JP2000066246A

JP2000066246A - 液晶素子

Info

Publication number: JP2000066246A
Application number: JP15341899A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Okada; 伸二郎岡田; Akira Tsuboyama; 明坪山; Hirohide Munakata; 博英棟方; Koichi Sato; 公一佐藤; Hidemasa Mizutani; 英正水谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ネマチック液晶のベンド配向を利用して表示
を行なう液晶素子において、電圧無印加状態において安
定したベンド配向を得、高速駆動を可能にする。【解決手段】液晶として体積抵抗値が３×１０¹³Ωｃ
ｍ以上のフッ素系ネマチック液晶を用い、所定の電圧値
を印加した際のリタデーションＲの、液晶の屈折率異方
性Δｎとセル厚ｄとの積Δｎｄに対する比、Ｒ／Δｎｄ
が０．３以下で、ベンド配向を取るように素子を構成す
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、パーソナルコンピ
ュータ等のディスプレイに用いられる液晶素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、表示装置として液晶素子が用いら
れるようになってきたが、一般に広く用いられているの
は、液晶セルの上下基板の配向膜のラビング方向を９０
°回転させ、ネマチック液晶を挟持したＴＮ（Ｔｗｉｓ
ｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モードの液晶素子であるが、
上下基板の配向膜のラビング方向を同一としてネマチッ
ク液晶をスプレイ配向させた液晶素子も知られている。
また、上記スプレイ配向した液晶に電圧を印加してベン
ド配向に配向変化させることによって、応答速度を改善
した方式が１９８３年にＰ．Ｊ．ボス（Ｂｏｓ）等によ
って発表されている（πセル）。さらに、このようなベ
ンド配向セルに位相補償を行なうことで視野角特性を改
善した技術が１９９２年に内田等によって発表されてい
る（ＯＣＢセル）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなベンド配
向型のネマチック液晶素子は、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、液晶素子として実用化するには
いくつかの問題点があった。

【０００４】その一つには、上記したようにスプレイ配
向をベンド配向に転移させるには、電界処理が必要なこ
とであった。スプレイ−ベンド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に、核発生（ｎｕｃｌｅａｔｉ
ｏｎ）及びその成長（ｇｒｏｗｔｈ）というプロセスが
必要である。このようなプロセスは全ての領域で核発生
させることが困難であると同時に、核発生閾値の制御が
難しく、上記電界処理には高電圧をかける必要があっ
た。また、上記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ほど速いが、低電圧では
数秒〜数分かかる。さらに、実際のマトリクス構造セル
では、画素電極間を経由してベンド領域が成長しにくい
という問題もあった。ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用
いたアクティブマトリクス型の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（例えば、
ＩＭＢ、ＩＤＷ１９９６，ｐ１３３”Ｉｎｉｔｉａｌｉ
ｚａｔｉｏｎｏｆＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐｅ
ｎｓａｔｅｄＢｅｎｄ−ｍｏｄｅＬＣＤｓ”，や特
開平９−１８５０３２号公報）。さらに、上記ベンド化
のために印加した電圧を切ると、ベンド配向もスプレイ
配向に復帰してしまうために、使用時には再度ベンド化
処理が必要であるという問題もあった。

【０００５】使用時のベンド化処理を不要とした例とし
ては、１９９８年のＳＩＤにおいて、Ｐ．Ｊ．ボス等が
プレチルト角が５０°〜５１°のπ−セルを発表してい
るが、プレチルト角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５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（予稿集第１６６頁
〜）。また、特開昭５５−１４２３１６号公報にも開示
されている。

【０００６】しかしながら、上記のような高プレチルト
角を得る手段は斜方蒸着を除き非常に不安定であったた
め、実現できなかった。また、液晶セルへの液晶注入
後、一度は電圧印加が必要であった。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的は、上記したようなベンド配向を用い
る液晶素子において、（１）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を不要とする、
（２）使用時の再度ベンド化処理を不要とする、或い
は、ベンド配向のための保持電圧を不要にする、ことに
ある。即ち、安定したベンド配向が得られるセル構成を
実現し、液晶注入後の初期状態においてベンド配向を実
現し、スプレイ配向からのベンド化処理を不要とするこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、液晶に電圧を
印加する電極と、液晶との界面に配向膜を有する一対の
基板と、該基板間に挟持された液晶とを有する液晶素子
であって、上記液晶がネマチック液晶であり、電圧無印
加状態において液晶分子がベンド配向を呈し、所定の電
圧値を印加した際のリタデーション値をＲ（ｎｍ）、上
記ネマチック液晶の屈折率異方性をΔｎ、セル厚をｄ
（ｎｍ）とした時にＲ／Δｎｄで表わされるリタデーシ
ョン比が０．３以下であることを特徴とする液晶素子で
ある。

【０００９】本発明の液晶素子は、液晶セルに液晶を注
入した直後の初期状態において、安定してベンド配向が
得られ、従来のようなベンド化のための電界処理及び保
持電圧の印加が不要である。

【００１０】

【発明の実施の形態】先ず、本発明の液晶素子に係る配
向状態を図１を用いて説明する。図１（ａ）はスプレイ
配向、（ｂ）はベンド配向、（ｃ）は（ｂ）のベンド配
向に駆動電圧Ｖ_onを印加した垂直配向状態を示し、いず
れも基板法線方向の断面模式図である。また、図中、１
ａ、１ｂは基板、２は液晶分子、３ａ、３ｂはラビング
方向を示す。

