized interchangeably is referred to as a reverse twisted nematic (RTN) type liquid crystal display element. The first turning direction is a turning direction in which liquid crystal molecules are twisted when no optically active substance (chiral agent) is added to the liquid crystal layer.

図1は、実施例による液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。本願発明者らは、まず本図に示すフローチャートに沿って複数の液晶表示素子を作製し、良好な表示を実現するプレティルト角の範囲について予備的に考察した。   FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a liquid crystal display device according to an embodiment. The inventors of the present application first manufactured a plurality of liquid crystal display elements according to the flowchart shown in this figure, and preliminarily considered the range of pretilt angles for realizing good display.

透明電極、たとえばITO(indium tin oxide)電極が形成された透明基板を2枚準備する(ステップS101)。ここでは平行平板タイプの電極をもつテストセルを用い、2枚の透明基板を洗浄、乾燥した(ステップS102)。   Two transparent substrates on which transparent electrodes, for example, ITO (indium tin oxide) electrodes are formed, are prepared (step S101). Here, a test cell having parallel plate type electrodes was used, and the two transparent substrates were washed and dried (step S102).

透明基板上に、ITO電極を覆うように配向膜材料を塗布する(ステップS103)。配向膜材料の塗布は、スピンコートを用いて行った。フレキソ印刷やインクジェット印刷を用いて行ってもよい。通常は垂直配向膜の形成に使用されるポリイミド配向膜材料の側鎖密度を低くし、配向膜材料として用いた。配向膜材料は、配向膜の厚さが500〜800Åとなるように塗布した。配向膜材料を塗布した透明基板の仮焼成(ステップS104)、及び本焼成(ステップS105)を実施する。本焼成は160℃、180℃、200℃、220℃の4条件で行った。こうしてITO電極を覆う配向膜が形成された(ステップS103〜S105)。   An alignment film material is applied on the transparent substrate so as to cover the ITO electrode (step S103). The alignment film material was applied by spin coating. You may perform using flexographic printing or inkjet printing. Normally, the side chain density of the polyimide alignment film material used for forming the vertical alignment film is lowered and used as the alignment film material. The alignment film material was applied so that the alignment film had a thickness of 500 to 800 mm. Temporary baking (step S104) and main baking (step S105) of the transparent substrate coated with the alignment film material are performed. The main baking was performed under four conditions of 160 ° C., 180 ° C., 200 ° C., and 220 ° C. Thus, an alignment film covering the ITO electrode was formed (steps S103 to S105).

次に、ラビング処理(配向処理)を行う(ステップS106)。ラビング処理は、たとえば布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ配向膜上を擦る工程であり、これにより基板に接する液晶分子を一方向に並べる(配向する)ことができる。ラビング処理は、押し込み量を0.4mm、0.8mm、1.2mmとする3条件で行った。またラビング処理は、液晶表示素子のツイスト角が90°となるように実施した。   Next, a rubbing process (orientation process) is performed (step S106). The rubbing process is a process of rotating a cylindrical roll wound with a cloth at a high speed and rubbing on the alignment film, whereby the liquid crystal molecules in contact with the substrate can be aligned (aligned) in one direction. The rubbing treatment was performed under three conditions with the indentation amount being 0.4 mm, 0.8 mm, and 1.2 mm. The rubbing treatment was performed so that the twist angle of the liquid crystal display element was 90 °.

図2は、配向膜形成時の焼成温度、及びラビング処理時の押し込み量の組み合わせを示す表である。本願発明者らは、本図に示すNo.1〜No.9の9条件で液晶表示素子を作製した。   FIG. 2 is a table showing combinations of the firing temperature at the time of forming the alignment film and the indentation amount at the time of the rubbing treatment. The inventors of the present application have no. 1-No. A liquid crystal display element was produced under 9 conditions.

再び図1を参照する。液晶セルの厚さ(基板間距離)を一定に保つため、一方の透明基板面上にギャップコントロール材をたとえば乾式散布法にて散布する(ステップS107)。ギャップコントロール材には粒径4μmのプラスチックボールを使用した。   Refer to FIG. 1 again. In order to keep the thickness (inter-substrate distance) of the liquid crystal cell constant, a gap control material is sprayed on one transparent substrate surface by, for example, a dry spraying method (step S107). A plastic ball having a particle diameter of 4 μm was used as the gap control material.

他方の透明基板面上にはシール材を印刷し、メインシールパターンを形成する(ステップS108)。たとえば粒径4μmのグラスファイバーを含んだ熱硬化性のシール材を、スクリーン印刷法で印刷する。ディスペンサを用いて、シール材を塗布することもできる。また、熱硬化性ではなく、光硬化性のシール材や、光・熱併用硬化型のシール材を使ってもよい。   A sealant is printed on the other transparent substrate surface to form a main seal pattern (step S108). For example, a thermosetting sealing material containing glass fiber having a particle diameter of 4 μm is printed by a screen printing method. A sealing material can also be applied using a dispenser. Further, instead of thermosetting, a photo-curing sealing material or a light / heat combined curing type sealing material may be used.

透明基板を重ね合わせる(ステップS109)。2枚の透明基板を所定の位置で重ね合わせてセル化し、プレスした状態で熱処理を施しシール材を硬化させる。たとえばホットプレス法を用い、シール材の熱硬化を行う。こうして空セルが作製される。   The transparent substrates are overlaid (step S109). Two transparent substrates are overlapped at a predetermined position to form a cell, and heat treatment is performed in a pressed state to cure the sealing material. For example, the sealing material is thermally cured using a hot press method. An empty cell is thus produced.

たとえば真空注入法で空セルにネマチック液晶を注入する(ステップS110)。液晶材料には(株)メルク製のZLI2293を用いた。液晶中にはカイラル剤を添加した。カイラル剤には(株)メルク製のCB15を使用した。カイラル剤の添加量は、カイラルピッチp、液晶層の厚さ(セル厚)dとしたとき、d/pが0.16または0.25となるように調整した。   For example, nematic liquid crystal is injected into the empty cell by vacuum injection (step S110). ZLI2293 manufactured by Merck Co., Ltd. was used as the liquid crystal material. A chiral agent was added to the liquid crystal. CB15 manufactured by Merck & Co., Inc. was used as the chiral agent. The addition amount of the chiral agent was adjusted so that d / p was 0.16 or 0.25, assuming that the chiral pitch was p and the thickness (cell thickness) of the liquid crystal layer was d.

液晶注入口を、たとえば紫外線(UV)硬化タイプのエンドシール材で封止し(ステップS111)、液晶分子の配向を整えるため、液晶の相転移温度以上にセルを加熱する(ステップS112)。その後、スクライバ装置で透明基板につけた傷に沿ってブレイキングし、個別のセルに小割する。   The liquid crystal inlet is sealed with, for example, an ultraviolet (UV) curable end seal material (step S111), and the cell is heated to a temperature higher than the phase transition temperature of the liquid crystal in order to adjust the alignment of the liquid crystal molecules (step S112). Then, it breaks along the crack | wound attached to the transparent substrate with a scriber device, and divides it into individual cells.

小割されたセルに対し、面取り(ステップS113)と洗浄(ステップS114)を実施する。   Chamfering (step S113) and cleaning (step S114) are performed on the subdivided cells.

最後に、2枚の透明基板の液晶層と反対側の面に、偏光板を貼付する(ステップS115)。2枚の偏光板はクロスニコルに、かつ透過軸の方向とラビング方向とが平行となるように配置した。直交するように配置することもできる。両透明基板のITO電極間には電源を接続した。   Finally, a polarizing plate is attached to the surface of the two transparent substrates opposite to the liquid crystal layer (step S115). The two polarizing plates were arranged in crossed Nicols so that the direction of the transmission axis was parallel to the rubbing direction. It can also be arranged so as to be orthogonal. A power source was connected between the ITO electrodes of both transparent substrates.

図3(A)〜(C)は、作製された複数の液晶表示素子の外観を示す写真である。作製された液晶表示素子は、初期状態においてスプレイツイスト配列状態となる。両透明基板のITO電極間に飽和電圧値以上の電圧を印加すると、リバースツイスト配列状態に遷移する。   3A to 3C are photographs showing the appearance of the plurality of liquid crystal display elements that were produced. The manufactured liquid crystal display element is in a spray twist alignment state in the initial state. When a voltage equal to or higher than the saturation voltage value is applied between the ITO electrodes of both transparent substrates, a transition to the reverse twist arrangement state is made.

図3(A)を参照する。図2に示す表のNo.1の条件(焼成温度160℃、ラビング処理時の押し込み量0.8mm)で作製した液晶表示素子、及び、No.3の条件(焼成温度180℃、ラビング処理時の押し込み量0.8mm)で作製した液晶表示素子は、d/pを0.16とした場合も0.25とした場合も、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時において、本図に示すような外観、すなわち比較的暗い黒表示を呈した。光透過率を測定したところ、約4%であった。また、リバースツイスト配列状態の電圧印加時においては、非常に暗い黒表示が観察された。光透過率はほぼ0%まで低くすることができた。更に、スプレイツイスト配列状態における光透過率を測定したところ、電圧無印加時に約18%であった。No.1及びNo.3の条件で作製された液晶表示素子は、リバースツイスト配列状態とスプレイツイスト配列状態とで外観が大きく異なる表示を行うことができることがわかる。すなわちリバースツイスト配列状態で黒表示、スプレイツイスト配列状態で白表示を行うことが可能である。分光エリプソ法で測定したところ、これらの液晶表示素子においては、23〜35°のプレティルト角が発現していることがわかった。   Reference is made to FIG. No. in the table shown in FIG. No. 1 (baking temperature 160 ° C., pushing amount during rubbing treatment 0.8 mm), and No. 1 The liquid crystal display device manufactured under the condition 3 (baking temperature 180 ° C., push-in amount at the time of rubbing treatment 0.8 mm) is in a reverse twist arrangement state regardless of whether d / p is 0.16 or 0.25. When no voltage was applied, the appearance as shown in the figure, that is, a relatively dark black display was exhibited. When the light transmittance was measured, it was about 4%. In addition, a very dark black display was observed when a voltage was applied in the reverse twist arrangement state. The light transmittance could be reduced to almost 0%. Furthermore, when the light transmittance in the spray twist arrangement state was measured, it was about 18% when no voltage was applied. No. 1 and no. It can be seen that the liquid crystal display element manufactured under the condition 3 can perform a display with a greatly different appearance in the reverse twist arrangement state and the spray twist arrangement state. That is, it is possible to perform black display in the reverse twist arrangement state and white display in the spray twist arrangement state. When measured by a spectroscopic ellipso method, it was found that a pretilt angle of 23 to 35 ° was developed in these liquid crystal display elements.

図3(B)を参照する。図2に示す表のNo.2の条件(焼成温度180℃、ラビング処理時の押し込み量0.4mm)で作製した液晶表示素子は、d/pを0.16とした場合も0.25とした場合も、初期状態から暗い表示を示した。ラビング処理時の押し込み量が小さく、プレティルト角が高くなったため、垂直配向に近い液晶分子配列状態となっていると考えられる。電圧の印加によって表示の明るさに大きな変化はなく、印加電圧の有無、及び印加電圧値に関わらず光透過率は約1%以下であった。   Reference is made to FIG. No. in the table shown in FIG. The liquid crystal display device manufactured under the conditions of 2 (baking temperature 180 ° C., push amount 0.4 mm during rubbing treatment) is dark from the initial state regardless of whether d / p is 0.16 or 0.25. Displayed. Since the amount of pushing during the rubbing process is small and the pretilt angle is high, it is considered that the liquid crystal molecule alignment state is close to vertical alignment. There was no significant change in display brightness due to the application of voltage, and the light transmittance was about 1% or less regardless of the presence or absence of the applied voltage and the applied voltage value.

