TWI516845B - A liquid crystal element, and a liquid crystal display device - Google Patents

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Description

液晶元件、液晶顯示裝置
本發明係有關於液晶元件和具有該液晶元件的液晶顯示裝置等。
在日本特許第2510150號公報(專利文獻1)中揭示有下述液晶顯示裝置(習知例1)：使液晶分子在與通過配向處理的方向組合所規定的旋轉方向相反的旋轉方向上扭轉配向來提高電光特性，所述配向處理係實施於相對配置的一對基板的各基板上。
另外，在日本特開2007-293278號公報(專利文獻2)中揭示有下述液晶元件(習知例2)：既添加在與通過配向處理的方向組合來規定的旋轉方向(第一旋轉方向)相反的旋轉方向(第二旋轉方向)上扭轉的旋光性材料，又使液晶分子在上述第一旋轉方向上扭轉配向以使液晶層內的扭轉增加，進而使閾值(臨介值)電壓降低，俾可進行低電壓驅動，且所述配向處理係實施於相對配置的一對基板的各個基板上。
然而，上述習知例1之液晶顯示裝置具有如下缺點：反扭轉(反向扭轉)配向狀態不穩定，雖可藉對液晶層施加較高的電壓來獲得反扭轉配向狀態，但隨著時間經過其會向順扭轉(順向扭轉)配向狀態轉移。此外，如上所述習知例2之液晶元件雖具有可降低閾值電壓的優點，但具有如下缺點：若關閉電壓則其立即(例如數秒左右)轉移成順扭轉配向狀態，反倒使閾值升高。此外，在任一習知例中皆未設想主動將順扭轉和反扭轉此兩種配向狀態用於顯示等用途，亦即對於用於主動利用雙重穩定性所需之結構、驅動方法等技術構想，完全未存有其揭示或教示。而且，在如專利文獻1、2所記載的反扭轉向列(reverse twisted nematic,RTN)型液晶元件中，一般而言在液晶分子向第一旋轉方向扭轉的排列狀態(反扭轉排列狀態)、和向第二旋轉方向扭轉的排列狀態(擴散扭轉(splay twist)排列狀態)下，外觀上的顯示狀態(透光率)並未存有較大差異，即使賦予雙重穩定性亦難獲得高對比率(contrast ratio)。
【先前技術文獻】
【專利文獻1】日本特許第2510150號公報
【專利文獻2】日本特開2007-293278號公報
本發明具體方式的目的之一在於提供一種利用兩種配向狀態之間轉移的新穎TN型液晶元件。
另外，本發明具體方式的另一目的在於提供一種使用新穎TN型液晶元件並能以低耗電進行驅動的液晶顯示裝置。
再者，本發明具體方式的又一目的在於提供一種顯示品質高的液晶元件。
本發明一方式的液晶元件包括：(a)第一基板和第二基板，在各自的其中一面上實施配向處理並相對配置；(b)液晶層，設置在所述第一基板的其中一面與所述第二基板的其中一面之間；以及(c)電場施加單元，用於對所述液晶層施加電場；而(d)所述第一基板和所述第二基板以所述液晶層的液晶分子容易產生朝第一旋轉方向扭轉的第一配向狀態的方式相對配置，(e)所述液晶層添加有具有使所述液晶分子產生朝與所述第一旋轉方向相反的第二旋轉方向扭轉之第二配向狀態之性質的旋光性材料，(f)所述液晶層係以所述電場施加單元在與所述第一基板和所述第二基板的各自其中一面實質上垂直的方向上施加電場，而向所述第一配向狀態轉移。
所述電場施加單元較佳至少具有：設置在所述第一基板的其中一面側的第一電極；以及設置在所述第二基板的其中一面側的第二電極。
較佳通過在與所述第一基板和所述第二基板的各自其中一面實質上平行的方向上施加電場，以使所述液晶層向所述第二配向狀態轉移。
所述電場施加單元較佳進一步具有第三電極和第四電極，所述第三電極和第四電極係隔著絕緣層設置在所述第二基板的所述第二電極的上側，並相互隔開地配置。
所述第一基板和所述第二基板較佳分別以呈現20°以上45°以下的預傾角的方式進行配向處理。
所述第一基板和所述第二基板更佳分別以呈現31°以上37°以下的預傾角的方式進行配向處理。
在這些情況下，添加到所述液晶層的所述旋光性材料的添加量較佳以下述方式調整：設旋光性間距為p、所述液晶層厚度為d時，d/p大於0.04小於0.25。
此外，所述第一基板較佳以呈現40°以上65°以下的預傾角的方式進行配向處理，所述第二基板較佳以呈現1°以上15°以下的預傾角的方式進行配向處理。
在該情況下，添加到所述液晶層的所述旋光性材料的添加量較佳以下述方式調整：設旋光性間距為p、所述液晶層厚度為d時，d/p為0.125以上0.5以下。
當從所述第一基板和所述第二基板各自的法線方向觀察時，所述第一基板的配向處理方向與所述第二基板的配向處理方向所夾的角度更佳為90°以上100°以下。
下面，參照圖式來說明本發明的實施方式。
圖1是示出一個實施方式的液晶元件的構造的示意性剖面圖。作為基本構造，圖1所示之本實施方式的液晶元件具有相對配置的第一基板11和第二基板15、以及配置在兩基板之間的液晶層14。在第一基板11的外側配置有第一偏光板21，在第二基板15的外側則配置有第二偏光板22。下面將更詳細地說明液晶元件的構造。另外，關於對液晶層14的周圍進行密封的密封材料等部件，省略其圖示和說明。
第一基板11例如是玻璃基板、塑膠基板等透明基板。第二基板15與第一基板11相同，例如是玻璃基板、塑膠基板等透明基板。在第一基板11和第二基板15之間例如分散配置有許多間隔件(spacer)(粒狀體)，並利用這些間隔件來保持第一基板11與第二基板15之間的間隔。
第一電極12係設置在第一基板11的其中一面側，同樣第二電極16係設置在第二基板15的其中一面側。此外，第三電極18和第四電極19則隔著絕緣層17(例如氧化矽膜等)設置在第二基板15的第二電極16的上側並互相隔開。對於第一電極12、第二電極16、第三電極18和第四電極19，例如分別通過適當對銦錫氧化物(ITO)等透明導電膜進行圖案成形(patterning,圖案化)來構成。
配向膜13係以覆蓋第一電極12的方式設置在第一基板11的其中一面側，同樣配向膜20係以覆蓋第二電極16的方式設置在第二基板15的其中一面側。在本實施方式中，係使用將液晶層14的初始狀態(未施加電壓時)的配向狀態規定(制約)成水平配向狀態的膜(水平配向膜)來作為配向膜13和配向膜20。對於這些配向膜13、20，典型的作法是通過實施摩擦配向處理(rubbing treatment)來發揮既產生對液晶層14的配向限制力又賦予預傾角的效果。亦即，分別在第一基板11、第二基板15的其中一面上實施配向處理。
液晶層14係設置於第一基板11的第一電極12與第二基板15的第二電極16彼此之間。本實施方式中係使用介電常數各向異性(permittivity anisotropy)Δε為正(Δε＞0)的液晶材料(向列型液晶材料)來構成液晶層14。液晶層14中所示之橢圓係示意性示出液晶層14內的液晶分子。未施加電壓時的液晶分子相對於第一基板11和第二基板15的各基板面具有規定的預傾角，配向實質上呈水平。在本實施方式中，使第一基板11和第二基板15中分別產生配向限制力的方向交叉，以形成液晶層14中的液晶分子的配向方位在第一基板11和第二基板15之間漸次扭轉的扭轉向列型配向狀態。以下將就此進一步詳細敘述。
圖2是示意性地示出各電極的構造的俯視圖。如圖2所示，第三電極18和第四電極19分別具有梳齒狀的外形，兩者的電極枝係配置成相互錯開。第一電極12和第二電極16係配置成分別與第三電極18和第四電極19的各電極枝重疊，且第一電極12和第二電極16配置成至少有一部分相互重疊。此各電極都發揮對液晶層14提供電場之電場施加單元的功能。
圖3是說明可使用各電極而提供予液晶層之電場的示意性剖面圖。在圖3中，為了便於說明，僅示意性地示出各電極。如圖3(a)所示，通過在第一電極12與第二電極16之間施加電壓，可以在兩電極間產生電場。如圖所示，該情況下的電場為沿著第一基板11和第二基板15之厚度方向(液晶胞厚度方向)的電場。以下有時也將該電場稱為「縱電場」。
另外，如圖3(b)所示，在第三電極18與第四電極19之間施加電壓俾可在兩電極間產生電場。如圖所示，該情況下的電場為沿著與第一基板11和第二基板15的各自一面實質上平行的方向的電場。以下，有時也將該電場稱為「橫電場」。以下，有時也將使用此種電場的模式稱為「IPS模式」。
再者，如圖3(c)所示，在第三電極18與第二電極16之間、以及第四電極19與第二電極16之間施加電壓俾可在兩電極間產生電場。如圖所示，該情況下的電場為沿著與第一基板11和第二基板15的各自一面實質上平行的方向的電場。以下，有時也將該電場稱為「橫電場」。以下，有時也將使用此種電場的模式稱為「FFS模式」。
圖4和圖5是用於說明未施加電壓時之液晶層的液晶分子的配向狀態的示意性立體圖。本實施方式之液晶元件係為所謂的雙重穩定性的液晶元件，即具有兩種穩定配向狀態來作為未施加電壓時的配向狀態。而且，使用上述各電極對液晶層14施加電場，俾可從其中一種配向狀態轉移成另一種配向狀態。
具體而言，圖4所示之液晶元件係呈液晶層14的液晶分子向第一旋轉方向扭轉的配向狀態(第一配向狀態)。若從第一基板11側俯視該液晶層14的液晶分子，則其向逆時針方向產生扭轉。此種第一配向狀態係基於在第一基板11和第二基板15的各自一面上實施之配向處理所產生的預傾角的相對關係，液晶分子朝向容易扭轉的方向(優勢方向)扭轉而達到。該第一配向狀態即使在未施加電壓時亦可穩定地維持。另一方面，圖5所示之液晶元件則呈液晶層14的液晶分子朝向與上述第一旋轉方向相反的第二旋轉方向扭轉的配向狀態(第二配向狀態)。若從第一基板11側俯視該液晶層14的液晶分子，則其向順時針方向產生扭轉。此種第二配向狀態係通過對液晶層14添加旋光性材料而達到，且該旋光性材料具有下述性質：基於在第一基板11和第二基板15的各自一面上實施的配向處理所產生的預傾角的相對位置關係，可產生朝向與容易扭轉之方向相反的方向的扭轉。該第二配向狀態即使在未施加電壓時亦可穩定地維持。
使用上述各電極適當地對液晶層14施加橫電場或縱電場，俾可從第一配向狀態轉移成第二配向狀態或者產生與此相反之配向狀態的轉移。具體而言，係使用第一電極12和第二電極16(參照圖3(a))，在與第一基板11和第二基板15的各自一面實質上垂直的方向上施加電場(縱電場)，由此液晶層14的配向狀態便向第一配向狀態轉移(參照圖4)。另外，使用第三電極18和第四電極19(參照圖3(b))、或者組合第三電極18、第四電極19和第二電極16而使用(參照圖3(c))，在與第一基板11和第二基板15的各自一面實質上水平的方向上施加電場(橫電場)，由此液晶層14的配向狀態便向第二配向狀態轉移(參照圖5)。在任一種情況下，施加電場後即使不再施加電場，亦可維持第一配向狀態或第二配向狀態，即呈現雙重穩定性。
以下更詳細地說明可獲得雙重穩定性的條件。如上所述之雙重穩定性係利用一特殊狀態來得到，該特殊狀態是將第一基板11和第二基板15的各自一面上的預傾角、液晶層14的液晶分子的扭轉角(twist angle,扭角)的關係以及添加至液晶層14中之旋光性材料的扭轉力(旋光性(chirality,對掌性))設定為某特定範圍時而得者。使用圖6的表來說明該「特殊狀態」，所謂特殊狀態係指：「在分為如圖所示之實例(case)I～III時，第一配向狀態和第二配向狀態中的任一者皆可極為穩定地維持的狀態」。具體而言，實例I係指如下條件：將分別針對配向膜13、20的摩擦配向方向所構成的角度設為100°、液晶胞厚度(cell thickness)(液晶層14的層厚)設為d與旋光性材料的旋光性間距(chiral pitch)p之比d/p設為0.04。實例II係指如下條件：將摩擦配向方向所構成的角度設為87°、d/p設為0。此外，實例III則指如下條件：將摩擦配向方向所構成的角度設為75°、d/p設為0.04。
以下通過更具體的實施例來進一步詳細敘述本發明。
首先，說明液晶元件的製造方法的具體例子。
將預先形成有作為透明導電膜之一的ITO(indium tin oxide：銦錫氧化物)膜的玻璃基板用作第一基板11和第二基板15。關於第一基板11，係利用光微影(photolithography)製程等方法對附有該ITO膜的玻璃基板的ITO膜進行圖案成形來形成第一電極12。作為蝕刻方法，係採用基於氯化鐵(Iron(III)chloride)溶液的濕式蝕刻(wet etching)。使此處所進行之圖案成形殘留未圖示的引出電極部分與相當於第一電極12的部分。就第二基板15，也同樣通過圖案成形來形成第二電極16。