【００１１】図１に示したような（ｂ）−（ｃ）間の応
答速度は（ａ）−（ｃ）間での応答速度よりも大幅に速
い。従って、（ｂ）−（ｃ）間で駆動することが望まし
いが、従来は、初期状態では（ａ）のスプレイ配向とな
り、（ｂ）のベンド配向にするためにはベンド化電圧を
印加する必要があった。また、一旦ベンド配向した液晶
に印加している電圧を切った場合には、再び（ａ）のス
プレイ配向に戻ってしまうため、駆動時にはベンド配向
を維持するために保持電圧を印加する必要があり、液晶
素子を再使用する際には再びベンド化処理が必要であっ
た。

【００１２】本発明では初期状態、即ち電圧無印加の状
態で（ｂ）のベンド配向が得られる。従って、ベンド化
処理を行なわずにそのまま駆動を行なうことができ、保
持電圧や再ベンド化処理も不要である。

【００１３】本発明の液晶素子においては、図１（ｂ）
−（ｃ）間で中間調を含めた階調表示を行なう。尚、ベ
ンド配向においては、液晶分子２の長軸が上下基板のラ
ビング方向３ａ、３ｂ（ラビング方向３ａ、３ｂが交差
する場合にはその平均ラビング方向）及び基板法線を含
む面に平行に配置した非ツイストベンド（ｎｏｎ−ｔｗ
ｉｓｔｅｄ−ｂｅｎｄ、以下、「ＮＴ−ベンド」と記
す）と、該ＮＴ−ベンド配向から各液晶分子２の長軸が
上記面に対してわずかに角度を有してねじれたツイスト
ベンド（ｔｗｓｉｔｅｄ−ｂｅｎｄ、以下、「Ｔ−ベン
ド」と記す）が含まれる。

【００１４】次に、本発明にかかるリタデーション比に
ついて説明する。

【００１５】従来、ネマチック液晶の配向はプレチルト
角が７°以下のプレーナー配向とプレチルト角が９０°
近傍のホメオトロピック配向が一般的である。一酸化ケ
イ素の斜方蒸着法によると、一酸化ケイ素の柱状カラム
が傾斜角度として４０°位で基板面に形成されることか
ら、液晶分子が３０°〜４０°の角度で配向する例があ
ることは報告されている。しかしながら、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はできなか
った。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ーを下げることができると考
えられるが、その実現手段がなかった。また、プレチル
ト角以外のパラメータを制御する手段でベンド配向を安
定化する手段もなかった。

【００１６】本発明においては、高プレチルト角のセル
を構成することにより初期状態で安定なベンド配向を実
現したものである。プレチルト角は、測定しようとする
液晶素子とは上下基板でラビング方向を反平行にした以
外同じ構成の液晶素子を作製し、該液晶素子のリタデー
ションをベレック型のコンペンセーターで測定すること
により求めることができる。

【００１７】一方、プレチルト角を測定しようとする液
晶素子のリタデーションを直接測定し、その値から得ら
れるリタデーション比によって、プレチルト角及びベン
ド配向か否かを判断することができることから、本発明
においては当該リタデーション比を用いて液晶素子の構
成を限定した。リタデーション比は、本発明の液晶素子
に所定の電圧を印加した状態（電圧無印加を含む）での
配向状態におけるリタデーション値をＲ（ｎｍ）（ベレ
ック型のコンペンセーターで測定した値）、用いた液晶
材料固有の屈折率異方性をΔｎ（ｎｍ）、液晶素子のセ
ル厚をｄ（ｎｍ）とすると、Ｒ／Δｎｄで表わされる。
本発明に用いるフッ素系ネマチック液晶を用いた液晶素
子においてベンド配向状態をとった場合のリタデーショ
ン比とプレチルト角との関係の一例を図７に示す。ベン
ド配向状態の液晶素子のリタデーション比は、液晶材料
により多少の幅はあるものの、ほぼ図７の曲線近傍に位
置する。スプレイ配向状態の場合のリタデーション比
は、図７のリタデーション比よりも大幅に増加する。従
って、液晶素子のリタデーション比が大きい場合にはス
プレイ配向の場合もありうるが、リタデーション比が
０．３以下ではベンド配向していると言える。また、リ
タデーション比が大きい場合にはベンド配向であっても
プレチルト角は小さく、電圧無印加の状態ではベンド配
向を取ることができない。リタデーション比が０．３以
下の場合には、フッ素系ネマチック液晶において２５°
以上の高プレチルト角が得られ、初期状態でベンド配向
が得られる。

【００１８】よって、本発明においては、リタデーショ
ン比を０．３以下と限定したことにより、初期状態で安
定なベンド配向の液晶素子を実現することができたので
ある。本発明において、リタデーション比は好ましくは
０．１２以上である。この場合、プレチルト角としては
５０°以下となる。また、望ましくはリタデーション比
を０．１７〜０．２７とすることにより、３０°〜４５
°のプレチルト角が得られ、より安定にベンド配向を得
ることができる。

【００１９】本発明の液晶素子においては、上記高プレ
チルト角は、例えば、液晶を垂直配向させる配向膜成分
と、液晶を水平配向させる配向膜成分を含有する配向膜
を用いることにより良好に実現することができる。この
ような２種の配向膜成分を含有する配向膜は、例えば、
液晶を垂直配向させる配向膜材料と、液晶を水平配向さ
せる配向膜材料との混合物によって形成することができ
る。以下、当該配向膜を混合配向膜と言う。

【００２０】本発明に用いる混合配向膜の垂直配向膜材
料としては、フルオロアルキル鎖を持つ分子構造を有す
る化合物を含むものが好ましく用いられる。その理由と
しては、このような化合物を含む材料の方が、単なる疎
水基としてアルキル基を有する材料よりも表面状態の調
整が容易であるためと考えられる。混合系の場合には、
疎水基が炭化水素で構成されていない方が、水平配向膜
材料のポリマーとの相溶性の観点から優れていると考え
られる。特に、本発明に好ましく用いられる垂直配向膜
材料としては、下記式（Ｉ）或いは（ＩＩ）で示される
繰り返し単位構造を有する高分子化合物を含むものが挙
げられる。

