JPH09160041A

JPH09160041A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH09160041A
Application number: JP32030295A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Oyama; 毅大山; Yuzo Hisatake; 雄三久武; Kiyoshi Shobara; 潔庄原; Hitoshi Hado; 仁羽藤; Makiko Satou; 摩希子佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1995-12-08
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】高速応答で広視野角の液晶表示素子を得る。【解決手段】対向する２枚の基板１０ａ、１０ｂ間に
液晶層１４を挟持して複数の画素を形成する液晶セル１
０とこの液晶セルを２つの偏光器２０ａ、２０ｂで挟ん
でなり、電界印加により複屈折率を制御する液晶表示素
子であり、２枚の基板は液晶層側にそれぞれ電極１２
Ａ，１２Ｂおよび配向膜１３を有している。電極は画素
毎に液晶層に電界を印加できるように対向配置され、少
なくとも一方の基板の電極が画素毎に細幅の導電体部１
２ａ、１２ｂと非導電体部１１ａ、１１ｂとを交互に配
列した構造を有して、２枚の基板が組合わされた状態
で、一方の基板の導電体部と他方の基板の非導電体部が
対向して、液晶層に斜め電界を形成するようにしてい
る。各画素において、２つの基板の配向膜が前記液晶層
の液晶分子をチルト配向させ、かつ、液晶分子が初期配
向状態で例えばユニフォーム状態である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示素子に係わ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄型軽量、低消費電力という大き
な利点を持つ液晶表示素子は、日本語ワ−ドプロセッサ
やディスクトップパ−ソナルコンピュ−タ−等のパ−ソ
ナルＯＡ機器の表示装置として積極的に用いられてい
る。液晶表示素子（以下ＬＣＤと略称）の殆どは、ネマ
ティック液晶を用いており、表示方式としては、複屈折
モ−ドと旋光モ−ドの２つの方式に大別できる。捩じ
れネマティック液晶を用いた複屈折モ−ドの表示方式の
ＬＣＤは、例えば、１８０゜以上捩じれた分子配列から
なるＬＣＤ（ＳＴ方式と呼ばれる）であり、急峻な電気
光学特性を持つため、各画素ごとにスイッチング素子
（薄膜トランジスタやダイオ−ド）が無くても時分割駆
動により容易に大容量表示が得られる。

【０００３】しかしながら前述したＳＴ方式は応答そく
どが数百ミリ秒と遅く、また視角特性も狭いので高い表
示性能を必要とする応用製品には適さない。

【０００４】一方、旋光モ−ドのＬＣＤは９０゜捩じれ
た分子配列をもち（ＴＮ方式と呼ばれる）、高いコント
ラスト比を示すことから、時計や電卓、さらにはスイッ
チング素子を各画素ごとに設けることにより大表示容量
で高コントラストな高い表示性能を持ったＬＣＤ（たと
えばＴＦＴ−ＬＣＤ）を実現することができる。

【０００５】近年、このＴＮ方式のＴＦＴ−ＬＣＤは階
調表示を行っているが、斜めから観察した場合には表示
の反転や黒つぶれ、白抜けといった現象が生じる。よっ
て、視角特性は極めて狭い。また、このＴＮ方式のＴ
ＦＴ−ＬＣＤは高品位化に伴い、デスクトップモニタ等
大型でかつ極めて高精細な応用製品にも用いられるよう
になった。こうした分野や、高品位のＴＶ用途に応用す
る場合、極めて早い応答速度が必要になるが、前記ＴＮ
方式は階調表示を行った場合、パタ−ン書き替えに要す
る応答時間は最大１００ミリ秒と遅い。

【０００６】また、このＴＮ方式は高いコントラスト特
性を得るには、動作電圧が４〜５ｖ必要であり、消費電
力は高い。

【０００７】前述したＴＮ方式の視角特性を改善する手
段として、一画素内に液晶分子の起き上がる方向（プレ
チルト方向）が１８０゜異なる二領域を設けた液晶表示
素子を用いて視角依存性を改善する方法（Two Domain
ＴＮ：ＴＤＴＮと略称例えば、特開昭６４−８８５２
０）や、スプレイ配列を用い、ＴＤＴＮと同様の効果を
得るDomain Divided ＴＮ（ＤＤＴＮと略称 Y.Koike,e
t.al.,1992,SID,p798)などが提案されている。これら
は、前述した印加電圧−透過率特性の視角依存性が異な
る二領域を一画素として、前述した極値を事実上なくす
ことを目的としている。

【０００８】しかしながら、これらの手法は、微細な領
域内でプレチルト方向を変えるためにレジストをパタ−
ニングしてラビングしたり、微細な領域内で２種の配向
膜（表面状態や材料）を形成するためにパタ−ニングや
マスク露光をしたり、と従来のＴＮ方式の工程より工程
数が増え、著しくコスト高となるため、実用的でない。

【０００９】また、ある程度の視角範囲では前述した極
値をなくすことができるが、視角特性は視角依存性が異
なる二領域の個々の特性の平均の特性であり、視角方向
によっては極致をなくすことができない。また、コント
ラストについては、悪い特性と良い特性を平均化するの
で、平均的な特性となってしまい良い特性単体よりもコ
ントラストが低下してしまう。また、応答速度について
は従来のＴＮ方式と変わりない。

【００１０】これに対し、ヤマグチ（Y.Yamaguchi ）ら
は、ツイストしていないスプレイ配列のネマティック液
晶層に電圧を印加して、ベント配列としてこのベント配
列を維持する印加電圧範囲内で液晶分子のチルト状態を
印加電圧値により制御し、液晶層における位相差を電圧
により制御する複屈折効果型の液晶表示モ−ド：ＯＣＢ
モ−ド（Optically Compensated Birefringence mode）
を提案している（Y.Yamaguchi,etal．ＳＩＤ９３ＤＩ
ＧＥＳＴ，ｐｐ２７７−２８０）。また、ボス（P.Bos
）らも同様の液晶表示モ−ドを提案している（P.Bos,e
tal．ＳＩＤ´８３ＤＩＧＥＳＴ，ｐｐ３０−３
１）。

