JPH0815704A - 液晶電気光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ラビング処理の工程を複雑にすることなく光
透過率の角度依存性を低減した液晶電気光学素子を提供
する。 【構成】 基板１，２の内面にはそれぞれ透明電極３，
４が形成してあり、両透明電極３，４にて１画素が形成
される。透明電極３，４の内の一方の透明電極３は、２
つの透明電極3a，3bを有しており、両透明電極3a，3b間
は絶縁されている。透明電極3aには直流電圧電源11の正
極が接続してあり、透明電極3bには直流電圧電源12の負
極が接続してある。そして直流電圧電源11の負極及び直
流電圧電源12の正極は透明電極3a，3bに対向する透明電
極４に接続してある。また基板１，２に形成された配向
膜５，６には、等強度のラビング処理が施してあり、そ
の処理方向は９０°異なるようにしてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶に電圧を印加して
その配列方向を変化させることによって光の透過量を調
節する液晶電気光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来の液晶電気光学素子を示す
模式的断面図であり、図中21，22は所定距離を隔てて配
置された透明な基板である。基板21，22の内面にはそれ
ぞれ、酸化錫−酸化インジウム（ＩＴＯ）等を用いた透
明電極23，24が対向して形成してあり、透明電極23，24
には交流電源33が接続してある。両透明電極23，24の上
にはポリイミド樹脂等の配向膜25，26が積層してあり、
両配向膜25，26の間には液晶を封入した液晶層27が形成
してある。また両基板21，22の外面には偏光板29，30が
貼着してあり、両偏光板29，30の偏光軸は平行にしてあ
る。

【０００３】配向膜29，30の表面は、毛布を用いて一定
の強度にて擦るラビング処理が施してあり、ラビング処
理の方向は両配向膜29，30で相対的に９０°異なるよう
にしてある。これによって液晶層27の液晶分子28，28，
…は、該液晶分子28，28，…と両配向膜29，30とがなす
角であるプレチルト角が同じであり、その配列方向が両
基板29，30の間で螺線状に９０°ねじれる。

【０００４】このような液晶電気光学素子では、交流電
源33がオフである場合、偏光板30を通過した直線偏光は
液晶層27を通過する間に、液晶分子28，28，…によって
９０°回転されて対向する偏光板29に入射されるため、
これを通過し得ずに暗になる。

【０００５】対向する透明電極23，24に交流電圧が印加
されると、図９の如く、液晶分子28，28，…は液晶層27
の厚さ方向に立ち上がる。そのため偏光板30を通過した
直線偏光は液晶分子28，28，…によって回転されること
なく対向する偏光板29に入射され、該偏光板29を通過し
て明になる。そして印加する電圧の大きさを調節するこ
によって液晶分子28，28，…の立ち上がりの角度を調整
し、光透過率を制御している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の液
晶電気光学素子にあっては、ラビング方向が一定である
ため、電圧を印加したときに液晶分子28，28，…が立ち
上がる方向が一定である。そのため液晶層の透過光が出
射される近傍の液晶分子28，28，…に注目すると、図９
に示した如く、液晶分子28，28，…の配列方向である方
向Ａと、方向Ａに交わる方向Ｂとでは光の透過率が異な
る。

【０００７】図10は図９における液晶電気光学素子の光
透過率の角度依存性を示すグラフである。光透過率は、
図10から明らかな如く、方向Ａでは見かけ上、液晶分子
の螺旋配列が消失しており、直線偏光はそのまま通過す
るため略９５％であり、方向Ｂ（共に図９参照）では見
かけ上、液晶分子の螺旋配列は残っており、直線偏光は
回転されるため略０％である。そして液晶電気光学素子
の基板に直角な方向（０度）では両者の中間の略５０％
である。

【０００８】図11は図９の液晶電気光学素子を直立させ
た状態を示す模式図であり、前述した方向Ａが斜め上
に、また方向Ｂが斜め下になっている。この場合、図10
から明らかな如く、水平方向の透過光42，42，…はその
透過率が略５０％であり、それより斜め上方向の透過光
41，41，…の透過率は透過光42，42，…より大きく、斜
め下方向の透過光43，43，…の透過率は透過光42，42，
…より小さい。そのため、液晶電気光学素子40の正面中
央の視点Ｉからこれを見ると、斜め上の視線方向51は水
平の視線方向52より暗く、斜め下の視線方向53は水平の
視線方向52より明るいという問題があった。