図3(C)を参照する。図2に示す表のNo.1〜No.3の条件以外の条件で作製した液晶表示素子は、d/pの値が0.16か0.25かに関わらず、スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態とで、光透過率に大きな差は認められず、ほぼ等しい表示外観を示した。電圧無印加時の光透過率は、両配列状態とも約25%であり、電圧の印加によって、両配列状態とも光透過率を約1%以下まで低くすることができた。本図は、リバースツイスト配列状態における電圧無印加時の表示(水色の表示)外観を示す。図2に示す表のNo.1〜No.3の条件以外の条件で作製した液晶表示素子のプレティルト角を分光エリプソ法で測定したところ、8〜15°のプレティルト角が発現していることがわかった。   Reference is made to FIG. No. in the table shown in FIG. 1-No. A liquid crystal display device manufactured under conditions other than 3 has a large difference in light transmittance between the spray twist arrangement state and the reverse twist arrangement state regardless of whether the d / p value is 0.16 or 0.25. Was not recognized, and the display appearance was almost equal. The light transmittance when no voltage was applied was about 25% in both arrangement states, and by applying voltage, the light transmittance in both arrangement states could be lowered to about 1% or less. This figure shows the appearance of display (light blue display) when no voltage is applied in the reverse twist arrangement state. No. in the table shown in FIG. 1-No. When the pretilt angle of the liquid crystal display device produced under conditions other than the condition 3 was measured by a spectroscopic ellipso method, it was found that a pretilt angle of 8 to 15 ° was developed.

本願発明者らが、多くの液晶表示素子についてプレティルト角を測定したところ、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時に好ましく黒表示が可能なプレティルト角の範囲は、31.5°〜36.2°であった。また、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時に黒表示を行えない最大のプレティルト角は17.1°であった。更に、スプレイツイスト配列状態の電圧無印加時にも黒表示されるプレティルト角の最小値は48°であった。   The inventors of the present application measured the pretilt angle for many liquid crystal display elements, and the range of the pretilt angle that can preferably display black when no voltage is applied in the reverse twist arrangement state is 31.5 ° to 36.2 °. there were. The maximum pretilt angle at which black display cannot be performed when no voltage is applied in the reverse twist arrangement state is 17.1 °. Furthermore, the minimum value of the pretilt angle displayed in black even when no voltage was applied in the spray twist arrangement state was 48 °.

これらのことから、上下基板に与えるプレティルト角を20°以上45°以下、一層好ましくは31°以上37°以下として、RTN型液晶表示素子を作製することで、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時において黒表示、スプレイツイスト配列状態の電圧無印加時(縦電界無付加時)において白表示を実現することが可能であると考えられるであろう。   For these reasons, the RTN type liquid crystal display element is manufactured by setting the pretilt angle applied to the upper and lower substrates to 20 ° to 45 °, more preferably 31 ° to 37 °, so that no voltage is applied in the reverse twist arrangement state. It can be considered that it is possible to realize black display in white and white display when no voltage is applied in the spray twist arrangement state (when no vertical electric field is applied).

上述のプレティルト角の範囲をもつRTN型液晶表示素子において、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時に、比較的暗い黒表示が実現される原理については、完全には解明できていないものの、RTN型液晶表示素子には、立ち下がり時(リバースツイスト配列状態)の閾値が立ち上がり時(スプレイツイスト配列状態)の閾値より低くなる性質があり、特殊な条件により閾値が0Vより低くなったためにこのような表示が実現されたものと推測される。   In the RTN liquid crystal display element having the pretilt angle range described above, the principle of realizing a relatively dark black display when no voltage is applied in the reverse twist arrangement state is not completely clarified, but the RTN liquid crystal The display element has such a property that the threshold value at the time of falling (reverse twist arrangement state) is lower than the threshold value at the time of rising (spray twist arrangement state), and the threshold value is lower than 0 V due to special conditions. Is presumed to be realized.

また、一般にリバースツイスト配列状態においては、基板の配向処理で与えられるプレティルト角と、カイラル剤によって付与される捩れ力とにより、液晶層内部に大きな歪みが生じ、この歪みによって電圧無印加時においても、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子は基板平面に対して傾いた状態になると考えられている。20°以上という高いプレティルト角を有するRTN型液晶表示素子においては、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子の傾き角が非常に大きく、基板に対してほぼ垂直に立ち上がると推察される。このため、電圧無印加時にも比較的暗い黒表示が得られると考えられる。なお、一般にリバースツイスト配列状態においては、基板との界面におけるプレティルト角よりもバルクでの傾斜角が高くなる。これは連続体理論に基づいた液晶分子配向シミュレーションによっても確認されている。   In general, in the reverse twist alignment state, a large distortion is generated in the liquid crystal layer due to the pretilt angle given by the alignment treatment of the substrate and the twisting force given by the chiral agent, and even when no voltage is applied due to this distortion. The liquid crystal molecules near the center in the thickness direction of the liquid crystal layer are considered to be inclined with respect to the substrate plane. In an RTN liquid crystal display element having a high pretilt angle of 20 ° or more, it is presumed that the tilt angle of liquid crystal molecules near the center in the thickness direction of the liquid crystal layer is very large and rises almost perpendicularly to the substrate. For this reason, it is considered that a relatively dark black display can be obtained even when no voltage is applied. In general, in the reverse twist arrangement state, the inclination angle in the bulk is higher than the pretilt angle at the interface with the substrate. This has also been confirmed by liquid crystal molecular alignment simulation based on continuum theory.

次に、本願発明者らは、図2に示す表のNo.1またはNo.3の条件を前提に、図1に示すフローチャートに沿って複数の液晶表示素子を作製し、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時に実現される、比較的暗い黒表示の保持時間が長くなる焼成温度、ツイスト角、セル厚(液晶層の厚さ)について予備的に考察した。図4(A)〜(F)に、液晶表示素子の作製条件及び観察結果を示す。   Next, the inventors of the present application have listed No. 1 in the table shown in FIG. 1 or No. Assuming the condition 3, a plurality of liquid crystal display elements are manufactured according to the flowchart shown in FIG. 1, and the firing temperature at which a relatively dark black display is maintained is realized when no voltage is applied in the reverse twist arrangement state. In addition, the twist angle and the cell thickness (the thickness of the liquid crystal layer) were preliminarily considered. 4A to 4F show manufacturing conditions and observation results of the liquid crystal display element.

図4(A)は、液晶表示素子の作製条件を示す表である。まず、ITO電極が形成された透明基板を2枚準備した。ここでも平行平板タイプの電極をもつテストセルを用い、2枚の透明基板を洗浄、乾燥した。   FIG. 4A is a table showing conditions for manufacturing the liquid crystal display element. First, two transparent substrates on which ITO electrodes were formed were prepared. Again, using a test cell having parallel plate type electrodes, the two transparent substrates were washed and dried.

透明基板上に、ITO電極を覆うように配向膜材料を塗布した。配向膜材料の塗布は、スピンコートを用いて行った。通常は垂直配向膜の形成に使用されるポリイミド配向膜材料の側鎖密度を低くし、配向膜材料として用いた。配向膜材料は、配向膜の厚さが500〜800Åとなるように塗布した。配向膜材料を塗布した透明基板の仮焼成及び本焼成を実施した。図4(A)に示すように、本焼成は160℃または180℃で行った。こうしてITO電極を覆う配向膜を形成した。   An alignment film material was applied on the transparent substrate so as to cover the ITO electrode. The alignment film material was applied by spin coating. Normally, the side chain density of the polyimide alignment film material used for forming the vertical alignment film is lowered and used as the alignment film material. The alignment film material was applied so that the alignment film had a thickness of 500 to 800 mm. Temporary baking and main baking were performed on the transparent substrate coated with the alignment film material. As shown in FIG. 4A, the main baking was performed at 160 ° C. or 180 ° C. Thus, an alignment film covering the ITO electrode was formed.

続いてラビング処理を、押し込み量を0.8mmとして行った。ラビング処理は、図4(A)に示すように、上下基板間のツイスト角を80°、90°、100°とする3条件で実施した。   Subsequently, the rubbing treatment was performed with the indentation amount set to 0.8 mm. As shown in FIG. 4A, the rubbing process was performed under three conditions in which the twist angles between the upper and lower substrates were 80 °, 90 °, and 100 °.

一方の透明基板面上にギャップコントロール材を散布した。ギャップコントロール材には粒径3μm、4μm、5μmのプラスチックボールを使用し、図4(A)に示すように、セル厚が3μm、4μm、5μmとなる複数の液晶表示素子を作製した。他方の透明基板面上には、グラスファイバーを含んだ熱硬化性のシール材をスクリーン印刷法で印刷し、メインシールパターンを形成した。2枚の透明基板を所定の位置で重ね合わせ、熱処理を施してシール材を硬化させ、空セルを作製した。   A gap control material was sprayed on one transparent substrate surface. A plastic ball having a particle size of 3 μm, 4 μm, and 5 μm was used as the gap control material, and a plurality of liquid crystal display elements having cell thicknesses of 3 μm, 4 μm, and 5 μm were manufactured as shown in FIG. On the other transparent substrate surface, a thermosetting seal material containing glass fibers was printed by a screen printing method to form a main seal pattern. Two transparent substrates were overlapped at a predetermined position, and heat treatment was performed to cure the sealing material, thereby producing an empty cell.

真空注入法で空セルにネマチック液晶を注入した。液晶材料には(株)メルク製のZLI2293を用いた。液晶中にはカイラル剤を添加した。カイラル剤には(株)メルク製のCB15を使用した。カイラル剤の添加量は、d/pが0.04、0.08、0.125、0.16、0.20、0.25、0.33となるように調整した。   Nematic liquid crystal was injected into the empty cell by vacuum injection. ZLI2293 manufactured by Merck Co., Ltd. was used as the liquid crystal material. A chiral agent was added to the liquid crystal. CB15 manufactured by Merck & Co., Inc. was used as the chiral agent. The addition amount of the chiral agent was adjusted so that d / p was 0.04, 0.08, 0.125, 0.16, 0.20, 0.25, and 0.33.

液晶注入口を紫外線硬化タイプのエンドシール材で封止し、液晶の相転移温度以上にセルを加熱した。スクライバ装置で透明基板につけた傷に沿ってブレイキングし、個別のセルに小割した。   The liquid crystal injection port was sealed with an ultraviolet curable end seal material, and the cell was heated to a temperature higher than the phase transition temperature of the liquid crystal. Breaking was done along the scratches on the transparent substrate with a scriber device, and it was subdivided into individual cells.

小割されたセルに対し、面取りと洗浄を実施し、2枚の透明基板の液晶層と反対側の面に偏光板を貼付した。2枚の偏光板はクロスニコルに、かつ透過軸の方向とラビング方向とが平行となるように配置した。両透明基板のITO電極間には電源を接続した。こうして作製された液晶表示素子のITO電極間に5Vの交流電圧を印加することで、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態(比較的暗い黒表示)に遷移させることができる。   The cleaved cell was chamfered and washed, and a polarizing plate was attached to the surface of the two transparent substrates opposite to the liquid crystal layer. The two polarizing plates were arranged in crossed Nicols so that the direction of the transmission axis was parallel to the rubbing direction. A power source was connected between the ITO electrodes of both transparent substrates. By applying an AC voltage of 5 V between the ITO electrodes of the liquid crystal display element thus manufactured, it is possible to transition from the spray twist arrangement state to the reverse twist arrangement state (relatively dark black display).

