JP2011164273A - Liquid crystal display element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶表示素子に関する。 The present invention relates to a liquid crystal display element.
良好な表示コントラストと広い有効視角範囲を備えるツイステッドネマチック(twisted nematic;TN)型液晶表示素子の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１記載の液晶表示素子は、液晶層を挟持する一対の透明電極基板に施された配向処理の方向の組み合わせで規制される液晶分子の旋回方向（第１旋回方向）とは逆方向（第２旋回方向）に液晶分子をねじれ配列させた点、及び、一対の透明電極基板の配向処理が、各透明電極基板と接する液晶分子のプレチルト角を相互に異ならせるように行われている点に特徴を有する。 An invention of a twisted nematic (TN) type liquid crystal display element having a good display contrast and a wide effective viewing angle range is disclosed (for example, see Patent Document 1). The liquid crystal display element described in Patent Document 1 is in a direction opposite to the turning direction (first turning direction) of the liquid crystal molecules regulated by the combination of the orientation treatment directions applied to the pair of transparent electrode substrates that sandwich the liquid crystal layer ( The point that the liquid crystal molecules are twisted in the second rotation direction) and the alignment treatment of the pair of transparent electrode substrates is performed so that the pretilt angles of the liquid crystal molecules in contact with the transparent electrode substrates are different from each other. It has the characteristics.
特許文献１記載の液晶表示素子においては、電気光学特性の向上が実現され、第１旋回方向についての旋回（ツイスト）角を９１〜１００°の範囲に設定した場合でも、逆ねじれ配列の効果により、９０°ラビング法によるＴＮ型液晶表示素子と同様の電気光学特性を得ることができる。また、基板と接する液晶分子のプレチルト角を相互に異ならせているため、各液晶分子の配向不備によるディスクリネーションの発生が防止され、良好な表示品位を得ることができる。 In the liquid crystal display element described in Patent Document 1, the electro-optical characteristics are improved, and even when the turning angle in the first turning direction is set in the range of 91 to 100 °, the effect of the reverse twist arrangement is used. Electro-optical characteristics similar to those of a TN liquid crystal display element by a 90 ° rubbing method can be obtained. In addition, since the pretilt angles of the liquid crystal molecules in contact with the substrate are different from each other, the occurrence of disclination due to inadequate alignment of each liquid crystal molecule is prevented, and good display quality can be obtained.
カイラル材の添加されたネマティック液晶層において、配向膜によって誘発された９０°以下のねじれ方向と液晶材料のねじれ方向とが反対方向となる液晶装置の発明の開示もある（たとえば、特許文献２参照）。この構成の液晶装置は、駆動電圧の低減を実現することができる。 There is also a disclosure of an invention of a liquid crystal device in which a twist direction of 90 ° or less induced by an alignment film is opposite to a twist direction of a liquid crystal material in a nematic liquid crystal layer to which a chiral material is added (see, for example, Patent Document 2). ). The liquid crystal device having this configuration can realize a reduction in driving voltage.
駆動電圧の大幅な低減を可能にした液晶素子の発明が公知である（たとえば、特許文献３参照）。本願発明者らの研究の一成果である特許文献３記載の液晶素子は、一組の配向膜の配向処理方向とプレチルト角の組み合わせで定まる液晶材料のねじれ方向と、カイラル材によって誘起される液晶材料のねじれ方向とが逆方向となるように作製される。配向処理方向とプレチルト角の組み合わせで規定される液晶分子の配列状態はリバースツイスト（ユニフォームツイスト）構造と呼ばれ、カイラル材の影響力のもとで生じる液晶分子の配列状態はスプレイツイスト構造と呼ばれる。 An invention of a liquid crystal element that enables a significant reduction in drive voltage is known (see, for example, Patent Document 3). The liquid crystal element described in Patent Document 3, which is one of the results of the inventors' research, is a liquid crystal material induced by a chiral material and a twist direction of a liquid crystal material determined by a combination of an alignment treatment direction and a pretilt angle of a set of alignment films. It is produced so that the twist direction of the material is opposite. The alignment state of the liquid crystal molecules defined by the combination of the alignment treatment direction and the pretilt angle is called a reverse twist (uniform twist) structure, and the alignment state of the liquid crystal molecules generated under the influence of the chiral material is called a spray twist structure. .
電圧無印加状態ではスプレイツイスト構造がわずかに安定であるが、電圧印加状態ではリバースツイスト構造が安定である。このため、電圧を印加することでスプレイツイスト構造からリバースツイスト構造に転移させることができる。一旦リバースツイスト構造に転移した後は、電圧印加停止後も数分から数十分は、リバースツイスト構造が安定的に維持される。液晶素子はリバースツイスト構造の状態で使用され、低電圧で駆動することができる。 The spray twist structure is slightly stable when no voltage is applied, but the reverse twist structure is stable when the voltage is applied. For this reason, the spray twist structure can be changed to the reverse twist structure by applying a voltage. After the transition to the reverse twist structure, the reverse twist structure is stably maintained for several minutes to several tens of minutes after the voltage application is stopped. The liquid crystal element is used in a reverse twist structure and can be driven at a low voltage.
しかしながら、特許文献３記載の液晶素子は、シャープネス（印加電圧に対する光透過率の変化の急峻性）が、通常のＴＮ型液晶表示素子と同等かやや優れている程度であり、単純マトリクス駆動に適用した場合、表示容量を大きくすることが困難であるという問題がある。 However, the liquid crystal element described in Patent Document 3 has sharpness (steepness of change in light transmittance with respect to applied voltage) that is equivalent to or slightly superior to that of a normal TN liquid crystal display element, and is applicable to simple matrix driving. In such a case, there is a problem that it is difficult to increase the display capacity.
液晶分子のねじれ角をＴＮ型液晶表示素子におけるそれより大きくし、シャープネスを改善し、単純マトリクス駆動でありながら大容量表示を可能にしたスーパーツイストネマチック(super twisted nematic;STN)型液晶表示素子に関する発明が知られている（たとえば、特許文献４参照）。特許文献４記載の発明においては、複屈折による色つきの問題に対処するため、色つきを補償する液晶セルを積層し、白黒表示を実現する手段が開示されている。 The present invention relates to a super twisted nematic (STN) type liquid crystal display element in which the twist angle of liquid crystal molecules is made larger than that in a TN type liquid crystal display element, sharpness is improved, and large capacity display is possible while being driven by a simple matrix. The invention is known (for example, see Patent Document 4). In the invention described in Patent Document 4, in order to cope with the problem of coloring due to birefringence, means for realizing monochrome display by laminating liquid crystal cells that compensate for coloring is disclosed.
しかし補償セルを用いると、液晶セルの製造コスト、及び液晶表示素子の厚さと重さとが約２倍になる。 However, when the compensation cell is used, the manufacturing cost of the liquid crystal cell and the thickness and weight of the liquid crystal display element are approximately doubled.
補償セルに代えて光学補償フィルムを使用することも可能だが、光学補償フィルムは安価ではない。更に、液晶表示素子の表示環境温度が変化した場合、駆動セル内の液晶層のリターデーションはこれに伴って変化しても、光学補償フィルムのリターデーションはほとんど変化しないため、最適な補償が行われず、色つきが生じたり、表示コントラストが低下するという問題がある。 Although an optical compensation film can be used instead of the compensation cell, the optical compensation film is not inexpensive. Furthermore, when the display environment temperature of the liquid crystal display element changes, even if the retardation of the liquid crystal layer in the driving cell changes accordingly, the retardation of the optical compensation film hardly changes. However, there is a problem that coloring occurs and display contrast is lowered.
また、特許文献４記載の発明には、ＳＴＮ型液晶表示素子に共通する問題点も存する。ＳＴＮ型の液晶表示素子は、液晶セルのギャップやプレチルト角の変化に対する表示性能の依存性が高く、わずかなセル厚むらやプレチルト角の違いによって表示の不均一が発生しやすい。このため、製造プロセスの管理が厳しく（製造マージンが狭く）、歩留まりが低い。ＳＴＮ型液晶表示素子においては５〜９°程度の高いプレチルト角を必要とし、均一なプレチルト角を得ることが難しいこともあって、殊にラビング工程の管理が重要である。 The invention described in Patent Document 4 also has a problem common to STN type liquid crystal display elements. The STN type liquid crystal display element is highly dependent on display performance with respect to changes in the gap and pretilt angle of the liquid crystal cell, and display unevenness is likely to occur due to slight cell thickness unevenness and pretilt angle differences. For this reason, the management of the manufacturing process is strict (the manufacturing margin is narrow), and the yield is low. The STN type liquid crystal display element requires a high pretilt angle of about 5 to 9 °, and it is difficult to obtain a uniform pretilt angle, so management of the rubbing process is particularly important.
更に、ＳＴＮ型液晶表示素子は表示の視角依存性が大きく、わずかに視角方向を変えただけで表示が変化し、特に上下方向に視角を変えたときは表示が反転するという問題も生じる。加えて、ＳＴＮ型液晶表示素子は、ＴＮ型液晶表示素子に比べ、応答（レスポンス）時間を要する。たとえば室温におけるＴＮ型液晶表示素子の応答時間は３０ｍｓｅｃ程度であるが、ＳＴＮ型液晶表示素子のそれは２００ｍｓｅｃ程度である。 Furthermore, the STN type liquid crystal display element has a large viewing angle dependency, and the display changes when the viewing angle direction is slightly changed. In particular, when the viewing angle is changed in the vertical direction, the display is inverted. In addition, the STN type liquid crystal display element requires a response time compared to the TN type liquid crystal display element. For example, the response time of a TN type liquid crystal display element at room temperature is about 30 msec, while that of an STN type liquid crystal display element is about 200 msec.
本発明の目的は、優れたシャープネスを備える液晶表示素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a liquid crystal display element having excellent sharpness.
本発明の一観点によれば、第１の電極を備え、第１の方向に配向処理された第１の基板と、前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、第２の方向に配向処理された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、カイラル材を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記第２の方向は、前記第１の基板側の法線方向から見て、前記第１の方向に対して、第１の回り方向に７０°〜１１０°をなす方向であり、前記液晶層の液晶分子は、前記第１の回り方向に沿って捩れて配列しており、前記カイラル材は前記液晶層の液晶分子に、前記第１の基板側の法線方向から見て、前記第１の基板から前記第２の基板に向かう方向に沿って、前記第１の回り方向とは反対の第２の回り方向への旋回性を与え、前記第１の基板と前記第２の基板は、０°より大きく５°以下のプレチルト角θが発現するように配向処理され、前記液晶層の厚さをｄ、前記カイラル材のカイラルピッチをｐとしたとき、前記θ、前記ｄ、及び前記ｐは下の２式
According to one aspect of the present invention, a first substrate including a first electrode and oriented in a first direction is disposed opposite to and parallel to the first substrate, and includes a second electrode. A second substrate aligned in a second direction; a liquid crystal layer that is disposed between the first substrate and the second substrate and includes a chiral material and twist-aligns; The direction 2 is a direction that forms 70 ° to 110 ° in the first rotation direction with respect to the first direction when viewed from the normal direction on the first substrate side, and the liquid crystal of the liquid crystal layer The molecules are twisted and arranged along the first rotation direction, and the chiral material is aligned with the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer when viewed from the normal direction on the first substrate side. A turning property in a second turning direction opposite to the first turning direction along a direction from the first to the second substrate; The first substrate and the second substrate are aligned so that a pretilt angle θ greater than 0 ° and less than or equal to 5 ° is developed, the thickness of the liquid crystal layer is d, and the chiral pitch of the chiral material is p. The θ, the d, and the p are the following two formulas
を満たす液晶表示素子が提供される。 A liquid crystal display element satisfying the above is provided.
本発明によれば、優れたシャープネスを備える液晶表示素子を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a liquid crystal display element provided with the outstanding sharpness can be provided.
