JPH0792458A

JPH0792458A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0792458A
Application number: JP5237030A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Hisatake; 雄三久武; Makiko Satou; 摩希子佐藤; Masahito Ishikawa; 正仁石川; Hitoshi Hado; 仁羽藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-24
Filing date: 1993-09-24
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【構成】画素ごとに複数のストライプ状導電体部１３
ａ（１４ａ）と非導電体部１３ｂ（１４ｂ）とで形成し
た上下電極１３、１４を相互にずらして対向させた電極
配置として横方向電界を発生させる。、さらに、これら
電極間に配置する液晶層２０の層厚ｄよりも小寸法の微
粒子３０または突起３１を基板面の一方に配置する。【効果】散乱特性が高く、駆動電圧の低い、明るくコ
ントラスト比の高い階調性に優れた液晶表示素子や、階
調表示しても表示が反転する視角のない極めて広い視角
依存性である液晶表示素子が得られ、こうした特性の電
圧印加時の状態が、電圧印加状態において実用的に維持
される効果が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，液晶表示素子に係わ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年，液晶表示素子（以下ＬＣＤと略
称）はワードプロセッサ，パーソナルコンピューター，
投影形ＴＶ，小型ＴＶなどに広く利用されている。

【０００３】これらのＬＣＤを光制御の観点から分類す
ると、明暗の変化を液晶分子の偏光効果と偏光子を組み
合わせにより生じさせるものと、液晶の相転移を利用
し、光の散乱と透過により生じさせるもの、および染料
を添加し、染料の可視光吸収量を制御し、色の濃淡変化
により生じさせるもの等に分けられる。

【０００４】前者の偏光効果と偏光子を組み合わせたＬ
ＣＤは、例えば９０゜捻れた分子配列をもつツイステッ
ドネマティック（ＴＮ）型液晶であり、原理的に薄い液
晶層厚、低電圧で偏光制御できることから、早い応答速
度、低消費電力にて、高いコントラスト比を示し、時計
や電卓、単純マトリクス駆動や、スイッチング素子を各
画素ごとに具備したアクティブマトリクス駆動で、ま
た、カラーフィルターと組み合わせて、フルカラーの表
示の液晶ＴＶなどに応用されている。

【０００５】しかし、これら偏光効果と偏光子を組み合
わせたＬＣＤは、原理上偏光板を用いることから素子の
透過率が著しく低く、また分子配列の方位性により見る
角度・方位によって表示色やコントラスト比が大きく変
化するといった視角依存性を持ち冷陰極線管（ＣＲＴ）
の表示性能を完全に越えるまでにはいたらない。

【０００６】一方、後者の液晶の相転移を利用したも
の、および染料の可視光吸収量を制御したＬＣＤは、例
えば、ヘリカル構造の分子配列をもつコレステリック相
からホメオトロピック分子配列のネマティック相への相
転移を電場印加で生じさせるＰＣ型液晶およびこれに染
料を添加してなるホワイト・テーラー（White-Taylor）
型ＧＨ液晶であり、偏光子を用いず、原理的に偏光効果
を用いないことから、明るく、広い視認角を示し、自動
車機器や、投影型表示器などに応用されている。

【０００７】しかし、充分な光の散乱を得るには、液晶
相厚を充分厚くしたり、散乱を生じさせるヘリカル強度
を強めたりする必要があり、高い駆動電圧を要し、応答
速度も極めて遅いといった問題点をもっているため表示
量（画素数）の多い表示素子への応用は困難とされてい
た。また、印加電圧の増加に伴い、透過率が急激に変化
するために階調性をもたらすことも困難とされていた。
さらに、その印加電圧−透過率特性にヒステリシスがあ
り、マルチプレクス駆動することが困難など実用的に問
題があった。

【０００８】また、図５に示すように基板４４、４１で
挟む有機高分子４２中に液晶を球状カプセル４３として
分散保持したＮＣＡＰ形ＬＣＤは散乱モードの液晶表示
素子であり、偏光板をもちいないため、明るく、広い視
認角を示し、自動車機器や、投影型表示器などに応用さ
れている。しかしながら、外部から印加した電圧は有機
高分子中と液晶とに分圧され、液晶には印加電圧の一部
しか印加されず、実用的には動作電圧が高まり問題であ
った。また、充分な光の散乱を得るには、液晶厚を充分
厚くする必要があり、応答速度も極めて遅いといった問
題点をもっているため表示量（画素数）の多い表示素子
への応用は困難とされていた。さらに、その印加電圧−
透過率特性にヒステリシスがあり、マルチプレクス駆動
することが困難など実用的に問題があった。これと同様
の動作原理で動作する網目状有機高分子中に液晶を保持
した高分子分散形ＬＣＤにおいても、同様の問題があっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、現
在、液晶表示素子は透過率が低く、視角依存性を持つ
か、高い駆動電圧を要し、応答速度も遅いといった問題
点をもっていた。