【０００９】そこで、特開平 5−107544号公報に記載さ
れている如き液晶電気光学素子が提案されている。これ
はフォトリソグラフィーを利用して、配向膜の表面に複
数の微小領域を開口したマスクを形成し、開口部の配向
膜を一定方向にラビング処理を行った後にマスクを除去
する。そして、マスクされていた領域が開口部であり、
ラビング処理を施した領域を覆う別のマスクを形成し、
前記微小領域とは逆の方向にラビング処理を施した後、
そのマスクを除去する。これによって液晶分子は微小領
域で相互に逆方向に配向されるため、交流電圧を印加し
たときの液晶分子の立ち上がる方向が、各微小領域で異
なり、全体的には光透過率の角度依存性が平均化され、
前述した問題が解消される。

【００１０】しかしながら前述した液晶電気光学素子に
あっては、ラビング処理の工程が複雑でありコストが増
加するという問題があり、更にマスクによって段差が生
じるため、ラビング処理を均一に施すことが困難である
という問題があった。

【００１１】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは対向する一方の透明
電極を複数に分割して形成し、異なる極性の直流電圧を
印加することによって、ラビング処理の工程を複雑にす
ることなく光透過率の角度依存性を低減した液晶電気光
学素子を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】第１発明に係る液晶電気
光学素子は、一方の基板に形成された複数の透明電極及
び他方の基板に形成された１又は複数の透明電極は直流
電源に接続してあり、前記一方の基板に形成された透明
電極の内の１又は複数に、相隣る他の透明電極と異なる
極性の直流電圧を印加するようになしてあることを特徴
とする。

【００１３】第２発明に係る液晶電気光学素子は、第１
発明において、液晶にイオン性物質が添加してあること
を特徴とする。

【００１４】第３発明に係る液晶電気光学素子は、第２
発明において、イオン性物質は液晶であることを特徴と
する。

【００１５】

【作用】図１は本発明に係る液晶電気光学素子を示す模
式的断面図であり、図１に基づいて本発明に係る原理並
びに第１の作用を説明する。基板１，２の内面に形成さ
れた対向する透明電極３，４にて１画素が表示されるよ
うになっており、一方の透明電極３は、絶縁された例え
ば２つの透明電極3a，3bを有している。透明電極3aには
直流電源11の正極が接続してあり、透明電極3bには直流
電源12の負極が接続してある。そして直流電源11の負極
及び直流電源12の正極は両透明電極3a，3bに対向する透
明電極４に接続してある。

【００１６】両基板１，２に形成された配向膜５，６に
は、その方向が９０°異なるようにラビング処理が同強
度にて施してあり、これによって両配向膜５，６ではプ
レチルト角が同じであり、基板１，２と平行な平面にお
ける液晶分子８，８，…の方向が異なるように液晶分子
８，８，…が初期配列される。

【００１７】透明電極3aに直流電圧を印加するとその表
面は正に帯電し、透明電極3bに直流電圧を印加するとそ
の表面は負に帯電する。例えば、両透明電極3a，3b上の
配向膜５，６表面の側鎖が正に分極していると、該側鎖
はその表面が正に帯電した透明電極3a上では電荷の反発
によって立ち上がり、負に帯電した透明電極3b上では該
透明電極3bに引き寄せられる。そのため、正に帯電した
透明電極3aの近傍の液晶分子８，８，…のプレチルト角
は、対向する透明電極４の液晶分子８，８，…のプレチ
ルト角より大きくなり、負に帯電した透明電極3bの近傍
の液晶分子８，８，…のプレチルト角は、対向する透明
電極４の液晶分子８，８，…のプレチルト角より小さく
なる。

【００１８】ところで、液晶分子８，８，…の配列方向
は配向膜５，６に施したラビンク処理の方向によって支
配され、対向する配向膜５，６において処理方向が異な
っている場合、液晶層７の厚さ方向における支配領域
は、プレチルト角が大きい方が広くなる。そのため正に
帯電した透明電極3aに対応する液晶層７の液晶分子８，
８，…の配列方向は、透明電極3a側の配向膜５のラビン
グ方向になり、負に帯電した透明電極3bに対応する液晶
層７の液晶分子８，８，…の配列方向は、対向する透明
電極４側の配向膜６のラビング方向になる。図１では、
液晶層７の厚さ方向の略中央付近の液晶分子８，８，…
は、正に帯電した透明電極3aに対応する部分ではやや右
上がりに、逆に負に帯電した透明電極3bに対応する部分
ではやや右下がりになっている。これによって１画素内
の各微小領域にて液晶分子８，８，…の配列方向を異な
らせることができ、光透過率の角度依存性が低減され
る。なお、透明電極3a，3bにおける液晶分子８，８，…
のプレチルト角は直流電圧の大きさによって制御でき、
適切な電圧を印加することによってプレチルト角を最適
化して光透過率の角度依存性をより低減させることがで
きる。

