JPH09146125A

JPH09146125A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH09146125A
Application number: JP30627695A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Yamaguchi; 雅彦山口; Koji Oguma; 浩司小熊
Original assignee: FURONTETSUKU KK; Frontec Inc
Current assignee: FURONTETSUKU KK; Frontec Inc
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】視野角依存性を抑え、表示品位を向上させる
と共に、低消費電力化、応答速度の高速化を図る。【解決手段】第１の基板１６と、第２の基板と、第１
の基板と第２の基板の間に配置されたネマティック液晶
からなる液晶層と、第１の基板に形成された、複数本の
平行な線状電極部１８及びこの線状電極部どうしを接続
した基部２０とからなる第１電極２２と、第１電極の各
線状電極部間に配置された複数本の平行な線状電極部２
４及びこの線状電極部どうしを接続した基部２６とから
なる第２電極２８とを有し、第１の基板におけるプレチ
ルト角が１゜以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の画像等を表
示する液晶表示装置に用いられる液晶表示素子に関する
もので、特にその視野角依存性を改善したものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、軽量化、小型化、薄型
化などが可能で、表示装置として各種の用途に使用され
つつある。中でも、ツイステッドネマティックモード
（ＴＮモード）のアクティブマトリクス型液晶表示装置
は、駆動電圧が低く、消費電力が少ない上に、コントラ
ストが高く、高画質化が可能で、多用されている。

【０００３】ＴＮモードの液晶表示素子は、偏光板と透
明な電極と配向膜を具備した２枚のガラス基板を互いの
配向膜の配向方向が９０゜異なるように、間隔をおいて
配置し、その間にネマティック液晶を９０゜ねじって配
列して概略構成されたもので、両基板の電極間に電圧を
印加していないときには、図２２（ａ）に示されるよう
に、偏光板を備えた一方の基板１０を透過した偏光光線
は９０゜ねじれた液晶１４に沿って、その偏光方向αを
９０゜変換させて、偏光方向βの偏光板を備えた他方の
基板１２を透過し、液晶表示素子としては明状態とな
る。そして、両基板の電極間に電圧を印加することによ
って、図２２（ｂ）に示されるように、印加した電界方
向に沿って液晶１４は立上がり、一方の基板１０を透過
した偏光光線は、その偏光方向αが変換せず、他方の基
板１０の異なる偏光方向βの偏光板を透過しなくなり、
液晶表示素子として暗状態となる。この明状態と暗状態
とを各画素毎に制御することにより、各種の表示を行う
ことができるようになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、液晶表示素
子、中でも上述したＴＮモードの液晶表示素子において
は、その視野角依存性が問題とされている。図２３は視
野角依存性を示すものである。図２３は、コントラスト
（ＣＲ）が１０以上の範囲を示すもので、左右方向から
の視認性は良好であるものの、上下方向、特に上方向か
らの視認性が極端に悪いことが示されている。このよう
な方向によって視認性が異なる視野角依存性は、液晶表
示装置の表示品位の低下要因の１つとして従来から問題
とされていた。

【０００５】図２２（ａ）または図２４（ａ）に示され
るように、全ての液晶が倒れて配列方向が同じ状態にお
いては、どの方向から入射し出射する光線も条件は大差
ないため、図２４（ａ）に示す屈折率ｎ1とｎ2はほぼ等
しく、視野角依存性は目立たないものの、液晶は、その
長軸方向と短軸方向とで屈折率が異なるので、図２２
（ｂ）や図２４（ｂ）に示すように、電圧が印加されて
個々の液晶によって傾きが変りその配列方向が異なる
と、透過光線の角度により、屈折率ｎ1'とｎ2'が異なっ
てくる。その結果、ノーマリホワイト表示モードである
と、電圧印加時の透過率の値が視野角依存性により大き
く変動するため、コントラストとしては著しい変化にな
る。

【０００６】また、液晶表示装置は、小型軽量化、消費
電力が少ないこと等から、特に、携帯用の電子機器、例
えば、ビデオカメラ、携帯用パーソナルコンピュータ等
での需要が高く、それらの使用時間を延長させる為に、
よりいっそうの低消費電力化が求められている。さら
に、これらの電子機器に加えて、テレビへの需要に応え
る為、従来から課題とされている応答速度の高速化と、
コントラストを向上することが急務とされている。

【０００７】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、視野角依存性を抑え、表示品位を向上させる
と共に、低消費電力化、応答速度の高速化、コントラス
トの向上等を目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の液晶表示
素子は、第１の基板と、該第１の基板に対向して配置さ
れ、第１の基板側に配向膜の形成された第２の基板と、
第１の基板と第２の基板の間に配置されたネマティック
液晶からなる液晶層と、第１の基板に形成された、複数
本の平行な線状電極部及びこの線状電極部どうしを接続
した基部とからなる第１電極と、該第１電極の各線状電
極部間に配置された複数本の平行な線状電極部及びこの
線状電極部どうしを接続した基部とからなる第２電極
と、第１電極と第２電極間に電圧を印加するスイッチン
グ素子とを有し、液晶に前記線状電極部の長手方向に平
行な配向処理がなされ、前記第１の基板におけるプレチ
ルト角が１゜以下であることを特徴とするものである。

【０００９】請求項２記載の発明は、同様の液晶表示素
子において、液晶のツイスト弾性定数Ｋ₂₂が１０ｐＮ以
下であることを特徴とするものである。請求項３記載の
発明は、同様の液晶表示素子において、液晶の誘電率異
方性Δεが５以上であることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、同様の液晶表示素子において、
液晶の粘度ηが３０cps以下であることを特徴とするも
のである。請求項５記載の発明は、同様の液晶表示素子
において、液晶の初期配向がホモジニアスであることを
特徴とするものである。請求項６記載の発明は、同様の
液晶表示素子において、第１電極及び第２電極が透明電
極であることを特徴とするものである。請求項７記載の
発明は、同様の液晶表示素子において、表示モードがノ
ーマリブラックであることを特徴とするものである。