接著，在第二基板15的第二電極16的上側形成絕緣層17。此時，在引出電極部分，需設法不形成絕緣層17。例如，可以列舉出預先在引出電極部分形成抗蝕層(resist)且形成絕緣層17之後進行剝離(lift off)的方法，或者在利用金屬罩幕(metal mask)等隱藏引出電極部分的狀態下，採用濺鍍(sputtering)等成膜方法來形成絕緣層17的方法等。作為絕緣層17，可以列舉出有機絕緣膜、氧化矽膜或氮化矽膜等無機絕緣膜以及其等組合(積層(liminate)膜)等。在本實施例中，係使用丙烯酸系有機絕緣膜和氧化矽膜的積層膜來作為絕緣層17。另外，作為成膜方法，除了濺鍍法之外，還可採用旋轉塗佈法(spin coating)、狹縫塗佈法(slit coating)、噴墨法(inkjet)等未利用版的印刷法、柔版印刷(flexography)所代表之利用版的印刷法。再者，還可採用真空蒸鍍法、離子束法、化學氣相沉積法(CVD法)等各種成膜方法(以下亦同)。
在玻璃基板上的引出電極部分(端子部分)黏貼耐熱性的薄膜(聚醯亞胺膠帶)，並於該狀態下將有機絕緣膜材料旋轉塗佈在玻璃基板上。在以2000rpm旋轉30秒的條件下可獲得膜厚為1μm的膜。使用清潔烘箱(clean oven)以220℃、1小時的條件來煅燒該玻璃基板。接著，在保持黏貼有耐熱性薄膜的狀態下，利用濺鍍法(交流放電)形成氧化矽膜。將玻璃基板加熱到80℃，來形成1000埃的氧化矽膜。在此，若剝下耐熱性薄膜，則能夠完整地同時剝下有機絕緣膜、氧化矽膜。進一步使用清潔烘箱以220℃、1小時的條件來煅燒該玻璃基板。此為用於提高氧化矽膜的絕緣性和透明性的處理。
另外，雖然不一定要形成氧化矽膜，但是通過形成氧化矽膜，可以獲得提高隨後形成的ITO膜等透明導電膜的密合性和圖案精度的效果。而且，還可提高絕緣層17整體的絕緣性。另一方面，也可考慮此種情況：不形成有機絕緣膜，而只以氧化矽膜來形成絕緣層17。在該情況下，由於氧化矽膜易為多孔性，因此較佳充分增厚膜厚(例如製成4000～8000埃左右)。此外，也可以製成氮化矽膜和氧化矽膜的積層膜。在該情況下，例如可以利用濺鍍法等使兩者交替地成膜。
接著，在作為第二基板15的玻璃基板的絕緣層17上，利用濺鍍法(交流放電)來形成ITO膜。具體而言，係將基板加熱到100℃，在基板的整個表面上形成1200埃左右的ITO膜。利用光微影等對該ITO膜進行圖案成形。光罩(photomask)係採用具有與最終欲獲得之第三電極18和第四電極19的形狀(參照圖2)對應的梳齒狀光罩圖案者。關於各第三電極18和第四電極19，形成為梳齒狀的各電極枝的寬度係設為20μm和30μm此兩種中的任一種，各電極枝的相互間隔則設為20、30、50、100、200μm此五種中的任一種。此外，若在引出電極部分無圖案，則通過蝕刻將會除去下側的ITO膜，故使用引出電極部分亦形成有圖案的光罩。通過以上所述，即製成具有第二電極16、第三電極18和第四電極19的第二基板15。
接著，使用按以上所述製作的第一基板11和第二基板15來製作液晶元件(液晶胞)。具體而言，首先對第一基板11和第二基板15進行水清洗(刷子清洗或噴射清洗、純水清洗等)、脫水、紫外線清洗、乾燥的各步驟。
隨後，在第一基板11和第二基板15的各自一面上塗佈配向膜材料。在本實施例中，作為配向膜係採用通常用作STN型液晶元件用之配向膜並顯示出較高預傾角的聚醯亞胺膜。在第一基板11和第二基板15的各自一面上塗佈配向膜材料，使用清潔烘箱在180℃下對其等進行煅燒一個小時。作為配向膜材料的塗佈方法，可採用柔版印刷、噴墨印刷或旋轉塗佈法等各種方法。於本實施例中係採用旋轉塗佈法。關於旋轉塗佈法的條件，係調整為將配向膜的膜厚設為500～800埃。隨後，分別對第一基板11的配向膜13和第二基板15的配向膜20進行作為配向處理之一的摩擦配向處理。進行摩擦配向時的壓入量係設為0.4mm，但只要是一般被稱為強錨定(strong anchoring)條件的條件，則無特別差異。此時，由各配向膜賦予液晶分子的預傾角為6°～12°左右。
接著，將第一基板11和第二基板15以彼此一面相向的狀態進行黏合。關於扭轉角，在實例I中係設為作為摩擦配向方向所構成的角度的100°，在實例II中設為87°，在實例III中則設為75°。此外，將第一基板11和第二基板15的間隙，即液晶層14的層厚(液晶胞厚度)設為4μm。之後，藉由在第一基板11與第二基板15的間隙中注入液晶材料來形成液晶層14，並在液晶材料中添加旋光性材料。關於該旋光性材料的添加量，如上所述，在實例I中係調整成d/p為0.04，在實例II中調整成d/p為0，在實例III中則調整成d/p為0.04。
接著，將第一偏光板21黏合在第一基板11的外側，將第二偏光板22黏合在第二基板15的外側。關於各偏光板的吸收軸，對其中一片偏光板(例如第一偏光板21)係使吸收軸與摩擦配向方向平行，對另一片偏光板(例如第二偏光板22)則使摩擦配向方向與吸收軸錯開45°。一般而言，摩擦配向方向與偏光板的吸收軸之間大多係配置成平行或垂直，惟在本實施例的情況下，由於透過此種配置將難以在第一配向狀態與第二配向狀態之間獲得穿透率差，因此特意將吸收軸的配置從與摩擦配向方向平行或垂直的任一者偏移。
關於按照以上所述來製作的液晶元件，在圖7中示出觀察使用各電極對液晶層14施加電場而進行轉換(switching)時之情形的顯微鏡照片。圖7所示之顯微鏡照片涉及上述實例II(參照圖6)的液晶元件，即將第三電極18和第四電極19的各電極枝的寬度設為20μm、將電極枝的相互間隔設為20μm、將摩擦配向方向所構成的角度設為87°的液晶元件。此外，雖然省略圖示，但是即使在實例I和實例III亦為相同的結果。
在已製成液晶元件的狀態下，液晶層14的配向狀態為上述第二配向狀態(擴散扭轉狀態)，其顯微鏡照片為圖7(a)。而且，使用第一電極12和第二電極16對液晶層14施加縱電場時的顯微鏡照片為圖7(b)。如圖7(b)所示，通過施加縱電場使液晶層14的配向狀態轉移成上述的第一配向狀態(反扭轉狀態)。由此，即使在第一電極12和第二電極16之間隔著絕緣層17而存在第三電極18與第四電極19的狀態下，也可確認施加有縱電場。
圖7(c)是使液晶層14轉移成第一配向狀態後，使用第三電極18和第四電極19施加與第一基板11和第二基板15的各自一面實質上平行的電場時(IPS模式)的顯微鏡照片。在該情況下，可知其已轉移成作為初始狀態的第二配向狀態。
此外，圖7(d)是使液晶層14轉移成第一配向狀態後，使用第二電極16、第三電極18以及第四電極19來施加與第一基板11和第二基板15的各自一面實質上平行的電場時(FFS模式)的顯微鏡照片。在該情況下，亦可知其已轉移成為作為初始狀態的第二配向狀態。
在此，考究IPS模式和FFS模式的差別。在IPS模式中，基本上認為：因為只在第三電極18和第四電極19之間產生橫電場(參照圖3(b))，所以優先在產生有橫電場的區域發生配向狀態的轉移。因此認為：如圖7(c)所示，配向狀態不同的部分線狀地產生。與此相對，在FFS模式中，則認為：由於在第三電極18和第四電極19的上側亦產生橫電場(參照圖3(c))，因此同樣發生配向狀態的轉移。因此，若從開口率(穿透率和對比率)方面來評價本實施方式的液晶元件，則可以說FFS模式比IPS模式優越。
考究可進行配向狀態轉移(轉換)的理由。在第二配向狀態(擴散扭轉狀態)中，於液晶層14的液晶胞厚度方向中央的液晶分子幾近水平，但若因縱電場而形成第一配向狀態(反扭轉狀態)，則中央的液晶分子會稍微傾斜。之後，由於通過橫電場(IPS模式或FFS模式)，對第一配向狀態的液晶胞厚度中央的液晶分子施加橫電場使其朝向第二配向狀態下液晶胞厚度中央的液晶分子所應有的主導(direct)方向，因此其再轉移成作為初始狀態的第二配向狀態。
接下來，對實施例的液晶元件的電光特性(電壓一穿透率特性)的測定結果進行說明。圖8是上述實例I的液晶元件的電光特性，圖9是上述實例II的液晶元件的電光特性，圖10則是上述實例III的液晶元件的電光特性。任一圖都示出下述情況時的電光特性：設定為第一偏光板21的穿透軸與第一基板11的摩擦配向方向平行而第二偏光板22的穿透軸與第二基板15的摩擦配向方向平行，使用第一電極12和第二電極16對第一配向狀態(反扭轉狀態：圖中標記為「R-TN」)或第二配向狀態(擴散扭轉狀態：圖中標記為「S-TN」)的液晶層14施加縱電場。在各圖中，虛線係表示第一配向狀態下的特性，實線則表示第二配向狀態下的特性。
圖8所示之實例I的液晶元件中可知：對於上述的偏光板配置，第一配向狀態的電光特性與第二配向狀態的電光特性幾乎重合。而在圖9所示之實例II和圖10所示之實例III的液晶元件中可知：在第一配向狀態和第二配向狀態各自的電光特性中可看出差異。若著眼於施加電壓為2V左右的特性則可明瞭：出於由配向狀態不同所產生之電光特性中閾值電壓的差異，在第二配向狀態的情況下可獲得相對較亮(即穿透率較高)的狀態，而在第一配向狀態的情況下則可獲得相對較暗(即穿透率較低)的狀態。因此，預先設置多個本實施例的液晶元件，並在各液晶元件中通過施加電場任意轉換兩種配向狀態，之後再使用第一電極12和第二電極16對液晶層14施加2V左右的電壓(稱為保持電壓)，即可構成能更清晰地顯示明暗的二進位影像(binary image)(靜畫)的液晶顯示裝置。
然而，在上述說明中，在第一配向狀態下作為穩定的條件已例示有三種情況，但穩定條件並不限於此等。下面，根據圖11和圖12來說明關於穩定條件的理論性的驗證結果。圖11是示出針對實例I和實例II通過理論計算求出配向穩定性與液晶胞條件之間之關係的結果的圖。同樣地，圖12是示出針對實例III通過理論計算求出配向穩定性與液晶胞條件之間之關係的結果的圖。
圖11和圖12的圖中，使用圓形標記示出上述實施例中的條件(第一配向狀態下的穩定條件)。如此，上述實施例只是第一配向狀態下的穩定條件的一個例子，在理論上示出可在更廣的範圍內獲得第一配向狀態的配向穩定性。若詳細研究圓形標記的位置，則可知其位於較預傾角為8°時之理論曲線稍下側的位置。對於在理論曲線上方的位置，由於係形成無法以第一配向狀態穩定保持的區域，因此較佳位於至少較該位置更下側的位置。此外，若形成遠離理論曲線之下側區域，則將難以返回第二配向狀態或者不形成第二配向狀態，故以較圓形標記的位置稍下側之區域為佳；將在某d/p之理論曲線上的摩擦配向方向所構成的角度設置為ΦX時，只要是ΦX-10°左右的範圍即可進行雙重穩定轉換。
因此，在實例I和實例II的情況下，摩擦配向方向所構成的角度ΦI(°)與d/p的關係符合如下式(1)之關係時，可以進行雙重穩定轉換。
80ΦI-((d/p)×360)90(其中，預傾角為8°以下)...(1)另一方面，在實例III的情況下，摩擦配向方向所構成的角度ΦI(°)與d/p的關係符合如下式(2)之關係時，可以進行雙重穩定轉換。
80ΦI+((d/p)×360)90(其中，預傾角為8°以下)...(2)另外，上述式(1)和式(2)是在預傾角為8°以下左右的情況下成立的關係，例如在預傾角為15°的情況下，式(1)修改為如下：
此外，例如在預傾角為25°的情況下，式(1)修改為如下：
再者，關於式(2)亦同，上限值和下限值係根據預傾角而變化。
下面，對透過實驗研究摩擦配向方向與橫電場方向之間的關係的結果進行說明。圖13是用於說明研究結果的示意圖。在圖中左側示出電場的方向與第一基板11和第二基板15各自的摩擦配向方向間的對應關係，所述電場是通過組合液晶元件的第三電極18和第四電極19、或者其等和第二電極16而產生的。另外，在圖中右側則示意性地示出從上側觀察到的液晶層14的液晶分子的配向狀態之情形。如圖所示，根據橫電場的電場方向和摩擦配向方向的關係，可觀察到發生和未發生配向狀態轉移之情形。
具體而言，已知在橫電場的電場方向與第二配向狀態(向右扭轉的S-TN配向)下液晶層14中央附近或者下側基板(例如第二基板15)的界面附近的液晶分子的方向平行的情況下，係容易從第一配向狀態(向左扭轉的R-TN配向)向第二配向狀態轉移(參照圖13(a)和圖13(b))。另一方面，在橫電場的電場方向與第二配向狀態下液晶層14中央附近或者下側基板的界面附近的液晶分子的方向垂直的情況下，則難以向第二配向狀態轉移(參照圖13(c)和圖13(d))。
