JPH09133930A

JPH09133930A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH09133930A
Application number: JP23567296A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Itou; 康尚伊藤; Tadashi Kimura; 直史木村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶分子の配向を上下の基板でねじった構造
のＧＨ方式の液晶表示素子は、コントラストを良くする
ためにねじれ角を大きくすると、液晶層の駆動に要する
電圧が高くなり、また、透過率の印加電圧依存性にヒス
テリシスが生じる。【解決手段】少なくとも一方が透光性を有する一対の
基板と、一対の基板に挟持された正の誘電率異方性を有
するカイラルネマティック液晶層と、液晶層に電圧を印
加する電圧印加手段とを有する液晶セルを備えた液晶表
示素子であって、液晶層には多色性染料が添加されてお
り、しかも、液晶層の液晶分子は、一対の基板の表面に
対して垂直な螺旋軸を中心にねじれており、一対の基板
の一方から他方に至る液晶分子のねじれ角が、０度以上
５０度以下の範囲、１４０度以上２５０度以下の範囲、
および該範囲のねじれ角にπラジアンの整数倍を加えた
範囲の何れかの範囲内にある液晶表示素子である。

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、特
に明るい表示を実現する液晶表示素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、外部光を変調する非発
光素子であるため低消費電力であり、また、薄型軽量で
あるという特徴を有する。このため、フラットパネルデ
ィスプレイに適用できて、時計、電卓、コンピュータ端
末、ワードプロセッサあるいはテレビ受像機用等の情報
表示装置として広い分野にわたり利用されている。

【０００３】一方、現代は高度情報化社会というキーワ
ードに代表されるように、情報の流通量が増大し、各個
人における情報の収集や選択に対する要求が増大してい
る。このような背景において、個人用の携帯用情報端末
の必要性が広く認識され、その実現が期待されており、
積極的に開発が進められている。

【０００４】携帯用情報端末においては、マン・マシー
ンインターフェースとしての情報表示装置が重要な役割
を担い、携帯用情報端末のキーデバイスとして位置付け
られている。携帯用情報端末の表示装置には、大容量の
情報が表示でき、軽量薄型で、視認性に優れ、低消費電
力という特性が要求される。液晶表示素子は、前述の要
求される特性を満足する表示素子として期待され、その
開発が積極的に進められている。

【０００５】液晶を用いて表示を行う場合に種々の方式
が用いられるが、代表的な方式としてＴＮ（Ｔｗｉｓｔ
ｅｄＮｅｍａｔｉｃ）方式があげられる。この方式
は、２枚の基板間に液晶を配し、一方の基板からもう一
方の基板まで液晶分子の配向を９０度ねじった構成の液
晶セルを用いる。このように液晶分子を配向した場合、
光学的には旋光性を示し、電圧等により分子配向を変化
させると旋光性が解消される。そのため、光の透過量が
変化し、光強度を変調でき、表示が行える。

【０００６】ＴＮ方式は低電圧、低消費電力であり、コ
ントラストがよく、階調表示が可能であるため各種動作
モードの内でも最も広く液晶ディスプレイに用いられて
いる。

【０００７】上記ＴＮ方式は前述したように数多くの優
れた特徴を有しているが、閾特性があまり急峻でない。
そのため、それだけでは大容量の表示に適さず、薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）等の能動素子と組み合わされて用
いられるのが一般的である。

【０００８】これに対し、液晶分子のねじれ角を９０度
よりも大きくしたいわゆるＳＴＮ方式が提案された。こ
の方式は、光学的な旋光性と複屈折を用いるもので、閾
特性が急峻なため、マルチプレックス駆動に適し、それ
だけでも大容量表示が行える。この表示方式では、旋光
性と複屈折効果を利用しているために白黒の表示が行な
えなかったが、光学的位相補償を行うことにより無彩色
化が達成され、ワードプロセッサや携帯型のコンピュー
タの表示装置として多く利用されている。

【０００９】さらに、強誘電性液晶を用い、その複屈折
効果を利用した方式も提案されている。この方式の特徴
は、応答速度が非常に速いことと、メモリー性を有する
ことである。

【００１０】さらに、ポリマーマトリックス中に液晶を
分散させ、ポリマーと液晶の屈折率の不一致による散乱
効果を利用した表示方式も提案されている。この方式は
偏光子を用いなくても表示が行えるため、明るいディス
プレイが実現できる事や、視野角が広いという特徴を有
している。

【００１１】その他に、液晶中に多色性の色素を混入
し、液晶分子の配向を変化させることにより色素分子を
配向変化させ、色素分子の吸収異方性を利用して表示を
行うゲスト・ホスト（ＧＨ）方式がある。

【００１２】ゲスト・ホスト方式には液晶の分子配向状
態や、組み合わせる光学素子により種々の表示方式が提
案されている（Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓ
ｔ．６３巻１９ページ、１９８１年）。

【００１３】液晶分子をホモジニアス配向させ、偏光板
を使用するハイルマイヤー型（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌ
ｅｔｔ．１３巻９１ページ、１９６８年）は、コントラ
ストが良く、中間調表示も可能であるという特徴を有す
る。

【００１４】また、ホモジニアス配向させた液晶層に１
／４波長板を組み合わせて反射型の表示に適用すること
で、偏光板を用いることなくコントラストの良い表示を
実現した方式もある（ＳＩＤＳｙｍｐｏｓｉｕｍＤ
ｉｇｅｓｔ９６ページ、１９７７年）。この方式は偏
光板を用いないため、明るい表示が得られ、中間調表示
も可能であるという特徴を有する。

【００１５】さらに、ホモジニアス配向させたＧＨ液晶
セルを、２枚のセルの液晶分子の配向方向が直交するよ
うに積層して表示を行う方式も提案されている（ＳＩＤ
ＳｙｍｐｏｓｉｕｍＤｉｇｅｓｔ１９２ページ、
１９８０年）。この方式は偏光板を用いないため明るい
表示を実現でき、コントラストも良く中間調表示も可能
であるという特徴を有する。

【００１６】そのほかに、カイラルネマティック液晶に
二色性色素を混入し、この液晶層を表面が垂直配向処理
された２枚の基板間に導入し、ネマティックコレステリ
ック相転移に伴う色素の吸収を利用して表示を行う相転
移型ＧＨ方式が提案されている（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．４５巻４７１８ページ、１９７４年）。この方式
は、偏光板を用いないため明るい表示が得られるという
特徴を有する。

【００１７】ゲスト・ホスト方式は、何れの方式も視野
角が広いという特徴を有している。また、１／４波長板
を用いたＧＨ方式、２層型ＧＨ方式、相転移型ＧＨ方式
は偏光板を用いなくても表示が行えるため明るいディス
プレイが実現できる。

【００１８】また、基板表面で液晶分子を平行配向さ
せ、一方の基板からもう一方の基板まで、液晶分子がね
じれた配向を有するようにしたＧＨ方式（特開昭５９−
２８１３０号公報）が提案されている。この方式は、明
るい表示が実現でき、さらに単純マトリクス駆動による
大容量表示が実現できるという特徴を有している。

