JPH09105957A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶分子のプレチルト角制御が容易な範囲
で、ＯＣＢモードＬＣＤ（ＯＣＢモード液晶表示素子）
の転移時間を短縮し、大容量で高精細な表示を実現した
実用化可能な構成のＯＣＢモードＬＣＤを提供する。 【解決手段】 ＯＣＢモードＬＣＤの液晶分子配列のス
プレイ配列からベンド配列への転移を、ツイスト配列を
経由したものとすることにより、転移がスムーズに起こ
り、極めて短時間で完了する。具体的には、電圧無印加
状態におけるスプレイ配列を、２゜ないし３０゜の範囲
の捻れ角を有する分子配列とする。プレチルト角は、
０．５゜ないし５゜の範囲内であれば良く、また、所定
の捻れ角を生じさせるために適量のカイラル材を液晶材
料に添加しても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示素子に係
り、特に高速応答の液晶電気光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄型軽量、低消費電力という大き
な利点をもつ液晶電気光学素子は、日本語ワードプロセ
ッサやデスクトップパーソナルコンピュータ等のパーソ
ナルＯＡ機器の表示装置として積極的に用いられてい
る。液晶電気光学素子（以下ＬＣＤと略称）のほとんど
は、ねじれネマティック液晶を用いており、表示方式と
しては、このなかでも旋光モードと複屈折モードとの２
つの方式に大別できる。

【０００３】旋光モ一ドのＬＣＤには、例えば、９０゜
ねじれた分子配列をもつツイステッドネマティック（Ｔ
Ｎ）形液晶（ＴＮ−ＬＣＤ）であって、原理的に白黒表
示で高いコントラスト比と良好な階調表示性を示し、時
計や電卓等に用いられる単純マトリクス駆動液晶表示素
子、スイッチング素子を各画素ごとに具備したアクティ
ブマトリクス駆動液晶表示素子、このアクティブマトリ
クス駆動液晶表示素子とカラーフィルタと組み合わせ、
フルカラー表示液晶テレビに応用されているカラー型ア
クティブマトリクス駆動液晶表示素子（ＴＦＴ−ＬＣＤ
やＭＩＭ−ＬＣＤ）等が挙げられる。

【０００４】一方、複屈折モード表示方式のＬＣＤの代
表例としては、通常、９０゜以上ねじれた液晶分子配列
をもつスーパーツイストネマティック（ＳＴＮ：Ｓｕｐ
ｅｒＴｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）形液晶（ＳＴＮ
一ＬＣＤ）がある。このＳＴＮ−ＬＣＤは、急峻な電気
光学特性を有するため、各画素ごとに薄膜トランジスタ
やダイオード等のスイッチング素子を配設しなくても、
構造が単純で製造コストが低廉な単純マトリクス型電極
構造を採用して、時分割駆動により容易に大容量（大画
面）表示を実現することができる。

【０００５】これらの液晶電気光学素子の光学応答速度
（印加電圧が変化してから表示状態が変化するまでの時
間で表す。）は、通常、単純マトリクス駆動のＴＮ−Ｌ
ＣＤ、あるいはＳＴＮ一ＬＣＤでは、数十ｍｓないし数
百ｍｓである。一方、ＴＮ−ＬＣＤをスタティック駆動
した場合、あるいは液晶を擬似的にスタティック駆動す
ることができるＴＦＴ駆動のＴＮ一ＬＣＤの場合には、
応答速度はかなり向上し、白／黒のスイッチングを行っ
た場合、３０ｍｓ程度の応答速度が得られる。したがっ
て、例えばパーソナルコンピュータのディスプレイにＬ
ＣＤを用いた場合、単純マトリクス駆動ＬＣＤであるＳ
ＴＮ一ＬＣＤではカーソルを速く動かしたときなどＬＣ
Ｄの光学応答速度が不十分であるためカーソルの表示が
薄くなり、見にくくなるのに対し、ＴＮモードのＴＦＴ
一ＬＣＤを用いた場合には、ＬＣＤの応答速度が速いた
め、カーソルを速く動かしたような場合でも鮮明な表示
が得られるが、このようなＴＦＴ一ＬＣＤにおいても、
応答速度が不十分な場合がある。先に述べたように、Ｔ
ＦＴ一ＬＣＤの応答速度は３０ｍｓ程度が得られるが、
これは２値表示の場合である。階調表示時の階調間の応
答速度を調べてみると、電圧が印加されていない状態で
白となるノーマリホワイトモードのＴＮ一ＬＣＤにおい
ては、特に白に近い階調間及び白と白に近い階調間での
スイッチングが、２値表示の場合に比べて著しく遅く、
１００ｍｓ以上であることが判明した。

【０００６】このため、例えばＴＶ画像のような動きの
ある中間調表示画像を表示した場合には、ＴＦＴ−ＬＣ
Ｄであっても応答速度が不十分になる場合があり、輪郭
がぼやけるなどの現象が観察され、問題となっている。

【０００７】発明者らが行った実験によれば、良好なＴ
Ｖの動画表示を得るためには、ＬＣＤの応答速度は、階
調表示時においてもＴＶのフレーム周期（１／３０ｓ）
以下の応答速度が達成されていることが望ましい。