【００１０】こうした背景のもと、発明者等は先願の特
願平５−１８４２７３号において、対向して複数の画素
を形成する電極をそれぞれ有する２枚の基板間にネマテ
ィック液晶組成物からなる液晶層を挟持し、前記両基板
の電極が画素毎に、最も広い幅が５０μｍ以下である微
細な領域を単位とした導電体部と非導電体部からなり、
両基板間で一方の電極の導電体部と他方の電極の非導電
体部の少なくとも一部が対向して配置されてなることを
特徴とした液晶表示素子を提案している。この液晶表示
素子は各画素において、実効的に一様な分子配列にて光
透過状態、２種以上の電界方向をもって、その境界部に
ウォ−ル状の分子配列を形成し、光散乱状態を得るもの
であり、前述した問題点を解決しうるものである。この
特願平５−１８４２７３号において提案した液晶表示素
子は、各画素における電圧を印加した際に生じる前記ウ
ォ−ルのうち、０〜２％程度のウォ−ルが電圧を印加し
つづけても、およそ１０〜３０ｓｅｃ．程度で消えてし
まうことがある。これは、前記液晶表示素子を例えば、
高温度下にて使用し、前記液晶表示素子に用いる液晶組
成物の粘性が著しく低下した場合などにおいて生じるこ
とがある。

【００１１】本発明は、この特願平５−１８４２７３号
において提案した液晶表示素子の特性をより高めること
を目的とし、各画素における電圧を印加した際に生じる
前記ウォ−ルのうち、０〜２％程度のウォ−ルが電圧を
印加しつづけても、およそ１０〜３０ｓｅｃ．程度で消
えてしまう現象に対し、これを解決する手段を提供する
ことによって、前記液晶表示素子の表示特性をより向上
させることを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するため手段】本発明は前記問題を解決す
る手段として、対向して複数の画素を形成する電極をそ
れぞれ有する２枚の基板間にネマティック液晶組成物か
らなる液晶層を挟持し、前記両基板の電極が画素毎に、
最も広い幅が５０μｍ以下である微細な領域を単位とし
た導電体部と非導電体部からなり、両基板間で一方の電
極の導電体部と他方の電極の非導電体部の少なくとも一
部が対向して配置されてなることを特徴とした液晶表示
素子において、前記両基板間間隙に基板法線方向の長
さが前記液晶層厚ｄより短い微粒子を混入させる。もし
くは、基板法線方向の高さが前記液晶層厚ｄより低い突
起を前記両基板の少なくとも一方に設けたことを特徴と
している。

【００１３】またさらに、特にその分子配列として、前
記基板表面上で液晶分子長軸を一方向に配列させるチル
ト配向を誘起する手段を有しており、２枚の基板上での
液晶分子配列方向の交差角がθ（０゜≦θ≦９０゜）で
あり、２枚の基板表面上でのチルト配向によって液晶組
成物をユニフォ−ムツイスト配列させるように決まるセ
ルツイスト角がψである液晶表示素子であり、液晶組成
物に電圧を印加しない状態で、ψが±θ（便宜的にツイ
スト方向が左まわりの時＋、右回りの時−とする。）の
とき、液晶のツイスト角ωが±θ＋１８０゜または、±
θ−１８０゜であり、ψが±（θ−１８０゜）のとき、
液晶のツイスト角ωが±θであり（以上複号同順）、こ
れら双方の基板における各画素を構成する電極が電極の
ある部分と無い部分が互いに対向する基板の対向する部
分に配置された構造からなり、かつ双方の基板における
プレチルト角の差が０．５゜以下であることを特徴とし
たである液晶分子配列からなることを特徴としている。

【００１４】また、これらの構造に用いる前記両基板間
間隙に混入させた微粒子が前記基板の少なくとも一方の
基板に固定されているか、もしくは前記両基板間間隙に
混入させた微粒子の基板法線方向の長さが前記液晶層厚
の半分（ｄ／２）以上の大きさとすることを特徴として
おり、また、特に前記微粒子もしくは突起の分散密度β
が、２０個／ｍｍ²以上５０００個／ｍｍ²以下である
ことを特徴とし、さらに、前記微粒子もしくは突起が、
遮光性材料からなるもしくは、前記液晶組成物の常光屈
折率もしくは異常光屈折率と等しい屈折率である材料か
らなることを特徴としている。

【００１５】

【作用】本発明は、上記目的を達成するものであり以下
その達成原理および手法について説明する。

【００１６】本発明に液晶表示素子の構造の一つは本発
明者等による先願の特願平５−１８４２７３号おいて提
案した、分子配列構造、および電極構造を用いている。
この特願平５−１８４２７３において提案した分子配列
構造の概略を図３に示す。ここで上基板１１、下基板１
２、上電極１３、下電極１４、導電体部１３ａ，１４
ａ、非導電体部１３ｂ，１４ｂ、配向膜１５，１６、液
晶層２０である。この分子配列構造は、いわゆるスプレ
イ配列およびそれに捩じれを加えた分子配列であり、な
おかつ上下基板表面における液晶分子Ｍのプレチルト角
が上下でほぼ等しいことを特徴としている。こうした、
分子配列では電界の印加の仕方によってはその分子のチ
ルト方向が図示するごとく、２方向となる。これは電圧
を印加しない状態での液晶分子配列が液晶層の上半分と
下半分で対称な形をしていることによっている。つまり
は、液晶分子のチルト方向が２以上（図１の場合１）の
自由度を持っていることによる。よって、電圧を印加し
た際にのみ図示するように、電気力線ｅの方向が２方向
になると、分子のチルト方向の境界部にディスクリネ−
ションライン（ウォ−ル）ＤＬを発生させることがで
き、入射光を散乱させる機能を得ることができるわけで
ある。このように液晶分子のチルト方向が２以上の自由
度を持たせるには、例えば、液晶組成物として負の誘電
異方性を持つネマティック液晶組成物を用い、液晶分子
配列を上下基板におけるプレチルト角が９０゜である完
全な垂直配列としてもよい。この場合、液晶分子のチル
トダウン方向の自由度が２以上となる。