【００１９】上記の公開公報によれば、さらに、光学的
には、液晶分子の屈折率異方性が小さい場合（開示内容
では△ｎ≦０．１５）は、色素分子による光の吸収が大
きいため、装置を偏光板無しで用いて、より明るいオン
状態を形成することが望ましい。液晶分子の屈折率異方
性が大きい場合（開示内容では△ｎ≧０．１５）は、単
一の偏光板を用いてオフ状態における吸収を増大させる
のが良いとされている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の液晶表示素子は、以下に示すような問題を有してい
る。

【００２１】偏光板を用いるＴＮ方式またはＳＴＮ方式
は、外部光の半分が吸収され光の利用効率が悪くなり、
明るい表示が実現できなかった。

【００２２】また、ＴＮ方式においては、大容量表示を
行うために各画素ごとに能動素子を形成する必要があ
り、これらが光を遮るため、さらに光の利用効率が悪化
するという問題があった。

【００２３】さらに、コントラストを向上させる目的
で、表示画素以外の部分にはブラックマトリックスと呼
ばれる遮光層が設けられる。これが光の利用効率を悪化
させている。

【００２４】そのうえ、能動素子を付加したＴＮ方式の
大容量表示装置においては、隣接する画素間の横方向電
界によって、ディスクリネーションが生じ、コントラス
トが低下するという問題がある。この問題を解決するた
めに、遮光層を用いてディスクリネーション部分をおお
い、コントラストを良くするという技術が用いられてい
る。この遮光層も、光の利用効率を悪化させる要因とな
っていた。

【００２５】以上のような種々の原因により、ＴＦＴを
使用した、現在一般に用いられている大容量表示のディ
スプレイは、明るい表示を得るためにバックライト等の
外部光源を必要とする。この構成によって、見易い表示
が得られる反面、液晶の消費電力以上にバックライトの
消費電力が大きくなったり、液晶ディスプレイの厚さ以
上にバックライトおよびその光学系部分が厚くなるとい
う問題を生じることとなった。

【００２６】これでは、液晶ディスプレイが本来有する
薄型軽量、低消費電力という優れた特徴が十分に発揮さ
れているとはいえない。

【００２７】強誘電性液晶の複屈折効果を利用した表示
方式は、偏光子を２枚用いるため表示が暗くなること
や、強誘電性液晶の均一な分子配向が困難であるという
問題を有する。

【００２８】ポリマーマトリックス中に液晶を分散さ
せ、ポリマーと液晶の屈折率の不一致による散乱効果を
利用した表示方式は、偏光子を用いないため明るい表示
が得られるが、駆動電圧が高い、十分な散乱が得られな
いためコントラストが良くないという問題を有してい
る。

【００２９】ホモジニアス配向させたＧＨ液晶に偏光子
を組み合わせた方式は、偏光板を用いるため十分な明る
さが得られないという問題を有している。偏光板が用い
られる理由は、色素分子の吸収軸に平行な偏光は吸収さ
れるが、吸収軸に垂直な偏光はほとんど吸収されないた
め、電圧無印加時に十分な吸収が得られず、コントラス
トが十分得られないためである。

【００３０】さらに、ホモジニアス配向させたＧＨ液晶
に１／４波長板を組み合わせ、反射型の表示に適用した
方式は、偏光子を用いないため明るい表示が実現できる
が、１／４波長板が１／４波長条件を満たすのは特定の
波長のみであるため白黒表示に適さないという問題を有
している。

【００３１】ホモジニアス配向させたＧＨ液晶セルを、
２枚のセルの液晶分子の配向方向が直行するように積層
して表示を行う方式は、偏光子を用いないため明るい表
示が得られ、中間調表示も可能であるという特徴を有す
るが、２枚の液晶セルを同時に駆動する必要があり製造
も困難であるという問題を有している。

【００３２】これに対し、液晶分子の配向を上下の基板
間でねじった構造のＧＨ方式は、光の偏光面の回転が液
晶分子の配向変化に追随できないため、偏光子を用いな
くても、電圧無印加時に十分な光吸収が得られる。その
ためコントラストは比較的良くなる。一般に、このねじ
れ角を大きくすればするほど、コントラストは良くな
る。しかし、このとき液晶層の駆動に要する電圧が高く
なり、また、透過率の印加電圧依存性にヒステリシスが
生じるため、中間調表示をできないという問題がある。

【００３３】このＧＨセルを用いた表示素子は、特開昭
５９−２８１３０号公報に開示されているように、液晶
分子のねじれ角がπラジアンから２πラジアン未満の範
囲で実現された。透過率の印加電圧依存性がヒステリシ
スを生じないＧＨセルは、液晶分子のプレチルト角を大
きくすることで達成されている。また、２πラジアン以
下のねじれ角でも、角度によっては電圧印加時の透過率
が低くなってしまい、十分な明るさが得られないという
問題がある。さらに、上記の公開公報には、オン状態で
のねじれ角と明るさとの関係に関する記述は全く見られ
ない。

【００３４】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
であり、薄型軽量であり低消費電力で明るい液晶表示素
子を提供することであり、そのための光の利用効率の良
い新規な液晶表示素子を提供することを目的とする。

【００３５】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、少なくとも一方が透光性を有する一対の基板と、該
一対の基板に挟持された正の誘電率異方性を有するカイ
ラルネマティック液晶層と、該液晶層に電圧を印加する
電圧印加手段とを有する液晶セルを備えた液晶表示素子
であって、該液晶層には多色性染料が添加されており、
しかも、該液晶層の液晶分子は、該一対の基板の表面に
対して垂直な螺旋軸を中心にねじれており、該一対の基
板の一方から他方に至る該液晶分子のねじれ角が、０度
以上５０度以下の範囲、１４０度以上２５０度以下の範
囲、および該範囲のねじれ角にπラジアンの整数倍を加
えた範囲の何れかの範囲内にある液晶表示素子であり、
そのことにより上記目的が達成される。

【００３６】ある実施の形態では、前記液晶層を透過し
てきた光を反射する光反射板を前記液晶セルの外部に備
えている。

【００３７】他の実施の形態によれば、前記電圧印加手
段は、前記一対の基板のうちの透光性を有する基板と前
記液晶層との間に設けられた透光性電極と、該一対の基
板のうちの他方と該液晶層との間に設けられた反射電極
とを備えている。

【００３８】さらに他の実施の形態では、前記液晶セル
は、マトリクス状に配列された複数の表示画素を有して
おり、前記電圧印加手段は、前記液晶層に対して各表示
画素毎に電圧を印加するための複数の能動素子を含んで
いる。

【００３９】さらに他の実施の形態では、前記カイラル
ネマティック液晶層の液晶分子のプレチルト角が１度以
上２０度以下である。

【００４０】さらに他の実施の形態では、前記カイラル
ネマティック液晶層の前記液晶分子の前記ねじれ角がお
よそ２４０度である。

【００４１】さらに他の実施の形態では、前記一対の基
板間距離ｄと、前記カイラルネマティック液晶層に含ま
れる液晶材料の自発ピッチｐとの比ｄ／ｐの値が、およ
そ０．４２以上０．９１以下である。