【００１０】請求項８記載の発明は、上記液晶表示素子
において、液晶にカイラル剤が添加されていることを特
徴とするものである。請求項９記載の発明は、上記液晶
表示素子において、第１電極の線状電極部とこれに隣り
合う第２電極の線状電極部の間隔Ｇと、第１の基板と第
２の基板の間隔Ｄが次式を満たすことを特徴とするもの
である。０.５≦Ｇ／Ｄ≦３.０請求項１０記載の発明は、上記液晶表示素子において、
スイッチング素子が薄膜トランジスタであることを特徴
とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の液晶表示素子は、透明な
第１の基板と、該第１の基板に対向して配置され、第１
の基板側に配向膜の形成された透明な第２の基板と、第
１の基板と第２の基板の間に配置された液晶層とを有し
て概略構成される。そして、本発明においては、２枚の
対向した基板の内、一方の基板である第１の基板には、
液晶を駆動するための電極が形成されるが、他方の基板
である第２の基板には、電極が形成されない。

【００１２】図１に示すように、ガラス板等（厚さ約１
mm）からなる第１の基板１６上には、第１電極２２と第
２電極２８が同一平面内に形成される。第１電極２２
は、複数本の平行な線状電極部１８，１８，・・・と、こ
れら線状電極部１８，１８，・・・どうしを接続した基部
２０とからなり、同様に、第２電極２８も複数本の平行
な線状電極部２４，２４，・・・と、これら線状電極部２
４，２４，・・・どうしを接続した基部２６とからなり、
第１電極２２の線状電極部１８，１８，・・・と第２電極
２８の線状電極部２４，２４，・・・は、平行にかつ等間
隔で交互に配置される。このような電極２２，２８は、
フォトリソグラフィ技術を駆使することにより容易に形
成される。

【００１３】第１電極２２と第２電極２８には、これら
の間に電圧を印加するための電源３２及びスイッチング
素子３０が接続されている。また、基板間に設けられる
液晶には配向処理がなされるが、その配向方向γは、第
１電極２２の線状電極部１８の長手方向とほぼ平行とな
るようにされる。その配向処理の為には、第１基板の表
面を直接ラビング処理する方法の他、ポリイミド樹脂、
ポリアミド樹脂、ポリビニルアルコールなどからなる配
向膜を設けることなどによりなされる。

【００１４】このような本発明の液晶表示素子の一例を
示す図１，２，３を参照して、その作動を説明する。こ
の例のものでは、第１の基板１６に設けた偏光板の偏光
方向αと第２の基板３６に設けた偏光板の偏光方向βを
９０゜異なるように設定している。まず、第１の基板１
６上に形成された第１電極２２と第２電極２８間に電圧
が印加されていない状態では、液晶３４，３４，・・・
は、同方向γに配向処理のされている第１の基板の配向
膜と第２の基板の配向膜により、図２（ａ），（ｂ）に
示すように一律に同方向にホモジニアス配向している。
このとき、第１の基板１６を透過した光線は、偏光板に
よりα方向に偏光しており、液晶層をそのまま透過し、
第２の基板３６の異なる偏光方向βの偏光板に到達する
ので、その偏光板で遮断され、光線は液晶表示素子を透
過することがなく、暗状態となる（ノーマリブラックモ
ード）。

【００１５】次に、第１の基板１６上に形成された第１
電極２２と第２電極２８間に電圧を印加する。すると、
液晶層の、第１の基板１６に近接した液晶３４ほど、そ
の配向方向が、線状電極部１８の長手方向に対して垂直
に変換する。即ち、第１電極２２の線状電極部１８と第
２電極２８の線状電極部２４の間に電圧が印加されるこ
とにより、これら線状電極部１８の長手方向に対し垂直
な方向の電気力線が発生し、第１の基板１６に形成され
ていた配向膜によって線状電極部１８の長手方向γに平
行に配向していた液晶３４が、配向膜による規制力より
も大きい電界による規制力によって、γ方向とは垂直な
方向に配向方向が変換する。

【００１６】この電界による規制力の影響は、第１の基
板１６に近いところに位置する液晶３４ほど大きく受
け、第１の基板１６から遠ざかり、第２の基板３６に近
いところに位置する液晶３４では小さくなる。したがっ
て、第２の基板３６に近いところに位置する液晶３４
は、第１の基板１６に形成された電極２２，２８間に電
圧が印加されたとしても、第２の基板３６に形成された
配向膜による規制力の影響の方をより大きく受け、その
配向方向が変換することがない。換言すれば、第２の基
板３６に形成される配向膜には、第１の基板１６に形成
される電極２２，２８に電圧が印加されても、第２の基
板３６に近いところに位置する液晶３４を規制し続ける
だけの強い配向処理がされていることが必要とされる。
よって、第１電極２２と第２電極２８間に電圧が印加さ
れると、図３に示すように、９０゜のツイスト配向がな
される。この状態であると、第１の基板１６を透過し、
α方向に偏光した偏光光線は、ツイストした液晶３４に
沿ってその偏光方向が変換し、α方向と異なるβ方向の
偏光板の設けられた第２の基板３６を透過することにな
り、明状態となる。

【００１７】本発明の液晶表示素子であると、電界の変
化により液晶を起立させたり又横たわせるものでないの
で、液晶の長軸方向と短軸方向の屈折率の差異による透
過率の低下が起こりにくくなるので、視野角依存性が抑
えられる。

【００１８】本発明では、第１電極２２の線状電極部１
８と第２電極２８の線状電極部２４の間に電圧が印加さ
れるので、その方向は各線状電極部１８，２４の長手方
向とは垂直な方向となる。すなわち、印加電界方向と、
線状電極部１８，２４の長手方向と平行な配向膜の配向
方向とは垂直になるので、コントラストを最も高めるこ
とのできる液晶の９０゜のツイストが実現される。