一組の配向膜の配向処理方向とプレチルト角の組み合わせで定まる液晶材料のねじれ方向と、光学活性物質（カイラル材）によって誘起される液晶材料のねじれ方向とが逆方向となるように作製された液晶層を有し、液晶層への電圧の印加（電場処理）により、リバースツイスト（ユニフォームツイスト）構造とスプレイツイスト構造とが可換的に実現可能な、特許文献３記載の液晶表示素子を、以下リバースＴＮ型液晶表示素子と呼ぶ。 The twist direction of the liquid crystal material determined by the combination of the alignment treatment direction of the pair of alignment films and the pretilt angle and the twist direction of the liquid crystal material induced by the optically active substance (chiral material) are reversed. A liquid crystal display element described in Patent Document 3 having a liquid crystal layer and capable of commutatively realizing a reverse twist (uniform twist) structure and a spray twist structure by applying a voltage (electric field treatment) to the liquid crystal layer. Hereinafter, it is referred to as a reverse TN liquid crystal display element.
リバースＴＮ型液晶表示素子は、駆動電圧の閾値を低くすることができるため、低消費電力駆動が実現されるという特徴を有する。本願発明者は、駆動電圧の閾値低減を目的に、様々な条件で作製したリバースＴＮ型液晶表示素子について研究を行い、その成果を特許文献３に開示した。本願発明者らの研究の結果、プレチルト角が高いほどリバースツイスト構造状態が安定すること、及びカイラル材のカイラルピッチが短いほど駆動電圧の閾値が低くなるが、リバースツイスト構造状態は不安定となることが見出された。 The reverse TN liquid crystal display element has a feature that low power consumption driving is realized because the threshold of the driving voltage can be lowered. The inventor of the present application has studied reverse TN type liquid crystal display devices manufactured under various conditions for the purpose of reducing the threshold of the drive voltage, and disclosed the results in Patent Document 3. As a result of research by the present inventors, the reverse twist structure state is more stable as the pretilt angle is higher, and the threshold of the drive voltage is lower as the chiral material has a shorter chiral pitch, but the reverse twist structure state is unstable. It was found.
特許文献３には、リバースツイスト構造状態が安定的な、高プレチルト角条件を中心に行った研究の成果が記載されている。低プレチルト角条件に関しても実験を実施したが、リバースツイスト構造状態は元々不安定な配列状態であるため、リバースツイスト構造状態を一層不安定にする短ピッチ条件（カイラルピッチが２０μｍ未満）については検討を行っていなかった。 Patent Document 3 describes the results of research centered on high pretilt angle conditions in which the reverse twist structure state is stable. Experiments were also performed for low pretilt angle conditions, but the reverse twist structure state was originally an unstable array state, so the short pitch condition that makes the reverse twist structure state more unstable (chiral pitch less than 20 μm) was examined. Did not go.
本願発明は、低プレチルト角かつ短ピッチ条件という、通常は研究の対象外とされるような、非常に不安定な状態におけるリバースツイスト構造状態に係る研究の成果である。この特異な条件下で本願発明者らは、液晶表示素子のシャープネスが極めて急峻となる、予期せぬ現象を発見した。このような現象が何故発生するのか、現時点では明らかにできていない。なおシミュレーションによっても、そのような現象の発生は予測不可能であった。 The present invention is the result of research related to a reverse twist structure state in a very unstable state, which is normally excluded from research, such as a low pretilt angle and a short pitch condition. Under these unique conditions, the present inventors have discovered an unexpected phenomenon in which the sharpness of the liquid crystal display element becomes extremely steep. It is not clear at this time why such a phenomenon occurs. The occurrence of such a phenomenon was also unpredictable by simulation.
以下、実施例にもとづいて本願発明を説明する。 The present invention will be described below based on examples.
図１は、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。 FIG. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing a liquid crystal display device according to the first embodiment.
透明導電膜、たとえばＩＴＯ(indium tin oxide)膜が形成された透明基板を２枚準備する。透明基板は、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのソーダライムガラスで形成される。ＩＴＯ膜の厚さは、たとえば１５００Åである。これらの透明基板を洗浄、乾燥し（ステップＳ１０１）、ＩＴＯ膜のパターニングをフォトリソ工程を用いて行い、透明基板（ガラス基板）上に透明電極（ＩＴＯ電極）を形成する（ステップＳ１０２）。ＩＴＯ電極パターンのエッチングは、たとえば第二塩化鉄を主成分とするエッチング液を用いたウェットエッチングで行う。 Two transparent substrates on which a transparent conductive film, for example, an ITO (indium tin oxide) film is formed are prepared. The transparent substrate is made of, for example, soda lime glass having a thickness of 0.7 mm. The thickness of the ITO film is, for example, 1500 mm. These transparent substrates are washed and dried (step S101), and the ITO film is patterned using a photolithography process to form a transparent electrode (ITO electrode) on the transparent substrate (glass substrate) (step S102). Etching of the ITO electrode pattern is performed, for example, by wet etching using an etchant containing ferric chloride as a main component.
ガラス基板上に、ＩＴＯ電極を覆うように配向膜材料を塗布する（ステップＳ１０３）。配向膜材料の塗布は、たとえばフレキソ印刷を用いて行う。インクジェット印刷を用いてもよい。配向膜材料として、たとえば（株）日産化学製のＳＥ−１３０を使用する。ＳＥ−１３０は、低プレチルト角を発現させるＴＮ型液晶表示素子用の水平配向膜材料である。配向膜材料はこれに限られない。 On the glass substrate, an alignment film material is applied so as to cover the ITO electrode (step S103). The alignment film material is applied using, for example, flexographic printing. Inkjet printing may be used. For example, SE-130 manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd. is used as the alignment film material. SE-130 is a horizontal alignment film material for a TN liquid crystal display element that exhibits a low pretilt angle. The alignment film material is not limited to this.
配向膜材料を塗布したガラス基板をホットプレートに乗せ、１００℃で３分間の仮焼成（プリベーク）を実施する（ステップＳ１０４）。その後、クリーンオーブンにて２００℃、１時間の本焼成を行う（ステップＳ１０５）。こうしてＩＴＯ電極を覆う配向膜を形成する（ステップＳ１０３〜Ｓ１０５）。 The glass substrate coated with the alignment film material is placed on a hot plate and pre-baked (pre-baked) at 100 ° C. for 3 minutes (step S104). Then, main baking is performed in a clean oven at 200 ° C. for 1 hour (step S105). Thus, an alignment film covering the ITO electrode is formed (steps S103 to S105).
次に、ラビング処理（配向処理）を行う（ステップＳ１０６）。ラビング処理は、布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ配向膜上を擦る工程であり、これにより基板に接する液晶分子を一方向に並べる（配向する）ことができる。 Next, a rubbing process (orientation process) is performed (step S106). The rubbing process is a process of rotating a cylindrical roll wound with a cloth at a high speed and rubbing the alignment film, whereby liquid crystal molecules in contact with the substrate can be aligned (aligned) in one direction.
液晶セルの厚さ（基板間距離）を一定に保つため、一方のガラス基板面上にギャップコントロール材を乾式散布法にて散布する（ステップＳ１０７）。ギャップコントロール材には粒径５μｍのシリカ系材料（（株）宇部日東化成製 ハイプレシカＵＦ）を使用した。プラスチックボールを用いることもできる。 In order to keep the thickness (distance between substrates) of the liquid crystal cell constant, a gap control material is sprayed on one glass substrate surface by a dry spraying method (step S107). As the gap control material, a silica-based material having a particle size of 5 μm (High Presica UF manufactured by Ube Nitto Kasei Co., Ltd.) was used. Plastic balls can also be used.
他方のガラス基板面上にはシール材を印刷し、メインシールパターンを形成する（ステップＳ１０８）。たとえば熱硬化性のシール材である（株）三井化学製のＥＳ−７５００を、スクリーン印刷法で印刷する。ＥＳ−７５００は、粒径５μｍのグラスファイバーを数％含んでいる。なおディスペンサを用いて、シール材を塗布することもできる。また、熱硬化性ではなく、光硬化性のシール材や、光・熱併用硬化型のシール材を使ってもよい。 A sealant is printed on the other glass substrate surface to form a main seal pattern (step S108). For example, ES-7500 manufactured by Mitsui Chemicals, Inc., which is a thermosetting sealing material, is printed by a screen printing method. ES-7500 contains several percent of glass fibers with a particle size of 5 μm. Note that a sealing material can be applied using a dispenser. Further, instead of thermosetting, a photo-curing sealing material or a light / heat combined curing type sealing material may be used.
メインシールパターンを形成した基板面上に、金メッキを施したプラスチックボール（Ａｕボール）などを含む導通材を所定の位置に印刷し、導通材パターンを形成する。たとえばＥＳ−７５００に粒径６μｍ程度のＡｕボールを数％含ませたものを、導通材としてスクリーン印刷する。導通材パターンの印刷は、メインシールパターンを印刷した基板とは異なる基板に行ってもよい。 On the surface of the substrate on which the main seal pattern is formed, a conductive material including a gold-plated plastic ball (Au ball) or the like is printed at a predetermined position to form a conductive material pattern. For example, ES-7500 containing a few percent of Au balls having a particle size of about 6 μm is screen-printed as a conductive material. The conductive material pattern may be printed on a substrate different from the substrate on which the main seal pattern is printed.
ガラス基板を貼り合わせる（ステップＳ１０９）。２枚のガラス基板を所定の位置で重ね合わせてセル化し、プレスした状態で熱処理を施しシール材を硬化させる。ここでは２枚のガラス基板を重ね合わせたときの液晶分子の配列が、上側基板法線方向から見て、右方向に９０°捩れるように組み合わせた。たとえばホットプレス法を用い、１５０℃で焼成してシール材の熱硬化を行う。その後、スクライバ装置でガラス基板に傷をつけ、つけた傷の一部に沿ってブレイキングし、短冊状に分割する。 A glass substrate is bonded together (step S109). Two glass substrates are superposed at predetermined positions to form a cell, and heat treatment is performed in a pressed state to cure the sealing material. Here, the two liquid crystal substrates were combined such that the alignment of liquid crystal molecules was twisted by 90 ° in the right direction when viewed from the normal direction of the upper substrate. For example, the sealing material is thermally cured by baking at 150 ° C. using a hot press method. Thereafter, the glass substrate is scratched with a scriber device, broken along a part of the scratch, and divided into strips.
分割された短冊状の空セルを単位とし、たとえば真空注入法で空セルにネマチック液晶を注入する（ステップＳ１１０）。液晶材料には、たとえば（株）ＤＩＣ製のＲＤＰ−８４９１０を使用する。液晶中にはカイラル材を添加した。添加量はカイラルピッチが上側基板から下側基板に向かう方向に沿って、左捩れ方向に１５μｍとなるように調整した。 A nematic liquid crystal is injected into the empty cell, for example, by a vacuum injection method using the divided strip-shaped empty cell as a unit (step S110). As the liquid crystal material, for example, RDP-84910 manufactured by DIC Corporation is used. A chiral material was added to the liquid crystal. The amount of addition was adjusted so that the chiral pitch was 15 μm in the left twist direction along the direction from the upper substrate to the lower substrate.
液晶注入口を、たとえば紫外線（ＵＶ）硬化タイプのエンドシール材で封止し（ステップＳ１１１）、液晶分子の配向を整えるため、液晶の相転移温度以上にセルを加熱する（ステップＳ１１２）。たとえばオーブンにより、１２０℃で３０分間の熱処理を行う。その後、スクライバ装置でガラス基板につけた傷の残部に沿ってブレイキングし、個別のセルに小割する。 The liquid crystal inlet is sealed with, for example, an ultraviolet (UV) curable end seal material (step S111), and the cell is heated to a temperature higher than the phase transition temperature of the liquid crystal in order to adjust the alignment of the liquid crystal molecules (step S112). For example, heat treatment is performed in an oven at 120 ° C. for 30 minutes. Then, it breaks along the remainder of the damage | wound attached to the glass substrate with the scriber apparatus, and divides it into an individual cell.