【０００８】こうした問題を解決する手段として、内田
らは、ツイストしていないスプレイ配列のネマティック
液晶層に電圧を印加してベンド配列とし、このベンド配
列を維持する印加電圧範囲内で液晶分子のチルト状態を
印加電圧値により制御し、液晶層における透過光の位相
差を電圧により制御する複屈折効果型の液晶表示モード
であるＯＣＢモード（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅ
ｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ ｍｏｄ
ｅ）を提案した（Ｙ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，ｅｔａ
ｌ．，ＳＩＤ’９３ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ２７７−２８
０（１９９３）、あるいはＴ．Ｍｉｙａｓｈｉｔａ，ｅ
ｔ ａｌ．，Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ Ｄｉｇｅｓｔ，
ｐｐ２７７−２８０（１９９３）、あるいはＣ−Ｌ．Ｋ
ｕｏ，ｅｔａｌ．，ＳＩＤ’９４ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ
９２７−９３０（１９９４）、あるいはＴ．Ｍｉｙａｓ
ｈｉｔａ，ｅｔ ａｌ．，ＳＩＤ’９５ Ｄｉｇｅｓ
ｔ，ｐｐ７９７一８００（１９９５）等参照）。このＯ
ＣＢモードを採用したＬＣＤは広視角かつ高速応答のＬ
ＣＤとして注目を集めている。

【０００９】液晶分子をベンド配列させた液晶セルはπ
セル（ｐｉセル）と呼ばれており、以前より高速応答で
あることが知られていた（例えば、斉藤他：第５回液晶
討論会講演予稿集 ｐｐ１６６一１６９、１９７９年。
あるいは、特許公開公報：特開昭５５一１４２３１６号
公報。あるいは、Ｐ．Ｂｏｓｓ，ｅｔ ａｌ．ＳＩＤ’
８３ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐｐ３０−３１，１９８３。ある
いは、特許公告公報；特公平６一５６４６４号公報
等。）。

【００１０】ＯＣＢモードはこのｐｉセルに光学異方層
を観察側基板と観察側偏光板との間に挿入配置したＬＣ
Ｄであり、その応答速度の値は、前述のＯＣＢモードに
関する文献によれば、数ｍｓという必要かつ十分な値が
得られることが報告されている。

【００１１】図５は、ＯＣＢモードＬＣＤの構成の概略
図である。液晶セルを構成する２枚の基板である第１の
基板５１、第２の基板５２それぞれの外部側には、その
偏光方向が互いに直交するように第１の偏光板５３と第
２の偏光板５４とが配置され、第１の基板５１と第１の
偏光板５３との間に光学異方層５５が挿入配置されてい
る。第１及び第２の基板５１、５２それぞれのラビング
方向５１Ｒ、５２Ｒは互いに平行であり、したがって、
所定の電圧が印加された１つの分子配列は一平面５０Ｐ
内でベンド配列を形成している。

【００１２】なお、ｐｉセルに光学異方層を配設した液
晶電気光学素子は、この他にも例えば特開昭６３一２３
１３３号公報や、特開平６一２９４９６２号公報、特開
平７−４９５０９号公報に記載されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前述のようにｐｉセル
を利用したＯＣＢモードＬＣＤは、応答速度の点では非
常に優れているが、これを実用化する場合には以下のよ
うないくつかの問題点がある。

【００１４】ｐｉセルは、スプレイ配列状態で配向した
ねじれのない水平配向の液晶分子に電圧を印加してべン
ド配列に転移させた後、動作させることができるＬＣＤ
であり、このスプレイ配列からベンド配列への転移に長
時間を要するという問題がある。発明者らによる追試実
験によれば、セルギャップが１０μｍのＬＣＤにおい
て、この転移のために１０Ｖの電圧を印加したときで
も、場合によっては完全に転移が終了するまでに１時間
以上を要することもあった。この転移時間を短縮するた
めには、転移のために印加する電圧を大きくすればよい
が、これは駆動電圧の最大値を増加させることになり、
好ましくない。

【００１５】ＯＣＢモードＬＣＤは、電気光学特性があ
まり急唆でないことから、大容量の表示を行うためには
アクティブ素子を用いた駆動が必要となる。特にその表
示容量が極めて大きい場合、ＴＦＴ素子を用いることが
望ましいが、この場合、液晶の駆動電圧はあまり大きく
することができず、通常、６Ｖ以下とされる。したがっ
て転移時間短縮のため印加電圧を増加させることは、実
用的でない。前述の文献のうち特開平７一４９５０９号
公報記載の発明は、その作用効果として駆動電圧を低減
しＴＦＴ−ＬＣＤへの適用を可能としているが、転移時
間に関しては不十分である。

【００１６】図６は、ＴＦＴ素子を用いたＯＣＢモード
ＬＣＤのセルの一画素領域１Ｐの概略構成図である。Ｔ
ＦＴ素子が形成されたアクティブマトリクス基板６２と
対向基板６１とが互いにその対向面が対向されており、
アクティブマトリクス基板６２上にはゲート線６３や画
素電極６７等が形成されており、これらを覆って全面に
配向膜６５が形成されている。配向膜６５はラビング方
向６５Ｒを有するようにラビング処理されている。対向
基板６１上には透明電極６６が形成され、さらにこの透
明電極を覆って全面に配向膜６４が形成されている。配
向膜６４はラビング方向６４Ｒを有するようにラビング
処理されており、ラビング方向６５Ｒとラビング方向６
４Ｒは互いに平行となっている。液晶層６９中の液晶分
子６８は、ベンド配列を形成している。