【００１７】いずれにせよ、このように液晶分子が電圧
を印加していない状態で実効的に一様な分子配列であ
り、液晶分子のチルトアップ方向、もしくはチルトダウ
ン方向の自由度が２以上である液晶分子配列に対し、斜
め電界が微細な領域毎に相反する２方向以上に印加され
るように考慮した電極にて前述したようなウォ−ルを発
生させた場合、前記斜め電界が、微細な領域毎に相反す
るするように構成されているため、電圧を印加しつづけ
ても液晶分子は、前記ウォ−ルが発生した状態の分子配
列を維持しにくい。これは液晶分子配列が、あまり微細
に配列形状を変化させることが困難であるからである。
つまりは、電界、磁界等の外力のみでは、こうした困難
な分子配列形態を維持する力が不足していることにな
る。特願平５−１８４２７３号に示す液晶表示素子で
は、液晶層厚を維持するための基板間隙剤等によって前
記微細に配列形状を変化させた分子配列形状をほぼ維持
する作用を得ていた。

【００１８】本発明では前述した機能、作用によって得
た前記ウォ−ルを持った分子配列を、電圧を印加した状
態にて完全に維持させる実用的な手段を提供する。

【００１９】図１および図２に本発明の一概要の液晶表
示素子の構造を示す。本発明の液晶表示素子は図２の構
成、および同様の機能を有する構成の液晶分子配列、電
極構造に、図示するように、液晶層厚より小さい微粒子
３０（図１）もしくは突起３１（図２）を加えた構造か
らなる。このように、液晶層中に微粒子、突起をもうけ
た場合、発明者等は、前記ウォ−ルＤＬの出現場所にこ
の微粒子３０、突起３１があれば、これらの存在によっ
て、前述した微細に配列形状を変化させ分子配列状態、
つまりはウォ−ルを多数出現させた分子配列状態を維持
することを見出だした。こうした微粒子、突起が、多数
のウォ−ルを維持する機能をもつことからこれらを以下
「ウォ−ル支持体」と称する。このような機能を得る手
段としては、本発明に示した方法の他、液晶層厚に等し
い大きさの微粒子を前記液晶層内に基板間隙を維持する
目的上の数より、多く混入させる（つまりは基板間隙剤
の必要以上の混入）ことによっても得られる。しかしな
がら、この場合、多数のウォ−ルを維持するためには、
多数の基板間隙剤を混入させる必要が生じ、光透過状態
を得る時に悪影響を及ぼす。具体的にのべると基板間隙
剤による光散乱、および基板間隙剤表面の液晶分子配向
による光散乱の影響である。本発明ではこれらの影響を
低減させるため、前記ウォ−ル支持体として、液晶層厚
ｄより小さいことを特徴とする微粒子、突起を用いるこ
ととした。このように液晶層厚ｄより小さい微粒子、突
起を用いることによってこれらに起因した光散乱は問題
のないレベルとすることができることを、発明者等は実
験により確認している。

【００２０】このように図１、図２の構成、および同様
の機能を有する構成の液晶分子配列、電極構造に、液晶
層厚ｄより小さい微粒子、突起を加えれば、前述したウ
ォ−ルは電圧を印加している限り、完全に維持される。

【００２１】また、これら微粒子、突起そのものの光散
乱を極力避けるためには、これら微粒子、突起が遮光性
の材料もしくは液晶組成物の常光屈折率、もしくは異常
光屈折率と等しい屈折率からなる材料を用いると良い。
遮光性の材料を用いた場合、これら微粒子、突起を混入
した分透過率の低下を招くが、そのものによる光散乱は
完全に防止できる。また、液晶組成物の常光屈折率、も
しくは異常光屈折率と等しい屈折率からなる材料を用い
た場合、つまりは光透過状態を得るときの液晶層の実効
的屈折率（ほぼ常光屈折率、もしくは異常光屈折率と等
しくなる）と等しい材料を用いることとなるので、光制
御上、実効的には液晶層とウォ−ル支持体は同質材料と
なり、前述した微粒子、突起そのものによる光散乱は完
全に防止できる。

【００２２】また、このウォ−ル支持体として微粒子を
用いる場合、この微粒子を少なくとも一方の基板に固定
すれば、液晶注入時に液晶が流動することによって、こ
の微粒子の分散性を低下させることはなくなる。また、
電界を印加することによって微粒子が液晶層内を移動す
ることも防げる。

【００２３】同様の効果は微粒子を固定する以外に微粒
子の大きさを液晶層厚の半分以上とすることによっても
得られる。発明者等は、液晶層厚の半分以上としておけ
ば微粒子を少なくとも一方の基板に固定しなくても電界
によって微粒子が移動しないことを実験により見出だし
ている。