図4(B)は、液晶材料へのカイラル剤の添加量を変えたときの比較的暗い黒表示(リバースツイスト配列状態)の保持時間を測定した結果を示す表である。   FIG. 4B is a table showing the results of measuring the retention time of a relatively dark black display (reverse twist alignment state) when the amount of the chiral agent added to the liquid crystal material is changed.

図4(A)に示す条件Aで作製した液晶表示素子と条件Bで作製した液晶表示素子とを比較する。条件Aで作製した液晶表示素子は、d/p=0.08、0.125、0.16、0.20となる4つの場合において、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態(比較的黒い表示)に遷移させた後、リバースツイスト配列状態がそのまま数週間以上(表中には「∞」と表示。)保持される。また、d/p=0.04の場合においては、部分的に所望の動作を行うものの、初期より黒い表示状態となる部分が混在していた。このことから、d/p=0.04の場合は、表示素子として用いるための均一性を得るための境界条件であると考えられる。   A liquid crystal display element manufactured under condition A shown in FIG. 4A and a liquid crystal display element manufactured under condition B are compared. The liquid crystal display device manufactured under the condition A has four cases where d / p = 0.08, 0.125, 0.16, and 0.20, and the reverse twist arrangement state (relatively black display) from the spray twist arrangement state. ), The reverse twist arrangement state is maintained as it is for several weeks (displayed as “∞” in the table). Further, in the case of d / p = 0.04, a desired operation is partially performed, but a portion that is in a black display state from the beginning is mixed. From this, it can be considered that d / p = 0.04 is a boundary condition for obtaining uniformity for use as a display element.

一方、条件Bで作製した液晶表示素子は、d/p=0.08と0.125となる場合において、リバースツイスト配列状態が数週間以上保持される。条件Bにおいても、条件Aと同様に、d/p=0.04の場合において、初期より黒い表示状態となる部分が混在していた。   On the other hand, the liquid crystal display element manufactured under the condition B maintains the reverse twist alignment state for several weeks or more when d / p = 0.08 and 0.125. Also in condition B, as in condition A, in the case of d / p = 0.04, there were mixed portions that were in a black display state from the beginning.

これらのことから、焼成温度を180℃として液晶表示素子を作製するより、160℃として作製する方が、リバースツイスト配列状態を安定化させるための、すなわちリバースツイスト配列状態とスプレイツイスト配列状態の双安定性を得るためのd/pマージンが広いことがわかる。なお、図4(C)は、条件A、d/p=0.125で作製した液晶表示素子において保持されたリバースツイスト配列状態での表示外観を示す。焼成温度を少なくとも160℃以上180℃以下として液晶表示素子を作製することで、リバースツイスト配列状態での電圧無印加時における黒表示を長時間保持できる。   From these facts, the liquid crystal display element is manufactured at 160 ° C. rather than the liquid crystal display device at a baking temperature of 180 ° C. In order to stabilize the reverse twist alignment state, that is, the reverse twist alignment state and the spray twist alignment state. It can be seen that the d / p margin for obtaining stability is wide. Note that FIG. 4C shows a display appearance in a reverse twist arrangement state held in a liquid crystal display element manufactured under condition A and d / p = 0.125. By producing a liquid crystal display element at a baking temperature of at least 160 ° C. and 180 ° C., black display can be maintained for a long time when no voltage is applied in a reverse twist arrangement state.

次に、条件A、C、Dで作製した液晶表示素子を比較する。条件Cで作製した液晶表示素子は、いずれのd/pにおいてもリバースツイスト配列状態が長時間保持されることはなかった。ツイスト角を80°として液晶表示素子を作製した場合、両配列状態の双安定性を得にくいことがわかる。   Next, liquid crystal display elements manufactured under conditions A, C, and D are compared. In the liquid crystal display device manufactured under the condition C, the reverse twist alignment state was not maintained for a long time at any d / p. It can be seen that when a liquid crystal display element is manufactured with a twist angle of 80 °, it is difficult to obtain bistability in both alignment states.

一方、条件Aで作製した液晶表示素子と条件Dで作製したそれとは保持時間において大きな差は認められなかった。ただ、条件Dの場合は、d/p=0.125で作製した液晶表示素子において、図3(B)に写真を示した例のように、初期状態から暗い表示を示した。また、d/p=0.25及び0.33のときの保持時間が、条件Aの場合よりやや短かった。このことから、ツイスト角を少なくとも90°以上100°以下として液晶表示素子を作製することで、リバースツイスト配列状態での電圧無印加時における黒表示を長時間保持できること、及び、ツイスト角を100°として液晶表示素子を作製するより、90°として作製する方が、リバースツイスト配列状態とスプレイツイスト配列状態の双安定性を若干得やすいことがわかる。   On the other hand, a large difference in holding time was not recognized between the liquid crystal display device manufactured under condition A and that manufactured under condition D. However, in the case of Condition D, the liquid crystal display element manufactured at d / p = 0.125 showed a dark display from the initial state as in the example shown in the photograph in FIG. In addition, the holding times when d / p = 0.25 and 0.33 were slightly shorter than those under condition A. Therefore, by producing a liquid crystal display element with a twist angle of at least 90 ° and not more than 100 °, black display can be maintained for a long time when no voltage is applied in a reverse twist arrangement state, and the twist angle is 100 °. It can be seen that the bistability of the reverse twist alignment state and the spray twist alignment state is slightly more easily obtained when the liquid crystal display element is manufactured at 90 ° than when the liquid crystal display element is manufactured.

続いて、セル厚を基準に比較を行う。セル厚が3μmと薄い場合(条件E)、d/pの値によって保持性に明瞭な差はなく、すべてのd/pにおいて、リバースツイスト配列状態が数週間以上保持された。図4(D)に、条件E、d/p=0.125で作製された液晶表示素子の表示外観を示す。ただし、条件Eにおいては、d/pの値が0.20、0.25と大きいとき、電圧を印加していないにもかかわらず、リバースツイスト配列状態が次第に電極外の領域に広がる現象が見られた。図4(E)にその様子を示す。リバースツイスト配列状態が電極外領域に広がると、その部分の制御が困難となるため注意を要する。   Subsequently, a comparison is made based on the cell thickness. When the cell thickness was as thin as 3 μm (condition E), there was no clear difference in retention depending on the value of d / p, and the reverse twist arrangement state was maintained for several weeks or more at all d / p. FIG. 4D shows a display appearance of a liquid crystal display element manufactured under conditions E and d / p = 0.125. However, under the condition E, when the value of d / p is as large as 0.20 and 0.25, the phenomenon that the reverse twist arrangement state gradually spreads to the region outside the electrode is observed even though no voltage is applied. It was. This is shown in FIG. If the reverse twist arrangement state spreads to the region outside the electrode, it is difficult to control that portion, so care must be taken.

セル厚が5μmと厚い場合(条件F)は、条件Aや条件Eと比べて、保持時間の長いd/pの範囲が狭く、d/p=0.16として作製した液晶表示素子のみ、リバースツイスト配列状態が数週間以上保持された。図4(F)に、その液晶表示素子の表示外観を示す。本願発明者らの観察の結果、セル厚が厚い場合も(条件F)、薄い場合も(条件E)、条件Aで作製した液晶表示素子と同様に、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時、比較的暗い黒表示が得られた。このことから液晶表示素子のセル厚に多少のむらがあったとしても、たとえばコントラスト比の高い、双安定性表示が可能であることがわかる。図4(B)の表に結果を示す観察からは、セル厚を少なくとも3μm以上5μm以下として液晶表示素子を作製することで、リバースツイスト配列状態での電圧無印加時における黒表示を長時間保持できることが確認された。   When the cell thickness is as thick as 5 μm (Condition F), the range of d / p with a long holding time is narrow compared with Condition A and Condition E, and only the liquid crystal display device manufactured with d / p = 0.16 is reversed. The twisted array state was maintained for several weeks. FIG. 4F shows a display appearance of the liquid crystal display element. As a result of observation by the inventors of the present application, even when the cell thickness is thick (Condition F) and thin (Condition E), as in the liquid crystal display device manufactured under Condition A, when no voltage is applied in the reverse twist arrangement state, A relatively dark black display was obtained. From this, it can be seen that even if the cell thickness of the liquid crystal display element is somewhat uneven, for example, a bistable display with a high contrast ratio is possible. From the observations shown in the table of FIG. 4B, it is possible to maintain a black display for a long time when no voltage is applied in a reverse twist arrangement state by manufacturing a liquid crystal display element with a cell thickness of at least 3 μm to 5 μm. It was confirmed that it was possible.

d/pに関しては、他の条件にもよるが、たとえば条件A、D、及びEで作製した液晶表示素子の黒表示保持時間から、0.04を超え、0.25未満とするのが好ましいと考えられるであろう。   Regarding d / p, although depending on other conditions, for example, from the black display holding time of the liquid crystal display element manufactured under conditions A, D, and E, it is preferably more than 0.04 and less than 0.25. Would be considered.

本願発明者らは、以上の予備的考察を踏まえ、実施例による液晶表示素子を作製した。   Based on the above preliminary considerations, the inventors of the present application produced liquid crystal display elements according to the examples.

図5は、実施例による液晶表示素子の一画素内の概略的な断面図である。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view in one pixel of the liquid crystal display device according to the embodiment.

実施例による液晶表示素子は、相互に平行に対向配置された上側基板10a、下側基板10b、及び両基板10a、10b間に挟持されたツイストネマチック液晶層15を含んで構成される。   The liquid crystal display device according to the embodiment includes an upper substrate 10a, a lower substrate 10b, and a twisted nematic liquid crystal layer 15 sandwiched between the substrates 10a and 10b.

上側基板10aは、上側透明基板11a、上側透明基板11a上に形成された上側ベタ電極12a、及び上側ベタ電極12a上に形成された上側配向膜14aを含む。下側基板10bは、下側透明基板11b、下側透明基板11b上に形成された下側ベタ電極12b、下側ベタ電極12b上に形成された絶縁膜13、絶縁膜13上に形成された第1、第2櫛歯電極12c、12d、及び、第1、第2櫛歯電極12c、12dを覆うように絶縁膜13上に形成された下側配向膜14bを含む。   The upper substrate 10a includes an upper transparent substrate 11a, an upper solid electrode 12a formed on the upper transparent substrate 11a, and an upper alignment film 14a formed on the upper solid electrode 12a. The lower substrate 10b is formed on the lower transparent substrate 11b, the lower solid electrode 12b formed on the lower transparent substrate 11b, the insulating film 13 formed on the lower solid electrode 12b, and the insulating film 13. The lower alignment film 14b formed on the insulating film 13 so as to cover the first and second comb electrodes 12c and 12d and the first and second comb electrodes 12c and 12d is included.

上側、下側透明基板11a、11bは、たとえばガラスで形成される。上側、下側ベタ電極12a、12b、及び第1、第2櫛歯電極12c、12dは、たとえばITO等の透明導電材料で形成される。第1、第2櫛歯電極12c、12dは、それぞれ複数の櫛歯部分を備える櫛状電極である。第1、第2櫛歯電極12c、12dの櫛歯部分は、本図左右方向に沿って互い違いに配置されている。   The upper and lower transparent substrates 11a and 11b are made of glass, for example. The upper and lower solid electrodes 12a and 12b and the first and second comb electrodes 12c and 12d are formed of a transparent conductive material such as ITO, for example. The first and second comb electrodes 12c and 12d are comb electrodes each having a plurality of comb portions. The comb-tooth portions of the first and second comb-tooth electrodes 12c and 12d are alternately arranged along the horizontal direction of the figure.