【００４２】さらに他の実施の形態では、前記カイラル
ネマティック液晶層に含まれる液晶材料の複屈折率△ｎ
が０．１以下である。

【００４３】さらに他の実施の形態では、前記カイラル
ネマティック液晶層に含まれる液晶材料のスプレイとの
弾性定数ｋ₁₁がおよそ１０ピコニュートン以下である。

【００４４】さらに他の実施の形態では、前記カイラル
ネマティック液晶層に含まれる液晶材料のベンドとスプ
レイとの弾性定数の比ｋ₃₃／ｋ₁₁がおよそ１．２７以下
である。

【００４５】以下作用について説明する。

【００４６】本発明においては、多色性染料の吸収異方
性を効果的に利用することによって低消費電力で光の利
用効率を向上させ、明るく視野角の広い液晶表示素子を
実現する。

【００４７】液晶分子の配向を上下の基板でねじった構
造のＧＨ方式においては、光は、その偏光面を回転させ
がら液晶層を通過する。その際に、多色性分子による光
の吸収が生じる。このことにより偏光板を用いなくて
も、電圧無印加時に十分な光吸収が得られる。

【００４８】本発明者らは、ねじれ角と明るさについて
詳細な検討を行った。その結果、オン状態の明るさに対
して、前記公報の開示内容のねじれ角の範囲が必ずしも
最良でなく、オン状態の明るさは、ねじれ角に大きく依
存することがわかった。さらに、発明者らが検討したね
じれ角の中でも最も明るく、ヒステリシスを生じない、
最適なねじれ角が存在する事を見いだした。

【００４９】図９には液晶の電圧印加時の光の反射率の
ねじれ角依存性を示す。印加電圧は全てのねじれ角にお
いて一定にした。図９に示されるように、ねじれ角を変
化させることにより電圧印加時の反射率が変動する事が
わかる。このうち、ねじれ角が約０度と約１８０度付近
に反射率が最も高くなる領域が存在し、この領域のねじ
れ角でＧＨ液晶を作製すれば最も明るい表示が得られる
ことがわかった。

【００５０】電圧印加時には、液晶層のバルク分子がほ
とんど立ち上がり、これに伴い色素分子も立ち上がるた
め、バルクのＧＨ液晶がほとんど吸収に寄与せず、基板
界面のＧＨ液晶分子のみが吸収に寄与する。すなわち、
上下基板界面の分子の配向が平行に近いほど、電圧印加
時には吸収が小さくなり、明るい表示が得られる。

【００５１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００５２】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態における液晶表示素子の構成を示す断面図
である。

【００５３】図１に示すように、液晶表示素子は、所定
の間隔で配された透明基板１ａおよび１ｂを有する。透
明基板ｌａ上には透明電極２ａが設けられ、さらに液晶
分子の配向方向を制御するための配向膜３ａが設けられ
ている。同様に、透明基板１ｂには透明電極２ｂが設け
られ、さらに液晶分子の配向方向を制御するための配向
膜３ｂが設けられている。これら配向膜３ａおよび３ｂ
間には、多色性染料とカイラル剤とを混入した液晶層４
が設けられ、ＧＨ液晶セル６１が形成されている。な
お、液晶層４は、正の誘電率異方性を有する液晶層であ
る。液晶層４は、多色性染料による可視光の吸収を有
し、さらにカイラル剤が添加されているため自発的なね
じれ構造も有している。

【００５４】透明電極２ａおよび２ｂには、液晶分子の
配向状態を変化させるための変調制御手段５０を接続
し、透明電極２ａおよび２ｂに印加される電圧で液晶分
子の配向状態を制御し、光強度を変調制御する。以上の
ように、ねじれ配向させたＧＨ液晶セル６１と、変調制
御手段５０とを組み合わせることにより、透過光強度を
変調できる光学素子としての液晶表示素子１０１が構成
される。

【００５５】ここで、上記構成を有する液晶表示素子１
０１の製造方法の一例を説明する。透明基板１ａおよび
１ｂとして、厚みが１．１ｍｍの７０５９ガラス基板
（コーニンググラスワークス社製）を使用した。ガラス
基板１ａおよび１ｂ上に、ＩＴＯ膜をスパッタリングに
よってそれぞれ形成し、透明電極２ａおよび２ｂを設け
る。

【００５６】透明電極２ａおよび２ｂ上に、スピンコー
トにより、ポリイミドＲＮ−１０２４（日産化学社製）
膜を均一に形成し、配向膜３ａおよび３ｂを作製する。
配向膜３ａおよび３ｂには、焼成後ラビングを施す。な
お、ラビング方向は、上下の基板間で２４０度ねじれた
液晶分子の配向を実現するように設定する。

【００５７】その後、一方の透明基板の配向膜上に、液
晶層４の厚さを一定に保つために、直径５μｍのグラス
ファイバースペーサー（日本電気硝子社製）（図示せ
ず）を散布し、液晶封止層（図示せず）として直径５．
３μｍのグラスファイバースペーサーを混入した接着性
シール材をスクリーン印刷する。その後、透明基板１ａ
および１ｂの配向膜側を張り合わせる。真空注入法によ
って２枚の基板間に液晶を注入し、ＧＨ液晶セル６１を
作製する。

【００５８】本実施の形態の場合、液晶層の厚さ（セル
厚）を５μｍに設定したが、特にこの値に制限するもの
ではなく、十分な可視光の吸収が得られ、印加電圧に対
する実用的な応答速度が得られる厚さであれば良く、通
常は１〜２０μｍ程度が良い。

【００５９】図１１は、液晶分子の配向が２４０度ねじ
れたＧＨ液晶セルのコントラストの△ｎ依存性を示して
いる（△ｎは液晶の屈折率異方性である）。図１１に示
すように、ＧＨ液晶セルのコントラストは△ｎに大きく
依存する。特に、△ｎが０．１を越えるとコントラスト
が急激に悪くなることがわかる。これは、液晶の△ｎが
大きくなると旋光性が大きくなり、その結果、電圧無印
加時の吸収が小さくなり十分なオフ状態の黒表示が得ら
れないからである。従って、この図より、△ｎは、０．
１以下が好ましい。

【００６０】また、電圧印加時に均一な液晶の分子配向
を得るために、液晶分子を基板表面からわずかに傾斜さ
せる必要がある。液晶分子の配向方向と基板表面とがな
す角度、いわゆるプレチルト角は、およそ１度以上２０
度以下が望ましい。しかし、実験的には、プレチルト角
が５度以上のとき、液晶表示素子のコントラストが良く
なることが確認されたため、本実施の形態では、プレチ
ルト角を約５度に設定した。プレチルト角はラビングの
条件によって制御され得る。

【００６１】ＧＨ液晶材料を、以下のようにして調製す
る。用いた液晶はＺＬＩ−４７９２（メルク社製）であ
り、このホスト液晶に、アゾ系およびアントラキノン系
の黒色の多色性染料を数ｗｔ％混入する。さらに、液晶
に自発的なねじれを与えるために、光学活性物質のＳ−
８１１（メルク社製）を数ｗｔ％混入し、セル厚ｄとピ
ッチｐとの比ｄ／ｐがほぼ０．５５になるように調整し
た。