【００２４】以上説明したウォ−ル支持体の分散密度は
２０〜５０００／ｍｍ²が適している。この分散密度の
範囲内であれば、微粒子、突起の配置場所を完全に制御
しなくても、実用的に出現した全てのウォ−ルを維持す
ることができる。つまりは、ある程度の分散性をもって
微粒子、突起を配置すれば、全てのウォ−ルを維持する
ことができるわけである。この下限値以下の密度では維
持されないウォ−ルが生じる。また、上限以上では、前
述した微粒子、突起そのものの光散乱が問題となってし
まう。本発明の効果はこの分散密度の範囲としなくても
得られるが、より優れた表示性能をえるためにはウォ−
ル支持体の分散密度をこの数に制御することが望まし
い。また、ウォ−ル支持体の表面に化学的処理を施せ
ば、分散密度の最適値の範囲も広くなり得る。

【００２５】液晶分子の振るまいは、基板に対して形成
するプレチルト角によって変化する。以下、プレチルト
角、ユニフォームツイスト配列、非ユニフォームツイス
ト配列について述べる。

【００２６】ネマティック液晶の分子は細長い棒状をな
している。液晶分子が基板上のラビングした配向膜に接
すると、その棒状分子の長軸が配向膜表面の性質に依存
し、一定方向に配向する。例えば配向膜がポリイミド配
向膜の場合は、ラビングした方向に沿って液晶分子長軸
が並んで配向される。また、ポリスチレン配向膜の場合
は、膜平面方向においてラビング方向に直角な方向に液
晶分子長軸が並ぶ。

【００２７】また、別の配向処理の方法として配向膜を
基板に蒸着する方法がある。基板面に対して酸化珪素を
例えば入射角８５゜で斜めから蒸着すると、蒸着源の方
向に液晶分子の長軸が向く。

【００２８】しかし、実際はこれらの配向処理において
液晶分子Ｍは配向膜面Ｓに平行に配向されるのではな
く、図６（ａ）のように配向膜面すなわち基板面Ｓに対
してチルト配向によりある所定の角度α0 で起き上って
配向している。この角度α0 はボリイミド配向膜で約１
〜１５゜である。この、基板面上において基板面と接す
る液晶分子の長軸ＬＡとのなす角α0 をプレチルト角と
いう。

【００２９】このとき、図６（ａ）に示される様に、液
晶分子長軸ＬＡの基板から起き上がった端部をリーディ
ング部分Ｌ、基板側に接近する端部をトレーリング部分
Ｔとすると、配列された液晶分子Ｍを説明上、図６
（ｂ）のように、例えば配向膜平面上にＴからＬ方向へ
の矢印Ｒで表すこととする。

【００３０】図７の例では（ａ）に示すように、フロン
ト基板すなわち上基板１の分子配列をＦ（実線の矢印）
となるようにして、リア基板すなわち下基板２の分子配
列をＲ（破線の矢印）となるように配向処理をした場合
であり、各配列は基板平面上で逆方向すなわち１８０°
異なる方向に向いている。

【００３１】この構成において、液晶分子がねじれを有
しないような誘電異方性が正のネマティック液晶（例え
ばカイラル剤未混入）を充填すると、液晶分子Ｍは図７
（ｂ）のように、上基板１から下基板２にかけて、液晶
層３の厚さ全長にわたって、一定かつ一様な角度で配列
する。一般にこのような分子配列をユニフォーム配列と
いい、従来の液晶表示素子の基本的な構成である。

【００３２】この構成の液晶表示素子では、液晶層にし
きい値電圧以上の電圧すなわち駆動電圧が印加される
と、両基板表面近傍の液晶分子の傾く方向に準じて液晶
分子Ｍが図４のように基板に対してほぼ垂直な方向に一
様に配列する。

【００３３】図１０は図７（ａ）の状態から、上基板１
を基準にして、下基板２を角θ（≦９０°）ねじった状
態の場合を想定した図である。このときの分子配列がユ
ニフォーム配列を維持するには、両基板間で液晶が角ψ
だけ左まわり（図中矢印の回転方向）にねじれた配列を
とる必要があり、これを実現するには角ψだけねじれる
ように液晶材料を選定すればよい。このようにして得た
分子配列はねじれたユニフォ−ム配列と呼ぶことがで
き、この場合この角ψをユニフォーム配列のツイスト角
という。ちなみに従来技術であるＳＴ−ＬＣＤはこのψ
を９０゜〜２７０゜としたねじれたユニフォ−ム配列を
している。

【００３４】図９はψが１８０゜のＳＴ−ＬＣＤにおけ
る印加電圧に対するＬＣＤの透過度の関係を示したもの
である。この図から、ＳＴ−ＬＣＤはある電圧、つまり
しきい値電圧Ｖth以上で状態を急峻に変化することとな
る。このことから、ＳＴ型のＬＣＤはしきい電圧以下の
印加電圧下では、電圧無印加の状態に近い分子配列をな
していると考えられ、このＳＴ−ＬＣＤのように液晶の
ねじれ角が９０゜以上２７０゜以下のＬＣＤの分子配列
を定義するときは、このしきい値電圧以下の印加電圧状
態下（無印加時）で定義することになる。また、こうし
た透過率−印加電圧特性（図９の曲線）において、その
特性の急峻性を一般的には、透過率９０％と１０％とな
る印加電圧値の差を透過率９０％の印加電圧の値で割っ
た値γで表す。