小割されたセルに対し、面取り（ステップＳ１１３）と洗浄（ステップＳ１１４）を実施する。洗浄工程においては、洗剤、有機溶剤などによりセルを洗浄し、セルに付着した液晶や面取り時の粉を洗い落とす。 Chamfering (step S113) and cleaning (step S114) are performed on the subdivided cells. In the washing process, the cell is washed with a detergent, an organic solvent, etc., and the liquid crystal adhering to the cell and the powder during chamfering are washed away.
最後に、２枚のガラス基板の液晶層と反対側の面に、所定の大きさにカットした偏光板を貼付する（ステップＳ１１５）。２枚の偏光板はクロスニコルに配置し、ノーマリホワイトのＴＮ型液晶表示素子を実現した。両基板のＩＴＯ電極間には電源を接続した。 Finally, a polarizing plate cut to a predetermined size is attached to the surface of the two glass substrates opposite to the liquid crystal layer (step S115). The two polarizing plates were arranged in crossed Nicols to realize a normally white TN liquid crystal display element. A power source was connected between the ITO electrodes of both substrates.
図２は、第１の実施例による液晶表示素子の概略的な断面図である。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the liquid crystal display device according to the first embodiment.
第１の実施例による液晶表示素子は、相互に平行に対向配置された上側基板１０ａ、下側基板１０ｂ、及び両基板１０ａ、１０ｂ間に挟持されたツイストネマチック液晶層１４を含んで構成される。 The liquid crystal display device according to the first embodiment includes an upper substrate 10a, a lower substrate 10b, and a twisted nematic liquid crystal layer 14 sandwiched between the substrates 10a and 10b. .
上側基板１０ａは、上側ガラス基板１１ａ、上側ガラス基板１１ａ上に形成された上側ＩＴＯ電極１２ａ、及び上側ＩＴＯ電極１２ａ上に形成された上側配向膜１３ａを含む。同様に、下側基板１０ｂは、下側ガラス基板１１ｂ、下側ガラス基板１１ｂ上に形成された下側ＩＴＯ電極１２ｂ、及び下側ＩＴＯ電極１２ｂ上に形成された下側配向膜１３ｂを含む。 The upper substrate 10a includes an upper glass substrate 11a, an upper ITO electrode 12a formed on the upper glass substrate 11a, and an upper alignment film 13a formed on the upper ITO electrode 12a. Similarly, the lower substrate 10b includes a lower glass substrate 11b, a lower ITO electrode 12b formed on the lower glass substrate 11b, and a lower alignment film 13b formed on the lower ITO electrode 12b.
液晶層１４は、上側基板１０ａの上側配向膜１３ａと、下側基板１０ｂの下側配向膜１３ｂとの間に配置される。液晶層１４の厚さは、たとえば５μｍである。 The liquid crystal layer 14 is disposed between the upper alignment film 13a of the upper substrate 10a and the lower alignment film 13b of the lower substrate 10b. The thickness of the liquid crystal layer 14 is, for example, 5 μm.
上側及び下側配向膜１３ａ、１３ｂには、ラビングにより配向処理が施されている。上側配向膜１３ａと下側配向膜１３ｂの配向処理方向は相互に直交している。上側配向膜１３ａのラビング方向を第１の方向、下側配向膜１３ｂのラビング方向を第２の方向とすると、第２の方向は上側基板１０ａの法線方向から見て、第１の方向を基準に９０°をなす方向である。上側基板上のラビング処理の向きで決まるところの、プレチルト角の形成される向き（液晶分子が基板に対して立ち上がる向き）と、下側基板のプレチルト角の向きの組み合わせは、液晶材料がスプレイ構造を含まないユニフォームツイスト構造を形成した場合、より具体的には、たとえばカイラル材を含まない液晶材料を当該配向膜間に配置した場合、右方向に９０°捩れるユニフォームツイスト構造となる組み合わせとした。なお、上側及び下側配向膜１３ａ、１３ｂに付与されたプレチルト角は１°であった。 The upper and lower alignment films 13a and 13b are subjected to alignment treatment by rubbing. The alignment treatment directions of the upper alignment film 13a and the lower alignment film 13b are orthogonal to each other. When the rubbing direction of the upper alignment film 13a is the first direction and the rubbing direction of the lower alignment film 13b is the second direction, the second direction is the first direction when viewed from the normal direction of the upper substrate 10a. The direction is 90 ° with respect to the reference. The combination of the direction in which the pretilt angle is formed (the direction in which the liquid crystal molecules rise with respect to the substrate) and the direction of the pretilt angle in the lower substrate, as determined by the direction of the rubbing process on the upper substrate, is a liquid crystal material with a spray structure. More specifically, for example, when a liquid crystal material not including a chiral material is disposed between the alignment films, a combination that results in a uniform twist structure that is twisted by 90 ° in the right direction is formed. . The pretilt angle given to the upper and lower alignment films 13a and 13b was 1 °.
液晶層１４にはカイラル材が添加されている。添加量は、カイラルピッチが１５μｍとなるように調整されている。カイラル材の影響力のもとで生じる液晶分子１４ａの配列は、上側基板１０ａの法線方向から見て、上側基板１０ａから下側基板１０ｂに向かう方向に沿って、左捩れ方向に捩れるスプレイツイスト構造となる。 A chiral material is added to the liquid crystal layer 14. The amount added is adjusted so that the chiral pitch is 15 μm. The alignment of the liquid crystal molecules 14a generated under the influence of the chiral material is a splay that twists in the left-twist direction along the direction from the upper substrate 10a to the lower substrate 10b when viewed from the normal direction of the upper substrate 10a. It becomes a twist structure.
液晶セル完成状態での液晶分子１４ａの捩れ方向は、カイラル材による捩れ方向と同方向の左捩れ（スプレイツイスト構造）であった。 The twist direction of the liquid crystal molecules 14a in the liquid crystal cell completed state was left twist (spray twist structure) in the same direction as the twist direction by the chiral material.
上側ＩＴＯ電極１２ａ、下側ＩＴＯ電極１２ｂ間に電源２０が接続されている。電源２０によって、両電極１２ａ、１２ｂ間に、閾値電圧以上の交流電圧を印加することで、液晶分子１４ａの配列を、スプレイツイスト構造からユニフォームツイスト（リバースツイスト）構造に変化（転移）させることができる。また、電源２０を用いて液晶表示素子を駆動することができる。 A power source 20 is connected between the upper ITO electrode 12a and the lower ITO electrode 12b. By applying an alternating voltage equal to or higher than the threshold voltage between the electrodes 12a and 12b by the power source 20, the arrangement of the liquid crystal molecules 14a can be changed (transferred) from the spray twist structure to the uniform twist (reverse twist) structure. it can. Further, the liquid crystal display element can be driven using the power source 20.
上側基板１０ａ、下側基板１０ｂの液晶層１４と反対側の面には、それぞれ上側偏光板１５ａ、下側偏光板１５ｂが配置される。両偏光板１５ａ、１５ｂは、クロスニコルに、かつ、光透過軸が、上側及び下側基板１０ａ、１０ｂのラビング方向に対し平行になるように配置される。このため実施例による液晶表示素子は、ノーマリホワイトタイプの液晶表示素子となる。 An upper polarizing plate 15a and a lower polarizing plate 15b are disposed on the surfaces of the upper substrate 10a and the lower substrate 10b opposite to the liquid crystal layer 14, respectively. Both polarizing plates 15a and 15b are arranged in a crossed Nicol manner so that the light transmission axis is parallel to the rubbing direction of the upper and lower substrates 10a and 10b. For this reason, the liquid crystal display element by an Example becomes a normally white type liquid crystal display element.
図３は、第１の実施例による液晶表示素子のスプレイツイスト構造状態とリバースツイスト構造状態とを示す写真である。写真は、第１の実施例による液晶表示素子の上側基板１０ａの法線方向から撮影した。 FIG. 3 is a photograph showing a spray twist structure state and a reverse twist structure state of the liquid crystal display element according to the first embodiment. The photograph was taken from the normal direction of the upper substrate 10a of the liquid crystal display device according to the first embodiment.
前述のように、第１の実施例による液晶表示素子は、上側ＩＴＯ電極１２ａ、下側ＩＴＯ電極１２ｂ間に、閾値電圧以上の交流電圧を印加することで、液晶分子１４ａの配列状態を、スプレイツイスト構造からリバースツイスト構造に転移させることができる。転移は、印加電圧の周波数が高いほど速やかに生じる。 As described above, the liquid crystal display element according to the first embodiment applies an alternating voltage equal to or higher than the threshold voltage between the upper ITO electrode 12a and the lower ITO electrode 12b to change the alignment state of the liquid crystal molecules 14a. It is possible to transfer from a twist structure to a reverse twist structure. The transition occurs more rapidly as the frequency of the applied voltage is higher.
転移を生じさせる閾値電圧値は、液晶材料の種類やカイラル材の添加量等に依存するが、第１の実施例による液晶表示素子においては、７Ｖ以上の電圧を３秒程度印加することにより、電極１２ａ、１２ｂ上の一部の液晶分子１４ａの配列状態がリバースツイスト構造に転移した。また、１０Ｖ、２００Ｈｚの電圧を３分間印加したところ、電極１２ａ、１２ｂ上のすべての液晶分子１４ａの構造が完全にリバースツイスト構造に転移した。なお、後述の実験は、構造を完全にリバースツイスト構造に転移させた後に行ったものである。 The threshold voltage value causing the transition depends on the kind of liquid crystal material, the amount of chiral material added, etc. In the liquid crystal display element according to the first embodiment, by applying a voltage of 7 V or more for about 3 seconds, The alignment state of a part of the liquid crystal molecules 14a on the electrodes 12a and 12b was transferred to a reverse twist structure. When a voltage of 10 V and 200 Hz was applied for 3 minutes, the structure of all the liquid crystal molecules 14a on the electrodes 12a and 12b was completely transferred to the reverse twist structure. The experiment described later was conducted after the structure was completely transferred to the reverse twist structure.
図３に示すように、スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態との間に目視上大きな差異はない。また、いずれの配列状態においても同様の良好な白表示が行われた。両配列状態は、液晶分子の捩れ方向が異なってはいるものの、ともにツイストネマチック配向であり、基板法線方向からセルを観察する場合はほとんど区別がつかない。両配列状態は、たとえば液晶セルを斜め方向から観察し、転移を生じさせる閾値電圧より少し高い電圧を印加した場合に、容易に区別することができる。液晶セルの厚さ方向の中央付近の液晶分子が立ち上がる方向（最良視認方向）が相互に９０°異なるためである。 As shown in FIG. 3, there is no visual difference between the spray twist arrangement state and the reverse twist arrangement state. Moreover, the same favorable white display was performed in any arrangement state. Both alignment states are twisted nematic alignments, although the twist directions of the liquid crystal molecules are different, and are almost indistinguishable when the cell is observed from the normal direction of the substrate. Both arrangement states can be easily distinguished when, for example, the liquid crystal cell is observed from an oblique direction and a voltage slightly higher than a threshold voltage that causes transition is applied. This is because the directions in which the liquid crystal molecules in the vicinity of the center in the thickness direction of the liquid crystal cell rise (the best viewing direction) are different from each other by 90 °.
第１の実施例による液晶表示素子の両電極１２ａ、１２ｂ間に、飽和電圧程度の電圧を印加したところ、スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態の双方において、液晶分子１４ａが基板１０ａ、１０ｂと垂直な方向に立ち上がり、良好な黒表示が得られた。また、２つの構造の各々において、白表示と黒表示を視角を変えて観察したところ、双方ともほとんど表示反転することなく、比較的広い視角特性を有していることが確認された。なお、スプレイツイスト構造と比較すると、リバースツイスト構造の視角はやや狭かったが、大きな差は認められなかった。 When a voltage of about the saturation voltage is applied between the electrodes 12a and 12b of the liquid crystal display element according to the first embodiment, the liquid crystal molecules 14a become the substrates 10a and 10b in both the spray twist arrangement state and the reverse twist arrangement state. Standing up in the vertical direction, good black display was obtained. Further, in each of the two structures, white display and black display were observed with different viewing angles, and it was confirmed that both had relatively wide viewing angle characteristics with almost no display inversion. Compared with the spray twist structure, the viewing angle of the reverse twist structure was slightly narrow, but no significant difference was observed.
