WO2011013396A1 - 液晶表示素子 - Google Patents

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WO2011013396A1
WO2011013396A1 PCT/JP2010/053813 JP2010053813W WO2011013396A1 WO 2011013396 A1 WO2011013396 A1 WO 2011013396A1 JP 2010053813 W JP2010053813 W JP 2010053813W WO 2011013396 A1 WO2011013396 A1 WO 2011013396A1
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liquid crystal
pair
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crystal display
display element
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PCT/JP2010/053813
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石原將市
村田充弘
櫻井猛久
大竹忠
神崎修一
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シャープ株式会社
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    • G02F1/133742—Surface-induced orientation of the liquid crystal molecules, e.g. by alignment layers for homeotropic alignment

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal display element. More specifically, the present invention relates to a liquid crystal display element suitable for a display system in which light transmitted through a liquid crystal layer is controlled by bend-aligning liquid crystal molecules in the liquid crystal layer in a lateral direction by applying a voltage.
  • a liquid crystal display element (hereinafter abbreviated as LCD) is a thin, lightweight, low-power display device that can be used for mobile phones, PDAs, car navigation systems, personal computer monitors, televisions, and information boards in stations. It has been adopted for many uses such as information displays such as outdoor bulletin boards.
  • LCDs perform display by controlling the arrangement of liquid crystal molecules by applying an electric field, changing the polarization state of light transmitted through the liquid crystal layer, and adjusting the amount of light passing through the polarizing plate.
  • Many parts of the display performance of the LCD are determined by the alignment state of liquid crystal molecules when a voltage is applied, and the magnitude and direction of the applied electric field.
  • LCD display modes are roughly classified into two modes, a vertical alignment mode and a horizontal alignment mode. Table 1 shows how the display characteristics differ depending on the alignment state of liquid crystal molecules when no voltage is applied and the direction of the applied electric field in various display modes.
  • an electrode is not formed on each of the pair of substrates, but a pair of electrodes is formed on one of the pair of substrates to generate a transverse electric field, and between the twisted state and the non-twisted state.
  • a lateral electric field type TN mode that causes transition is also proposed (see, for example, Patent Document 2).
  • a GH (Guest-Host) mode is proposed in which a polarizing plate is unnecessary or reduced by using a liquid crystal layer containing a dichroic dye (for example, Patent Document 3). reference.).
  • the alignment of liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy that is vertically aligned in a state where no voltage is applied is made to have a plurality of electrodes arranged opposite to each other in parallel on the same plane.
  • the display mode (for example, refer to Patent Document 4) used and controlled, or two electrodes are formed in parallel to each other on the lower substrate of the two substrates, and the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are arranged in two when no electric field is applied.
  • the left and right liquid crystal molecules are aligned symmetrically with respect to the central plane of the region between the two electrodes.
  • a display mode for obtaining viewing angle characteristics has been studied.
  • the present inventors use a nematic liquid crystal having positive dielectric anisotropy (p (positive) type) as a liquid crystal material, and a pair of electrodes provided on the same substrate while maintaining high contrast by vertical alignment.
  • p (positive) type positive dielectric anisotropy
  • VA-IPS mode a display method in which an orientation direction of liquid crystal molecules positioned between the pair of electrodes is defined as a lateral bend-like orientation by generating an arch-like lateral electric field. It is carried out.
  • VA-IPS mode a display method in which an orientation direction of liquid crystal molecules positioned between the pair of electrodes is defined as a lateral bend-like orientation by generating an arch-like lateral electric field.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of a typical VA-IPS mode.
  • the VA-IPS mode liquid crystal display element has a pair of substrates 1 and 2, and a liquid crystal layer 3 is sealed between the pair of substrates 1 and 2.
  • Each of the pair of substrates 1 and 2 is mainly composed of transparent substrates 11 and 12, and has vertical alignment films 13 and 14 on the surface in contact with the liquid crystal layer 3 side.
  • All the liquid crystal molecules 15 exhibit vertical alignment (homeotropic alignment).
  • Application of a voltage to the liquid crystal layer 3 can be performed by a pair of comb-shaped electrodes 16 formed on one of the pair of substrates 1 and 2.
  • light transmission or blocking is selected by the polarizing plates 17 and 18 disposed on the surface of the transparent substrates 11 and 12 opposite to the liquid crystal layer.
  • a bend-shaped electric field is formed by applying an electric field, and two domains whose director directions are symmetrical to each other are liquid crystal. Since it is formed in a region between a pair of electrodes of a layer, a wide viewing angle characteristic can be obtained.
  • the present inventors can more specifically achieve both high transmittance, wide viewing angle, and high-speed response by optimizing the electrode width, electrode interval, and liquid crystal layer thickness of the comb-shaped electrodes. I have already found what I can do.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an equipotential curve in a VA-IPS mode cell when a voltage of 7 V is applied.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the alignment state of liquid crystal molecules in the VA-IPS mode cell shown in FIG.
  • the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer exhibit a horizontal bend-like orientation, and a high-speed response is possible even in the response between gray levels.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the movement of liquid crystal molecules when a voltage is applied in the VA-IPS mode cell shown in FIG. As the liquid crystal rotates, a downward flow of liquid crystal (in the direction of the arrow in FIG. 4) is generated so as to draw two symmetric circles in each domain. Response is possible.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a liquid crystal alignment distribution when a voltage of VA-IPS mode is applied when a voltage of 10 V is applied, and a transmittance distribution within the cell at that time.
  • the liquid crystal molecules located immediately above the pair of electrodes are not easily affected by the change in the electric field, and the liquid crystal molecules located in the central region between the electrodes farthest from each electrode also change the electric field. These liquid crystal molecules maintain vertical alignment because they are not easily affected.
  • dark lines are formed along the electrode forming portion and the central portion between the electrodes, and the transmittance becomes lower than in other display modes.
  • FIG. 6 is a graph showing voltage-transmittance characteristics of a typical VA-IPS mode cell.
  • the solid line is a graph when the electrode width L of the comb electrode is 4 ⁇ m, the electrode interval S is 4 ⁇ m, and the liquid crystal layer thickness d is 4 ⁇ m.
  • the broken line is the electrode width L of the comb electrode 4 ⁇ m, the electrode interval S is 12 ⁇ m, It is a graph when the liquid crystal layer thickness d is 4 ⁇ m.
  • the liquid crystal used to obtain the graph is a mixed liquid crystal MLC-6418 (manufactured by Merck). As can be seen from FIG. 6, it is necessary to increase the value of the electrode spacing S in order to obtain a high transmittance. However, since the driving voltage becomes high, for example, in a mobile phone in which low voltage driving is essential It is unsuitable and uses are limited.
  • FIG. 7 is a graph showing the voltage-transmittance characteristics in the VA-IPS mode compared with the voltage-transmittance characteristics in the other display modes when the electrode interval S is fixed to 4 ⁇ m.
  • nematic liquid crystal ZLI-4792 manufactured by Merck
  • the liquid crystal layer thickness d was 4 ⁇ m.
  • the electrode width L of the comb-shaped electrode was 4 ⁇ m, and the electrode interval S was 4 ⁇ m.
  • the threshold voltage of the VA-IPS mode is higher than that of the other display modes, and the reduction of the drive voltage in the VA-IPS mode is a more important issue than the other display modes.
  • the present invention has been made in view of the above-described present situation, and an object thereof is to provide a liquid crystal display element that can be driven with a low threshold voltage.
  • the inventors of the present invention have made various studies on the reduction of the driving voltage in the horizontal electric field method, for example, in which the initial inclination is vertical alignment.
  • the inventors focused attention on the movement of the liquid crystal molecules during voltage application in the VA-IPS mode.
  • the VA-IPS mode is a display method in which liquid crystal molecules are tilted toward the center of the non-electrode portion when an electric field is applied. In the non-electrode portion contributing to the transmittance, the liquid crystal molecules are tilted from the left and right to the inside. It was found that the distortion energy of the electric field near the area where the dark line is formed is large, and the threshold voltage becomes higher than in other display modes in which molecular rotation occurs uniformly in the entire area.
  • the present inventors have influenced the rotation of the liquid crystal molecules by the interface binding force, the Fredericks threshold, the coordination angle of the liquid crystal molecules, the electric field strength, and the electric field orientation. It was found that the steepness of the transmittance near the threshold is determined by these balances.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing the behavior of the liquid crystal molecules near the interface between the liquid crystal layer and the substrate in the VA-IPS mode in which the present invention is not adopted.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing the behavior of liquid crystal molecules near the interface between the liquid crystal layer and the substrate in the VA-IPS mode according to the present invention.
  • the liquid crystal molecules 15 are all vertically aligned in the voltage OFF state, and in the voltage ON state, the liquid crystal molecules 15 in the column closest to the substrate 11 and the electrode 16 are vertical. The alignment is maintained and the liquid crystal molecules 15 in the second closest column are tilted.
  • the concept of the present invention assumes that the liquid crystal molecules 15 in the column closest to the substrate 11 and the electrode 16 are also tilted. ing.
  • the inventors have found that the polymer film constituting the interface with the liquid crystal layer ( i) composed of a polymer material having a CF 2 bond; (ii) composed of a polymer material having a CF 3 group at a side chain end; and (iii) a polymer material having a SiO bond. Or (iv) having a plurality of recesses having a depth of 10 nm or more and 100 nm or less on the surface to effectively reduce the anchoring energy in the polar angle direction of the substrate at the interface with the liquid crystal layer.
  • the present inventors have found that the above-mentioned problems can be solved brilliantly and have reached the present invention.
  • the present invention is a liquid crystal display element including a pair of substrates and a liquid crystal layer sealed between the pair of substrates, wherein the liquid crystal layer is at least one of the pair of substrates when no voltage is applied.
  • the present invention is also a liquid crystal display element including a pair of substrates and a liquid crystal layer sealed between the pair of substrates, wherein the liquid crystal layer is at least one of the pair of substrates when no voltage is applied.
  • a liquid crystal display element (hereinafter also referred to as a second liquid crystal display element of the present invention) including a polymer film, which is made of a polymer material having a CF 3 group at a side chain end. is there.
  • the present invention is also a liquid crystal display element including a pair of substrates and a liquid crystal layer sealed between the pair of substrates, wherein the liquid crystal layer is at least one of the pair of substrates when no voltage is applied.
  • the present invention is also a liquid crystal display element including a pair of substrates and a liquid crystal layer sealed between the pair of substrates, wherein the liquid crystal layer is at least one of the pair of substrates when no voltage is applied.
  • a liquid crystal display element having a polymer film, the polymer film being composed of an inorganic material, and having a plurality of recesses having a depth of 10 nm or more and 100 nm or less on the surface hereinafter referred to as a fourth liquid crystal of the present invention). It is also called a display element.
  • the present invention differs from Patent Documents 1 to 3 among the above-described prior art documents in the following points.
  • Patent Document 1 in the OCB mode, solid particles are dispersed on the surface of the alignment film, and the solid particles are used as a nucleus of transition from the splay alignment state to the bend alignment state.
  • the anchoring strength at the interface with the liquid crystal layer on the transparent substrate side having the pair of electrodes is combined with the lateral electric field application method and the a-TN mode, and the liquid crystal on the transparent substrate side without the pair of electrodes is used.
  • the anchoring strength indicates anchoring in the azimuth direction, and no mention is made of anchoring in the polar angle direction. In this method, it is not easy to control the boundary region between the domains, and there is a problem that high contrast display cannot be performed.
  • Patent Document 3 in the GH mode, liquid crystal molecules are easily moved by adjusting anchoring using a chemical adsorption film to realize high-speed response.
  • a vertical alignment film by a chemisorption film having a fluorocarbon group at the end of a long chain the effect of lowering the voltage by this is not shown.
  • a chemisorbed film is an ultra-thin film, and the voltage is lowered because there is little voltage loss due to the film.
  • the first to fourth liquid crystal display elements of the present invention are liquid crystal display elements including a pair of substrates and a liquid crystal layer sealed between the pair of substrates.
  • the liquid crystal layer is filled with liquid crystal molecules whose orientation is controlled by application of a constant voltage.
  • a voltage can be applied to the liquid crystal layer and the alignment of liquid crystal molecules can be controlled.
  • the liquid crystal layer contains liquid crystal molecules that are aligned perpendicular to at least one substrate surface of the pair of substrates when no voltage is applied. By setting the initial alignment of the liquid crystal molecules to the vertical alignment, light can be effectively blocked during black display.
  • At least one of the pair of substrates has a pair of comb electrodes.
  • the pair of comb-shaped electrodes is, for example, a common voltage in which one comb-shaped electrode is provided in pixel units and a signal voltage is applied, and the other comb-shaped electrode is maintained at a constant voltage.
  • an electric field for example, a horizontal electric field
  • At least one of the pair of substrates has a polymer film on a surface in contact with the liquid crystal layer.
