JP2000330119A

JP2000330119A - 液晶素子

Info

Publication number: JP2000330119A
Application number: JP11143845A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Okada; 伸二郎岡田; Akira Tsuboyama; 明坪山; Hirohide Munakata; 博英棟方
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 1999-05-24
Publication date: 2000-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】特にプレチルトが高い場合でも、コントラス
トが高く、電界解除時に高速応答可能な液晶素子を提供
する。【解決手段】液晶を水平配向させる水平配向膜成分と
液晶を垂直配向させる垂直配向膜成分にて高プレチルト
の配向膜１４，１５を形成する。さらに、この高プレチ
ルトの配向膜１４，１５を有する一対の基板１１，２３
により、スプレイの弾性定数とベンドの弾性定数の差が
５．０（ｐＮ）以下である液晶層２６を挟持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶素子に関し、
特にベンド配向をとる液晶を用いるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶素子においては、例えばネマ
ティック液晶を挟む上下基板のラビング方向を９０度回
転させたＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）配向
素子が一般的であるが、同一方向にラビング処理を行っ
た上下二枚の電極基板間にネマティック液晶を挟む配向
方式（スプレイ配向）の液晶素子も昔から知られてい
る。

【０００３】また、このようなスプレイ配向に電圧を印
加してベンド配向に配向変化させることで応答スピード
を改善した液晶素子（πセル）が１９８３年にＢｏｓら
によって発表され、更にこのようなベンド配向セルに位
相補償を行うことで視野角特性を改善した液晶素子（Ｏ
ＣＢセル）の研究が１９９２年に内田等によって発表さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ベンド配向型のネマティック液晶を用いた液晶素子は、
液晶の応答におけるバックフロー現象を抑制することに
よって応答性を改善、高速化したものであるが、実用化
に際し、さまざまな問題点があった。

【０００５】その一つは、スプレイ配向状態をベンド配
向状態に転移させるための電界処理が必要であるという
問題点であった。

【０００６】ここで、このような電界処理が必要なの
は、図１０の（ａ）に示すスプレイ配向と、（ｃ）に示
すベンド配向間の配向転移は連続的ではなく、その二つ
の配向状態間にはディスクリネーションラインが存在す
るため、（ｂ）に示す核発生（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）
及びその成長（ｇｒｏｗｔｈ）というプロセスが必要で
あるが、このようなプロセスはすべての領域で核発生さ
せることが困難であると同時に核発生閾値の制御が難し
いことから、高い電圧をかける必要があるからである。

【０００７】また、上記液晶素子においては、核発生に
よって形成されたベンド領域が成長する速度も印加電圧
が高い程速いが、低電圧では数秒から数分かかり、さら
に実際のマトリクス構造セルでは画素電極間を経由する
ためベンド領域が成長しにくいという問題点があった。
なお、ベンド領域を成長させるため、ＴＦＴセルにおけ
る電圧の印加法に関してもいくつかの検討がなされてい
る（ＩＢＭ，ＩＤＷ１９９６，ｐ１３３”Ｉｎｉｔｉａ
ｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐ
ｅｎｓａｔｅｄＢｅｎｄ−ｍｏｄｅＬＣＤｓ、特開
平９−１８５０３２号公報）。

【０００８】また、上記液晶素子においては、液晶セル
への液晶注入後、一度は電圧処理が必要であるという問
題点や、一度電圧を切るとベンド配向もスプレイ配向に
復帰してしまうため使用時には再度ベンド化処理が必要
であるという問題点があった。

【０００９】ところで、使用時のベンド化処理不用の例
としては１９９８年のＳＩＤにおいてＰ．Ｊ．Ｂｏｓ等
がプレチルト５０〜５１°のπ−セルを発表しており、
プレチルトの大きいセル形成初期からのベンド配向セル
は１９７９年の日本第五回液晶討論会の工学院大学の発
表においてもなされている（予稿集１６６頁以下）。ま
た、特開昭５５−１４２３１６にも報告されている。し
かしながら、このような高いプレチルトを得ることは斜
方蒸着を除き非常に不安定であることから実現はされな
かった。

【００１０】一方、このようにプレチルトを高くした場
合には、パネル内のプレチルト分布によりパネル内の応
答速度の分布が生じ易くなるため、均一な表示状態を取
ることが難しく、また電界解除方向の応答速度が遅くな
るという問題点があった。なお、この現象は電界によっ
て生じた弾性変形量がプレチルトが高いほど少ないと考
えられることから説明することができる。

【００１１】そこで、本発明は、このような問題点を解
決するためになされたものであり、特にプレチルトが高
い場合でも、コントラストが高く、電界解除時に高速応
答可能な液晶素子を提供することを目的とするものであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、ベンド配向及
びスプレイ配向の２つの配向をとることができる液晶
と、前記液晶を挟持する一方、前記液晶に電圧を印加す
る画素電極及び該液晶との界面に配向膜を有する一対の
基板とを備えた液晶素子であって、前記配向膜は前記液
晶を水平配向させる水平配向膜成分と前記液晶を垂直配
向させる垂直配向膜成分を有するものであり、且つ前記
液晶はスプレイの弾性定数とベンドの弾性定数の差が
５．０（ｐＮ）以下のものであることを特徴とするもの
である。