以上より、第１の実施例による液晶表示素子は、スプレイツイスト構造とリバースツイスト構造のいずれの状態においても、特別な光学補償をすることなく、良好な白黒表示が得られることがわかった。なお、この点は第１の実施例に限らず、他の実施例についても同様であった。 From the above, it has been found that the liquid crystal display element according to the first example can obtain a good black and white display without any special optical compensation in either the spray twist structure or the reverse twist structure. This point is not limited to the first embodiment, but is the same for other embodiments.
リバースツイスト配列状態に転移した第１の実施例による液晶表示素子を、電圧無印加状態で放置したところ、徐々にリバースツイスト配列からスプレイツイスト配列へ戻っていく様子が観察された。このことから第１の実施例による液晶表示素子は、電圧無印加状態において、リバースツイスト配列状態よりスプレイツイスト配列状態が安定であることがわかる。なお、第１の実施例による液晶表示素子においては、電圧無印加状態が２分程度続くと、リバースツイスト配列からスプレイツイスト配列への再転移が生じた。しかしある程度電圧を印加した状態で保持した場合、長時間リバースツイスト配列状態を維持することができる。 When the liquid crystal display element according to the first embodiment, which had transitioned to the reverse twist arrangement state, was left in a state where no voltage was applied, it was observed that the reverse twist arrangement gradually returned to the spray twist arrangement. From this, it can be seen that the liquid crystal display element according to the first embodiment is more stable in the spray twist arrangement state than in the reverse twist arrangement state when no voltage is applied. In the liquid crystal display device according to the first example, when the voltage-free state lasted for about 2 minutes, the reverse transition from the reverse twist arrangement to the spray twist arrangement occurred. However, when the voltage is applied to some extent, the reverse twist arrangement state can be maintained for a long time.
本願発明者らは、第１の実施例による液晶表示素子の電気光学特性を測定した。図４（Ａ）、（Ｂ）にその結果を示す。図４（Ａ）は、スプレイツイスト配列状態における印加電圧と光透過率との関係を表し、図４（Ｂ）は、リバースツイスト配列状態におけるそれを表す。両図とも、グラフの横軸は、電極１２ａ、１２ｂ間に印加した電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で示す。光透過とは、偏光板１５ａ、１５ｂの一方の側から入射させた光が、他方の側へ通過することをいう。 The inventors of the present application measured the electro-optical characteristics of the liquid crystal display element according to the first example. The results are shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B). FIG. 4A shows the relationship between applied voltage and light transmittance in the spray twist arrangement state, and FIG. 4B shows that in the reverse twist arrangement state. In both figures, the horizontal axis of the graph indicates the voltage applied between the electrodes 12a and 12b in the unit "V", and the vertical axis indicates the light transmittance of the liquid crystal display element in the unit "%". Light transmission means that light incident from one side of the polarizing plates 15a and 15b passes to the other side.
スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態とでは、シャープネス（印加電圧に対する光透過率の変化の急峻性）が明らかに異なり、図４（Ｂ）に示すように、リバースツイスト配列状態においては、印加電圧に対する光透過率の変化の急峻性が大きい（シャープネスが優れている）ことがわかる。 The sharpness (steepness of change in light transmittance with respect to the applied voltage) is clearly different between the spray twist arrangement state and the reverse twist arrangement state. As shown in FIG. 4B, in the reverse twist arrangement state, the applied voltage It can be seen that the steepness of the change in light transmittance with respect to is large (sharpness is excellent).
スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態の各々について、シャープネス値として、Ｖ１０／Ｖ９０及びＶ５／Ｖ９０を計算した。ここで、Ｖ５、Ｖ１０、Ｖ９０はそれぞれ、最も明るい光透過率を１００％としたとき、５％の光透過率、１０％の光透過率、９０％の光透過率が得られる電圧値である。計算の結果、スプレイツイスト配列状態においては、Ｖ１０／Ｖ９０＝１．７４６、Ｖ５／Ｖ９０＝１．９８７、リバースツイスト配列状態においては、Ｖ１０／Ｖ９０＝１．０３７、Ｖ５／Ｖ９０＝１．０４１というシャープネス値が求められた。 V10 / V90 and V5 / V90 were calculated as sharpness values for each of the spray twist arrangement state and the reverse twist arrangement state. Here, V5, V10, and V90 are voltage values that give 5% light transmittance, 10% light transmittance, and 90% light transmittance, respectively, where the brightest light transmittance is 100%. . As a result of the calculation, V10 / V90 = 1.746 and V5 / V90 = 1.987 in the spray twist arrangement state, and V10 / V90 = 1.037 and V5 / V90 = 1.041 in the reverse twist arrangement state. Sharpness values were determined.
液晶表示素子を１／４８０ｄｕｔｙ駆動するのに必要なシャープネス値は、１．０４６５以下である。第１の実施例による液晶表示素子は、リバースツイスト配列状態において、Ｖ１０／Ｖ９０、Ｖ５／Ｖ９０ともに、この必要値を実現している。すなわち、第１の実施例による液晶表示素子は、リバースツイスト配列状態を使用して、１／４８０ｄｕｔｙ駆動という高ｄｕｔｙ駆動が可能である。 The sharpness value required to drive the liquid crystal display element at 1/480 duty is 1.0465 or less. The liquid crystal display element according to the first embodiment achieves this necessary value for both V10 / V90 and V5 / V90 in the reverse twist arrangement state. That is, the liquid crystal display element according to the first embodiment can be driven at a high duty of 1/480 duty driving using the reverse twist arrangement state.
一方、液晶表示素子を１／８ｄｕｔｙ駆動するのに必要なシャープネス値は、１．４４７以下である。第１の実施例による液晶表示素子は、スプレイツイスト配列状態において、Ｖ１０／Ｖ９０、Ｖ５／Ｖ９０ともにこの必要値を実現できない。すなわち、スプレイツイスト配列状態を用いては、１／８ｄｕｔｙ駆動の場合でも明るい表示を行うことができないことがわかる。 On the other hand, the sharpness value required to drive the liquid crystal display element by 1/8 duty is 1.447 or less. The liquid crystal display element according to the first embodiment cannot realize this necessary value for both V10 / V90 and V5 / V90 in the spray twist arrangement state. That is, using the spray twist arrangement state, it can be seen that bright display cannot be performed even in the case of 1/8 duty driving.
なお、ｄｕｔｙ駆動（単純マトリクス駆動）において走査線の数をＮ、ＯＮ電圧をＶｏｎ、ＯＦＦ電圧をＶｏｆｆとしたとき、それらの関係は次式（１）で表される。
・・（１）
第２の実施例による液晶表示素子について説明する。第２の実施例は、使用する液晶材料が第１の実施例とは異なる。第２の実施例においては、ネマチック液晶材料である（株）ＤＩＣ製のＲＤＰ−８３１０７を用いて液晶層を構成した。液晶中に添加するカイラル材の種類及び添加量は第１の実施例の場合と等しい。すなわちカイラルピッチは、上側基板から下側基板に向かう方向に沿って、左捩れ方向に１５μｍである。
(1)
A liquid crystal display device according to the second embodiment will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in the liquid crystal material used. In the second embodiment, a liquid crystal layer was formed using RDP-83107 manufactured by DIC Corporation, which is a nematic liquid crystal material. The kind and amount of chiral material added to the liquid crystal are the same as in the first embodiment. That is, the chiral pitch is 15 μm in the left twist direction along the direction from the upper substrate to the lower substrate.
図５は、第２の実施例による液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における電気光学特性を示すグラフである。グラフの横軸は、電極間に印加した電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で示す。第２の実施例による液晶表示素子を２個作製し、双方について印加電圧と光透過率との関係を調べた。 FIG. 5 is a graph showing electro-optical characteristics of the liquid crystal display device according to the second embodiment in a reverse twist arrangement state. The horizontal axis of the graph indicates the voltage applied between the electrodes in the unit “V”, and the vertical axis indicates the light transmittance of the liquid crystal display element in the unit “%”. Two liquid crystal display elements according to the second embodiment were produced, and the relationship between the applied voltage and the light transmittance was examined for both.
第２の実施例による液晶表示素子も、図４（Ｂ）に示した第１の実施例の場合と同様に、シャープネスに優れていることがわかる。また、印加電圧−光透過率特性の個体差が小さく、セル条件に対するマージンは比較的広いことがわかる。 It can be seen that the liquid crystal display element according to the second example is also excellent in sharpness, as in the case of the first example shown in FIG. It can also be seen that the individual difference in applied voltage-light transmittance characteristics is small, and the margin for the cell conditions is relatively wide.
第３の実施例による液晶表示素子について説明する。第３の実施例は、使用する液晶材料が第１及び第２の実施例とは異なる。第３の実施例においては、ネマチック液晶材料である（株）ＤＩＣ製のＲＤＰ−８３１０８を用いて液晶層を構成する。液晶中に添加するカイラル材の種類及び添加量は第１及び第２の実施例の場合と等しい。カイラルピッチは、上側基板から下側基板に向かう方向に沿って、左捩れ方向に１５μｍである。 A liquid crystal display device according to a third embodiment will be described. In the third embodiment, the liquid crystal material used is different from those in the first and second embodiments. In the third embodiment, a liquid crystal layer is formed using RDP-83108 manufactured by DIC Corporation, which is a nematic liquid crystal material. The type and amount of chiral material added to the liquid crystal are the same as in the first and second embodiments. The chiral pitch is 15 μm in the left twist direction along the direction from the upper substrate to the lower substrate.
図６は、第３の実施例による液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における電気光学特性を示すグラフである。グラフの横軸は、電極間に印加した電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で示す。本願発明者らは、第３の実施例による液晶表示素子を４個作製し、それぞれの素子について印加電圧と光透過率との関係を調べた。 FIG. 6 is a graph showing electro-optical characteristics of the liquid crystal display element according to the third embodiment in a reverse twist arrangement state. The horizontal axis of the graph indicates the voltage applied between the electrodes in the unit “V”, and the vertical axis indicates the light transmittance of the liquid crystal display element in the unit “%”. The inventors of the present application manufactured four liquid crystal display elements according to the third embodiment, and examined the relationship between the applied voltage and the light transmittance for each element.
第３の実施例による液晶表示素子も、図４（Ｂ）に示した第１の実施例、図５に示した第２の実施例の場合と同様に、シャープネスに優れていることがわかる。また、第３の実施例においても、印加電圧−光透過率特性の個体差が小さく、セル条件に対するマージンは比較的広いことがわかる。 It can be seen that the liquid crystal display element according to the third embodiment is also excellent in sharpness, as in the case of the first embodiment shown in FIG. 4B and the second embodiment shown in FIG. Also in the third embodiment, it can be seen that the individual difference in applied voltage-light transmittance characteristics is small, and the margin for the cell condition is relatively wide.
第１〜第３の実施例による液晶表示素子においては、液晶層１４の厚さ（セル厚）ｄを５μｍ、カイラルピッチｐを１５μｍとした。ｄ／ｐの値は１／３である。セル厚ｄは５μｍに限られない。ｄ／ｐの値は、液晶に添加するカイラル材の量で調整を行うことが望ましい。 In the liquid crystal display elements according to the first to third embodiments, the thickness (cell thickness) d of the liquid crystal layer 14 was 5 μm, and the chiral pitch p was 15 μm. The value of d / p is 1/3. The cell thickness d is not limited to 5 μm. The value of d / p is desirably adjusted by the amount of chiral material added to the liquid crystal.