【００６２】ｄ／ｐの値は特に上記の値に限られること
はなく、例えば本実施の形態の場合は０．４２以上０．
９１以下であれば良い。

【００６３】また、液晶材料の弾性定数が、本実施の形
態の液晶表示素子の光学特性におよぼす影響を評価し
た。具体的には、拡張ジョーンズマトリクス法に基づい
た計算を行い、弾性定数をパラメータとして印加電圧と
透過率との関係を求めた。ただし、ジョーンズマトリク
ス法は偏光光学系しか扱えないため、自然光の反射率
を、ねじれた液晶中の２つの固有モードである右円偏光
と左円偏光とに分けて計算し、それぞれの反射率の平均
値を求めることで本実施の形態のＧＨ液晶の光学特性を
評価した。その結果、図１２に示すように、同じオン状
態の電圧を印加する場合、スプレイの弾性定数ｋ₁₁の絶
対値が小さいほど透過率が高く、明るい表示が得られる
ことがわかった。そのため、一定の印加電圧でより明る
い表示を得ようとすれば、ｋ₁₁の値は小さい程良い。具
体的には、ｋ₁₁の値は、１０ピコニュートン（ｐＮ）以
下が望ましい。さらに、図１３に示すように、同じオン
状態の電圧を印加する時、ベンドとスプレイとの弾性定
数の比ｋ₃₃／ｋ₁₁の値が小さいほど透過率が高く、明る
い表示が得られることがわかる。そのため、一定の印加
電圧でより明るい表示を得ようとすれば、ｋ₃₃／ｋ₁₁の
値は小さい程良い。具体的には、その比の値は１．２７
以下が望ましい。

【００６４】図１０は、上記と同様の作成手順によっ
て、液晶分子のねじれ角を１８０度および９０度にした
場合の反射率の印加電圧依存性を示したものである（図
９に示すように、１８０度は電圧印加時の反射率が高い
ねじれ角であり、９０度は電圧印加時の反射率が低いね
じれ角である）。図１０より、本実施の形態で作製した
液晶表示素子は、電圧印加時の反射率が高く、非常に明
るい表示が実現できることがわかる。

【００６５】本実施の形態では、ねじれ角を２４０度に
設定した。実際に表示を行う際は、本実施の形態の場
合、図９を参照すると、反射率が約５０％以上の範囲で
明るくコントラストの良い表示を得た（反射率が５０％
という数値は、通常の新聞と同程度の反射率であり、非
常に見やすい表示が得られる）。これに対応するねじれ
角の範囲は、０度以上５０度以下、および１４０度以上
２５０度以下となる。したがって、好ましいねじれ角
は、０度以上５０度以下、および１４０度以上２５０度
以下である。また、反射率の極大値は、原理的にπラジ
アン周期で現れるため、上記のねじれ角の範囲にπラジ
アンの整数倍を加えたねじれ角も好ましい。

【００６６】上記の実施の形態のＧＨ液晶表示素子にお
いて、液晶分子のプレチルト角をおよそ１度以上２０度
以下の範囲にする理由について説明する。液晶表示素子
において、液晶分子のプレチルト角は、表示特性に大き
な影響を与えるパラメータである。基板間で液晶分子が
捻れた配向を有するＧＨ液晶表示素子で階調表示を実現
す場合、ねじれ角やプレチルト角によっては、反射率の
印加電圧依存性に履歴（ヒステリシス）が生じたり、ド
メインが発生してしまい、階調表示ができない。プレチ
ルト角とねじれ角とが履歴特性にどのような影響を与え
るかを検討するため、一例として、メルク社製の液晶Ｚ
ＬＩ−４７９２において、液晶分子の基板間におけるね
じれ角を２４０度、液晶材料の自発ピッチｐとセル厚ｄ
との比（ｄ／ｐ）を０．５としたときの、容量の印加電
圧依存性を、プレチルト角をパラメータとして計算した
結果を図１４に示す。なお、この計算では、３つの弾性
定数ｋ₁₁、ｋ₂₂およびｋ₃₃をそれぞれ、13.2、6.5、お
よび18.3ピコニュートンに設定し、誘電率ε_‖およびε
_⊥をそれぞれ、8.3および3.1に設定した。ここでは、容
量の印加電圧依存性を示したが、この特性に履歴が生じ
ると、反射率の印加電圧依存性においても履歴が生じる
ことになる。図１４より、プレチルト角が大きくなるほ
どしきい特性が急峻になり、低電圧で液晶分子が立ち上
がり、容量が増加することがわかる。この例では、プレ
チルト角が２０度になると、履歴が生じており、ＧＨ液
晶セルにしたときに階調表示ができなくなる。この結果
より、履歴のない表示を実現しようとすれば、プレチル
ト角は２０度以下であれば良い。また、上記の結果よ
り、プレチルト角が小さいほど階調表示に適するが、プ
レチルト角が小さすぎると、閾値近傍の電圧を印加した
ときに、ストライプドメインと呼ばれる配向不良が生
じ、良好な表示ができなくなる。このストライプドメイ
ンを無くすためには、ｄ／ｐの値を小さくするか、誘電
率異方性の大きい液晶を用いるか、液晶分子の基板間に
おけるねじれ角を小さくすると効果がある。ｄ／ｐに関
していえば、同じねじれ角においては、ｄ／ｐの値が小
さいほど効果があるが、値が小さすぎると、１８０度小
さいねじれ角で安定してしまう。たとえば、ねじれ角が
２４０度の場合、ｄ／ｐの値が０．４２より小さくなる
と６０度ねじれた配向が安定になってしまう。また、ｄ
／ｐの値が、０．９１より大きくなると４２０度ねじれ
た配向が安定になってしまう。そのため、ｄ／ｐの範囲
としては０．４２以上０．９１以下が２４０度ねじれを
実現できる範囲である。しかしながらこの範囲内におい
ても、ｄ／ｐの値が大きすぎると、上述のようにストラ
イプドメインと呼ばれる配向不良が生じるため、上限は
実験的に決められている。ピッチｐが一定の場合は、液
晶セルのセル厚ｄのマージンが大きくなるためｄ／ｐの
許容される範囲は広いほうが好ましい。

【００６７】上述のＺＬＩ−４７９２においては、実用
的なｄ／ｐの範囲が得られるプレチルト角は５度以上必
要であった。また、プレチルト角が小さすぎると電圧印
加時にリバースチルトが発生し、リバースチルトによっ
てディスクリネーションが生じるため、表示の均一性が
損なわれる。このためプレチルト角は１度以上が望まし
い。上記をまとめると、プレチルト角は小さい方が履歴
のない表示に好ましいが、小さすぎるとストライプドメ
インが生じやすくなり、許容されるｄ／ｐの範囲が狭く
なる。このため、実際の液晶表示素子の製造に適さなく
なる。以上のことより、プレチルト角の範囲としてはお
よそ１度以上２０度以下が望ましく、およそ５度以上で
あればさらに良いといえる。