【００１３】また本発明は、前記液晶と前記基板とのプ
レチルト角が２０度以上であることを特徴とするもので
ある。

【００１４】また本発明は、前記液晶を垂直配向させる
垂直配向膜成分がフルオロアルキル鎖をもつ分子構造を
有していることを特徴とするものである。

【００１５】また本発明は、前記液晶は、ベンドの弾性
定数とスプレイの弾性定数の比が１．８以下のネマティ
ック液晶であることを特徴とするものである。

【００１６】また本発明は、前記配向膜中の垂直配向膜
成分の水平配向膜成分に対する比が２：９８以上である
ことを特徴とするものである。

【００１７】また本発明は、前記ベンド配向の前記画素
電極に対する電圧解除時の応答速度は、前記液晶のスプ
レイの弾性定数とベンドの弾性定数の比に比例して決定
されることを特徴とするものである。

【００１８】また本発明のように、液晶を水平配向させ
る水平配向膜成分と液晶を垂直配向させる垂直配向膜成
分にて高プレチルトの配向膜を形成する。さらに、この
高プレチルトの配向膜を有する一対の基板により、スプ
レイの弾性定数とベンドの弾性定数の差が５．０（ｐ
Ｎ）以下である液晶を挟持する。

【００１９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
る液晶素子を備えた液晶装置の構成を示す図であり、同
図において、１、２は偏光板、３はアクティブ素子とし
てＴＦＴを用いた液晶素子、４はレタデーションが正の
位相差フィルムにより構成される位相補償板であり、液
晶素子中を通過する光のレタデーションを補償するもの
である。５はレタデーションが負の位相差フィルムによ
り構成される位相補償板であり、コントラストをとると
共に後述する図２に示す液晶層中の、基板に垂直な方向
と水平な方向とのレタデーション差を補正し、視野角特
性を改善するために導入したものである。

【００２０】なお、本実施の形態においては、液晶層と
レタデーションが正の位相差フィルム４を通過した光の
屈折率楕円体を考えると、後述する図２に示す基板に垂
直な方向の屈折率をＮｚ、それに直交する方向の屈折率
をＮｘ（Ｎｘと直交方向の屈折率はＮｙでＮｘ＝Ｎｙと
設定されている）とすると、負のレタデーションフィル
ム５の屈折率楕円体はフィルム面に垂直な方向の屈折率
Ｎｚ’をＮｘ、それに直交する方向の屈折率Ｎｘ’をＮ
ｚ（Ｎｘ’と直交方向の屈折率はＮｙ’でＮｘ’＝Ｎ
ｙ’と設定されている）となるように設定する。

【００２１】一方、図２は液晶素子３の構成を示す断面
図であり、同図において、１１、２３は一対のガラス基
板、１２は透明導電膜であるＩＴＯ電極、１３は絶縁膜
Ｔａ₂ Ｏ₅ 、１４、１５は配向膜、１６はパッシベーシ
ョン膜、１７はソース電極、１８はｎ＋ａ−Ｓｉ層、１
９はａ−Ｓｉ膜、２０はゲート絶縁膜、２１は絶縁膜、
２２はゲート電極、２４は信号蓄積容量電極、２５は透
明導電膜（ＩＴＯ）、２６は液晶層である。

【００２２】ここで、ａ−Ｓｉ膜１９は水素希釈のモノ
シラン（ＳｉＨ₄ ）をグロー放電分解法（プラズマＣＶ
Ｄ）で、約３００℃のガラス基板上に約２００ｎｍの厚
みで堆積させ、ゲート絶縁膜２０は窒化シリコン（Ｓｉ
Ｎｘ）等をグロー放電分解法（プラズマＣＶＤ）で形成
した。また、オーミック接触のための、ｎ＋ａ−Ｓｉ層
１８はリンのドーピングにより形成した。さらに、保持
容量電極２４による保持容量は約９ｐｆに設定した。な
お、半導体層にはポリシリコン層を用いても良い。

【００２３】また、図３は本実施の形態の駆動波形を示
すものであり、同図において、Ｇ１，Ｇ２，・・・Ｇｎ
はゲート信号線の波形を示し、またＶ＋ｇはゲート選択
電圧で１０ｖ、Ｖ−ｇはゲート非選択電圧で−１０ｖ、
ゲート選択時間は１６μｓ、ソース電圧は−７ｖから＋
７ｖまでに設定し、その中間電位Ｖｃは画素への印加電
圧が対称になるような値に設定した。なお、０ｖにゲー
トＯＦＦ時の変動量を味している。

【００２４】ところで、液晶層２６を形成する液晶とし
ては、ベント配向をとるネマティック液晶が用いられて
いるが、このネマティック液晶の配向はプレチルト７度
以下のプレーナー配向とプレチルト９０度近傍のホメオ
トロピック配向が一般的でその中間のプレチルトを取ら
せることはできなかった。

【００２５】なお、例えば一酸化珪素の斜方蒸着法によ
ると一酸化珪素の柱状カラムが傾斜角度として４０度位
の傾斜で基板面に形成されるので液晶分子が３０度〜４
０度の角度で配向する例があることは報告されている
が、大面積を効果的に処理できる有機膜による配向手法
では液晶分子を実質的に高プレチルトにして配向させる
ことができなかった。