【００１１】このＯＣＢモ−ドの液晶分子配列は、液晶
層の上半分、下半分が常時対称な形状となっていること
が特徴である。従って左右方位に視角（観察角度）を傾
けても、その視角特性は対称となる。さらに、２軸の位
相差板を配置することにより、ある電圧状態にて、前記
液晶層と前記２軸の位相差板の屈折率楕円体が球とな
り、つまり３次元的に屈折率異方性が無い光学媒体とな
り、この状態からＸ方位に位相差を発生させることによ
り、種々の視角において位相差が０から２分の１波長ま
で変化する電圧制御が可能となり、前述した視角依存性
が殆どない表示モ−ドとなっている。

【００１２】このようにＯＣＢモ−ドは、前述した階調
性能、コントラスト性能の視角特性の点では優れてい
る。しかしながら、前記ＯＣＢモ−ドは、液晶分子配列
をスプレイ配列（電圧無印加状態）から、電圧印加によ
りベント配列に転移させる必要があり、これには強いエ
ネルギ−が必要で、実際には（転移後の）駆動電圧以上
の電圧を印加する必要があった。大容量で高精細な表示
を行う場合、ＴＦＴが必要となるが、このＴＦＴ素子で
は印加できない電圧であり、前記ＯＣＢモ−ドは大容量
で高精細な表示には実用できなかった。また、転移に要
する時間は１分以上も掛り、ディスプレイを立ち上げて
から表示が出るまで、まるで真空管を用いたＣＲＴディ
スプレイのように時間が掛る。

【００１３】また、前記ＯＣＢモ−ドは、ベント配列を
維持する（スプレイ配列への転移を防止する）必要があ
り、このためにはある程度の電圧を常時全変調部に印加
しておく必要がある。素子の駆動電圧を少しでも低くす
るためには、前記ベント配列を維持する電圧を駆動電圧
範囲の下限とする必要がある。この場合、この印加電圧
においてベント配列が安定して維持される必要がある。
しかしながら、ベント配列が安定して維持される印加電
圧は、およそ２．５Ｖと高く、結果的に駆動電圧は高い
ものとなっていた。

【００１４】また、十分なコントラストを得るには動作
電圧として５〜８ｖも必要であり、消費電力は極めて高
い。

【００１５】また、高温状態では液晶相のリタデ−ショ
ンが変化するので表示特性が悪化するといった温度特性
の問題もある。また、生産上、上下基板のプレチルト角
を完全に対称に制御する必要があり、面内におけるプレ
チルト角むらのマ−ジンが狭い。よって歩留まりが低い
といった問題もある。

【００１６】これに対し、大江らは一方に基板に基板平
面方向に電界が印加できる電極を形成し、液晶分子の配
列方向を基板平面方向において変化させるＩｎ−ｐｌａ
ｎｅモ−ドを改良し、単純な電極構造からなるＴＦＴア
レイ及びＳＳＦＬＣのように４５゜の分子配列変化とし
たＴＦＴ−ＬＣＤを提案したＩＰＳモ−ド(M,Oh-e,et.a
l."Principles and Characteristics of Electro-Optic
al Behaviour In-Plane Switching Mode",ASIA DISPLAY
'95 DIGEST PAPER p577-580,1995) がある。

【００１７】このＩＰＳモ−ドは、ＳＳＦＬＣ同様、基
板平面方向に液晶分子配列方向を変化させ、リタ−デ−
ションの生じる光軸を電界により制御するものなので前
述した階調表示性能やコントラスト性能の視角特性は極
めて広い。しかしながら、液晶分子の配向規制力（アン
カリング）の影響を強く受けるため応答速度は遅い。ま
た、動作電圧も７ｖと高く消費電力は極めて高い。ま
た、原理的に電極上の液晶分子を変化させることができ
ないので電極上の光偏重は不可能であり、電極は遮光性
のある金属を用いざる終えない。よってＴＦＴ−ＬＣＤ
としては開口率が低くなり、表示輝度は極めて暗くな
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の表示モ−ドは、視角特性、応答速度、駆動電圧（消費
電力）、表示輝度、温度特性等の問題があり、これらを
全て満足するＬＣＤはなかった。

【００１９】本発明は、こうした従来の表示モ−ドの問
題点を解決し、極めて優れた品位をえる新規な表示モ−
ドの構成を提案することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１に、対向
する２枚の基板間に液晶層を挟持して複数の画素を形成
する液晶セルとこの液晶セルを２つの偏光器で挟んでな
る液晶表示素子において、前記２枚の基板は前記液晶層
側にそれぞれ電極および配向膜を有しており、前記電極
は前記画素毎に前記液晶層に電界を印加できるように対
向配置され、少なくとも一方の基板の電極が画素毎に細
幅の導電体部と非導電体部とを交互に配列した構造を有
し、一方の基板の導電体部と他方の基板の非導電体部が
少なくとも一部において対向しており、各画素におい
て、前記２つの基板の配向膜が前記液晶層の液晶分子を
チルト配向させ、かつ、前記液晶分子が初期配向状態で
ユニフォーム状態であることを特徴とする液晶表示素子
を得るものである。

【００２１】ここに非導電体部とは、導電体部間の間隙
部分またはこの間隙に非導電体材料が形成された領域を
いう。

【００２２】前記電極の１画素の基本構成を図１に示
す。また、この電極を組み合わせた液晶セルの構成を図
２に示す。図１（ａ）に示すように観察側の上基板の電
極１２Ａは微細細幅のストライプ上導電体部１２ａとそ
の間隙を構成する非導電体部１１ａをそれぞれ交互に配
置した構造を有し、同じく対向側のアクティブマトリク
ス基板である下基板上の画素電極１２Ｂは微細細幅のス
トライプ状導電体部１２ｂとその間隙を構成する非導電
体部１１ｂをそれぞれ交互に配置した構造を有してい
る。なお、１５はＴＦＴスイッチング素子を示す。