【００１９】ところで、液晶表示素子の製造過程におい
ては、貼り工程、ラビング工程、カッティング工程等の
数種の工程を経るので、製造された液晶表示素子の配向
方向には、±１゜程度の製造誤差が生じてしまう。した
がって、液晶のツイストの設定値が９０゜未満のもの、
例えば８９゜のものであると、実際の液晶のツイスト角
度は８８゜〜９０゜の範囲となり、本発明のように９０
゜のものであると、実際の液晶のツイスト角度は、８９
゜〜９１゜の範囲内におさまることになる。ここで、液
晶のツイスト角度と液晶表示素子のコントラストの間に
は、図４に示されるように、ツイスト角度が９０゜のと
きにコントラストが最大になる関係がある。したがっ
て、設定値が９０゜未満、例えば、８９゜のもののコン
トラストのばらつきに比して、本発明のように、設定値
を９０゜に設定したもののコントラストのばらつきは、
約半分に抑えられる。

【００２０】また、９０゜のツイスト配向させるために
は、通常、ホモジニアス（０゜ツイスト）から右回転で
９０゜ツイストする場合と、左回転で９０゜ツイストす
る場合の２種類の配向状態が生じる。これら異なる配向
状態の境界においては、ディスクリネーション、すなわ
ち配向不均一な領域が生じ、光漏れが起き、コントラス
トの低下原因となる。そこで、液晶層に用いるネマティ
ック液晶には、カイラル剤を添加しておくことが望まし
い。カイラル剤は、不斉炭素を有する光学活性材料でネ
マティック液晶と混合すると、その割合によって決めら
れるピッチで液晶分子が、カイラル剤の種類によって定
められた方向に螺旋を描く。従って、カイラル剤を添加
することで、電圧印加した場合の液晶分子回転方向が左
右どちらかに規定され、ディスクリネーションの発生を
防止できる。

【００２１】カイラル剤の添加量とディスクリネーショ
ン発生率の関係を図５に示す。図５から、カイラル剤の
添加量が少ないと、電圧を印加したときにディスクリネ
ーションが発生し易く、多いと、電圧の印加を停止した
ときにディスクリネーションが発生し易くなることがわ
かる。したがって、カイラル剤は、液晶に対して、０.
０５〜０.１６重量％添加されることが望まれる。但
し、この添加率はカイラル剤の種類およびセルギャップ
の大小により変動する。カイラル剤を液晶に添加してお
くことにより、液晶のツイストをより確実ならしめるこ
とができ、より視野角を広めることになる。

【００２２】また、請求項１記載の発明においては、第
１の基板におけるプレチルト角θｐが１゜以下とするこ
とを特徴としている。従来一般の液晶表示素子において
は、リバースチルトを抑制するために高いチルト角θｐ
を設けておくことが必要とされていた。しかしながら、
本発明においては、プレチルト角を極力小さくでき、０
゜であってもかまわない。寧ろ、θｐが３゜よりも大き
くなると、屈折率Δｎｄの変化を誘発するおそれがあ
る。本発明のごとくプレチルト角θｐを小さくすること
によって、第１基板に近傍した液晶分子が回転し易くな
る。その結果、図６に示すように、しきい値Ｖ₁₀を低減
することができる。ここで、しきい値Ｖ₁₀とは、液晶表
示素子において、光の透過率を１０％変化させるのに必
要な駆動電圧を示す。従って、しきい値Ｖ₁₀を低減でき
ることは、駆動電圧を低下せしめ、低消費電力化を図れ
ることを意味する。特に、図６に示されているように、
プレチルト角θｐを１゜以下とすることにより、しきい
値Ｖ₁₀を低減せしめられる。

【００２３】また、従来においては、液晶材料を特殊な
ものとすることで、しきい値Ｖ₁₀を低減することがあっ
た。しかしながら、そのような特殊な液晶材料である
と、しきい値Ｖ₁₀の低減は図れても液晶の応答速度や信
頼性が低下することがあった。しかし、本発明であると
そのような特殊な液晶材料を使用せずともしきい値Ｖ₁₀
を低減することができ、応答速度や信頼性が低下するこ
とがなく、しかも、液晶材料の制約がなく、選択の幅を
広げることができる。また、しきい値Ｖ₁₀を低減せしめ
るには、液晶分子に印加される実効電圧を高めることに
よってもなされるが、その為には、電極の加工精度を高
めて細く形成する必要が生じ、製造が困難となる。しか
しながら、本発明であれば、そのような困難を伴うこと
なくしきい値Ｖ₁₀を低減することができる。また、チル
ト角θｐによる視野角特性を図７に示す。図７から明ら
かなように、チルト角θｐが５゜のものであると視野が
狭く視野角依存性があるが、チルト角θｐが１゜のもの
であると視野がとても広く、視野角依存性が改善されて
いる。中間調表示は、色相の電圧依存性や視野角依存性
等、従来ＴＮと同等レベルが得られる。上記カイラル剤
の添加と、プレチルト角の低減とにより、電圧を印加す
ることによる液晶の一方向へのツイストをより確実なら
しめることができ、ディスクリネーション発生の防止と
コントラストの向上を図ることができる。

【００２４】また、請求項２記載の発明は、適用する液
晶のツイスト弾性定数Ｋ₂₂が、１０ｐＮ（１０×10^-12
Ｎ）以下であることを特徴とする。５ｐＮ以下であれば
より好ましい。ツイスト弾性定数Ｋ₂₂と、液晶表示素子
における電圧印加時の液晶の応答時間τr及び電圧印加
を停止した時の液晶の戻りの応答時間τdとの関係を調
べたところ、ツイスト弾性定数Ｋ₂₂を小さくすること
で、応答時間τdは長くなるものの、応答時間τrはそれ
以上に速くなり、図８に示されるように、ツイスト弾性
定数Ｋ₂₂を小さくすることにより、平均応答時間τ（＝
（τr＋τd）／２）を短縮せしめ、液晶表示素子として
の応答速度を速めることができるようになる。