液晶層15は、上側基板10aの上側配向膜14aと、下側基板10bの下側配向膜14bとの間に配置される。   The liquid crystal layer 15 is disposed between the upper alignment film 14a of the upper substrate 10a and the lower alignment film 14b of the lower substrate 10b.

上側及び下側配向膜14a、14bには、ラビングにより配向処理が施されている。上側配向膜14aと下側配向膜14bの配向処理方向は、上側及び下側基板10a、10bの法線方向から見たとき、相互に直交している。上側配向膜14aのラビング方向を第1の方向、下側配向膜14bのラビング方向を第2の方向とすると、第2の方向は上側基板10aの法線方向から見て、第1の方向を基準に、左回り方向に90°をなす方向である。上側及び下側基板10a、10bの配向処理方向とプレティルト角の組み合わせで規定される液晶層15の液晶分子の配列状態は、上側基板10aの法線方向から見て、右方向に90°捩れるユニフォームツイスト(リバースツイスト)配列となる。   The upper and lower alignment films 14a and 14b are subjected to an alignment process by rubbing. The alignment treatment directions of the upper alignment film 14a and the lower alignment film 14b are orthogonal to each other when viewed from the normal direction of the upper and lower substrates 10a and 10b. When the rubbing direction of the upper alignment film 14a is the first direction and the rubbing direction of the lower alignment film 14b is the second direction, the second direction is the first direction when viewed from the normal direction of the upper substrate 10a. The direction is 90 ° counterclockwise with respect to the reference. The alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 15 defined by the combination of the alignment processing direction and the pretilt angle of the upper and lower substrates 10a and 10b is twisted by 90 ° to the right when viewed from the normal direction of the upper substrate 10a. Uniform twist (reverse twist) arrangement.

液晶層15を形成する液晶材料にはカイラル剤が添加されている。カイラル剤の影響力のもとで生じる液晶分子の配列状態は、上側基板10aの法線方向から見て、上側基板10aから下側基板10bに向かう方向に沿って、左捩れ方向に捩れるスプレイツイスト配列となる。   A chiral agent is added to the liquid crystal material forming the liquid crystal layer 15. The alignment state of the liquid crystal molecules generated under the influence of the chiral agent is a splay that twists in the left twist direction along the direction from the upper substrate 10a to the lower substrate 10b when viewed from the normal direction of the upper substrate 10a. Twisted array.

液晶セル完成状態での液晶分子の捩れ方向は、カイラル剤による捩れ方向と同方向の左捩れ(スプレイツイスト配列)であった。   The twist direction of the liquid crystal molecules in the completed liquid crystal cell was left twist (spray twist arrangement) in the same direction as the twist direction by the chiral agent.

電源20が、上側、下側ベタ電極12a、12b、及び第1、第2櫛歯電極12c、12dに、電気的に接続されている。電源20によって、電極12a〜12dに電圧を印加することが可能である。たとえば両ベタ電極12a、12b間に、閾値電圧以上の交流電圧を印加することで、液晶分子の配列状態を、スプレイツイスト配列からユニフォームツイスト(リバースツイスト)配列に転移させることができる。   A power source 20 is electrically connected to the upper and lower solid electrodes 12a and 12b and the first and second comb electrodes 12c and 12d. A voltage can be applied to the electrodes 12a to 12d by the power source 20. For example, by applying an AC voltage equal to or higher than the threshold voltage between the solid electrodes 12a and 12b, the alignment state of the liquid crystal molecules can be transferred from the spray twist alignment to the uniform twist (reverse twist) alignment.

上側基板10a、下側基板10bの液晶層15と反対側の面には、それぞれ上側偏光板16a、下側偏光板16bが配置される。両偏光板16a、16bは、クロスニコルに、かつ、光透過軸が、上側及び下側基板10a、10bのラビング方向と平行になるように配置される。実施例による液晶表示素子は、ノーマリホワイトタイプの液晶表示素子である。   An upper polarizing plate 16a and a lower polarizing plate 16b are disposed on the surfaces of the upper substrate 10a and the lower substrate 10b opposite to the liquid crystal layer 15, respectively. Both polarizing plates 16a and 16b are arranged in a crossed Nicol manner so that the light transmission axis is parallel to the rubbing direction of the upper and lower substrates 10a and 10b. The liquid crystal display element according to the embodiment is a normally white type liquid crystal display element.

図6〜図10を参照し、実施例による液晶表示素子の構成及び製造方法について詳細に説明する。   With reference to FIGS. 6-10, the structure and manufacturing method of the liquid crystal display element by an Example are demonstrated in detail.

図6は、上側透明基板11a上に形成されるITO膜のパターンを示す概略的な平面図である。本図に示すITO膜で、たとえば画素電極(各画素において上側ベタ電極12aを形成する電極)及び当該画素電極の取り出し電極が形成される。   FIG. 6 is a schematic plan view showing a pattern of an ITO film formed on the upper transparent substrate 11a. In the ITO film shown in this figure, for example, a pixel electrode (an electrode that forms the upper solid electrode 12a in each pixel) and an extraction electrode for the pixel electrode are formed.

ITO膜パターンは、たとえば本図左右方向にITO膜がストライプ状に延在するように形成される。本図においては、画素電極を構成するITO膜に12A〜12A10の符号を付して示した。 The ITO film pattern is formed, for example, such that the ITO film extends in a stripe shape in the left-right direction in the figure. In this figure, the ITO films constituting the pixel electrodes are indicated by reference numerals 12A 1 to 12A 10 .

ITO膜のパターニングは、ITO付きガラス基板を洗浄した後、フォトリソ工程を用いて行った。ITOのエッチングは、第二塩化鉄を用いたウェットエッチングで実施した。レーザビームを照射し、ITO膜を除去することでパターニングを行ってもよい。   The ITO film was patterned using a photolithography process after washing the glass substrate with ITO. Etching of ITO was performed by wet etching using ferric chloride. Patterning may be performed by irradiating a laser beam and removing the ITO film.

図7は、下側透明基板11b上に形成されるITO膜のパターンを示す概略的な平面図である。本図に示すITO膜で、たとえば画素電極(各画素において下側ベタ電極12bを形成する電極)及び当該画素電極の取り出し電極が形成される。   FIG. 7 is a schematic plan view showing a pattern of an ITO film formed on the lower transparent substrate 11b. With the ITO film shown in this figure, for example, a pixel electrode (an electrode forming the lower solid electrode 12b in each pixel) and an extraction electrode for the pixel electrode are formed.

ITO膜パターンは、たとえば本図上下方向にITO膜がストライプ状に延在するように形成される。本図においては、画素電極を構成するITO膜の一部に12B〜12Bの符号を付して示した。なお、本図上下方向と図6の左右方向は相互に直交する方向である。 The ITO film pattern is formed, for example, such that the ITO film extends in a stripe shape in the vertical direction of the figure. In this figure, reference numerals 12B 1 to 12B 9 are attached to a part of the ITO film constituting the pixel electrode. In addition, the up-down direction of this figure and the left-right direction of FIG. 6 are directions orthogonal to each other.

ITO膜のパターニングは、図6を参照して説明したITO膜パターンの形成方法と同様の方法で行うことができる。   The ITO film can be patterned by the same method as the ITO film pattern forming method described with reference to FIG.

ITO膜をパターニングした後、ITO膜上を含む下側透明基板11b上に絶縁膜13を形成する。絶縁膜13は、たとえば取り出し電極12BT〜12BT部分(端子部分)には形成しない。本図においては、絶縁膜13を形成しない領域に斜線を付した。絶縁膜13は、取り出し電極部分等にレジストを形成し、絶縁膜成膜後にリフトオフでレジストを除去する方法、メタルマスクで取り出し電極部分等を覆った状態でスパッタにより形成する方法により形成可能である。また、絶縁膜13は、有機絶縁膜やSiO、SiN等の無機絶縁膜とすることができる。それらの組み合わせで形成してもよい。実施例においては、アクリル系有機絶縁膜とSiOの積層膜を絶縁膜13として用いた。 After patterning the ITO film, an insulating film 13 is formed on the lower transparent substrate 11b including the ITO film. The insulating film 13 is not formed on the extraction electrodes 12BT 1 to 12BT 9 (terminal portion), for example. In this figure, the region where the insulating film 13 is not formed is hatched. The insulating film 13 can be formed by a method in which a resist is formed on the extraction electrode portion and the resist is removed by lift-off after forming the insulating film, or a method in which the extraction electrode portion is covered by a metal mask and formed by sputtering. . The insulating film 13 can be an organic insulating film or an inorganic insulating film such as SiO 2 or SiN x . You may form by those combination. In the example, a laminated film of an acrylic organic insulating film and SiO 2 was used as the insulating film 13.

実施例においては、まず取り出し電極部分等に耐熱性フィルム(ポリイミドテープ)を貼り、膜厚1μmに有機絶縁膜をスピンコート(2000rpmで30秒間スピン)した。次に、有機絶縁膜がスピンコートされた下側透明基板11bを、クリーンオーブンにて220℃で1時間焼成し、その後耐熱性フィルムを貼ったままで下側透明基板11bを80℃に加熱し、SiO膜をスパッタ法(交流放電)により厚さ1000Åに成膜した。SiO膜は、真空蒸着法、イオンビーム法、CVD法等を用いて成膜することもできる。 In the examples, a heat-resistant film (polyimide tape) was first attached to the extraction electrode portion and the like, and an organic insulating film was spin-coated (spun at 2000 rpm for 30 seconds) to a thickness of 1 μm. Next, the lower transparent substrate 11b on which the organic insulating film is spin-coated is baked at 220 ° C. for 1 hour in a clean oven, and then the lower transparent substrate 11b is heated to 80 ° C. with the heat-resistant film attached. A SiO 2 film was formed to a thickness of 1000 mm by a sputtering method (AC discharge). The SiO 2 film can also be formed using a vacuum deposition method, an ion beam method, a CVD method, or the like.

ここで耐熱性フィルムを剥がすと、耐熱性フィルムの貼付箇所につき、有機絶縁膜及びSiO膜を除去することができた。続いて、SiO膜の絶縁性と透明性とを向上させるために、下側透明基板11bをクリーンオーブンにて220℃で1時間焼成した。 Here, when the heat-resistant film was peeled off, the organic insulating film and the SiO 2 film were able to be removed at the location where the heat-resistant film was applied. Subsequently, in order to improve the insulation and transparency of the SiO 2 film, the lower transparent substrate 11b was baked at 220 ° C. for 1 hour in a clean oven.

SiO膜の形成は必須ではないが、SiO膜を成膜することで絶縁膜13の絶縁性を向上させることができる。また、絶縁膜13上に形成する第1、第2櫛歯電極12c、12dの密着性及びパターニング性を向上させることが可能である。 The formation of the SiO 2 film is not essential, but the insulating property of the insulating film 13 can be improved by forming the SiO 2 film. In addition, it is possible to improve the adhesion and patterning properties of the first and second comb electrodes 12c and 12d formed on the insulating film 13.

有機絶縁膜を形成せず、絶縁膜13をSiO膜のみで構成してもよい。SiO膜は多孔質になりやすいため、この場合には、SiO膜の厚さを4000Å〜8000Åとすることが望ましい。SiO膜とSiN膜との積層からなる無機絶縁膜13とすることもできる。 Instead of forming the organic insulating film, the insulating film 13 may be composed of only the SiO 2 film. Since the SiO 2 film tends to be porous, in this case, the thickness of the SiO 2 film is desirably 4000 to 8000 mm. An inorganic insulating film 13 made of a laminate of a SiO 2 film and a SiN x film can also be used.