【００２６】また、ベンド配向の安定性は液晶自身の性
質にもよるが、プレチルト角を高くすることでスプレイ
配向よりもベンド配向の弾性エネルギを下げることがで
きると考えられるが、その実現の手段がなかった。さら
に、プレチルト以外のパラメーターを制御する手段でベ
ンド配向を安定化する手段がなかった。

【００２７】そこで、本発明の第１の実施の形態とし
て、ネマティック液晶を垂直配向させる配向膜成分と、
略水平配向させる配向膜成分を混合することによってプ
レチルト角を水平配向膜のプレチルト角と垂直配向膜の
プレチルトの中間の値に制御する一方、液晶分子の基板
界面でのプレチルト角を４、５度以上にしたときにスプ
レイの弾性定数とベンドの弾性定数の差が５．０（ｐ
Ｎ）以下である液晶を用いることにより、高プレチルト
時のパネル内の応答速度分布を改善するようにした。

【００２８】また、このような配向膜を用いることによ
り、スプレイ及びベンドの弾性定数が１４（ｐＮ）以上
の大きい液晶をベンド配向させることが可能になり、且
つ、プレチルトの変動により応答速度が変動し、表示品
位を劣化させる現象を改善することができる。

【００２９】ここで、プレチルト角と応答速度の関係を
下記の表に示す。なお、同表において、応答速度は、プ
レチルト４度の時の応答時間を１として各プレチルト時
の応答速度はその比率で表している。また、この応答速
度はセル厚６μｍの平行ラビングセルにおいてベンド配
向しているセルに、６ｖの電庄を印加しておき、次にベ
ンド配向を維持できる最下限電圧まで電圧を降下させた
ときの光学応答の９０％完了時間で定義した。

【００３０】

【表１】ここで、プレチルト角が４度の時と、約３５度の時の応
答速度を調べるとスプレイの弾性定数Ｋ１１とベンドの
弾性定数Ｋ３３との差（ΔＫ）が大きいほど、プレチル
ト角が高い場合に応答速度が変動している。また、この
表からΔＫの値が５（ｐＮ）を超えると、プレチルトの
変動が応答速度の変動に影響する率が大きく、実素子の
構成としては好ましくないことがわかる。

【００３１】このように、液晶分子の基板上でのプレチ
ルト角を４、５度以上に大きくした場合において、液晶
のスプレイの弾性定数とベンドの弾性定数の差が５．０
（ｐＮ）以下である液晶を用ることによって、高プレチ
ルト時のパネル内の応答速度分布を改善することができ
る。

【００３２】一方、既述したようにプレチルト角が２０
度を超えるプレチルトの制御は面内での垂直配向膜成分
と水平配向膜成分の分布を造ることで安定な高プレチル
ト膜を実現しているが、塗布プロセスの温度ムラや膜厚
ムラから±５度程度の分布をもつことがある。

【００３３】そして、この場合に応答速度の分布を±５
％以内に抑える必要があり、この為にはΔＫを５（ｐ
Ｎ）以下にする必要がある。なお、このようにΔＫが大
きいとプレチルト角依存性が大きくなる理由は、ベンド
配向における弾性歪みエネルギーがスプレイの弾性定数
とベンドの弾性定数の差に依存するためと思われる。

【００３４】また、本実施の形態において、既述したよ
うに二種の配向膜を混合して用いる場合に垂直配向させ
る配向膜がフルオロアルキル鎖もしくはアルキル鎖をも
つ分子構造を有しているものを用いるようにしてもよ
い。

【００３５】また、本発明の第２の実施の形態として、
フッ素系ネマティック液晶を垂直配向させる配向膜と、
略水平配向させる配向膜を混合することにより、配向特
性の異なる微少領域を形成し、これによりベンド配向を
安定化させるようにしている。なお、このフッ素系液晶
とは液晶分子の一部にフッ素原子を含むものを言い、ネ
マチック液晶の極性基としてコアもしくはテイル部分に
フッ素原子を有するものおよびこれらの液晶分子を一部
含み、液晶材料の比抵抗が３ｘ１０¹³Ωｃｍ以上の液晶
組成物をいう。

【００３６】ここで、配向膜上で液晶分子がハイプレチ
ルト配向を形成する場合には液晶の配向が一様性を失っ
てくる（配向揺らぎを持ちやすい）傾向が見られるが、
ネマティック液晶を垂直配向させる配向膜成分と、略水
平配向させる配向膜成分を混合することによりプレチル
ト角を水平配向膜のプレチルト角と垂直配向膜のプレチ
ルトの中間の値に制御した場合には、その傾向が大きく
なってくる。

【００３７】そして、これにより後述する第１の実施例
において形成された配向膜は微小にプレチルトの異なる
領域が混在すると考えられ、全体としては平均的なプレ
チルトとして測定されている。このような微少領域は光
学顕微鏡下で５μｍ² 以下のドメインに分かれ、多くは
１μｍ² 以下の領域で構成されている。

【００３８】そして、このように水平配向膜成分と垂直
配向膜成分からなる配向膜を使用して微少な液晶配向の
ランダム性を造り込むことにより、液晶の応答速度をス
プレイ変形の弾性定数に強く依存させるようにする。