  • the polymer film is preferably a vertical alignment film that defines the inclination of liquid crystal molecules close to the surface in the polar angle direction at approximately 90 ° (90 ° ⁇ 0 to 4 °). It may be due to the material of the molecular film or may be due to the structure of the polymer film.
  • the polymer film is made of a polymer material having a CF 2 bond
  • the polymer film is a side chain. It is composed of a polymer material having a CF 3 group at the end.
  • the polymer material has a CF 2 bond and a CF 3 group at the end of the side chain.
  • the ratio of F atoms per repeating unit of the polymer material having a CF 2 bond and / or the polymer material having a CF 3 group at the end of the side chain is 5% by weight or more.
  • the surface energy of the polymer film is lowered, so that the anchoring energy for the liquid crystal molecules is also lowered.
  • F atom can make affinity with an ionic impurity small, it can suppress that an electric double layer is formed in the surface of a polymer film.
  • the polymer film is made of a polymer material having a SiO bond.
  • the anchoring energy for the liquid crystal molecules on the surface of the polymer film having a SiO bond is one digit or more smaller than the anchoring energy for the liquid crystal molecules on the surface of the polymer film having no SiO bond. Therefore, anchoring energy for liquid crystal molecules can be lowered by using a polymer material having a SiO bond.
  • the proportion of Si (silicon) atoms per repeating unit of the polymer material is preferably 5% by weight or higher.
  • the ratio of Si atoms per repeating unit of the polymer material is more preferably 30% by weight or less.
  • the polymer film is made of an inorganic material, and has a plurality of recesses having a depth of 10 nm or more and 100 nm or less on the surface.
  • the polymer film here is not an organic film such as polyimide generally used as an alignment film but an inorganic film, and has a fine uneven shape on the surface that satisfies the above numerical range. According to such an inorganic film, anchoring energy can be reduced by an order of magnitude or more compared to the case where an organic film is used.
  • liquid crystal molecules can be vertically aligned although the uniformity is not as good as that of the polyimide film described above.
  • the liquid crystal molecules are preferably nematic liquid crystal molecules having positive dielectric anisotropy. Accordingly, the liquid crystal molecules are aligned along the direction of the electric field by applying a voltage to the liquid crystal layer, and a wide viewing angle can be obtained.
  • the liquid crystal molecule group draws, for example, an arch shape by applying a voltage to the liquid crystal layer.
  • the configuration of the liquid crystal display element of the present invention is not particularly limited by other components as long as such components are essential.
  • liquid crystal display element for example, a horizontal electric field type liquid crystal display element
  • a liquid crystal display element for example, a horizontal electric field type liquid crystal display element
  • FIG. 3 is a schematic perspective view illustrating a configuration of the present invention and a typical VA-IPS mode. It is a schematic diagram showing an equipotential curve in a cell of the present invention and a typical VA-IPS mode when a voltage of 7 V is applied.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an alignment state of liquid crystal molecules in the VA-IPS mode cell shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the movement of liquid crystal molecules when a voltage is applied in the VA-IPS mode cell shown in FIG. 2.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a liquid crystal alignment distribution when a voltage of 10 V is applied and a voltage of a VA-IPS mode of the present invention and a typical VA-IPS mode, and a transmittance distribution in the cell at that time.
  • FIG. 6 is a graph showing voltage-transmittance characteristics of the cell of the present invention or a typical VA-IPS mode. 6 is a graph showing voltage-transmittance characteristics in the VA-IPS mode compared with voltage-transmittance characteristics in other display modes when the electrode spacing S is fixed to 4 ⁇ m.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing the behavior of liquid crystal molecules near the interface between a liquid crystal layer and a substrate in a VA-IPS mode that does not employ the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the behavior of liquid crystal molecules near the interface between a liquid crystal layer and a substrate in a VA-IPS mode employing the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a relationship between an electric field orientation of the liquid crystal display element of Embodiment 1 and a transmission axis of a polarizing plate.
  • 2 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display element of Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a graph showing voltage-transmittance characteristics at room temperature of the liquid crystal display elements of Example 1 and Comparative Example 1.
  • 10 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a liquid crystal display element of Embodiment 8.
  • FIG. FIG. 10 is a schematic plan view illustrating a configuration of a liquid crystal display element of Embodiment 8.
  • Embodiment 1 The liquid crystal display element of Embodiment 1 is transverse to the liquid crystal layer containing p-type nematic liquid crystal (nematic liquid crystal having positive dielectric anisotropy) aligned perpendicular to the substrate surface in the absence of applied voltage.
  • p-type nematic liquid crystal nematic liquid crystal having positive dielectric anisotropy
  • This is a VA-IPS mode liquid crystal display element in which an electric field in the (substrate surface direction) is applied to transfer liquid crystal molecules in the liquid crystal layer to a bend alignment in the horizontal direction.
  • the liquid crystal display element of Embodiment 1 is further equipped with a drive circuit, a backlight (illumination device), etc., so that information such as mobile phones, PDAs, car navigation systems, personal computer monitors, televisions, information boards in stations, outdoor bulletin boards, etc. It can be used as a display or the like.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of the liquid crystal display element according to the first embodiment.
  • the liquid crystal display element of Embodiment 1 includes a pair of substrates, an array substrate 1 mainly composed of a transparent substrate 11, and a counter substrate 2 mainly composed of the transparent substrate 11.
  • a liquid crystal layer 3 including p-type nematic liquid crystal molecules 15 is sealed between the counter substrate 2.
  • the liquid crystal molecules 15 in the liquid crystal layer 3 are aligned in a direction perpendicular to the main surfaces of the substrates 1 and 2 (homeotropic alignment).
  • the array substrate 1 has a pair of comb electrodes 16 for applying a constant voltage in the liquid crystal layer 3.
  • a polymer film (alignment film) 14 is disposed on the surface of the array substrate 1 and the counter substrate 2 that are in contact with the liquid crystal layer 3.
  • a polyimide vertical alignment film made of a polymer material including a chemical structure represented by the following chemical formula (1) can be used as the polymer film 14.
  • the following chemical formula (1) has a CF 3 group at the end of the side chain of the diamine compound that is the main chain.
  • n represents the number of repeating structures in parentheses and is a positive integer.
  • the polymer film 14 in the first embodiment it is only necessary to have a CF 3 group at the side chain end in the chemical structure.
  • the polyimide resin for example, an acrylic resin, a polystyrene resin, a polyester resin, a polypropylene resin It is also possible to use.
  • Each of the pair of comb-shaped electrodes is a pixel electrode and a common electrode, and includes comb teeth as a basic configuration.
  • the comb teeth of the picture element electrode and the comb teeth of the common electrode are parallel to each other and are alternately meshed with each other with a space therebetween.
  • the picture element electrode is an electrode arranged for each picture element unit constituting the display area, and is supplied with an image signal.
  • the common electrode is an electrode that is electrically conductive regardless of the boundary of the picture element, and is supplied with a common signal.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the relationship between the orientation of the electric field of the liquid crystal display element of Embodiment 1 and the transmission axis of the polarizing plate.
  • the broken line arrow is the transmission axis 51 of the polarizing plate on the array substrate side
  • the solid line arrow is the transmission axis 52 of the polarizing plate on the counter substrate side.
  • a white arrow indicates an application direction 53 of the electric field.
  • the transmission axis 51 of the polarizing plate on the array substrate side and the transmission axis 52 of the polarizing plate on the counter substrate side are in a crossed Nicols relationship that forms an angle of approximately 90 °.
  • Each of these transmission axes forms an angle of approximately 45 ° with respect to the direction of the electric field, that is, the direction perpendicular to the length direction of each comb tooth of the pair of comb-shaped electrodes 16 (electric field application direction). It is adjusted as follows. As a result, when no voltage is applied, light passes through the liquid crystal layer as it is and is blocked by the polarizing plate. On the other hand, when a voltage is applied above the threshold, the light is birefringent under the influence of the liquid crystal layer and passes through the polarizing plate. .
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display element of the first embodiment.
  • the liquid crystal display element of Embodiment 1 includes a bead-like spacer 21 that defines the thickness (cell gap) of the liquid crystal layer 3 between the array substrate 1 and the counter substrate 2, and a seal for sealing the liquid crystal layer 3.
  • a member 22 is provided.
  • the liquid crystal display element of Embodiment 1 is actually produced and the result of having evaluated in contrast with the conventional liquid crystal display element is demonstrated. Specifically, the liquid crystal display element of Embodiment 1 was produced as follows.
  • a glass substrate on the array substrate side having a pair of comb electrodes made of ITO (Indium Tin Oxide) on the surface is prepared, and the above chemical formula is formed on the glass substrate and the pair of comb electrodes.
  • a polyimide solution for vertical alignment film (5% by weight, NMP solution) having the chemical structure represented by (1) is applied by spin coating, and then the substrate after application of the solution is baked at 200 ° C. for 1 hour.
  • a polymer film was formed.
  • variety of the comb tooth which a pair of comb-shaped electrode has was 4 micrometers
  • interval of comb teeth was 4 micrometers.
  • a polymer film was formed on the glass substrate on the counter substrate side by the same process. Thereafter, 4 micron resin beads (trade name: Micropearl SP, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) are dispersed on the array substrate. On the other hand, a seal resin (trade name: Structbond XN-21-S, A Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd.) was printed, these were bonded together, and further fired at 250 ° C. for 3 hours to produce a liquid crystal cell. The cell gap was 4 ⁇ m.
  • a liquid crystal composition (Merck) was sealed in a liquid crystal cell by a vacuum injection method, followed by bonding a polarizing plate on the surface of each glass substrate opposite to the liquid crystal layer, and a liquid crystal display element (implemented) Example 1) was prepared.
  • the relationship between the direction of electric field application and the axial direction of the polarizing plate is as shown in FIG. ⁇ n of the liquid crystal composition (Merck) encapsulated between the pair of substrates was 0.112, and ⁇ was 18.5.
  • Example 1 the voltage-transmittance characteristics of the liquid crystal display element of Example 1 were measured using a liquid crystal evaluation device LCD-5200 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.
  • the material of the polymer film is the same as that of Example 1 except that a polyimide solution for vertical alignment film (5 wt%, NMP solution) having a chemical structure represented by the following chemical formula (2) was used.
  • a liquid crystal display element for comparison (Comparative Example 1) was prepared by the method, and the voltage-transmittance characteristics were measured in the same manner.
  • FIG. 12 is a graph showing voltage-transmittance characteristics of the liquid crystal display elements of Example 1 and Comparative Example 1 at room temperature.
  • a voltage required to obtain a transmittance of 10% when the maximum transmittance of the liquid crystal display element is 100% is hereinafter defined as a threshold voltage “V10”.
  • V10 of the liquid crystal display element of Example 1 was 2.13V
  • V10 of the liquid crystal display element of Comparative Example 1 was 2.66V.
  • the threshold voltage V10 could be lowered by 0.5V or more without sacrificing the transmittance characteristic, and the practical value was great.
  • Example 2 is a table summarizing the results of the examples and comparative examples.
  • the value of the threshold voltage decreases as the proportion of F atoms increases, particularly when the proportion of F atoms per repeating unit of the polymer material is 5% by weight or more (Examples 1 to 3) It was found that the effect of reducing the threshold voltage is remarkably obtained.
  • the weight ratio of F atoms was calculated from “the mixing ratio of the polymer containing F atoms” ⁇ “the ratio of F atoms in the repeating unit of the polymer containing F atoms”.
  • F-IR Fourier Transform Infrared Spectroscopy
  • XPS X-ray Photoelectron Spectroscopy
  • Embodiment 2 The liquid crystal display element of Embodiment 2 has the same configuration as that of the liquid crystal display element of Embodiment 1 except that the configuration of the polymer film provided at the interface with the liquid crystal layer is different.
  • the polymer film (alignment film) is made of a polymer material having a CF 2 bond in the side chain and a CF 3 group at the end of the side chain.
  • the liquid crystal display element of Embodiment 2 was produced as follows.
  • a glass substrate on the array substrate side having a pair of ITO comb electrodes on the surface is prepared, and the glass substrate and the pair of comb electrodes are made of a silane coupling agent represented by the following chemical formula (3).
  • a similar polymer film was also formed on the glass substrate on the counter substrate side by the same process.
  • 4 micron resin beads (trade name: Micropearl SP, manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) are dispersed on the array substrate.
  • a seal resin (trade name: Structbond XN-21-S, A liquid crystal cell was manufactured by printing Mitsui Toatsu Chemical Co., Ltd.) and bonding them together and firing them at 250 ° C. for 3 hours.
  • the cell gap was 4 ⁇ m.