【００６８】大きなプレチルト角を実現する配向膜を形
成する場合、一般にはＳｉＯを蒸着材料として用いる斜
方蒸着法が用いられる。しかしながら、この方法は、大
面積に適用できないという問題点や、製造プロセスが複
雑になるという問題点を有するため、実際の製造には適
さない。また、ポリイミド膜のラビングによって大きな
プレチルト角を実現する場合、ラビング条件に対してプ
レチルト角が非常に敏感であるため、大面積にわたり均
一なプレチルト角を実現することは困難である。これに
対して５〜１０度程度のプレチルト角は現在のプロセス
で安定して実現できるため、製造の容易さという観点か
らも上記のプレチルト角の範囲（およそ１度以上２０度
以下）が好ましい。

【００６９】次に、プレチルト角が光学特性におよぼす
影響について詳細に検討した。２４０度ねじれた構造の
ＧＨ反射型液晶表示素子においては、プレチルト角が大
きいほど、電圧印加時に基板表面層の多色性染料による
吸収が小さくなるため、明るい表示が得られる。図１５
（ａ）には、電圧印加時の反射率のプレチルト角依存性
を示す。図１５（ａ）より、プレチルト角が大きいほど
電圧印加時の明るさが良くなることがわかる。同様に図
１５（ｂ）には電圧無印加時の反射率のプレチルト角依
存性を示す。電圧無印加時には、プレチルト角が大きく
なると、基板表面の液晶分子が大きく立ち上がっている
ため、多色性染料による吸収が十分行われず、十分な黒
表示が行えなくなる。これを模式的に図１６に示す。図
１６（ａ）および図１６（ｂ）は、液晶分子の基板表面
に対する角度のセル厚方向の分布を示したものである。
グラフの縦軸は、液晶分子の基板表面に対する角度（以
下チルト角）である。グラフの横軸は基板間における位
置を示す。このグラフでは、２つの基板間の距離を１に
規格化して表示している。横軸の０および１に対応する
チルト角は、プレチルト角である。液晶分子が立ち上が
るほど多色性染料による吸収は小さくなるため、図中で
斜線で示した部分３０ａの面積が、定性的に光の吸収に
比例すると考えることができる。図１６（ａ）にはプレ
チルト角５度の場合、図１６（ｂ）にはプレチルト角４
０度の場合をそれぞれ示す。図１６（ａ）より、プレチ
ルト角が５度の場合の方が部分３０ａの面積が大きく、
十分黒表示が行えることがわかる。

【００７０】図１７にはＧＨ液晶のオーダーパラメータ
Ｓをパラメータとして、ＧＨ液晶セルのコントラストの
プレチルト角依存性を示す。図１７より、オーダーパラ
メータＳが０．８の場合、コントラストはプレチルト角
が１０度の場合に最大となり、それよりプレチルト角が
大きくなっても小さくなってもコントラストは悪くなっ
ているのがわかる。また、ＧＨ液晶のオーダーパラメー
タによらず、コントラストはプレチルト角が１０度程度
で最大になることがわかる。図１６および図１７の結果
より、プレチルト角はおよそ１度以上２０度以下が望ま
しいといえる。

【００７１】（第２の実施の形態）図２は、本発明によ
る他の液晶表示素子の構成を示す断面図である。

【００７２】図２に示すように、液晶表示素子は、所定
の間隔で配された透明基板１ａおよび１ｂを有してい
る。透明基板１ａには透明電極２ａが設けられ、さらに
液晶分子を配向させるための配向膜３ａが設けられてい
る。同様に、透明基板１ｂには透明電極２ｂが設けら
れ、さらに液晶分子を配向させるための配向膜３ｂが設
けられている。これら配向膜３ａおよび３ｂの間には多
色性染料とカイラル剤を混入した液晶層４が設けられ、
液晶セル６２が形成される。なお、液晶層４は、正の誘
電率異方性を有する液晶層である。液晶層４は、多色性
染料による光吸収を行い、さらにカイラル剤が添加され
ているため、自発的なねじれ構造も有している。

【００７３】さらに、基板１ａの、液晶層とは反対の表
面に、光反射層として反射板５１が取り付けられてい
る。透明電極２ａおよび２ｂに、液晶分子の配向状態を
変化させるための変調制御手段５０が接続されている。
変調制御手段５０は、透明電極２ａおよび２ｂに表示電
圧を印加することにより液晶分子の配向状態を制御し、
光強度を変調制御する。以上のように、ねじれ配向させ
たＧＨ液晶セル６２と、反射板５１と、変調制御手段５
０とを組み合わせることにより、反射光強度を変調でき
る光学素子としての反射型液晶表示素子ｌ０２を構成す
る。

【００７４】上記表示素子１０２のＧＨ液晶セル６２
は、第１の実施の形態と同様な手法によって作製され
る。さらに、接着層５２を介して反射板５１をＧＨ液晶
セル６２に組み合わせることで上記表示素子１０２を実
現する。反射板５１は、表面に凹凸を形成した基板の凹
凸面側に、アルミや銀のような反射率が高い金属の薄膜
を形成することで作製される。なお、基板表面の凹凸
は、周知のサンドブラスト法やポリッシング法によって
形成され、金属の薄膜は、真空蒸着やスパッタ等の手法
によって形成される。

【００７５】本実施の形態の構成によれば、外部光を効
率よく利用して明るい表示が得られる低消費電力の反射
型液晶表示素子を実現できる。

【００７６】（第３の実施の形態）図３は、本発明によ
るさらに他の液晶表示素子の構成を示す断面図である。

【００７７】図３に示すように、液晶表示素子は、所定
の間隔で配された透明基板１ｂおよび支持基板１ａを有
する。透明基板１ｂの一方の表面には、透明電極２ｂ、
および液晶分子を配向させるための配向膜３ｂがこの順
序で設けられている。支持基板１ａの一方の表面には、
光反射電極５ａ、および液晶分子を配向させるための配
向膜３ｃがこの順序で設けられている。これら配向膜３
ｂおよび３ｃ間に、多色性染料とカイラル剤とを混入し
た液晶層４が設けられ、液晶セル６３が形成される。な
お、液晶層４は、正の誘電率異方性を有する液晶層であ
る。液晶層４は、多色性染料による光吸収を行い、さら
にカイラル剤が添加されているために自発的なねじれ構
造も有している。透明電極２ｂおよび反射電極５ａに
は、液晶分子の配向状態を変化させるための変調制御手
段５０が接続されている。変調制御手段５０は、透明電
極２ｂおよび反射電極５ａの間に表示電圧を印加するこ
とで、液晶分子の配向状態を制御し、光強度を変調制御
する。以上のように、ねじれ配向させたＧＨ液晶セル６
３と、変調制御手段５０とを組み合わせることにより、
透過光強度を変調できる光学素子としての液晶表示素子
を構成する。