また、ＴＮ型液晶表示素子の場合、明るい表示を得るためには、ＴＮ型液晶セルのノーマリブラック時の光透過率ＴＮＢを示すグッチ・テリーの式において、ファーストミニマムまたはセカンドミニマムの条件を満たすことが必要である。グッチ・テリーの式は、次式（２）で表される。
・・（２）
ここでｕは、下式（３）で計算される値である。
Here, u is a value calculated by the following equation (3).
・・（３）
式（３）において、Δｎは液晶の屈折率異方性、λは液晶セルに入射する光の波長、そしてｄは上述のようにセル厚を示す。
(3)
In equation (3), Δn is the refractive index anisotropy of the liquid crystal, λ is the wavelength of light incident on the liquid crystal cell, and d is the cell thickness as described above.
グッチ・テリーの式のファーストミニマムまたはセカンドミニマムの条件を満たすために、セル厚ｄに応じて、液晶材料（液晶の屈折率異方性Δｎ）を選択することが望ましい。たとえばセル厚ｄを小さくするときは、屈折率異方性Δｎの値を大きくし、逆にセル厚ｄを大きくするときは、屈折率異方性Δｎの値を小さくするように、液晶材料を選択する。 In order to satisfy the condition of the first minimum or the second minimum of the Gucci Terry equation, it is desirable to select a liquid crystal material (refractive index anisotropy Δn of liquid crystal) according to the cell thickness d. For example, when the cell thickness d is reduced, the value of the refractive index anisotropy Δn is increased. Conversely, when the cell thickness d is increased, the liquid crystal material is reduced so as to decrease the value of the refractive index anisotropy Δn. select.
なお、セル厚ｄが小さいほど、液晶分子の配列状態は、配向処理方向とプレチルト角の組み合わせに強く規定されると考えられるため、セル厚ｄの小さい液晶表示素子の方が、リバースツイスト配列状態を、安定的に保持することができると推察される。 As the cell thickness d is smaller, the alignment state of the liquid crystal molecules is considered to be strongly defined by the combination of the alignment treatment direction and the pretilt angle. Therefore, the liquid crystal display element having the smaller cell thickness d is in the reverse twist alignment state. Is presumably stable.
ｄ／ｐの値は、実施例におけるように、１／３またはその近傍の値とすることが望ましいであろう。しかしその値が多少変化しても、同様の効果が奏されると考えられる。ｄ／ｐの値が大きくなるにつれて、カイラル材の影響が強く現れ、スプレイツイスト配列状態が安定的に存在しやすくなる。その結果、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に転移させるのに必要な閾値電圧が高くなるとともに、リバースツイスト配列状態に安定保持される時間が短くなる傾向が生じる。このため、ｄ／ｐの値は概ね１／２以下であることが望ましいであろう。一方、ｄ／ｐの値が小さくなるにつれて、カイラル材によって与えられる液晶層内の歪みも小さくなり、シャープネスが悪くなる傾向が生じると考えられる。カイラル材の添加量が多いこと、すなわちカイラルピッチｐが小さいことが好ましい。ｄ／ｐの値は概ね１／４より大きいことが望ましいであろう。 It may be desirable to set the value of d / p to 1/3 or a value close thereto as in the embodiment. However, even if the value changes slightly, it is considered that the same effect is produced. As the value of d / p increases, the influence of the chiral material appears strongly, and the spray twist arrangement state tends to exist stably. As a result, the threshold voltage required for transition from the spray twist arrangement state to the reverse twist arrangement state increases, and the time during which the reverse twist arrangement state is stably maintained tends to be shortened. For this reason, it is desirable that the value of d / p is approximately ½ or less. On the other hand, it is considered that as the value of d / p becomes smaller, the distortion in the liquid crystal layer given by the chiral material also becomes smaller and the sharpness tends to deteriorate. It is preferable that the amount of chiral material added is large, that is, the chiral pitch p is small. It would be desirable for the value of d / p to be approximately greater than 1/4.
第１〜第３の実施例による液晶表示素子においては、低プレチルト角を発現させる配向膜材料を用いて、配向膜を形成した。本願発明者らは、比較のため、第１の実施例とは使用する配向膜材料、及び配向膜に付与するプレチルト角のみを違えて液晶表示素子を作製した。配向膜材料には比較的高いプレチルト角を示す材料を用い、形成した配向膜には２１°のプレチルト角を与えた。 In the liquid crystal display elements according to the first to third embodiments, an alignment film was formed using an alignment film material that exhibits a low pretilt angle. For comparison, the inventors of the present invention produced liquid crystal display elements by changing only the alignment film material used in the first embodiment and the pretilt angle applied to the alignment film. A material showing a relatively high pretilt angle was used as the alignment film material, and a pretilt angle of 21 ° was given to the formed alignment film.
図７は、プレチルト角を２１°とした液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における電気光学特性を示すグラフである。グラフの横軸は、電極間に印加した電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で示す。２１°のプレチルト角を付与した液晶表示素子を４個作製し、それぞれについて印加電圧と光透過率との関係を調べた。 FIG. 7 is a graph showing electro-optical characteristics in a reverse twist arrangement state of the liquid crystal display element with a pretilt angle of 21 °. The horizontal axis of the graph indicates the voltage applied between the electrodes in the unit “V”, and the vertical axis indicates the light transmittance of the liquid crystal display element in the unit “%”. Four liquid crystal display elements having a pretilt angle of 21 ° were produced, and the relationship between applied voltage and light transmittance was examined for each.
プレチルト角２１°の４個の液晶表示素子は、個体差はあるが、すべて駆動電圧の閾値は低い。しかし図４（Ｂ）に示されるような優れたシャープネスは見られない。図７に示す結果から、優れたシャープネスを実現するためには、プレチルト角が低く発現する配向膜材料を用いて配向膜を形成し、形成した配向膜に低プレチルト角を付与する配向処理を施すことが望ましいと考えられる。 The four liquid crystal display elements with a pretilt angle of 21 ° have individual differences, but all have low drive voltage thresholds. However, the excellent sharpness as shown in FIG. From the results shown in FIG. 7, in order to achieve excellent sharpness, an alignment film is formed using an alignment film material that exhibits a low pretilt angle, and an alignment treatment is applied to the formed alignment film to provide a low pretilt angle. Is considered desirable.
本願発明者は、リバースＴＮ型液晶表示素子のシャープネスとプレチルト角との関係について研究を行った。まず、プレチルト角の制御性について説明する。本願発明者らは、高いプレチルト角を示すポリイミド材料（（株）チッソ石油化学製 ＰＩＡ−７６８−０１Ｘ）に、低いプレチルト角を示すポリイミド材料（（株）チッソ石油化学製 ＰＩＡ−３５９−０１Ｘ）を加えた、２種類の混合ポリイミド材料で形成した配向膜が連続的にプレチルト角を発現することができる点を確認した。 The inventor of the present application has studied the relationship between the sharpness and the pretilt angle of the reverse TN liquid crystal display element. First, the controllability of the pretilt angle will be described. The inventors of the present invention applied a polyimide material exhibiting a high pretilt angle (PIA-768-01X manufactured by Chisso Petrochemical Co., Ltd.) to a polyimide material exhibiting a low pretilt angle (PIA-359-01X manufactured by Chisso Petrochemical Co., Ltd.). It was confirmed that an alignment film formed of two kinds of mixed polyimide materials to which the above was added can continuously exhibit a pretilt angle.
図８は、２種類のポリイミド材料の混合比と発現したプレチルト角との関係を表すグラフである。グラフの横軸は、混合ポリイミド材料におけるＰＩＡ−７６８−０１Ｘの含有比（濃度）を単位「％」で示し、縦軸は発現したプレチルト角の大きさを単位「°」で示す。プレチルト角の測定に際しては、（株）メルク製の液晶材料ＺＬＩ４７９２を使用した。本図より、ポリイミド材料ＰＩＡ−７６８−０１Ｘの含有比率に比例してプレチルト角が増加していることがわかる。したがって、ポリイミド材料ＰＩＡ−７６８−０１ＸとＰＩＡ−３５９−０１Ｘとの混合比を調整することで、発現するプレチルト角の連続的な制御が可能である。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the mixing ratio of two types of polyimide materials and the developed pretilt angle. The horizontal axis of the graph indicates the content ratio (concentration) of PIA-768-01X in the mixed polyimide material in the unit “%”, and the vertical axis indicates the magnitude of the developed pretilt angle in the unit “°”. In measuring the pretilt angle, a liquid crystal material ZLI4792 manufactured by Merck & Co., Inc. was used. From this figure, it can be seen that the pretilt angle increases in proportion to the content ratio of the polyimide material PIA-768-01X. Therefore, the pretilt angle to be expressed can be continuously controlled by adjusting the mixing ratio of the polyimide materials PIA-768-01X and PIA-359-01X.
以下、第４の実施例、及び第１〜第３の比較例による液晶表示素子について説明する。第４の実施例は、ポリイミド配向膜材料ＰＩＡ−７６８−０１ＸとＰＩＡ−３５９−０１Ｘとの混合比を２０：８０とした混合ポリイミド材料で配向膜を形成した液晶表示素子、第１〜第３の比較例は順に、混合比を４５：５５、４０：６０、３０：７０として形成した配向膜を有する液晶表示素子である。 Hereinafter, liquid crystal display elements according to the fourth embodiment and the first to third comparative examples will be described. The fourth embodiment is a liquid crystal display element in which an alignment film is formed of a mixed polyimide material in which the mixing ratio of polyimide alignment film materials PIA-768-01X and PIA-359-01X is 20:80, first to third The comparative examples are liquid crystal display elements having alignment films formed in this order at a mixing ratio of 45:55, 40:60, and 30:70.
第４の実施例による液晶表示素子は、図１を参照して説明した製造方法と同様の方法で製造した。相違点及び付加的な詳細は次の通りである。 The liquid crystal display device according to the fourth example was manufactured by a method similar to the manufacturing method described with reference to FIG. The differences and additional details are as follows.
一対の一辺２ｃｍの正方形状ガラス基板（厚さ１．１ｍｍ）上に、一辺１ｃｍの正方形状ＩＴＯ電極及びその導通を外部に取り出すための周辺電極を形成した。配向膜の形成に当たっては、（株）チッソ石油化学製 ＰＩＡ−７６８−０１Ｘを２０％、ＰＩＡ−３５９−０１Ｘを８０％の割合で混合した配向膜用ポリイミド材料を、厚さ約０．１μｍでガラス基板上に塗布した。ラビング処理には、木綿製のベルベット布を使用した。ラビング方向は、一対のガラス基板を貼り合わせたときに、相互に直交する方向とした。具体的には、上側配向膜のラビング方向を第１の方向、下側配向膜のラビング方向を第２の方向としたとき、第２の方向は上側基板の法線方向から見て、第１の方向を基準に９０°をなす方向とした。上側基板のラビング処理の向きで決まるところの、プレチルト角の形成される向き（液晶分子が基板に対して立ち上がる向き）と、下側基板のプレチルト角の向きの組み合わせは、液晶材料がスプレイ構造を含まない、より具体的に言えば、たとえばカイラル材を含まない液晶材料を当該配向膜間に配置した場合、右方向に９０°捩れるユニフォーム構造となる組み合わせとした。 On a pair of square glass substrates (thickness 1.1 mm) each having a side of 2 cm, a square ITO electrode having a side of 1 cm and a peripheral electrode for taking out the conduction to the outside were formed. In forming the alignment film, a polyimide material for alignment film in which PIA-768-01X manufactured by Chisso Petrochemical Co., Ltd. was mixed at a ratio of 20% and PIA-359-01X at a ratio of 80% was formed with a thickness of about 0.1 μm. It apply | coated on the glass substrate. A cotton velvet cloth was used for the rubbing treatment. The rubbing direction was a direction orthogonal to each other when a pair of glass substrates were bonded together. Specifically, when the rubbing direction of the upper alignment film is the first direction and the rubbing direction of the lower alignment film is the second direction, the second direction is the first direction as viewed from the normal direction of the upper substrate. It was set as the direction which makes 90 degrees on the basis of this direction. The combination of the direction in which the pretilt angle is formed (the direction in which the liquid crystal molecules stand up with respect to the substrate) and the direction of the pretilt angle in the lower substrate, as determined by the rubbing direction of the upper substrate, More specifically, for example, when a liquid crystal material that does not include a chiral material is disposed between the alignment films, the combination has a uniform structure that is twisted by 90 ° in the right direction.