【００３９】ところで、本発明では高いプレチルト角を
誘起するため、下記の繰り返し単位構造を有する垂直配
向膜を使用する。なお、下記繰り返し単位構造中にはフ
ッ素もしくは弗化アルキレン及びアルキレンを含む。ま
た、使用する垂直配向膜中には下記繰り返し単位構造が
存在すればよく、したがって垂直配向膜は下記一般式以
外の繰り返し単位構造を有する共重合高分子化合物であ
ってもよい。（Ｘは高分子鎖の１繰り返し単位を表し、Ｙは（ＣＨ
₂ ）_M −Ｃ_N Ｆ_2N+1と高分子鎖との結合ユニットを表
し、Ｍは０から２０の整数を表し、Ｎは０から５０の整
数を表す。）（Ｘは高分子鎖の１繰り返し単位を表し、Ｙは（ＣＨ
₂ ）_M −Ｃ_N Ｈ_2N+1と高分子鎖との結合ユニットを表
し、Ｍは０から２０の整数を表し、Ｎは０から５０の整
数を表す。）よりのぞましくは（Ｘは、ポリアルキレン鎖、ポリアク
リル酸鎖、ポリメタクリル酸鎖、ポリハロゲノアクリル
酸鎖、ポリアルキルアクリル酸鎖、ポリオキシアルキレ
ン鎖、ポリイミド鎖、ポリアミド鎖、ポリエステル鎖、
ポリ弗化アルキル鎖、ポリカーボネート鎖のいずれかの
１繰り返し単位を表し、Ｙはどちらの向きでもよい、単
結合、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯＯ−、−ＣＯＮ
（Ｒ₁ ）−、−（Ｏ）_n −Ｒ₁ （ＮＲ₂ ）_m −（ＳＯ
₂ ）_p −（Ｏ）_q −（Ｒ₁ ，Ｒ₂ は異なっていてもよい
アルキル基または水素、ｍ、ｎ、ｐ、ｑはそれぞれ異な
っていてもよい０か１）を表し、Ｍは０から２０の整数
を表し、Ｎは０から３０の整数を表す。）以下に上記一般式の繰り返し単位構造の好ましい具体例
をあげるが、本発明は以下の例に限定されるものではな
い。

【００４０】

【化１】上記高分子化合物は大きいプレチルトを誘起するために
用いられるが、プレチルトの異なる他の高分子化合物と
のブレンドして用いることによってプレチルトを調整で
きる。本発明では上記構造の垂直配向膜と他の水平配向
膜をブレンドして用いた。

【００４１】次に、本実施の形態の実施例について説明
する。

【００４２】まず、第１の実施例について説明する。

【００４３】本実施例では、図４に示すパーフルオロア
ルキル基のついた樹脂Ａと、図５に示すポリイミド系ポ
リマー樹脂Ｂとの混合物により形成された配向膜１４，
１５（図２参照）をラビングすることにより、フッ素系
ネマティック液晶の初期ベンド配向を実現している。な
お、樹脂Ａのみでは液晶分子を垂直配向させることがで
きる。また、樹脂Ｂは一般的なポリイミド配向膜であ
り、フッ素系ネマティック液晶を平行配向させることが
でき、樹脂Ｂのプレチルト角は５度以下になる。

【００４４】そして、本実施例では、樹脂Ｂ中に樹脂Ａ
を２％混入させ、上下基板を同一方向にラビングするこ
とで、配向膜表面の実質的な液晶のプレチルト角を増加
させ（約３０°：反平行セルでのレタデーション測定値
からの見積値）、スプレイ配向に対して等しく安定化さ
せる平衡電圧Ｖｅの低い（約１．６ｖ）ベンド配向を実
現した。なお、１％以下の混入では液晶は全面的に平行
配向し、８％以上の混入では全面が垂直配向してしま
う。

【００４５】また、樹脂Ｂの混合、焼成前の溶液の主溶
媒としてＮＭＰを用い、樹脂Ａの混合、焼成前の溶液の
主溶媒としてＩＰＡを用いた。さらに、樹脂Ａ及び樹脂
Ｂの混合性が良くないので塗布に際してはよく撹拌した
後、塗布基板を約１００度に加熱し、この後、塗布し
た。なお、この焼成は２００℃で６０分行った。

【００４６】一方、このようにして形成した配向膜を上
下基板でラビング方向が同じになるようにラビング処理
を行った。なお、ラビング条件はコットン植毛布でラビ
ングローラ径が８０ｍｍφで、ローラ回転数１０００ｒ
ｐｍ、基板表面への毛先の押し込み長さを０．３ｍｍと
し、基板の送りスピードを５０ｍｍ毎秒と設定して行っ
た。

【００４７】そして、この後、このようにして処理した
二枚の電極基板を６μｍφのスペーサーを介して貼り合
わせることにより液晶セルを構成し、チッソ社製の液晶
ＫＮ−５０３１（ΔＫ＝５．０、Ｋ３３／Ｋ１１＝１．
４３）を注入することによって液晶素子を作製した。

【００４８】ここで、このようにして作製した液晶素子
は、液晶セル３０ヘの液晶の注入過程においては、液晶
の流れの存在の影響で図６（ａ）に示すように液晶セル
３０の注入口側でスプレイ配向を取るが、注入口３１に
対して奥側の注入終了部分及び注入口側注入終了部分か
らは（ｂ）に示すようにベンド配向が部分的に生成して
拡大する。