【００７８】上記素子は、光反射電極５ａを除けば第１
の実施の形態と同様の手法によって作製される。

【００７９】図５（ａ）〜（ｆ）を参照して光反射電極
５ａの作製方法を説明する。まず、図５（ａ）に示すよ
うに、基板１ａの一方の表面上にスパッタリング法によ
ってＩＴＯ膜２ａを形成した後、膜２ａをフォトリソグ
ラフィー工程によって所望の形状に加工する。その後、
基板１ａ上に、ＯＦＰＲ８００（東京応化製）をスピン
コートにより所望の厚さ（０．５〜１．０［μｍ］）だ
け塗布することで、絶縁層を兼ねた感光性樹脂層６を形
成する。感光性樹脂層６を、図６に示すような、遮光部
分２０１を複数有するマスク２００を用いて露光現像
し、そのことによって、図５（ｂ）に示すような凹凸形
状を有する層７を形成する。このようにして形成した凸
部７ａを２００℃で加熱処理をすることで、図５（ｃ）
に示すような丸みを帯びた形状に加工する。以上のよう
にして形成された凹凸層７上に、再度同一、もしくは異
なる感光性樹脂層８をスピンコートにより塗布し、それ
によって、図５（ｄ）に示すように表面の起伏を滑らか
にした後、凹凸の形成された感光性樹脂層８を画素電極
と同じ形状になるようにフォトリソグラフィー法により
加工する（図５（ｅ））。このとき同時に、感光性樹脂
層の一部に、下地電極まで貫通するコンタクトホール１
０（図５（ｆ））を形成する。このようにして画素電極
の形状にパターニングされた感光性樹脂層８上に、図５
（ｆ）に示すように、金属反射膜９としてのアルミニウ
ム薄膜をスパッタリング法によって形成する。このと
き、下地電極と金属反射膜９とはコンタクトホールを通
って電気的に接続されるので、金属反射膜９は反射電極
となる。

【００８０】以上のようにして形成した反射電極９を、
所定の表示画素パターンに加工処理し、それによって、
光反射層付きの画素電極５ａを形成する。さらに、反射
電極９の全面に配向膜を形成して光反射層付きの基板を
完成する。

【００８１】以上の手順によって作製された光反射層
は、図３ではまとめて反射電極５ａとして表記してい
る。

【００８２】本実施の形態では、絶縁層を兼ねた感光性
樹脂層８に形成したコンタクトホール１０を介して、信
号電極であるＩＴＯ膜２ａと金属反射膜９とを接続して
いる。あるいは該金属反射膜９を反射膜兼信号電極とし
て使用して、感光性樹脂層７の下部の信号電極としての
ＩＴＯ膜２ａの形成を省略することもできる。さらに、
パターニングによって、金属反射膜を除去する部分の感
光性樹脂層６を残してもよい。

【００８３】また、本実施の形態では金属反射膜として
アルミニウムを用いたが、可視光領域で均一な反射特性
を有しかつ高い反射率を持つ金属であれば、特にこれに
限定せず、例えば銀などを使用してもよい。

【００８４】本実施の形態の構成によれば、液晶セル内
に反射層を設けるために、視差による影響がない明るく
高品質な液晶表示装置を実現できる。

【００８５】（第４の実施の形態）図４は、本発明によ
るさらに他の液晶表示素子の構成を示す断面図である。

【００８６】図４に示すように、液晶表示素子は、所定
の間隔で配された透明基板１ｂおよび支持基板１ａを有
する。透明基板１ｂの一方の表面には、透明電極２ｂ、
および液晶分子を配向させるための配向膜３ｂがこの順
序で設けられている。支持基板１ａの一方の表面には、
透明電極２ａおよび能動素子としての複数の薄膜ダイオ
ード１２が設けられ、さらに、それらの上に液晶分子を
配向させるための配向膜３ａが設けられている。

【００８７】これら配向膜３ａおよび３ｂ間に、多色性
染料とカイラル剤とを混入した液晶層４が設けられ、液
晶セル６４が形成される。なお、液晶層４は、正の誘電
率異方性を有する液晶層である。液晶層４は、多色性染
料による光吸収を行い、さらにカイラル剤が添加されて
いるために自発的なねじれ構造も有している。液晶セル
６４は、マトリクス状に配置された複数の表示画素を含
み、表示画素のそれぞれには、１つの能動素子１２が設
けられている。

【００８８】透明電極２ｂおよび薄膜ダイオード１２に
は、液晶分子の配向状態を変化させるための変調制御手
段５０を接続する。なお、変調制御手段５０は、表示画
素のそれぞれに設けられた能動素子１２と接続されてい
る（図示せず）。変調制御手段５０は、透明電極２ｂお
よび薄膜ダイオード１２に表示電圧を印加することで、
液晶分子の配向状態を制御し、光強度を変調制御する。
以上のように、ねじれ配向させたＧＨ液晶セル６４と変
調制御手段５０とを組み合わすことによって、透過光強
度の変調が可能な光学素子としての液晶表示素子１０４
を構成する。

【００８９】上記素子１０４は、薄膜ダイオードを除け
ば第１の実施の形態と同様の手法により作製される。

【００９０】ここで、能動素子として薄膜ダイオードを
作製する方法を、図７（ａ）〜（ｅ）を参照して説明す
る。図７（ａ）に示すように、基板１ａの一方の表面上
に、タンタル（Ｔａ）薄膜１３ａを、スパッタリング法
により厚さ約３０００オングストローム程度に形成す
る。次に、図７（ｂ）に示すように、上記Ｔａ薄膜１３
ａを所望の形状となるようにフォトリソグラフィーによ
って加工し、Ｔａ配線１３を形成する。その後、図７
（ｃ）に示すようにＴａ配線１３の表面に陽極酸化処理
を施して、約６００オングストローム程度の厚さのＴａ
₂Ｏ₅絶縁層１４を形成する。さらに、図７（ｄ）に示す
ように、Ｔａ₂Ｏ₅絶縁層１４上にチタン（Ｔｉ）膜をス
パッタリング法によって成膜し、これをフォトリソグラ
フィー工程により所定の形状に加工して、Ｔｉ電極１５
を形成する。これにより、基板１ａ上に能動素子として
の薄膜ダイオード１２を形成する。さらに図７（ｅ）に
示すように、ＩＴＯ膜の形成およびパターンニングによ
って、上記Ｔｉ電極１５に接続された画素透明電極２ａ
を形成する。

【００９１】以上の方法によって、能動素子としての薄
膜ダイオード１２を形成する。

【００９２】本実施の形態の液晶表示素子によれば、液
晶セルに能動素子が設けられているので、大容量の表示
が可能となる。このことにより、輝度が高く消費電力が
低い情報表示端末用の液晶表示素子が実現できる。

【００９３】本実施の形態では、能動素子として薄膜ダ
イオードを用いているが、特にこれに限定されるもので
はなく、薄膜トランジスタを用いても良い。

【００９４】また、第３の実施の形態と同様の手法によ
って光反射層を形成して、液晶セル内に反射層を有する
反射型液晶表示素子としても良い。図８（ａ）および
（ｂ）は、そのようにして作製した液晶表示素子の断面
図を示す。なお、図８（ａ）および（ｂ）において、凹
凸層７と感光性樹脂層８とは、一括して層１６として表
しており、層１６は、コンタクトホール１６ａを有して
いる。