一方のガラス基板の配向膜上に、直径５μｍのシリカ製ギャップコントロール材である（株）宇部日東化成製 ハイプレシカＵＦを散布した後、エポキシ系シール材をガラス基板の周辺部に塗布し、１５０℃の温度で１時間加熱して硬化させた。シール部分には、液晶材料を注入するための注入口と排気口を作製した。 On the alignment film of one glass substrate, a 5 μm diameter silica gap control material (Ube Nitto Kasei Co., Ltd., High Plesica UF) was sprayed, and then an epoxy sealant was applied to the periphery of the glass substrate at 150 ° C. Was cured by heating at a temperature of 1 hour. In the seal portion, an inlet and an outlet for injecting a liquid crystal material were prepared.
このようにして準備した空セルをホットプレート上に載置し、毛細管現象を利用して、液晶組成物を注入口からシール材に囲われた空間に注入した。液晶材料には、（株）ＤＩＣ製のＲＤＰ−８３４０９を用いた。液晶中にはカイラル材を添加した。添加量は、カイラルピッチが上側基板から下側基板に向かう方向に沿って、右捩れ方向に１５μｍとなるように調整した。液晶組成物の注入終了後、注入口と排気口とにエポキシ系接着剤を配置し、一日放置することで硬化させて封止した。液晶の配向状態を偏光顕微鏡で観察したところ、全面均一な配向状態が確認された。なお、配向膜に付与されたプレチルト角は、（株）東陽テクニカ製の液晶素子プレチルト角測定装置ＰＡＳ−００１で測定した結果、約５°であった。 The empty cell thus prepared was placed on a hot plate, and the liquid crystal composition was injected from the inlet into the space surrounded by the sealing material using the capillary phenomenon. As the liquid crystal material, RDP-83409 manufactured by DIC Corporation was used. A chiral material was added to the liquid crystal. The addition amount was adjusted so that the chiral pitch was 15 μm in the right twist direction along the direction from the upper substrate to the lower substrate. After the injection of the liquid crystal composition, an epoxy adhesive was placed at the injection port and the exhaust port and allowed to stand for one day to be cured and sealed. When the alignment state of the liquid crystal was observed with a polarizing microscope, a uniform alignment state on the entire surface was confirmed. The pretilt angle imparted to the alignment film was about 5 ° as a result of measurement with a liquid crystal element pretilt angle measuring device PAS-001 manufactured by Toyo Corporation.
この状態の印加電圧−光透過率特性を確認したところ、通常のＴＮ型液晶表示素子に比べて高い駆動電圧の閾値が観察され、スプレイツイスト構造の液晶素子が形成されていることが判明した。また、この液晶素子の電極間に１０Ｖの矩形波電圧を印加し、液晶分子が基板に対して略垂直に配列する状態を保持させたところ、液晶素子の色調に変化が認められた。色調の変化は部分的に生じ、色調が変化した部分は徐々に拡大して、数分間で全面に広がった。色調に変化のあった領域において、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態への転移が生じたと考えられる。リバースツイスト配列状態は電圧の印加を停止してからも数十秒間存在したが、その後、スプレイツイスト配列状態に再転移した。 When the applied voltage-light transmittance characteristics in this state were confirmed, it was found that a threshold value of a driving voltage higher than that of a normal TN liquid crystal display element was observed, and a liquid crystal element having a spray twist structure was formed. Further, when a rectangular wave voltage of 10 V was applied between the electrodes of the liquid crystal element to maintain a state in which the liquid crystal molecules were arranged substantially perpendicular to the substrate, a change was observed in the color tone of the liquid crystal element. The change in color occurred partially, and the part where the color changed changed gradually and spread over the whole surface in a few minutes. It is considered that the transition from the spray twist arrangement state to the reverse twist arrangement state occurred in the region where the color tone changed. The reverse twist arrangement state existed for several tens of seconds after the application of voltage was stopped, but after that, the reverse twist arrangement state re-transferred to the spray twist arrangement state.
図９は、第４の実施例による液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における印加電圧と光透過率との関係を表すグラフである。グラフの横軸は、電極間に印加した電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で示す。本願発明者らは、第４の実施例による液晶表示素子を４個作製し、それぞれの素子について印加電圧と光透過率との関係を調べた。測定には（株）大塚電子製の液晶素子電気光学特性測定装置であるＬＣＤ５２００を使用した。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the applied voltage and the light transmittance in the reverse twist arrangement state of the liquid crystal display element according to the fourth embodiment. The horizontal axis of the graph indicates the voltage applied between the electrodes in the unit “V”, and the vertical axis indicates the light transmittance of the liquid crystal display element in the unit “%”. The inventors of the present application produced four liquid crystal display elements according to the fourth embodiment, and examined the relationship between the applied voltage and the light transmittance for each element. LCD5200 which is a liquid crystal element electro-optical characteristic measuring apparatus made from Otsuka Electronics Co., Ltd. was used for the measurement.
作製した４個のうちの１個で、図４（Ｂ）、図５、及び図６に示した、第１〜第３の実施例と同様の優れたシャープネスが認められるが、残りの３個では認められない。このことからリバースＴＮ型液晶表示素子においては、プレチルト角によってシャープネスの優良性が連続的に変化するのではなく、５°というプレチルト角を境に、上下基板に与えられるプレチルト角がともに０°より大きく５°以下という条件で、シャープネスの優良性が出現すると考えられる。 One of the four produced has excellent sharpness similar to that of the first to third embodiments shown in FIGS. 4 (B), 5 and 6, but the remaining three. Is not allowed. Therefore, in the reverse TN type liquid crystal display element, the superiority of sharpness does not continuously change depending on the pretilt angle, but the pretilt angle given to the upper and lower substrates is both 0 ° at the pretilt angle of 5 °. It is considered that excellent sharpness appears under the condition of 5 ° or less.
図１０（Ａ）〜（Ｃ）に、それぞれ第１〜第３の比較例による液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における印加電圧と光透過率との関係を示す。前述のように、第１〜第３の比較例は、ポリイミド配向膜材料ＰＩＡ−７６８−０１ＸとＰＩＡ−３５９−０１Ｘとの混合比を、４５：５５、４０：６０、３０：７０とした混合ポリイミド材料で配向膜を形成した液晶表示素子である。第１〜第３の比較例による液晶表示素子は、配向膜材料の混合比を異ならせた点を除いては、第４の実施例と等しい方法で製造した。また、各々の比較例につき、複数個の液晶セルを作製した。図１０（Ａ）〜（Ｃ）のグラフの横軸は、電極間に印加した電圧を単位「Ｖ」で表し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で表す。 FIGS. 10A to 10C show the relationship between the applied voltage and the light transmittance in the reverse twist arrangement state of the liquid crystal display elements according to the first to third comparative examples, respectively. As described above, in the first to third comparative examples, the mixing ratio of the polyimide alignment film materials PIA-768-01X and PIA-359-01X is 45:55, 40:60, and 30:70. A liquid crystal display element in which an alignment film is formed of a polyimide material. The liquid crystal display elements according to the first to third comparative examples were manufactured by the same method as that of the fourth example except that the mixing ratio of the alignment film materials was changed. A plurality of liquid crystal cells were prepared for each comparative example. 10A to 10C, the horizontal axis represents the voltage applied between the electrodes in the unit “V”, and the vertical axis represents the light transmittance of the liquid crystal display element in the unit “%”.
図１０（Ａ）に電気光学特性を示す第１の比較例（混合比４５：５５）のプレチルト角は、図８のグラフから判断すると、１５°強であると考えられる。また、図１０（Ｂ）、（Ｃ）に電気光学特性を示す第２の比較例（混合比４０：６０）、第３の比較例（混合比３０：７０）のプレチルト角は、それぞれ１５°弱、７〜８°であると考えられる。 The pre-tilt angle of the first comparative example (mixing ratio 45:55) showing the electro-optical characteristics shown in FIG. 10A is considered to be slightly over 15 ° as judged from the graph of FIG. 10B and 10C, the pre-tilt angles of the second comparative example (mixing ratio 40:60) and the third comparative example (mixing ratio 30:70) showing the electro-optical characteristics are 15 °, respectively. It is considered weak and 7-8 °.
図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示す結果から、第１〜第３の比較例においては、リバースツイスト配列状態におけるシャープネスの優良性が見られないことがわかる。また、プレチルト角によってシャープネスの優良性が連続的に変化するのではないことも改めて確認される。 From the results shown in FIGS. 10A to 10C, it can be seen that in the first to third comparative examples, the sharpness superiority in the reverse twist arrangement state is not observed. It is also reconfirmed that the sharpness excellence does not continuously change depending on the pretilt angle.
上述のように、優れたシャープネス特性は、プレチルト角が０°より大きく５°以下という条件で出現する。また既に述べたように、液晶層の厚さｄとカイラル材のカイラルピッチｐの比ｄ／ｐは１／４より大きく、１／２以下であることが望ましい。 As described above, excellent sharpness characteristics appear under the condition that the pretilt angle is greater than 0 ° and less than or equal to 5 °. As already described, the ratio d / p between the thickness d of the liquid crystal layer and the chiral pitch p of the chiral material is preferably greater than ¼ and ½ or less.
本願発明者らは、液晶層の厚さｄ＝５μｍ、カイラルピッチｐ＝２０μｍ、ｄ／ｐ＝１／４、プレチルト角θ＝１°のリバースＴＮ型液晶表示素子、及び、液晶層の厚さｄ＝５μｍ、カイラルピッチｐ＝２０μｍ、ｄ／ｐ＝１／４、プレチルト角θ＝５°のリバースＴＮ型液晶表示素子を作製し、リバースツイスト配列状態における電気光学特性を調べた。その結果、実施例に見られたような優れたシャープネスは認められなかった。これより、プレチルト角θが１°以上５°以下のときは、ｄ／ｐが１／４より大きいことが、優れたシャープネス特性を得るために必要な条件であると考えられる。 The inventors of the present application provide a reverse TN liquid crystal display element having a liquid crystal layer thickness d = 5 μm, a chiral pitch p = 20 μm, d / p = 1/4, and a pretilt angle θ = 1 °, and a thickness of the liquid crystal layer A reverse TN liquid crystal display device having d = 5 μm, chiral pitch p = 20 μm, d / p = 1/4, and pretilt angle θ = 5 ° was fabricated, and the electro-optical characteristics in the reverse twist arrangement state were examined. As a result, excellent sharpness as seen in the examples was not recognized. Accordingly, when the pretilt angle θ is 1 ° or more and 5 ° or less, it is considered that d / p is larger than ¼ as a necessary condition for obtaining excellent sharpness characteristics.
実施例によるリバースＴＮ型液晶表示素子は、光学補償板なしで白黒表示を得ることができる、安価で製造が容易である、視角が比較的広い、応答が高速である、といったＴＮ型液晶表示素子の利点を保持したまま、優れたシャープネスを実現可能な液晶表示素子である。シャープネスが優良であるため、たとえば単純マトリクス駆動を行った場合、大きな表示容量で表示を行うことができる。 The reverse TN liquid crystal display element according to the embodiment can obtain a black and white display without an optical compensator, is inexpensive and easy to manufacture, has a relatively wide viewing angle, and has a high response speed. This is a liquid crystal display element that can realize excellent sharpness while maintaining the above advantages. Since sharpness is excellent, for example, when simple matrix driving is performed, display can be performed with a large display capacity.
また、低プレチルト角の液晶表示素子であることから、工業的に広く用いられている高信頼性のＴＮ型液晶表示素子用配向膜材料を使用して製造することができ、このため高い信頼性を備える液晶表示素子である。 Further, since it is a liquid crystal display element having a low pretilt angle, it can be manufactured using a highly reliable alignment film material for TN liquid crystal display elements widely used in industry, and thus has high reliability. It is a liquid crystal display element provided with.