【００４９】なお、セル内のプレチルトのむらなどで電
圧無印加状態でベンド配向転移が全面におよばない場合
でも下記の駆動電圧の印加によって、ベンド化を行うこ
とができるので従来のような長時間のベンド化処理は必
要としない。なお、図７にベンド配向のラビング方向と
の関係を、図８にスプレイ配向のラビング方向との関係
をそれぞれ示す。

【００５０】そして、本実施例のように垂直配向性を有
するパーフルオロアルキルを含有する樹脂Ａと、平行配
向性を有するポリイミド樹脂Ｂを混合させることによ
り、プレチルトを約３０度に設定することができるよう
にすると共に、スプレイの弾性定数とベンドの弾性定数
の差が５．０（ｐＮ）以下である液晶を用い、上下基板
間で液晶分子をベンド配向させた液晶素子を用いること
で、ハイプレチルト界面を有するベンド配向の光学応答
時間のプレチルト角依存性を減少することができる。

【００５１】また、フッ素系ネマティック液晶を配向さ
せることにより、配向特性の異なる微少領域を形成し、
ベンド配向を安定化させることができる。なお、本実施
例において形成された配向膜は微小にプレチルトの異な
る領域が混在すると考えられ、全体としては平均的なプ
レチルトとして測定されている。

【００５２】ここで、このような微少領域は光学顕微鏡
下で５μｍ² 以下のドメインに分かれ、多くは１μｍ²
以下のドメインで構成されており、このような微小ドメ
インの存在が、よりベンド配向を安定化していると考え
られる。

【００５３】なお、例えば低温で塗布するなど配向膜の
分散性が悪い場合には、このような微小ドメインが大き
く形成され、無電界状態で配向の一様性が乱れる事があ
る。このため、本実施例では高温で塗布焼成した分散性
の良い一様なベンド配向をした膜を作成している。

【００５４】一方、本実施例においては、液晶素子の駆
動電圧は１．０ｖと６．０ｖを用いると共に、従来のよ
うなベンド化処理はおこなわず、通常の駆動電圧の印加
でベンド化処理を行った。さらに、１．０ｖと６．０ｖ
でノーマリーホワイト表示を行い、６．０ｖで黒表示を
するために３４ｎｍの位相補償板（図１参照）を用いて
光学補償を行った。

【００５５】また、ＴＦＴの駆動電圧はゲート選択電庄
を１０ｖ、オフ電圧を−１０ｖに設定し、ソース電圧は
画像表示時に１．０ｖから６．０ｖを用いた。さらに対
向電極基板は基準電圧に設定した。そして、このときの
液晶素子の応答スピードは、τｏｎ（電圧印加時）で
０．８ｍｓ、τｏｆｆ（電圧オフ時）では５．８ｍｓで
あった。

【００５６】なお、液晶装置においては、図１に示す２
つの偏光板１，２を直交ニコルスの状態にしてその間に
ラビング軸を両偏光板１，２から４５度傾いた方位にな
るように液晶素子３を配置した。さらに、第１の位相補
償板４をレタデーションが３４ｎｍの位相フィルムにて
形成した。

【００５７】そして、このような構成をとることにより
ベンド化電圧の容易な配向を実現し、パネル面内のプレ
チルト分布によらず応答速度分布の無い配向を実現する
ことができた。

【００５８】次に、第２の実施例について説明する。

【００５９】なお、本実施例においては、ネマティック
液晶を垂直配向させる第１の配向膜と、略水平配向させ
る第２の配向膜とを混合することによってプレチルト角
を水平配向膜のプレチルト角と垂直配向膜のプレチルト
の中間の値に制御したことを特徴とする液晶素子の例を
示す。なお、この液晶素子のセル構成は第１の実施例と
同様にＴＦＴ基板を用いると共に、上下基板とも同一方
向にラビング処理を行っている。

【００６０】そして、本実施例において、第１の配向膜
としては日産化学社のＳＥ−１２１１を用い、第２の配
向膜としては日本合成ゴム社のＡＬ−０６５６を用いる
と共に混合配向膜中の第１の配向膜の割合を４％に設定
した。

【００６１】これにより、ベンド化処理の容易なベンド
配向が得られる。また、セル内のプレチルトのむらなど
で電圧無印加状態でベンド配向転移が全面におよばない
場合でも後述する駆動電圧の印加によって、ベンド化が
行うことができるので従来のような長時間のベンド化処
理は必要としない。

【００６２】ここで、適正配合比の割合は、図９に示す
ように配向膜厚により異なり、配向膜厚が３０ｎｍでは
２．５％〜７．５％であり、８０ｎｍでは１％〜５％で
あった。なお、本実施例において用いた配向膜厚は３０
ｎｍで４％の混合比にとった。この場合、液晶のプレチ
ルト角度は約３０°〜３５°であった。

【００６３】また、第１の配向膜の焼成前溶液の主溶媒
はｎＢＣもしくはＮＭＰであり、第２の配向膜の焼成前
溶液の主溶媒はＮＭＰであった。さらに、混合配向膜の
焼成は焼成温度２００℃で、１時間行った。