【００１７】アクティブマトリクス基板６２上の画素部
の構成は、画素電極６７がゲート線６３や信号線等に囲
まれた状態となる。通常、これら配線（ゲート線６３や
信号線等）と画素電極６７間には電気力線７０で示され
るような電界が発生する。こうした状態においては、ラ
ビング方向６４Ｒ及び６５Ｒに平行な断面では、液晶分
子のチルト制御方向（プレチルト方向）とは逆の方向に
チルトさせようとする電界（基板表面に平行な方向の電
界）による力が作用する。逆の方向にチルトさせようと
する電界による力が作用した状態では、プレチルト角は
見かけ上、低下することとなり、ベンド配列を形成した
状態よりもスプレイ配列を形成した状態の方がより安定
となる。このため、スプレイ配列をベンド配列に転移さ
せるためにはより高い電圧印加を必要とする。

【００１８】ところが、ＴＦＴ素子の場合、印加できる
最大電圧との関係から転移が起こらない可能性がある。
また、転移が起こるとしても、転移時間が長時間とな
り、かつ、転移の初期には高い電圧が必要となるという
問題がある。

【００１９】転移時間を短縮する別の方法としては、液
晶のプレチルト角を大きくする方法がある。プレチルト
角が低い場合、実用的な駆動電圧の範囲内においては、
スプレイ配列からベンド配列への転移が起こらないこと
が多く、ＯＣＢモードＬＣＤでは数度のプレチルト角に
設定されている。しかしながら、このＯＣＢモードＬＣ
Ｄは複屈折を利用したＬＣＤであるため、均一な表示を
得るためには液晶セルのリタデーション値（実効的なΔ
ｎｄの値：ここで、Δｎ＝ｎe −ｎo 、ｎe は基板表面
に平行な方向の液晶層の屈折率、ｎo は基板表面に垂直
な方向の液晶層の屈折率、ｄは液晶層厚を示す。）を高
精度に制御する必要がある。プレチルト角の変化はΔｎ
の値に影響するため、プレチルト角の高精度な制御が必
要となり、プレチルト角のムラは表示ムラとなって現れ
る。ところで、プレチルト角は角度が大きいほど高精度
で制御することが困難となるため、もともと数度の高プ
レチルト角に設定されていたものを更に大きく設定する
と、実用化に十分なレベルの表示性能を得るにはかなり
高度な技術を要し、実用化のための問題解決手段として
は不適当である。

【００２０】上述のように、従来のＴＮモードのＴＦＴ
一ＬＣＤにおいては、階調表示時の応答速度の遅さの問
題があり、これを改善したＯＣＢモードＬＣＤでは、各
画素周縁部が電界の影響を受け易く、また、スプレイ配
列からベンド配列への転移が起こりにくく、長時間を要
するという問題があった。

【００２１】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、ＯＣＢモードＬＣＤの転移時間、プレチルト角制御
における問題を解決し、大容量で高精細な表示を実現
し、かつ、実用化可能な構成のＯＣＢモードＬＣＤを提
供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る液晶表示素
子によれば、それぞれ一主面上に電極が形成され、液晶
セルを構成する２枚の基板と、対向配置された２枚の基
板間に挟持され、ネマティック液晶組成物を含む液晶材
料からなる液晶層と、２枚の基板の電極が形成された各
一主面以外の各主面側にそれぞれ配置された２枚の偏光
板と、少なくとも一方の偏光板と液晶セルとの間に挿入
配置された光学異方層とを備え、電極による液晶層への
電圧印加が無印加の状態におけるネマティック液晶組成
物の液晶分子配列がスプレイ配列をなし、電極により液
晶層に電圧を印加した一状態における液晶分子配列がベ
ンド配列、または微少に捻れを含んだベンド配列をな
し、電極から液晶層への電圧印加による液晶分子配列の
スプレイ配列からベンド配列、または微少に捻れを含ん
だベンド配列への転移が、ツイスト配列を経由した転移
であることを特徴とし、ＯＣＢモードＬＣＤの液晶分子
配列のスプレイ配列からベンド配列への転移が、ツイス
ト配列を経由した転移であるものとしたので、ＯＣＢモ
ードＬＣＤの応答速度の速さを確保し、プレチルト角の
制御を容易なものとしながら、液晶分子配列のスプレイ
配列からベンド配列への全面転移が極めて短時間に完了
することができ、大容量で高精細な表示を実現する実用
化可能な構成のＯＣＢモードＬＣＤを提供することがで
きる。

【００２３】スプレイ配列における液晶分子配列は、２
゜ないし３０゜の範囲の捻れ角を有する液晶分子配列で
あるものとしたので、スプレイ配列からベンド配列への
転移は、確実にツイスト配列を経由した転移とすること
ができる。

【００２４】捻れ角の範囲は、１０゜ないし２０゜の範
囲であるものとしたので、転移時間をさらに短縮するこ
とができる。

【００２５】液晶分子配列のプレチルト角は、少なくと
もスプレイ配列の状態で、０．５゜ないし５゜の範囲の
角度であるものとしたので、プレチルト角を許容範囲内
に制御することができる。