  • a liquid crystal composition (Merck) was sealed in a liquid crystal cell by a vacuum injection method, followed by bonding a polarizing plate on the surface of each glass substrate opposite to the liquid crystal layer, and a liquid crystal display element (implemented) Example 6) was prepared.
  • the relationship between the direction of electric field application and the axial direction of the polarizing plate is as shown in FIG. ⁇ n of the liquid crystal composition (Merck) encapsulated between the pair of substrates was 0.112, and ⁇ was 18.5.
  • V10 of the liquid crystal display element of Example 6 was 2.06 V, and a significant reduction in drive voltage was achieved.
  • the ratio of F atoms per repeating unit of the polymer material constituting the polymer film included in the liquid crystal display element of Example 6 was 52.5% by weight.
  • the polymer film provided in the liquid crystal display element of Example 6 produced in this way is a monomolecular adsorption film, and as shown in the above process, a uniform polymer film can be obtained simply by immersing in a solution. Therefore, it can be said that it can be produced by a simpler film forming process than the liquid crystal display elements of Examples 1 to 5.
  • the VA-IPS mode display method does not require precise pretilt angle control of liquid crystal molecules. Therefore, the method for forming a monomolecular adsorption film as described above is well matched with the display method of the VA-IPS mode.
  • the monomolecular adsorption film is an ultra-thin film at the molecular level, and voltage loss due to the alignment film is small. Therefore, it can be said that it is suitable for the VA-IPS mode display method.
  • Embodiment 3 The liquid crystal display element of Embodiment 3 has the same configuration as that of the liquid crystal display element of Embodiment 1 except that the configuration of the polymer film provided at the interface with the liquid crystal layer is different.
  • the polymer film (alignment film) is made of a polymer material having a CF 2 bond.
  • the liquid crystal display element of Embodiment 3 was produced as follows.
  • a glass substrate on the array substrate side having a pair of ITO comb electrodes on the surface is prepared, and subsequently, a polyimide material having a high anchoring energy and a fluorinated material having a low anchoring energy are predetermined.
  • a polyimide material mixed at a ratio was prepared, and a polymer film (LB film) was formed on the glass substrate and a pair of comb electrodes by an LB (Langmuir-Blodget) method.
  • a polyamic acid represented by the following chemical formula (6) and N, N-dimethylhexadecylamine represented by the following chemical formula (7) are mixed in a mixed solution of N, N-dimethylacetamide and benzene (volume ratio: 1). 1), an alkylamine salt of polyamic acid represented by the following chemical formula (8) was formed, and accumulated on the substrate.
  • the cumulative conditions were a surface pressure of 15 mN / m, a pulling speed of 15 mm / min, and a cumulative temperature of 20 ° C.
  • the accumulated film produced by the above method was immersed in a mixed solution of acetic anhydride, pyridine and benzene (volume ratio 1: 1: 3) for each substrate for 12 hours to obtain a polyimide represented by the following chemical formula (9) (hereinafter referred to as the chemical formula (9)). , Abbreviated as PI.) To obtain a cumulative film (alignment film).
  • X represents C (C 3 H 8 —C 6 H 4 —C 2 H 5 ) 2
  • n represents the number of repeating structures in parentheses and is a positive integer.
  • PFPE perfluoropolyether
  • liquid crystal display elements Examples 7 to 11 were produced in the same manner as in Example 1, and voltage-transmittance characteristics were measured. Table 3 below summarizes the results of the respective liquid crystal display elements.
  • the value of the threshold voltage decreases as the proportion of F atoms increases.
  • the proportion of F atoms per repeating unit of the polymer material is 5% by weight or more (Examples 8 to 11) It was found that the effect of reducing the threshold voltage is remarkably obtained. Further, it has been found that when the ratio of F atoms per repeating unit is 10% by weight or more (Examples 10 and 11), the voltage-transmittance characteristic becomes gentle and the gradation display performance is improved.
  • Embodiment 4 The liquid crystal display element of Embodiment 4 has a nano-order uneven structure on the surface of the polymer film on the counter substrate side provided at the interface with the liquid crystal layer, and the counter substrate side provided on the interface with the liquid crystal layer.
  • the liquid crystal display device of the first embodiment has the same configuration except that the configuration of the polymer film is different.
  • the liquid crystal display element of Embodiment 4 was produced as follows.
  • a glass substrate on the opposite substrate side is prepared, and the surface of the glass substrate is irradiated with an ion beam under the conditions of irradiation energy of 2000 eV, irradiation time of 120 seconds, and irradiation angle of 45 °, and the depth is 50 nm (RMS), between the recesses.
  • irradiation energy 2000 eV
  • irradiation time 120 seconds
  • irradiation angle 45 °
  • the depth is 50 nm (RMS)
  • a chemisorption film composed of the compound represented by the above chemical formula (3) used in Embodiment 2 is formed on the surface of the glass substrate, and thereafter, liquid crystal is used using the same method as in Example 6.
  • a display element (Example 12) was produced.
  • V10 of the liquid crystal display element of Example 12 was 1.9V. As described above, it was found that the driving voltage can be reduced only by adjusting the counter substrate side, not the array substrate, and the practical value is extremely large.
  • the critical surface energy between the chemical adsorption film formed on the glass substrate having the concavo-convex structure on the surface and the liquid crystal layer is 6.3 N / m.
  • the critical surface energy between the chemisorption film formed on the glass substrate having the surface and the liquid crystal layer was 8.6 N / m. From this, it can be seen that the reduction of the critical surface energy and the reduction of the anchoring energy are factors of the threshold voltage drop.
  • Embodiment 5 The liquid crystal display element of Embodiment 5 is the same as that of Embodiment 1 except that an inorganic alignment film OA-018 (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) is used as the polymer film provided at the interface with the liquid crystal layer. It has the same configuration as.
  • the polymer film is made of a polymer material containing SiO bonds.
  • a liquid crystal display device was produced in the same manner as in Example 1 except that the above material was used as the material of the polymer film (Example 13), and the voltage-transmittance characteristics were measured in the same manner. It was 2.31V.
  • a liquid crystal display element was produced in the same manner as in Example 1 using an organic alignment film SE-1211 (manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) containing no SiO bond as the material of the polymer film (Comparative Example 2).
  • the anchoring energy can be greatly reduced as compared with a normal polyimide alignment film, and as a result, the driving voltage can be reduced.
  • Example 13 The liquid crystal display element of Example 13 was analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR method) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS method) as in Example 1. The ratio of Si atoms per repeating unit contained in was 6.2% by weight.
  • FT-IR method Fourier transform infrared spectroscopy
  • XPS method X-ray photoelectron spectroscopy
  • Embodiment 6 The liquid crystal display element of Embodiment 6 has the same configuration as that of the liquid crystal display element of Embodiment 1 except that the configuration of the polymer film provided at the interface with the liquid crystal layer is different.
  • the polymer film is made of a polymer material having a SiO bond.
  • the liquid crystal display element of Embodiment 6 was produced as follows.
  • Example 14 a liquid crystal display element was produced in the same manner as in Example 1, and the voltage-transmittance characteristics were measured at room temperature. As a result, V10 of the liquid crystal display element of Example 14 was 2.18 V, and it was confirmed that a significant drive voltage reduction was obtained.
  • the Si content per repeating unit contained in the polymer material was about 8% by weight, thereby reducing the anchoring energy, The driving voltage is reduced. From this, the threshold voltage is expected to decrease as the Si content increases, and it is preferably 5 to 30% by weight from the viewpoints of both film formability and orientation.
  • Embodiment 7 The liquid crystal display element of Embodiment 7 has a nano-order uneven structure on the surface of the polymer film provided at the interface with the liquid crystal layer, and the structure of the polymer film provided at the interface with the liquid crystal layer is different. Except for this, the liquid crystal display element of the first embodiment has the same configuration.
  • the liquid crystal display element of Embodiment 7 was produced as follows.
  • a glass substrate is prepared, and the surface of the glass substrate is modified by irradiating the surface of the glass substrate with a focused ion beam (irradiation time: 120 seconds, irradiation angle: 45 °).
  • a concavo-convex structure with a pitch of several tens of nanometers was formed.
  • a plurality of glass substrates having different depth and pitch orders of the concavo-convex structure are used, and other configurations are the same as in the case of Example 1, with the concavo-convex structure formed on the surface of the polymer film.
  • a plurality of liquid crystal display elements having different orders (Examples 15 to 18, Comparative Examples 3 and 4) were produced.
  • silicon nitride (CNx) is cited as the material of the polymer film.
  • the material is not limited to this, and other inorganic dielectrics such as AlOx, SiOx, TiOx, HfOx, SiC, and DLC (Diamondlike Carbon) are used. It is also possible to use it.
  • the polymer film may be a laminated film of these inorganic dielectrics, and can be combined as appropriate, for example, by superposing an AlOx film and an HfOx film.
  • the vertical alignment is imparted to the liquid crystal molecules by the shape of the fine irregularities on the surface of the substrate, but the chemical alignment change (decrease in binding energy) by ion beam irradiation also improves the vertical alignment. It contributes to.
  • Embodiments 1 to 7 have been described above, the embodiments can be combined with each other, or a stack of polymer films may be used. Further, in the polymer film, Al (aluminum), Ga (gallium), In (indium), Si (silicon), Ge (germanium), Sn (tin), Ti (titanium), Zr (zirconium), Hf (hafnium) ) May be contained, whereby the anchoring energy can be further reduced.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the liquid crystal display device according to the eighth embodiment.
  • the liquid crystal display device of Embodiment 8 includes a liquid crystal display panel having a liquid crystal layer 3 and a pair of substrates 1 and 2 sandwiching the liquid crystal layer 3, and one of the pair of substrates is an array substrate 1. And the other is the counter substrate 2.
  • the liquid crystal display element of the eighth embodiment has the same configuration as the liquid crystal display element of the first embodiment except that the counter electrode 61 is provided on the counter substrate 2 side. As shown in FIG.
  • a counter electrode 61 on the main surface of the transparent substrate (upper substrate) 12 on the counter substrate 2 side on the liquid crystal layer side, a counter electrode 61, a dielectric layer (insulating layer) 62, and a polymer film (alignment film) 14 are stacked in this order.
  • a color filter layer may be provided between the counter electrode 61 and the transparent substrate 12.
  • the counter electrode 61 is formed from a transparent conductive film such as ITO or IZO. Each of the counter electrode 61 and the dielectric layer 62 is formed without a break so as to cover at least the entire display region. A predetermined potential common to each picture element is applied to the counter electrode 61.
  • the dielectric layer 62 is formed from a transparent insulating material. Specifically, it is formed from an inorganic insulating film such as silicon nitride, an organic insulating film such as acrylic resin, or the like.
  • a comb electrode including the pixel electrode 30 and the common electrode 40 and a polymer film (alignment film) 13 are provided on the main surface on the liquid crystal layer 13 side of the transparent substrate 11 on the array substrate 1 side.
  • Polarizing plates 17 and 18 are disposed on the outer main surfaces of the two transparent substrates 11 and 12.
  • the common electrode 40 and the counter electrode 61 may be grounded.
  • the common electrode 40 and the counter electrode 61 may be applied with voltages having the same magnitude and polarity, or voltages having different magnitudes and polarities may be applied to each other. It may be applied.
  • the liquid crystal display element of Embodiment 8 can also be driven with a low threshold voltage. Further, the response speed can be improved by forming the counter electrode 61.
  • FIG. 14 is a schematic plan view illustrating the configuration of the liquid crystal display device according to the eighth embodiment.
  • the features of the form shown in FIG. 14 may be applied to the first to seventh embodiments.
  • a pixel is composed of picture elements of a plurality of colors.
  • the pixels do not have to be composed of picture elements of a plurality of colors, that is, the liquid crystal display element of the present embodiment may perform black and white display. Show.
  • the liquid crystal display device is viewed from the front, that is, when the pair of substrate surfaces are viewed from the front, the 3 o'clock direction, the 12 o'clock direction, the 9 o'clock direction, and the 6 o'clock direction are respectively 0 ° direction (azimuth) and 90 ° direction.
  • a signal line 33 On the main surface of the transparent substrate 11 on the liquid crystal layer 3 side, there are a signal line 33, a scanning line 35, a common wiring 41, a switching element (active element), and one pixel is provided for each pixel.
  • TFT thin film transistor
  • the scanning line 35, the common wiring 41, and the common electrode 40 are provided on the transparent substrate 12, and a gate insulating film (not shown) is provided on the scanning line 35, the common wiring 41, and the common electrode 40, and the signal line 33,
  • the pixel electrode 30 is provided on the gate insulating film, and the polymer film (alignment film) 13 is provided on the signal line 33 and the pixel electrode 30.
  • the common wiring 41 and the common electrode 40, and the pixel electrode 30 may be patterned using the same film in the same process by the photolithography method, and may be arranged on the same layer (the same insulating film).