【００２１】

【化２】

【００２２】上記繰り返し単位構造の好ましい具体例を
以下に挙げるが、本発明がこれらに限定されるものでは
ない。

【００２３】

【化３】

【００２４】

【化４】

【００２５】

【化５】

【００２６】本発明において上記垂直配向膜材料と混合
して用いられる水平配向膜材料としては、従来ネマチッ
ク液晶の水平配向に用いられていた配向膜材料が用いら
れ、例えば、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリ
アミドイミド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリ
ビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、
ポリアミド、ポリスチレン、セルロース樹脂、メラミン
樹脂、ユリア樹脂、アクリル樹脂などの樹脂類、或いは
感光性ポリイミド、感光性ポリアミド、環状ゴム系フォ
トレジスト、フェノールノボラック系フォトレジスト或
いは電子線フォトレジスト（ポリメチルメタクリレー
ト、エポキシ化−１，４−ポリブタジエンなど）などか
ら選択して用いられる。本発明では、上記垂直配向膜材
料と水平配向膜材料を安定して高プレチルト角が得られ
る範囲で適宜混合して用いる。

【００２７】本発明においては、上記混合配向膜など高
プレチルト角が得られる配向膜にラビング処理を施し、
上下基板においてラビング方向が略平行になるように基
板を貼りあわせて液晶素子を構成する。

【００２８】本発明の液晶素子においては、配向膜の表
面エネルギーを４２．１ｄｙｎｅ／ｃｍ以下にすること
により、望ましくは３７．４〜４０．９ｄｙｎｅ／ｃｍ
とすることにより、より安定なベンド配向を得ることが
できる。このような表面エネルギーの膜は、本発明にお
いて用いるフッ素系ネマチック液晶において高プレチル
ト角を得るために有効であり、シアノ系やピリミジン系
などのネマチック液晶に関してはあまり効果がなく、高
プレチルト角を示すとしても極めて狭い表面エネルギー
の範囲においてのみとなる。

【００２９】尚、本発明の液晶素子にかかる表面エネル
ギーは、協和界面化学社製の接触角測定装置、形式ＣＡ
−ＤＴを用い、以下の方法により求める。

【００３０】先ず、測定する層（膜）が形成されたガラ
ス基板を用意し、その上にα−ブロモナフタレン、ヨウ
化メチレン、純水を垂らし、各々と配向膜界面の接触角
θ₁、θ₂ 、θ₃ を測定する。次に、θ₁ 、θ₂ 、θ₃
をそれぞれ以下の数式に代入することにより、膜の表面
エネルギーの分散項γ_s ^d、極性項γ_s ^p、水素結合項γ_s ^h
を算出する。

【００３１】

【数１】

【００３２】上記式中、４４．６はα−ブロモナフタレンの表面エネルギー４６．８はヨウ化メチレンの表面エネルギーの分散項４．０はヨウ化メチレンの表面エネルギーの極性項２９．１は純水の表面エネルギーの分散項１．３は純水の表面エネルギーの極性項４２．４は純水の表面エネルギーの水素結合項である。

【００３３】次いで、γ＝γ_s ^d＋γ_s ^p＋γ_s ^hより、表面
エネルギーを求める。

【００３４】尚、本発明において用いるフッ素系ネマチ
ック液晶とは、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またはテイ
ルにフッ素原子を有する液晶化合物、及び該液晶化合物
を含む液晶組成物であり、体積抵抗値が３×１０¹³Ωｃ
ｍ以上のものを言う。

【００３５】本発明においては、フッ素系ネマチック液
晶として、液晶のベンドにおける弾性定数Ｋ₃₃とツイス
トにおける弾性定数Ｋ₂₂との比Ｋ₃₃／Ｋ₂₂が４．１２以
下の液晶を用いると、先に説明したＮＴ−ベンド配向の
領域を多く形成することができるため好ましい。また、
Ｋ₃₃／Ｋ₂₂が２．０８以下ではＮＴ−ベンド配向に全面
均一化することができるため、より好ましい。即ち、前
記Ｔ−ベンド配向とＮＴ−ベンド配向を比較した場合、
基板法線と平均ラビング方向を含む面に平行なＮＴ−ベ
ンド配向に対して、Ｔ−ベンド配向は上記面に対してわ
ずかでも角度を有する分、コントラストが低下するため
である。

【００３６】本発明の液晶素子は、透過型の場合には、
図２に示すように、その外側に偏光子１３ａ、１３ｂを
配置して用いる。図中、１１が本発明の液晶素子であ
る。この時、液晶素子１１の配向膜のラビング方向（ラ
ビング方向が上下基板で交差する場合には平均ラビング
方向）１４に対して、クロスニコルに配置した偏光子１
３ａ、１３ｂの偏光軸が４５°をなすように配置する。
液晶素子が反射型の場合には、偏光子１３ａは不要であ
る。

【００３７】また、本発明の液晶素子には、リタデーシ
ョンが正の一軸性の位相補償板（複数の位相差フィルム
を重ね合わせたもの）１２ａを配置することにより、所
定の電圧値における液晶層を通過する光のリタデーショ
ンを相殺し、当該電圧値における黒表示の光学補償を行
なうことができるため、このような位相補償板１２ａを
用いることが好ましい。さらに、液晶層の中央部の液晶
分子は、電圧を印加した状態では基板法線方向の成分が
多く、視野角特性を悪くする原因となるため、図１
（ｂ）に示したｚ方向の成分を相対的に小さくしたリタ
デーションが負の位相補償板１２ｂ（Ｒ＜０）を用いる
ことにより、液晶層中の基板に垂直な方向と水平な方向
とのリタデーション差を補正して視野角特性を改善する
ことが好ましい。尚、位相補償板１２ａ、１２ｂの代わ
りに、両者の機能を有する２軸性の位相補償板を用いる
こともできる。