【００２３】図２（ａ）のように検光子としての偏光器
２０ａ、位相差板１９、液晶セル１０および偏光子とし
ての偏光器２０ｂを順次重ねた配置において、Ｖoff は
液晶セルの電極に電圧を印加しない状態すなわち液晶が
初期配向状態にある場合の各光軸、吸収軸（矢印で図
示）を示し、Ｖonは液晶セルの電極に電圧を印加した状
態の各光軸、吸収軸（矢印で図示）の角度を表してい
る。

【００２４】この場合、Ｖoff で光は偏光器間を通過せ
ず、Ｖonで通過する。

【００２５】図２（ｂ）は電圧印加時の液晶分子１４ａ
の配列の変化を示し、電極の導電体部１２に平行に配列
された液晶が電極に電圧が印加されることにより、観察
側からみて捩じれ配向される様子を示している。これを
液晶層断面方向からみた図が（ｃ）である。

【００２６】この液晶セルのように本発明の液晶表示素
子は電圧を印加した場合、図２（ｃ）に示したように液
晶層に斜め電界が印加され、液晶分子１４ａはこの斜め
電界に沿って配列する。

【００２７】本発明の構成の液晶表示素子では図２
（ｃ）に示すような周期的な斜め電界が液晶層に印加で
き、液晶層全体について厚み方向に対しても、面内方向
に対しても、また、電極上の液晶分子に対しても容易に
電界が印加される。符号２１は電極に電圧を印加する電
源を示す。

【００２８】２枚の偏光板２０ａ、２０ｂ間に前記液晶
セル１０を挟持し、前述した従来の表示モード同様、偏
光を制御し、入射した光の透過／吸収を制御するように
しているので直視型の液晶表示素子となる。

【００２９】本発明に用いる液晶セルは本発明者等によ
る特願平０６−１２１６３４号に示される液晶表示素子
同様、斜め電界を印加できる液晶セルを用いるものであ
る。しかしながら、特願平０６−１２１６３４号に示さ
れる液晶表示素子は、セルに偏光を入射させる手段は有
するものの、検光子は設けていない。つまり、偏光板を
２枚用いた構成ではない。これに対し、本発明は液晶セ
ルを２枚の偏光板に挟持した構成としている。これは、
前記特願平０６−１２１６３４号に示される液晶表示素
子は直視型ではなく、投射型用に液晶表示素子にて入射
した光の透過／散乱を制御するものであり、構成上も機
能上も異なるものである。また、本発明は前述したよう
に入射した光の透過／吸収を制御するものであり、本発
明の目的に特に適した諸条件は、後述するように前記特
願平０６−１２１６３４号とは異なっている。

【００３０】本発明の構成は、配向膜が液晶分子をチル
ト配向させる効果を有し、かつ液晶分子は初期配向状態
でユニフォーム状態となっている。これはセルの基板１
０ｂ面に対して一方の方向をＸ方向、それと直角をなす
基板方向をＹ方向、基板法線方向をＺ方向とすると、液
晶分子１４ａの光軸がＸ、Ｙ面となす角がセル間におい
て＋、−が変化しないことを特徴とする。この概念図を
図６に示す。またユニフォーム配列の概念図を図７
（ａ）に示す。液晶分子１４ａは斜め平行にチルトす
る。この構成において、光軸のＸ、Ｙ方向についての回
転は規定されない。

【００３１】なお、図７は上下基板１０ａ、１０ｂ間の
液晶配列を図示したものである。

【００３２】また、本発明の第２は、対向する２枚の基
板間に液晶層を挟持して複数の画素を形成する液晶セル
とこの液晶セルを２つの偏光器で挟んでなる液晶表示素
子において、前記２枚の基板は前記液晶層側にそれぞれ
電極および配向膜を有しており、前記電極は前記画素毎
に前記液晶層に電界を印加できるように対向配置され、
少なくとも一方の基板の電極が画素毎に細幅の導電体部
と非導電体部とを交互に配列した構造を有し、一方の基
板の導電体部と他方の基板の非導電体部が少なくとも一
部において対向しており、各画素において、前記２枚の
基板の配向膜が前記液晶層の液晶分子をチルト配向さ
せ、かつ、前記液晶分子が初期配向状態でスプレイ状態
であることを特徴とする液晶表示素子を得るものであ
る。

【００３３】本発明の構成は、配向膜が液晶分子をチル
ト配向させる効果を有し、かつ液晶分子は初期配向状態
でスプレイ状態となっている。これは図６の概念図にお
いてセルの基板面に対して一方の方向をＸ方向、それと
直角をなす基板方向をＹ方向、基板法線方向をＺ方向と
すると、液晶分子の光軸についてＸ、Ｙ面となす角がセ
ル間において、あるＺ値においてＸ、Ｙ面と一致し、そ
の前後で＋、−が変化することを特徴とする。このスプ
レイ配列の概念図を図７（ｂ）に示す。液晶分子１４ａ
は層中央を挟んでチルト方向が逆になる。この構成にお
いて、光軸のＸ、Ｙ方向についての回転は規定されな
い。

【００３４】さらに、第３に、対向する２枚の基板間に
液晶層を挟持して複数の画素を形成する液晶セルとこの
液晶セルを２つの偏光器で挟んでなる液晶表示素子にお
いて、前記２枚の基板は前記液晶層側にそれぞれ電極お
よび配向膜を有しており、前記電極は前記画素毎に前記
液晶層に電界を印加できるように対向配置され、少なく
とも一方の基板の電極が画素毎に細幅の導電体部と非導
電体部とを交互に配列した構造を有し、一方の基板の導
電体部と他方の基板の非導電体部が少なくとも一部にお
いて対向しており、各画素において、前記２枚の基板の
配向膜が前記液晶層の液晶分子を基板面に対して水平に
配向させ、かつ、前記液晶分子が初期配向状態で前記基
板に対して水平な状態であることを特徴とする液晶表示
素子を得るものである。