【００９５】図８（ａ）に示す反射型液晶表示素子１０
５ａは、光反射画素電極５ａを用いた薄膜ダイオード１
２を有する。このような構造にすることによって、視差
が無く、表示品位に優れた反射型液晶表示素子を作製す
ることができる。

【００９６】一方、図８（ｂ）が示す反射型液晶表示素
子１０５ｂでは、光反射画素電極５ｂにおいて、反射膜
９が反射型液晶表示素子１０５ａにおける電極２ａの機
能を兼ねている。このような構成にすることで、前述の
優れた特徴に加えて、製造工程を簡単にできるという特
徴を有する反射型液晶表示素子を得ることができる。

【００９７】本実施の形態では、反射型液晶表示素子に
ついて説明したが、本発明は、透過型液晶表示素子にも
適用できる。

【００９８】（第５の実施の形態）図１８は本発明の第
５の実施の形態における液晶表示素子１０６の構成を示
す断面図である。液晶表示素子１０６は所定の間隔で配
された支持基板１ａおよび透明基板１ｂとを有する。支
持基板１ａの表面には凹凸が形成されており、この凹凸
上に表示電極を兼ねた反射板２ｃが設けられ、さらに液
晶分子に接する配向層３ａが設けられている。同様に、
透明基板１ｂ上には透明電極２ｂが設けられ、液晶分子
に接する配向膜３ｂが設けられている。これら配向膜３
ａ，３ｂ間には多色性染料とカイラル材を混入した液晶
層４’が設けられている。液晶層４’は多色性染料によ
り光の吸収を有し、さらにカイラル材が添加されている
ため自発的にねじれ構造も有している。表示電極を兼ね
た反射板２ｃと透明電極２ｂとには液晶分子の配向形態
を変化させるための変調制御手段５０が接続されてお
り、印加される表示電圧による外場である電界で液晶分
子の配向形態を制御し、光強度を変調制御する。以上に
より、ねじれ配向させたＧＨ液晶セルと、変調制御手段
５０とを組み合わせる事により、透過光強度を変調する
事ができる光学素子としての液晶表示装置１０６が構成
される。

【００９９】本実施例の形態の場合、許容されるｄ／ｐ
の範囲をくさびセルを用いてあらかじめ測定した。その
結果、プレチルト角が１．５度の場合、ｄ／ｐが０．４
２以上で基板間で２４０度ツイストとなり、ｄ／ｐが
０．５４より大きくなるとストライプドメインが生じ
た。この結果より、許容されるｄ／ｐの範囲は０．４２
以上０．５４以下となる。自発ピッチを９μｍとした場
合、許容されるセル厚ｄの範囲は３．７８μｍ以上４．
８６μｍ以下となり、マージンはこの範囲の中心値から
±０．５４μｍとなる。本実施の形態の場合、反射板２
ｃを形成するために表面に凹凸を形成してあり、凹凸の
段差が中心値から±０．５μｍ有り、前述のくさびセル
による実験結果より、セル厚ｄのばらつきに許容される
範囲は０．０４μｍしかない。これはセル厚ｄを４．５
μｍとした場合にセル厚ｄの±１％以下の制御性が要求
され、実際の作製プロセスが非常に厳しくなり、現実的
ではない。

【０１００】これに対して、プレチルト角が５度の場
合、同様のくさびセルによる実験の結果、ｄ／ｐが０．
４２以上で２４０度ツイストとなり、ｄ／ｐが０．６７
より大きくなるとストライプドメインが生じた。この結
果より、許容されるｄ／ｐの範囲は０．４２以上０．６
７以下となる。自発ピッチを９μｍとした場合、許容さ
れるセル厚ｄの範囲は３．７８μｍ以上６．０３μｍと
なり、マージンは範囲の中心値から±１．１２μｍとな
る。本実施の形態の場合、反射板２ｃを形成するために
基板１ａの表面に凹凸を形成してあり、凹凸の段差が、
凹凸の中心値から±０．５μｍ有るので、前述のくさび
セルによる実験結果より、セル厚のばらつきに許容され
る範囲は±０．６２μｍとなる。これはセル厚ｄが４．
５μｍとした場合にセル厚ｄの±１３％以下の制御性で
セルを作製できるため実際の作成プロセスに十分適応で
きる。

【０１０１】次に、上述の構成を有する液晶表示素子の
製造方法の例を説明する。支持基板１ａおよび透明基盤
１ｂとして厚みが１．１ｍｍの７０５９ガラス基板（コ
ーニンググラスワークス社製）を使用し、ガラス基板１
ａ上に反射電極２ａとしてのアルミをスパッタ法によっ
て形成した。ガラス基板１ａ上には微細な凹凸（図示せ
ず）が形成されている。この凹凸は周知のサンドブラス
ト法やポリッシング法によって形成した。以上によって
光散乱性を有する反射電極２ａが作製された。さらに、
透明基板１ｂ上に透明電極としてのＩＴＯ膜３をスパッ
タ法により形成し電極とした。配向層３ａおよび３ｂは
ポリイミドＳＥ−１５０（日産化学社製）をスピンコー
トにより均一に形成し、焼成後ラビングを施した。ラビ
ング方向は上下の基板１ａおよび１ｂ間で２４０度ねじ
れた配向が実現できる様に設定した。その後、液晶層
４’の間隔を一定に保つために、４．５μｍのグラスフ
ァイバースペーサー（図示せず）を散布し、液晶封止層
（図示せず）として４．８μｍのグラスファイバースペ
ーサーを混入した接着性シール材をスクリーン印刷する
ことにより形成し、２つの基板１ａおよび１ｂを張り合
わせた。その後、２枚の基板間に、真空脱気により液晶
材料を注入し、ＧＨ液晶セルを作製した。液晶層４’の
間隔は本実施の形態の場合４．５μｍに設定したが、特
に制限されるものではなく、十分な光の吸収が得られ、
実用的な応答速度が得られる厚さであれば良く、通常は
２〜１５μｍ程度が良い。

【０１０２】ＧＨ液晶材料は以下のようにして調整し
た。用いた液晶材料はフッ素系の混合液晶材料であり、
このホスト液晶材料に数種類のアゾ系およびアントラキ
ノン系の黒色の多色性染料を数ｗｔ％混入し、白黒表示
ができるように色相を調節した。さらに、液晶層に自発
的なねじれを与えるため光学活性物質のＳ−８１１（メ
ルク社製）を数ｗｔ％混入し、自発ピッチｐとセル厚ｄ
の比ｄ／ｐがほぼ０．５になるように調整した。

【０１０３】この様にして作製した反射型液晶表示素子
は、コントラスト６で明るく階調表示可能であった。本
実施の形態では能動素子を形成していない基板を支持基
板として用いたが、本実施の形態をＴＦＴやＭＩＭ等の
能動素子と組み合わせることで大容量表示が行えること
は明らかである。さらに、本実施例では白黒表示のみに
ついて行ったが、公知のマイクロカラーフィルターと組
み合わせることで、カラー表示が行えることも明らかで
ある。