【００１９】なお図１にあっては、基板１には１画素に
ついて２つの透明電極3a，3bを形成してあるが、従来と
同様に、１画素について１つの透明電極を形成したもの
であてっも、相隣る透明電極において、互いに異なる極
性の電圧を印加するようになすことによって、液晶分子
配列方向を異ならせることができ、前同様に光透過率の
角度依存性が低減される。

【００２０】第２発明の液晶電気光学素子にあっては、
液晶に添加されたイオン性物質はそれを構成する正イオ
ン及び負イオンに解離しており、負イオンは正に帯電し
た透明電極3a（図１参照）に、また正イオンは負に帯電
した透明電極3bに集まる。一方、透明電極3a，3bに対向
する透明電極４には、正に帯電した透明電極3aに対応す
る部分に正イオンが、また負に帯電した透明電極3bに対
応する部分に負イオンが集まる。

【００２１】そして例えば、負イオンの分子サイズが正
イオンの分子サイズより大きい場合、正に帯電した透明
電極3aは負イオンによってその近傍の液晶分子８，８，
…のプレチルト角が大きくなり、正に帯電した透明電極
3bは対向する透明電極４の近傍の液晶分子８，８，…の
プレチルト角が大きくなる。これによって微小領域にて
液晶分子８，８，…の配列方向を更に異ならせることが
できる。

【００２２】第３発明の液晶電気光学素子にあっては、
第２発明におけるイオン性物質は液晶であるため、前同
様に微小領域にて液晶分子の配列方向を異ならせること
ができる。一方、液晶ではないイオン性物質は、添加量
によっては液晶の表示特性を低下させる虞があるが、イ
オン性の液晶にあってはそのような虞がない。

【００２３】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て具体的に説明する。

【００２４】（実施例１）図２は本発明に係る液晶電気
光学素子を示す模式的断面図であり、図中１，２は所定
距離を隔てて配置された透明な基板である。基板１，２
の内面にはそれぞれ、酸化錫−酸化インジウム（ＩＴ
Ｏ）等を用いた透明電極３，４が形成してあり、両透明
電極３，４にて１画素が形成される。両透明電極３，４
の上には例えばＳＥ２１７０（日産化学工業株式会社
製）のポリイミド樹脂等の配向膜５，６が積層してあ
り、両配向膜５，６の間は例えばＺＬＩ４２８７（ＣＮ
Ｏ２０）（メルク・ジャパン株式会社製）等の液晶を封
入した液晶層７になっている。また両基板１，２の外面
には偏光板９，10が貼着してあり、両偏光板９，10の偏
光軸は平行にしてある。

【００２５】配向膜５，６の表面には等強度のラビング
処理が施してあり、ラビング処理の方向は、図３の如
く、対向する配向膜で９０°異なるようにしてある。こ
れによって液晶分子は、プレチルト角が同じであり、そ
の配列方向が両基板の間で螺線状に９０°ねじれる。

【００２６】一方、図２の如く、対向する透明電極３，
４の内の一方の透明電極３は、２つの透明電極3a，3bを
有しており、両透明電極3a，3b間は絶縁されている。透
明電極3aには直流電源11の正極が接続してあり、透明電
極3bには直流電源12の負極が接続してある。そして直流
電源11の負極及び直流電源12の正極は交流電源13を介し
て透明電極3a，3bに対向する透明電極４に接続してあ
る。

【００２７】透明電極3aに直流電圧を印加するとその表
面は正に帯電し、透明電極3bに直流電圧を印加するとそ
の表面は負に帯電する。これによって正に帯電した透明
電極3aに対応する液晶層７の液晶分子８，８，…の配列
方向は、透明電極3a側の配向膜５のラビング方向にな
り、負に帯電した透明電極3bに対応する液晶層７の液晶
分子８，８，…の配列方向は、透明電極４側の配向膜６
のラビング方向になる。そのため、１画素内において液
晶分子８，８，…の配列方向が異なる。なお、液晶分子
８，８，…のプレチルト角は直流電圧の大きさによって
制御でき、図１に示した液晶電気光学素子では、略１Ｖ
の電圧を印加することによって、光透過率の角度依存性
をより低減させることができた。