【００３５】本発明の構成は、初期配向状態で液晶分子
が基板方向に水平に配列されている。これは図６の概念
図において、液晶分子の光軸がＸ、Ｙ面となす角度が初
期状態においてどの位置においても０゜であるという構
成である。この水平配列の概念図を図７（ｃ）に示す。
液晶分子配向が基板面に逆になる。この構成において、
光軸のＸ、Ｙ方向についての回転は規定されない。

【００３６】さらに、第４に、対向する２枚の基板間に
液晶層を挟持して複数の画素を形成する液晶セルとこの
液晶セルを２つの偏光器で挟んでなる液晶表示素子にお
いて、前記２枚の基板は前記液晶層側にそれぞれ電極お
よび配向膜を有しており、前記電極は前記画素毎に前記
液晶層に電界を印加できるように対向配置され、少なく
とも一方の基板の電極が画素毎に細幅の導電体部と非導
電体部とを交互に配列した構造を有し、一方の基板の導
電体部と他方の基板の非導電体部が少なくとも一部にお
いて対向しており、各画素において、前記２枚の基板の
配向膜が前記液晶層の液晶分子をチルト配向させ、か
つ、前記液晶分子がベンド配列状態で動作することを特
徴とする液晶表示素子を得るものである。

【００３７】本発明の構成は、図６の概念図において、
特定の電圧以上で液晶分子が基板間中央で、液晶分子が
Ｚ方向に配列し、基板面に近づくにつれ一方がＸ、Ｙ面
に対しに対し＋、もう一方が−方向となる構成である。
このベンド配列の概念図を図７（ｄ）に示す。液晶分子
１４ａが層中央で垂直になる。この構成において、光軸
のＸ、Ｙ方向についての回転は規定されない。

【００３８】さらに、第５に、対向する２枚の基板間に
液晶層を挟持して複数の画素を形成する液晶セルとこの
液晶セルを２つの偏光器で挟んでなる液晶表示素子にお
いて、前記２枚の基板は前記液晶層側にそれぞれ電極お
よび配向膜を有しており、前記電極は前記画素毎に前記
液晶層に電界を印加できるように対向配置され、少なく
とも一方の基板の電極が画素毎に細幅の導電体部と非導
電体部とを交互に配列した構造を有し、一方の基板の導
電体部と他方の基板の非導電体部が少なくとも一部にお
いて対向しており、各画素において、一方の基板の前記
画素にはチルト配向、もう一方の基板の前記画素には垂
直配向処理がなされて初期状態で液晶分子がハイブリッ
ト配列状態であることを特徴とする液晶表示素子を得る
ものである。

【００３９】本発明の構成は、図６の概念図において、
液晶分子の光軸が一方の基板の界面でＺ方向となり、そ
こから連続的に変化し、もう一方の基板に向かうに従っ
てＸ、Ｙ平面方向に光軸が近づいていく構成である。こ
のハイブリット配列の概念図を図７（ｅ）に示す。液晶
分子１４ａは下基板１０ｂ側で、チルト、上基板１０ｂ
側で垂直になる。この構成において、光軸のＸ、Ｙ方向
についての回転は規定されない。

【００４０】さらに、第６に、各画素において、２枚の
基板の画素に垂直配向処理がなされ、初期状態で液晶分
子が垂直配列状態であることを特徴とする液晶表示素子
を得るものである。

【００４１】本発明の構成は、図６の概念図において、
液晶分子の光軸が一方の基板の界面でＺ方向となり、そ
こから連続的にもう一方の基板に向かうに従ってＸ軸方
向に光軸が近づいていく構成である。この構成におい
て、光軸のＹ方向は規定されない。

【００４２】さらに、本発明は、上記において、前記電
極の導電体部、非導電体部の幅は画素毎に、５０μｍ以
下であることを特徴とする液晶表示素子を得るものであ
る。

【００４３】さらに、本発明は各画素において、液晶分
子が初期状態において基板間で捻れて配向されているこ
とを特徴とする。

【００４４】本発明の構成は液晶分子の光軸がセル間で
つねにＺ方向に配列している。この垂直配列状態の概念
図を図７（ｆ）に示す。液晶分子１４ａは基板法線Ｚ方
向に配列する。

【００４５】さらに、本発明は、各画素において、液晶
分子が初期状態において基板間で０〜３６０゜捻れて配
向されていることを特徴とする。

【００４６】本発明の構成は液晶分子の光軸がセル間で
Ｚ方向の変化に対し、Ｘ、Ｙ方向について０〜３６０゜
ツイストしている構成である。この構成において、光軸
のＺ方向は規定されない。

【００４７】さらに、本発明は、各画素において、液晶
分子が初期状態において基板間で０〜１８０゜捻れて配
向されていることを特徴とする。

【００４８】本発明の構成は液晶分子の光軸がセル間で
Ｚ方向の変化に対し、Ｘ、Ｙ方向について０〜１８０゜
ツイストしている構成である。この構成において、光軸
のＺ方向は規定されない。

【００４９】ツイスト角が０〜１８０゜までであれば、
液晶分子の回転は特定の方向のみになるので、液晶分子
は無理な歪みが生じることなく、スイッチングすること
ができる。

【００５０】さらに、本発明は、上下基板の配向方向
が、上下基板ともに電極方向と４５゜の角度をなすこと
を特徴とする。

【００５１】複屈折効果は偏光板とのなす角度が４５゜
のとき最大になるので、偏光板とのなす角度を４５゜か
ら０゜の範囲でスイッチングさせれば、高い透過率が得
られる。