【００２５】また、請求項３記載発明は、液晶の誘電率
異方性Δεが５以上であることを特徴とするものであ
る。誘電率異方性Δεが増加すると、印加電圧に対する
誘電トルクが高まるので、図９に示すように、しきい値
Ｖ₁₀を低減できるようになる。

【００２６】請求項４記載発明は、液晶の粘度ηが３０
cps以下であることを特徴とするものである。２０cps以
下であればより好ましい。この粘度ηが小さくなること
により、液晶分子は動きやすくなり、図８に示すよう
に、粘度ηを小さくすることで平均応答時間τを短縮
し、高速化を図ることができる。特に、ツイスト弾性定
数Ｋ₂₂と粘度ηを共に低減せしめることにより、液晶の
応答速度を飛躍的に高めることが可能となる。

【００２７】請求項５記載の発明は、液晶の初期配向が
ホモジニアスであることを特徴とするものである。本発
明のように、一方の基板側にのみ電極を設けることによ
り液晶分子を回転する構成の液晶表示素子であると、初
期配向がツイスト配向であるものを電界の作用によりホ
モジニアス配向にするには高い駆動電圧を必要とするこ
とが判明したからである。すなわち、図１０に示すよう
に、液晶分子をツイストさせて液晶表示素子の透過率Ｔ
を高めるのに、初期配向が９０゜ツイストのものである
と、印加電圧に対する応答性が低く、高い駆動電圧を要
するが、初期配向がホモジニアスのものであると、液晶
分子の回転応答性がよく立上がりが急峻で、低電圧で透
過率Ｔを高めることが可能となる。さらに、図１０に示
されているように、ホモジニアス配向のものであると、
電圧が印加されていないときに、透過率を０％とするこ
とができるが、９０゜ツイストによるものであると、完
全に０％とすることができず、コントラストを高めるこ
とができない。尚、高電圧側で透過率が低下しているの
は、電界強度が強過ぎるため、液晶分子の捩れが一定で
なくなり、光の透過が十分行えなくなるからである。

【００２８】請求項６記載の発明は、電極が透明電極で
あることを特徴とするものである。第１電極２２及び第
２電極２８には、ＩＴＯなどの透明電極材料の他、クロ
ム、銅などの金属材料の適用が可能で、しかも、ＩＴＯ
以外の金属材料を用いれば、生産設備の費用削減、加工
精度の向上、生産工程の削減等を図れる利点がある。し
かしながら、図１１に示すように、電極の幅が広くなる
につれて液晶表示素子としての透過率Ｔは低下するが、
電極がＡｌのように不透明なものであると、その透過率
の低下はＩＴＯのような透明電極よりも著しく、透過率
の低いものとなってしまうので、品質の面からは電極は
透明電極であることが望ましい。本発明の液晶表示素子
であると、図１２に示すように、電極１８，２４間に電
圧を印加すると、液晶分子は平面内においては電極１
８，２４の間の中心に位置するものほど、基板１６と平
行に倒れた状態で回転して表示に寄与し、電極１８，２
４上の液晶分子は制御されず、表示に寄与しないが、各
電極の端部Ｅｄ（約０.５μm幅）上の液晶分子は、電圧
の印加により配列が変化する。従って、電極１８，２４
が透明電極であれば、電極間のみでなく、電極の端部Ｅ
ｄも含めた広い範囲を表示部Ｄｐとすることができ、透
過率をより高めることができる。

【００２９】請求項７記載の発明は、表示モードがノー
マリブラックであることを特徴とするものである。表示
モードをノーマリブラックとするかノーマリホワイトと
するかは、偏光板の配置の組合わせを変えることにより
容易に調整することができる。液晶表示素子の表示モー
ドがノーマリホワイトであって、液晶の初期配向がホモ
ジニアスのものであると、電圧を印加することにより、
液晶を９０゜ツイストさせることにより、表示を黒色に
することになるが、このようなものであると、透過率は
波長の依存性の影響を大きく受け、表示が着色し易く、
黒色濃度を高めることができず、コントラストが低下す
る傾向にある。しかも、電極に透明電極を適用した場合
に特に顕著になる。電極にＩＴＯを使用し、液晶の初期
配向をホモジニアスとした液晶表示素子において、表示
モードをノーマリホワイトとしたものとノーマリブラッ
クにしたものについて同一条件にてコントラストを測定
した。その結果、ノーマリホワイトのものは、コントラ
ストは１５であったが、ノーマリブラックであると、コ
ントラストは１８０となり、格段にコントラストを向上
することができた。したがって、初期配向をホモジニア
スとし、電極に透明電極を使用し、表示モードをノーマ
リブラックとして組合わせて構成することが特に望まし
い。

【００３０】上述したように、本発明の液晶表示素子で
あると、第１電極２２と第２電極２８の間の液晶３４は
第１の基板１６に平行な面内で回転し、表示のスイッチ
ングに寄与するが、図１３に示すように、電極１８，２
４の真上においては、電圧が印加されても、その電気力
線Ｅは第１の基板１６と平行な面に沿わず、よって、電
極１８，２４上に位置する液晶３４の配向には乱れが生
じる。したがって、線状電極部１８，２４の幅Ｗを太く
することは、制御されない液晶３４の領域が増加するこ
とになり好ましくない。