  • the signal line 33 is provided in a straight line parallel to each other and extends vertically between adjacent picture elements.
  • the scanning lines 35 are provided in a straight line parallel to each other, and extend between adjacent picture elements in the left-right direction.
  • the signal line 33 and the scanning line 35 are orthogonal to each other, and a region defined by the signal line 33 and the scanning line 35 is approximately one picture element region.
  • the scanning line 35 also functions as a gate of the TFT 37 in the display area.
  • the TFT 37 includes a semiconductor layer 38 provided in the vicinity of the intersection of the signal line 33 and the scanning line 35 and formed in an island shape on the scanning line 35.
  • the TFT 37 includes a source electrode 34 that functions as a source and a drain electrode 36 that functions as a drain.
  • the source electrode 34 connects the TFT 37 and the signal line 33
  • the drain electrode 36 connects the TFT 37 and the pixel electrode 30.
  • the source electrode 34 and the signal line 33 are patterned from the same film and connected to each other.
  • the drain electrode 36 and the pixel electrode 30 are patterned from the same film and connected to each other.
  • An image signal is supplied from the signal line 33 to the pixel electrode 30 at a predetermined timing while the TFT 37 is in an ON state.
  • a predetermined potential common to each picture element is applied to the common wiring 41 and the common electrode 40.
  • the planar shape of the picture element electrode 30 is a comb-teeth shape, and the picture element electrode 30 includes a linear trunk (picture element trunk 31) and a plurality of linear comb teeth (picture element comb teeth 32).
  • the picture element trunk 31 is provided along the short side (lower side) of the picture element.
  • Each picture element comb tooth portion 32 is connected to the picture element trunk portion 31.
  • Each picture element comb tooth portion 32 extends from the picture element trunk portion 31 toward the opposing short side (upper side), that is, in the direction of approximately 90 °.
  • the common electrode 40 includes a comb-like shape in plan view and includes a plurality of linear comb-tooth portions (common comb-tooth portions 42).
  • the common comb tooth portion 42 and the common wiring 41 are patterned from the same film and connected to each other. That is, the common wiring 41 is also a trunk portion (common trunk portion) of the common electrode 40 that connects the plurality of common comb tooth portions 42 to each other.
  • the common wiring 41 is provided in a straight line parallel to the scanning line 35 and extends between adjacent picture elements in the left-right direction.
  • the common comb tooth portion 42 extends from the common wiring 41 toward the lower side of the opposing picture element, that is, in a direction of approximately 270 °.
  • the pixel electrode 30 and the common electrode 40 are disposed to face each other so that the comb teeth (the pixel comb tooth portion 32 and the common comb tooth portion 42) are engaged with each other.
  • the pixel comb teeth 32 and the common comb teeth 42 are arranged in parallel with each other, and are alternately arranged with an interval.
  • two domains in which the tilt directions of the liquid crystal molecules are opposite are formed in one picture element.
  • the number of domains is not particularly limited and can be set as appropriate. From the viewpoint of obtaining good viewing angle characteristics, four domains may be formed in one picture element.
  • the example shown in FIG. 14 has two or more regions having different electrode intervals in one picture element. More specifically, in each picture element, a region having a relatively narrow electrode interval (region Sn) and a region having a relatively wide electrode interval (region Sw) are formed.
  • region Sn a region having a relatively narrow electrode interval
  • region Sw a region having a relatively wide electrode interval
  • the threshold value of the VT characteristic in each region can be made different, and in particular, the gradient of the VT characteristic of the entire picture element at a low gradation can be made smooth.
  • the occurrence of whitening can be suppressed and the viewing angle characteristics can be improved.
  • whitening is a phenomenon in which a display that should appear dark appears to be whitish when the viewing direction is tilted obliquely from the front in a state where a relatively dark display with low gradation is performed.
  • Array substrate 2 Counter substrate 3: Liquid crystal layer 11, 12: Transparent substrate 13, 14: Polymer film (alignment film) 15: Liquid crystal molecules 16: Comb electrodes 17, 18: Polarizing plate 21: Spacer 22: Seal member 30: Picture element electrode 31: Picture element trunk 32: Picture element comb tooth part 33: Signal line 34: Source electrode 35: Scanning Line 36: Drain electrode 37: TFT 38: Semiconductor layer 40: Common electrode 41: Common wiring (common trunk) 42: Common comb tooth part 51: Transmission axis 52 of polarizing plate on the array substrate side: Transmission axis 53 of polarizing plate on the counter substrate side: Application direction 61 of electric field: Counter electrode 62: Dielectric layer

Abstract

本発明は、低閾値電圧で駆動可能な液晶表示素子を提供する。本発明の液晶表示素子は、一対の基板と、上記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子であって、上記液晶層は、電圧無印加時に上記一対の基板の少なくとも一方の基板面に対して垂直に配向する液晶分子を含有し、上記一対の基板の少なくとも一方は、一対の櫛型電極を有し、上記一対の基板の少なくとも一方は、液晶層と接する側の面に高分子膜を有し、上記高分子膜は、ＣＦ２結合を有する高分子材料で構成されている液晶表示素子である。

Description

液晶表示素子
本発明は、液晶表示素子に関する。より詳しくは、電圧印加により液晶層内の液晶分子を横方向にベンド状配向させることにより液晶層を透過する光を制御する表示方式に好適な液晶表示素子に関するものである。
液晶表示素子（以下、ＬＣＤと略記する。）は薄型、軽量、低消費電力を特徴とした表示デバイスであり、携帯電話、ＰＤＡ、カーナビゲーション、パソコンモニター、テレビ、更には、駅構内の案内板、屋外掲示板等のインフォメーションディスプレイ等、多くの用途に採用されてきている。
現行のＬＣＤは、電界印加により液晶分子の配列を制御し、液晶層を透過する光の偏光状態を変え、偏光板を通過する光の量を調節することによって表示を行っている。ＬＣＤの表示性能の多くの部分は、電圧を印加した時の液晶分子の配列状態と、印加電界の大きさ及び方向により決定付けられる。ＬＣＤの表示モードは、垂直配向モードと水平配向モードとの２つのモードに大別される。表１は、各種表示モードについて、電圧が印加されていない時の液晶分子の配列状態と、印加電界の方向により表示特性がどのように異なるかを示したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
上記各種表示モードは既に実用化されており、更なる特性の向上のために様々な工夫がなされている。例えば、ＯＣＢモードに対する工夫として、スプレイ配向状態からベンド配向状態への転移が低電圧で迅速にかつ確実に行われることを目的として、固体微粒子を含有した液晶配向剤ワニスから形成された配向膜、又は、固体微粒子が表面に分散した配向膜を用いる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、ＴＮモードの応用として、一対の基板のそれぞれに電極を形成するのではなく、一対の基板の一方に一対の電極を形成して横電界を発生させ、ツイスト状態と無ツイスト状態との間を遷移させる横電界型ＴＮモードも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
更に、上記各種モードとは異なり、２色性色素を含有した液晶層を用いることで、偏光板を不要又は減らすことができるＧＨ（Ｇｕｅｓｔ－Ｈｏｓｔ）モードも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