【００３５】この構成の液晶表示素子では、前述したね
じれのないユニフォ−ム配列の場合と同様に液晶層にし
きい値電圧以上の電圧が印加されると（電圧印加時）、
両基板表面近傍の液晶分子の傾く方向に準じて液晶分子
Ｍが図４の配列を捩じったように基板に対してほぼ垂直
な方向に配列する。

【００３６】図１０からわかるように、ユニフォーム配
列のツイスト角ψは上基板の配向Ｆの液晶分子のトレー
リング部分ＴF を基準にして、下基板の配向Ｒの液晶分
子のリーディング部分ＬR までの角度を表している。

【００３７】ψは、図１０のように左回りを＋θと、図
１１のように右回りを−θと２通りに定義できる。

【００３８】一方、図１２（ｂ）のような液晶分子の配
列も可能である。このような配列は、前述した図７
（ｂ）の配列同様、ねじれを生じさせないネマティック
液晶組成物を図１２（ａ）の構成下に維持すれば達成で
きる。

【００３９】こうした分子配列は、上下基板の分子配列
Ｆ、Ｒが同方向にあり、図１２（ｂ）のように、分子配
列は液晶分子のチルト角が上基板１１のプレチルト角α
0 から徐々に角度が減少し、液晶層厚ｄの中点ｄ／２で
基板１１と平行になった後、下基板１２のプレチルト角
α0 に至るまで逆の角度に傾いていくようになっている
ものである。すなわち、リーディング部分ＬF 、ＬR が
互いに近接し、トレーリング部分ＴF 、ＴR が互いに離
れて配列する。このような非ユニフォーム配列をスプレ
イ配列という。

【００４０】次に、このスプレイ配列に前述したユニフ
ォ−ム配列同様、ねじれを加えた構造を得ることを考え
る。図１３のように、図１０のユニフォーム配列と同じ
く上基板１１の配向Ｆに対して下基板１２の配向Ｒをθ
だけ交差した状態でスプレイ配列とすることを考える
と、図１３に示すように、上基板１１の配向Ｆのトレー
リング部分ＴF から下基板の配向Ｒのトレーリング部分
ＴR とのなす角度で液晶分子がねじれていなければなら
ないこととなる。スプレイ配列におけるこのツイスト角
をωとすると、図１３の左回りにωをとると、ωは正で
あるから、スプレイ配列ツイスト角ωＬは（θ＋１８０
°）となり、右回りにωをとるとωは負であるから、ス
プレイ配列ツイスト角ωＲはその補角である（θ−１８
０°）となる。

【００４１】また、図１４のような構成を考えると、右
回りにωをとると、ωは負であるから、スプレイ配列ツ
イスト角ωＲは（−θ−１８０°）となり、左回りにω
をとると、ωは正であるから、スプレイ配列ツイスト角
ωＬはその補角である（−θ＋１８０°）となる。

【００４２】このように図１３、１４の構成では、スプ
レイ配列ツイスト角ωは（±θ＋１８０°）と（±θ−
１８０°）の４通りのツイスト状態のいずれかを取るこ
とができる。以上のようにスプレイ配列においても、ユ
ニフォ−ム配列時のツイスト角ψの＋θ、−θに対応し
て、それぞれねじれ配列が実現できる。

【００４３】図１３、図１４で説明した各ωはユニフォ
ームツイスト配列をさせた場合のツイスト角ψを考える
と、それぞれψ＝＋θ、−θとなり、角θが０≦θ≦９
０°の範囲では、ψが±θのときねじれたスプレイ配列
を実現するには、そのツイスト角ωがそれぞれ（±θ＋
１８０°）、（±θ−１８０°）でなければ成立しない
ことを意味する。この場合にωの取り得る値の範囲は、
ω＝｜θ±１８０゜｜＝９０゜〜２７０゜となり、この
ツイスト角は従来のＳＴ−ＬＣＤの実用解と一致する。
つまり、ねじれたスプレイ配列であって、従来のＳＴ−
ＬＣＤのツイスト角に等しいツイスト角を得ることを考
えると、ユニフォ−ム配列のツイスト角ψが±θであっ
て液晶のツイスト角ωが（±θ＋１８０°）または（±
θ−１８０°）となる。

【００４４】この液晶分子のねじれ方向、ねじれ度合い
は、液晶に混ぜるカイラル液晶剤の種類、混合量により
制御することができる。具体的な材料としては、左回り
カイラル剤にオクチル−２−オキシ−４−（４´−ｎ−
ヘキシロキシ）−ベンゾール例えばＳ−８１１（メルク
ジャパン社製）、右回りカイラル剤に４−シアノ−４´
−（２−メチルブチル）−ビフェニール例えばＣＢ−１
５（メルク・リミテッド社製）を挙げることができる。