在容易發生配向狀態轉移之條件的情況下，橫電場7V為閾值，在施加10V的情況下，經過1分鐘左右時便返回原來的配向狀態。因為在將第二電極16、第三電極18和第四電極19組合而產生橫電場的情況(FFS模式)下施加更強的電場，所以可看到容易發生配向狀態轉移的傾向。然，在第三電極18和第四電極19的各電極枝的相互間隔較寬的情況下，將第三電極18和第四電極19組合而產生橫電場的情況(IPS模式)則會更容易發生配向狀態的轉移。
接著，對第一偏光板21和第二偏光板22的各光學軸所構成的角度與穿透率以及對比率之間的關係進行說明。將標準光源C(色溫為6740K)使用於穿透率的測定。圖14示出代表性的測定例，且該測定例係與實例II的液晶元件有關。關於該液晶元件，雖然對比率較低(為2以下)，但是用目視觀察可以辨識出差別。此係因色調不同所致，具體而言，可辨識出接近粉色的紅色系色調與藍色系色調這兩種。在圖15～圖17中示出歸納整理測定結果的特性表。
在圖15中，對於實例II的液晶元件示出上側偏光板(例如第一偏光板21)和下側偏光板(例如第二偏光板22)的角度(單位：°)、某波長下第一配向狀態與第二配向狀態的穿透率差(單位：%)、對比率(Cr)、穿透率。分別在表的左側示出於藍色附近(440～480nm)或者紅色附近(610～650nm)的波長顯示出良好結果的特性，在表的右側示出相同條件下在相反側之波長上的特性。若限定波長進行比較，則可知能由穿透來得到2～3左右的對比率。其結果顯示：若將背光(backlight)設為藍色或紅色之單色光源，則可以獲得相對較高的對比(contrast)顯示。此外，亦可知在藍色和紅色之間轉換光源時仍能獲得其應有的對比。在該情況下，可以進行負/正反轉顯示。當考究偏光板彼此所夾之角度時，可知其為30°、45°、60°中的任一者，而在0°或90°的情況下則無法獲得良好的結果。由此可謂：在本實施方式和實施例的液晶元件中，較佳將偏光板彼此所夾之角度設定在30°～60°的範圍以使色調差更明顯。
圖16示出關於實例I的液晶元件的結果，圖17示出關於實例III的液晶元件的結果。關於實例I的液晶元件，可知其顯示出與上述實例II的液晶元件非常相似的趨勢。另外，關於實例III的液晶元件，雖然與上述實例II的液晶元件有些不同的趨勢，惟可獲得某種程度之基於色調的對比。
如上所述，根據本實施方式和實施例，可提供利用兩種配向狀態之間轉移的新穎TN型液晶元件。而且已確認：該液晶元件可在較廣的溫度範圍(例如-20℃～80℃)獲得穩定的閾值特性和清晰度(sharpness)特性。即，根據本實施方式和實施例，可利用兩種配向狀態之間的轉移將透光狀態控制成兩種不同之狀態。除了轉移成兩種配向狀態中的任一狀態的時候之外，基本上不需要施加電場，所以能夠以極低的耗電來驅動液晶元件。尤其是在設置成反射型的液晶元件的情況下，低耗電的優點較為顯著。此外，該液晶元件與一般的TN型液晶元件同樣具有較優良的視角特性。在進行視角補償的情況下，可應用與一般TN型液晶元件中所使用的光學補償膜同樣便宜的光學補償膜。由於其製程亦與一般TN型液晶元件基本上相同，故可低成本地製造本發明的液晶元件。
接著，對可利用上述液晶元件所具有之記憶性進行低耗電驅動的液晶顯示裝置的結構例進行說明。
圖18是示意性示出液晶顯示裝置的結構例的圖。圖18所示之液晶顯示裝置是將多個像素部34排列成矩陣狀構成的被動矩陣(passive matrix、單純矩陣simple matrix)型液晶顯示裝置，並使用上述實施方式等的液晶元件作為各像素部34。具體而言，液晶顯示裝置之結構包含：m條控制線B1～Bm，沿X方向延伸；驅動器31，對這些控制線B1～Bm提供控制信號；n條控制線A1～An，分別與控制線B1～Bm交叉且沿Y方向延伸；驅動器32，對這些控制線A1～An提供控制信號；n條控制線C1～Cn、D1～Dn，分別與控制線B1～Bm交叉且沿Y方向延伸；驅動器33，對這些控制線C1～Cn、D1～Dn提供控制信號；以及像素部34，設置在控制線B1～Bm和控制線A1～An的各個交點處。
各控制線B1～Bm、A1～An、C1～Cn以及控制線D1～Dn例如由形成為條紋狀(stripe)的ITO等透明導電膜構成。控制線B1～Bm和控制線A1～An交叉的部分作為上述第一電極12和第二電極16而發揮其功能(參照圖2)。另外，控制線C1～Cn與設置在相當於各像素部34的區域中並且作為第三電極18的梳齒狀的電極枝(在圖18中省略圖示)相連接。同樣地，控制線D1～Dn與設置在相當於各像素部34的區域中並且作為第三電極18的梳齒狀的電極枝(在圖18中省略圖示)相連接。
作為圖18所示結構的液晶顯示裝置的驅動方法，可考量各種方法。例如說明按每行(line)對控制線B1、B2、B3......進行顯示更新(update)的方法(線依序驅動法)。在該情況下，只要對欲呈相對較亮之顯示的像素部34施加縱電場，並對欲呈相對較暗之顯示的像素部34施加橫電場即可。
例如，對控制線B1施加不發生配向狀態轉移之程度的矩形波電壓(例如1.5V左右、150Hz)，對控制線A1～An、C1～Cn以及控制線D1～Dn施加與其同位(synchronization)或錯開半個週期的閾值電壓程度的矩形波電壓(例如1.5V左右、150Hz)。
具體而言，係對控制線A1～An中與欲呈亮顯示的像素部34對應的控制線，施加與施加到控制線B1的矩形波電壓錯開半個週期的矩形波電壓。此時，未對控制線C1～Cn以及控制線D1～Dn施加電壓。由此，便形成對像素部34的液晶元件實際施加有3.0V左右的電壓(縱電場)的狀態。若將該電壓設為飽和電壓以上，則可以在液晶層14中發生配向狀態的轉移而使該像素部34的透光率變化。另一方面，在對控制線A1～An中與不需要變化顯示的像素部34對應的控制線，施加與施加到控制線B1的矩形波電壓同位的矩形波電壓。此時，亦未對控制線C1～Cn以及控制線D1～Dn施加電壓。由此，在該像素部34中便實際形成未施加有電壓的狀態。因此，在液晶層14中不會發生配向狀態的轉移，透光率不變化。
此外，對控制線C1～Cn以及控制線D1～Dn中與欲呈亮顯示的像素部34對應的控制線，施加與施加到控制線B1的矩形波電壓錯開半個週期的矩形波電壓。此時，未對控制線A1～An施加電壓。由此，便形成對像素部34的液晶元件實際施加有3.0V左右的電壓(橫電場)的狀態。若將該電壓設為飽和電壓以上，則可以在液晶層14中發生配向狀態的轉移而使該像素部34的透光率變化。另一方面，對控制線C1～Cn以及控制線D1～Dn中與不需變化顯示的像素部34對應的控制線，施加與施加到控制線B1的矩形波電壓同位的矩形波電壓。此時，亦未對控制線A1～An施加電壓。由此，在該像素部34中便實際形成未施加有電壓的狀態。因此，在液晶層14中不會發生配向狀態的轉移，透光率並未變化。
通過對控制線B2、B3......依次進行上述驅動即可達到點矩陣(dot matrix)顯示，利用此種驅動即可半永久性地保持更新後的顯示狀態。為了更新該顯示，只要再從控制線B1開始執行上述控制即可。另外，此處雖然示出將本發明適用於所謂的被動矩陣型液晶顯示裝置的例子，但也可以將本發明適用於使用薄膜電晶體等的主動矩陣(active matrix)型液晶顯示裝置中。在主動矩陣型液晶顯示裝置的情況下，因為不需要針對控制線B1等的每行進行更新，所以能夠縮短更新時間。此外，也可以施加閾值2倍以上的電壓，因此可以更快速地進行更新。惟，由於在一側的基板上具有用於橫電場的電極和用於縱電場的電極，所以針對每個像素需要兩個薄膜電晶體等。
以下參照附圖來說明本發明的其他實施方式。
將如下所述的液晶元件稱為反扭轉向列(RTN)型液晶元件，即：該液晶元件具有以第一旋轉方向和第二旋轉方向為相反方向的方式製作的液晶層，該第一旋轉方向是由一組配向膜的配向處理方向和預傾角的組合所決定的液晶分子的扭轉方向，該第二旋轉方向則是由光學活性物質(旋光性材料)產生之液晶分子的扭轉方向，且該液晶元件可以通過例如向液晶層賦予物理作用，來以可變方式形成液晶分子向各方向扭轉的狀態(在第一旋轉方向上為反扭轉(均勻扭轉)排列狀態，在第二旋轉方向上為擴散扭轉排列狀態)。在沒有對液晶層添加光學活性物質(旋光性材料)的情況下，第一旋轉方向是液晶分子扭轉的旋轉方向。
圖19是示出實施例的液晶元件(液晶顯示元件)之製造方法的流程圖。本案發明人首先按照該圖所示之流程圖來製作多個液晶元件，並預備性地考究達到良好顯示的預傾角的範圍。
準備兩片形成有透明電極、例如ITO電極的透明基板(步驟S101)。在此，係採用具有平行平板類型的電極的測試液晶胞，並將兩片透明基板清洗、乾燥(步驟S102)。
在透明基板上，按覆蓋ITO電極的方式塗佈配向膜材料(步驟S103)。使用旋轉塗佈來進行配向膜材料的塗佈；亦可進行柔版印刷或噴墨印刷。通常，降低在形成垂直配向膜所使用的聚醯亞胺配向膜材料的側鏈密度，用作配向膜材料。以配向膜厚度為500～800的方式來塗佈配向膜材料。對塗佈有配向膜材料的透明基板實施預煅燒(pre-calcination)(步驟S104)以及正式煅燒(calcination)(步驟S105)。正式煅燒係在160℃、180℃、200℃、220℃這四個條件下進行。如此一來即形成覆蓋ITO電極的配向膜(步驟S103～S105)。
接著，進行摩擦配向處理(配向處理)(步驟S106)。摩擦配向處理是例如使捲繞有布的圓筒形滾筒(roller)高速地旋轉以在配向膜上摩擦的處理步驟，由此可使與基板相接的液晶分子沿同一方向排列(進行配向)。在將壓入量設置為0.4mm、0.8mm、1.2mm的三個條件下進行摩擦配向處理。另外，摩擦配向處理係以液晶元件的扭轉角為90°的方式實施摩擦配向處理。
圖20是示出形成配向膜時的煅燒溫度和摩擦配向處理時的壓入量的組合的表(配向材料為降低垂直配向膜用材料之側鏈密度的聚醯亞胺膜；液晶胞厚度為4μm(塑膠珠)；接著材料為添加有玻璃纖維的密封材料(4μm)；液晶為ZLI-2293(Merck公司製)；旋光性材料為d/p=0.16與0.25的CB-15)。本案發明人等係利用本圖所示之No. 1～No. 9此九個條件來製作液晶元件。
再參照圖19。為了固定保持液晶胞厚度(基板之間的距離)，例如採用乾式散佈法將間隙控制材料散佈在一個透明基板面上(步驟S107)。間隙控制材料係使用粒徑為4μm的塑膠珠。
在另一透明基板面上印刷密封材料以形成主密封圖案(步驟S108)。例如，使用網版印刷法來印刷包含粒徑為4μm的玻璃纖維的熱固性密封材料。可以使用分配器(dispenser)來塗佈密封材料。此外，也可以使用非熱固性而是光固性的密封材料或光/熱並用固化型的密封材料。
使透明基板重疊在一起(步驟S109)。在規定的位置將兩片透明基板重疊在一起以形成液晶胞，在按壓的狀態下實施熱處理而使密封材料硬化。例如使用熱壓法(hot press)進行密封材料的熱硬化。以此種方式來製作空的液晶胞。
使用例如真空注入法將向列型液晶注入到空的液晶胞中(步驟S110)，液晶材料係使用Merck公司製造的ZLI2293。在液晶中添加旋光性材料，旋光性材料則使用Merck公司製造的CB15。以設旋光性間距為p、液晶層厚度(液晶胞厚度)為d時d/p為0.16或者0.25的方式來調整旋光性材料的添加量。
使用例如紫外線(UV)硬化類型的末端密封材料來密封液晶注入口(步驟S111)，並將液晶胞加熱到液晶的相轉移溫度以上以調整液晶分子的配向(步驟S112)。之後，沿著利用劃線器(scriber)於透明基板上劃出的劃痕進行分切(breaking)而小型分割成個別的液晶胞。
對小型分割後的液晶胞實施倒角(步驟S113)和清洗(步驟S114)。
最後，在兩片透明基板與液晶層相反的一側的面上黏貼偏光板(步驟S115)。兩片偏光板係以交叉尼科爾(crossed Nichol)且穿透軸的方向和摩擦配向方向平行的方式配置，亦能以正交的方式配置。在兩透明基板的ITO電極之間連接電源。
圖21的(A)～(C)是示出已製作的多個液晶元件的外觀的照片。已製作的液晶元件在初始狀態下形成擴散扭轉排列狀態。當在兩透明基板的ITO電極之間施加飽和電壓值以上的電壓時，即轉移成反扭轉排列狀態。
參照圖21(A)。對於利用圖20所示之表的No. 1條件(煅燒溫度160℃，摩擦配向處理時的壓入量0.8mm)製作的液晶元件、以及利用No.3條件(煅燒溫度180℃，摩擦配向處理時的壓入量0.8mm)製作的液晶元件，無論在設d/p為0.16的情況或設d/p為0.25的情況下，皆在反扭轉排列狀態下未施加電壓時呈現本圖所示之外觀，即較暗的黑顯示。對透光率進行測定，其為4%左右。另外，在反扭轉排列狀態下施加電壓時，觀察到非常暗的黑顯示。可將透光率幾乎降低到0%。而且，對擴散扭轉排列狀態下的透光率進行測定，在未施加電壓時為18%左右。對於利用No.1和No.3條件製作的液晶元件，已知在反扭轉排列狀態和擴散扭轉排列狀態下，可以進行外觀差別較大的的顯示。即，可以在反扭轉排列狀態下呈黑顯示，而在擴散扭轉排列狀態下呈白顯示(顯白)。使用分光橢圓偏振法(spectroscopic ellisometry)來進行測定，結果在這些液晶元件中發現23～35°的預傾角。