更に、実施例による液晶表示素子は、１／４８０ｄｕｔｙ駆動が可能である。単純マトリクス駆動において、１／４８０ｄｕｔｙ駆動は最も高いｄｕｔｙ数による駆動である。このため適用範囲が広く、たとえばほとんどすべての単純マトリクス駆動の液晶表示素子に利用することができる。 Further, the liquid crystal display element according to the embodiment can be driven by 1/480 duty. In simple matrix driving, 1/480 duty driving is driving with the highest number of duties. For this reason, the application range is wide, and for example, it can be used for almost all liquid crystal display elements driven by a simple matrix.
また、優れたシャープネス特性からコモン電極（上側ＩＴＯ電極１２ａ、下側ＩＴＯ電極１２ｂのいずれか一方）の電極数を多く、たとえば１００本以上とし、高い表示性能で表示を行うことができる。 In addition, because of excellent sharpness characteristics, the number of common electrodes (either the upper ITO electrode 12a or the lower ITO electrode 12b) is large, for example, 100 or more, and display can be performed with high display performance.
図１１は、第１〜第４の実施例による液晶表示素子の境界電圧、及び各液晶表示素子に用いられた液晶材料の物性値をまとめた表である。表中のＶｃは液晶表示素子の境界電圧の測定値を単位「Ｖ」で示す。境界電圧とは、リバースツイスト配列状態にある液晶表示素子の印加電圧を徐々に下げたとき、スプレイツイスト配列状態に戻る電圧をいう。Δεは液晶材料の誘電率異方性を示す。また、Ｋ１１、Ｋ２２、Ｋ３３はそれぞれ液晶材料の広がりの弾性定数、ねじれの弾性定数、曲がりの弾性定数を単位「ｐＮ」で表す。更に、γ１は液晶材料の回転粘度を単位「ｍＰａ・ｓ」で示す。 FIG. 11 is a table summarizing the boundary voltages of the liquid crystal display elements according to the first to fourth embodiments and the physical property values of the liquid crystal materials used in the liquid crystal display elements. V c in the table indicates the measured value of the boundary voltage of the liquid crystal display element in the unit “V”. The boundary voltage is a voltage that returns to the spray twist alignment state when the applied voltage of the liquid crystal display element in the reverse twist alignment state is gradually lowered. Δε represents the dielectric anisotropy of the liquid crystal material. K 11 , K 22 , and K 33 respectively represent the elastic constant of the spread of the liquid crystal material, the elastic constant of the twist, and the elastic constant of the bending in the unit “pN”. Further, γ1 represents the rotational viscosity of the liquid crystal material in the unit “mPa · s”.
境界電圧Ｖｃが小さい液晶表示素子ほどリバースツイスト配列状態で安定的であるといえるであろう。このため、リバースＴＮ型液晶表示素子の作製においては、境界電圧Ｖｃを小さくする液晶材料やセル構造を選択することが望ましい。 It will be said to be stable in the reverse twist alignment state as the boundary voltage V c is less liquid crystal display device. Therefore, in the preparation of a reverse TN-type liquid crystal display device, it is desirable to select a liquid crystal material and the cell structure to reduce the boundary voltage V c.
また、本願発明者らの研究の結果、実施例によるリバースＴＮ型液晶表示素子においては、Ｋ１１の値が大きくＫ２２の値が小さいほどリバースツイスト配列状態の安定性が高いことがわかった。リバースツイスト配列状態の安定性の観点からは、広がりの弾性定数Ｋ１１とねじれの弾性定数Ｋ２２の比「Ｋ１１／Ｋ２２」が２以上の液晶材料を用いて液晶層を形成することが好ましいであろう。 As a result of the present inventors' study, in a reverse TN-type liquid crystal display device according to an embodiment, it was found that a higher stability value is large reverse twist alignment state smaller value of K 22 of K 11. From the viewpoint of the stability of the reverse twist arrangement state, it is possible to form a liquid crystal layer using a liquid crystal material in which the ratio “K 11 / K 22 ” of the elastic constant K 11 of spread and the elastic constant K 22 of twist is 2 or more. Would be preferred.
図１１に示す表中の物性値を用いて実施例による液晶表示素子の特徴を説明する。下式（４）は、プレチルト角が０°の一般的なリバースＴＮ型液晶表示素子の、リバースツイスト配列状態における駆動電圧の閾値電圧Ｖｔｈを算出する式である。
・・（４）
式（４）において、ε０は真空の誘電率（８．８５４１８７８２×１０−１２Ｆ／ｍ）を示す。またＫは、ツイスト角が９０°のリバースＴＮ型液晶表示素子の場合、以下の式（５）で計算される値である。
In the equation (4), ε 0 represents a vacuum dielectric constant (8.84541882 × 10 −12 F / m). In the case of a reverse TN liquid crystal display element with a twist angle of 90 °, K is a value calculated by the following equation (5).
・・（５）
一般にプレチルト角が０°のとき、駆動電圧の閾値は最大となる。すなわちプレチルト角が０°でないリバースＴＮ型液晶表示素子の駆動電圧の閾値は、式（４）及び（５）で求められる電圧値Ｖｔｈよりも小さい。したがって、たとえば第１〜第４の実施例による液晶表示素子の駆動電圧の閾値はＶｔｈよりも小さくなるはずである。
(5)
In general, when the pretilt angle is 0 °, the threshold value of the drive voltage becomes maximum. That is, the drive voltage threshold value of the reverse TN liquid crystal display element whose pretilt angle is not 0 ° is smaller than the voltage value Vth obtained by the equations (4) and (5). Therefore, for example, the driving voltage threshold value of the liquid crystal display elements according to the first to fourth embodiments should be smaller than Vth .
図１１の表を参照し、第１〜第４の実施例による液晶表示素子の液晶層を構成する液晶材料の物性値を式（４）及び（５）に代入すると、Ｖｔｈは次のように計算される。 Referring to the table of FIG. 11, when the physical property values of the liquid crystal materials constituting the liquid crystal layers of the liquid crystal display elements according to the first to fourth embodiments are substituted into formulas (4) and (5), V th is as follows: Is calculated.
ＲＤＰ８４９１０（第１の実施例）の場合、Ｖｔｈ≒０．６２Ｖ。 In the case of RDP84910 (first embodiment), V th ≈0.62V.
ＲＤＰ８３１０７（第２の実施例）の場合、Ｖｔｈ≒０．８９Ｖ。 In the case of RDP83107 (second embodiment), V th ≈0.89V.
ＲＤＰ８３１０８（第３の実施例）の場合、Ｖｔｈ≒０．８９Ｖ。 In the case of RDP83108 (third embodiment), V th ≈0.89V.
ＲＤＰ８３４０９（第４の実施例）の場合、Ｖｔｈ≒０．９８Ｖ。 In the case of RDP83409 (fourth embodiment), V th ≈0.98V.
しかしながら図４（Ｂ）を参照すると、第１の実施例による液晶表示素子の駆動電圧の閾値（スイッチング電圧：電圧を印加した際に光透過率が変化をはじめる電圧値）は１．２〜１．３Ｖであり、これはＶｔｈ≒０．６２Ｖの約２倍である。また、図５を参照すると、第２の実施例による液晶表示素子の駆動電圧の閾値は１．８Ｖ前後であり、Ｖｔｈ≒０．８９Ｖの約２倍である。更に、図６を参照すると、第３の実施例による液晶表示素子の駆動電圧の閾値は１．５〜１．７Ｖであって、これはＶｔｈ≒０．８９Ｖの１．５倍を超えている。また、図９を参照すると、第４の実施例による液晶表示素子の駆動電圧の閾値は１．３〜１．５Ｖである。これはＶｔｈ≒０．９８Ｖの１．３倍以上である。このように実施例による液晶表示素子は、式（４）及び（５）で求められる閾値電圧Ｖｔｈよりも１．３倍以上大きな駆動電圧の閾値を有している。 However, referring to FIG. 4B, the threshold voltage (switching voltage: the voltage value at which the light transmittance starts changing when a voltage is applied) of the liquid crystal display element according to the first embodiment is 1.2 to 1. .3V, which is approximately twice V th ≈0.62V. Referring to FIG. 5, the threshold voltage of the driving voltage of the liquid crystal display device according to the second embodiment is about 1.8V, which is about twice V th ≈0.89V. Further, referring to FIG. 6, the threshold voltage of the driving voltage of the liquid crystal display device according to the third embodiment is 1.5 to 1.7 V, which exceeds 1.5 times V th ≈0.89 V. Yes. Referring to FIG. 9, the driving voltage threshold value of the liquid crystal display device according to the fourth embodiment is 1.3 to 1.5V. This is 1.3 times or more of V th ≈0.98V. As described above, the liquid crystal display element according to the example has a threshold of the driving voltage that is 1.3 times or more larger than the threshold voltage Vth obtained by the equations (4) and (5).
図１２は、電源２０により、上側ＩＴＯ電極１２ａ、下側ＩＴＯ電極１２ｂ間に印加される駆動電圧の波形の一例を示す。図の横軸は時間を、縦軸は電圧値を表す。「選択波形Ｖｓ」は選択画素に印加される駆動電圧波形、「非選択波形Ｖｕｓ」は非選択画素に印加される駆動電圧波形を表す。 FIG. 12 shows an example of a waveform of a drive voltage applied by the power source 20 between the upper ITO electrode 12a and the lower ITO electrode 12b. In the figure, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage value. “Selected waveform Vs” represents a drive voltage waveform applied to the selected pixel, and “non-selected waveform Vus” represents a drive voltage waveform applied to the non-selected pixel.
実施例による液晶表示素子の駆動時には、瞬間的には図示するような波形の、比較的高い電圧が、選択画素だけでなく非選択画素にも、たとえば一定周期で印加される。したがって、実施例による液晶表示素子において、まず両電極１２ａ、１２ｂ間に閾値電圧以上の電圧を印加し、液晶分子１４ａの配列状態を、スプレイツイスト配列からリバースツイスト配列に転移させた後、通常のｄｕｔｙ駆動を行えば、長時間、転移電圧を印加することなく表示を継続することが可能となる。このとき、高ｄｕｔｙ駆動表示であるほどピークの電圧値は高くなるため、よりリバースツイスト配列状態で安定すると考えられる。この観点からは、実施例による液晶表示素子は、単純マトリクス駆動の駆動条件を１／１２０ｄｕｔｙより高ｄｕｔｙとして駆動することが好ましい。 When the liquid crystal display element according to the embodiment is driven, a relatively high voltage having a waveform as shown in the drawing is instantaneously applied not only to the selected pixel but also to the non-selected pixel, for example, at a constant cycle. Therefore, in the liquid crystal display element according to the embodiment, first, a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied between the electrodes 12a and 12b, and the arrangement state of the liquid crystal molecules 14a is changed from the spray twist arrangement to the reverse twist arrangement. If duty driving is performed, it is possible to continue display without applying a transition voltage for a long time. At this time, the higher the duty drive display, the higher the peak voltage value, and it is considered that the reverse twist arrangement state is more stable. From this point of view, the liquid crystal display element according to the embodiment is preferably driven by setting the driving condition of the simple matrix driving to a duty higher than 1/120 duty.
最後に、リバースＴＮ型液晶表示素子のリバースツイスト配列状態において、優れたシャープネスが現れる理由に関する本願発明者らの仮説的見解を記す。 Finally, the hypothetical view of the present inventors regarding the reason why excellent sharpness appears in the reverse twist arrangement state of the reverse TN liquid crystal display element will be described.