【００６４】一方、このようにして形成した混合配向膜
を上下基板でラビング方向が同じになるようにラビング
処理を行った。なお、ラビング条件はコットン植毛布で
ラビングローラ径が８０ｍｍφで、ローラ回転数１００
０ｒｐｍ、基板表面への毛先の押し込み長さを０．３ｍ
ｍとし、基板の送りスピードを５０ｍｍ毎秒と設定して
行った。

【００６５】この後、このようにして処理した二枚の電
極基板を６μｍφのスペーサーを介して貼り合わせるこ
とにより液晶セルを作製し、コレステリックを含有しな
いフッ素系ネマティック液晶であるチッソ社製の液晶Ｋ
Ｎ−５０２８（ΔＫ＝３．１、Ｋ３３／Ｋ１１＝１．３
２）を注入することによって液晶素子を作製した。

【００６６】そして、本実施例において、液晶素子の駆
動電圧は０．７ｖと６．０ｖを用いると共に、従来のよ
うなベンド化処理は行わなかった。また、０．７ｖと
６．０ｖでノーマリーホワイト表示を行い、６．０ｖで
黒表示をするために１４０ｎｍの位相補償板を用いて光
学補償を行った。さらに、ＴＦＴの駆動電圧はゲート選
択電圧を１０ｖ、オフ電圧を−１０ｖに設定し、ソース
電圧は画像表示時に０．７ｖから６．０ｖを用いた。ま
た、対向電極基板は基準電圧に設定した。

【００６７】そして、このときの液晶素子の応答スピー
ドはτｏｎ（電圧印加時）で０．８ｍｓ、τｏｆｆ（電
圧オフ時）では５．５ｍｓであり、１０インチのパネル
内に応答速度の分布は見られなかった。

【００６８】このように、第１配向膜と、第２の配向膜
を混合することにより、２０度を超えるプレチルトを水
平配向成分及び垂直配向成分をもつ混合配向膜で実現し
た場合、プレチルト分布による応答速度分布をなくすこ
とができた。

【００６９】なお、次に比較例として、従来構成のベン
ドセルの応答時間を示す。

【００７０】比較例ではプレチルト約３６°のポリイミ
ド系ブレンド配向膜（ＪＳＲ社ＡＬ−０６５６＋日産化
学ＳＥ−１２１１，４％）を用いて上下基板を同一方向
にコットン布でラビングしたものを用いた。また、セル
厚は６μｍに設定し、液晶材料はチッソ社の材料ＫＮ−
５０３０（ΔＫ＝６．１、Ｋ３３／Ｋｌｌ＝１．８）を
用いた。

【００７１】なお、この液晶は、注入後の初期配向はス
プレイ配向状態をとり、７．０ｖの間欠交流電圧の印加
でベンド配向化処理を行った。この場合、ＴＦＴの駆動
電圧はゲート選択電圧を１０ｖ、オフ電圧を−１０ｖに
設定し、ソース電圧は画像表示時に０．９ｖから６．０
ｖを用いた。また、対向電極基板は基準電圧に設定し
た。

【００７２】このとき、液晶素子の応答スピードはτｏ
ｆｆ（電圧オフ時）では１０インチのパネルで９ｍｓか
ら１１ｍｓの分布であった。

【００７３】一方、本実施例の場合は、既述したように
５．５ｍｓであり、ほとんどプレチルトムラによる応答
速度分布がなく、応答速度分布が大幅に改善されている
ことがわかる（いずれも室温データ）。

【００７４】なお、本実施例においては、第１の偏光板
１と第２の偏光板２を直交ニコルスの状態にしてその間
にラビング軸を両偏光板１，２から４５度傾いた方位に
なるようにセルを配置した。さらに、第１の位相補償板
４をレタデーションが５０ｎｍの位相フィルムにて形成
した。

【００７５】本発明の液晶素子におけるベンド配向は弱
電界時（約１ｖ以下）でラビング方向に偏光板１，２の
軸を合わせた場合においても若干の光り漏れを生じるツ
イスト状態の混じったベンド配向を用いる場合も含む。
このような配向を用いる場合にはベンド配向状態とツイ
スト状態の混じったベンド配向状態を表示状態として用
いることになる。

【００７６】次に、第３の実施例について説明する。

【００７７】本実施例においては、第１の配向膜として
は日産化学社のＳＥ−１２１１を用い、第２の配向膜と
しては日本合成ゴム社のＡＬ−０６５６を用いた。な
お、このようにポリイミド系の配向膜を組み合わせた混
合配向膜上のラビング前の表面エネルギーは３５ｄｙｎ
ｅ／ｃｍから４２ｄｙｎｅ／ｃｍの間に入ってる必要が
あり、より望ましくは３７．４〜４０．１ｄｙｎｅ／ｃ
ｍの間に入っていることが望ましい。

【００７８】また、配向膜厚を８０ｎｍに設定し、混合
配向膜中の第１の配向膜の割合を、２．５％に設定し、
プレチルト角度を約２６°〜３５°に設定した。さら
に、第１の配向膜の焼成前溶液の主溶媒としてｎＢＣを
用い、第２の配向膜の焼成前溶液の主溶媒としてＮＭＰ
を用いた。また、混合配向膜の焼成は焼成温度２００℃
で３０分ホットプレート上で行った。