參照圖21(B)。對於利用圖20所示之表的No. 2條件(煅燒溫度為180℃，摩擦配向處理時的壓入量為0.4mm)製作的液晶元件，無論在設d/p為0.16的情況或設d/p為0.25的情況下，皆從初始狀態起即顯示出暗顯示。由於摩擦配向處理時的壓入量變小使預傾角變高，因此形成接近垂直配向的液晶分子排列狀態。顯示亮度不會因電壓的施加而發生較大的變化，且透光率與有無施加電壓以及所施加的電壓值無關，為1%以下左右。
參照圖21(C)。關於利用圖20所示之表的No. 1～No. 3條件以外的條件製作的液晶元件，與d/p的值是0.16還是0.25無關，在擴散扭轉排列狀態和反扭轉排列狀態下，在透光率上不存在較大的差別，示出幾乎相等的顯示外觀。對於未施加電壓時的透光率，在兩種排列狀態下都為25%左右，通過施加電壓，在兩種排列狀態下都能夠使透光率降低到1%以下左右。圖21(C)示出了在反扭轉排列狀態下未施加電壓時的顯示(水藍色的顯示)外觀。使用分光橢圓偏振法測定利用圖20所示之表的No. 1～No. 3條件以外的條件所製作的液晶元件的預傾角，可發現8～15°的預傾角。
本案發明人對多數的液晶元件測定預傾角，在反扭轉排列狀態下未施加電壓時可達到良好黑顯示(顯黑)的預傾角的範圍是31.5°～36.2°。此外，在反扭轉排列狀態下未施加電壓時無法進行黑顯示的最大預傾角為17.1°。再者，在擴散扭轉排列狀態下未施加電壓時仍進行黑顯示的預傾角的最小值為48°。
根據這些情況，將賦予上下基板的預傾角設為20°以上45°以下，更佳為31°以上37°以下來製作RTN型液晶元件，由此可以達到在反扭轉排列狀態下未施加電壓時進行黑顯示，在擴散扭轉排列狀態下未施加電壓時(未施加縱電場時)進行白顯示。
在具有上述預傾角範圍的RTN型液晶元件中，關於在反扭轉排列狀態下未施加電壓時可達到較暗之黑顯示的原理雖未完全明瞭，但可推知：RTN型液晶元件具有倒下(fall)時(反扭轉排列狀態)的閾值比立起(build up)時(擴散扭轉排列狀態)的閾值低的性質，並利用特殊條件使閾值低於0V來達到此種顯示。
此外，一般在反扭轉排列狀態下，出於在基板的配向處理中賦予的預傾角和由旋光性材料賦予的扭轉力，使得在液晶層內部產生大的扭轉，由於該扭轉之故，即使在未施加電壓時，液晶層厚度方向中央附近的液晶分子也形成相對於基板平面呈傾斜的狀態。在具有20°以上之高預傾角的RTN型液晶元件中，液晶層厚度方向中央附近的液晶分子的傾斜角甚大，而推知其相對於基板幾近垂直地立起，故認為在未施加電壓時亦可獲得較暗的黑顯示。另外，一般在反扭轉排列狀態下基體(bulk)中的傾斜角係大於基板界面處的預傾角，而此亦可透過基於連續體(continuum)理論的液晶分子配向模擬(simulation)來確認。
接著，本案發明人以圖20所示之表的No. 1或者No. 3條件為前提，按照圖19所示之流程圖來製作多個液晶元件，並預備性地考究在反扭轉排列狀態下未施加電壓時所達到之使較暗的黑顯示的保持時間增長的煅燒溫度、扭轉角、液晶胞厚度(液晶層厚度)。在圖22(A)～(F)中，示出液晶元件的製作條件和觀察結果。
圖22(A)是示出液晶元件之製作條件的表(配向材料為降低垂直配向膜用材料之側鏈密度的聚醯亞胺膜；接著材料為添加有玻璃纖維的密封材料；液晶為ZLI-2293(Merck公司製)；旋光性材料為CB-15)。首先，準備兩片形成有ITO電極的透明基板。在此，亦使用具有平行平板類型電極的測試液晶胞，將兩片透明基板清洗、乾燥。
以覆蓋ITO電極的方式在透明基板上塗佈配向膜材料。採用旋轉塗佈進行配向膜材料的塗佈。通常降低在形成垂直配向膜所使用的聚醯亞胺配向膜材料的側鏈密度來用作配向膜材料。以配向膜厚度為500～800的方式來塗佈配向膜材料。對塗佈有配向膜材料的透明基板實施預煅燒和正式煅燒。如圖22(A)所示，在160℃或180℃下進行正式煅燒。以此種方式即形成覆蓋ITO電極的配向膜。
接著，將壓入量設為0.8mm來進行摩擦配向處理。如圖22(A)所示，在將上下基板之間的扭轉角設為80°、90°、100°此三個條件下，實施摩擦配向處理。
將間隙控制材料散佈於一透明基板面上。間隙控制材料係使用粒徑為3μm、4μm、5μm的塑膠珠。如圖22(A)所示，製作液晶胞厚度為3μm、4μm、5μm的多個液晶元件。在另一透明基板面上，使用網版印刷法印刷包含玻璃纖維的熱固性密封材料以形成主密封圖案。在規定位置上重疊兩片透明基板，實施熱處理以使密封材料硬化，來製作空的液晶胞。
使用真空注入法將向列型液晶注入到空的液晶胞中，液晶材料係使用Merck公司製造的ZLI2293。在液晶中添加旋光性材料，旋光性材料則使用Merck公司製造的CB15。調整旋光性材料的添加量，以使d/p成為0.04、0.08、0.125、0.16、0.20、0.25、0.33。
使用紫外線硬化類型的末端密封材料來密封液晶注入口，將液晶胞加熱到液晶的相轉移溫度以上。沿著利用劃線器於透明基板上劃出的劃痕進行分切，而小型分割成個別的液晶胞。
對小型分割後的液晶胞實施倒角和清洗，在兩片透明基板與液晶層相反的一側的面上黏貼偏光板。兩片偏光板係以交叉尼科爾且穿透軸的方向和摩擦配向方向平行的方式配置，並在兩透明基板的ITO電極之間連接電源。在以此種方式製作的液晶元件的ITO電極之間施加5V的交流電壓，由此可使之從擴散扭轉排列狀態轉移成反扭轉排列狀態(較暗的黑顯示)。
圖22(B)是示出測定較暗的黑顯示(反扭轉排列狀態)的保持時間的結果的表，其中，所述較暗的黑顯示是改變添加到液晶材料中的旋光性材料的添加量時的顯示。
比較利用圖22(A)所示之條件A製作的液晶元件和利用條件B製作的液晶元件。對於利用條件A製作的液晶元件，在d/p=0.08、0.125、0.16、0.20這四種情況下，從擴散扭轉排列狀態轉移成反扭轉排列狀態(較黑的顯示)之後，反扭轉排列狀態即原封不動保持數週以上(表中表為「∞」)。另外，在d/p=0.04時，雖然部分進行所要求之動作，卻混雜有從初始起即形成黑顯示狀態的部分。由此，可認為d/p=0.04是用於獲得用作顯示元件之均勻性的臨界條件。
另一方面，對於利用條件B製作的液晶元件，在d/p=0.08、0.125時反扭轉排列狀態保持數週以上。在條件B下也與條件A相同，d/p=0.04時混雜有從初始起即形成黑顯示狀態的部分。
由此可知，相較於將煅燒溫度設為180℃以製作液晶元件，設為160℃進行製作時d/p之彈性裕度(margin)更廣，該d/p彈性裕度係用於穩定反扭轉排列狀態，即用於獲得反扭轉排列狀態和擴散扭轉排列狀態的雙重穩定性。此外，圖22(C)示出在使用條件A且d/p=0.125的情況下製作的液晶元件中所保持的反扭轉排列狀態下的顯示外觀。通過將煅燒溫度至少設為160℃以上180℃以下來製作液晶元件，由此，能夠長時間保持在反扭轉排列狀態下未施加電壓時的黑顯示。
接著，比較利用條件A、C、D製作的液晶元件。對於利用條件C製作的液晶元件，在任一d/p下都沒有長時間地保持反扭轉排列狀態。可知在將扭轉角設為80°來製作液晶元件的情況下，難以獲得兩排列狀態的雙重穩定性。
另一方面，對於利用條件A製作的液晶元件和利用條件D製作的液晶元件，在保持時間上未看出較大差別。但是，在條件D的情況下，在利用d/p=0.125製作的液晶元件中，如圖21(B)所示之照片的例子，從初始狀態開始即顯示出暗顯示。另外，d/p=0.25和0.33時的保持時間略短於條件A的情況。由此可知，通過將扭轉角至少設為90°以上100°以下來製作液晶元件，能夠長時間地保持反扭轉排列狀態下未施加電壓時的黑顯示，並且，比起將扭轉角設為100°來製作液晶元件，設為90°進行製作時更容易獲得反扭轉排列狀態和擴散扭轉排列狀態的雙重穩定性。
接著，以液晶胞厚度為基準進行比較。在液晶胞厚度為3μm的較薄情況(條件E)下，由於d/p的值在保持性上沒有明顯的差別，在所有的d/p下，反扭轉排列狀態均保持數週以上。圖22(D)示出利用條件E且d/p=0.125所製作的液晶元件的顯示外觀。惟，在條件E下，當d/p的值增大到0.20、0.25時，與未施加電壓無關，可看出反扭轉排列狀態逐漸擴大到電極外區域的現象。在圖22(E)中示出了該情況，需注意當反扭轉排列狀態擴大到電極外的區域時將難以進行該部分的控制。
與條件A或條件E相比，在液晶胞厚度為5μm厚的情況(條件F)下保持時間較長的d/p的範圍較窄，只有設為d/p=0.16而製作的液晶元件將反扭轉排列狀態保持了數週以上。圖22(F)示出該液晶元件的顯示外觀。本案發明人的觀察結果為：無論在液晶胞厚度較厚的情況(條件F)抑或較薄的情況(條件E)下，皆與利用條件A製作的液晶元件相同，在反扭轉排列狀態下未施加電壓時可獲得較暗的黑顯示。由此可知，即使液晶元件的液晶胞厚度些許不均勻，亦可達到例如對比率較高的雙重穩定性顯示。通過觀察圖22(B)的表格所示之結果可確認：通過將液晶胞厚度至少設為3μm以上5μm以下來製作液晶元件，而能夠長時間地保持反扭轉排列狀態下未施加電壓時的黑顯示。
關於d/p，雖然也依據其他條件，但是根據例如利用條件A、D、E製作的液晶元件的黑顯示保持時間，較佳設為大於0.04小於0.25。
本案發明人基於上述的預備性考究來製作實施例的液晶元件。
圖23是實施例的液晶元件的一個像素內的示意性剖面圖。
實施例的液晶元件之結構包括：相互平行地相向配置的上側基板110a和下側基板110b；以及夾於兩基板110a與110b之間的扭轉向列液晶層115。
上側基板110a包括：上側透明基板111a、形成在上側透明基板111a上的上側電極112a；以及形成在上側電極112a上的上側配向膜114a。下側基板110b包括：下側透明基板111b、形成在下側透明基板111b上的下側電極112b；形成在下側電極112b上的絕緣膜113；形成在絕緣膜113上的第一梳齒電極112c和第二梳齒電極112d；以及以覆蓋第一梳齒電極112c和第二梳齒電極112d的方式形成在絕緣膜113上的下側配向膜114b。此外，上側電極112a係相當於「第一電極」、下側電極112b係相當於「第二電極」，第一梳齒電極112c係相當於「第三電極」，第二梳齒電極112d則相當於「第四電極」。
上側透明基板111a和下側透明基板111b由例如玻璃形成。上側電極112a和下側電極112b以及第一梳齒電極112c和第二梳齒電極112d則由例如ITO等透明導電材料形成。第一梳齒電極112c和第二梳齒電極112d是分別具有多個梳齒部分的梳狀電極。第一梳齒電極112c和第二梳齒電極112d的梳齒部分係以沿著本圖的左右方向相互錯開的方式配置。
液晶層115係配置於上側基板110a的上側配向膜114a與下側基板110b的下側配向膜114b之間。
在上側配向膜114a和下側配向膜114b上，通過摩擦實施配向處理。在從上側基板110a和下側基板110b的法線方向觀察時，上側配向膜114a和下側配向膜114b的配向處理方向相互正交。將上側配向膜114a的摩擦配向方向設為第一方向、將下側配向膜114b的摩擦配向方向設為第二方向時，第二方向是從上側基板110a的法線方向看來，以第一方向為基準向左旋方向形成90°的方向。對於由上側基板110a和下側基板110b的配向處理方向和預傾角的組合所規定的液晶層115的液晶分子的排列狀態，從上側基板110a的法線方向看來，該排列狀態是向右扭轉90°的均勻扭轉(uniform twist)(反扭轉)排列。
在形成液晶層115的液晶材料中添加旋光性材料。對於在旋光性材料的影響力之下產生之液晶分子的排列狀態，從上側基板110a的法線方向看來，該排列狀態是沿著從上側基板110a朝向下側基板110b的方向往左扭轉方向扭轉的擴散排列。
在液晶胞完成狀態下的液晶分子的扭轉方向是與由旋光性材料產生的扭轉方向相同的方向的左扭轉(擴散排列)。
電源120與上側電極112a和下側電極112b以及第一梳齒電極112c和第二梳齒電極112d電性連接。可利用電源120對電極112a～112d施加電壓。例如，通過在兩電極112a、112b之間施加閾值電壓以上的交流電壓，可使液晶分子的排列狀態從擴散扭轉排列轉移成均勻扭轉(反扭轉)排列。