絶縁膜13上にITO膜を形成した。ITO膜は、下側透明基板11bを100℃に加熱し、スパッタ法(交流放電)により基板全面に成膜した。膜厚は約1200Åとした。ITO膜は、真空蒸着法、イオンビーム法、CVD法等を用いて形成することもできる。このITO膜をフォトリソ工程でパターニングし、第1櫛歯電極12c、第2櫛歯電極12d、及びそれらの電極12c、12dの取り出し電極を形成した。   An ITO film was formed on the insulating film 13. The ITO film was formed on the entire surface of the substrate by heating the lower transparent substrate 11b to 100 ° C. and sputtering (AC discharge). The film thickness was about 1200 mm. The ITO film can also be formed using a vacuum deposition method, an ion beam method, a CVD method, or the like. This ITO film was patterned by a photolithography process to form a first comb electrode 12c, a second comb electrode 12d, and extraction electrodes for these electrodes 12c and 12d.

図8は、ITO膜のエッチングに使用するフォトマスクを示す概略的な平面図である。フォトマスクは、第1櫛歯電極12c対応部分、第2櫛歯電極12d対応部分、第1櫛歯電極12cの取り出し電極対応部分、第2櫛歯電極12dの取り出し電極対応部分、及び下側ベタ電極12bの取り出し電極対応部分を含む。エッチング時、各対応部分で覆われたITO膜で、電極が形成される。なお、本願発明者らは、櫛状電極の櫛歯部分の電極幅を20μm、30μm、2つの櫛状電極の櫛歯部分を交互に配置したときの電極間隔を20μm、30μm、50μm、100μm、200μmとする複数の電極パターンで、第1櫛歯電極12c及び第2櫛歯電極12dを作製した。   FIG. 8 is a schematic plan view showing a photomask used for etching the ITO film. The photomask includes a portion corresponding to the first comb electrode 12c, a portion corresponding to the second comb electrode 12d, a portion corresponding to the extraction electrode of the first comb electrode 12c, a portion corresponding to the extraction electrode of the second comb electrode 12d, and a lower solid. A portion corresponding to the extraction electrode of the electrode 12b is included. At the time of etching, an electrode is formed with an ITO film covered with each corresponding portion. In addition, the inventors of the present invention have electrode widths of 20 μm, 30 μm, and comb electrode portions of the comb-like electrode, and electrode intervals when the comb-tooth portions of the two comb-like electrodes are alternately arranged are 20 μm, 30 μm, 50 μm, 100 μm, The 1st comb-tooth electrode 12c and the 2nd comb-tooth electrode 12d were produced with the several electrode pattern set to 200 micrometers.

以上のような工程を経て、電極付基板を2枚準備した(図1のステップS101)。2枚の電極付基板を洗浄し乾燥する(ステップS102)。水洗の場合は、純水洗浄を行う。洗剤を使用して行ってもよい。ブラシ洗浄、スプレー洗浄のいずれで洗浄することもできる。その後水切りをし、乾燥させる。水洗以外の方法として、UV洗浄、IR乾燥を実施することが可能である。   Through the steps as described above, two substrates with electrodes were prepared (step S101 in FIG. 1). The two substrates with electrodes are washed and dried (step S102). In the case of water washing, pure water washing is performed. You may carry out using a detergent. It can be cleaned by either brush cleaning or spray cleaning. Then drain and drain. As a method other than water washing, UV washing and IR drying can be performed.

2枚の電極付基板上に、ITO電極を覆うように配向膜材料を塗布した(ステップS103)。配向膜材料の塗布は、スピンコートを用いて行った。フレキソ印刷やインクジェット印刷を用いて行ってもよい。通常は垂直配向膜の形成に使用されるポリイミド配向膜材料の側鎖密度を低くし、配向膜材料として用いた。配向膜材料は、配向膜の厚さが500Å〜800Åとなるように塗布した。配向膜材料を塗布した電極付基板の仮焼成(ステップS104)、及び本焼成(ステップS105)を実施した。本焼成は160℃で1時間行った。160℃以上180℃以下の温度で行ってもよい。こうしてITO電極を覆う配向膜を形成した(ステップS103〜S105)。   On the two substrates with electrodes, an alignment film material was applied so as to cover the ITO electrodes (step S103). The alignment film material was applied by spin coating. You may perform using flexographic printing or inkjet printing. Normally, the side chain density of the polyimide alignment film material used for forming the vertical alignment film is lowered and used as the alignment film material. The alignment film material was applied so that the alignment film had a thickness of 500 to 800 mm. Temporary baking (step S104) and main baking (step S105) of the substrate with electrodes coated with the alignment film material were performed. The main baking was performed at 160 ° C. for 1 hour. You may carry out at the temperature of 160 degreeC or more and 180 degrees C or less. Thus, an alignment film covering the ITO electrode was formed (steps S103 to S105).

図9は、下側基板10bに形成される下側配向膜14bの形成領域の一部を示す概略的な平面図である。下側配向膜14bは、たとえば第1、第2櫛歯電極12c、12dが配置され、画素が画定される領域に形成される。本図には、下側配向膜14bの形成領域として左上の部分のみを示したが、その他の櫛歯電極12c、12d配置領域についても同様である。   FIG. 9 is a schematic plan view showing a part of a formation region of the lower alignment film 14b formed on the lower substrate 10b. The lower alignment film 14b is formed, for example, in a region where the first and second comb electrodes 12c and 12d are arranged and pixels are defined. In this figure, only the upper left portion is shown as the formation region of the lower alignment film 14b, but the same applies to the other regions where the comb electrodes 12c and 12d are arranged.

次に、ラビング処理(配向処理)を行った(ステップS106)。ラビング処理は、押し込み量を0.8mmとして行った。また、液晶表示素子のツイスト角が90°となるように実施した。   Next, a rubbing process (orientation process) was performed (step S106). The rubbing treatment was performed with the indentation amount being 0.8 mm. Moreover, it implemented so that the twist angle of a liquid crystal display element might be set to 90 degrees.

セル厚を4μmとするため、一方の基板面上に、粒径4μmのギャップコントロール材を散布した(ステップS107)。セル厚を3μm以上5μm以下とするため、粒径3μm以上5μm以下のギャップコントロール材を散布することも可能である。他方の基板面上にはシール材を印刷し、メインシールパターンを形成した(ステップS108)。2枚の基板を所定の位置で重ね合わせて(ステップS109)、シール材を硬化させた。   In order to set the cell thickness to 4 μm, a gap control material having a particle size of 4 μm was sprayed on one substrate surface (step S107). In order to set the cell thickness to 3 μm or more and 5 μm or less, it is possible to spray a gap control material having a particle size of 3 μm or more and 5 μm or less. A sealant was printed on the other substrate surface to form a main seal pattern (step S108). The two substrates were overlapped at a predetermined position (step S109), and the sealing material was cured.

2枚の基板を重ね合わせは、液晶分子の配列が、上側基板法線方向から見て、右方向に90°捩れるユニフォームツイスト(リバースツイスト)配列となるように、上側配向膜14aのラビング方向を第1の方向、下側配向膜14bのラビング方向を第2の方向としたとき、第2の方向が上側基板10aの法線方向から見て、第1の方向を基準に、左回り方向に90°をなす方向となるように行った。なお、ツイスト角は90°以上100°以下とすることができる。   When the two substrates are stacked, the rubbing direction of the upper alignment film 14a is such that the alignment of the liquid crystal molecules is a uniform twist (reverse twist) alignment that is twisted by 90 ° to the right as viewed from the normal direction of the upper substrate. Is the first direction, and the rubbing direction of the lower alignment film 14b is the second direction, the second direction is viewed from the normal direction of the upper substrate 10a, and the counterclockwise direction is based on the first direction. The direction was 90 °. The twist angle can be 90 ° or more and 100 ° or less.

真空注入法でネマチック液晶を注入した(ステップS110)。液晶材料には(株)メルク製のZLI2293を用いた。液晶中にはカイラル剤を添加した。カイラル剤には(株)メルク製のCB15を使用した。カイラル剤の添加量は、カイラルピッチをp、液晶層の厚さをdとしたとき、d/pが0.16となるように調整した。0.04を超え0.25未満とすることができる。   Nematic liquid crystal was injected by a vacuum injection method (step S110). ZLI2293 manufactured by Merck Co., Ltd. was used as the liquid crystal material. A chiral agent was added to the liquid crystal. CB15 manufactured by Merck & Co., Inc. was used as the chiral agent. The addition amount of the chiral agent was adjusted so that d / p was 0.16, where p was the chiral pitch and d was the thickness of the liquid crystal layer. It can be more than 0.04 and less than 0.25.

液晶注入口を、紫外線硬化タイプのエンドシール材で封止し(ステップS111)、液晶分子の配向を整えるため、液晶の相転移温度以上にセルを加熱した(ステップS112)。その後、スクライバ装置で透明基板につけた傷に沿ってブレイキングし、個別のセルに小割した。小割されたセルに対し、面取り(ステップS113)と洗浄(ステップS114)を実施した。   The liquid crystal injection port was sealed with an ultraviolet curing type end seal material (step S111), and the cell was heated to a temperature higher than the phase transition temperature of the liquid crystal in order to adjust the alignment of the liquid crystal molecules (step S112). Then, it broke along the crack | wound attached to the transparent substrate with the scriber apparatus, and subdivided into the individual cell. Chamfering (step S113) and cleaning (step S114) were performed on the subdivided cells.

最後に、2枚の基板の液晶層と反対側の面に、偏光板を貼付した(ステップS115)。2枚の偏光板はクロスニコルに、かつ透過軸の方向とラビング方向とが平行となるように配置した。直交するように配置することもできる。両基板のITO電極(上側、下側ベタ電極12a、12b、及び第1、第2櫛歯電極12c、12d)には電源を接続した。   Finally, a polarizing plate was attached to the surface opposite to the liquid crystal layer of the two substrates (step S115). The two polarizing plates were arranged in crossed Nicols so that the direction of the transmission axis was parallel to the rubbing direction. It can also be arranged so as to be orthogonal. A power source was connected to the ITO electrodes (upper and lower solid electrodes 12a and 12b and first and second comb electrodes 12c and 12d) of both substrates.

図10は、実施例による液晶表示素子の構造を示す概略的な平面図である。図10には、図6〜図9に表した構造をすべて重ね合わせて示してある。左右方向に延在する横電極と、上下方向に延在する縦電極とで一つの画素が画定される。本図においては、横電極に12A〜12A10の符号を付して示し、縦電極の一部に12B〜12Bの符号を付して示した。矢印で示したのは、横電極12Aと縦電極12Bとが基板法線方向から見て重なる領域に画定される画素である。この画素における横電極12Aは、図5の上側ベタ電極12aに相当し、縦電極12Bは下側ベタ電極12bに相当する。 FIG. 10 is a schematic plan view showing the structure of the liquid crystal display device according to the embodiment. FIG. 10 shows all the structures shown in FIGS. One pixel is defined by a horizontal electrode extending in the left-right direction and a vertical electrode extending in the vertical direction. In the figure, indicated by reference numeral of 12A 1 ~12A 10 next electrode, shown in a part of the vertical electrodes are denoted by the sign of the 12B 1 ~12B 9. The arrows indicate pixels defined in a region where the horizontal electrode 12A 9 and the vertical electrode 12B 8 overlap when viewed from the substrate normal direction. Horizontal electrode 12A 9 in the pixel corresponds to the upper solid electrode 12a of FIG. 5, the vertical electrode 12B 8 corresponds to the lower solid electrode 12b.