【００４５】

【実施例】以下本発明の液晶表示素子の実施例を詳細に
説明する。

【００４６】（実施例１）図１に示すように、上基板１
１として一画素ごとに複数のストライプからなる導電体
部１３ａとこれらの間に非導電体部１３ｂを形成したＩ
ＴＯの共通電極１３を有するガラス基板を用い、下基板
１２として複数のストライプからなる導電体部１４ａと
これらの間に非導電体部１４ｂを形成した画素電極１４
とＴＦＴからなるスイッチング素子を配線とともに有す
るガラス基板を用いた。

【００４７】上電極１３は一画素ごとに幅１０μｍの複
数のスリットすなわち非導電体部１３ｂを有して幅１０
μｍの導電体部ａを２０μｍピッチでストライプ状に配
列したパタ−ンでなり、一画素１５０μｍ幅の中に６本
の導電体部１３ａを形成している。対向する下電極１４
も同じく１０μｍ幅の導電体部１４ａと１０μｍ幅の非
導電体部１４ｂを等間隔で配置したパタ−ンを有し、１
５０μｍ幅内に６本の導電体部１４ａを形成している。
これら電極の導電体部は上下基板を対向させた状態で相
互に１０μｍずらしてあり、一方の電極の導電体部１３
ａまたは１４ａが他方の電極の非導電体部１４ｂまたは
１３ｂに対面する。これらの上下基板にポリイミド配向
膜（商品名ＳＥ−７２１０、日産化学工業製）（プレチ
ルト角測定値６゜）１５、１６を形成し、図に矢印Ｆ、
Ｒで示す方向にラビング処理を施し液晶分子Ｍがスプレ
イ配列するように配向処理した。その後、前記上基板側
に前述したウォ−ル支持体３０として粒径５．０μｍの
微粒子（商品名ミクロパ−ルＳＰ、積水ファインケミカ
ル製）を分散密度１０００個／ｍｍ²となるよう乾式散
布法にて散布し、下基板側に基板間隙剤３２として液晶
層２０の厚みｄが７．５μｍとなるよう粒径７．５μｍ
の微粒子（ミクロパ−ルＳＰ、積水ファインケミカル
製）を分散密度１００個／ｍｍ²となるよう乾式散布法
にて散布して、これら基板間に誘電異方性が正の液晶材
料（商品名ＺＬＩ−３９２６、メルクジャパン製）（Δ
ｎ＝0.2030）を挟持して本実施例の液晶表示素子を得
た。ここで、液晶層厚を厚くし、液晶組成物の屈折率異
方性Δｎを大きくしたのは、光散乱状態における光散乱
性を高めるためである。

【００４８】このようにして得られた本実施例の液晶表
示素子の両電極間にＴＦＴスイッチ１７を介して電源２
１から電圧を印加して電気光学特性（透過率−印加電圧
曲線）を測定した。電圧の印加により、図１のように基
板法線に対して斜め方向に電気力線ｅが複数方向に生
じ、液晶分子Ｍが電気力線にそって配列する。透過率−
印加電圧曲線を求めるために、液晶表示素子にHe-Ne レ
ーザー光を入射させ、透過率を測定した。光のスポット
径は２mmで、透過したレーザー光は液晶表示素子から距
離２０cmのところにあるフォトダイオードにより検出し
た。図４に０Ｖから徐々に印加電圧を５Ｖまで増加、５
Ｖから徐々に０Ｖまで減少させていったときの透過率−
印加電圧曲線を示す。電圧を印加していない状態（０Ｖ
印加）では透過率約８０％と、ウォ−ル支持体を混入し
たにもかかわらず明るい透過率特性を示した。また、印
加電圧２．８Ｖでは最小透過率０．４％と、良好な散乱
状態が得られた。また、図から明らかなように電気光学
特性にヒステリシスは全くなかった。また、印加電圧
２．８Ｖおよび０Ｖにて、応答速度を測定したところ立
上がり６ｍｓｅｃ、立ち下がり１８ｍｓｅｃと極めて速
い値を得た。

【００４９】次に本実施例の液晶表示素子にＴＦＴ１７
を介して電圧を印加して、前述したウォ−ルＤＬの維持
状態を偏光顕微鏡による分子配列観察および透過率測定
による光散乱状態測定によって調べた。本実施例におい
ては印加電圧２．８Ｖを印加しつづけた場合、１０時間
経過しても初期のウォ−ル配列が完全に維持されている
ことが確認された。

【００５０】なお、発明者等は、このウォ−ル支持体の
機能を得るものとして、前述した微粒子、突起の他に、
ＴＦＴ、ＭＩＭ基板に必然的に設けられる段差（配線電
極や半導体層の厚みにより生じる段差）自体も、前記段
差近傍では同様の機能を得ることを確認している。

【００５１】（実施例２）実施例１と同じ基板を用い、
配向膜として垂直配向処理用の処理剤（商品名ＯＤＳ−
Ｅ（Octadecyltriethoxysilaneアルコ−ル溶液）チッソ
製）を用い、基板を垂直配向処理した。ここで垂直配向
処理は前記処理溶液に各基板を浸績することによってい
る。用いる液晶材料として負の誘電異方性を示すネマテ
ィック液晶材料（商品名ＺＬＩ−４８５０、メルクジャ
パン製）（Δｎ＝０．２０８）を用いること以外、実施
例１同様の条件、材料にて本発明の液晶表示素子を得
た。実施例１同様諸特性を測定したところ、実施例１と
ほぼ同等の優れた結果を得た。