【００３８】本発明においては、暗状態の液晶素子のリ
タデーションが５０ｎｍ以下になるようにセルを構成す
ることにより、上記した位相補償板１２ａを省略するこ
とができる。

【００３９】即ち、コントラストは液晶層のリタデーシ
ョのみで決定されるため、正面からの透過率はＴ（％）∝ｓｉｎ² （Ｒπ／λ）〔Ｒ：液晶層のリタデーション（ｎｍ）、λ：入射光波
長（ｎｍ）〕で表わされる。

【００４０】簡便法として、人の視感度の最も高いλ＝
５５０ｎｍとして実用性能を知る上では問題ない。よっ
て、λ＝５５０ｎｍを上記式に代入すると、Ｔ（％）∝
ｓｉｎ² （Ｒπ／５５０）となる。

【００４１】明状態表示に対応する最大透過率は理想的
にはＲ＝２７５ｎｍの時に得られる。よってこの式か
ら、十分なコントラスト比を得る観点から、暗状態表示
のリタデーションは小さい方が望ましい。上記式より導
いた、明状態がＲ＝２７５ｎｍのリタデーションを持つ
場合の「コントラストの暗状態のリタデーション依存
性」を図６に示す。図６より、リタデーションが５０ｎ
ｍ以下で急激にコントラストが上昇することがわかる。
暗状態のリタデーションが５０ｎｍ以下であれば、位相
補償板１２ａを用いずとも実用可能なコントラスト１０
以上が得られ、一般的なディスプレイとしては問題な
い。

【００４２】次に、本発明の液晶素子の一実施形態の１
画素分の断面模式図を図３に、当該液晶素子を組み込ん
だディスプレイパネルの平面模式図を図４に示す。本液
晶素子は、スイッチング素子としてＴＦＴを用いたアク
ティブマトリクス型の液晶素子であり、図４に示すよう
に、複数の画素電極３１をマトリクス状に配置し、各画
素電極３１毎に配置したＴＦＴ４１のゲート電極を走査
信号線４６に、ソース電極を情報信号線４４にそれぞれ
マトリクス配線し、各走査信号線４６には走査信号印加
回路４３より順次走査選択信号（ＴＦＴ４１のオン信
号）を印加し、該走査選択信号と同期して情報信号印加
回路４５より所定の階調表示情報を持った情報信号を印
加して選択されたラインの画素電極３１に書き込み、所
定の電圧を液晶層に印加して表示を行なう。

【００４３】図３において、２１は基板、２２はゲート
電極、２３はゲート絶縁膜、２４は半導体層、２５はオ
ーミックコンタクト層、２６は絶縁層、２７はソース電
極、２８はドレイン電極、２９はパッシベーション膜、
３０は保持容量電極、３１は画素電極、３３は配向膜、
３５は基板、３６は共通電極、３７は絶縁層、３８は配
向膜、４１はＴＦＴ、３９は液晶、４２ａ、４２ｂはラ
ビング方向である。

【００４４】図３の液晶素子において、透過型の場合に
は基板２１には通常ガラスやプラスチック等の透明性を
有する基板が用いられ、反射型の場合にはシリコン基板
など不透明な基板が用いられる場合もある。画素電極３
１及び共通電極３６は、透過型の場合にはいずれもＩＴ
Ｏ等透明導電材が用いられるが、反射型の場合には、画
素電極３１を反射性の高い金属で形成して反射板を兼ね
る場合もある。半導体層２４としては、一般にアモルフ
ァス（ａ−）Ｓｉが用いられ、例えば、水素希釈したモ
ノシラン（ＳｉＨ₄ ）をグロー放電分解法（プラズマＣ
ＶＤ）によって約３００℃のガラス基板上に約２００ｎ
ｍの厚みで堆積して用いる。その他、多結晶（ｐ−）Ｓ
ｉも好ましく用いられる。さらに、オーミックコンタク
ト層２５としては、例えば、ｎ＋ａ−Ｓｉ層にリンをド
ーピングして用いる。ゲート絶縁膜２３としては、窒化
シリコン（ＳｉＮ_x ）等が用いられ、例えばグロー放電
分解法により形成される。さらに、ゲート電極２２、ソ
ース電極２７、ドレイン電極２８、保持容量電極３０、
配線等には一般にＡｌ等の金属が用いられる。保持容量
電極３０については、面積が広い場合には、ＩＴＯ等の
透明導電材を用いる場合もある。絶縁層３７にはＴａ₂
Ｏ₅ などが用いられる。さらに、絶縁層２６及びパッシ
ベーション膜２９には窒化シリコン等の絶縁膜が好まし
く用いられる。

【００４５】上記実施形態の液晶素子の駆動波形の一例
を図５に示す。図中（ａ）〜（ｃ）は１ライン目、２ラ
イン目、及びｎライン（最終ライン）目の走査信号線に
印加する走査信号波形、（ｄ）は１列目の情報信号に印
加する情報信号波形、（ｅ）は１ライン目で且つ１列目
の画素の液晶に印加される電圧波形を示す。

【００４６】本発明の液晶素子において、駆動電圧の低
電圧側を０Ｖとして駆動することができるが、低電圧側
において適宜電圧を印加することにより、より応答速度
を速めることができる。