【００３１】線状電極部１８，２４をＩＴＯで構成した
場合において、ノーマリーホワイトの液晶表示素子を暗
状態とした際での透過率と、線状電極部１８，２４の幅
Ｗの関係を図１４に示す。但し、電極間隔Ｇは、５μm
とした。図１４からわかるように、線状電極部１８，２
４の幅Ｗが広くなるにつれて、制御されない液晶３４の
領域が増加し、透過率が大きくなってしまっていること
がわかる。よって、線状電極部１８，２４の幅Ｗは、５
μm以下とすることが望まれる。２μm以下であればより
望ましい。また、線状電極部１８，２４を遮光性の導電
体で構成した場合、その各線状電極部１８，２４の幅Ｗ
が広くなるにつれて、液晶表示素子を明状態としたとき
の透過率が低下する傾向になり、同様に、線状電極部１
８，２４の幅Ｗは狭い方が好ましい。

【００３２】また、液晶に印加される電界強度は、電極
間隔Ｇ、すなわちスイッチングエリアの長さに影響され
る。したがって、駆動電圧を低減するためには、このス
イッチングエリアの長さは短い方が望まれる。しかしな
がら、電極間隔Ｇが狭くなると、液晶表示素子としての
開口率が低下してしまう。図１５に、電極間隔Ｇと液晶
表示素子の駆動電圧及び開口率の関係を示す。図１５か
らも、電極間隔Ｇが長くなるにつれて、開口率を高める
ことができるものの、駆動電圧が増加してしまうことが
わかる。そこで、適度な開口率と駆動電圧を共に有する
ために、この電極間隔は４〜６μm程度が適していると
いえる。

【００３３】さらにまた、第１電極２２の各線状電極部
１８と第２電極２８の各線状電極部２４の間隔Ｇと、第
１の基板１６と第２の基板３６の間隔Ｄが次式を満たす
ことが望ましい。０.５≦Ｇ／Ｄ≦３.０この比（Ｇ／Ｄ）が０.５よりも小さいと、第１に、間
隔Ｇの低下に伴い、画素部の開口率が低下し、透過率が
悪くなる。第２に、間隔Ｄの増加に伴い、液晶材料のΔ
ｎによっては、旋光能が低下し、中間調での着色または
視野角による着色が生ずる。第３に、十分な旋光能を得
るためには、一定に捩れた螺旋構造を実現しなければな
らないが、Ｇ／Ｄが０.５を下回ると、電極が形成され
た基板１６付近の液晶分子のみが９０℃ツイストするた
め、捩れが一定でない螺旋構造になり、透過率の低下お
よび着色の原因となる。Ｇ／Ｄが３.０よりも大きい場
合には、逆に対向する基板３４付近の液晶分子のみ９０
゜ツイストするため同様の特性劣化が生ずる。

【００３４】本発明の液晶表示素子であると、第１電極
と第２電極は同一の電極形成工程にて同時に形成するこ
とができる上、第２の基板には、電極を形成しないの
で、液晶表示素子の製造工程が簡易化され、生産コスト
の低減を図ることもできる。一般的に、液晶表示素子の
製造過程において、対となる２つの基板どうしを組合せ
る際のアライメント精度を高めることは困難であるが、
本発明では、第２の基板に電極を形成しないことから、
両基板に電極を形成する従来例の液晶表示素子に比較し
て、必要とされるアライメント精度を緩和することがで
き、生産歩留りを向上させることができる。

【００３５】本発明の液晶表示素子は、単純マトリクス
に適用することもできるが、スイッチング素子として３
端子素子、例えば、薄膜トランジスタを用いれば、より
高精度な制御を行うことができるので好適である。

【００３６】

【実施例】

〔実施例１〕図１６に本発明の一実施例の液晶表示素子
の要部を示す。図１６に示す液晶表示素子は、第１の基
板１６上に、複数本のソース線３８とゲート線４０をマ
トリクス状に形成し、各ソース線３８とゲート線４０で
囲まれる領域内に、ＩＴＯからなる第１電極２２と第２
電極２８を形成し、第１電極２２とソース線３８及びゲ
ート線４０を接続するスイッチング素子３０として、薄
膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス液晶表示
素子である。第１電極２２は、基部２０と、基部２０に
接続されている複数本の平行な線状電極部１８とからな
り、その各線状電極部１８間に配置された複数本の平行
な線状電極部２４と、その線状電極部２４どうしを接続
した基部２６とから第２電極２８が構成されている。基
板１６上に形成された複数の第２電極２８は、それぞれ
共通配線４２に接続されており、共通配線４２は接地し
ている。図示した例においては、第２電極２８を構成す
る基部２６は共通配線４２と一体とされ共用されてい
る。尚、第１電極２２の線状電極部１８と第２電極２８
の線状電極部２４の間隔Ｇは３μmとし、各線状電極部
１８，２４の幅Ｗは３μmとした。また、基板１６上に
は、パッシベーション膜４６が形成されている。

【００３７】また、基板１６上のパッシベーション膜４
６に対して直接ラビング処理を施し、液晶分子が線状電
極部１８の長手方向と平行になるようにした。但し、そ
のプレチルト角は約０゜である。また、この第１の基板
１６に対向して設けられる第２の基板には、ポリイミド
製配向膜（ＡＬ−１０５４：日本合成ゴム（株）製）を
設けた。その配向膜のプレチルト角は２゜とし、液晶の
初期配向がホモジニアスとなるようにした。この第１の
基板１６と第２の基板の間隔（セルギャップｄ）は４.
７μmとした。これらの基板間に封入される液晶には、
ネマチィック液晶（「LIXON-9867」チッソ石油化学
（株）製）にカイラル剤（「ＣＭ３３」チッソ石油化学
（株）製）を０.１５wt%添加したものを用いた。この液
晶の性状を表１に示す。また、第１の基板および第２の
基板に、ノーマリブラックモードとすべく、偏光方向が
直交するように偏光板を設けた。