【００５２】さらに、本発明は、各画素において、液晶
分子が初期状態において基板間で９０゜捻れて配向され
ていることを特徴とする。

【００５３】９０゜ねじれて配向させた状態で、旋光性
させて、電圧を印加する事によってそのねじれをほどく
ようにさせると、マージンの広い液晶表示素子が得られ
る。

【００５４】さらに、本発明は液晶組成物として、ネマ
チック液晶、コレステリック液晶、（ネマチック液晶に
カイラル剤を添加してカイラルピッチをもたせた場合も
含む）、スメクチック液晶またはディスコチック液晶を
用いることを特徴とする。

【００５５】さらに、本発明は、液晶組成物として、誘
電率異方性が負の液晶組成物を用いることを特徴とす
る。

【００５６】さらに、本発明は、前記２つの偏光器は、
その吸収軸が直交するように配置されており、前記液晶
表示素子に電圧を印加しない状態において、前記液晶分
子の液晶表示素子平面での配列方位が、前記２枚の偏光
板の一方の吸収軸と平行に配置されていることを特徴と
する。

【００５７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて、詳細に説明する。

【００５８】（実施形態１）図１に本発明の１実施形態
の液晶表示素子の電極構造の１例を示す。（ａ）は上基
板の対向電極の１画素領域の平面図、（ｂ）は下基板の
画素電極の平面図である。

【００５９】図３に本液晶表示素子の構成を示す。上基
板１０ａとして非画素部全域にクロムからなるブラック
マトリクス１６を形成した共通基板用ＩＴＯパタ−ンニ
ングガラス基板を用い、下基板１０ｂとしてＴＦＴから
なるスイッチング素子１５付きガラス基板を用いた。下
基板１０ｂの画素電極１２Ｂには上基板の電極１２Ａと
同様にＩＴＯを用いている。上下基板の各電極は図１に
示すようにストライプ状にパターニングされて、導電体
部１２ａ、１２ｂと非導電体部１１ａ、１１ｂが形成さ
れ、一方の電極の導電体部１２ａ、１２ｂの少なくとも
一部が他方の電極の非導電体部１１ｂ、１１ａに対向す
るように配置される。

【００６０】こうした基板を用いて、配向膜１３として
（株）日本合成ゴム製のＡＬ−３０４６（プレチルト角
測定値３゜）を形成し、ストライプ電極方向に対して、
４５゜の方向にラビング処理を施した。このとき、上下
基板のラビング方向は反平行とした。そして、下基板側
に基板間隙剤として液晶層厚が２．５μｍとなるよう
（株）積水ファインケミカル製の微粒子：ミクロパ−ル
（粒径２．５μｍ）を分散密度１００個／ｍｍ²となる
よう乾式散布法にて散布して、これら基板間に誘電異方
性が正の液晶材料（株）メルクジャパン製ＺＬＩ−１１
３２（Δｎ＝0.14）からなる液晶沿う１４を挟持して、
液晶セル１０を得た。

【００６１】さらに、旋光分散を補償するために、図２
に示すように位相差板１９をセル上に配置し、この液晶
セルに対してラビング方向とそれと直交する方向に吸収
軸を合わせて偏光板２０ａ、２０ｂを配置し、ノーマリ
ーブラックモードの液晶表示素子を得た。

【００６２】なお、図２において、（ａ）は本実施形態
の液晶表示素子の光学構成を示す図であり、図２（ｂ）
はその平面図、図２（ｃ）は断面図である。図２（ｃ）
に本実施形態の液晶表示素子のセル内部の液晶分子の配
列状態を示す。

【００６３】基板法線方向からみた分子配列のモデルを
図４に示す。（ａ）は初期状態、（ｂ）は電圧印加後の
分子配列状態を示す。ラビング方向は電極に対して４５
゜の方向で液晶はホモジニアス配列としている。

【００６４】図４に示したように、初期状態では一様に
配向されているので、透過光はほぼ０となる。このセル
に電圧を印加していくとその電界の方向に液晶が徐々に
角度θで捩じれて配列していき、十分な電圧が印加され
た状態では図４（ｂ）のような配列状態となる。（ｂ）
に示したように、液晶分子１４ａは電圧が加わることに
よって、その斜め電界により非導電体部では電極方向か
ら４５゜であったのが、９０゜の方向に向かっていく。
偏光板は電極に対して４５゜の方向となっているので、
電圧を印加していくことによって複屈折効果が生じるよ
うになり、透過光強度が増加していく。

【００６５】図２（ｃ）に示すように、この素子に電圧
を印加した場合、液晶層には一方の導電体部分から他方
の基板の電極に対して斜めの電界がかかる。そこで液晶
分子はストライプ電極方向からみた場合、電極間でわず
かに傾いた分子配列状態となる。この傾きは電極毎に逆
向きになるので、画素内の液晶層のリタデーションは補
償され、それにより視野角の特性も補償される。従っ
て、本液晶表示素子では、良好な視野角特性が得られ
る。

【００６６】このようにして得られた本液晶表示素子に
ＴＦＴを介して電圧を印加して電気光学特性（透過率−
印加電圧曲線）を測定した。図５にＴ−Ｖ特性を示す。

【００６７】曲線ａは上記液晶表示素子に位相差板を入
れなかった場合、曲線ｂは位相差板を入れた場合であ
る。この結果のようにこの液晶表示素子は低電圧で駆動
でき、また位相差板によって補償すれば高い透過率が得
られることがわかる。