しかしながら、広視野角、高コントラスト及び高速応答の全ての特性を満足する表示モードについては未だ開発されていない。
これに対し、従来から、電圧が印加されていない状態で垂直配向させた正の誘電的異方性をもつ液晶分子の配向性を、同一平面上に平行に対向配置された複数本の電極を用いて制御する表示モード（例えば、特許文献４参照。）や、二つの基板のうち下部基板に、二つの電極を互いに平行に形成し、電気場を印加しないときに液晶層の液晶分子を二つの基板に対して垂直に配列させ、該二つの電極の間に放射線状の電気場を形成することで、二つの電極間の領域の中心面を基準として左右の液晶分子を対称的に配向させ、視野角特性を得る表示モード（例えば、特許文献５及び６参照。）が検討されている。
特開２００２－１３１７５４号公報 特開２００２－２６８０８８号公報 特開２００１－１０８９９６号公報 特開昭５７－６１８号公報 特開平１０－３３３１７１号公報 特開平１１－２４０６８号公報
本発明者らは、液晶材料として正の誘電率異方性を有する（ｐ（ポジ）型）ネマチック液晶を用い、垂直配向による高コントラスト性を保ちながら、同一基板に設けられた一対の電極を用いてアーチ状の横電界を発生させることにより、該一対の電極間に位置する液晶分子の配向方位を横向きのベンド状配向に規定する表示方式（以下、ＶＡ－ＩＰＳモードともいう。）について研究を行っている。以下、ＶＡ－ＩＰＳモードを例にして、本発明に至った経緯について説明するが、本発明はＶＡ－ＩＰＳモードに限定されるものではない。
図１は、代表的なＶＡ－ＩＰＳモードの構成を示す斜視模式図である。図１に示すように、ＶＡ－ＩＰＳモードの液晶表示素子は、一対の基板１，２を有し、該一対の基板１，２間に液晶層３が封止されている。上記一対の基板１，２のそれぞれは透明基板１１，１２を主体とし、液晶層３側と接する側の面に垂直配向膜１３、１４を有している。これにより液晶層３に対して電圧を印加していない時に、液晶分子１５はいずれも垂直配向（ホメオトロピック配向）を示す。液晶層３に対する電圧の印加は、一対の基板１，２のうち一方の基板に形成された一対の櫛型電極１６によって行うことができる。そして、透明基板１１，１２の液晶層と反対側の面上に配置された偏光板１７，１８によって光の透過又は遮断が選択される。
このような基本的構成によれば、上記特許文献５及び６で示されている液晶表示素子のように、電界印加によりベンド状の電界が形成され、ダイレクタ方位が互いに対称な２つのドメインが液晶層の一対の電極間領域に形成されることになるので、広い視野角特性を得ることができる。
これに対し本発明者らは、より具体的に、櫛型電極の電極幅、電極間隔、及び、液晶層厚を最適化することにより高透過率、広視野角及び高速応答を両立させることが出来ることをすでに見いだしている。
図２は、７Ｖの電圧が印加された時におけるＶＡ－ＩＰＳモードのセル内の等電位曲線を示す模式図である。図２に示されるように、閾値以上の電圧が印加されたときに液晶分子は、電界強度分布及び界面からの束縛力の影響を受けて配向する。図３は、図２で示されたＶＡ－ＩＰＳモードのセル内の液晶分子の配向状態を示す模式図である。電圧印加により液晶分子は、ホメオトロピック配向から横向きのベンド状配向へと連続的に変化する。このようにＶＡ－ＩＰＳモードの駆動においては、液晶層内の液晶分子は横向きのベンド状配向を呈し、階調間応答においても高速応答が可能となる。図４は、図２で示されたＶＡ－ＩＰＳモードのセル内の電圧印加時の液晶分子の動きを示す模式図である。液晶の回転に伴って、各ドメイン内には互いに対称な２つの円を描くように下向きの液晶の流れ（図４中の矢印方向）が発生するため、互いに動きを阻害することがなく、高速な応答が可能となる。
このようにＶＡ－ＩＰＳモードの特徴としては、高速応答、広視野角及び高コントラストが挙げられるが、透過率としては図５に示すような分布を示す。図５は、１０Ｖの電圧が印加された時におけるＶＡ－ＩＰＳモードの電圧印加時の液晶配向分布と、その時のセル内の透過率分布とを表した模式図である。図５に示すように、一対の電極の直上に位置する液晶分子は電界の変化の影響を受けにくく、また、各電極から最も遠い各電極間の中央領域に位置する液晶分子も電界の変化の影響を受けにくいため、これらの液晶分子は垂直配向が維持される。その結果、図５の曲線が示すように、電極形成部及び電極間中央部に沿って暗線が形成され、他の表示モードに比べて透過率が低くなってしまう。
透過率を上げる一つの手法としては、液晶層のうち非電極部の幅を広げる方法が考えられるが、閾値電圧が上がり、駆動電圧が上昇するという新たな課題を生じてしまうとともに、中間調付近での電圧－透過率特性の急峻性も問題となる。図６は、代表的なＶＡ－ＩＰＳモードのセルの電圧－透過率特性を表したグラフである。実線は櫛型電極の電極幅Ｌを４μｍ、電極間隔Ｓを４μｍ、液晶層厚ｄを４μｍとしたときのグラフであり、破線は櫛型電極の電極幅Ｌを４μｍ、電極間隔Ｓを１２μｍ、液晶層厚ｄを４μｍとしたときのグラフである。なお、上記グラフを得るために使用した液晶は、混合液晶ＭＬＣ－６４１８（メルク社製）である。図６から分かるように、高い透過率を得るためには電極間隔Ｓの値を大きくする必要があるが、駆動電圧が高くなってしまうため、例えば、低電圧駆動が必須となる携帯電話には不向きであり、用途が限定されてしまう。
一方、図７は、電極間隔Ｓを４μｍに固定したときに、ＶＡ－ＩＰＳモードでの電圧－透過率特性を、他の表示モードの電圧－透過率特性と比較して表したグラフである。いずれのモードも、液晶材料はネマチック液晶ＺＬＩ－４７９２（メルク社製）を用い、液晶層厚ｄを４μｍとした。また、櫛型電極の電極幅Ｌを４μｍ、電極間隔Ｓを４μｍとした。図７からわかるようにＶＡ－ＩＰＳモードは、閾値電圧が他の表示モードに比べて高く、ＶＡ－ＩＰＳモードにおける駆動電圧の低減は他の表示モード以上に重要な課題である。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、低閾値電圧で駆動可能な液晶表示素子を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、初期傾斜を垂直配向とした、例えば、横電界方式での駆動電圧の低減について種々検討したところ、ＶＡ－ＩＰＳモードでの液晶分子の電圧印加時の動きに着目した。そして、ＶＡ－ＩＰＳモードは、電界印加時に非電極部の中央に向かって液晶分子が倒れ込む表示方式であり、透過率に寄与する非電極部では液晶分子が左右から内側に倒れこむため、上述の暗線が形成される領域付近での電界の歪みエネルギーが大きく、全領域で一様に分子回転が起こる他の表示モードに比べ閾値電圧が高くなってしまうことを見いだした。
また、本発明者らは、上記液晶分子の回転には、上述の要因のほか、界面束縛力、フレデリックス閾値、液晶分子の配位角度、電界の強さ及び電界の方位が影響を及ぼしており、閾値付近での透過率の急峻性は、これらのバランスにより決定されることを見いだした。
そして、本発明者らは鋭意検討を行った結果、基板の液晶層との界面での極角方向の束縛力（アンカリングエネルギー）を小さくすることが閾値電圧の低減に有効であることを見いだした。
図８は、本発明を採用しないＶＡ－ＩＰＳモードにおける液晶層と基板との界面近くの液晶分子の挙動について示した概念図である。また、図９は、本発明に係るＶＡ－ＩＰＳモードにおける、液晶層と基板との界面近くの液晶分子の挙動について示した概念図である。図８に示すように、通常、ＶＡ－ＩＰＳモードでは、電圧ＯＦＦ状態では液晶分子１５はいずれも垂直配向を示し、電圧ＯＮ状態では、基板１１及び電極１６に最も近い列の液晶分子１５では垂直配向が維持され、二番目に近い列の液晶分子１５が傾くが、図９に示すように、本発明の思想では、基板１１及び電極１６に最も近い列の液晶分子１５も傾くものを想定している。
更に本発明者らは、液晶層との界面における基板の極角方向のアンカリングエネルギーを低減させる具体的な方法について種々の検討を行った結果、液晶層と界面を構成する高分子膜が（ｉ）ＣＦ２結合を有する高分子材料で構成されていること、（ｉｉ）側鎖末端にＣＦ３基を有する高分子材料で構成されていること、（ｉｉｉ）ＳｉＯ結合を有する高分子材料で構成されていること、又は、（ｉｖ）深さ１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下の複数の凹部を表面に有することで、液晶層との界面における基板の極角方向のアンカリングエネルギーを効果的に低減させることができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、一対の基板と、上記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子であって、上記液晶層は、電圧無印加時に上記一対の基板の少なくとも一方の基板面に対して垂直に配向する液晶分子を含有し、上記一対の基板の少なくとも一方は、一対の櫛型電極を有し、上記一対の基板の少なくとも一方は、液晶層と接する側の面に高分子膜を有し、上記高分子膜は、ＣＦ２結合を有する高分子材料で構成されている液晶表示素子（以下、本発明の第一の液晶表示素子ともいう。）である。
また、本発明は、一対の基板と、上記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子であって、上記液晶層は、電圧無印加時に上記一対の基板の少なくとも一方の基板面に対して垂直に配向する液晶分子を含有し、上記一対の基板の少なくとも一方は、一対の櫛型電極を有し、上記一対の基板の少なくとも一方は、液晶層と接する側の面に高分子膜を有し、上記高分子膜は、側鎖末端にＣＦ３基を有する高分子材料で構成されている液晶表示素子（以下、本発明の第二の液晶表示素子ともいう。）でもある。
また、本発明は、一対の基板と、上記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子であって、上記液晶層は、電圧無印加時に上記一対の基板の少なくとも一方の基板面に対して垂直に配向する液晶分子を含有し、上記一対の基板の少なくとも一方は、一対の櫛型電極を有し、上記一対の基板の少なくとも一方は、液晶層と接する側の面に高分子膜を有し、上記高分子膜は、ＳｉＯ結合を有する高分子材料で構成されている液晶表示素子（以下、本発明の第三の液晶表示素子ともいう。）でもある。
また、本発明は、一対の基板と、上記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子であって、上記液晶層は、電圧無印加時に上記一対の基板の少なくとも一方の基板面に対して垂直に配向する液晶分子を含有し、上記一対の基板の少なくとも一方は、一対の櫛型電極を有し、上記一対の基板の少なくとも一方は、液晶層と接する側の面に高分子膜を有し、上記高分子膜は、無機材料で構成されており、表面に、深さ１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下の複数の凹部を有する液晶表示素子（以下、本発明の第四の液晶表示素子ともいう。）でもある。
なお、本発明は、上述した先行技術文献のうち特許文献１～３とは以下の点で異なる。
上記特許文献１では、ＯＣＢモードにおいて、配向膜表面に固体微粒子を分散させ、該固体微粒子をスプレイ配向状態からベンド配向状態への転移の核とすることで、上記転移のための初期化電圧の低減を図っている。すなわち、配向膜表面の微粒子の存在する部分では、ミクロな領域での配向が乱れ、部分的にツイスト配向が形成され、ベンド転移が容易化されていると考えられ、アンカリングエネルギーを弱くして転移電圧を下げる思想とは異なる。
上記特許文献２では、横電界印加方式とａ－ＴＮモードとを組み合わせ、一対の電極を有する透明基板側の液晶層との界面のアンカリング強度を一対の電極を有さない透明基板側の液晶層との界面のアンカリング強度よりも大きくすることで、ねじれ配向を維持したままで電界によりＴＮ液晶を回転させ、通常のＴＮモードよりも低電圧でのスイッチングを可能にしている。しかしながら、ここでのアンカリング強度は方位角方向でのアンカリングを示しており、極角方向でのアンカリングについては何ら言及されていない。また、この方式では、各ドメインの境界領域を制御することは容易でなく、高コントラスト表示が出来ないという課題がある。
上記特許文献３では、ＧＨモードにおいて、化学吸着膜を用いてアンカリングを調整することで液晶分子を動き易くして高速応答を実現している。長鎖末端に炭化フッ素基を有する化学吸着膜による垂直配向膜の開示はあるが、これによる低電圧化の効果は示されていない。一般に化学吸着膜は超薄膜であり、膜による電圧損失が少ないため低電圧化となる。
以下、本発明の第一～第四の液晶表示素子について詳述する。
本発明の第一～第四の液晶表示素子は、一対の基板と、上記一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子である。上記液晶層には、一定の電圧の印加によって配向性が制御される液晶分子が充填されている。上記一対の基板の一方又は双方に配線、電極、半導体素子等を設けることで、液晶層内に電圧を印加し、液晶分子の配向性を制御することができる。
上記液晶層は、電圧無印加時に上記一対の基板の少なくとも一方の基板面に対して垂直に配向する液晶分子を含有している。液晶分子の初期配向を垂直配向とすることで、黒表示時の光の遮断を効果的に行うことができる。
上記一対の基板の少なくとも一方は、一対の櫛型電極を有する。上記櫛型電極は、櫛の柄となる部分と、柄から平面的に突出した櫛歯を有する限り、その全体構成は特に限定されない。上記一対の櫛型電極は、例えば、一方の櫛型電極を、絵素単位で設けられかつ信号電圧が印加される絵素電極とし、他方の櫛型電極を、一定電圧に維持された共通電圧が印加される共通電極とすることで、絵素電極に供給される画像信号に応じて、絵素ごとに電界（例えば、横方向の電界）を形成することができる。
上記一対の基板の少なくとも一方は、液晶層と接する側の面に高分子膜を有する。上記高分子膜は、表面に近接する液晶分子の傾斜を極角方向に略９０°（９０°±０～４°）で規定する垂直配向膜であることが好ましいが、該初期配向は、高分子膜の材料に起因するものであっても、高分子膜の構造に起因するものであってもよい。
本発明の第一の液晶表示素子において、上記高分子膜は、ＣＦ２結合を有する高分子材料で構成されており、本発明の第二の液晶表示素子において、上記高分子膜は、側鎖末端にＣＦ３基を有する高分子材料で構成されている。好ましくは、上記高分子材料は、ＣＦ２結合を有し、かつ側鎖末端にＣＦ３基を有する。また、好ましくは、上記ＣＦ２結合を有する高分子材料、及び／又は、上記側鎖末端にＣＦ３基を有する高分子材料の繰り返し単位当たりのＦ原子の割合は、５重量％以上である。上記高分子材料がＦ（フッ素）原子を含有することで、上記高分子膜の表面エネルギーが下がるため、液晶分子に対するアンカリングエネルギーも下がることになる。また、Ｆ原子は、イオン性不純物に対する親和性を小さくすることができるので、高分子膜の表面に電気二重層が形成されることを抑止することができる。