図11(A)〜(C)は、実施例による液晶表示素子の外観写真であり、図11(D)〜(F)は、電圧印加時の電界方向を示す概略的な断面図である。なお、本図(A)〜(C)に示すのは、第1、第2櫛歯電極12c、12dの櫛歯部分の電極幅を20μm、両櫛歯電極12c、12dの櫛歯部分を交互に配置したときの電極間隔を20μmとして作製した液晶表示素子の、櫛歯電極12c、12d形成領域の外観写真である。   FIGS. 11A to 11C are external appearance photographs of the liquid crystal display element according to the example, and FIGS. 11D to 11F are schematic cross-sectional views showing the electric field direction when a voltage is applied. Note that FIGS. (A) to (C) show that the electrode widths of the comb teeth of the first and second comb electrodes 12c and 12d are 20 μm, and the comb teeth of both the comb electrodes 12c and 12d are alternately arranged. 2 is a photograph of the appearance of a region where comb electrodes 12c and 12d are formed in a liquid crystal display device manufactured with an electrode spacing of 20 μm when arranged in a.

図11(A)に、液晶表示素子が完成した状態(初期状態)の外観写真を示す。初期状態においては、液晶分子はスプレイツイスト配列状態となる。   FIG. 11A shows an appearance photograph of the liquid crystal display element in a completed state (initial state). In the initial state, the liquid crystal molecules are in a spray twist alignment state.

この状態において、図11(D)に示すように、上側ベタ電極12aと下側ベタ電極12bとの間に電圧を印加した。両電極12a、12bへの電圧の印加により、液晶層には縦電界(液晶層の厚さ方向の電界)が生じる。   In this state, as shown in FIG. 11D, a voltage was applied between the upper solid electrode 12a and the lower solid electrode 12b. By applying a voltage to both electrodes 12a and 12b, a vertical electric field (electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer) is generated in the liquid crystal layer.

図11(B)は、電極12a、12bに電圧を印加した後の外観写真である。全体がスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移したことがわかる。逆にこのことから両電極12a、12bへの電圧の印加で、液晶層に縦電界が発生することが確認される。   FIG. 11B is an appearance photograph after voltage is applied to the electrodes 12a and 12b. It can be seen that the whole has transitioned from the spray twist arrangement state to the reverse twist arrangement state. Conversely, this confirms that a vertical electric field is generated in the liquid crystal layer when a voltage is applied to both electrodes 12a and 12b.

次に、図11(E)に示すように、第1櫛歯電極12cと第2櫛歯電極12dとの間に電圧を印加した。両電極12c、12dへの電圧の印加により、液晶層には横電界(液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界、基板面内方向の電界)が生じる。なお、第1、第2櫛歯電極12c、12dへの電圧の印加により、液晶層に横電界を生じさせて、液晶表示素子を駆動する駆動モードをIPSモード(in-plane switching mode)と呼ぶ。   Next, as shown in FIG. 11E, a voltage was applied between the first comb electrode 12c and the second comb electrode 12d. By applying a voltage to both electrodes 12c and 12d, a lateral electric field (an electric field in a direction orthogonal to the thickness direction of the liquid crystal layer, an electric field in the substrate plane) is generated in the liquid crystal layer. A driving mode for driving the liquid crystal display element by generating a lateral electric field in the liquid crystal layer by applying a voltage to the first and second comb electrodes 12c and 12d is called an IPS mode (in-plane switching mode). .

図11(B)に示す状態の液晶表示素子をIPSモードで駆動したところ、初期状態と同様の状態(スプレイツイスト配列状態)に再遷移したことが確認された。   When the liquid crystal display element in the state shown in FIG. 11B was driven in the IPS mode, it was confirmed that the liquid crystal display element re-transitioned to the same state (spray twist arrangement state) as the initial state.

更に、図11(F)に示すように、下側ベタ電極12b、第1櫛歯電極12c、第2櫛歯電極12dに電圧を印加した。電極12b、12c、12dへの電圧の印加によっても、液晶層には横電界が生じる。なお、電極12b、12c、12dへの電圧の印加により、液晶層に横電界を生じさせて、液晶表示素子を駆動する駆動モードをFFSモード(fringe field switching mode)と呼ぶ。   Further, as shown in FIG. 11F, a voltage was applied to the lower solid electrode 12b, the first comb electrode 12c, and the second comb electrode 12d. A lateral electric field is also generated in the liquid crystal layer by applying a voltage to the electrodes 12b, 12c, and 12d. Note that a driving mode in which a liquid crystal layer is driven by applying a voltage to the electrodes 12b, 12c, and 12d to drive the liquid crystal display element is called an FFS mode (fringe field switching mode).

図11(C)は、図11(B)に示す状態の液晶表示素子をFFSモードで駆動した後の外観写真である。全面が初期状態と同様の状態(スプレイツイスト配列状態)に再遷移していることがわかる。   FIG. 11C is an appearance photograph after the liquid crystal display element in the state shown in FIG. 11B is driven in the FFS mode. It can be seen that the entire surface re-transitions to the same state (spray twist arrangement state) as the initial state.

本願発明者らの観察の結果、IPSモードで駆動した場合には、全面がスプレイツイスト配列状態に遷移するのではなく、櫛歯電極のパターンに対応したストライプ状にスプレイツイスト配列状態に遷移した。IPSモードにおいては、櫛歯電極12c、12d間にのみ横電界が生じるためと考えられる。これに対し、FFSモードで駆動した場合に、全面がスプレイツイスト配列状態に遷移したのは、FFSモードにおいては、櫛歯電極12c、12d上にも横電界が生じるためと考えられる。実施例による液晶表示素子は、スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態とをスイッチング可能な液晶表示素子である。縦電界の印加により、前者を後者に遷移させることができる。また、横電界の印加により、後者を前者に遷移させることができる。なお、横電界の印加に関しては、開口率、光透過率、コントラスト比等の点から、IPSモードよりFFSモードでの駆動が好ましい。   As a result of observation by the inventors of the present application, when driven in the IPS mode, the entire surface did not change to the spray twist arrangement state, but changed to the spray twist arrangement state in a stripe shape corresponding to the pattern of the comb electrode. In the IPS mode, it is considered that a lateral electric field is generated only between the comb electrodes 12c and 12d. On the other hand, when driven in the FFS mode, the entire surface transitions to the spray twist arrangement state because the lateral electric field is also generated on the comb-tooth electrodes 12c and 12d in the FFS mode. The liquid crystal display element according to the embodiment is a liquid crystal display element capable of switching between a spray twist arrangement state and a reverse twist arrangement state. By applying a vertical electric field, the former can be changed to the latter. Moreover, the latter can be changed to the former by application of a transverse electric field. Regarding application of the lateral electric field, driving in the FFS mode is preferable to the IPS mode in terms of aperture ratio, light transmittance, contrast ratio, and the like.

液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子が、縦電界の付加により、横方向から縦方向に傾くことで、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態へのスイッチングが行われるものと考えられる。また、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子が、横電界の付加により、縦方向から横方向に傾くことで、リバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態へのスイッチングが行われるものと考えられる。   The liquid crystal molecules near the center in the thickness direction of the liquid crystal layer are considered to be switched from the spray twist alignment state to the reverse twist alignment state by tilting from the horizontal direction to the vertical direction by applying a vertical electric field. In addition, the liquid crystal molecules near the center in the thickness direction of the liquid crystal layer are considered to be switched from the reverse twist alignment state to the spray twist alignment state by tilting from the vertical direction to the horizontal direction due to the addition of a horizontal electric field. It is done.

実施例による液晶表示素子は、付加する電界の方向により、スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態とが相互に遷移し、かつ、各々の状態が安定的に保持される液晶表示素子である。実施例による液晶表示素子においては、たとえばメモリ性を利用した表示が可能である。   The liquid crystal display element according to the embodiment is a liquid crystal display element in which a spray twist arrangement state and a reverse twist arrangement state are shifted to each other depending on the direction of an applied electric field, and each state is stably maintained. In the liquid crystal display element according to the embodiment, for example, display utilizing memory property is possible.

白表示したい画素は、スプレイツイスト配列状態とし、黒表示したい画素は、リバースツイスト配列状態とする。少なくとも白表示から黒表示に変えたい画素には縦電界を加える。黒表示を維持したい画素にも、縦電界を加えてもよい。逆に、少なくとも黒表示から白表示に変えたい画素には横電界を加える。白表示を維持したい画素にも、横電界を加えてもよい。   Pixels that are to be displayed in white are in a spray twist arrangement state, and pixels that are to be displayed in black are in a reverse twist arrangement state. A vertical electric field is applied to at least a pixel to be changed from white display to black display. A vertical electric field may be applied to a pixel for which black display is to be maintained. On the contrary, a horizontal electric field is applied to at least a pixel to be changed from black display to white display. A lateral electric field may be applied to a pixel for which white display is to be maintained.

表示の書き換えは、たとえばラインごとに行うことができる。一例として、図10において、縦電極12B〜12Bのうちの1本、たとえば縦電極12Bに、配列状態の遷移が生じない程度の矩形波(たとえば150Hz、5V程度)を印加する。これとともに、横電極12A〜12A10または第1、第2櫛歯電極に、縦電極12Bに印加する電圧と同期したもしくは半周期ずれた矩形波(たとえば150Hz、5V程度)を印加する。 The display can be rewritten, for example, for each line. As an example, in FIG. 10, one of the vertical electrode 12B 1 ~12B 9, for example, the vertical electrodes 12B 1, applies a rectangular wave of a degree that transition arrangement state does not occur (e.g. 150 Hz, about 5V). Along with this, the lateral electrode 12A 6 ~12A 10 or the first and second comb electrodes, is applied to the longitudinal electrodes 12B 1 voltage synchronized with or half cycle shifted square wave (e.g. 150 Hz, about 5V) is applied to.

縦電極12Bに加えた波形と同期した波形を加えた画素においては、実効的に電圧が印加されていない状態となるため表示は変化せず、縦電極12Bに加えた波形と半周期ずれた波形を加えた画素においては、実効的には10V程度の電圧が印加される状態となるため、飽和電圧以上の電圧となり、白表示と黒表示との間を相互に変化させ得る。 In the pixel plus vertical electrode 12B waveform synchronized with waveforms added to 1, the display for a state of effectively voltage is not applied is not changed, the waveform and the half period shift made to the vertical electrodes 12B 1 In the pixel to which the waveform is added, since a voltage of about 10 V is effectively applied, the voltage becomes equal to or higher than the saturation voltage and can be changed between white display and black display.

たとえば白表示したい画素には、第1、第2櫛歯電極に半周期ずれた矩形波を印加し、横電極12A〜12A10には電圧を印加しない。黒表示したい画素には、横電極12A〜12A10に半周期ずれた矩形波を印加し、第1、第2櫛歯電極には電圧を印加しない。 For example, a rectangular wave shifted by a half cycle is applied to the first and second comb electrodes and no voltage is applied to the horizontal electrodes 12A 6 to 12A 10 to the pixels that are desired to be displayed in white. The pixel to be black display, a square wave shifted by a half period in the horizontal electrode 12A 6 ~12A 10 is applied, first, no voltage is applied to the second comb electrodes.

縦電極12Bの後、縦電極12B〜12Bに対しても矩形波を印加し、同様に駆動することで、マトリクス表示が可能となる。書き換えられた表示は半永久的に保持することが可能である。 After the vertical electrodes 12B 1, also by applying a rectangular wave with respect to the longitudinal electrodes 12B 2 ~12B 9, by driving in the same manner, a matrix display can be performed. The rewritten display can be held semipermanently.