【００６８】また、本発明の液晶表示素子の視野角を測
定したところ、上下左右とも６０゜の領域でコントラス
ト１０：１以上が得られた。

【００６９】また、応答時間を測定したところ、立ち上
がり６ｍｓ、立ち下がり９ｍｓと高速な応答を得ること
ができた。

【００７０】このように、本液晶表示素子により、高速
応答、高コントラスト、広視野角の液晶表示素子を得る
ことができる。

【００７１】（実施形態２）図３の構成において、下基
板にアクティブマトリクス基板、上基板にカラーフィル
ターを形成した基板を用いて、本実施形態の液晶表示素
子を得た。他の条件は実施形態１と同じである。

【００７２】この液晶表示素子に画像を表示させたとこ
ろ、視野角の広い良好な特性が得られた。また、動画を
表示させたところ、応答時間の速い、見やすい画像が得
られた。

【００７３】（実施形態３）本実施形態は実施形態１に
おいて、一方の基板のラビング方向を逆にして、液晶分
子のスプレイ配向状態を得た。チルト配向をさせた上記
実施例に比較してスプレイ配列では液晶分子の立ち上が
りの自由度が高いので、斜め電界によりその電界方向に
動いていくことになる。一方、前記実施例のチルト配向
セルでは一方の斜め電界ではそのままその方向に向くこ
とができるが、もう一方の電界に対してはチルト方向と
逆に立ち上がる必要があるため、ある程度の電圧が必要
となり、斜め電界の方向によりその液晶分子の動きに差
がでてしまう。これに対し、スプレイセルではどちらの
方向の斜め電界に対しても同様に立ち上がるので、より
良好な特性を得ることができる。

【００７４】このようにして得られた本液晶表示素子
に、上記と同様にＴ−Ｖ特性を測定したところ、図５の
曲線ｃのような結果を得ることができた。マトリクス基
板のＴＦＴスイッチング素子を介して電圧を印加して諸
特性を測定したところ、透過率、コントラスト、視野
角、応答時間に関して、良好な特性が得られた。

【００７５】（実施形態４）また、本実施形態の液晶表
示素子において、配向膜としてポリビニルアルコール
（ＰＶＡ）を基板に塗布し、配向膜とした。このセルは
スプレイ配列と同様、立ち上がりの自由度が高いので、
斜め電界によりその電界方向に動いていくことになる。

【００７６】このようにして得られた本液晶表示素子
に、上記と同様にＴＦＴを介して電圧を印加して諸特性
を測定したところ、透過率、コントラスト、視野角、応
答時間に関して、良好な特性が得られた。

【００７７】（実施形態５）また、前記実施形態３のス
プレイ配向セルに電圧を印加してベント配列の液晶表示
素子を得た。このとき、配向膜を日産化学社製ＳＥ−１
５０のポリイミドを用い、液晶組成物としてＺＬＩ−３
９２６（E・Merck 社製）とし、ミクロパールを６μｍの
ものを用い、あとの条件は上記実施例と同様にした。

【００７８】このようにして得られた本液晶表示素子
に、上記と同様にＴＦＴを介して電圧を印加して諸特性
を測定したところ、透過率、コントラスト、視野角に関
して、良好な特性が得られた。また、応答時間について
はベンド配列であるため、立ち上がり２．５ｍｓ、立ち
下がり４．５μｍと特に高速な値が得られた。

【００７９】（実施形態６）図３の構成において、配向
膜として、上基板としてカラーフィルター基板を用い、
垂直配向用配向剤（ＯＤＳ−Ｅ：チッソ製）を形成し、
ＴＦＴ基板側には上記配向膜ＳＥ−１５０を塗布し、電
極方向に対して４５゜の方向にラビングして配向膜を形
成した。そして３．５μｍのミクロパールを散布し、そ
の他の条件は前記実施例と同様にし、液晶表示素子を形
成した。

【００８０】このようにして得られた本液晶表示素子
に、上記と同様にＴＦＴを介して電圧を印加して諸特性
を測定したところ、透過率、コントラスト、視野角に関
して、良好な特性が得られた。また、応答時間について
はハイブリット配列であるため、立ち上がり４ｍｓ、立
ち下がり５ｍｓと特に高速な値が得られた。

【００８１】（実施形態７）図３の構成において、配向
膜として、下基板としてアクティブマトリクス基板、上
基板としてカラーフィルター基板を用い、両方に垂直配
向用配向剤（ＯＤＳ−Ｅ：チッソ製）を形成し、その他
は実施形態１と同様に、液晶表示素子を形成した。

【００８２】垂直配列させた液晶表示素子についても電
圧を印加した状態においては図４（ｂ）のような分子配
列状態となり、十分な複屈折効果を生じる。また、液晶
分子の傾き方向は導電体の左右で逆方向になるので、視
野角が補償される。

【００８３】このようにして得られた本液晶表示素子
に、上記と同様にＴＦＴを介して電圧を印加して諸特性
を測定したところ、透過率、コントラスト、視野角、応
答時間に関して、良好な特性が得られた。

【００８４】（実施形態８）実施形態２において、上基
板であるカラーフィルター基板の配向膜のラビング方向
を画素電極を有する上基板のラビング処理方向に対して
９０゜の方向とし、また、注入する液晶材料にカイラル
剤を０．２ｗｔ％添加し、あとは実施形態２と同様にし
て液晶セルを作製し、偏光板は２枚とも電極方向と同一
方向として配置し、液晶表示素子を作製した。

【００８５】このセルは初期状態において、９０゜液晶
分子がツイストした状態となっており、一方の偏光成分
が液晶層をツイストすることによって黒を出す。そし
て、電圧を印加することによりツイストしている液晶分
子が電界方向に向く用になるので、液晶分子は電極に対
してほぼ４５゜の方向となり、複屈折効果により光が透
過するようになる。

【００８６】このようにして得られた本液晶表示素子
に、上記と同様にＴＦＴを介して電圧を印加して諸特性
を測定したところ、透過率、コントラスト、視野角、応
答時間に関して、良好な特性が得られた。