【００２６】液晶材料は、カイラル材が添加された液晶
材料であり、液晶分子配列のカイラルピッチをｐ、液晶
層の厚さをｄ、スプレイ配列における液晶分子配列のカ
イラル材による捻れ角をθ（ただし、０゜≦θ≦３０゜
とする。）としたとき、ｄ／ｐの値が次式 ０＜ｄ／ｐ＜（９０゜±θ）／３６０゜ を満たす値であるものとしたので、所定範囲の捻れ角を
有する液晶分子配列を容易に形成することができ、光学
補償が容易かつ確実に行われ、さらに転移時間も短縮す
ることができる。

【００２７】ｄ／ｐの値は、次式 ０＜ｄ／ｐ＜０．２５ を満たす値であるものとしたので、所定範囲の捻れ角を
有する液晶分子配列を容易に形成することができ、光学
補償が容易かつ確実に行われ、さらに転移時間も短縮す
ることができる。

【００２８】２枚の基板のうち少なくともいずれか一方
は、カラーフィルタを備えた基板であるものとしたの
で、ＯＣＢモードＬＣＤの応答速度の速さを確保し、プ
レチルト角の制御を容易なものとしながら、液晶分子配
列のスプレイ配列からベンド配列への全面転移が極めて
短時間に完了することができ、大容量で高精細な表示を
実現する実用化可能な構成のカラー型ＯＣＢモードＬＣ
Ｄを提供することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る液晶表示素子
の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明す
る。

【００３０】図１は、本発明に係る液晶表示素子の概略
構成図であり、電圧を印加しない状態における液晶分子
配列を示している。また、図２は、図１に記載の液晶表
示素子を基板１上方から見た場合における液晶分子の捻
れ角を模式的に表した説明図である。

【００３１】以下、本発明に係る液晶表示素子の構成に
より、ＯＣＢモードＬＣＤの転移時間の短縮、プレチル
ト角制御による大容量で高精細な表示を実現し、実用化
可能な構成のＯＣＢモードＬＣＤを提供するという本発
明の目的を達成することができる原理について説明す
る。

【００３２】上述したように、ＯＣＢモードＬＣＤの液
晶セルであるｐｉセルは、スプレイ配列状態で配向した
ねじれのない水平配向の液晶分子に電圧を印加してべン
ド配列に転移させた後、動作させることができるＬＣＤ
であり、このスプレイ配列からベンド配列への転移に長
時間を要し、この転移時間を短縮するためには、転移の
ために印加する電圧を大きくすればよいが、これは駆動
電圧の最大値を増加させることになる。

【００３３】しかしながら、ＯＣＢモードＬＣＤは、電
気光学特性があまり急唆でないことから、大容量の表示
を行うためにはアクティブ素子を用いた駆動が必要とな
り、特にその表示容量が極めて大きい場合、ＴＦＴ素子
を用いることが望ましいが、この場合、液晶の駆動電圧
はあまり大きくすることができず、通常、６Ｖ以下とさ
れる。

【００３４】また、ＴＦＴ素子を用いるアクティブマト
リクス基板においては画素電極周囲の配線等から発生す
る電界の影響により、液晶分子のチルト制御方向（プレ
チルト方向）とは逆の方向にチルトさせようとする電界
（基板表面に平行な方向の電界）による力が作用し、こ
の状態では、プレチルト角は見かけ上、低下することと
なり、ベンド配列を形成した状態よりもスプレイ配列を
形成した状態の方がより安定となる。このため、スプレ
イ配列をベンド配列に転移させるためにはより高い電圧
印加を必要とする。ところが、ＴＦＴ素子の場合、印加
できる最大電圧との関係から転移が起こらない可能性が
ある。また、転移が起こるとしても、転移時間が長時間
となり、かつ、転移の初期には高い電圧が必要となる。

【００３５】高電圧印加を回避するためには、転移に必
要なエネルギーを低下させる必要がある。液晶分子の配
列を考慮すると、同一平面上にあるスプレイ配列からベ
ンド配列への転移では、液晶分子の動きが大きく、か
つ、不連続な動きとなるので、転移のエネルギー障壁が
高くなる。このエネルギー障壁を低下させるには、ツイ
スト配列を伴う転移が有効である。ツイスト配列を伴う
場合、スプレイ配列から一度ツイスト配列へ転移し、次
いでツイスト配列からベンド配列への転移が起こる。こ
のように２段階で転移するため、スプレイ配列から最終
的にベンド配列とした場合には、各段階の転移に必要な
エネルギーのうち、より高いエネルギーが転移に必要な
エネルギーの最大値となる。ツイスト配列からベンド配
列への転移は分子の動きが連続的であり、転移のエネル
ギー障壁が低い。また、スプレイ配列からツイスト配列
への転移のエネルギーは、スプレイ配列からベンド配列
への転移エネルギーより低いので、ツイスト配列を経由
する転移の場合の方がスプレイ配列からベンド配列へ直
接転移する場合より低い電圧で転移が可能となる。ま
た、同一電圧を印加した場合には、ツイスト配列を経由
する転移の場合の方がより速い転移が可能となる。ツイ
スト配列を経由するスプレイ配列からベンド配列への転
移を実現するためには、電圧を印加しない状態における
液晶分子配列を、通常の平行な状態からある程度捻れた
状態とする必要がある。