在上側基板110a和下側基板110b與液晶層115相反的一側的表面上分別配置有上側偏光板116a和下側偏光板116b。兩偏光板116a、116b以交叉尼科爾並且透光軸與上側基板110a和下側基板110b的摩擦配向方向平行的方式配置。實施例的液晶元件為正常顯白(normally white)類型的液晶元件。
參照圖24～圖28來詳細地說明實施例的液晶元件的結構和製造方法。
圖24是示出形成在上側透明基板111a上的ITO膜的圖案的示意性俯視圖。使用本圖所示之ITO膜來形成例如像素電極(在各像素中形成有上側電極112a的電極)和該像素電極的引出電極。
ITO膜圖案例如以使ITO膜沿本圖左右方向延伸成條紋狀的方式形成。在本圖中，對構成像素電極的ITO膜附註符號112A1～112A10來表示。
在對附有ITO的玻璃基板進行清洗後，使用光微影製程來進行ITO膜的圖案成形。通過使用氯化鐵的濕式蝕刻來實施ITO的蝕刻。也可以通過照射雷射光束並除去ITO膜來進行圖案成形。
圖25是示出形成在下側透明基板111b上的ITO膜的圖案的示意性俯視圖。使用本圖所示之ITO膜來形成例如像素電極(在各像素中形成有下側電極112b的電極)和該像素電極的引出電極。
ITO膜圖案例如以ITO膜在本圖左右方向上延伸成條紋狀的方式形成。在本圖中，對構成像素電極的ITO膜的一部分附註符號112B1～112B9來表示。另外，本圖上下方向與圖24的左右方向為相互垂直的方向。
可以通過與參照圖24進行說明的ITO膜圖案成形的形成方法相同的方法，來進行ITO膜的圖案成形。
對ITO膜進行了圖案成形後，在包含ITO膜上的下側透明基板111b上形成絕緣膜113。未於例如引出電極112BT1～112BT9部分(端子部分)形成絕緣膜113。在本圖中，在未形成絕緣膜113的區域上標註斜線。絕緣膜113可以通過下述方法來形成：在引出電極部分等形成抗蝕層，並於形成絕緣膜之後通過剝離除去抗蝕層的方法；以及在利用金屬罩幕覆蓋引出電極部分等的狀態下，採用濺鍍來形成的方法。此外，絕緣膜113可以設為有機絕緣膜或SiO2、SiNx等無機絕緣膜。也可以採用其等組合來形成。在實施例中，係使用丙烯酸係有機絕緣膜和SiO2的積層膜作為絕緣膜113。
在實施例中，首先在引出電極部分等黏貼耐熱性薄膜(聚醯亞胺膠帶)，對有機絕緣膜進行旋轉塗佈(以2000rpm旋轉30秒)達膜厚為1μm。然後，使用清潔烘箱以220℃對旋轉塗佈有有機絕緣膜的下側透明基板111b煅燒一個小時。接著，在黏貼有耐熱性薄膜的狀態下，將下側透明玻璃基板111b加熱到80℃，並利用濺鍍法(交流放電)將SiO2膜形成為1000的厚度。可以採用真空蒸鍍法、離子束法、CVD法等來形成SiO2膜。
在此，當剝下耐熱性薄膜時，即可在黏貼有耐熱性薄膜的部位除去有機絕緣膜和SiO2膜。接著，使用清潔烘箱以220℃對下側透明玻璃基板111b煅燒一個小時以提高SiO2膜的絕緣性和透明性。
雖未必需形成SiO2膜，但可通過形成SiO2膜來提高絕緣膜113的絕緣性。此外，也可以提高形成在絕緣膜113上的第一梳齒電極112c和第二梳齒電極112d的密合性和圖案成形特性。
也可以不形成有機絕緣膜，而只利用SiO2膜來構成絕緣膜113。由於SiO2膜易形成多孔性，因此在該情況下較佳將SiO2膜的厚度設為4000Å~8000Å。也可以選擇由積層SiO2膜和SiNx膜所形成的無機絕緣膜113。
在絕緣膜113上形成ITO膜。將下側透明基板111b加熱到100℃，並利用濺鍍法(交流放電)將ITO膜形成於基板的整個面上。膜厚係設為1200Å左右。ITO膜可以採用真空蒸鍍法、離子束法、CVD法等來形成。利用光微影製程對該ITO膜進行圖案成形而形成第一梳齒電極112c、第二梳齒電極112d以及此等電極112c、112d的引出電極。
圖26是示出ITO膜的蝕刻中所使用之光罩的示意性俯視圖。該光罩包括：第一梳齒電極對應部分112c’、第二梳齒電極對應部分112d’、第一梳齒電極的引出電極對應部分112c”、第二梳齒電極的引出電極對應部分112d”以及下側電極的引出電極對應部分112b”。蝕刻時，係利用在各對應部分覆蓋的ITO膜來形成電極。另外，本案發明人使用具下述特徵之多個電極圖案來製作第一梳齒電極112c和第二梳齒電極112d：將梳狀電極的梳齒部分的電極寬度設為20μm、30μm，將兩個梳狀電極的梳齒部分交替配置時的電極間隔設為20μm、30μm、50μm、100μm、200μm。
歷經如上述之步驟後，準備兩片附有電極的基板(圖19的步驟S101)。將兩片附有電極的基板清洗並乾燥(步驟S102)。水洗的實例係進行純水清洗，亦可使用清潔劑來進行。也可以採用刷子清洗和噴射清洗中的任一種方式來進行清洗。之後，進行脫水使其乾燥。作為水洗之外的方法，可以實施UV清洗、IR乾燥。
在兩片附有電極的基板上，以覆蓋ITO電極的方式塗佈配向膜材料(步驟S103)。配向膜材料的塗佈係採用旋轉塗佈來進行，亦可採用柔版印刷或噴墨印刷。通常，降低在形成垂直配向膜中所使用的聚醯亞胺配向膜材料的側鏈密度來用作配向膜材料。配向膜材料係以配向膜厚度為500Å~800Å的方式來塗佈。對塗佈有配向膜材料之附有電極的基板實施預煅燒(步驟S104)以及正式煅燒(步驟S105)。在160℃下正式煅燒一個小時，亦可在160℃以上180℃以下的溫度下進行。以此種方式即形成覆蓋ITO電極的配向膜(步驟S103～S105)。
圖27是示出形成在下側基板110b上的下側配向膜114b的形成區域的一部分的示意性俯視圖。下側配向膜114b係形成在例如配置有第一梳齒電極112c、第二梳齒電極112d且像素被劃定的區域。在本圖中，作為下側配向膜114b的形成區域，雖僅示出左上方的部分，但是對於其他的梳齒電極112c、112d配置區域亦同。
下面，進行摩擦配向處理(配向處理)(步驟S106)。將壓入量設為0.8mm進行摩擦配向處理。又，係以液晶元件的扭轉角為90°的方式來實施。
在一塊基板面上散佈粒徑4μm的間隙控制材料，使得液晶胞厚度為4μm(步驟S107)。還可以散佈粒徑為3μm以上5μm以下的間隙控制材料，使得液晶胞厚度為3μm以上5μm以下。在另一基板面上印刷密封材料以形成主密封圖案(步驟S108)。在規定的位置上重疊兩片基板(步驟S109)，並使密封材料硬化。
兩片基板的重疊係按以下述方式進行：使液晶分子的排列從上側基板之法線方向看來，形成向右扭轉90°之均勻扭轉(反扭轉)排列，並且在將上側配向膜114a的摩擦配向方向設為第一方向、下側配向膜114b的摩擦配向方向設為第二方向時，使第二方向為從上側基板110a的法線方向看來，以第一方向為基準向左旋方向形成90°的方向。此外，扭轉角可設為90°以上100°以下。
採用真空注入法來注入向列型液晶(步驟S110)，液晶材料使用Merck公司製造的ZLI2293。在液晶中添加旋光性材料，旋光性材料則使用Merck公司製造的CB15。調整旋光性材料的添加量，以使設旋光性間距為p、液晶層厚度為d時d/p為0.16。其可設為大於0.04小於0.25。
使用紫外線硬化類型的末端密封材料來密封液晶注入口(步驟S111)，將液晶胞加熱到液晶的相轉移溫度以上，以調整液晶分子的配向(步驟S112)。之後，沿著使用劃線器於透明基板上劃出的劃痕進行分切而小型分割成個別的液晶胞。對小型分割後的液晶胞實施倒角(步驟S113)和清洗(步驟S114)。
最後，在兩片基板與液晶層相反的一側的面上黏貼偏光板(步驟S115)。兩片偏光板係以交叉尼科爾且穿透軸的方向和摩擦配向方向平行的方式配置，亦可以正交的方式配置。兩基板的ITO電極(上側電極112a和下側電極112b、以及第一梳齒電極112c和第二梳齒電極112d)係與電源連接。
圖28是示出實施例之液晶元件的構造的示意性俯視圖。將圖24至圖27所示之構造全部重疊並示於圖28中。使用沿左右方向延伸的橫電極和沿上下方向延伸的縱電極來劃定一個像素。在本圖中，對橫電極附註符號112A1～112A10，對縱電極的一部分附註符號112B1～112B9。箭頭所示者為從基板法線方向觀察由橫電極112A9和縱電極112B8重疊的區域所劃定的像素。該像素中的橫電極112A9相當於圖23的上側電極112a，縱電極112B8則相當於下側電極112b。
圖29的(A)～(C)是實施例的液晶元件的外觀照片，圖29的(D)～(F)是示出施加電壓時的電場方向的示意性剖面圖。此外，圖29的(A)～(C)所示者為液晶元件的梳齒電極112c、112d形成區域的外觀照片，該液晶元件是在下述條件下製作的：將第一梳齒電極112c、第二梳齒電極112d的梳齒部分的電極寬度設為20μm，將對兩個梳齒電極112c、112d的梳齒部分進行交替配置時的電極間隔設為20μm。
在圖29(A)中，示出液晶元件製成後的狀態(初始狀態)的外觀照片。在初始狀態下，液晶分子為擴散扭轉排列狀態。
在該狀態下，如圖29(D)所示，在上側電極112a與下側電極112b之間施加電壓。通過對兩電極112a、112b施加電壓，即可在液晶層產生縱電場(液晶層厚度方向的電場)。
圖29(B)是對電極112a、112b施加電壓後的外觀照片。可看出整體從擴散扭轉排列狀態轉移成反扭轉排列狀態。相反地，由此可確認：通過對兩電極112a、112b施加電壓，便會在液晶層產生縱電場。
接著，如圖29(E)所示，在第一梳齒電極112c與第二梳齒電極112d之間施加電壓。通過對兩電極112c、112d施加電壓，可在液晶層產生橫電場(與液晶層厚度方向垂直之方向的電場、基板面內方向的電場)。此外，將下述驅動模式稱為IPS模式(in-plane switching mode：平面內轉換模式)：通過對第一梳齒電極112c和第二梳齒電極112d施加電壓，以在液晶層產生橫電場而驅動液晶元件者。
使用IPS模式驅動圖29(B)所示之狀態的液晶元件，結果確認再次轉移成與初始狀態相同的狀態(擴散扭轉排列狀態)。
此外，如圖29(F)所示，對下側電極112b、第一梳齒電極112c、第二梳齒電極112d施加電壓。即使對電極112b、112c、112d施加電壓，在液晶層亦可產生橫電場。而且，將通過對電極112b、112c、112d施加電壓，使其於液晶層產生橫電場來驅動液晶元件的驅動模式稱為FFS模式(fringe field switching mode：邊緣電場轉換模式)。
圖29(C)是利用FFS模式對圖29(B)所示之狀態的液晶元件進行驅動後的外觀照片。整體再次轉移成與初始狀態相同的狀態(擴散扭轉排列狀態)。
本案發明人的觀察結果為：在利用IPS模式進行驅動的情況下，並不是整體轉移成擴散扭轉排列狀態，而是以與梳齒電極的圖案相對應的條紋狀的方式轉移成擴散扭轉排列狀態。此為在IPS模式中只在梳齒電極112c、112d之間產生橫電場之故。與此相對，在利用FFS模式進行驅動的情況下，整體向擴散扭轉排列狀態轉移是因為：在FFS模式下，在梳齒電極112c、112d上也產生橫電場。實施例的液晶元件是可以轉換擴散扭轉排列狀態和反扭轉排列狀態的液晶元件。通過施加縱電場，可使前者轉移成後者。另外，通過施加橫電場，可以使後者轉移成前者。另外，關於橫電場的施加，根據開口率、透光率、對比率等方面，FFS模式下的驅動比IPS模式更佳。
通過附加縱電場，液晶層厚度方向中央附近的液晶分子便從橫向往縱向傾斜，以進行從擴散扭轉排列狀態向反扭轉排列狀態的轉換。此外，通過附加橫電場，液晶層厚度方向中央附近的液晶分子則從縱向往橫向傾斜，以進行從反扭轉排列狀態向擴散扭轉排列狀態的轉換。
實施例的液晶元件為下述液晶元件：根據附加的電場方向使擴散扭轉排列狀態和反扭轉排列狀態相互轉移，並穩定地保持各自的狀態。在實施例的液晶元件中，可以達到例如利用記憶性的顯示。
將欲呈白顯示的像素設為擴散扭轉排列狀態，欲呈黑顯示的像素設為反扭轉排列狀態。至少對欲從白顯示變換為黑顯示的像素施加縱電場。也可以對希望維持黑顯示的像素施加縱電場。反之，至少對欲從黑顯示變換為白顯示的像素施加橫電場；亦可對欲維持白顯示的像素施加橫電場。
可針對例如每行進行顯示的更新。作為一例，在圖28中對縱電極112B1～112B9中的一個(例如縱電極112B1)，施加不產生排列狀態轉移之程度的矩形波(例如150Hz、5V左右)，並對橫電極112A6～112A10、或者第一梳齒電極和第二梳齒電極施加與施加到縱電極112B1上的電壓同位或錯開半個週期的矩形波(例如150Hz、5V左右)。