【００８７】（実施形態９）実施形態２において、ま
た、注入する液晶材料にカイラル剤を５ｗｔ％添加し、
また、スペーサとして２．０μｍのシリカを用い、あと
は実施形態２と同様にして液晶表示素子を作製した。

【００８８】このセルは初期状態において、３６０゜液
晶分子がツイストした状態となっており、液晶分子は旋
光条件を完全にはずれているので、偏光板によって偏光
された光はもう一方の偏光板によって完全に遮断され、
黒表示となる。

【００８９】そして斜め電界を印加すると液晶分子はそ
のツイスト状態をほどいて電極と直交方向に配列する。
そのため液晶分子の複屈折効果により光は透過するよう
になり、表示が可能になる。

【００９０】このようにして得られた本液晶表示素子
に、上記と同様にＴＦＴを介して電圧を印加して諸特性
を測定したところ、透過率、コントラスト、視野角、応
答時間に関して、良好な特性が得られた。

【００９１】（実施形態１０）実施形態２において、液
晶材料をカラーフィルター基板側の配向膜のラビング方
向をマトリクス基板側のラビング処理方向から９０゜の
方向とし、また、注入する液晶材料にカイラル剤を３ｗ
ｔ％添加し、さらに液晶セルと偏光板のあいだに位相差
板をいれ、あとは実施形態２と同様にして液晶表示素子
を作製した。このとき、液晶分子は液晶セル内で２７０
゜ねじれている。そして位相差板を配置し、ノーマリー
ブラックモードとしている。

【００９２】電圧を印加することにより、液晶分子は電
極と直交する方向に揃うようになるので、液晶層のリタ
デーションが変化し、光を透過するようになる。

【００９３】このようにして得られた本液晶表示素子
に、上記と同様にＴＦＴを介して電圧を印加して諸特性
を測定したところ、透過率、コントラスト、視野角、応
答時間に関して、良好な特性が得られた。

【００９４】（実施形態１１）液晶層としてチッソ石油
化学社製ＣＳ−２００５を用い、また、ラビング方向を
電極と直交するようにして、また、スペーサとして１．
８μｍのシリカを用い、他は実施形態２と同様にして液
晶セルを形成した。そして偏光板はラビング方向として
いる。

【００９５】電圧を印加することにより、液晶分子はＣ
Ｓ−２００５のチルト角分スイッチングするので、複屈
折効果によって表示を行うことができる。

【００９６】このようにして得られた本液晶表示素子
に、上記と同様にＴＦＴを介して電圧を印加して諸特性
を測定したところ、透過率、コントラスト、視野角、応
答時間に関して、良好な特性が得られた。

【００９７】（実施形態１２）液晶層としてチッソ製ｎ
型液晶（ＥＮ−３５）を用い、他は、他は実施形態２と
同様にして液晶セルを形成した。

【００９８】このようにして得られた本液晶表示素子
に、上記と同様にＴＦＴを介して電圧を印加して諸特性
を測定したところ、透過率、コントラスト、視野角、応
答時間に関して、良好な特性が得られた。

【００９９】（実施形態１３）液晶層としてディスコテ
ィック液晶を用い、他の条件は実施形態２と同様にして
液晶表示素子を作製した。

【０１００】このようにして得られた本液晶表示素子
に、上記と同様にＴＦＴを介して電圧を印加して諸特性
を測定したところ、透過率、コントラスト、視野角に関
して、良好な特性が得られた。

【０１０１】（実施形態１４）液晶層としてディスコテ
ィック液晶とネマチック液晶ＺＬＩ−３９２６を合成し
たものを用い、他の条件は実施形態２と同様にして液晶
表示素子を作製した。

【０１０２】このようにして得られた本液晶表示素子
に、上記と同様にＴＦＴを介して電圧を印加して諸特性
を測定したところ、透過率、コントラスト、視野角に関
して、良好な特性が得られた。

【０１０３】尚、実施例においては、特有の材料を用
い、特有の製法にて本発明の液晶表示素子を作製した
が、本発明の作用を得る材料及び条件であれば同様の効
果を得ることは言うまでもなく、また、用いるスイッチ
ング素子としては、ＭＩＭなど他の素子であっても、ま
た、素子を用いない単純マトリクス電極構造からなる表
示素子であっても、同様の効果を得ることは言うまでも
ない。

【０１０４】さらに、本発明は、２つの偏光器の１つま
たは全部を省略できる２色性染料を混入したゲストホス
ト型液晶表示素子に適用することができる。その場合、
液晶セルを１枚だけでなく、複数枚重ねで用いることが
できる。

【０１０５】

【発明の効果】本発明によれば、高速応答で広視野角の
液晶表示素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を説明する１実施形態の電極構造を示す
もので、（ａ）は上基板の電極の平面図、（ｂ）は下基
板の電極構造の平面図、

【図２】本発明の液晶表示素子を説明するもので、
（ａ）は各要素の光軸、吸収軸の関係を示す配置図、
（ｂ）は液晶分子の捩じれ動作を説明する平面図、
（ｃ）は液晶層の電界のかかる様子を示す断面図、