【０１０４】以上のように本発明の液晶表示素子によれ
ば、明るくコントラストの良い反射型液晶表示素子が実
現できる。また、反射型ＧＨ液晶表示素子において、最
適な明るさとコントラストを得るためのプレチルト角と
ねじれ角との範囲を明らかにしたことで、設計の自由度
も増し、設計が簡便に行えるようになった。

【０１０５】第１〜第５の実施の形態で説明した液晶分
子のねじれ角の範囲は、反射型液晶表示素子に最適なね
じれ角の範囲である。

【０１０６】透過型液晶表示装置において好ましいコン
トラストをもたらすように最適化されたねじれ角や複屈
折率等の数値を単に半分にしただけでは、反射型液晶表
示装置に最適な数値となるとは限らない。なぜなら、反
射型液晶表示装置では、反射板において液晶分子のねじ
れ配向の対称面が存在するからである。ねじれ配向の対
称面が存在するので、入射光と反射光とに対する液晶層
の旋光性が異なる。透過型液晶表示素子では、ねじれ配
向の対称面が存在しないので、反射型液晶表示素子と透
過型液晶表示素子とでは、光の経路に対する液晶層の影
響が異なる。上述の実施の形態で説明した好ましいコン
トラストを与えるねじれ角の値の範囲は、これらの影響
を考慮した上で導かれた範囲である。

【０１０７】

【発明の効果】本発明によれば、正の誘電率異方性を有
するカイラルネマティック液晶層のねじれ角が、０度以
上５０度以下の範囲、１４０度以上２５０度以下の範
囲、およびこれらの範囲の値にπラジアンの整数倍を加
えた範囲内に決定されているため、同じ印加電圧でも、
明るく光の利用効率の良い液晶表示素子が提供される。

【０１０８】さらに、前記液晶層を透過してきた光を反
射する光反射板を前記液晶セルの外部に備えることによ
り、外部光源の光を効率よく利用することができ、低消
費電力で明るい表示が得られる。

【０１０９】また、カイラルネマティック液晶層の液晶
分子のプレチルト角が１度以上２０度以下であるので、
ストライプドメインが発生しない良好な表示を提供する
液晶表示素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における液晶表示素
子の構成を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態における液晶表示素
子の構成を示す断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態における液晶表示素
子の構成を示す断面図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態における液晶表示素
子の構成を示す断面図である。

【図５】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第３の実施の形態
における光反射電極の作製方法を示す工程断面図であ
る。

【図６】本発明の第３の実施の形態において光反射電極
を作製するときのフォトリソグラフィー工程に用いる遮
光パターンを示す図である。

【図７】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第４の実施の形態
における薄膜ダイオードの作製方法を示す工程断面図で
ある。

【図８】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第４の実施の
形態における別の液晶表示素子の構成を示す断面図であ
る。

【図９】第１の実施の形態の液晶表示素子における反射
率のねじれ角依存性を示すグラフである。

【図１０】ＧＨ型液晶表示素子において、液晶のねじれ
角を変化させたときの電圧印加時の反射率の変化を示す
グラフである。

【図１１】２４０度ねじれのＧＨ型液晶表示素子におけ
るコントラストの△ｎ依存性を示すグラフである。

【図１２】スプレイの弾性定数ｋ₁₁をパラーメーターと
したときの反射率の印加電圧依存性を示すグラフであ
る。

【図１３】ベンドとスプレイとの弾性定数の比ｋ₃₃／ｋ
₁₁をパラメーターとしたときの反射率の印加電圧依存性
を示すグラフである。

【図１４】液晶層の容量の印加電圧依存性を示すグラ
フ。

【図１５】（ａ）は、電圧印加時での反射率のプレチル
ト角依存性を示すグラフ。（ｂ）は、電圧無印加時での
反射率のプレチルト角依存性を示すグラフ。

【図１６】電圧無印加時の基板間のチルト角の分布を示
すグラフである。（ａ）は、プレチルト角が５度の場合
のグラフ。（ｂ）は、プレチルト角が４０度の場合のグ
ラフ。

【図１７】コントラストのプレチルト角依存性を示すグ
ラフ。

【図１８】本発明の第５の実施の形態における液晶表示
素子の構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ基板２ａ、２ｂ透明電極３ａ、３ｂ配向膜４液晶層５ａ、５ｂ光反射電極６、７、８感光性樹脂層９金属反射膜１２薄膜ダイオード５０変調制御手段６１、６２、６３、６４、６５液晶セル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方が透光性を有する一対の
基板と、該一対の基板に挟持された正の誘電率異方性を
有するカイラルネマティック液晶層と、該液晶層に電圧
を印加する電圧印加手段とを有する液晶セルを備えた液
晶表示素子であって、該液晶層には多色性染料が添加されており、該液晶層の液晶分子は、該一対の基板の表面に対して垂
直な螺旋軸を中心にねじれており、該一対の基板の一方
から他方に至る該液晶分子のねじれ角が、０度以上５０
度以下の範囲、１４０度以上２５０度以下の範囲、およ
び該範囲のねじれ角にπラジアンの整数倍を加えた範囲
の何れかの範囲内にある液晶表示素子。
【請求項２】前記液晶層を透過してきた光を反射する
光反射板を前記液晶セルの外部に備えている請求項１に
記載の液晶表示素子。
【請求項３】前記電圧印加手段は、前記一対の基板の
うちの透光性を有する基板と前記液晶層との間に設けら
れた透光性電極と、該一対の基板のうちの他方と該液晶
層との間に設けられた反射電極とを備えている請求項１
に記載の液晶表示素子。
【請求項４】前記液晶セルは、マトリクス状に配列さ
れた複数の表示画素を有しており、前記電圧印加手段
は、前記液晶層に対して各表示画素毎に電圧を印加する
ための複数の能動素子を含んでいる請求項１から３のい
ずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項５】前記カイラルネマティック液晶層の液晶
分子のプレチルト角が１度以上２０度以下である請求項
１から４のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項６】前記カイラルネマティック液晶層の前記
液晶分子の前記ねじれ角がおよそ２４０度である請求項
１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】前記一対の基板間距離ｄと、前記カイラ
ルネマティック液晶層に含まれる液晶材料の自発ピッチ
ｐとの比ｄ／ｐの値が、およそ０．４２以上０．９１以
下である請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】前記カイラルネマティック液晶層に含ま
れる液晶材料の複屈折率△ｎが０．１以下である請求項
１に記載の液晶表示装置。
【請求項９】前記カイラルネマティック液晶層に含ま
れる液晶材料のスプレイの弾性定数ｋ₁₁がおよそ１０ピ
コニュートン以下である請求項１に記載の液晶表示装
置。
【請求項１０】前記カイラルネマティック液晶層に含
まれる液晶材料のベンドとスプレイとの弾性定数の比ｋ
₃₃／ｋ₁₁がおよそ１．２７以下である請求項１に記載の
液晶表示装置。