【００３８】この液晶表示素子について、しきい値
Ｖ₁₀、応答時間τ、最大透過率Ｔmaxを測定した。測定
結果を表２に示す。また、この液晶表示素子の第１電極
２２と第２電極２８間に、２Ｖ−６Ｖの電圧を印加し、
そのときの視野角特性を測定した。測定結果を図１８に
示す。図１８において、Ａで示される領域はコントラス
トが１０以上の範囲であり、Ｂで示される領域はコント
ラストが５０以上の領域である。図１８から、この実施
例の液晶表示素子であると、上下左右±５０゜以上のと
ころでコントラストが１０以上であり、しかも、コント
ラストが５０以上の領域が極めて広いことがわかる。

【００３９】尚、ツイスト弾性定数Ｋ₂₂は、スプレイ弾
性定数Ｋ₁₁やベンド弾性定数Ｋ₃₃と共に従来から周知の
定数であるが、その一測定例を以下に示す。まず、液晶
をホモジニアス配向させた液晶セルにおいて、静電容量
Ｃに関してはθmをパラメータとして、式が成り立
つ。

【数１】ここで、Ｖは印加電圧、θは液晶分子と基板とのなす角
度、θmは厚さ方向におけるθの最大値である。また、
Ｖcはしきい電圧であり、次式で示されるものであ
る。Ｖc＝π（Ｋ₁₁／Δε）^1/2 − また、Ｃvはホモジニアス配向状態における静電容量で
あって、しきい電圧以下の低電圧で測定される静電容量
Ｃに対応する。γ及びχは次式を満たすものであ
る。 γ＝Δε／εv − χ＝Ｋ₃₃／Ｋ₁₁−１ − 従って、しきい電圧Ｖcを測定することにより、式か
らＫ₁₁を求めることができる。しきい電圧Ｖcは、例え
ば、ＳｉＯ₂を６０゜斜方蒸着したセル厚が１０〜２０
μmのホモジニアスセルについて、ＬＣＲメータ（"4274
A"や"4284A"ＹＨＰ社製）を用いた静電容量の電圧依存
性を測定することにより、図１９に示されるように求ま
る。そして、式と式で与えられるＶc／ＶとＣ／Ｃv
の関係をその測定値と対応させ、カーブフィッティング
の方法を用いることにより、γとχが求まる。従って、
このχとＫ₁₁から式によって、Ｋ₃₃が求まる。また、
２枚の基板表面で液晶分子の配向方向をずらした捩れ配
向セル（９０゜ツイストセル）（プレチルト角を０゜と
する為、蒸着セルを使用）を用いることにより、その捩
れ角をφとした場合のしきい電圧をＶc’とすると、次
式が成り立つ。Ｖc’＝｛π²Ｋ₁₁＋（Ｋ₃₃−２Ｋ₂₂）φ²｝^1/2／Δε^1/2 − したがって、このしきい電圧Ｖc’を上記したように静
電容量の測定から求め、先に求めたＫ₁₁、Ｋ₃₃、Δεを
あてはめることで、Ｋ₂₂が求まる。尚、この弾性定数の
測定方法については、「液晶基礎編」（発行：培風
館、昭和６０年７月１５日）の第２１６〜２２０頁、”
１０.５弾性定数の測定”に詳説されている。

【００４０】〔実施例２〕第１の基板１６上にポリビニ
ルアルコール（ＰＶＡ）からなる配向膜を形成し、約１
゜のプレチルト角を形成したこと以外は、実施例１と同
様の液晶表示素子を作製した。この液晶表示素子につい
て、実施例１と同様にして、しきい値Ｖ₁₀、応答時間
τ、最大透過率Ｔmaxを測定した。測定結果を表２に示
す。

【００４１】〔実施例３〕液晶材料として、ネマティッ
ク液晶（「LIXON-4031-100」チッソ石油化学（株）製）
にカイラル剤（「ＣＭ３３」チッソ石油化学（株）製）
を０.１５wt%添加したものを用い、セルギャップｄを
３.４μmとしたこと以外は、実施例１と同様にして液晶
表示素子を作製した。この液晶表示素子について、実施
例１と同様にして、しきい値Ｖ₁₀、応答時間τ、最大透
過率Ｔmaxを測定した。測定結果を表２に示した。

【００４２】〔実施例４〕スイッチング素子３０として
薄膜トランジスタを用いず、図に示すような、単純マト
リクス型液晶表示素子としたこと以外は実施例３と同様
にして作製した。。すなわち、図２０に示すように、基
板上に、第１電極２２と接続した複数本の第１配線４４
と、第２電極２８と接続した複数本の第２配線４２とを
マトリクス状に形成してなる単純マトリクス液晶表示素
子とした。この液晶表示素子について、実施例１と同様
にして、しきい値Ｖ₁₀、応答時間τ、最大透過率Ｔmax
を測定した。測定結果を表２に示す。

【００４３】

【表１】

【００４４】

【表２】

【００４５】表２から、本実施例の液晶表示素子は、い
ずれも、従来からの液晶表示素子よりも、しきい値Ｖ₁₀
が小さいことから、駆動電圧を低下せしめ、低消費電力
化を図ることができ、応答速度が速く、また透過率も高
く、コントラストが良好であることがわかる。但し、実
施例４では薄膜トランジスタを適用しなかった為に、応
答速度は低下している。また、実施例１と実施例２の比
較から、第１の基板におけるプレチルト角がより小さい
方が、しきい値Ｖ₁₀をさらに低減せしめることができる
ことがわかる。また、実施例１と実施例３の比較から、
粘度ηが小さくすることにより、応答速度を速められる
ことがわかる。

【００４６】〔実施例５〕図１６に示した実施例１の液
晶表示素子においては、各線状電極部１８，２４の長手
方向と、各ソース線３８とが平行なものであるが、図２
１に示すように、各線状電極部１８，２４の長手方向
と、各ゲート線４０とを平行にしたものであって、他の
条件は実施例１と同様としたものを作製した。このもの
においても、実施例１の液晶表示素子とほぼ同等な特性
を示した。