【００４７】本発明の液晶素子においては、上記したよ
うにネマチック液晶を用い、所定のリタデーション比を
示して電圧無印加状態でベンド配向となるように構成す
れば、他の構成部材についてはその素材、形状、大き
さ、製法等については特に限定されず、従来の液晶素子
の技術を適用することが可能である。

【００４８】

【実施例】以下に本発明の実施例を挙げて本発明を具体
的に示す。尚、以下の実施例において、リタデーンショ
ン比は前記したベレック型のコンペンセーターにて測定
したリタデーション値より求めた。また、プレチルト角
については、前記した、ラビング方向を反平行とした液
晶素子を別途構成して、ベレック型のコンペンセーター
にてリタデーション値を測定して求めた。

【００４９】（実施例１）図３の断面構造を有する液晶
素子を作製した。ＴＦＴ４１の半導体層２４としてはａ
−Ｓｉ層を用い、従来のＴＦＴ作製技術によって作製し
た。

【００５０】本例においては、配向膜３３、３８とし
て、先に示した垂直配向膜材料の例示化合物（２０）
（樹脂Ａ）と、下記に示す繰り返し単位構造を有するポ
リイミド系の水平配向膜材料（樹脂Ｂ）の混合配向膜を
用いた。混合比率は混合配向膜中に樹脂Ａが１〜８重量
％となるように混合して用いた。

【００５１】

【化６】

【００５２】上記樹脂Ａは液晶分子を垂直配向させ、樹
脂Ｂはフッ素系ネマチック液晶を水平配向させる。樹脂
Ｂのみでのプレチルト角は５°以下である。本発明で
は、上記比率で樹脂ＡとＢを混合して用いることによ
り、例えば樹脂Ａの混合比率が５重量％の時でリタデー
ション比は０．２７、プレチルト角は３０°であり、安
定なベンド配向を得ることができた。本例において樹脂
Ａの混合比率が１重量％以下では液晶は全面的に水平配
向し、８重量％以上では全面が垂直配向してしまう。

【００５３】本例において、樹脂Ａと樹脂Ｂの具体的な
混合手段としては、それぞれの樹脂の形成素材の溶液を
混合した後、該混合溶液を基板に塗布し、焼成して両樹
脂の混合膜を形成した。樹脂Ｂの混合及び焼成前の溶液
の主溶媒としてはＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）を用
い、樹脂Ａの混合及び焼成前の溶液の主溶媒としてはＩ
ＰＡ（イソプロピルアルコール）を用いた。樹脂Ａ及び
樹脂Ｂの混合性が良くないため、塗布に際しては両溶液
を混合して良く撹拌した後、塗布基板を約１００℃に加
熱後に塗布した。焼成は２００℃で６０分間行なった。

【００５４】上記配向膜にはローラー径が８０ｍｍφで
コットン植毛布を巻き付けたラビングローラーを用い、
回転数１０００ｒｐｍ、基板表面への毛先の押し込み長
さを０．３ｍｍとして、基板の送りスピードを５０ｍｍ
／ｓと設定してラビング処理を施した。

【００５５】このようにラビング処理を施した上下基板
を互いのラビング方向が平行になるように対向配置し、
６μｍφのスペーサを介して貼りあわせることにより液
晶セルを構成し、コレステリック非含有フッ素系ネマチ
ック液晶（チッソ社製「ＫＮ−５０３０」、体積抵抗
値：１．２×１０¹⁴Ωｃｍ）を注入することによって液
晶素子を作製した。本例における液晶の配向状態を図８
に示す。図中、８１はセル、８２は液晶の注入方向、８
３はスプレイ配向領域、８４はベンド配向領域を示す。
図８（ａ）に示すように、上記セル８１への液晶の注入
過程においては、液晶の流れの影響により、注入された
液晶はスプレイ配向となるが、注入口に対して奥側の注
入終了部分及び注入口側注入終了部分からは、図８
（ｂ）に示すようにベンド配向８４が生成し、全面に及
んだ。また、この時に全面がベンド配向にならずにスプ
レイ配向が残ったとしても、本発明の液晶素子はスプレ
イ配向よりもベンド配向が安定であるように構成されて
いるため、駆動電圧の印加によって速やかに全面がベン
ド配向となる。

【００５６】上記樹脂Ａの混合比率を５重量％とした配
向膜を有する液晶素子の外側に、図２に示したように、
ノーマリーホワイト表示における黒表示の光学補償を行
なうために、３６ｎｍのリタデーションを有する位相補
償板１２ａを配置し、さらにリタデーションが負の位相
補償板１２ｂを配置して視野角特性を改善した。液晶素
子と位相補償板１２ａを通過した光の屈折率楕円体の基
板に垂直な方向の屈折率をｎ_z 、それに直交する方向の
屈折率をｎ_x （ｎ_x とｎ_z に直交する方向の屈折率ｎ_y
＝ｎ_x ）とし、位相補償板１２ｂの屈折率楕円体の基板
に垂直な方向の屈折率をｎ_z'、それに直交する方向の屈
折率をｎ_x'（ｎ_x'とｎ_z'に直交する方向の屈折率ｎ_y'＝
ｎ_x'）とすると、ｎ_z'＝ｎ_x 、ｎ_x'＝ｎ_z となるように
位相補償板１２ｂを設定した。