【００７９】一方、このようにして形成した配向膜を上
下基板でラビング方向が同じになるようにラビング処理
を行った。ラなお、ビング条件はコットン植毛布でラビ
ングローラ径が８０ｍｍφでローラ回転数１０００ｒｐ
ｍ、基板表面への毛先の押し込み長さを０．３ｍｍと
し、基板の送りスピードを５０ｍｍ毎秒と設定して行っ
た。

【００８０】そして、この後、このようにして処理した
二枚の電極基板を６μｍφのスペーサーを介して貼り合
わせることにより液晶セルを構成し、ロディック社製の
液晶ＲＤＰ−３０８６４（ΔＫ＝４．７、Ｋ３３／Ｋ１
１＝１．３）を注入することによって液晶素子を作製し
た。

【００８１】ここで、この液晶素子のベンド保持最低電
圧は２．１２ｖであり、６ｖから２．１２ｖヘの応答速
度は４．５ｍｓであり、１０インチパネルでの応答速度
分布は観察されなかった（室温）。

【００８２】したがって、本実施例のようにフッ素系非
カイラルネマティック液晶を垂直配向させる第１の配向
膜と、該液晶を略水平配向させる第２の配向膜を混合す
ることにより、従来ベンド配向状態を保持するために必
要であったバイアス電圧を著しく低電圧化させることが
でき、２０度を超えるプレチルトを水平配向成分及び垂
直配向成分をもつ混合配向膜で実現した場合にプレチル
ト分布による応答速度分布をなくすことができた。

【００８３】次に、第４の実施例について説明する。

【００８４】本実施例において、第１の配向膜としては
日産化学社のＳＥ−１２１１を用い、第２の配向膜とし
ては日本合成ゴム社のＡＬ−０６５６を用いた。なお、
このようにポリイミド系の配向膜を組み合わせた混合配
向膜上のラビング前の表面エネルギーは３５ｄｙｎｅ／
ｃｍから４２ｄｙｎｅ／ｃｍの間に入ってる必要があ
り、より望ましくは３７．４〜４０．１ｄｙｎｅ／ｃｍ
の間に入っていることが望ましい。

【００８５】また、配向膜厚を３０ｎｍに設定し、混合
配向膜中の第１の配向膜の割合を、４％に設定し、プレ
チルト角度を約３５°〜４５°に設定した。さらに、第
１の配向膜の焼成前溶液の主溶媒としてｎＢＣを用い、
第２の配向膜の焼成前溶液の主溶媒としてＮＭＰを用い
た。そして、混合配向膜の焼成は焼成温度は２００℃で
３０分ホットプレート上で行った。

【００８６】一方、このようにして形成した配向膜を上
下基板でラビング方向が同じになるようにラビング処理
を行った。なお、ラビング条件はコットン植毛布でラビ
ングローラ径が８０ｍｍφで、ローラ回転数１０００ｒ
ｐｍ、基板表面への毛先の押し込み長さを０．３ｍｍと
し、基板の送りスピードを５０ｍｍ毎秒と設定して行っ
た。

【００８７】そして、この後、このようにして処理した
二枚の電極基板を６μｍφのスペーサーを介して貼り合
わせることにより液晶セルを構成し、ロディック社製の
液晶ＲＤＰ−３０８６４（ΔＫ＝４．７、Ｋ３３／Ｋ１
１＝１．３）を注入することによって液晶素子を作製し
た。

【００８８】ここで、この液晶素子のベンド保持最低電
圧は２．１２ｖであり、６ｖから２．１２ｖヘの応答速
度は４．５ｍｓであり、１０インチパネルでの応答速度
分布は観察されなかった（室温）。

【００８９】なお、本実施例で用いたようなブレンド配
向膜においてはベンド配向の応答速度はスプレイの弾性
定数とベンドの弾性定数の比が小さいほど高速に応答す
ることがわかった。この関係を次表に示す。

【００９０】

【表２】ここでの弾性定数比は各液晶の粘性で規格化してあるも
のである（弾性定数比／粘性（ｃｐ））。なお、同表に
おいて、Ｖｅはベンド配向を保持するために必要な最低
電圧であり、ベンド配向が０ｖでも安定な場合には０ｖ
となる。また、応答時間は９０％に輝度変化をする時間
である。

【００９１】そして、この表から、本実施例のようにセ
ル厚が６μｍ、プレチルトが約３５度〜４５度の場合、
Ｋ２２／Ｋ１１に関して応答時間は比例していることが
分かる。なお、液晶ディスプレイをフリッカなく駆動す
るためには６０Ｈｚ以上のフレーム周波数が必要であ
り、この場合１フレームが１６．７ｍｓになることか
ら、１フレーム以内に応答が決定されるためには、配向
のばらつきなどを考えるとＫ２２／Ｋ１１は１．８以下
が望ましい。

【００９２】さらに背面光源を赤、緑、青にきり変える
シーケンシャルバックライトモードでは応答速度は４ｍ
ｓ以下が望ましいため、Ｋ２２／Ｋ１１は１．２以下が
望ましい。