【００４７】

【発明の効果】本発明の液晶表示素子であると、電界の
変化により液晶を起立させたり又横たわせるものでない
ので、液晶の長軸方向と短軸方向の屈折率の差異による
透過率の低下が起こりにくくなり、視野角依存性が抑え
られ、表示品位が向上する。また、本発明では、印加電
界方向と、配向膜の配向方向とは垂直になるので、コン
トラストを最も高めることのできる液晶の９０゜のツイ
ストが実現される。またコントラストのばらつきも低減
できる。また、カイラル剤を液晶に添加しておくことに
より、液晶のツイストをより確実ならしめることがで
き、より透過率を向上させられる。このカイラル剤の添
加と、プレチルト角の低減とにより、電圧を印加するこ
とによる液晶の一方向へのツイストをより確実ならしめ
ることができ、ディスクリネーション発生の防止とコン
トラストの向上を図ることができる。

【００４８】また、請求項１に係る発明のごとくプレチ
ルト角θｐを１゜以下とすることにより、しきい値Ｖ₁₀
を低減でき、駆動電圧を低下せしめ、低消費電力化を図
れる。しかも、このプレチルト角θｐの制御によってし
きい値Ｖ₁₀を低減する手段であれば、液晶材料に特殊な
ものを使用する必要がないので、応答速度や信頼性が低
下することがなく、また液晶材料の選択の幅を広げるこ
とができる。また、請求項２に係る発明のように、液晶
のツイスト弾性定数Ｋ₂₂を１０ｐＮ以下とすることによ
り、応答速度を速めることができるようになる。また、
請求項３に係る発明のように、液晶の誘電率異方性Δε
を５以上とすることにより、しきい値Ｖ₁₀を低減でき、
駆動電圧を低下せしめ、低消費電力化を図れる。

【００４９】請求項４に係る発明のように、液晶の粘度
ηを３０cps以下とすることにより、応答速度を速める
ことができる。特に、ツイスト弾性定数Ｋ₂₂と粘度ηを
共に低減せしめることにより、液晶の応答速度を飛躍的
に高めることが可能となる。

【００５０】請求項５に係る発明のように、この構成の
液晶表示素子において液晶の初期配向をホモジニアスと
したことで、顕著に液晶分子の回転応答性がよくなり、
低電圧で透過率を高められると共に、コントラストを高
めることができる。請求項６に係る発明のように、この
構成の液晶表示素子において電極を透明電極としたこと
により、透過率を高めることができる。請求項７に係る
発明のように、この構成の液晶表示素子において表示モ
ードをノーマリブラックとすることで、コントラストを
高めることができる。特に、電極に透明電極を使用し、
液晶の初期配向をホモジニアスとし、かつ表示モードを
ノーマリブラックとすることで、コントラストの高いき
わめて高品質な液晶表示素子となる。

【００５１】また、請求項９に係る液晶表示素子である
と、第１電極の各線状電極部と第２電極の各線状電極部
の間隔Ｇと、第１の基板と第２の基板の間隔Ｄが特定の
関係を有するものであるので、開口率の低下や液晶分子
の捩れの乱れによる透過率の低下や、中間調での着色や
視野角による着色が生じにくくなる。

【００５２】また、本発明の液晶表示素子であると、第
１電極と第２電極は同一の電極形成工程にて同時に形成
することができる上、第２の基板には、電極を形成しな
いので、液晶表示素子の製造工程が簡易化され、生産コ
ストの低減を図ることもできる。さらにまた、対となる
２つの基板どうしを組合せる際のアライメント精度に要
求される値を緩和することができ、生産歩留りを向上さ
せることができる。

【００５３】また、スイッチング素子として薄膜トラン
ジスタを用いれば、より高精度な制御を行うことができ
るので好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明するための模式的平面図である。

【図２】電圧を印加していないときの図で、図２（ａ）
は斜視図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ方向からの側面
図である。

【図３】電圧を印加したときの図で、図３（ａ）は斜視
図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ方向からの側面図であ
る。