実施例による液晶表示素子は、たとえば上述の線順次書き換え法(線順次駆動)等の、メモリ性を利用した駆動方法で駆動することができる。表示の書き換え時以外は電力を消費しない、超低消費電力駆動が可能である。特に反射型ディスプレイに適用した場合、メリットは大きい。また、高価なTFT等を用いることなく、単純マトリクス表示により、大容量のドットマトリクス表示を行うことができる。すなわち、低コストで大容量の表示を行うことが可能である。更に、実施例による液晶表示素子は、たとえば図1及び図6〜図10を参照して説明した製造方法で、安価に製造することができる。   The liquid crystal display element according to the embodiment can be driven by a driving method using memory characteristics such as the above-described line-sequential rewriting method (line-sequential driving). Ultra-low power consumption driving is possible that does not consume power except during display rewriting. Particularly when applied to a reflective display, the merit is great. Further, large-capacity dot matrix display can be performed by simple matrix display without using expensive TFTs or the like. That is, a large-capacity display can be performed at low cost. Furthermore, the liquid crystal display element according to the embodiment can be manufactured at low cost by the manufacturing method described with reference to FIGS. 1 and 6 to 10, for example.

図12(A)〜(D)は、実施例による液晶表示素子、及び他の好ましい条件で作製した液晶表示素子の電圧−光透過率特性を示すグラフである。各グラフの横軸は、印加電圧を単位「V」で示し、縦軸は光透過率を単位「%」で示す。実線で示す曲線はリバースツイスト配列状態(図中には「遷移後」と表示)における電圧−光透過率特性を表し、破線で示す曲線はスプレイツイスト配列状態(図中には「遷移前」と表示)におけるそれを表す。図示するのは、それぞれの配列状態において、上側、下側ベタ電極12a、12b間に電圧を印加し、縦電界を生じさせた場合の電気光学特性である。なお、「遷移前」、「遷移後」の前に付した数字は、図12(A)〜(C)においてはd/pの値、図12(D)においてはセル厚を表す。また、測定には(株)大塚電子製の液晶素子電気光学特性測定装置であるLCD5200を使用した。   12A to 12D are graphs showing voltage-light transmittance characteristics of the liquid crystal display elements according to the examples and liquid crystal display elements manufactured under other preferable conditions. The horizontal axis of each graph indicates the applied voltage in the unit “V”, and the vertical axis indicates the light transmittance in the unit “%”. A curve indicated by a solid line represents a voltage-light transmittance characteristic in a reverse twist arrangement state (indicated as “after transition” in the figure), and a curve indicated by a broken line represents a spray twist arrangement state (in the figure as “before transition”). It represents that in the display. Shown are electro-optical characteristics when a voltage is applied between the upper and lower solid electrodes 12a and 12b to generate a longitudinal electric field in each arrangement state. The numbers given before “before transition” and “after transition” represent the value of d / p in FIGS. 12A to 12C and the cell thickness in FIG. 12D. Moreover, LCD5200 which is a liquid crystal element electro-optical characteristic measuring apparatus made from Otsuka Electronics Co., Ltd. was used for the measurement.

図12(A)に、図4(A)の条件Aで作製した液晶表示素子(実施例による液晶表示素子)の電気光学特性を示す。電圧無印加時の両配列状態の光透過率が大きく異なっており、高コントラスト比の表示が可能であることがわかる。実施例による液晶表示素子は、コントラスト比が高く、かつ、白表示状態と黒表示状態とがともに安定的である高品質の表示を簡便に実現できる液晶表示素子である。黒表示が暗く、はっきりとした表示を行いやすい。   FIG. 12A shows the electro-optical characteristics of the liquid crystal display element (liquid crystal display element according to the example) manufactured under the condition A in FIG. It can be seen that the light transmittances of the two arrangement states when no voltage is applied are greatly different, and display with a high contrast ratio is possible. The liquid crystal display element according to the embodiment is a liquid crystal display element that can easily realize a high-quality display having a high contrast ratio and stable in both the white display state and the black display state. The black display is dark and easy to display clearly.

図12(B)に、図4(A)の条件Bで作製した液晶表示素子の電気光学特性を示す。図12(A)に示す例にはやや劣るものの、やはり電圧無印加時の両配列状態の光透過率が大きく異なり、高コントラスト比、高品質の表示が可能である。なお、図12(A)に示す電気光学特性と図12(B)に示すそれとでは、光透過率のd/pに対する依存性の傾向が逆になっている。この原因の詳細は不明であるが、作製条件によって最適な電気光学特性を得るためのd/pの傾向が異なることがわかる。   FIG. 12B shows electro-optical characteristics of the liquid crystal display element manufactured under the condition B in FIG. Although slightly inferior to the example shown in FIG. 12A, the light transmittance in both arrangement states when no voltage is applied is greatly different, and display with a high contrast ratio and high quality is possible. Note that the tendency of the dependence of light transmittance on d / p is reversed between the electro-optical characteristics shown in FIG. 12A and that shown in FIG. Although the details of the cause are unknown, it can be seen that the d / p tendency for obtaining optimum electro-optical characteristics varies depending on the manufacturing conditions.

図12(C)は、図4(A)の条件Dで作製した液晶表示素子の電気光学特性である。図12(A)に示す例と大きくは相違せず、高コントラスト比、高品質の表示が可能である。また、図12(C)に示す例では、光透過率のd/pに対する依存性が小さく、d/pに対して安定していることがわかる。   FIG. 12C shows electro-optical characteristics of the liquid crystal display element manufactured under Condition D in FIG. It is not significantly different from the example shown in FIG. 12A, and high contrast ratio and high quality display is possible. In the example shown in FIG. 12C, it can be seen that the dependency of the light transmittance on d / p is small and stable with respect to d / p.

図12(D)に、セル厚による電気光学特性の相違を示す。セル厚を3μm、4μm、5μmのいずれとしたときも、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時、比較的暗い黒表示が得られることがわかる。液晶材料を最適化することで、どのセル厚でも比較的明るい光透過率と、高いコントラスト比とを両立できると考えられる。   FIG. 12D shows the difference in electro-optical characteristics depending on the cell thickness. It can be seen that when the cell thickness is 3 μm, 4 μm, or 5 μm, a relatively dark black display is obtained when no voltage is applied in the reverse twist arrangement state. By optimizing the liquid crystal material, it is considered that a relatively bright light transmittance and a high contrast ratio can be achieved at any cell thickness.

図13(A)及び(B)は、実施例による液晶表示素子の視角−コントラスト特性を示すグラフである。両グラフにおいて、横軸は最良視認方向における視角(極角、基板法線方向からの傾き角)を単位「°」で表す。リバースツイスト配列状態において、液晶層厚さ方向の中央の液晶分子が立ち上がっている方向が最良視認方向となる。また縦軸は、コントラスト比を表す。コントラスト比は、スプレイツイスト配列状態(白表示)での光透過率を、リバースツイスト配列状態(黒表示)での光透過率で除した値である。   13A and 13B are graphs showing viewing angle-contrast characteristics of the liquid crystal display elements according to the examples. In both graphs, the horizontal axis represents the viewing angle (polar angle, tilt angle from the substrate normal direction) in the best viewing direction in the unit of “°”. In the reverse twist alignment state, the direction in which the liquid crystal molecules at the center in the liquid crystal layer thickness direction rises is the best viewing direction. The vertical axis represents the contrast ratio. The contrast ratio is a value obtained by dividing the light transmittance in the spray twist arrangement state (white display) by the light transmittance in the reverse twist arrangement state (black display).

図13(A)に示すように、実施例による液晶表示素子においては、約40°の視角(極角)において、16以上のコントラスト比が得られている。   As shown in FIG. 13A, in the liquid crystal display element according to the example, a contrast ratio of 16 or more is obtained at a viewing angle (polar angle) of about 40 °.

図13(B)には、実施例による液晶表示素子の視角−コントラスト特性(実線)とともに、たとえば図3(C)に表示外観を示した、従来の液晶表示素子の視角−コントラスト特性(破線)を示す。図示されるように、従来の液晶表示素子においては、視角(極角)によらず、コントラスト比は1前後である。また、従来の液晶表示素子のコントラスト比の最大値は1.09であった。実施例による液晶表示素子は、広い視角範囲において、高コントラスト比が実現された、表示品質の高い液晶表示素子であることがわかる。   FIG. 13B shows the viewing angle-contrast characteristics (solid line) of the liquid crystal display element according to the embodiment, and the viewing angle-contrast characteristics (broken line) of the conventional liquid crystal display element whose display appearance is shown in FIG. Indicates. As shown in the figure, the conventional liquid crystal display element has a contrast ratio of about 1 regardless of the viewing angle (polar angle). The maximum value of the contrast ratio of the conventional liquid crystal display element was 1.09. It can be seen that the liquid crystal display element according to the example is a liquid crystal display element with high display quality in which a high contrast ratio is realized in a wide viewing angle range.

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。     As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not limited to these.

たとえば、実施例においては、偏光板をクロスニコルに配置しノーマリホワイト表示の液晶表示素子としたが、偏光板を平行ニコルに配置しノーマリブラック表示の液晶表示素子としてもよい。ただノーマリホワイトとした方が高コントラスト比での表示を実現しやすいであろう。ノーマリホワイト表示の場合、良好な黒表示を得るためには、上側及び下側偏光板16a、16bの透過軸方向のなす角度は、90°付近であることが望ましい。   For example, in the embodiments, the polarizing plates are arranged in crossed Nicols to obtain a normally white display liquid crystal display element, but the polarizing plates may be arranged in parallel Nicols to form a normally black display liquid crystal display element. However, it would be easier to achieve a display with a high contrast ratio if it is normally white. In the case of normally white display, in order to obtain good black display, the angle formed by the transmission axis directions of the upper and lower polarizing plates 16a and 16b is preferably about 90 °.

なお、実施例においては上側及び下側偏光板16a、16bとして光透過率が比較的低いタイプを使用したため、たとえば図12(A)に示すように白表示(スプレイツイスト配列状態)の光透過率が15%〜20%程度となっているが、光透過率が比較的高いタイプを使用すると、白表示の光透過率をたとえば25%〜30%程度とすることが可能であろう。   In the embodiment, since the upper and lower polarizing plates 16a and 16b are of a type having a relatively low light transmittance, for example, as shown in FIG. 12A, the light transmittance of white display (spray twist arrangement state). However, if a type having a relatively high light transmittance is used, the light transmittance for white display can be set to, for example, about 25% to 30%.

また、実施例においてはツイスト角を90°としたが、その他の角度とすることもできる。その場合、白表示での明るさを明るくするために、液晶層内のリターデーション値を調整する必要があろう。   In the embodiment, the twist angle is 90 °, but other angles may be used. In that case, it is necessary to adjust the retardation value in the liquid crystal layer in order to increase the brightness in white display.

更に、実施例においては下側基板10bにのみ、横電界を生じさせる電極を形成したが、下側基板10bだけでなく、上側基板10aにも形成することができる。横電界を生じさせる電極は、上側基板10a、下側基板10bのうちの少なくとも一方に形成すればよい。   Furthermore, in the embodiment, an electrode for generating a lateral electric field is formed only on the lower substrate 10b, but it can be formed not only on the lower substrate 10b but also on the upper substrate 10a. The electrode that generates the lateral electric field may be formed on at least one of the upper substrate 10a and the lower substrate 10b.

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。     It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.

液晶表示素子全般、たとえば単純マトリクス駆動を行う液晶表示素子全般に利用することができる。また、低消費電力、広い視角特性、低価格等が求められる液晶表示素子に利用可能である。   It can be used for all liquid crystal display elements, for example, all liquid crystal display elements that perform simple matrix driving. Further, it can be used for a liquid crystal display element that requires low power consumption, wide viewing angle characteristics, low price, and the like.