【００９３】このように、Ｋ２２／Ｋ１１は上８以下に
することによってプレチルトに関わらず高速応答を実現
できるベント配向素子を構成することができた。

【００９４】ここで、このような値はセル厚及びプレチ
ルト及び温度によって変わるが、プレチルト角が２０度
以上であればスプレイの弾性定数とベンドの弾性定数の
差を５（ｐＮ）以下に取ることによってこの関係は変わ
らない。さらに、温度の効果は粘性の変化が主であり、
またセル厚に関しては応答速度はセル厚の約１．４乗に
比例するのでいずれも設計可能であるが、上記の関係が
なり立っているのでセル厚と温度を設定することにより
１フレーム以内の高速応答を実現することが可能とな
る。

【００９５】セル厚が薄い方が応答時間としては短くな
るがΔｎの０．２以下の液晶では透過率が低くなってし
まうので、液晶としてはＣ５Ｈ１１−Ｐｈ−ＣＦ＝ＣＦ−Ｐｈ−Ｆ Δｎ＝０．２２８、Ｋ３３／Ｋ１１＝１．３、粘性＝
５．２ｃｓｔＣ３Ｈ７−Ｐｈ−ＣＦ＝ＣＦ−Ｐｈ−Ｆ Δｎ＝０．０．２３、Ｋ３３／Ｋ１１＝１．４３、粘性
＝３．７ｃｓｔＣ２Ｈ５−Ｐｈ−ＣＦ＝ＣＦ−Ｐｈ−Ｆ Δｎ＝０．２３８、Ｋ３３／Ｋ１１＝１．３６、粘性＝
２８ｃｓｔなどの、Δｎが大きく粘性の低い液晶がのぞましい。

【００９６】したがって、本実施例のようにフッ素系非
カイラルネマティック液晶を垂直配向させる第１の配向
膜と、該液晶を略水平配向させる第２の配向膜を混合す
ることにより、従来ベンド配向状態を保持するために必
要であったバイアス電圧を著しく低電圧化させることが
でき、２０度を超えるプレチルトを水平配向成分及び垂
直配向成分洗つ混合配向膜で実現した場合にプレチルト
分布による応答速度分布をなくすことができる。更に、
Ｋ２２／Ｋ１１は１．８以下にすることによってプレチ
ルトに関わらず高速応答を実現できるベンド配向素子を
構成することができた。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように本発明のように、液
晶を水平配向させる水平配向膜成分と液晶を垂直配向さ
せる垂直配向膜成分にて形成された高プレチルトの配向
膜を有する一対の基板によってスプレイの弾性定数とベ
ンドの弾性定数の差が５．０（ｐＮ）以下である液晶を
挟持することにより、応答速度のパネル面内での分布を
大きく改善することができる。これにより、特にプレチ
ルトが高い場合でも、コントラストが高く、電界解除時
に高速応答可能な液晶素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る液晶素子を備えた液
晶装置の構成を示す図。

【図２】上記液晶素子の構成を示す図。

【図３】上記液晶素子を駆動する駆動波形を示す図。

【図４】上記液晶素子の基板に形成される配向膜を構成
するパーフルオロアルキル基のついた樹脂を説明する
図。

【図５】上記配向膜を構成するポリイミド系ポリマー樹
脂を説明する図。

【図６】液晶注入時及び液晶注入後のベンド配向部分及
びスプレイ配向部分の分布を示す図。

【図７】上記ベンド配向のラビング方向との関係を示す
図。

【図８】上記スプレイ配向のラビング方向との関係を示
す図。

【図９】上記配向膜の膜厚による最適条件の差を説明す
る図。

【図１０】従来の液晶素子の配向変化を説明する図。

【符号の説明】

３液晶素子４，５位相補償板１１，２３ガラス基板１４，１５配向膜２６液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者棟方博英東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H090 HB07Y MA01 MA11 MB01 4H027 BA01 BD08 BD20 BE02 4J100 AL08P BA02P BA15P BB18P CA01 JA39

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベンド配向及びスプレイ配向の２つの配
向をとることができる液晶と、前記液晶を挟持する一
方、前記液晶に電圧を印加する画素電極及び該液晶との
界面に配向膜を有する一対の基板とを備えた液晶素子で
あって、前記配向膜は前記液晶を水平配向させる水平配向膜成分
と前記液晶を垂直配向させる垂直配向膜成分を有するも
のであり、且つ前記液晶はスプレイの弾性定数とベンド
の弾性定数の差が５．０（ｐＮ）以下のものであること
を特徴とする液晶素子。
【請求項２】前記液晶と前記基板とのプレチルト角が
２０度以上であることを特徴とする請求項１記載の液晶
素子。
【請求項３】前記液晶を垂直配向させる垂直配向膜成
分がフルオロアルキル鎖をもつ分子構造を有しているこ
とを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
【請求項４】前記液晶は、ベンドの弾性定数とスプレ
イの弾性定数の比が１．８以下のネマティック液晶であ
ることを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
【請求項５】前記配向膜中の垂直配向膜成分の水平配
向膜成分に対する比が２：９８以上であることを特徴と
する請求項１記載の液晶素子。
【請求項６】前記ベンド配向の前記画素電極に対する
電圧解除時の応答速度は、前記液晶のスプレイの弾性定
数とベンドの弾性定数の比に比例して決定されることを
特徴とする請求項１記載の液晶素子。