【００３６】以上説明した原理に基づき、本発明に係る
液晶表示素子の構成が発明された。図１に示したよう
に、本発明に係る液晶表示素子においては、スプレイ配
列からベンド配列への転移の際、ツイスト配列を経由し
て転移が行われることにその特徴があり、そのため、第
１の基板１のラビング方向１Ｒと第２の基板のラビング
方向２Ｒとのなす角度が２゜ないし３０゜とされてい
る。図２の説明図は、理解の容易のため、図１に記載の
液晶表示素子を基板１上方から見た場合における液晶分
子の捻れ角を模式的に表したものである。すなわち、電
圧を印加しない状態における第１の基板１近傍の液晶分
子３Ａの配向方向と第２の基板２近傍の液晶分子３Ｂの
配向方向とのなす角度が２゜ないし３０゜となるような
捻れを有する液晶分子配列となっている。捻れの角度の
数値は、発明者らの計算及び実験結果等から、実用化に
際し、２゜ないし３０゜の角度で捻れた状態とするのが
効果的であることが判明したことによるものである。こ
の場合、ある程度ツイストを含んだベンド配列となるこ
ともあるが、光学的にはベンド配列とほとんど同等とみ
なすことができるので、光学特性上の問題はない。ま
た、捻れの角度が、１０゜ないし２０゜の範囲の場合に
本発明の効果が最も良く得られることも判明した。一
方、捻れの角度が３０゜より大きいくなると応答速度が
遅くなり、捻れの角度が２゜未満の場合には転移がツイ
スト配列経由とならない場合があった。

【００３７】本発明の構成によるスプレイ配列からベン
ド配列への転移における一時的なツイスト配列経由の
際、例えば、最初に設定した捻れの角度が２０度の場合
はツイスト配列の捻れ角度が１６０゜となることとな
る。すなわち、一時的なツイスト配列経由の際における
ツイスト配列の捻れの角度は、最初に設定した捻れの角
度を１８０゜から差し引いた値となる。

【００３８】なお、液晶分子としては、その弾性定数が
小さいものを用いた場合に転移がよりツイスト配列経由
となり易いことが判明した。

【００３９】プレチルト角を高くしても転移エネルギー
を低下させることができるが、前述のようにかなり高度
な制御技術を必要とするので、実用化には適さない。こ
れに対し、ツイスト配列を経由する転移の場合は、プレ
チルト角が低くてもエネルギー障壁が低下しているため
に転移可能である。本発明に係る液晶表示素子の構成に
おけるプレチルト角は、少なくともスプレイ配列の状態
においては、０．５゜ないし５゜の範囲に設定される。

【００４０】液晶分子配列に捻れを加えるには、液晶材
料へのカイラル材の添加が有効であるが、捻れ角が２゜
ないし３０゜の場合は、カイラル材の添加の有無にかか
わらず、２枚の各基板上に形成される配向膜に対するラ
ビング処理により所定の捻れ角を有する分子配列を形成
することができる。

【００４１】カイラル材を添加する場合は、液晶分子配
列のカイラルピッチをｐ、液晶層の厚さをｄ、スプレイ
配列における液晶分子配列のカイラル材による捻れ角を
θ（ただし、０゜≦θ≦３０゜とする。）としたとき、
ｄ／ｐの値が次式 ０＜ｄ／ｐ＜（９０゜±θ）／３６０゜ を満たす値とすると、本発明による効果を得ることがで
きる。すなわち、所定範囲の捻れ角を有する液晶分子配
列を容易に形成することができ、光学補償が容易かつ確
実に行われ、さらに転移時間も短縮することができる。
θの符号の正負は、カイラル材による捻れの方向がスプ
レイ配列における液晶分子配列の捻れの方向と同一方向
であるか逆方向であるかにより決まる。同一方向のとき
は＋θとなり、逆方向のときは−θとなる。また、上式
は、具体的には、次のように表すことができる。

【００４２】０＜ｄ／ｐ＜０．２５ ｄ／ｐの値を上式を満たす値とすると、上述の本発明に
よる効果を得ることができる。

【００４３】従来、このｄ／ｐの値を １／４≦ｄ／ｐ≦３／４ を満たす値としたものがあるが、この範囲の値では、電
圧無印加状態において液晶分子配列は既にツイスト配列
となっており、したがって、動作時においては捻れが大
きくなりすぎるため、その光学補償が困難となる。

【００４４】これに対し、本発明の構成では、電圧無印
加状態においては所定捻れ角を有するスプレイ配列であ
り、したがって動作時においても捻れの光学補償が容易
であり、しかも転移時間も短時間である。

【００４５】また、安定したツイスト配向が得られる限
りにおいて、できるだけｐの値は大きい方が良い。ま
た、カイラルの向きは左右いずれの場合も有り得る。し
たがって、上述のようにθの符号が正または負となるこ
ととなる。

【００４６】

【実施例】以下、本発明の実施の形態の構成を適用した
液晶表示素子の実施例について詳細に説明する。

【００４７】図３は、第１の実施例の概略構成図であ
る。透明電極４が帯状に形成されたガラス基板１と、ガ
ラス基板１と対向面を対向させたときに、ガラス基板１
上の帯状電極４と直交する方向に帯状の透明電極５が形
成されたガラス基板２とを用意した。各帯状透明電極
４、５の幅は１０ｍｍ、同一基板上の一の透明電極とこ
れに隣接する他の透明電極との間隔は２ｍｍである。し
たがって、ドットは一辺の長さが１０ｍｍの正方形、一
のドットの一辺とこれに隣接する他のドットの一辺との
間隔はは２ｍｍである。ガラス基板１、２ともに配向膜
として、プレチルト角が５゜のポリイミド（商品名：Ｓ
Ｅ一１５０（日産化学社製））を印刷法で１０００オン
グストローム厚に形成した。