在施加一波形而該波形為與施加到縱電極112B1上的波形同位的像素中，由於形成有未有效地施加電壓的狀態，因此顯示不變化，對於施加有與施加到縱電極112B1上的波形錯開半個週期的波形的像素，由於形成有效地施加有10V左右的電壓的狀態，因此成為飽和電壓以上的電壓，可在白顯示和黑顯示之間相互變化。
例如，在欲呈白顯示的像素中，對第一和第二梳齒電極施加錯開半個週期的矩形波，對橫電極112A6～112A10不施加電壓。在欲呈黑顯示的像素中，對橫電極112A6～112A10施加錯開半個週期的矩形波，對第一和第二梳齒電極不施加電壓。
在縱電極112B1之後，亦對縱電極112B2～112B9施加矩形波來同樣地進行驅動，由此能夠達到矩陣顯示。可以半永久性地保持更新後的顯示。
實施例中的液晶元件可以採用例如上述線依序更新法(線依序驅動)等利用記憶性的驅動方法來驅動。其除更新顯示時以外不耗電，可達到超低耗電驅動。尤其是在適用於反射型顯示器的情況下，其優點較為顯著。此外，可以不使用高價的TFT等而以被動矩陣顯示來進行大容量的點矩陣顯示。即，能夠以低成本進行大容量的顯示。而且，採用例如參照圖19以及圖24至圖28說明的製造方法，可以廉價製造實施例的液晶元件。
圖30的(A)～(D)是示出實施例的液晶元件以及在其他較佳條件下製作的液晶元件的電壓-透光率特性的曲線圖(graph)。各曲線圖的橫軸以單位「V」表示施加電壓，縱軸以單位「%」表示透光率。用實線表示的曲線係表示反扭轉排列狀態(圖中表為「轉移後」)下的電壓-透光率特性，用虛線表示的曲線則表示擴散扭轉排列狀態(圖中表為「轉移前」)下的電壓-透光率特性。圖中所示者為在各個排列狀態下，在上側電極112a和下側電極112b之間施加電壓而產生縱電場的情況下的電光特性。此外，對於在「轉移前」和「轉移後」之前所附加的數字，於圖30(A)～(C)中係表示d/p值，於圖30(D)中則表示液晶胞厚度。
圖30(A)中示出利用圖22(A)的條件A製作的液晶元件(實施例中的液晶元件)的電光特性，可知未施加電壓時兩種排列狀態的透光率大為不同而能夠達到高對比率的顯示。實施例的液晶元件是能簡易地達到對比率高且白顯示狀態和黑顯示狀態均穩定之高品質顯示的液晶元件。黑顯示較暗而容易進行清晰地顯示。
在圖30(B)中，示出在圖22(A)的條件B下製作的液晶元件的電光特性。在圖30(A)所示之例子中，雖然稍微不良，但未施加電壓時的兩排列狀態的透光率仍大為不同，可以進行高對比率和高品質的顯示。另外，對於圖30(A)所示之電光特性和圖30(B)所示之電光特性，透光率與d/p的相依性趨勢相反。雖然詳細的原因仍不明，但可知：用於獲得最佳電光特性之d/p的趨勢會因製作條件而異。
圖30(C)是在圖22(A)的條件D下製作的液晶元件的電光特性。與圖30(A)所示之例子沒有太大的差異，可以進行高對比率和高品質的顯示。此外，在圖30(C)所示之例子中，透光率與d/p的相依性小，相對於d/p呈穩定。
在圖30(D)中，示出基於液晶胞厚度的電光特性的差異。可知將液晶胞厚度設為3μm、4μm、5μm中的任一者時，在反扭轉排列狀態下未施加電壓時，可以獲得較暗的黑顯示。通過使液晶材料最佳化，由此無論液晶胞厚度為何，皆可兼具較亮的透光率和高對比率。
圖31的(A)和(B)是示出實施例的液晶元件的視角-對比率特性的曲線圖。在這兩幅曲線圖中，橫軸用單位「°」表示在最佳辨識方向上的視角(極角、偏離基板法線方向的傾斜角)。在反扭轉排列狀態下，液晶層厚度方向的中央的液晶分子立起的方向為最佳辨識方向。此外，縱軸表示對比率。對比率是擴散扭轉排列狀態(白顯示)下的透光率除以反扭轉排列狀態(黑顯示)下的透光率而獲得的值。
如圖31(A)所示，在實施例的液晶元件中，在約40°的視角(極角)上可獲得16以上的對比率。
在圖31(B)中，示出了實施例的液晶元件的視角-對比率特性(實線)，並且示出例如圖21(C)所示之顯示外觀之習知液晶元件的視角-對比率特性(虛線)。如圖所示，在習知液晶元件中，對比率並未相依於視角(極角)而為1左右。此外，現有的液晶元件的對比率的最大值為1.09。可知實施例的液晶元件是在較廣的視角範圍內達到高對比率且顯示品質高的液晶元件。
以上根據實施例對本發明進行說明，但本發明並不限於此等。
例如，在實施例中係製成以交叉尼科爾的方式配置偏光板並進行正常顯白的液晶元件，但亦可製成以平行尼科爾的方式配置偏光板並進行正常顯黑(normally black)的液晶元件。然，正常顯白的液晶元件容易達到在高對比率下的顯示。在正常顯白的情況下，較佳使上側偏光板116a和下側偏光板116b在穿透軸方向上所夾的角度為90°左右以獲得良好的黑顯示。
此外，在實施例中，由於使用透光率較低的類型作為上側偏光板116a和下側偏光板116b，因此如圖30(A)所示，白顯示(擴散扭轉排列狀態)的透光率為例如15%～20%左右，但當使用透光率較高的類型時，則可將白顯示的透光率設為例如25%～30%左右。
另外，在實施例中將係扭轉角設為90°，但也可以設為其他的角度。在此種情況下，為了調亮白顯示中的亮度，則需調整液晶層內的遲滯值(retardation value)。
而且，在實施例中僅在下側基板110b上形成產生橫電場的電極，但不僅在下側基板110b上也可以形成在上側基板110a上。產生橫電場的電極只要形成於上側基板110a和下側基板110b中的至少一者上即可。
以下參照圖式來說明本發明的另一實施方式。
圖32是實施例的液晶元件200的一個像素內的示意性剖面圖。實施例的液晶元件200之結構包括：相互平行地相對配置的上側基板201和下側基板202，以及夾持於兩基板201、202之間的扭轉向列型液晶層203。
上側基板201包括：上側透明基板212；形成在上側透明基板212上的透明電極213；以及形成在透明電極213上的上側配向膜214。下側基板202則包括：下側透明基板222；形成在下側透明基板222上的透明電極223；以及形成在透明電極223上的下側配向膜224。
使用例如玻璃來形成上側透明基板212和下側透明基板222，並使用例如ITO等透明導電材料來形成透明電極213和223。
液晶層203係配置在上側基板201的上側配向膜214和下側基板202的下側配向膜224之間。
在上側配向膜214和下側配向膜224上，通過摩擦實施配向處理。從上側基板201和下側基板202的辨識方向觀察時，上側配向膜214和下側配向膜224的配向處理方向係相互正交。
在形成液晶層203的液晶材料中添加旋光性材料。對於在旋光性材料的影響力之下產生的液晶分子的配向狀態，從上側基板201的法線方向觀察，該配向狀態係形成沿著從上側基板201朝向下側基板202的方向，向左扭轉方向扭轉的擴散扭轉配向。
圖33(A)是示出在擴散扭轉配向狀態下液晶層203內的液晶分子203a的配向狀態的示意性俯視圖。其示出從上側基板201的辨識方向觀察到的狀態。
圖33(B)是在實施例的液晶層203內的液晶分子203a為擴散扭轉配向狀態的情況下，從正面(圖33(A)的A1方向)觀察液晶層203時的示意性剖面圖。
圖33(C)是在實施例的液晶層203內的液晶分子203a為擴散扭轉配向狀態的情況下，從側面(圖33(A)的A2方向)觀察液晶層203時的示意性剖面圖。
圖33(D)是示出均勻扭轉(反扭轉)配向狀態下的液晶層203內的液晶分子203a的配向狀態的示意性俯視圖。其示出從上側基板201的辨識方向觀察到的狀態。
圖33(E)是實施例的液晶層203內的液晶分子203a為均勻扭轉(反扭轉)配向狀態的情況下，從正面(圖33(D)的A1方向)觀察液晶層203時的示意性剖面圖。
圖33(F)是實施例的液晶層203內的液晶分子203a為均勻扭轉(反扭轉)配向狀態的情況下，從側面(圖33(D)的A2方向)觀察液晶層203時的示意性剖面圖。
液晶胞製成狀態下的液晶分子3a的扭轉方向為如圖33(A)～(C)所示之擴散扭轉配向狀態，該擴散扭轉配向狀態是與由旋光性材料產生的扭轉方向相同的方向的左扭轉RD1。
所謂擴散扭轉配向狀態係指擴散配向和扭轉配向組合後的配向；對於所述擴散配向，係如圖33(A)～(C)所示，在夾著液晶層203之兩配向膜214、224的界面處的預傾角方向相等、且兩界面的預傾角相等的情況下，在液晶層中間附近的區域，變化成液晶分子203a的極角為0，而從側面(圖中A2的方向)觀察液晶層203時，如圖33(C)所示，液晶分子的配向方向分佈成扇形；對於所述扭轉配向，液晶分子在上下基板之間往水平方向扭轉90度。
如圖33(D)～(F)所示，反扭轉(均勻扭轉)配向狀態是往與圖33(A)～(C)所示之擴散扭轉配向狀態相反的方向RD2扭轉的配向狀態。
當將上側配向膜214的摩擦配向方向設為第一方向OD1，將下側配向膜224的摩擦配向方向設為第二方向OD2時，從上側基板201的辨識方向觀察，第二方向OD2是以第一方向OD1為基準在左旋方向上形成90°的方向。對於由上側基板201和下側基板202的配向處理方向和預傾角的組合所規定的液晶層203的液晶分子的配向狀態，如圖33(D)所示，從上側基板201的法線方向觀察，該配向狀態為往右(第二旋轉方向)RD2扭轉90度的均勻扭轉(反扭轉)配向。
回到圖32，驅動電源220與上下透明電極213、223電性連接。可以利用驅動電源220對電極213和223施加電壓。例如，通過在兩電極213和223之間施加閾值電壓以上的交流電壓，即可使液晶分子的配向狀態從擴散扭轉配向轉移成均勻扭轉(反扭轉)配向。
在上側基板201和下側基板202各自與液晶層203相反的一側的面上，配置有上側偏光板211和下側偏光板221。兩片偏光板211、221係以交叉尼科爾且透光軸與上側基板201和下側基板202的摩擦配向方向相平行的方式配置。實施例的液晶元件200是正常顯白類型的液晶元件。
圖34是示出實施例的液晶元件200的製造方法的流程圖。本案發明人首先根據該圖所示之流程圖在多種條件下製作圖32所示之實施例的液晶元件200，並考究達到良好顯示之配向膜的煅燒條件和摩擦配向處理的壓入量。以下參照圖32和圖34來說明實施例的液晶元件200的製造方法。
準備形成有透明電極213、例如ITO電極213的透明基板212，同時準備形成有透明電極223、例如ITO電極223的透明基板222(步驟S201)。在此，採用具有平行平板類型的電極的測試液晶胞，並將兩片透明基板212、222清洗、乾燥(步驟S202)。
在透明基板212、222上，以覆蓋ITO電極213、223的方式塗佈配向膜材料(步驟S203)。使用旋轉塗佈進行配向膜材料的塗佈，亦可使用柔版印刷或噴墨印刷來進行塗佈。
對於一對透明基板212、222中的一塊基板212，通常降低在形成垂直配向膜中使用的聚醯亞胺配向膜材料的側鏈密度來用作配向膜(超高預傾側的配向膜)214的材料。對於另一塊基板222，則通常使用表示較高預傾角的聚醯亞胺膜作為配向膜(高預傾側的配向膜)224的材料，該聚醯亞胺膜係用作超扭轉向列(super twisted nematic；STN)的配向膜。以配向膜214、224的厚度形成500～800的方式來塗佈配向膜材料。對塗佈有配向膜材料的透明基板212、222實施預煅燒(步驟S204)以及正式煅燒(步驟S205)。正式煅燒係於180℃和220℃此兩條件下進行。以此種方式來形成覆蓋ITO電極213、223的配向膜214、224(步驟S203～S205)。
接著，分別對配向膜214和224進行摩擦配向處理(配向處理)(步驟S206)。摩擦配向處理例如是使捲繞有布的圓筒形滾筒高速地旋轉並在配向膜上摩擦的處理步驟，由此可使與基板相接的液晶分子沿同一方向排列(進行配向)。在將壓入量改變為0 mm、0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm的條件下進行摩擦配向處理。另外，以液晶元件200的扭轉角形成90°的方式實施摩擦配向處理。
然後，採用例如乾式散佈法在一個透明基板面上散佈間隙控制材料來固定保持液晶胞厚度(基板之間的距離)(步驟S207)。間隙控制材料係使用粒徑為4μm的塑膠珠。
在另一透明基板面上印刷密封材料以形成主密封圖案(步驟S208)。例如，使用網版印刷法來印刷包含粒徑為4μm的玻璃纖維的熱固性密封材料。可以使用分配器來塗佈密封材料。此外，也可以使用非熱固性而是光固性的密封材料或光/熱並用固化型的密封材料。