メモリ性を有する点からは、たとえば省電力で頻繁な書き換えを必要としない情報機器(パーソナルコンピュータ、携帯情報端末等)の表示面等、反射型、透過型、投射型のディスプレイに好ましく適用可能である。また、磁気記録ないし電気記録されたカードの情報表示面、児童用玩具、電子ペーパー等に利用することができる。   From the point of having memory properties, it can be preferably applied to reflective, transmissive, and projection displays, such as the display surface of information equipment (personal computer, portable information terminal, etc.) that does not require frequent rewriting, for example, with low power consumption. is there. Further, it can be used for information display surfaces of magnetically recorded or electrically recorded cards, toys for children, electronic paper, and the like.

10a 上側基板
10b 下側基板
11a 上側透明基板
11b 下側透明基板
12a 上側ベタ電極
12b 下側ベタ電極
12c 第1櫛歯電極
12d 第2櫛歯電極
13 絶縁膜
14a 上側配向膜
14b 下側配向膜
15 液晶層
16a 上側偏光板
16b 下側偏光板
20 電源
10a Upper substrate 10b Lower substrate 11a Upper transparent substrate 11b Lower transparent substrate 12a Upper solid electrode 12b Lower solid electrode 12c First comb electrode 12d Second comb electrode 13 Insulating film 14a Upper alignment film 14b Lower alignment film 15 Liquid crystal layer 16a Upper polarizing plate 16b Lower polarizing plate 20 Power supply

Claims (14)

第1の電極を備え、配向処理された第1の基板と、
前記第1の基板と平行に対向配置され、第2の電極を備え、配向処理された第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層と
を有し、
前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が前記配向処理により捩れる旋回方向を第1旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第1旋回方向とは反対の第2旋回方向への旋回性を与え、
前記第1の基板と前記第2の基板とは、20°以上45°以下のプレティルト角が発現するように配向処理され、
前記液晶層には、前記第1の電極と前記第2の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第2旋回方向から前記第1旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能であり、
前記第1の基板、前記第2の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第1旋回方向から前記第2旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能な電極が形成されている液晶表示素子。
A first substrate comprising a first electrode and subjected to orientation treatment;
A second substrate disposed in parallel and opposite to the first substrate, provided with a second electrode, and subjected to an orientation treatment;
A liquid crystal layer that is disposed between the first substrate and the second substrate, includes a chiral agent, and has a twist alignment;
In the case where the liquid crystal layer does not contain the chiral agent, when the swirl direction in which the liquid crystal molecules are twisted by the alignment treatment is defined as the first swirl direction, the chiral agent is added to the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer. Giving a turnability in the second turning direction opposite to the direction,
The first substrate and the second substrate are subjected to an orientation treatment so that a pretilt angle of 20 ° to 45 ° is expressed,
In the liquid crystal layer, by applying a voltage to the first electrode and the second electrode, an electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer is generated , and the direction in which the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are twisted is changed. It is possible to display by switching from the second turning direction to the first turning direction ,
At least one of the first substrate and the second substrate is caused to generate an electric field in a direction perpendicular to the thickness direction of the liquid crystal layer by applying a voltage, so that the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer are twisted. The liquid crystal display element in which the electrode which can be switched and displayed from the said 1st turning direction to the said 2nd turning direction is formed.
前記第2の基板は、
透明基板と、
前記透明基板上に形成された前記第2の電極と、
前記第2の電極上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された、第1及び第2の櫛歯電極であって、櫛歯部分が交互に配置されている第1及び第2の櫛歯電極と、
前記第1及び第2の櫛歯電極を覆うように前記絶縁膜上に形成された配向膜と
を含む請求項1に記載の液晶表示素子。
The second substrate is
A transparent substrate;
The second electrode formed on the transparent substrate;
An insulating film formed on the second electrode;
First and second comb electrodes formed on the insulating film, wherein the comb teeth portions are alternately arranged; and
The liquid crystal display element according to claim 1, further comprising an alignment film formed on the insulating film so as to cover the first and second comb electrodes.
前記第1の基板と前記第2の基板とは、31°以上37°以下のプレティルト角が発現するように配向処理されている請求項1または2に記載の液晶表示素子。   The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the first substrate and the second substrate are aligned so that a pretilt angle of 31 ° to 37 ° is developed. 前記第1の基板の配向処理方向と、前記第2の基板の配向処理方向とのなす角が、前記第1及び第2の基板の法線方向から見たとき、90°以上100°以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の液晶表示素子。   The angle formed between the alignment treatment direction of the first substrate and the alignment treatment direction of the second substrate is 90 ° or more and 100 ° or less when viewed from the normal direction of the first and second substrates. The liquid crystal display element according to claim 1. 前記第1の基板の配向処理方向と、前記第2の基板の配向処理方向とのなす角が、前記第1及び第2の基板の法線方向から見たとき、90°である請求項4に記載の液晶表示素子。   The angle formed by the alignment treatment direction of the first substrate and the alignment treatment direction of the second substrate is 90 ° when viewed from the normal direction of the first and second substrates. A liquid crystal display element according to 1. 前記液晶層への前記カイラル剤の添加量は、カイラルピッチをp、前記液晶層の厚さをdとするとき、d/pが0.04を超え0.25未満となるように調整されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の液晶表示素子。   The amount of the chiral agent added to the liquid crystal layer is adjusted so that d / p is more than 0.04 and less than 0.25 when the chiral pitch is p and the thickness of the liquid crystal layer is d. The liquid crystal display element according to claim 1. 前記液晶層の厚さが3μm以上5μm以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載の液晶表示素子。   The liquid crystal display element according to claim 1, wherein a thickness of the liquid crystal layer is 3 μm or more and 5 μm or less. 第1の電極を備え、配向処理された第1の基板と、前記第1の基板と平行に対向配置され、第2の電極を備え、配向処理された第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が前記配向処理により捩れる旋回方向を第1旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第1旋回方向とは反対の第2旋回方向への旋回性を与え、前記第1の基板と前記第2の基板とは、20°以上45°以下のプレティルト角が発現するように配向処理され、前記液晶層には、前記第1の電極と前記第2の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第2旋回方向から前記第1旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能であり、前記第1の基板、前記第2の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第1旋回方向から前記第2旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能な電極が形成されている液晶表示素子の製造方法であって、
前記第1の基板及び第2の基板において配向処理が行われる配向膜を160℃以上180℃以下の焼成温度で形成することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
A first substrate having a first electrode and subjected to an alignment treatment; a second substrate having a second electrode and being subjected to an alignment treatment; disposed opposite to and parallel to the first substrate; and the first substrate is disposed between the substrate and the second substrate includes a chiral agent, and a liquid crystal layer of twist orientation, when the liquid crystal layer did not contain the chiral agent, the liquid crystal molecules by the alignment treatment When the twisting turning direction is the first turning direction, the chiral agent gives the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer a turning property in the second turning direction opposite to the first turning direction, and the first substrate. And the second substrate are subjected to an alignment treatment so that a pretilt angle of 20 ° to 45 ° is developed, and a voltage is applied to the liquid crystal layer between the first electrode and the second electrode. Thus, an electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer is generated , and the liquid crystal component of the liquid crystal layer is It is possible to display by switching the direction in which the child is twisted from the second turning direction to the first turning direction, and voltage is applied to at least one of the first substrate and the second substrate. To generate an electric field in a direction perpendicular to the thickness direction of the liquid crystal layer, and to switch the direction in which the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are twisted from the first turning direction to the second turning direction, thereby performing display. A method of manufacturing a liquid crystal display element in which possible electrodes are formed,
A method for manufacturing a liquid crystal display element, comprising forming an alignment film on which alignment treatment is performed on the first substrate and the second substrate at a baking temperature of 160 ° C. to 180 ° C.
前記液晶層を、前記カイラル剤のカイラルピッチをp、前記液晶層の厚さをdとするとき、d/pが0.04を超え0.25未満となるように前記カイラル剤を添加して形成する請求項8に記載の液晶表示素子の製造方法。   In the liquid crystal layer, when the chiral pitch of the chiral agent is p and the thickness of the liquid crystal layer is d, the chiral agent is added so that d / p is more than 0.04 and less than 0.25. The manufacturing method of the liquid crystal display element of Claim 8 formed. 前記第1の基板及び第2の基板の配向処理を押し込み量0.8mmでラビングすることで行う請求項8または9に記載の液晶表示素子の製造方法。   The method for manufacturing a liquid crystal display element according to claim 8 or 9, wherein the alignment treatment of the first substrate and the second substrate is performed by rubbing with an indentation amount of 0.8 mm. 前記第1の基板の配向処理の方向と、前記第2の基板の配向処理の方向とが、前記第1及び第2の基板の法線方向から見て90°以上100°以下の角をなすように、前記第1及び第2の基板を平行に貼り合せることを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。   The direction of the alignment treatment of the first substrate and the direction of the alignment treatment of the second substrate form an angle of 90 ° or more and 100 ° or less when viewed from the normal direction of the first and second substrates. The method for manufacturing a liquid crystal display element according to claim 8, wherein the first and second substrates are bonded in parallel. 前記第1の基板と前記第2の基板とを、3μm以上5μm以下の間隔を隔てて貼り合せることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載の液晶表示素子の製造方法。   The method for manufacturing a liquid crystal display element according to claim 8, wherein the first substrate and the second substrate are bonded to each other with an interval of 3 μm or more and 5 μm or less. 第1の電極を備え、配向処理された第1の基板と、前記第1の基板と平行に対向配置され、第2の電極を備え、配向処理された第2の基板と、前記第1の基板と前記第2の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が前記配向処理により捩れる旋回方向を第1旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第1旋回方向とは反対の第2旋回方向への旋回性を与え、前記第1の基板と前記第2の基板とは、20°以上45°以下のプレティルト角が発現するように配向処理され、前記液晶層には、前記第1の電極と前記第2の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第2旋回方向から前記第1旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能であり、前記第1の基板、前記第2の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第1旋回方向から前記第2旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能な電極が形成されている液晶表示素子の駆動方法であって、
白表示から黒表示に切り替えるときには前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、
黒表示から白表示に切り替えるときには前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせることを特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
A first substrate having a first electrode and subjected to an alignment treatment; a second substrate having a second electrode and being subjected to an alignment treatment; disposed opposite to and parallel to the first substrate; and the first substrate is disposed between the substrate and the second substrate includes a chiral agent, and a liquid crystal layer of twist orientation, when the liquid crystal layer did not contain the chiral agent, the liquid crystal molecules by the alignment treatment When the twisting turning direction is the first turning direction, the chiral agent gives the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer a turning property in the second turning direction opposite to the first turning direction, and the first substrate. And the second substrate are subjected to an alignment treatment so that a pretilt angle of 20 ° to 45 ° is developed, and a voltage is applied to the liquid crystal layer between the first electrode and the second electrode. Thus, an electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer is generated , and the liquid crystal component of the liquid crystal layer is It is possible to display by switching the direction in which the child is twisted from the second turning direction to the first turning direction, and voltage is applied to at least one of the first substrate and the second substrate. To generate an electric field in a direction perpendicular to the thickness direction of the liquid crystal layer, and to switch the direction in which the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are twisted from the first turning direction to the second turning direction, thereby performing display. A method of driving a liquid crystal display element on which possible electrodes are formed,
When switching from white display to black display , an electric field in the thickness direction of the liquid crystal layer is generated,
A method for driving a liquid crystal display element, wherein an electric field in a direction orthogonal to the thickness direction of the liquid crystal layer is generated when switching from black display to white display .
白表示から黒表示への切り替え、及び、黒表示から白表示への切り替えを、線順次駆動で行う請求項13に記載の液晶表示素子の駆動方法。
Switching to black display from a white display, and method of driving a liquid crystal display device according to claim 13 for switching to the white display, a line sequential driving.
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