本発明の第三の液晶表示素子において、上記高分子膜は、ＳｉＯ結合を有する高分子材料で構成されている。ＳｉＯ結合を有する高分子膜表面の液晶分子に対するアンカリングエネルギーは、ＳｉＯ結合を有さない高分子膜表面の液晶分子に対するアンカリングエネルギーよりも一桁以上小さい。そのため、ＳｉＯ結合を有する高分子材料を用いることで液晶分子に対するアンカリングエネルギーを下げることができる。
また、Ｓｉ（シリコン）原子の割合が多くなるほど閾値電圧の低下に寄与するため、上記高分子材料の繰り返し単位当たりのＳｉ（シリコン）原子の割合は、５重量％以上であることが好ましく、高分子膜の成膜性及び液晶分子に対する配向規制性を考慮すると、上記高分子材料の繰り返し単位当たりのＳｉ原子の割合は、３０重量％以下であることがより好ましい。
本発明の第四の液晶表示素子において、上記高分子膜は、無機材料で構成されており、表面に、深さ１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下の複数の凹部を有する。ここでの高分子膜は、一般的に配向膜として用いられるポリイミド等の有機膜ではなく無機膜であり、上記数値範囲を満たす微細な凹凸形状を表面に有する。このような無機膜によれば、有機膜を用いた場合と比べ、アンカリングエネルギーを一桁以上小さくすることができる。また、上述のポリイミド膜と比べると均一性の面で及ばないものの、液晶分子を垂直配向させることができる。
本発明の第一～第四の液晶表示素子において、上記液晶分子は、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶分子であることが好ましい。これにより、液晶層への電圧の印加によって液晶分子は電界の向きに沿って配向することになり、広視野角を得ることができる。なお、液晶層への電圧の印加によって、液晶分子群は、例えばアーチ状を描く。
本発明の液晶表示素子の構成としては、このような構成要素を必須として形成されるものである限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。
本発明によれば、初期傾斜を垂直配向とした液晶表示素子（例えば、横電界方式の液晶表示素子）であっても、低電圧駆動を行うことができる。
本発明及び代表的なＶＡ－ＩＰＳモードの構成を示す斜視模式図である。 ７Ｖの電圧が印加された時における、本発明及び代表的なＶＡ－ＩＰＳモードのセル内の等電位曲線を示す模式図である。 図２で示されたＶＡ－ＩＰＳモードのセル内の液晶分子の配向状態を示す模式図である。 図２で示されたＶＡ－ＩＰＳモードのセル内の電圧印加時の液晶分子の動きを示す模式図である。 １０Ｖの電圧が印加された時における本発明及び代表的なＶＡ－ＩＰＳモードの電圧印加時の液晶配向分布と、その時のセル内の透過率分布とを表した模式図である。 本発明ないし代表的なＶＡ－ＩＰＳモードのセルの電圧－透過率特性を表したグラフである。 電極間隔Ｓを４μｍに固定したときに、ＶＡ－ＩＰＳモードでの電圧－透過率特性を、他の表示モードの電圧－透過率特性と比較して表したグラフである。 本発明を採用しないＶＡ－ＩＰＳモードにおける液晶層と基板との界面近くの液晶分子の挙動について示した概念図である。 本発明を採用したＶＡ－ＩＰＳモードにおける液晶層と基板との界面近くの液晶分子の挙動について示した概念図である。 実施形態１の液晶表示素子の電界の方位と偏光板の透過軸との関係を示す模式図である。 実施形態１の液晶表示素子の断面模式図である。 実施例１及び比較例１の液晶表示素子の室温での電圧－透過率特性を示すグラフである。 実施形態８の液晶表示素子の構成を示す断面模式図である。 実施形態８の液晶表示素子の構成を示す平面模式図である。
以下に実施形態を掲げ、本発明について図面を参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
実施形態１
実施形態１の液晶表示素子は、電圧無印加状態で基板面に対して垂直に配向させたｐ型ネマチック液晶（正の誘電異方性を有するネマチック液晶）を含む液晶層に対して、横方向（基板面方向）の電界を印加し、液晶層内の液晶分子を横方向のベンド状配向に転移させるＶＡ－ＩＰＳモードの液晶表示素子である。
実施形態１の液晶表示素子は、更に駆動回路、バックライト（照明装置）等を備えつけることで、携帯電話、ＰＤＡ、カーナビゲーション、パソコンモニター、テレビ、駅構内の案内板、屋外掲示板等のインフォメーションディスプレイ等として用いることができる。
図１は、実施形態１の液晶表示素子の斜視模式図でもある。図１に示すように、実施形態１の液晶表示素子は、透明基板１１を主体とするアレイ基板１と、透明基板１１を主体とする対向基板２との一対の基板を備え、ＴＦＴ基板１と対向基板２との間には、ｐ型ネマチック液晶分子１５を含む液晶層３が封止されている。液晶層３中の液晶分子１５は、基板１，２の主面のそれぞれに対して垂直の方向に配向（ホメオトロピック配向）している。
アレイ基板１は、液晶層３内に一定電圧を印加するための一対の櫛型電極１６を有している。また、アレイ基板１及び対向基板２の液晶層３と接する面には、高分子膜（配向膜）１４が配設されている。
実施形態１において高分子膜１４は、例えば、下記化学式（１）で示される化学構造を含む高分子材料で構成されたポリイミド製垂直配向膜を用いることができる。下記化学式（１）は、主鎖であるジアミン化合物の側鎖末端にＣＦ３基を有する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 　（式中、ｎは括弧内の繰り返し構造の数を表し、正の整数である。）
実施形態１における高分子膜１４の材料としては、化学構造中の側鎖末端にＣＦ３基を有していればよく、ポリイミド樹脂以外に、例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂を用いることも可能である。
一対の櫛型電極のそれぞれは、絵素電極と共通電極であり、基本構成として櫛歯を含んでいる。絵素電極の櫛歯と共通電極の櫛歯とは、互いに平行であり、間隔を空けて互いが交互に噛み合わさっている。絵素電極は、表示領域を構成する絵素単位ごとに配置される電極であり、画像信号が供給される。一方、共通電極は、絵素の境界に関わらず全体が導通している電極であり、共通信号が供給される。
一対の櫛型電極に所定電圧が印加されると、液晶層内にアーチ状の電界が発生する。そして、ｐ型ネマチック液晶分子は、印加電界に沿って横向きにベンド状配向する。また、電極形成部及び電極間中央部においては、垂直配向が維持され、非電極部に位置する液晶分子が透過に寄与する。したがって、実施形態１の液晶表示素子が有する液晶層内での電界の向き、液晶分子の配向、透過率分布等は、図２～５によって示されるものと同様の傾向を示すことになる。
各透明基板１１，１２の液晶層３と逆側の面上には、それぞれ偏光板１７，１８が配置されている。図１０は、実施形態１の液晶表示素子の電界の方位と偏光板の透過軸との関係を示す模式図である。破線矢印がアレイ基板側の偏光板の透過軸５１であり、実線矢印が対向基板側の偏光板の透過軸５２である。また、白抜き矢印が電界の印加方位５３を示す。図１０に示すように、アレイ基板側の偏光板の透過軸５１と、対向基板側の偏光板の透過軸５２とは、互いに略９０°の角度をなすクロスニコルの関係にある。また、これらの透過軸のそれぞれが、電界の方向、すなわち、一対の櫛型電極１６の各櫛歯の長さ方向と直交する方向（電界の印加方向）に対して略４５°の角度をなすように調節されている。これにより、電圧無印加状態では、光は液晶層をそのまま透過し偏光板によって遮断され、一方、閾値以上の電圧印加状態では、光が液晶層の影響を受けて複屈折し偏光板を透過する。
図１１は、実施形態１の液晶表示素子の断面模式図である。実施形態１の液晶表示素子は、アレイ基板１と対向基板２との間に、液晶層３厚（セルギャップ）を規定するビーズ状のスペーサー２１、及び、液晶層３を封止するためのシール部材２２を有している。
以下に、実施形態１の液晶表示素子を実際に作製し、従来の液晶表示素子と対比して評価を行った結果について説明する。具体的に以下のようにして、実施形態１の液晶表示素子を作製した。
まず、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ：インジウム酸化スズ）製の一対の櫛型電極を表面上に備える、アレイ基板側のガラス基板を用意し、該ガラス基板上及び一対の櫛型電極上に、上記化学式（１）で示される化学構造を有する垂直配向膜用ポリイミド溶液（５重量％、ＮＭＰ溶液）をスピンコート法にて塗布し、その後、該溶液塗布後の基板を２００℃にて１時間焼成し、高分子膜を形成した。焼成後の高分子膜の膜厚は、６００Åであった。なお、一対の櫛型電極が有する櫛歯の幅は４μｍ、櫛歯同士の間隔は４μｍとした。
次に、同様の工程により、対向基板側のガラス基板上にも高分子膜を成膜した。その後、アレイ基板上に、４ミクロン樹脂ビーズ（商品名：ミクロパールＳＰ、積水化学工業株式会社製）を分散し、一方、対向基板上にシール樹脂（商品名：ストラクトボンドＸＮ－２１－Ｓ、三井東圧化学工業株式会社製）を印刷し、これらを貼り合わせ、更に２５０℃で３時間焼成することにより、液晶セルを作製した。なお、セルギャップは４μｍとした。
その後、液晶組成物（メルク社製）を真空注入法にて液晶セル内に封入し、続いて各ガラス基板の、液晶層と逆側の面上に偏光板を貼り合わせ、液晶表示素子（実施例１）を作製した。なお、電界印加の方位と偏光板の軸方位との関係は図１０に示すとおりである。上記一対の基板間に封入した液晶組成物（メルク社製）のΔｎは０．１１２であり、Δεは１８．５であった。
そして最後に、実施例１の液晶表示素子の電圧－透過率特性を大塚電子株式会社製液晶評価装置ＬＣＤ－５２００を用いて測定した。
また、高分子膜の材料が下記化学式（２）で表される化学構造を有する垂直配向膜用ポリイミド溶液（５重量％、ＮＭＰ溶液）を用いたこと以外は、実施例１のときと同様の方法により比較用の液晶表示素子（比較例１）を作製し、同様に電圧－透過率特性を測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 　（式中、ｍ及びｎは括弧内の繰り返し構造の数を表し、正の整数である。また、ｎ＝４ｍである。）
図１２は、実施例１及び比較例１の液晶表示素子の室温での電圧－透過率特性を示すグラフである。閾値電圧低減の効果を見るための指標として、液晶表示素子の最大透過率を１００％としたときに１０％の透過率を得るために要する電圧を、以下、閾値電圧「Ｖ１０」と定義する。実施例１の液晶表示素子のＶ１０は２．１３Ｖであり、比較例１の液晶表示素子のＶ１０は２．６６Ｖであった。
図１２で示されるように、実施例１の液晶表示素子では、透過率特性を犠牲にすることなく閾値電圧Ｖ１０を０．５Ｖ以上引き下げることができ、実用的価値が大きいことがわかった。
続いて、実施形態１の液晶表示素子が備える高分子膜を構成する高分子材料中におけるＦ原子の割合の影響を調べるために、実施例１の場合と同様の方法を用いて、評価対象となる液晶表示素子を作製した。具体的には、高分子材料中における上記化学式（１）の割合と、上記化学式（２）の割合とをそれぞれ異ならせた液晶表示素子（実施例２～５、比較例１）を作製した。下記表２は、各実施例及び比較例の結果をまとめた表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
表２に示すように、Ｆ原子の割合が増加するにつれて閾値電圧の値は低減し、特に、高分子材料の繰り返し単位当たりのＦ原子の割合が５重量％以上であるとき（実施例１～３）に、顕著に閾値電圧低減の効果が得られることが分かった。
なお、Ｆ原子の重量割合は、「Ｆ原子を含む高分子の混合割合」×「Ｆ原子を含む高分子の繰り返し単位中のＦ原子の割合」から算出した。また、上記Ｆ原子の割合の分析には、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ－ＩＲ：Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）及びＸ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ－ｒａｙ　Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いた。
実施形態２
実施形態２の液晶表示素子は、液晶層との界面に設けられる高分子膜の構成が異なること以外は、実施形態１の液晶表示素子と同様の構成を有する。実施形態２において高分子膜（配向膜）は、側鎖にＣＦ２結合を有し、かつ側鎖末端にＣＦ３基を有する高分子材料で構成されている。
具体的に以下のようにして、実施形態２の液晶表示素子を作製した。
まず、ＩＴＯ製の一対の櫛型電極を表面上に備える、アレイ基板側のガラス基板を用意し、該ガラス基板及び一対の櫛型電極を、下記化学式（３）で示されるシランカップリング剤の０．０１ｍｏｌ／ｌクロロホルム－ＮＭＰ混合溶液（クロロホルム：ＮＭＰ＝１：１０）に５分浸漬し、続いて、乾燥窒素中、１２０℃の条件で１時間乾燥させ、高分子膜を形成した。なお、一対の櫛型電極が有する櫛歯の幅は４μｍ、櫛歯同士の間隔は４μｍとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
次に、同様の工程により、対向基板側のガラス基板上にも同様の高分子膜を製膜した。その後、アレイ基板上に、４ミクロン樹脂ビーズ（商品名：ミクロパールＳＰ、積水化学工業株式会社製）を分散し、一方、対向基板上にシール樹脂（商品名：ストラクトボンドＸＮ－２１－Ｓ、三井東圧化学工業株式会社製）を印刷し、これらを貼り合わせ２５０℃、３時間の条件で焼成することにより、液晶セルを作製した。なお、セルギャップは４μｍとした。
その後、液晶組成物（メルク社製）を真空注入法にて液晶セル内に封入し、続いて各ガラス基板の、液晶層と逆側の面上に偏光板を貼り合わせ、液晶表示素子（実施例６）を作製した。なお、電界印加の方位と偏光板の軸方位との関係は図１０に示すとおりである。上記一対の基板間に封入した液晶組成物（メルク社製）のΔｎは０．１１２であり、Δεは１８．５であった。
そして最後に、実施例１の場合と同様の方法により、液晶表示素子の電圧－透過率特性を測定した。その結果、実施例６の液晶表示素子のＶ１０は、２．０６Ｖであり、大幅な駆動電圧の低減が達成された。なお、実施例６の液晶表示素子が備える高分子膜を構成する高分子材料の繰り返し単位当たりのＦ原子の割合は５２．５重量％であった。
このようにして作製される実施例６の液晶表示素子が備える高分子膜は単分子吸着膜であり、上記工程で示したように、溶液に浸漬するだけで均一な高分子膜を得ることができるため、実施例１～５の液晶表示素子の場合と比べ、より簡便な成膜プロセスによって作製することができるといえる。