將透明基板212、222重疊在一起(步驟S209)。在規定的位置將兩片透明基板重疊在一起以形成液晶胞，並在按壓狀態下實施熱處理以使密封材料固化。使用例如熱壓法進行密封材料的熱硬化。以此種方式製作空的液晶胞。
使用例如真空注入法將向列型液晶注入到空的液晶胞中(步驟S210)。在液晶中添加旋光性材料，旋光性材料係使用Merck公司製造的CB15。調整旋光性材料的添加量，以使將旋光性間距設為p、液晶層厚度(液晶胞厚度)設為d時d/p為0.4。另外，如後所述，關於目視觀察的結果良好的液晶胞製作條件，係變換選擇旋光性材料添加量的條件(d/p=0.04～1.0)來進行實驗。
接著，使用例如紫外線(UV)硬化類型的末端密封材料來密封液晶注入口(步驟S211)，將液晶胞加熱到液晶的相轉移溫度以上以調整液晶分子的配向(步驟S212)。之後，沿著使用劃線器於透明基板上劃出的劃痕進行分切而小型分割成個別的液晶胞。對小型分割後的液晶胞實施倒角(步驟S213)和清洗(步驟S214)。
最後，在兩片透明基板212、222與液晶層203相反的一側的面上黏貼偏光板211、221(步驟S215)。兩片偏光板211、221係以交叉尼科爾且穿透軸的方向和摩擦配向方向平行的方式配置，也可以按照穿透軸方向與摩擦配向方向正交的方式來配置兩片偏光板211、221。在兩透明基板212、222的ITO電極213、223之間連接驅動電源220。
圖35是示出用圖34所示之製造方法製作的液晶元件之液晶胞製作條件(形成配向膜時的煅燒溫度和摩擦配向處理時的壓入量的組合)的代表例(No. 1～No. 8)和顯示狀態之目視觀察結果的表。另外，本案發明人還利用該圖所示以外的液晶胞製作條件製成了液晶元件，但結果均無法獲得黑顯示。
在液晶元件製成的狀態下，其為向第二旋轉方向扭轉的配向狀態(擴散扭轉配向狀態)，此時，由於係製成交叉尼科爾配置的扭轉向列(TN)-LCD，所以在No. 1～No. 8中的任一液晶胞製作條件下製作的液晶元件都可獲得明亮的白顯示。通過對該液晶元件施加飽和電壓以上的電壓(在圖32的電極213和223之間，施加閾值電壓以上的交流電壓)，由此液晶分子的配向狀態從擴散扭轉配向轉移成反扭轉配向。
在用表的No. 1條件(超高預傾側的配向膜214的煅燒溫度為180℃、摩擦配向處理時的壓入量為0.8mm、高預傾側的配向膜224的煅燒溫度為220℃、摩擦配向處理時的壓入量為0.8mm)來製作的液晶元件中，在轉移成反扭轉配向後的關閉(OFF)狀態下觀察到較淡的黑顯示殘留5分鐘左右。
對於在用表的No. 2條件(超高預傾側的配向膜214的煅燒溫度為180℃、摩擦配向處理時的壓入量為0.6mm、高預傾側的配向膜224的煅燒溫度為220℃、摩擦配向處理時的壓入量為0.8mm)來製作的液晶元件、用No. 3條件(超高預傾側的配向膜214的煅燒溫度為180℃、摩擦配向處理時的壓入量為0.4mm、高預傾側與No. 2相同)來製作的液晶元件、以及用No. 7條件(超高預傾側的配向膜214的煅燒溫度為180℃、摩擦配向處理時的壓入量為0.4mm、高預傾側的配向膜224的煅燒溫度為220℃、摩擦配向處理時的壓入量為0.4mm)來製作的液晶元件，在轉移成反扭轉配向之後，其透過狀態示出比較暗的黑顯示，而與完全未施加電壓(關閉狀態)無關。亦即，在將超高預傾側的配向膜214的煅燒條件設為180度、摩擦配向處理中的壓入量設為0.4mm或0.6mm的情況下，所製作的液晶元件的透過狀態示出較暗的黑顯示。
此外，利用將高預傾側的配向膜224於摩擦配向處理時的壓入量設為0.8mm的No. 3的液晶元件、以及將高預傾側的配向膜224於摩擦配向處理時的壓入量設為0.4mm的No. 7的液晶元件，觀察結果(目視觀察狀態和黑顯示所保持的時間(在這些條件下為15分鐘))未變化，因此認為：在高預傾側的配向膜224的製作條件中並未存有太太相依性。
另外，對於將超高預傾側的配向膜214的摩擦配向處理時的壓入量設為0.6mm的No. 2的液晶元件，保持黑顯示的時間為5分鐘，所以認為：當增加超高預傾側的配向膜214的摩擦配向處理時的壓入量時，保持黑顯示的時間便減少。
嘗試使用分光橢圓偏振法測定上述獲得較暗之黑顯示之條件No. 2下的超高預傾側的配向膜214的預傾角的結果，其示出45度左右的預傾角。此外，嘗試使用分光橢圓偏振法測定條件No. 3和No. 7下的超高預傾側的配向膜214的預傾角的結果，則示出61度左右的預傾角。
對於用表的條件No. 4～6(超高預傾側的配向膜214的煅燒溫度為220℃、摩擦配向處理時的壓入量為0.2mm、0.0mm、0.2mm、高預傾側的配向膜224全都設置成煅燒溫度為220℃、摩擦配向處理時的壓入量為0.8mm)來製作的液晶元件、以及用條件No. 8(超高預傾側的配向膜214的煅燒溫度為220℃、摩擦配向處理時的壓入量為0.4mm、高預傾側與條件No. 4～6相同)來製作的液晶元件，在轉移成反扭轉配向後的關閉狀態下，並未達到上述條件如No. 2、No. 3和No. 7般之較暗的黑顯示，僅保持水藍色顯示5分鐘。
嘗試使用分光橢圓偏振法測定在上述示出水藍色顯示的條件No. 4～6和No. 8下之超高預傾側的配向膜214的預傾角的結果，其示出35度左右的預傾角。
由此可知，為了獲得在轉移成反扭轉配向後的關閉狀態下表示較暗的黑顯示的液晶元件，必須使超高預傾側的配向膜214的預傾角處於40度以上65度以下左右的範圍。此外，測定高預傾側的配向膜224的預傾角的結果，則示出8～12度左右的預傾角。因此，必須使高預傾側的配向膜224的預傾角為20度以下，較佳為1～15度，更佳為10度左右。
圖36是示出使用圖35所示之表的條件No. 1～3(超高預傾側的配向膜214的煅燒溫度為180℃、摩擦配向處理時的壓入量分別為0.4mm、0.6mm、0.8mm、高預傾側的配向膜224全都設成：煅燒溫度為220℃、摩擦配向處理時的壓入量為0.8mm)製成之實施例的液晶元件的電壓-透光率特性的曲線圖。各曲線圖的橫軸用單位「V」表示施加電壓，縱軸用單位「%」表示透光率。用實線示出的曲線表示反扭轉配向狀態下的電壓-透光率特性，用虛線示出的曲線則表示擴散扭轉配向狀態下的電壓-透光率特性。圖中所示者為下述情況下的電光特性：在各個配向狀態下，在上側電極213和下側電極223之間施加電壓而產生縱電場。
對於利用超高預傾側的配向膜214於摩擦配向處理時的壓入量為0.8mm之圖35所示之表的條件No. 1來製成的液晶元件可知：在擴散扭轉配向(立起)時，示出比較高的閾值，在反扭轉配向(倒下)時，雖然閾值變低，但是在關閉電壓(0V)下示出20%左右的穿透率。該結果與習知技術的RTN型液晶元件中經常可見之結果相同。
對於利用超高預傾側的配向膜214於摩擦配向處理時的壓入量為0.6mm之圖35所示之表的條件No. 2做成的液晶元件、以及利用壓入量為0.4mm之圖35所示之表的條件No. 3來製成的液晶元件，在擴散扭轉配向(立起)時，示出與根據No.1的條件的液晶元件(具有與現有的RTN型液晶元件相同的特性)相同的特性。但是，在反扭轉配向(倒下)時，在關閉電壓(0V)下，則示出非常低的穿透率。具體而言，對於使用壓入量為0.6mm之圖35所示之表的條件No. 2來製成的液晶元件，關閉電壓(0V)下的穿透率為1.2%、導通(ON)穿透率為20%、對比率為17。對於使用壓入量為0.4mm之圖35所示之表的條件No. 3來製成的液晶元件，關閉電壓(0V)下的穿透率為2.4%、導通穿透率為17.8%、對比率為7.4。根據該結果可知：作為顯示性能而言，使用壓入量為0.6mm之圖35所示之表的條件No. 2來製成的液晶元件更為優異。
如此，對於使用圖35所示之表的條件No. 2和No. 3來製成的液晶元件，在未施加電壓時的兩配向狀態的透光率有很大的差異，可以達到高對比率的顯示。實施例的液晶元件是能夠簡易地達到高品質顯示的液晶元件，所述高品質顯示為：對比率高且白顯示狀態和黑顯示狀態都穩定。容易進行黑顯示較暗且清晰的顯示。
此外，對於使用圖35所示之表的條件No. 7來製成的液晶元件，雖然沒有測定電壓-透光率特性，但如上所述，在高預傾側的配向膜224的製作條件中未存有太大的相依性，因此推知：使用條件No. 7製成的液晶元件也示出與使用條件No. 2和No. 3製成的液晶元件相同的電壓-透光率特性。
使用圖35所示之表的條件No. 2和No. 3製成的液晶元件具有在關閉狀態下示出較暗的黑顯示(在關閉電壓下的穿透率非常低)的特性，雖然具有該特性的詳細原因仍不明，但RTN型液晶元件具有倒下時(反扭轉排列狀態)的閾值比立起時(擴散排列狀態)的閾值低的性質，因特殊的條件使閾值低於0V而達到此種顯示。
另外，一般而言，在反扭轉排列狀態下，出於由基板的配向處理所賦予的預傾角和由旋光性材料賦予的扭轉力而在液晶層內部產生大的扭轉，透過該扭轉，即使在未施加電壓時，液晶層厚度方向中央附近的液晶分子亦形成相對於基板平面呈傾斜的狀態。在具有20°以上的高預傾角的RTN型液晶元件中，可察知液晶層厚度方向中央附近的液晶分子的傾斜角非常大，與基板實質上垂直地立起。因此，即使在未施加電壓時，也能夠獲得比較暗的黑顯示。另外，一般而言，在反扭轉排列狀態下，基體中的傾斜角係大於基板界面處的預傾角。此亦可透過基於連續體理論的液晶分子配向模擬來確認。
當著眼於圖36的擴散扭轉配向(立起)時的特性時，可知隨著超高預傾側的配向膜214的摩擦配向處理時的按壓量變少，閾值變低。
對於擴散扭轉配向，在兩界面的預傾角相等的情況下，液晶層中央附近的液晶分子的傾斜角與基板平面平行。對此，在本實施例中，因為在配向膜214與液晶層203的界面、以及配向膜224與液晶層203的界面上賦予不同的預傾角，故示出此趨勢：隨著在兩界面上所賦予的預傾角差愈大，液晶層203中央附近的液晶分子的傾斜角便愈大，閾值愈低。
圖36所示之液晶元件的高預傾側的配向膜224的配向處理條件均相同，故可推估：隨著超高預傾側的配向膜214於摩擦配向處理時的壓入量愈少，超高預傾側的配向膜214與液晶層203之間的界面的預傾角便愈大，結果閾值愈低。
此外，如根據圖35所示之表可知：對於黑顯示狀態的保持時間，在超高預傾側的配向膜214的摩擦配向處理時的壓入量為0.6mm的情況下，該保持時間為5分鐘左右，但是在壓入量為0.4mm的情況下，該保持時間長達15分鐘左右。由此可知，超高預傾側的配向膜214與液晶層203之間的界面的預傾角越大，在保持時間方面則越有利。
圖37為對使用圖35的表所示之目視觀察結果良好的液晶胞製作條件No. 3(超高預傾側的配向膜214的煅燒溫度為180℃、摩擦配向處理時的壓入量為0.4mm、高預傾側的配向膜224的煅燒溫度為220℃、摩擦配向處理時的壓入量為0.8mm)來製成的液晶元件，示出改變旋光性材料的添加量並以目視觀察黑顯示狀態的保持時間之結果的表。改變旋光性材料的添加量，以使將旋光性間距設為p、液晶層厚度(液晶胞厚度)設為d時d/p為0.040～1.000。
於d/p在0.125～0.5的範圍內製成液晶元件的時間點，係形成擴散扭轉配向狀態，當施加飽和電壓以上的電壓時，可觀察到反扭轉配向下之較暗的黑顯示。
於d/p小於0.125的情況下製成液晶元件的時間點，係已形成反扭轉配向下之較暗的黑顯示的狀態而無法向擴散扭轉配向狀態轉移。
此外，即使d/p為0.125以上，於0.125～0.154的範圍製成液晶元件的時間點，也混雜有已形成反扭轉配向下之較暗的黑顯示的狀態。因此，認為0.125～0.154的範圍為呈雙重穩定顯示的下限。
另一方面，在d/p大於0.5時，則形成其他扭轉狀態(扭轉270度左右)而無法轉移成反扭轉配向狀態。
再者，反扭轉配向狀態的保持時間雖有變動，但可看出d/p愈小保持時間則愈長的趨勢。因此認為：在進行雙重穩定顯示的範圍(在圖37的表中，d/p為0.154之上0.5以下)，以儘量小的d/p為佳。所以，根據圖37的表，可認為以d/p為0.167～0.182左右最佳，在該情況下可保持反扭轉配向狀態20分鐘左右。此外，隨著將d/p從0.2改變為0.5，保持時間便逐漸從15分鐘縮短到5分鐘，由此可知：通過改變d/p即可在某種程度上控制保持時間。
在將本實施例的液晶元件應用於顯示器時，可以進行利用記憶性的驅動。例如，如點陣顯示的情況下，既可針對每行進行顯示更新，亦可對欲呈黑顯示的像素施加飽和電壓以上的電壓，而未對欲呈白顯示的像素施加電壓。