【図４】ツイスト角度とコントラストの関係を示すグラ
フである。

【図５】カイラル剤の添加量とディスクリネーション発
生本数の関係を示すグラフである。

【図６】プレチルト角θｐとしきい値Ｖ₁₀の関係を示す
グラフである。

【図７】視野角特性を示す図である。

【図８】ツイスト弾性定数Ｋ₂₂及び粘度ηと応答時間τ
の関係を示すグラフである。

【図９】誘電率異方性Δεとしきい値Ｖ₁₀の関係を示す
グラフである。

【図１０】印加電圧と透過率Ｔの関係を示すグラフであ
る。

【図１１】電極幅と透過率Ｔの関係を示すグラフであ
る。

【図１２】電極と液晶の配向の変化を示す模式的側面図
である。

【図１３】液晶表示素子の電気力線と液晶の配向を示す
模式的側面図である。

【図１４】電極幅と暗状態での透過率の関係を示すグラ
フである。

【図１５】電極間隔と駆動電圧および開口率の関係を示
すグラフである。

【図１６】実施例１の液晶表示素子の要部平面図であ
る。

【図１７】図１６のＡ−Ａ断面図である。

【図１８】実施例１の液晶表示素子の視野角特性を示す
図である。

【図１９】しきい電圧Ｖcを求める為の、印加電圧Ｖと
静電容量Ｃの関係を示すグラフである。

【図２０】実施例４の液晶表示素子の要部を示す模式的
平面図である。

【図２１】実施例５の液晶表示素子の要部を示す平面図
である。

【図２２】従来例の液晶表示素子での液晶の配向を示す
模式図で、図２２（ａ）は明状態、図２２（ｂ）は暗状
態のものである。

【図２３】視野角特性を示す図である。

【図２４】従来例の液晶表示素子での屈折率の違いを示
す側面図で、図２４（ａ）はオフ状態、図２４（ｂ）は
オン状態のものである。

【符号の説明】

１０基板１２基板１４液晶１６第１の基板１８線状電極部２０基部２２第１電極２４線状電極部２６基部２８第２電極３０スイッチング素子３４液晶３６第２の基板４２共通配線Ｇ電極間隔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の基板と、該第１の基板に対向して
配置され、第１の基板側に配向膜の形成された第２の基
板と、第１の基板と第２の基板の間に配置されたネマテ
ィック液晶からなる液晶層と、第１の基板に形成された、複数本の平行な線状電極部及
びこの線状電極部どうしを接続した基部とからなる第１
電極と、該第１電極の各線状電極部間に配置された複数
本の平行な線状電極部及びこの線状電極部どうしを接続
した基部とからなる第２電極と、第１電極と第２電極間に電圧を印加するスイッチング素
子とを有し、液晶に前記線状電極部の長手方向に平行な配向処理がな
され、前記第１の基板におけるプレチルト角が１゜以下である
ことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】第１の基板と、該第１の基板に対向して
配置され、第１の基板側に配向膜の形成された第２の基
板と、第１の基板と第２の基板の間に配置されたネマテ
ィック液晶からなる液晶層と、第１の基板に形成された、複数本の平行な線状電極部及
びこの線状電極部どうしを接続した基部とからなる第１
電極と、該第１電極の各線状電極部間に配置された複数
本の平行な線状電極部及びこの線状電極部どうしを接続
した基部とからなる第２電極と、第１電極と第２電極間に電圧を印加するスイッチング素
子とを有し、液晶に前記線状電極部の長手方向に平行な配向処理がな
され、液晶のツイスト弾性定数Ｋ₂₂が１０ｐＮ以下であること
を特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】第１の基板と、該第１の基板に対向して
配置され、第１の基板側に配向膜の形成された第２の基
板と、第１の基板と第２の基板の間に配置されたネマテ
ィック液晶からなる液晶層と、第１の基板に形成された、複数本の平行な線状電極部及
びこの線状電極部どうしを接続した基部とからなる第１
電極と、該第１電極の各線状電極部間に配置された複数
本の平行な線状電極部及びこの線状電極部どうしを接続
した基部とからなる第２電極と、第１電極と第２電極間に電圧を印加するスイッチング素
子とを有し、液晶に前記線状電極部の長手方向に平行な配向処理がな
され、液晶の誘電率異方性Δεが５以上であることを特徴とす
る液晶表示素子。
【請求項４】第１の基板と、該第１の基板に対向して
配置され、第１の基板側に配向膜の形成された第２の基
板と、第１の基板と第２の基板の間に配置されたネマテ
ィック液晶からなる液晶層と、第１の基板に形成された、複数本の平行な線状電極部及
びこの線状電極部どうしを接続した基部とからなる第１
電極と、該第１電極の各線状電極部間に配置された複数
本の平行な線状電極部及びこの線状電極部どうしを接続
した基部とからなる第２電極と、第１電極と第２電極間に電圧を印加するスイッチング素
子とを有し、液晶に前記線状電極部の長手方向に平行な配向処理がな
され、液晶の粘度ηが３０cps以下であることを特徴とする液
晶表示素子。
【請求項５】第１の基板と、該第１の基板に対向して
配置され、第１の基板側に配向膜の形成された第２の基
板と、第１の基板と第２の基板の間に配置されたネマテ
ィック液晶からなる液晶層と、第１の基板に形成された、複数本の平行な線状電極部及
びこの線状電極部どうしを接続した基部とからなる第１
電極と、該第１電極の各線状電極部間に配置された複数
本の平行な線状電極部及びこの線状電極部どうしを接続
した基部とからなる第２電極と、第１電極と第２電極間に電圧を印加するスイッチング素
子とを有し、液晶に前記線状電極部の長手方向に平行な配向処理がな
され、液晶の初期配向がホモジニアスであることを特徴とする
液晶表示素子。
【請求項６】第１の基板と、該第１の基板に対向して
配置され、第１の基板側に配向膜の形成された第２の基
板と、第１の基板と第２の基板の間に配置されたネマテ
ィック液晶からなる液晶層と、第１の基板に形成された、複数本の平行な線状電極部及
びこの線状電極部どうしを接続した基部とからなる第１
電極と、該第１電極の各線状電極部間に配置された複数
本の平行な線状電極部及びこの線状電極部どうしを接続
した基部とからなる第２電極と、第１電極と第２電極間に電圧を印加するスイッチング素
子とを有し、液晶に前記線状電極部の長手方向に平行な配向処理がな
され、第１電極及び第２電極が透明電極であることを特徴とす
る液晶表示素子。
【請求項７】第１の基板と、該第１の基板に対向して
配置され、第１の基板側に配向膜の形成された第２の基
板と、第１の基板と第２の基板の間に配置されたネマテ
ィック液晶からなる液晶層と、第１の基板に形成された、複数本の平行な線状電極部及
びこの線状電極部どうしを接続した基部とからなる第１
電極と、該第１電極の各線状電極部間に配置された複数
本の平行な線状電極部及びこの線状電極部どうしを接続
した基部とからなる第２電極と、第１電極と第２電極間に電圧を印加するスイッチング素
子とを有し、液晶に前記線状電極部の長手方向に平行な配向処理がな
され、表示モードがノーマリブラックであることを特徴とする
液晶表示素子。
【請求項８】液晶にカイラル剤が添加されていること
を特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液晶表示
素子。
【請求項９】前記第１電極の線状電極部とこれに隣り
合う第２電極の線状電極部の間隔Ｇと、第１の基板と第
２の基板の間隔Ｄが次式を満たすことを特徴とする請求
項１〜８のいずれかに記載の液晶表示素子。０.５≦Ｇ／Ｄ≦３.０
【請求項１０】前記スイッチング素子が薄膜トランジ
スタであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに
記載の液晶表示素子。