ＶＡ－ＩＰＳモード以外の主な表示方式では、高分子膜に一定以上のプレチルト（初期傾斜）角特性を付与する必要があり、単分子吸着膜で液晶分子のプレチルト角を制御することは容易ではないが、ＶＡ－ＩＰＳモードの表示方式では、液晶分子の精密なプレチルト角制御を行う必要はない。そのため、上述したような単分子吸着膜を形成する方法は、ＶＡ－ＩＰＳモードの表示方式によくマッチしている。また、単分子吸着膜は分子レベルの超薄膜であり、配向膜による電圧損失も少ないため、その点からもＶＡ－ＩＰＳモードの表示方式に適しているといえる。
実施形態３
実施形態３の液晶表示素子は、液晶層との界面に設けられる高分子膜の構成が異なること以外は、実施形態１の液晶表示素子と同様の構成を有する。実施形態３において高分子膜（配向膜）は、ＣＦ２結合を有する高分子材料で構成されている。
具体的に以下のようにして、実施形態３の液晶表示素子を作製した。
まず、ＩＴＯ製の一対の櫛型電極を表面上に備える、アレイ基板側のガラス基板を用意し、続いて、アンカリングエネルギーの強いポリイミド材料と、アンカリングエネルギーの弱いフッ素化材料とを所定の割合で混合したポリイミド材料を調製し、ＬＢ（ラングミュアー・ブロジェット）法にて該ガラス基板上及び一対の櫛型電極上に高分子膜（ＬＢ膜）を成膜した。
上記ポリイミド材料の調製方法を以下に詳述する。まず、下記化学式（４）で示されるテトラカルボン酸二無水物５ｍｍｏｌと下記化学式（５）で示されるジアミン５ｍｍｏｌとを、脱水したＮ，Ｎ－ジメチルアセトアミド２０ｍｌ中、２５℃で３時間撹拌し、縮合重合させることで、下記化学式（６）で示されるポリアミド酸を得た。
次に、下記化学式（６）で示されるポリアミド酸と、下記化学式（７）で示されるＮ，Ｎ－ジメチルヘキサデシルアミンとを、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミドとベンゼンとの混合溶液（体積比１：１）中で反応させ、下記化学式（８）で示されるポリアミド酸のアルキルアミン塩を形成し、基板上に累積させた。累積条件は、表面圧１５ｍＮ／ｍ、引き上げ速度１５ｍｍ／ｍｉｎ、累積温度２０℃とした。
その後、上記方法で作製した累積膜を基板ごとに無水酢酸、ピリジン及びベンゼンの混合溶液（体積比１：１：３）中に１２時間浸積し、下記化学式（９）で示されるポリイミド（以下、ＰＩと略記する。）を材料とする累積膜（配向膜）を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 　（式中、ＸはＣ（Ｃ３Ｈ８－Ｃ６Ｈ４－Ｃ２Ｈ５）２を表す。また、ｎは括弧内の繰り返し構造の数を表し、正の整数である。）
また、フッ素化材料として、下記化学式（１０）で示されるパーフルオロポリエーテル（以下、ＰＦＰＥと略記する。）を用い、上述と同様、ＬＢ法にてガラス基板及び一対の電極上にフッ素化膜を成膜した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 （式中、ｍ，ｎは括弧内の繰り返し構造の数を表し、正の整数である。）
またこのとき、ポリイミド材料（ＰＩ）とフッ素化材料（ＰＦＰＥ）との仕込み量をそれぞれ異ならせ、それぞれＦ原子の割合が異なる各種高分子膜を備える基板を準備した。その後、実施例１の場合と同様にして液晶表示素子（実施例７～１１）を作製し、電圧－透過率特性を測定した。下記表３は、それぞれの液晶表示素子の結果をまとめた表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
表３に示すように、Ｆ原子の割合が増加するにつれて閾値電圧の値は低減し、特に、高分子材料の繰り返し単位当たりのＦ原子の割合が５重量％以上であるとき（実施例８～１１）に、顕著に閾値電圧低減の効果が得られることが分かった。更に、繰り返し単位当たりのＦ原子の割合が１０重量％以上であるとき（実施例１０，１１）に、電圧－透過率特性が緩やかになり階調表示性能が良好となることが分かった。
実施形態４
実施形態４の液晶表示素子は、液晶層との界面に設けられる対向基板側の高分子膜の表面にナノオーダーの凹凸構造を有すること、及び、液晶層との界面に設けられる対向基板側の高分子膜の構成が異なること以外は、実施形態１の液晶表示素子と同様の構成を有する。
具体的に以下のようにして、実施形態４の液晶表示素子を作製した。
まず、対向基板側のガラス基板を用意し、イオンビームを２０００ｅＶの照射エネルギー、照射時間１２０秒、照射角度４５°の条件で該ガラス基板の表面に照射し、深さ５０ｎｍ（ＲＭＳ）、凹部間ピッチ１００ｎｍの凹凸構造を形成した。なお、ＲＭＳとは、二乗平均平方根（Ｒｏｏｔ　Ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅ）の略であり、２乗して算術平均をとり、平方根にして算出された値である。
次に、実施形態２で用いた上記化学式（３）で示される化合物で構成される化学吸着膜をガラス基板の表面上に形成し、その後は実施例６の場合と同様の方法を用いて液晶表示素子（実施例１２）を作製した。
そして、実施例１２の液晶表示素子について同様に電圧－透過率特性を測定したところ、実施例１２の液晶表示素子のＶ１０は、１．９Ｖであった。このように、実施形態４ではアレイ基板ではなく対向基板側を調整することのみで駆動電圧の低減が可能となり、実用的価値が極めて大きいことがわかった。
なお、別途測定した結果によれば、表面に上記凹凸構造を有するガラス基板上に形成された化学吸着膜と液晶層との間の臨界表面エネルギーは６．３Ｎ／ｍであり、一方、平坦な表面を有するガラス基板上に形成された化学吸着膜と液晶層との間の臨界表面エネルギーは８．６Ｎ／ｍであった。このことから、臨界表面エネルギーの低減、そして、アンカリングエネルギーの低減が閾値電圧の降下の要因となっていることが分かる。
実施形態５
実施形態５の液晶表示素子は、液晶層との界面に設けられる高分子膜として、無機配向膜ＯＡ－０１８（日産化学工業（株）製）を用いること以外は、実施形態１の液晶表示素子と同様の構成を有する。実施形態５において高分子膜は、ＳｉＯ結合を含む高分子材料で構成されている。
高分子膜の材料として上記材料を用いたこと以外は実施例１の場合と同様の方法により液晶表示素子を作製（実施例１３）し、同様に電圧－透過率特性を測定したところ、Ｖ１０＝２．３１Ｖであった。
一方、高分子膜の材料としてＳｉＯ結合を含まない有機配向膜ＳＥ－１２１１（日産化学工業（株）製）を用いて実施例１の場合と同様の方法により液晶表示素子を作製（比較例２）し、同様に電圧－透過率特性を測定したところ、Ｖ１０＝２．７３Ｖであった。
この結果から、高分子膜の材料としてＳｉＯ結合を含む材料を用いることで、アンカリングエネルギーが通常のポリイミド配向膜に比べて大きく減少させることができ、その結果、駆動電圧の低減効果が得られることが分かった。
なお、実施例１３の液晶表示素子を、実施例１と同様にフーリエ変換赤外分光法（ＦＴ－ＩＲ法）及びＸ線光電子分光法（ＸＰＳ法）を用いて分析したところ、上記高分子材料に含まれる繰り返し単位当たりのＳｉ原子の割合は、６．２重量％であった。
実施形態６
実施形態６の液晶表示素子は、液晶層との界面に設けられる高分子膜の構成が異なること以外は、実施形態１の液晶表示素子と同様の構成を有する。実施形態６において高分子膜は、ＳｉＯ結合を有する高分子材料で構成されている。
具体的に以下のようにして、実施形態６の液晶表示素子を作製した。
まず、エタノール５２．３ｇ及びシュウ酸２０．５ｇの混合溶液中に、還流下、テトラエトキシシラン２１．８ｇ及びトリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン５．５ｇの混合物を滴下し、５時間還流を行った。その後、ブチルセロソルブ７５ｇを加え、４重量％のＳｉＯ２濃度を有するポリシロキサン溶液を調製した。
次に、上記調製したポリシロキサン溶液をガラス基板上にスピンコート法により成膜後、３０分間、６０℃で放置し、その後２５０℃で１時間焼成することにより高分子膜（配向膜）を形成した。乾燥後の高分子膜の膜厚は１００ｎｍであった。そして、他の構成については実施例１の場合と同様にして液晶表示素子（実施例１４）を作製し、室温にて電圧－透過率特性を測定した。その結果、実施例１４の液晶表示素子のＶ１０は２．１８Ｖであり、大幅な駆動電圧低減が得られることが確認された。
なお、実施例１４の液晶表示素子の高分子膜を化学分析したところ、上記高分子材料に含まれる繰り返し単位当たりのＳｉ含有量は約８重量％であり、これによりアンカリングエネルギーが減少し、駆動電圧が低減されている。このことから、Ｓｉ含有量を多くするにつれて閾値電圧は低下すると見込まれ、５～３０重量％であることが成膜性、配向性の両方の観点からも好ましい。
実施形態７
実施形態７の液晶表示素子は、液晶層との界面に設けられる高分子膜の表面にナノオーダーの凹凸構造を有すること、及び、液晶層との界面に設けられる高分子膜の構成が異なること以外は、実施形態１の液晶表示素子と同様の構成を有する。
具体的に以下のようにして、実施形態７の液晶表示素子を作製した。
まず、ガラス基板を用意し、集束イオンビーム（照射時間１２０秒、照射角度４５°）を該ガラス基板の表面に照射して該ガラス基板の表面改質を行い、深さが数十ｎｍ、凹部間ピッチが数十ｎｍの凹凸構造を形成した。ここでは、凹凸構造の深さ及びピッチのオーダーがそれぞれ異なる複数枚のガラス基板を用い、かつその他の構成は実施例１の場合と同様にして、高分子膜の表面に形成される凹凸構造のオーダーがそれぞれ異なる複数の液晶表示素子（実施例１５～１８、比較例３，４）を作製した。
これらの液晶表示素子に対し、実施例１と同様の方法を用いて、室温にて電圧－透過率特性を測定したところ、下記表４で示される結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
表面粗さ計（商品名：Ｎｅｗ　Ｖｉｅｗ　５０３２、ＺＹＧＯ社製）を用いて各液晶表示素子（実施例１５～１８、比較例３，４）が備える窒化シリコン（ＣＮｘ）膜（高分子膜）表面の観察を行ったところ、ナノサイズの微細な凹部や空孔が観測された。このような形状効果によれば、表面が平坦な有機配向膜に比べて１桁以上小さいアンカリングエネルギーを得ることができる。
上述の例では、高分子膜の材料として窒化シリコン（ＣＮｘ）を挙げたが、これに限定されず、ＡｌＯｘ、ＳｉＯｘ、ＴｉＯｘ、ＨｆＯｘ、ＳｉＣ、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ）等の他の無機誘電体を用いることも可能である。また、実施形態７において高分子膜は、これら無機誘電体の積層膜であってもよく、例えば、ＡｌＯｘ膜とＨｆＯｘ膜とを重ね合わせる等、適宜組み合わせることが可能である。
上記各実施例及び比較例では、基板表面の微細凹凸の形状により液晶分子に対し垂直配向性を付与しているが、イオンビーム照射による化学構造の変化（結合エネルギーの減少）も垂直配向性向上に寄与している。
なお、基板表面の凹凸の深さが１０ｎｍ未満（比較例３）では液晶分子の均一な垂直配向性が得られなかった。また、１００ｎｍを越えても（比較例４）良好な液晶分子の配向が得られるが、閾値電圧の低減効果が飽和するため、実用的には１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下が好適な範囲である。
以上、実施形態１～７について説明したが、各実施形態はそれぞれを組み合わせることができ、また、各高分子膜を積層させたものを用いてもよい。更に、高分子膜中にＡｌ（アルミニウム）、Ｇａ（ガリウム）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（スズ）、Ｔｉ（チタン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｈｆ（ハフニウム）を含有させてもよく、これにより、よりアンカリングエネルギーを減らすことができる。
実施形態８
図１３は、実施形態８の液晶表示装置の構成を示す断面模式図である。図１３に示すように、実施形態８の液晶表示装置は、液晶層３及び液晶層３を挟持する一対の基板１，２を有する液晶表示パネルを備え、一対の基板の一方はアレイ基板１であり、他方が対向基板２である。実施形態８の液晶表示素子は、対向基板２側に対向電極６１を有すること以外は、実施形態１の液晶表示素子と同様の構成を有する。図１３に示すように、対向基板２側の透明基板（上基板）１２の液晶層側の主面上には、対向電極６１、誘電体層（絶縁層）６２及び高分子膜（配向膜）１４がこの順に積層されている。なお、対向電極６１と透明基板１２の間にはカラーフィルタ層が設けられてもよい。
対向電極６１は、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の透明導電膜から形成される。対向電極６１及び誘電体層６２はそれぞれ、少なくとも全表示領域を覆うように切れ目なく形成されている。対向電極６１には、各絵素に共通の所定の電位が印加される。
誘電体層６２は、透明な絶縁材料から形成される。具体的には、窒化シリコン等の無機絶縁膜、アクリル樹脂等の有機絶縁膜等から形成される。
他方、アレイ基板１側の透明基板１１の液晶層１３側の主面上には、絵素電極３０及び共通電極４０を含む櫛型電極と、高分子膜（配向膜）１３とが設けられている。また、２枚の透明基板１１、１２の外主面上には偏光板１７、１８が配設されている。
黒表示時以外、絵素電極３０と共通電極４０との間、及び、絵素電極３０と対向電極６１との間には異なる電圧が印加される。共通電極４０及び対向電極６１は、接地されてもよいし、共通電極４０及び対向電極６１には、同じ大きさかつ極性の電圧が印加されてもよいし、互いに異なる大きさかつ極性の電圧が印加されてもよい。
実施形態８の液晶表示素子もまた、低閾値電圧で駆動可能である。また、対向電極６１を形成することにより、応答速度を向上することができる。
図１４は、実施形態８の液晶表示装置の構成を示す平面模式図である。なお、図１４に示される形態の特徴は、実施形態１～７に適用してもよい。画素は、複数色の絵素から構成されている。ただし、画素は、複数色の絵素から構成されていなくてもよく、すなわち、本実施形態の液晶表示素子は、白黒表示を行うものであってもよく、この場合、以下の構成は画素を示す。また、液晶表示装置を正面視したとき、すなわち一対の基板面を正面視したときの３時方向、１２時方向、９時方向及び６時方向をそれぞれ、０°方向（方位）、９０°方向（方位）、１８０°方向（方位）及び２７０°方向（方位）とし、３時及び９時を通る方向を左右方向とし、１２時及び６時を通る方向を上下方向とする。
透明基板１１の液晶層３側の主面上には、信号線３３と、走査線３５と、共通配線４１と、スイッチング素子（アクティブ素子）であり、かつ各絵素に１つずつ設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３７と、各絵素に別個に設けられた絵素電極３０と、複数の絵素（例えば、全絵素）に共通して設けられた共通電極４０とが設けられている。
走査線３５、共通配線４１及び共通電極４０は透明基板１２上に設けられ、走査線３５、共通配線４１及び共通電極４０上にはゲート絶縁膜（図示せず）が設けられ、信号線３３及び絵素電極３０はゲート絶縁膜上に設けられ、信号線３３及び絵素電極３０上には高分子膜（配向膜）１３が設けられている。