【図３】本発明の１実施形態の液晶表示素子の構造を説
明する断面図、

【図４】本発明の１実施形態の液晶表示素子の液晶分子
配列を説明するもので、（ａ）は初期状態を示す平面
図、（ｂ）は電圧印加状態を示す平面図、

【図５】本発明の各実施形態の電気光学特性を示す曲線
図、

【図６】本発明の液晶表示素子を説明するための方位を
定義する斜視図、

【図７】（ａ）乃至（ｆ）は本発明の液晶表示素子の液
晶分子の配列状態を説明する概念図。

【符号の説明】

１０…液晶セル１０ａ、１０ｂ…基板１１ａ、１１ｂ…非導電体部１２ａ、１２ｂ…導電体部１３…配向膜１４…液晶層１４ａ…液晶分子１５…スイッチング素子１６…ブラックマトリクス１９…位相差板２０ａ、２０ｂ…偏光器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者羽藤仁神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者佐藤摩希子神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する２枚の基板間に液晶層を挟持し
て複数の画素を形成する液晶セルとこの液晶セルを２つ
の偏光器で挟んでなる液晶表示素子において、前記２枚
の基板は前記液晶層側にそれぞれ電極および配向膜を有
しており、前記電極は前記画素毎に前記液晶層に電界を
印加できるように対向配置され、少なくとも一方の基板
の電極が画素毎に細幅の導電体部と非導電体部とを交互
に配列した構造を有し、一方の基板の導電体部と他方の
基板の非導電体部が少なくとも一部において対向してお
り、各画素において、前記２つの基板の配向膜が前記液晶層
の液晶分子をチルト配向させ、かつ、前記液晶分子が初
期配向状態でユニフォーム状態であることを特徴とする
液晶表示素子。
【請求項２】対向する２枚の基板間に液晶層を挟持し
て複数の画素を形成する液晶セルとこの液晶セルを２つ
の偏光器で挟んでなる液晶表示素子において、前記２枚
の基板は前記液晶層側にそれぞれ電極および配向膜を有
しており、前記電極は前記画素毎に前記液晶層に電界を
印加できるように対向配置され、少なくとも一方の基板
の電極が画素毎に細幅の導電体部と非導電体部とを交互
に配列した構造を有し、一方の基板の導電体部と他方の
基板の非導電体部が少なくとも一部において対向してお
り、各画素において、前記２枚の基板の配向膜が前記液晶層
の液晶分子をチルト配向させ、かつ、前記液晶分子が初
期配向状態でスプレイ状態であることを特徴とする液晶
表示素子。
【請求項３】対向する２枚の基板間に液晶層を挟持し
て複数の画素を形成する液晶セルとこの液晶セルを２つ
の偏光器で挟んでなる液晶表示素子において、前記２枚
の基板は前記液晶層側にそれぞれ電極および配向膜を有
しており、前記電極は前記画素毎に前記液晶層に電界を
印加できるように対向配置され、少なくとも一方の基板
の電極が画素毎に細幅の導電体部と非導電体部とを交互
に配列した構造を有し、一方の基板の導電体部と他方の
基板の非導電体部が少なくとも一部において対向してお
り、各画素において、前記２枚の基板の配向膜が前記液晶層
の液晶分子を基板面に対して水平に配向させ、かつ、前
記液晶分子が初期配向状態で前記基板に対して水平な状
態であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項４】対向する２枚の基板間に液晶層を挟持し
て複数の画素を形成する液晶セルとこの液晶セルを２つ
の偏光器で挟んでなる液晶表示素子において、前記２枚
の基板は前記液晶層側にそれぞれ電極および配向膜を有
しており、前記電極は前記画素毎に前記液晶層に電界を
印加できるように対向配置され、少なくとも一方の基板
の電極が画素毎に細幅の導電体部と非導電体部とを交互
に配列した構造を有し、一方の基板の導電体部と他方の
基板の非導電体部が少なくとも一部において対向してお
り、各画素において、前記２枚の基板の配向膜が前記液晶層
の液晶分子をチルト配向させ、かつ、前記液晶分子がベ
ンド配列状態で動作することを特徴とする液晶表示素
子。
【請求項５】対向する２枚の基板間に液晶層を挟持し
て複数の画素を形成する液晶セルとこの液晶セルを２つ
の偏光器で挟んでなる液晶表示素子において、前記２枚
の基板は前記液晶層側にそれぞれ電極および配向膜を有
しており、前記電極は前記画素毎に前記液晶層に電界を
印加できるように対向配置され、少なくとも一方の基板
の電極が画素毎に細幅の導電体部と非導電体部とを交互
に配列した構造を有し、一方の基板の導電体部と他方の
基板の非導電体部が少なくとも一部において対向してお
り、各画素において、一方の基板の前記画素にはチルト配
向、もう一方の基板の前記画素には垂直配向処理がなさ
れて初期状態で液晶分子がハイブリット配列状態である
ことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項６】各画素において、２枚の基板の画素に垂
直配向処理がなされ、初期状態で液晶分子が垂直配列状
態であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素
子。
【請求項７】電極の導電体部幅および非導電体部幅が
画素毎に、最大幅が５０μｍ以下であることを特徴とす
る請求項１乃至６のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項８】各画素において液晶分子が初期状態にお
いて基板間で捻れて配向されていることを特徴とする請
求項１乃至５のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項９】各画素において、液晶分子が初期状態に
おいて基板間で０〜３６０゜の範囲で捻れて配向されて
いることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示素子。
【請求項１０】各画素において、液晶分子が初期状態
において基板間で０〜１８０゜の範囲で捻れて配向され
ていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示素
子。
【請求項１１】２枚の基板の配向処理方向が、両基板
ともに電極方向と４５゜の角度をなすことを特徴とする
請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項１２】各画素において、液晶分子が初期状態
において２枚の基板間で９０゜捻れて配向されているこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶
表示素子。
【請求項１３】液晶層にネマチック液晶、コレステリ
ック液晶、スメクチック液晶またはディスコチック液晶
を用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに
記載の液晶表示素子。
【請求項１４】液晶層がポリマーにより挟持されるこ
とを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液晶
表示素子。
【請求項１５】液晶組成物が高分子化されていること
を特徴とする請求項１乃至５に記載の液晶表示素子。
【請求項１６】液晶層に誘電率異方性が負の液晶組成
物を用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
に記載の液晶表示素子。
【請求項１７】２つの偏光器は、吸収軸が互いに直交
するように配置されており、液晶セルに電圧を印加しな
い状態において、液晶層の液晶分子の基板平面での配列
方位が、前記２つの偏光器の一方の吸収軸と平行に配置
されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
に記載の液晶表示素子。