【００４８】これらのガラス基板１、２を用いて液晶セ
ルを形成したとき、その液晶分子配列が１０゜捻れるよ
うに、ガラス基板１、２上に形成された配向膜に、図１
に示す方向１Ｒ、２Ｒにそれぞれラビング配向処理を行
い、スペーサを介してガラス基板１、２を対向配置し、
シール剤によりシールした後、液晶材料を注入して液晶
セルを作製した。液晶セルに注入した液晶材料はＺＬＩ
−１１３２（：商品名（Ｅ．Ｍｅｒｃｋ社製）、カイラ
ル材なし）であり、液晶層厚は７．５μｍである。以上
のようにして、本発明の実施の形態の構成を適用した駆
動用液晶セルを得た。

【００４９】この駆動用液晶セルに２軸の光学補償フィ
ルムとしてポリカーボネート（ＰＣ）位相差板（（株）
日東電工製）を、その屈折率が最も大きい方位が、駆動
用液晶セルの観察側となるガラス基板１上の配向膜のラ
ビング方向１Ｒと直交するようにガラス基板１の観察側
面上に貼り合わせた。さらに２軸の光学補償フィルムの
外面上及びガラス基板２の外面上にそれぞれ偏光板を貼
り合わせた。これら２枚の偏光板は、その偏光方向が互
いに概略直交し、かつ、それぞれ貼り合わされた側の基
板上の配向膜のラビング方向と約４５゜の角度をなし、
さらに２軸の光学補償フィルムの外面上に貼り合わされ
た偏光板は、その偏光方向と２軸の光学補償フィルムの
の屈折率が最も大きい方位とのなす角度も約４５゜とな
っている。

【００５０】以上のようにして得られた本発明の実施の
形態の構成を適用した第１の実施例に係る液晶表示素子
の全画素に１．５〜５Ｖの電圧を均一に印加し、表示領
域全面の液晶分子配列がベンド配列となるまでの時間を
測定した。本実施例では素子の駆動電圧５Ｖにおいて、
表示領域全面の液晶分子配列がベンド配列、あるいは微
少にツイストを含んだベンド配列（実質的な区別不能）
となるまでの時間は３秒と極めて短かった。図４は、本
発明の実施の形態の構成を適用した液晶表示素子の等コ
ントラスト曲線図である。この図に示されるように、全
方位においてほぼ均一な高表示品位を得ることができ
た。

【００５１】第２の実施例においては、ガラス基板１及
びガラス基板２上に形成する配向膜としてプレチルト角
が１゜のポリイミド（ＡＬ一１０５１：商品名（日本合
成ゴム社製））を用いたことを除き、第１の実施例の場
合と同じ条件で液晶表示素子を作製した。

【００５２】以上のようにして得られた本発明の実施の
形態の構成を適用した第２の実施例に係る液晶表示素子
の全画素に１．５〜５Ｖの電圧を均一に印加し、表示領
域全面の液晶分子配列がベンド配列となるまでの時間を
測定したところ、第１の実施例の場合よりやや遅くなっ
たが、６秒で全面転移した。

【００５３】第３の実施例においては、液晶分子配列が
１５゜捻れるようにラビング処理を行い、液晶材料ＺＬ
Ｉ−１１３２にｄ／ｐの値が０．１となるカイラル材を
添加したことを除き、第１の実施例の場合と同じ条件で
液晶表示素子を作製した。

【００５４】以上のようにして得られた本発明の実施の
形態の構成を適用した第３の実施例に係る液晶表示素子
の全画素に１．５〜５Ｖの電圧を均一に印加し、表示領
域全面の液晶分子配列がベンド配列となるまでの時間を
測定したところ、２秒と極めて短時間であった。

【００５５】第４に実施例は以下のように実施した。透
明共通電極及びカラーフィルタが形成されたガラス基板
１と画素電極及びＴＦＴ駆動素子が形成されたガラス基
板２とを用意した。ＴＦＴ駆動素子は画素サイズ１１０
×３３０μｍのＩＴＯ電極に接続されている。ガラス基
板１、２ともに配向膜として、プレチルト角が５゜のポ
リイミド（ＳＥ一１５０：商品名（日産化学社製））を
印刷法で８００オングストローム厚に形成した。

【００５６】ガラス基板１、２上の配向膜に、液晶分子
配列が１０゜捻れるようにラビング配向処理を行い、ガ
ラス基板１及び２をスペーサを介して対向配置し、シー
ル剤によりシールした後、液晶材料を注入して液晶セル
を作製した。液晶セルに注入した液晶材料はＺＬＩ−１
１３２（：商品名（Ｅ．Ｍｅｒｃｋ社製）、カイラル材
なし）であり、液晶層厚は７．５μｍである。以上のよ
うにして、本発明の実施の形態の構成を適用した駆動用
液晶セルを得た。