【００５７】本例の液晶素子を図５の駆動波形で、Ｖ_+g
を１０Ｖ、Ｖ_-gを−１０Ｖ、ゲート選択期間ΔＴを１６
μｓｅｃ、情報信号電圧を画像表示時に±１．９Ｖ〜±
６．６Ｖに設定し、±６．６Ｖで黒表示となるノーマリ
ーホワイト表示で１フレーム内直流電圧を印加した。
尚、本例においては、情報信号電圧を低電圧側を０Ｖと
しても駆動できるが、より応答速度を速めるために低電
圧側に±１．９Ｖの電圧を印加とした。共通電極は基準
電位に設定した。当該条件で本例の液晶素子の応答速
度、τ_onとτ_off を測定した。尚、τ_onは電圧印加時、
即ち低電圧印加状態から高電圧を印加した場合に透過率
が９０％変化するまでの時間、τ_off は高電圧印加状態
から透過率が９０％変化するまでの時間である。本例に
おいては、τ_on（±１．９Ｖ印加状態から±６．６Ｖ印
加した場合に透過率１００％から１０％に達するまでの
時間）が０．３６ｍｓ、τ_off （±６．６Ｖ印加状態か
ら±１．９Ｖ印加状態とした場合に透過率０％から９０
％に達するまでの時間）が４．７２ｍｓであった。

【００５８】（実施例２）垂直配向膜材料として、下記
構造を有するモノマーからなる樹脂Ｃを用い、水平配向
膜材料としては実施例１で用いた樹脂Ｂを用いて混合配
向膜を形成する以外は実施例１と同様にして液晶素子を
作製した。樹脂Ｃのモノマー構造ｎ−Ｃ₈ Ｆ₁₇ＳＯ₂ Ｎ（Ｃ₃ Ｈ₇ ）Ｃ₃ Ｈ₆ Ｓｉ（ＯＣ
Ｈ₃ ）₃

【００５９】尚、上記樹脂Ｃの代わりに、以下の構造の
モノマーからなる樹脂Ｄを用いても同様の効果が得られ
る。樹脂Ｄのモノマー構造［ｎ−Ｃ₈ Ｆ₁₇ＳＯ₂ Ｎ（Ｃ₂ Ｈ₅ ）ＣＨ₂ ＣＯＯ］Ｃ
ｒＣｌ₂ 樹脂Ｃのみでの表面エネルギーはα−ブロモナフタレン
による液滴の接触角が７３．７°、ヨウ化メチレンの接
触角が９４．３°、水の接触角が１０７．４°であり、
表面エネルギーは３５．６ｄｙｎｅ／ｃｍと低く、フッ
素系ネマチック液晶を垂直配向させることができる。

【００６０】混合配向膜中に樹脂Ｃが１〜１０重量％混
入するように、主溶媒としてＮＭＰを用いた樹脂Ｃのモ
ノマー溶液と樹脂Ｂの形成素材（ポリアミック酸）溶液
を混合し、良く撹拌した後塗布基板を１００℃に加熱し
て塗布した。焼成は２００℃で６０分間行なった。その
後、実施例１と同様にラビング処理を行なった。

【００６１】本例においては、混合配向膜を上記混合比
率の範囲内とすることにより、初期状態で安定なベンド
配向が得られた。上記混合配向膜の樹脂Ｃの混合比率が
５重量％の場合に、リタデーション比は０．２、プレチ
ルト角は４０°であった。

【００６２】実施例１と同様にして上下基板を貼りあわ
せ、ネマチック液晶を注入して液晶素子を作製した。さ
らに、当該液晶素子の外側に、リタデーションが４１ｎ
ｍの位相補償板１２ａと実施例１と同様にリタデーショ
ンを負に設定した位相補償板１２ｂ、さらに偏光板を組
み合わせて配置した。本例においても、ベンド化電圧を
印加することなく、初期状態からベンド配向が得られ、
良好に駆動することができた。

【００６３】（実施例３）垂直配向膜材料として日産化
学社製「ＳＥ−１２１１」（樹脂Ｅ）、水平配向膜材料
として日本合成ゴム社製「ＡＬ−０６５６」（ポリイミ
ド系配向膜、樹脂Ｆ）を用い、混合配向膜中における垂
直配向膜材料の混合比率を１〜１０重量％とし、種々膜
厚を変えた以外は実施例１と同様にして液晶素子を得
た。その結果、図９に示すように、混合配向膜の膜厚に
よって適正な混合比率が異なり、膜厚が３０ｎｍの場合
には、樹脂Ｅの混合比率は２．５〜７．５重量％で安定
なベンド配向が得られ、８０ｎｍでは１〜５重量％で安
定なベンド配向が得られた。尚、３０ｎｍで樹脂Ｅを５
重量％とした場合のリタデーション比は０．２２、プレ
チルト角は３６°であった。また、３０ｎｍで樹脂Ｅを
７重量％とした場合のリタデーション比は０．１７、プ
レチルト角は４５°であった。

【００６４】樹脂Ｅの混合比率を６重量％、膜厚を３０
ｎｍとした配向膜を有する液晶素子を用い、黒表示を光
学補償するためにリタデーションが５０ｎｍの位相補償
板１２ａと、実施例１と同様にしてリタデーションを負
に設定した位相補償板１２ｂ、さらに一対の偏光板を実
施例１と同様に液晶素子の外側に配置した。

【００６５】上記位相補償板と偏光板を配置した液晶素
子に、図５の駆動波形で、Ｖ_+gを１０Ｖ、Ｖ_-gを−１０
Ｖ、ΔＴ＝１６μｍ、情報信号電圧を画像表示時に０．
０Ｖ〜±５．０Ｖ、共通電極電位を基準電位にそれぞれ
設定し、ノーマリーホワイト表示で１フレーム内直流電
圧を印加した。本例の液晶素子の応答速度はτ_on（０Ｖ
から±５．０Ｖを印加した場合に透過率１００％から１
０％に達する時間）が０．７６ｍｓ、τ_off （±５．０
Ｖ印加状態から０Ｖにした場合に透過率０％から９０％
に達する時間）が９．９ｍｓであった。