【００５２】（比較例１）実施例１において上基板１１
に散布した微粒子からなるウォ−ル支持体を散布しない
で、つまりウォ−ル支持体を混入しない構成にて液晶表
示素子を作成した。他の条件や材料は実施例１と同様と
して作成した。実施例１同様諸特性を測定したところ、
電気光学特性等は実施例１、２とほぼ同等の優れた結果
を得たが、前述したウォ−ルＤＬの維持状態について
は、印加電圧２．８Ｖにて実施例１同様に調べたとこ
ろ、約３０秒後、一部の画素において、発生したウォ−
ルのうち、約０．５％のウォ−ルが消滅したことを確認
した。

【００５３】（実施例３）実施例１におけるウォ−ル支
持体３０として粒径２．５μｍの微粒子（商品名ミクロ
パ−ル、積水ファインケミカル製）を分散密度１５００
個／ｍｍ²となるように配向膜材料であるポリイミド
（ＳＥ−７２１０）に１ｗｔ％の濃度にて混合し、この
微粒子入り配向膜材料を配向膜１５として上基板上１１
に形成し、他の条件、材料は実施例１同様にして本実施
例の液晶表示素子を得た。実施例１同様諸特性を測定し
たところ、実施例１とほぼ同等の優れた結果を得た。

【００５４】（実施例４）図２（ａ）、（ｂ）に本実施
例を示す。図１に示す実施例１と同符号の部分は同一部
分を示す。

【００５５】配向膜１６を形成する前に、下基板１２に
ＳｉＮｘをＣＶＤにて成膜（膜厚３μｍ）し、前記導電
体部１４ａおよび非導電体部１４ｂの各ストライプにそ
って中央に直径が３μｍの円形であり、その配置密度が
分散密度８００個／ｍｍ²となるようにパタ−ニングし
て、突起状のウォ−ル支持体３１とした。これ以外には
ウォ−ル支持体となるものは混入しないで、他の条件、
材料は実施例１同様にして本実施例の液晶表示素子を得
た。なお、図２（ｂ）は一画素のパターンを示してお
り、電極に電圧を供給するＴＦＴ１７は配線１８、１９
が交差する位置の近傍にある。

【００５６】実施例１同様諸特性を測定したところ、実
施例１とほぼ同等の優れた結果を得た。

【００５７】なお、突起条ウォール支持体３１は円形の
ものを多数個並べる他、畦状につながった形状にするこ
ともできる。

【００５８】（実施例５）実施例１におけるウォ−ル支
持体の分散密度を１５個／ｍｍ²、および６０００個／
ｍｍ²にて本実施例の液晶表示素子を２つ得た。分散密
度１５個／ｍｍ²の素子はウォ−ル維持状態以外の特性
は実施例１同様の優れた結果を得たが、実施例１同様の
手法にてウォ−ル維持状態を調べたところ分散密度１５
個／ｍｍ²の素子は約１時間後一部のウォ−ルが消滅し
ていた。また、６０００個／ｍｍ²の素子は電圧を印加
しない状態での透過率以外は実施例１同様の優れた結果
を得たが、実施例１同様の手法にて電圧を印加しない状
態での透過率を測定したところ７０％と実施例１より低
い値であった。

【００５９】（実施例６）実施例１におけるウォ−ル支
持体３０として、粒径５．０μｍの遮光性微粒子（商品
名ミクロパ−ルＢＢ、積水ファインケミカル製）、基板
間隙剤として、粒径７．５μｍの遮光性微粒子（商品名
ミクロパ−ルＢＢ、積水ファインケミカル製）を用いる
以外、実施例１同様の条件、材料にて本実施例の液晶表
示素子を作製した。実施例１同様透過率−印加電圧曲線
を測定したところ、電圧を印加していない状態（０Ｖ印
加）では透過率約８３％と実施例１以上に明るい透過率
特性を示した。これはウォ−ル支持体、基板間隙剤自体
による光散乱が抑制された分がウォ−ル支持体、基板間
隙剤自体が光を遮光する効果を上回ったためと考えられ
る。また、電圧印加時の透過率等、他の特性については
実施例１とほぼ同様の優れた結果が得られた。

【００６０】（実施例７）実施例２におけるウォ−ル支
持体として、配向膜を形成する前に、上基板にＳｉＯｘ
をＣＶＤにて成膜（膜厚３μｍ，測定屈折率１．５０
２）し、前記導電体部１３ａおよび非導電体部１３ｂの
中央に直径が３μｍの円形であり、その配置密度が分散
密度８００個／ｍｍ²となるようにパタ−ニングして、
本発明におけるウォ−ル支持体とした。これ以外にはウ
ォ−ル支持体となるものは混入しないで、他の条件、材
料は実施例２同様にして本発明の液晶表示素子を得た。
実施例２同様の液晶材料（ＺＬＩ−４８５０）を用い
た。その常光屈折率は１．５０２である。つまり電圧を
印加しない状態、光透過状態における実効的屈折率が前
記ウォ−ル支持体と等しい値となっている。実施例２同
様透過率−印加電圧曲線を測定したところ、電圧を印加
していない状態（０Ｖ印加）では透過率約８５％と実施
例１乃至６以上に明るい透過率特性を示した。これはウ
ォ−ル支持体自体による光散乱が抑制され、なおかつウ
ォ−ル支持体自体が光を遮光することがないためと考え
られる。また、電圧印加時の透過率等、他の特性につい
ては実施例２とほぼ同様の優れた結果が得られた。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、散乱特性が高く、駆動
電圧の低い、明るくコントラスト比の高い階調性に優れ
た液晶表示素子や、階調表示しても表示が反転する視角
のない極めて広い視角依存性である液晶表示素子が得ら
れ、こうした特性の電圧印加時の状態が、電圧印加状態
において実用的に維持される効果が得られる。