關於驅動則考量有各種方法，作為一例係在XY電極矩陣顯示的情況下，對X電極的某一行(例如X1行)施加閾值電壓程度的矩形波(例如1.5V左右、150Hz)，對與其正交的Y電極(Y1～Yn)施加與施加到X電極的矩形波同位或者錯開半個週期之閾值電壓程度的矩形波(例如1.5V左右、150Hz)。關於對Y行施加與施加到X1行的波形同位之波形的像素，由於實質上係形成未施加有電壓的狀態，因此顯示不發生變化。關於對Y行施加與施加到X1行的波形錯開半個週期之波形的像素，由於實質上係形成施加有3V左右的電壓的狀態，故利用飽和電壓以上的電壓來從擴散扭轉配向狀態轉移成反扭轉配向狀態，白顯示變化成黑顯示。雖對未被選擇之X1行之外的線狀像素施加閾值電壓程度的矩形波(例如1.5V左右、150Hz)，然，由於其非為可使配向狀態變化之程度的電壓，故配向狀態不變化。通過依次對其他行進行於X1行中所進行的驅動，即可達到矩陣顯示。
不施加電壓可保持由上述驅動方法更新後的顯示5～20分鐘左右。在更新該顯示的情況下，通過等待保持時間量(5～20分鐘左右)或者對液晶元件加入液晶之相轉移溫度以上的熱量，由此可使所有的像素復位(reset)成擴散扭轉配向狀態。隨後，還可依次進行更新。
再者，在亟欲從反扭轉配向狀態返回到擴散扭轉狀態的情況下，形成供施加橫電場的電極時有效。例如，在上基板側和下基板側配置位置平面性地偏移的線狀電極的情況下，通過在電極間施加電壓，可以對液晶層施加斜電場。本案發明人透過實驗已確認：即便以如此簡單的電極配置，仍可通過傾斜性地(或者臺階狀地)關閉電壓而使之從擴散扭轉配向轉移成反扭轉配向，亦可通過急遽地(脈衝狀地)關閉電壓而使其主動地從反扭轉配向返回擴散扭轉配向。
另外，作為上述具有產生橫電場的電極的液晶元件的結構和製造方法的其他例，參照本說明書第24頁第10行～第29頁第6行的記載。又關於其驅動方法，則參照本說明書第29頁第7行～第31頁第18行的記載。
如上所述，根據本發明的實施例，能夠簡易地達到對比率高的白顯示狀態和黑顯示狀態的雙重穩定顯示。同時，與一般的TN-LCD相同，其具有較為優良的視覺特性。此外，在進行視角補償的情況下，則與一般的TN-LCD同樣可以應用廉價的光學補償膜。
另外，根據本發明的實施例，除了更新顯示的時候之外則不需電力，所以可達到超低耗電驅動。尤其是在適用於反射型顯示器的情況下，超低耗電驅動的優點顯著。此外，在保持時間較短的情況下，雖然需要定時施加電壓，但相對於以往隨時皆需施加電壓，在本實施例中，只需每幾分鐘(5～20分鐘)施加一次電壓即可，故能大幅度地降低耗電。
此外，因為可以應用利用記憶性的驅動方法(線依序更新法等)，所以可以通過被動矩陣顯示來達到大容量的點矩陣顯示，而不使用高價的TFT等。
再者，上述實施例的製程基本上與一般的TN-LCD的製程相同。不同點在於：在上基板和下基板上使用不同的配向膜材料；在上基板和下基板設置不同的摩擦配向條件(按壓量的控制)、配向膜的煅燒條件(惟，設定溫度條件在一般的TN-LCD製程中所使用的範圍)等。因此，製程中之成本上升的要因較少，可與一般TN-LCD同樣地廉價製造。
以上按照實施例對本發明進行了說明，但是本發明不限於這些。
例如，在實施例中將偏光板配置成交叉尼科爾以製成正常顯白的液晶元件，但是也可以將偏光板配置成平行尼科爾以製成正常顯黑的液晶元件。惟，製為正常顯白的液晶元件時容易達到高對比率之顯示。在正常顯白的情況下，較佳使上側偏光板211和下側偏光板221在穿透軸方向所夾的角度為90°左右以獲得良好的黑顯示。
此外，實施例中係使用透光率較低的類型作為上側偏光板211和下側偏光板221，故例如如圖36所示，白顯示(擴散扭轉排列狀態)的透光率為20%～25%左右，但當使用透光率較高的類型時，可將白顯示的透光率設為例如30%～35%左右。
另外，實施例中係將扭轉角設為90°，但也可以設為其他的角度。在該情況下，可能需要調整液晶層內的遲滯值以調亮白顯示中的亮度。
再者，本發明不限於上述實施方式的內容，在本發明的主旨範圍內，可以進行各種變化來實施。在上述實施方式和實施例中，既已列舉摩擦配向處理作為配向處理的具體例，但也可以採用除此之外的配向處理(例如光配向法、斜向蒸鍍法等)。此外，關於說明書中所列舉的數值條件等亦僅為較佳之一例而不限於此等。
【產業上之可利用性】
其可利用於所有液晶元件、例如所有進行被動矩陣驅動的液晶元件。此外，其可利用於要求低耗電、廣視角特性、低價格等的液晶元件。
由具記憶性此點而言，可較佳適用於例如省電且不需要頻繁進行更新的資訊設備(個人電腦、可擕式資訊終端等)的顯示面等反射型、穿透型、投影型的顯示器。此外，可利用於以磁性或電性記錄之卡的資訊顯示面、兒童用玩具、電子紙張等。
11．．．第一基板
12．．．第一電極
13、20．．．配向膜
111a、212．．．上側透明基板
111b、222．．．下側透明基板
112a．．．上側電極
14、115、203‧‧‧液晶層
112b‧‧‧下側電極
15‧‧‧第二基板
112c‧‧‧第一梳齒電極
16‧‧‧第二電極
112d‧‧‧第二梳齒電極
17‧‧‧絕緣層
113‧‧‧絕緣膜
18‧‧‧第三電極
114a、214‧‧‧上側配向膜
19‧‧‧第四電極
114b、224‧‧‧下側配向膜
21‧‧‧第一偏光板
116a、211‧‧‧上側偏光板
22‧‧‧第二偏光板
116b、221‧‧‧下側偏光板
31、32、33‧‧‧驅動器
120‧‧‧電源
34‧‧‧像素部
213‧‧‧透明電極(上側ITO電極)
110a、201‧‧‧上側基板
223‧‧‧透明電極(下側ITO電極)
110b、202‧‧‧下側基板
220‧‧‧驅動電源
200‧‧‧液晶元件
203a‧‧‧液晶分子
112b”‧‧‧下側電極的引出電極對應部分
112c’‧‧‧第一梳齒電極對應部分
112c”‧‧‧第一梳齒電極的引出電極對應部分
112d’‧‧‧第二梳齒電極對應部分
112d”‧‧‧第二梳齒電極的引出電極對應部分
圖1是示出一個實施方式的液晶元件的構造的示意性剖面圖；
圖2是示意性示出各電極的構造的俯視圖；
圖3是說明可使用各電極來提供予液晶層之電場的示意性剖面圖；
圖4是用於說明未施加電壓時之液晶層的液晶分子的配向狀態的示意性立體圖；
圖5是用於說明未施加電壓時之液晶層的液晶分子的配向狀態的示意性立體圖；
圖6是用於更詳細地說明獲得雙重穩定性的條件的圖；
圖7是針對液晶元件，觀察使用各電極對液晶層施加電場並進行轉換時之情形的圖(顯微鏡照片)；
圖8是示出實施例的液晶元件的電光特性(電壓-穿透率特性)的測定結果的圖；
圖9是示出實施例的液晶元件的電光特性(電壓-穿透率特性)的測定結果的圖；
圖10是示出實施例的液晶元件的電光特性(電壓-穿透率特性)的測定結果的圖；
圖11是示出通過理論計算對實例I和實例II求出配向穩定性與液晶胞條件之間的關係的結果的圖；
圖12是示出通過理論計算對實例III求出配向穩定性與液晶胞條件之間的關係的結果的圖；
圖13是用於說明通過實驗研究摩擦配向方向與橫電場方向之間的關係的結果的圖；
圖14是示出實施例的液晶元件的穿透率特性的測定例的圖；
圖15是示出歸納整理穿透率特性之測定結果的特性表的圖；
圖16是示出歸納整理穿透率特性之測定結果的特性表的圖；
圖17是示出歸納整理穿透率特性之測定結果的特性表的圖；
圖18是示意性地示出液晶顯示裝置的結構例的圖；
圖19是示出實施例的液晶元件之製造方法的流程圖；
圖20是示出形成配向膜時的煅燒溫度和摩擦配向處理時的壓入量之組合的表；
圖21的(A)～(C)是示出所製作的多個液晶元件的外觀的照片；
圖22的(A)～(F)是示出液晶元件的製作條件的表以及示出觀察結果的表和照片；
圖23是實施例的液晶元件的一個像素內的示意性剖面圖；
圖24是示出形成在上側透明基板111a上的ITO膜的圖案的示意性俯視圖；
圖25是示出形成在下側透明基板111b上的ITO膜的圖案的示意性俯視圖；
圖26是示出使用於ITO膜的蝕刻之光罩的示意性俯視圖；
圖27是示出形成在下側基板110b上之下側配向膜114b的形成區域的一部分的示意性俯視圖；
圖28是示出實施例的液晶元件的構造的示意性俯視圖；
圖29的(A)～(C)是實施例的液晶元件的外觀照片，(D)～(F)是示出施加電壓時的電場方向的示意性剖面圖；
圖30的(A)～(D)是示出實施例的液晶元件以及在其他較佳條件下製作的液晶元件的電壓-透光率特性的曲線圖；
圖31的(A)和(B)是示出實施例的液晶元件的視角-對比特性的曲線圖；
圖32是實施例的液晶元件200的一個像素內的示意性剖面圖；
圖33是示出實施例的液晶層203內的液晶分子的配向狀態的示意性俯視圖和剖面圖；
圖34是示出實施例的液晶元件的製造方法的流程圖；
圖35是示出液晶元件的液晶胞製作條件的顯示狀態的目視觀察結果的表；
圖36是示出利用液晶胞製作條件No. 1～3製成之實施例的液晶元件的電壓-透光率特性的曲線圖；以及
圖37是示出對基於液晶胞製作條件No. 3製成的液晶元件改變旋光性材料的添加量對黑色顯示狀態的保持時間進行目視觀察的結果的表。
11．．．第一基板
12．．．第一電極
13、20．．．配向膜
14．．．液晶層
15．．．第二基板
16．．．第二電極
17．．．絕緣層
18．．．第三電極
19．．．第四電極
21．．．第一偏光板
22．．．第二偏光板

Claims (10)

  1. 一種液晶元件，包括：第一基板和第二基板，在各自的其中一面上實施配向處理並相對配置；液晶層，設置在所述第一基板的其中一面與所述第二基板的其中一面之間；以及電場施加單元，用於對所述液晶層施加電場；所述第一基板和所述第二基板係以所述液晶層的液晶分子容易產生往第一旋轉方向扭轉的第一配向狀態的方式相對配置，所述液晶層添加有具有使所述液晶分子產生往與所述第一旋轉方向相反之第二旋轉方向扭轉的第二配向狀態之性質的旋光性材料，以所述電場施加單元在與所述第一基板和所述第二基板的各自其中一面實質上垂直的方向上施加電場，由此所述液晶層便向所述第一配向狀態轉移。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的液晶元件，其中所述電場施加單元至少具有：設置在所述第一基板的其中一面側的第一電極；以及設置在所述第二基板的其中一面側的第二電極。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的液晶元件，其中通過在與所述第一基板和所述第二基板的各自其中一面實質上平行的方向上施加電場，以使所述液晶層向所述第二配向狀態轉移。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的液晶元件，其中所述電場施加單元進一步具有第三電極和第四電極，所述第三電極和第四電極係隔著絕緣層設置在所述第二基板的所述第二電極的上側，並相互隔開地配置。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述的液晶元件，其中所述第一基板和所述第二基板分別以呈現20°以上45°以下的預傾角的方式進行配向處理。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的液晶元件，其中所述第一基板和所述第二基板分別以呈現31°以上37°以下的預傾角的方式進行配向處理。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述的液晶元件，其中添加到所述液晶層的所述旋光性材料的添加量係以下述方式調整：設旋光性間距為p、所述液晶層厚度為d時，d/p大於0.04小於0.25。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述的液晶元件，其中所述第一基板係以呈現40°以上65°以下的預傾角的方式進行配向處理，所述第二基板則以呈現1°以上15°以下的預傾角的方式進行配向處理。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的液晶元件，其中添加到所述液晶層的所述旋光性材料的添加量係以下述方式調整：設旋光性間距為p、所述液晶層厚度為d時，d/p為0.125以上0.5以下。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述的液晶元件，其中當從所述第一基板和所述第二基板各自的法線方向觀察時，所述第一基板的配向處理方向與所述第二基板的配向處理方向所夾的角度為90°以上100°以下。
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