【００６６】比較のために、混合配向膜の代わりに本例
で用いた樹脂Ｆを単独で用いて配向膜を形成した（プレ
チルト角＝６°）以外は本例と同様にして液晶素子を作
製した。その結果、得られた液晶素子は初期状態でスプ
レイ配向状態であったため、７．０Ｖのベンド配向処理
を行なった。その後、図５の駆動波形で、Ｖ_+gを１０
Ｖ、Ｖ_-gを−１０Ｖ、ΔＴ＝１６μｍ，情報信号電圧を
画像表示時に±２．０Ｖ〜±５．２Ｖに、共通電極電位
を基準電位にそれぞれ設定してノーマリーホワイト表示
で１フレーム内直流電圧を印加した。本液晶素子の応答
速度は、τ_on（±２．０Ｖ印加状態から±５．２Ｖにし
た場合に透過率１００％から１０％に達する時間）が
１．３６ｍｓ、τ_off （±５．２Ｖ印加状態から±２．
０Ｖとした場合に透過率０％から９０％に達する時間）
が１５．０８ｍｓであった。即ち、本実施例の液晶素子
においては応答速度が大幅に改善されていることがわか
る（データは他の例も含め全て室温）。

【００６７】（実施例４）実施例３で用いた樹脂Ｅと樹
脂Ｆの混合比率を変えることにより、混合配向膜の表面
エネルギーを種々変化させた液晶素子を作製した。液晶
としては、実施例３と同じフッ素系ネマチック液晶と、
非フッ素系ネマチック液晶としてピリミジン系液晶（チ
ッソ社製「ＫＮ−５０２７」）を用いた。液晶と配向膜
以外の構成及び製法は実施例３と同じであり、配向膜３
３、３８の膜厚は８０ｎｍとした。以下に各液晶素子の
初期配向状態を示す。

【００６８】

【表１】

【００６９】表１に示されるように、表面エネルギーが
３７．３〜４２．１ｄｙｎｅ／ｃｍにおいて安定してベ
ンド配向が得られ、特に、３７．４〜４０．９ｄｙｎｅ
／ｃｍにおいて全面をベンド配向させることができる。
尚、上記液晶素子において、樹脂Ｅの割合を３重量％と
した時のリタデーション比は０．２２で、プレチルト角
は３６°であった。

【００７０】上記液晶素子のうち、混合配向膜として樹
脂Ｅの混合比率を３重量％、膜厚を８０ｎｍとしたもの
を用い、ノーマリーブラック表示で駆動した。リタデー
ションが正の位相補償板としては、０．０Ｖで黒表示す
るために１４５ｎｍのリタデーションの位相補償板を用
いた。駆動には図５の駆動波形を用い、Ｖ_+gは１０Ｖ、
Ｖ_-gは−１０Ｖ、ΔＴ＝１６μｍ、情報信号電圧は画像
表示時に０．０Ｖ〜±５．３Ｖ、共通電極電位を基準電
位に設定した。このように、電圧無印加時にベンド配向
が安定な液晶素子においては、画素電圧のフレーム時間
内の減衰がないため、ノーマリーブラックモードでフリ
ッカのない、高コントラストの表示を行なうことができ
た。また、液晶素子の応答速度はτ_on（０Ｖから±５．
３Ｖを印加した場合に透過率が０％から９０％に達する
時間）が０．７６ｍｓ、τ_off （±５．３Ｖ印加状態か
ら０Ｖにした場合に透過率が１００％から１０％に達す
る時間）が９．９ｍｓであった。

【００７１】印加電圧が０Ｖの時と±５．３Ｖを印加し
た時のリタデーション値の差が白表示の透過率に影響す
るため、該リタデーション値を最適化するためには、
セル厚を厚くする方法や、ピリミジン系などのΔｎの
大きい液晶を添加することで実施することができる（例
えば、本例で用いた液晶のΔｎは０．１３であるが、ピ
リミジン系液晶ではΔｎ＝０．１６と大きくすることが
できる。）。

【００７２】（実施例５）液晶として種々の弾性定数比
を有するものを用意し、初期状態での配向状態を比較し
た。本例で用いたフッ素系ネマチック液晶は、ロディッ
ク社製の「ＲＤＰ−５０８９２」（体積抵抗値：９×１
０¹³Ωｃｍ）、「ＲＤＰ−３０８６４」（体積抵抗値：
９×１０¹³Ωｃｍ）、チッソ社製の「ＫＮ−５０２８」
（体積抵抗値：１．１×１０¹⁴Ωｃｍ）、「ＫＮ−５０
３１」（体積抵抗値：１．３×１０¹⁴Ωｃｍ）を用い、
さらに、弾性定数比を調整したＬＣ−１〜ＬＣ−３を用
意した。これらの液晶材料は、カイラル成分を持たず、
表２に示すような弾性定数及び弾性定数比を有する。
尚、弾性定数は、「液晶（基礎編）」（倍風館、昭和６
０年７月１５日発行版）の第２１６頁以降に記載されて
いる方式を用いて測定した。ｋ₁₁はネマチック液晶のス
プレイの弾性定数である。

【００７３】

【表２】

【００７４】上記液晶を、実施例３の樹脂Ｅと樹脂Ｆか
らなる混合配向膜で樹脂Ｅの混合比率を５重量％、膜厚
を３０ｎｍとした混合配向膜と、樹脂Ｆのみからなる配
向膜で配向させた場合の液晶配向の様子を表３に示す。
尚、配向膜と液晶以外の構成については実施例３と同様
とした。混合配向膜を設けた液晶素子のリタデーション
比は０．２２でプレチルト角は３６°、樹脂Ｆのみから
なる配向膜についてはリタデーション比が１．０でプレ
チルト角は６°であった。