【００５７】この駆動用液晶セルに２軸の光学補償フィ
ルムとしてポリカーボネート（ＰＣ）位相差板（（株）
日東電工製）を、その屈折率が最も大きい方位が、駆動
用液晶セルの観察側となるガラス基板１上の配向膜のラ
ビング方向１Ｒと直交するようにガラス基板１の観察側
面上に貼り合わせた。さらに２軸の光学補償フィルムの
外面上及びガラス基板２の外面上にそれぞれ偏光板を貼
り合わせた。これら２枚の偏光板は、その偏光方向が互
いに概略直交し、かつ、それぞれ貼り合わされた側の基
板上の配向膜のラビング方向と約４５゜の角度をなし、
さらに２軸の光学補償フィルムの外面上に貼り合わされ
た偏光板は、その偏光方向と２軸の光学補償フィルムの
の屈折率が最も大きい方位とのなす角度も約４５゜とな
っている。

【００５８】以上のようにして得られた本発明の実施の
形態の構成を適用した第４の実施例に係る液晶表示素子
の全画素に２〜６Ｖの電圧を均一に印加し、表示領域全
面の液晶分子配列がベンド配列となるまでの時間を測定
した。本実施例では素子の駆動電圧６Ｖにおいて、表示
領域全面の液晶分子配列がベンド配列、あるいは微少に
ツイストを含んだベンド配列（実質的な区別不能）とな
るまでの時間は４秒と短く、全方位においてほぼ均一な
高表示品位を得ることができた。

【００５９】第５の実施例においては、ガラス基板１及
びガラス基板２上に形成する配向膜としてプレチルト角
が１゜のポリイミド（ＡＬ一１０５１：商品名（日本合
成ゴム社製））を用いたことを除き、第４の実施例の場
合と同じ条件で液晶表示素子を作製した。

【００６０】以上のようにして得られた本発明の実施の
形態の構成を適用した第５の実施例に係る液晶表示素子
の全画素に２〜６Ｖの電圧を均一に印加し、表示領域全
面の液晶分子配列がベンド配列となるまでの時間を測定
したところ、第４の実施例の場合よりやや遅くなった
が、１０秒で全面転移した。

【００６１】なお、本発明は、駆動手段としてＭＩＭを
用いたアクティブマトリクス駆動においても、同様に優
れた効果を得ることができる。また、本発明の構成は、
本発明の実施の形態、実施例で述べた林料、条件に限定
されるものではなく、液晶分子配列の構成が同様のもの
であれば、他の材料、他の条件においても同様の効果を
得ることができる。

【００６２】以上の各実施例に対する比較対照例とし
て、以下の３つの比較例１、２、３の液晶表示素子を作
製した。

【００６３】第１の比較例においては、液晶分子配列を
捻れを含まない配列としたことを除き、第１の実施例の
場合と同じ条件で液晶表示素子を作製した。

【００６４】以上のようにして得られた第１の比較例に
係る液晶表示素子の全画素に１．５〜５Ｖの電圧を均一
に印加し、表示領域全面の液晶分子配列がベンド配列と
なるまでの時間を測定したところ、１５秒と第１の実施
例の場合の５倍の時間を要した。

【００６５】第２の比較例においては、ガラス基板１及
びガラス基板２上に形成する配向膜としてプレチルト角
が１゜のポリイミド（ＡＬ一１０５１：商品名（日本合
成ゴム社製））を用いたことを除き、第１の比較例の場
合と同じ条件で液晶表示素子を作製した。

【００６６】以上のようにして得られた本発明の実施の
形態の構成を適用した第２の比較例に係る液晶表示素子
の全画素に１．５〜５Ｖの電圧を均一に印加し、表示領
域全面の液晶分子配列がベンド配列となるまでの時間を
測定したところ、１分以上経過しても転移しない領域が
一部に残った。

【００６７】第３の比較例においては、液晶分子配列を
捻れを含まない配列としたことを除き、第４の実施例の
場合と同じ条件で液晶表示素子を作製した。

【００６８】以上のようにして得られた本発明の実施の
形態の構成を適用した第３の比較例に係る液晶表示素子
の全画素に２〜６Ｖの電圧を均一に印加し、表示領域全
面の液晶分子配列がベンド配列となるまでの時間を測定
したところ、全面転移に２２秒を要した。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る液晶
表示素子によれば、 ＯＣＢモードＬＣＤの液晶分子配
列のスプレイ配列からベンド配列への転移が、ツイスト
配列を経由した転移であるものとしたので、 ＯＣＢモ
ードＬＣＤの応答速度の速さを確保し、プレチルト角の
制御を容易なものとしながら、液晶分子配列のスプレイ
配列からベンド配列への全面転移が極めて短時間に完了
することができ、大容量で高精細な表示を実現する実用
化可能な構成のＯＣＢモードＬＣＤを提供することがで
きる。

【００７０】スプレイ配列における液晶分子配列は、２
゜ないし３０゜の範囲の捻れ角を有する液晶分子配列で
あるものとしたので、スプレイ配列からベンド配列への
転移は、確実にツイスト配列を経由した転移とすること
ができる。

【００７１】捻れ角の範囲は、１０゜ないし２０゜の範
囲であるものとしたので、転移時間をさらに短縮するこ
とができる。

【００７２】液晶分子配列のプレチルト角は、少なくと
もスプレイ配列の状態で、０．５゜ないし５゜の範囲の
角度であるものとしたので、プレチルト角を許容範囲内
に制御することができる。

【００７３】液晶材料は、カイラル材が添加された液晶
材料であり、液晶分子配列のカイラルピッチをｐ、液晶
層の厚さをｄ、スプレイ配列における液晶分子配列のカ
イラル材による捻れ角をθ（ただし、０゜≦θ≦３０゜
とする。）としたとき、ｄ／ｐの値が次式 ０＜ｄ／ｐ＜（９０゜±θ）／３６０゜ を満たす値であるものとしたので、所定範囲の捻れ角を
有する液晶分子配列を容易に形成することができ、光学
補償が容易かつ確実に行われ、さらに転移時間も短縮す
ることができる。