【００２８】図４は図２の液晶電気光学素子に電圧を印
加した状態を示す模式的断面図である。対向する透明電
極３，４に交流電圧が印加されると、図４の如く、液晶
分子８，８，…は液晶層７の厚さ方向に立ち上がる。こ
の場合、透明電極3a，3bでは液晶分子８，８，…の配列
方向が異なるため、光透過率の角度依存性は平均化さ
れ、液晶層７全体では光透過率の角度依存性は減少す
る。

【００２９】図５は本発明に係る液晶電気光学素子の光
透過率の角度依存性を示すグラフである。予め直流電圧
を印加しておき、これに交流電圧を印加した場合、図５
の如く、液晶電気光学素子に対して水平の視線方向（０
度）の透過率を略１００％とすると、それより斜め上の
視線方向及び斜め下の視線方向になるにつれて若干透過
率が低下している。しかしながら、図10に示した従来の
液晶電気光学素子に係る角度依存性のグラフに比べ、広
い視角にて高い透過率となっており、角度依存性の低下
と共に液晶電気光学素子全体の透過率が向上している。

【００３０】ところで図２に示した液晶電気光学素子で
は、偏光板をその偏光軸の方向が平行となるように配置
してあるため、電圧を印加したときに明になり、印加し
ていないときは暗である。しかし、偏光軸の方向が直交
するように偏光板を配置すると、電圧を印加したときに
暗になる。

【００３１】図６は偏光軸の方向が直交するように偏光
板を配置した場合の液晶電気光学素子の角度依存性を示
すグラフである。予め直流電圧を印加しておき、これに
交流電圧を印加した場合、図６の如く、透過率の曲線は
前述した図５に示した曲線とは略対称的であり、広い視
角にて透過光の漏れがない。

【００３２】なお本発明は、単純マトリックス型及びア
クティブマトリックス型の液晶電気光学素子にも適用し
得ることはいうまでもない。

【００３３】（実施例２）実施例１における液晶電気光
学素子では、配向膜の表面のイオン分子に電圧を印加す
ることによってその側鎖の向きを調整して液晶分子のプ
レチルト角を制御しているため、比較的大きな電圧を印
加しなければならず、消費電力が増加する。そこで、例
えば分子サイズが大きく負イオンとなる物質を液晶材料
に添加することによってこれを解消することができる。
これは負イオンが、正に帯電した透明電極の配向膜の表
面、及び負に帯電した透明電極に対向する透明電極の配
向膜の表面に集まり、集まった負イオンによってその近
傍の液晶分子のプレチルト角を大きくするのであるが、
この場合、前述した配向膜の側鎖より負イオンの自由度
が大きいので、印加する電圧を小さくすることができる
ためである。

【００３４】上述した条件を満たす物質として、例えば
次の（１）式及び（２）式の如き安息香酸ナトリウム及
び安息香酸カリウム等があり、液晶材料としてＺＬＩ４
２８７を用いた場合、安息香酸ナトリウムを０．１重量
％となるように添加することによって、印加すべき直流
電圧を前述した１．０Ｖから０．２Ｖに低減することが
できた。

【００３５】

【化１】

【００３６】（実施例３）図７は実施例３に係る液晶電
気光学素子を示す模式的断面図であり、正に帯電した透
明電極に係るプレチルト角より負に帯電した透明電極に
係るプレチルト角の方が大きくしてある。なお図中、図
４に対応する部分には同じ符号を付してその説明を省略
する。本実施例においては、安息香酸ナトリウムに代え
て、分子サイズが大きく正イオンとなる物質を液晶材料
に添加してある。これによって正に帯電した透明電極3a
に係るプレチルト角より、負に帯電した透明電極3bに係
るプレチルト角の方が大きくなるため、液晶分子８，
８，…の配列方向を図４に示した方向と逆の方向にする
ことがでる。

【００３７】上述した条件を満たす物質として、例えば
次の（３）式及び（４）式に示される、テトラブチルア
ンモニウムクロライド及びテトラブチルアンモニウムブ
ロマイド等があり、液晶材料としてＺＬＩ４２８７を用
いた場合、０．１重量％となるように添加する。 （Ｃ₄ Ｈ₉ ）₄ ＮＣｌ …（３） （Ｃ₄ Ｈ₉ ）₄ ＮＢｒ …（４）