【００７５】

【表３】

【００７６】表３に示したように、樹脂Ｆのみからなる
配向膜を用いた液晶素子においては、いずれの液晶を用
いた場合でも電圧を印加しない状態ではベンド配向をと
ることはできず、スプレイ配向状態となっている。この
場合、スプレイ配向からベンド配向状態を生成するため
には５．０Ｖ以上の間欠電圧印加が必要であり、さら
に、ベンド配向状態を維持するためには２．０Ｖ程度の
電圧を印加する必要がある。

【００７７】一方、混合配向膜を用いた液晶素子におい
ては、電圧を印加しない状態でも、スプレイ配向よりも
ベンド配向が安定となっている。但し、弾性定数比Ｋ₃₃
／Ｋ₂₂が４．１２より大きい液晶を用いた場合には、Ｔ
−ベンド配向とＮＴ−ベンド配向の混合状態となってい
るが、弾性定数比Ｋ₃₃／Ｋ₂₂が４．１２以下のものにつ
いては、全面がよりコントラストの高いＮＴ−ベンド配
向となっており、このような弾性定数比の液晶を用いる
ことにより、より高コントラストの液晶素子が得られる
ことがわかる。

【００７８】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれば
初期状態で安定なベンド配向が得られるため、従来の電
圧印加等ベンド配向処理及び液晶素子再使用時の再ベン
ド配向処理が不要で、且つ、駆動時に印加されていたベ
ンド配向を維持するための保持電圧が不要である。よっ
て、常に安定なベンド配向によって安定した高速駆動が
可能であり、優れた表示特性を有する信頼性の高い液晶
素子が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる液晶の配向状態を模式的に示し
た図である。

【図２】本発明の液晶素子と他の部材との組み合わせを
模式的に示した図である。

【図３】本発明の液晶素子の一実施形態の１画素の断面
模式図である。

【図４】本発明の液晶素子の一実施形態を周辺駆動回路
を組み込んだディスプレイパネルの平面模式図である。

【図５】図３の液晶素子の駆動波形の一例を示す図であ
る。

【図６】液晶素子のリタデーションとコントラストとの
関係を示す図である。

【図７】本発明にかかるプレチルト角とリタデーション
比との関係の一例を示す図である。

【図８】本発明の実施例１における液晶の配向状態を示
す模式図である。

【図９】本発明の実施例３における、混合配向膜の適正
混合比率と配向膜厚との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ基板２液晶分子３ａ、３ｂラビング方向１１液晶素子１２ａ、１２ｂ位相補償板１３ａ、１３ｂ偏光子１４（平均）ラビング方向２１、３５ガラス基板２２ゲート電極２３ゲート絶縁膜２４半導体層２５オーミックコンタクト層２６絶縁層２７ソース電極２８ドレイン電極２９パッシベーション膜３０保持容量電極３１画素電極３３、３８配向膜３６共通電極３７絶縁層３９液晶４１ＴＦＴ４２ａ、４２ｂラビング方向４３走査信号印加回路４４情報信号線４５情報信号印加回路４６走査信号線８１セル８２液晶注入方向８３スプレイ配向領域８４ベンド配向領域

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者佐藤公一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 (72)発明者水谷英正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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶に電圧を印加する電極と、液晶との
界面に配向膜を有する一対の基板と、該基板間に挟持さ
れた液晶とを有する液晶素子であって、上記液晶がネマ
チック液晶であり、電圧無印加状態において液晶分子が
ベンド配向を呈し、所定の電圧値を印加した際のリタデ
ーション値をＲ（ｎｍ）、上記ネマチック液晶の屈折率
異方性をΔｎ、セル厚をｄ（ｎｍ）とした時にＲ／Δｎ
ｄで表わされるリタデーション比が０．３以下であるこ
とを特徴とする液晶素子。
【請求項２】上記配向膜が、液晶を垂直配向させる配
向膜成分と、液晶を水平配向させる配向膜成分とを含有
する請求項１記載の液晶素子。
【請求項３】上記配向膜が、液晶を垂直配向させる配
向膜材料と、液晶を水平配向させる配向膜材料との混合
物からなる請求項２記載の液晶素子。
【請求項４】上記液晶を垂直配向させる配向膜材料
が、フルオロアルキル鎖を有する分子構造を有する化合
物を含む請求項３記載の液晶素子。
【請求項５】上記液晶を垂直配向させる配向膜材料
が、下記式（Ｉ）或いは（ＩＩ）で示される繰り返し単
位構造を有する高分子化合物を含む請求項４記載の液晶
素子。【化１】
【請求項６】上記配向膜の表面エネルギーが４２．１
ｄｙｎｅ／ｃｍ以下である請求項１〜５記載の液晶素
子。
【請求項７】上記配向膜の表面エネルギーが３７．４
〜４０．９ｄｙｎｅ／ｃｍである請求項１〜５記載の液
晶素子。
【請求項８】上記液晶が、ベンドにおける弾性定数Ｋ
₃₃とツイストにおける弾性定数Ｋ₂₂との比（Ｋ₃₃／
Ｋ₂₂）が４．１２以下のフッ素系ネマチックである請求
項１〜５記載の液晶素子。
【請求項９】上記液晶が、ベンドにおける弾性定数Ｋ
₃₃とツイストにおける弾性定数Ｋ₂₂との比（Ｋ₃₃／
Ｋ₂₂）が２．０８以下のフッ素系ネマチックである請求
項１〜５記載の液晶素子。
【請求項１０】上記液晶素子において暗状態のリタデ
ーション値が５０ｎｍ以下である請求項１記載の液晶素
子。
【請求項１１】上記リタデーション比が０．１２以上
である請求項１記載の液晶素子。
【請求項１２】上記リタデーション比が０．１７〜
０．２７である請求項１記載の液晶素子。