【００７４】ｄ／ｐの値は、次式 ０＜ｄ／ｐ＜０．２５ を満たす値であるものとしたので、所定範囲の捻れ角を
有する液晶分子配列を容易に形成することができ、光学
補償が容易かつ確実に行われ、さらに転移時間も短縮す
ることができる。

【００７５】２枚の基板のうち少なくともいずれか一方
は、カラーフィルタを備えた基板であるものとしたの
で、ＯＣＢモードＬＣＤの応答速度の速さを確保し、プ
レチルト角の制御を容易なものとしながら、液晶分子配
列のスプレイ配列からベンド配列への全面転移が極めて
短時間に完了することができ、大容量で高精細な表示を
実現する実用化可能な構成のカラー型ＯＣＢモードＬＣ
Ｄを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示素子の概略構成図。

【図２】図１に記載の液晶表示素子を基板１上方から見
た場合における液晶分子の捻れ角を模式的に表した説明
図。

【図３】本発明に係る液晶表示素子の第１の実施例の概
略構成図。

【図４】本発明に係る液晶表示素子の第１の実施例にお
ける等コントラスト図。

【図５】従来のＯＣＢモードＬＣＤの概略構成図。

【図６】従来のＯＣＢモードＬＣＤの液晶セルの概略構
成図。

【符号の説明】

１ 第１の基板 ２ 第２の基板 １Ｒ 第１の基板上の配向膜のラビング方向 ２Ｒ 第２の基板上の配向膜のラビング方向 ３Ａ 第１の基板近傍の液晶分子 ３Ｂ 第２の基板近傍の液晶分子 ４、５ 透明電極 ５１、５２、６１、６２ ガラス基板 ５３、５４ 偏光板 ５５ ２軸の光学補償フィルム ５０Ｐ 液晶分子配列平面 ５１Ｒ、５２Ｒ、６４Ｒ、６５Ｒ ラビング方向 ６３ ゲート線 ６４、６５ 配向膜 ６６ 透明電極 ６７ 画素電極 ６８ 液晶分子 ６９ 液晶層 ７０ 電気力線

フロントページの続き (72)発明者 石 川 正 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 (72)発明者 福 岡 暢 子 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 (72)発明者 大 山 毅 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 (72)発明者 吉 田 典 弘 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 (72)発明者 庄 子 雅 人 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 (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 (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ一主面上に電極が形成され、液晶
   セルを構成する２枚の基板と、 対向配置された前記２枚の基板間に挟持され、ネマティ
   ック液晶組成物を含む液晶材料からなる液晶層と、 前記２枚の基板の前記電極が形成された前記各一主面以
   外の各主面側にそれぞれ配置された２枚の偏光板と、 少なくとも一方の前記偏光板と前記液晶セルとの間に挿
   入配置された光学異方層とを備え、 前記電極による前記液晶層への電圧印加が無印加の状態
   における前記ネマティック液晶組成物の液晶分子配列が
   スプレイ配列をなし、 前記電極により前記液晶層に電圧を印加した一状態にお
   ける前記液晶分子配列がベンド配列、または微少に捻れ
   を含んだベンド配列をなし、 前記電極から前記液晶層への電圧印加による前記液晶分
   子配列の前記スプレイ配列から前記ベンド配列、または
   前記微少に捻れを含んだベンド配列への転移が、ツイス
   ト配列を経由した転移であることを特徴とする液晶表示
   素子。
2. 【請求項２】請求項１に記載の液晶表示素子において、
   前記スプレイ配列における前記液晶分子配列は、２゜な
   いし３０゜の範囲の捻れ角を有する液晶分子配列である
   ことを特徴とする液晶表示素子。
3. 【請求項３】請求項２に記載の液晶表示素子において、
   前記捻れ角の範囲は、１０゜ないし２０゜の範囲である
   ことを特徴とする液晶表示素子。
4. 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の液晶
   表示素子において、前記液晶分子配列のプレチルト角
   は、少なくとも前記スプレイ配列の状態で、０．５゜な
   いし５゜の範囲の角度であることを特徴とする液晶表示
   素子。
5. 【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の液晶
   表示素子において、前記液晶材料は、カイラル材が添加
   された液晶材料であり、前記液晶分子配列のカイラルピ
   ッチをｐ、前記液晶層の厚さをｄ、前記スプレイ配列に
   おける前記液晶分子配列の前記カイラル材による捻れ角
   をθ（ただし、０゜≦θ≦３０゜とする。）としたと
   き、ｄ／ｐの値が次式 ０＜ｄ／ｐ＜（９０゜±θ）／３６０゜ を満たす値であることを特徴とする液晶表示素子。
6. 【請求項６】請求項５に記載の液晶表示素子において、
   前記ｄ／ｐの値は、次式 ０＜ｄ／ｐ＜０．２５ を満たす値であることを特徴とする液晶表示素子。
7. 【請求項７】請求項１ないし６のいずれかに記載の液晶
   表示素子において、前記２枚の基板のうち少なくともい
   ずれか一方は、カラーフィルタを備えた基板であること
   を特徴とする液晶表示素子。