【００３８】（実施例４）実施例２及び実施例３におい
ては、添加したイオン性物質は液晶ではないため、それ
を添加した液晶の表示特性を低下させる虞があった。こ
れを解決するために、本実施例ではイオン性の液晶を添
加した。そのような液晶としては、次の（５）式及び
（６）式にて示されるｐ−アルコキシ安息香酸及びｐ−
アルコキシ安息香酸ナトリウム等がある。

【００３９】

【化２】

【００４０】これらの液晶は解離によって負イオンにな
るため、実施例２と同様に正に帯電した透明電極にあっ
てはその透明電極の配向膜の表面に、また負に帯電した
透明電極にあっては対向する透明電極の配向膜の表面に
集まり、その近傍の非イオン性の液晶分子のプレチルト
角を大きくする。液晶材料としてＺＬＩ４２８７を用い
た場合、ｐ−アルコキシ安息香酸１重量％となるように
添加することによって、印加すべき直流電圧を０．２Ｖ
に低減し得た。

【００４１】なお、本実施例においては配向膜としてポ
リイミド樹脂をもしいたが、本発明はこれに限らず、斜
め蒸着法によって形成したＳｉＯ₂ 膜でもよいことは言
うまでもない。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述した如く、第１発明に係る液晶
電気光学素子にあっては、透明電極形成の工程及び直流
電圧を印加するための配線形成の工程は、従来の透明電
極形成の工程及び交流電圧を印加するための配線形成工
程にて同時に行うことができるため、本発明を実施する
ために従来に比べて特に工程数が増加するということは
なく、コストの増加を可及的に抑制して光透過率の角度
依存性を減少させることができる。またラビング処理の
工程を複雑にすることもない。

【００４３】第２発明に係る液晶電気光学素子にあって
は、印加する直流電圧を低減することができるため、消
費電力を抑制することができる。

【００４４】第３発明に係る液晶電気光学素子にあって
は、消費電力を抑制することができると共に、液晶の表
示特性が低下する虞がないため、製品品質が向上する
等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る液晶電気光学素子を示す模式的
断面図である。

【図２】 本発明に係る液晶電気光学素子を示す模式的
断面図である。

【図３】 ラビング処理の方向示す模式図である。

【図４】 図２の液晶電気光学素子に電圧を印加した状
態を示す模式的断面図である。

【図５】 本発明に係る液晶電気光学素子の光透過率の
角度依存性を示すグラフである。

【図６】 偏光軸の方向が直交するように偏光板を配置
した場合の液晶電気光学素子の角度依存性を示すグラフ
である。

【図７】 実施例３に係る液晶電気光学素子を示す模式
的断面図である。

【図８】 従来の液晶電気光学素子を示す模式的断面図
である。

【図９】 図８の液晶電気光学素子に交流電圧を印加し
た状態を示す模式的断面図である。

【図１０】 図９における液晶電気光学素子の光透過率
の角度依存性を示すグラフである。

【図１１】 図９の液晶電気光学素子を直立させた状態
を示す模式図である。

【符号の説明】 １ 基板、２ 基板、３ 透明電極、３ａ 透明電極、
３ｂ 透明電極、４ 透明電極、５ 配向膜、６ 配向
膜、７ 液晶層、８ 液晶分子、９ 偏光板、１０ 偏
光板、１１ 直流電源、１２ 直流電源、１３ 交流電
源。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対向して配置した基板の間隙にＴＮ型液
   晶が封入してあり、一方の基板には複数の透明電極が形
   成してあり、他方の基板には１又は複数の透明電極が形
   成してあり、両基板の対向する透明電極の間に交流電圧
   を印加し、前記液晶の配列方向を変化させて光透過率を
   制御する液晶電気光学素子において、 対向する透明電極は直流電源に接続してあり、前記一方
   の基板に形成された透明電極の内の１又は複数に、相隣
   る他の透明電極と異なる極性の直流電圧を印加するよう
   になしてあることを特徴とする液晶電気光学素子。
2. 【請求項２】 液晶にイオン性物質が添加してある請求
   項１記載の液晶電気光学素子。
3. 【請求項３】 イオン性物質は液晶である請求項２記載
   の液晶電気光学素子。