なお、共通配線４１及び共通電極４０と、絵素電極３０とはフォトリソ法により、同一工程で同一膜を用いてパターニングされ、同一層（同じ絶縁膜）上に配置されもよい。
信号線３３は、互いに平行に直線状に設けられ、隣接する絵素間を上下方向に延伸している。走査線３５は、互いに平行に直線状に設けられ、隣接する絵素間を左右方向に延伸している。信号線３３と走査線３５とは、直交しており、信号線３３及び走査線３５によって区画された領域が概ね１つの絵素領域となる。走査線３５は、表示領域内でＴＦＴ３７のゲートとしても機能している。
ＴＦＴ３７は、信号線３３及び走査線３５の交差部近傍に設けられ、走査線３５上に島状に形成された半導体層３８を含む。また、ＴＦＴ３７は、ソースとして機能するソース電極３４と、ドレインとして機能するドレイン電極３６とを有する。ソース電極３４は、ＴＦＴ３７と信号線３３とを接続し、ドレイン電極３６は、ＴＦＴ３７と絵素電極３０とを接続する。ソース電極３４と信号線３３とは、同一膜からパターン形成され、かつ互いに接続されている。ドレイン電極３６と絵素電極３０とは、同一膜からパターン形成され、かつ互いに接続されている。
絵素電極３０には、ＴＦＴ３７がオン状態の間、画像信号が所定のタイミングで信号線３３から供給される。一方、共通配線４１及び共通電極４０には、各絵素に共通の所定の電位が印加される。
絵素電極３０の平面形状は、櫛歯形状であり、絵素電極３０は、直線状の幹部（絵素幹部３１）と、直線状の複数の櫛歯部（絵素櫛歯部３２）とを有する。絵素幹部３１は、絵素の短辺（下辺）に沿って設けられる。各絵素櫛歯部３２は、絵素幹部３１と接続されている。また、各絵素櫛歯部３２は、絵素幹部３１から対向する短辺（上辺）に向かって、すなわち略９０°方向に向かって延伸されている。
共通電極４０は、平面視櫛歯形状を含み、直線状の複数の櫛歯部（共通櫛歯部４２）を有する。共通櫛歯部４２及び共通配線４１は、同一膜からパターン形成され、かつ互いに接続されている。すなわち、共通配線４１は、複数の共通櫛歯部４２同士を接続する、共通電極４０の幹部（共通幹部）でもある。共通配線４１は、走査線３５と平行に直線状に設けられ、隣接する絵素間を左右方向に延伸している。共通櫛歯部４２は、共通配線４１から、対向する絵素の下辺に向かって、すなわち略２７０°方向に向かって延伸されている。
このように、絵素電極３０と共通電極４０とは、互いの櫛歯（絵素櫛歯部３２、共通櫛歯部４２）が噛み合うように対向配置されている。また、絵素櫛歯部３２及び共通櫛歯部４２は、互いに平行に配置されるとともに、間隔を有して互い違いに配置されている。
また、図１４に示した例では、液晶分子の傾斜方向が逆向きである２つのドメインが１つの絵素内に形成される。ドメイン数は特に限定されず適宜設定できるが、良好な視角特性を得る観点からは、４つのドメインを一つの絵素内に形成してもよい。
また、図１４に示した例は、１つの絵素内に電極間隔が異なる２以上の領域を有する。より詳細には、各絵素内には、電極間隔が相対的に狭い領域（間隔Ｓｎの領域）と、電極間隔が相対的に広い領域（間隔Ｓｗの領域）とが形成されている。これより、各領域でのＶＴ特性の閾値を異ならせることができ、特に低階調における絵素全体のＶＴ特性の傾斜をなだらかにすることができる。その結果、白浮きの発生を抑制し、視野角特性を向上することができる。なお、白浮きとは、低階調の比較的暗い表示を行った状態で、観察方向を正面から斜めに倒したときに、暗く見えるはずの表示が白っぽく見えてしまう現象である。
なお、本願は、２００９年７月２８日に出願された日本国特許出願２００９－１７５７０４号、及び、２０１０年１月１５日に出願された日本国特許出願２０１０－００６６９０号を基礎として、パリ条約ないし移行する国における法規に基づく優先権を主張するものである。該出願の内容は、その全体が本願中に参照として組み込まれている。
１：アレイ基板
２：対向基板
３：液晶層
１１，１２：透明基板
１３，１４：高分子膜（配向膜）
１５：液晶分子
１６：櫛型電極
１７，１８：偏光板
２１：スペーサー
２２：シール部材
３０：絵素電極
３１：絵素幹部
３２：絵素櫛歯部
３３：信号線
３４：ソース電極
３５：走査線
３６：ドレイン電極
３７：ＴＦＴ
３８：半導体層
４０：共通電極
４１：共通配線（共通幹部）
４２：共通櫛歯部
５１：アレイ基板側の偏光板の透過軸
５２：対向基板側の偏光板の透過軸
５３：電界の印加方位
６１：対向電極
６２：誘電体層

Claims (7)

  1. 一対の基板と、該一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子であって、
    該液晶層は、電圧無印加時に該一対の基板の少なくとも一方の基板面に対して垂直に配向する液晶分子を含有し、
    該一対の基板の少なくとも一方は、一対の櫛型電極を有し、
    該一対の基板の少なくとも一方は、液晶層と接する側の面に高分子膜を有し、
    該高分子膜は、ＣＦ２結合を有する高分子材料で構成されている
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  2. 一対の基板と、該一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子であって、
    該液晶層は、電圧無印加時に該一対の基板の少なくとも一方の基板面に対して垂直に配向する液晶分子を含有し、
    該一対の基板の少なくとも一方は、一対の櫛型電極を有し、
    該一対の基板の少なくとも一方は、液晶層と接する側の面に高分子膜を有し、
    該高分子膜は、側鎖末端にＣＦ３基を有する高分子材料で構成されている
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  3. 前記高分子材料の繰り返し単位当たりのＦ原子の割合は、５重量％以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶表示素子。
  4. 一対の基板と、該一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子であって、
    該液晶層は、電圧無印加時に該一対の基板の少なくとも一方の基板面に対して垂直に配向する液晶分子を含有し、
    該一対の基板の少なくとも一方は、一対の櫛型電極を有し、
    該一対の基板の少なくとも一方は、液晶層と接する側の面に高分子膜を有し、
    該高分子膜は、ＳｉＯ結合を有する高分子材料で構成されている
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  5. 前記高分子材料の繰り返し単位当たりのＳｉ原子の割合は、５重量％以上であることを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子。
  6. 一対の基板と、該一対の基板間に封止された液晶層とを含む液晶表示素子であって、
    該液晶層は、電圧無印加時に該一対の基板の少なくとも一方の基板面に対して垂直に配向する液晶分子を含有し、
    該一対の基板の少なくとも一方は、一対の櫛型電極を有し、
    該一対の基板の少なくとも一方は、液晶層と接する側の面に高分子膜を有し、
    該高分子膜は、無機材料で構成されており、表面に、深さ１０ｎｍ以上、１００ｎｍ以下の複数の凹部を有する
    ことを特徴とする液晶表示素子。
  7. 前記液晶分子は、正の誘電率異方性を有するネマチック液晶分子であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の液晶表示素子。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014167885A1 (ja) * 2013-04-12 2014-10-16 Jsr株式会社 光学装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102351039B1 (ko) * 2015-06-12 2022-01-13 삼성디스플레이 주식회사 액정 조성물 및 이를 포함하는 액정 표시 장치
ES2953003T3 (es) 2018-10-04 2023-11-07 Integra Lifesciences Corp Métodos y dispositivos para llevar en la cabeza
USD901737S1 (en) 2018-10-04 2020-11-10 Integra Lifesciences Corporation Wearable headgear device
US10795226B2 (en) * 2018-12-29 2020-10-06 Wuhan China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd. Display device

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1184388A (ja) * 1997-09-16 1999-03-26 Canon Inc 液晶素子
JP2001108995A (ja) * 1999-10-12 2001-04-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 液晶表示素子とその製造方法
JP2001159759A (ja) * 1999-12-02 2001-06-12 Fujitsu Ltd 液晶表示装置
JP2005179429A (ja) * 2003-12-17 2005-07-07 Jsr Corp 液晶配向剤および液晶表示素子
JP2005189889A (ja) * 1996-05-08 2005-07-14 Hitachi Ltd アクティブマトリクス型液晶表示装置
JP2006309025A (ja) * 2005-04-28 2006-11-09 Dainippon Printing Co Ltd 液晶分子をホメオトロピック配向させた光学素子並びにこれを用いた液晶表示装置及び液晶表示装置
JP2008020521A (ja) * 2006-07-11 2008-01-31 Seiko Epson Corp 液晶装置、及びそれを備えた画像表示装置
JP2009062540A (ja) * 2002-05-31 2009-03-26 Elsicon Inc 液晶配向層用ハイブリッドポリマー材料

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000111920A (ja) * 1998-09-30 2000-04-21 Canon Inc 液晶素子、及び該液晶素子の製造方法
US6642984B1 (en) * 1998-12-08 2003-11-04 Fujitsu Display Technologies Corporation Liquid crystal display apparatus having wide transparent electrode and stripe electrodes
TW587191B (en) * 1998-12-08 2004-05-11 Fujitsu Display Tech Liquid crystal display apparatus and liquid crystal display panel having wide transparent electrode and stripe electrodes
WO2001002510A1 (en) * 1999-07-05 2001-01-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Chemically adsorbable substance for forming thin film, and method for producing the same and use of the same
EP1223604A1 (en) * 1999-10-12 2002-07-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Liquid crystal display element, optically anisotropic film, and methods for manufacturing them
JP3739002B2 (ja) * 2003-09-04 2006-01-25 セイコーエプソン株式会社 無機配向膜の形成方法、無機配向膜、電子デバイス用基板、液晶パネルおよび電子機器
JP5077873B2 (ja) * 2007-03-19 2012-11-21 スタンレー電気株式会社 液晶表示素子
JP4985609B2 (ja) * 2007-12-26 2012-07-25 Ｊｎｃ株式会社 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005189889A (ja) * 1996-05-08 2005-07-14 Hitachi Ltd アクティブマトリクス型液晶表示装置
JPH1184388A (ja) * 1997-09-16 1999-03-26 Canon Inc 液晶素子
JP2001108995A (ja) * 1999-10-12 2001-04-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 液晶表示素子とその製造方法
JP2001159759A (ja) * 1999-12-02 2001-06-12 Fujitsu Ltd 液晶表示装置
JP2009062540A (ja) * 2002-05-31 2009-03-26 Elsicon Inc 液晶配向層用ハイブリッドポリマー材料
JP2005179429A (ja) * 2003-12-17 2005-07-07 Jsr Corp 液晶配向剤および液晶表示素子
JP2006309025A (ja) * 2005-04-28 2006-11-09 Dainippon Printing Co Ltd 液晶分子をホメオトロピック配向させた光学素子並びにこれを用いた液晶表示装置及び液晶表示装置
JP2008020521A (ja) * 2006-07-11 2008-01-31 Seiko Epson Corp 液晶装置、及びそれを備えた画像表示装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014167885A1 (ja) * 2013-04-12 2014-10-16 Jsr株式会社 光学装置
JPWO2014167885A1 (ja) * 2013-04-12 2017-02-16 Jsr株式会社 光学装置

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Publication number Publication date
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