【００６２】この本発明による液晶表示素子は、ＴＦＴ
駆動による大表示容量のディスプレ−に適し、また、優
れた散乱特性が得られることから投射型ディスプレ−へ
の応用に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の液晶表示素子の構成を説明
する略断面図。

【図２】本発明の他の実施例の液晶表示素子の構成を説
明するもので（ａ）は略断面図、（ｂ）は斜視図。

【図３】先願の液晶表示素子の断面略図。

【図４】本発明の実施例の透過率−印加電圧特性を示す
曲線図。

【図５】従来技術のカプセル型高分子分散型液晶表示素
子の表示原理を示す図。

【図６】プレチルト角を説明する図で、（ａ）は断面略
図、（ｂ）は平面略図。

【図７】ユニフォーム配列を説明する図で、（ａ）は平
面略図、（ｂ）は断面略図。

【図８】電圧印加時のユニフォームツイスト配列の液晶
分子の振るまいを説明する断面略図。

【図９】印加電圧と透過率の関係を説明する曲線図。

【図１０】ユニフォームツイスト配列を説明する平面略
図。

【図１１】ユニフォームツイスト配列を説明する平面略
図。

【図１２】スプレイ配列を説明する図で、（ａ）は平面
略図、（ｂ）は断面略図。

【図１３】スプレイツイスト配列を説明する平面略図。

【図１４】スプレイツイスト配列を説明する平面略図。

【符号の説明】

１１…上基板１２…下基板１３…上電極１３ａ…導電体部１３ｂ…非導電体部１４…下電極１４ａ…導電体部１４ｂ…非導電体部１５、１６…配向膜２０…液晶層３０…微粒子ウォール支持体３１…突起状ウォール支持体３２…基板間隙材

フロントページの続き (72)発明者羽藤仁神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向して複数の画素を形成する電極をそ
れぞれ有する２枚の基板間にネマティック液晶組成物か
らなる液晶層を挟持し、前記両基板の電極が画素毎に、
最も広い幅が５０μｍ以下である微細な領域を単位とし
た導電体部と非導電体部からなり、両基板間で一方の電
極の導電体部と他方の電極の非導電体部の少なくとも一
部が対向して配置されてなることを特徴とした液晶表示
素子において、前記両基板間間隙に基板法線方向の長さが前記液晶層厚
ｄより短い微粒子を混入させる。もしくは、基板法線方
向の高さが前記液晶層厚ｄより低い突起を前記両基板の
少なくとも一方に設けたことを特徴とする液晶表示素
子。
【請求項２】前記基板表面上で液晶分子長軸を一方向
に配列させるチルト配向を誘起する手段を有しており、
２枚の基板上での液晶分子配列方向の交差角がθ（０゜
≦θ≦９０゜）であり、２枚の基板表面上でのチルト配
向によって液晶組成物をユニフォ−ムツイスト配列させ
るように決まるセルツイスト角がψである液晶表示素子
であり、液晶組成物に電圧を印加しない状態で、ψが±
θ（便宜的にツイスト方向が左まわりの時＋、右回りの
時−とする。）のとき、液晶のツイスト角ωが±θ＋１
８０゜または、±θ−１８０゜であり、ψが±（θ−１
８０゜）のとき、液晶のツイスト角ωが±θであり（以
上複号同順）、これら双方の基板における各画素を構成
する電極が電極のある部分と無い部分が互いに対向する
基板の対向する部分に配置された構造からなり、かつ双
方の基板におけるプレチルト角の差が０．５゜以下であ
ることを特徴とした液晶分子配列からなることを特徴と
した請求項１の液晶表示素子。
【請求項３】請求項１または２において、前記両基板
間間隙に混入させた微粒子が前記基板の少なくとも一方
の基板に固定されていることを特徴とした液晶表示素
子。
【請求項４】請求項１または２において、前記両基板
間間隙に混入させた微粒子の基板法線方向の長さが前記
液晶層厚ｄの半分（ｄ／２）以上の大きさであることを
特徴とした請求項１、２の液晶表示素子。
【請求項５】請求項１または２において、微粒子もし
くは突起の分散密度βが、２０個／ｍｍ²以上５０００
個／ｍｍ²以下で、望ましくは２００個／ｍｍ²以上４
０００個／ｍｍ²以下であることを特徴とした液晶表示
素子。
【請求項６】請求項１または２において、微粒子もし
くは突起が、遮光性材料からなることを特徴とした液晶
表示素子。
【請求項７】請求項１または２において、微粒子もし
くは突起が、前記液晶組成物の常光屈折率もしくは異常
光屈折率と等しい屈折率である材料からなることを特徴
とした液晶表示素子。