たとえば本願発明者らの先の出願である特許文献３記載のリバースＴＮ型液晶表示素子については、シミュレーションや電圧オフ時の光透過率等から、リバースツイスト配列状態では、電圧オフ時においても、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子が、内部歪により少し立ち上がった状態になることがわかっている。リバースＴＮ型液晶表示素子の駆動電圧の閾値が低いのは、この状態からであれば、液晶分子を基板に略垂直に立ち上げるために必要な電圧が小さくてすむためであると考えられる。また、特許文献３に記載されているリバースＴＮ型液晶表示素子（ノーマリホワイトタイプ）においては、リバースツイスト配列状態での電圧オフ時光透過率が、スプレイツイスト配列状態でのそれより若干低くなることがわかっているが、これも液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子が、電圧オフ時に少し立ち上がった状態になっているためであると考えられる。 For example, with respect to the reverse TN type liquid crystal display element described in Patent Document 3 which is the previous application of the present inventors, the liquid crystal in the reverse twist arrangement state can be obtained even when the voltage is off, from the simulation and the light transmittance when the voltage is off. It has been found that the liquid crystal molecules near the center in the thickness direction of the layer are slightly raised due to internal strain. The reason why the threshold value of the drive voltage of the reverse TN liquid crystal display element is low is considered to be that, from this state, the voltage required for raising the liquid crystal molecules substantially perpendicular to the substrate can be reduced. Further, in the reverse TN liquid crystal display element (normally white type) described in Patent Document 3, the light transmittance at the time of voltage OFF in the reverse twist arrangement state is slightly lower than that in the spray twist arrangement state. However, this is also considered to be because the liquid crystal molecules near the center in the thickness direction of the liquid crystal layer are in a slightly raised state when the voltage is turned off.
ところが、たとえば第１の実施例による液晶表示素子の電気光学特性を示す図４（Ａ）、（Ｂ）を比較参照すると、リバースツイスト配列状態での電圧オフ時光透過率は、スプレイツイスト配列状態でのそれよりむしろ大きい。また、駆動電圧の閾値（光透過率が減少をはじめるときの印加電圧）に関しても、リバースツイスト配列状態の方が大きい。 However, for example, referring to FIGS. 4A and 4B showing the electro-optical characteristics of the liquid crystal display element according to the first embodiment, the light transmittance at the time of voltage OFF in the reverse twist arrangement state is in the spray twist arrangement state. Rather big of that. In addition, the reverse twist arrangement state is also greater with respect to the drive voltage threshold (applied voltage when the light transmittance starts to decrease).
これらのことから実施例による液晶表示素子においては、リバースツイスト配列状態の電圧オフ時、液晶層内部に大きな歪があるはずであるにもかかわらず、液晶層厚さ方向の中央付近の液晶分子の立ち上がりはほとんどなく、基板面とほぼ平行に配向していると推測される。そして実施例による液晶表示素子に電圧を印加する場合、液晶層厚さ方向中央付近の液晶分子はほとんど立ち上がっていないため、ある程度高い電圧を加えないと、液晶分子が電界方向に傾くことはないが、少しでも傾きはじめたところで、抑えられていた内部歪と比較的大きな電界により、急峻に液晶ダイレクタの方向の変化が発生し、わずかな電圧差で液晶層厚さ方向中央付近の液晶分子がほとんど垂直に立ち上がり、それによって優良なシャープネスが実現されると考えられる。 From these facts, in the liquid crystal display element according to the example, when the voltage in the reverse twist alignment state is turned off, the liquid crystal molecules near the center in the liquid crystal layer thickness direction should be large even though there should be a large distortion inside the liquid crystal layer. There is almost no rise, and it is presumed that they are oriented almost parallel to the substrate surface. When a voltage is applied to the liquid crystal display element according to the embodiment, the liquid crystal molecules near the center in the thickness direction of the liquid crystal layer are hardly raised, so that the liquid crystal molecules do not tilt in the electric field direction unless a high voltage is applied to some extent. As soon as it begins to tilt, the suppressed internal strain and relatively large electric field cause a steep change in the direction of the liquid crystal director, and almost no liquid crystal molecules near the center of the liquid crystal layer thickness direction with a slight voltage difference. Standing vertically, it is thought that excellent sharpness is realized.
ただ、液晶層内部に大きな歪があるはずであるにもかかわらず、液晶層厚さ方向中央付近の液晶分子の立ち上がりがほとんどない理由は判然としない。カイラル材の添加による液晶層内の大きな歪の存在、配向膜に付与されるプレチルト角の小ささ、液晶層を形成する液晶材料の弾性定数の値等が関係していると思われる。 However, it is unclear why there is almost no rise of liquid crystal molecules near the center in the thickness direction of the liquid crystal layer, although there should be a large strain inside the liquid crystal layer. The existence of a large strain in the liquid crystal layer due to the addition of the chiral material, the small pretilt angle imparted to the alignment film, the value of the elastic constant of the liquid crystal material forming the liquid crystal layer, etc. are considered to be related.
なお、観察によれば、リバースＴＮ型液晶表示素子のリバースツイスト配列状態においては、プレチルト角θとｐ／ｄ（ｐ：カイラルピッチ、ｄ：セル厚）の比「θ／（ｐ／ｄ）」が一定値より大きい場合、電圧無印加状態で、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子が立ち上がる現象が現れる。本願発明者らの研究によれば、θ／（ｐ／ｄ）が２°よりも大きいときには、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子の立ち上がりが観察される。そのため、この条件を満たすリバースＴＮ型液晶表示素子の印加電圧と光透過率との関係を示すグラフにおいては、閾値特性が見られず、０Ｖから光透過率が変化しはじめる。 According to observation, in the reverse twist arrangement state of the reverse TN liquid crystal display element, the ratio “θ / (p / d)” between the pretilt angle θ and p / d (p: chiral pitch, d: cell thickness). Is larger than a certain value, a phenomenon occurs in which liquid crystal molecules near the center in the thickness direction of the liquid crystal layer rise in the absence of applied voltage. According to the study by the inventors of the present application, when θ / (p / d) is larger than 2 °, rising of liquid crystal molecules near the center in the thickness direction of the liquid crystal layer is observed. Therefore, in the graph showing the relationship between the applied voltage and the light transmittance of the reverse TN liquid crystal display element that satisfies this condition, the threshold characteristic is not seen, and the light transmittance starts to change from 0V.
他方、θ／（ｐ／ｄ）が２°以下であるときには、電圧無印加状態で、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子が立ち上がる現象は観察されず、印加電圧と光透過率との関係を示すグラフにおいて急峻な閾値特性が認められる。すなわち下式（６）の条件のもとにおいて、優良なシャープネスが現れる。
・・（６）
ここで、
here,
・・（７）
・・（８）
である。
(8)
It is.
図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、リバースＴＮ型液晶表示素子において、優良なシャープネスが出現するプレチルト角θとｐ／ｄの範囲の例を示すグラフである。両グラフにおいて、横軸はｐ／ｄを表し、縦軸はプレチルト角θを単位「°」で表す。斜線を付した領域（境界領域については実線部を含み、破線部を含まない。また白丸を付した点を含まない。）が式（６）乃至（８）を満たす。 FIGS. 13A and 13B are graphs showing examples of pretilt angles θ and p / d ranges in which excellent sharpness appears in a reverse TN liquid crystal display element. In both graphs, the horizontal axis represents p / d, and the vertical axis represents the pretilt angle θ in the unit “°”. A hatched region (the boundary region includes a solid line part, does not include a broken line part, and does not include a point with a white circle) satisfies Expressions (6) to (8).
図１３（Ａ）の直線ｌＡ、図１３（Ｂ）の直線ｌＢはともに傾きが２の直線である。すなわち直線ｌＡ、ｌＢは、下式（９）で表される直線群に含まれる。
・・（９）
式（９）において、βは液晶材料に依存する定数である。図１３（Ａ）の直線ｌＡにおいてはβ＝−１であり、図１３（Ｂ）の直線ｌＢにおいてはβ＝１である。図１３（Ａ）及び（Ｂ）には、β＝±１の場合を示したが、リバースＴＮ型液晶表示素子に用いられる液晶材料によってはβはこれ以外の値をとり、その液晶表示素子において優良なシャープネスが出現する領域（θとｐ／ｄの組み合わせ）を画定する傾き２の直線は上下する。このため、優良なシャープネスを実現するθとｐ／ｄの組み合わせの範囲は、液晶材料によっても異なることになる。
(9)
In equation (9), β is a constant that depends on the liquid crystal material. In the straight line l A in FIG. 13A, β = −1, and in the straight line l B in FIG. 13B, β = 1. FIGS. 13A and 13B show the case of β = ± 1, but β takes other values depending on the liquid crystal material used in the reverse TN type liquid crystal display element. The straight line with the slope 2 that demarcates the region (combination of θ and p / d) where excellent sharpness appears rises and falls. Therefore, the range of the combination of θ and p / d that realizes excellent sharpness varies depending on the liquid crystal material.
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated along the Example, this invention is not limited to these.
たとえば、実施例においては、リバースツイスト配列状態におけるツイスト角を９０°としたが、±２０°程度の範囲（７０°〜１１０°）で変えてもよい。ただし白表示の明るさを考慮すると、９０°またはその近傍のツイスト角とすることが望ましいであろう。 For example, in the embodiment, the twist angle in the reverse twist arrangement state is 90 °, but may be changed in a range of about ± 20 ° (70 ° to 110 °). However, in consideration of the brightness of white display, it is desirable that the twist angle be 90 ° or the vicinity thereof.
また、実施例においては、上側偏光板と下側偏光板の透過軸のなす角度を９０°（クロスニコル配置）としたが、両偏光板の透過軸のなす角度を±５°程度の範囲で変えることもできる。ただし光抜け防止の面からは、９０°またはその近傍の角度で配置することが好ましい。なお、偏光板を平行ニコルに配置して、ノーマリブラックタイプの液晶表示素子とすることも可能である。その場合は、透過軸のなす角度をたとえば２０°以下の範囲として、両偏光板を配置することができる。 In the examples, the angle formed by the transmission axes of the upper polarizing plate and the lower polarizing plate is 90 ° (crossed Nicols arrangement), but the angle formed by the transmission axes of both polarizing plates is within a range of about ± 5 °. It can also be changed. However, from the viewpoint of preventing light leakage, it is preferably disposed at an angle of 90 ° or in the vicinity thereof. Note that a normally black liquid crystal display element can be formed by arranging polarizing plates in parallel Nicols. In that case, both polarizing plates can be arranged with the angle formed by the transmission axis being, for example, 20 ° or less.
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。 It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.
液晶表示素子一般、たとえばオーディオ表示、ヒートコントロール表示等の各種表示を行う車載用液晶表示素子、コピー機等のＯＡ機器用液晶表示素子に利用可能である。また、単純マトリクス駆動される液晶表示素子、殊に、大きな表示容量を要求される場合のそれに好適に利用できる。 It can be used for liquid crystal display elements in general, for example, in-vehicle liquid crystal display elements that perform various displays such as audio display and heat control display, and liquid crystal display elements for office automation equipment such as copiers. Further, it can be suitably used for a liquid crystal display element driven by a simple matrix, particularly when a large display capacity is required.
１０ａ 上側基板
１０ｂ 下側基板
１１ａ 上側ガラス基板
１１ｂ 下側ガラス基板
１２ａ 上側ＩＴＯ電極
１２ｂ 下側ＩＴＯ電極
１３ａ 上側配向膜
１３ｂ 下側配向膜
１４ 液晶層
１４ａ 液晶分子
１５ａ 上側偏光板
１５ｂ 下側偏光板
２０ 電源
10a upper substrate 10b lower substrate 11a upper glass substrate 11b lower glass substrate 12a upper ITO electrode 12b lower ITO electrode 13a upper alignment film 13b lower alignment film 14 liquid crystal layer 14a liquid crystal molecule 15a upper polarizer 15b lower polarizer 20 Power supply
Claims (7)
前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、第２の方向に配向処理された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、カイラル材を含み、ツイスト配向する液晶層と
を有し、
前記第２の方向は、前記第１の基板側の法線方向から見て、前記第１の方向に対して、第１の回り方向に７０°〜１１０°をなす方向であり、
前記液晶層の液晶分子は、前記第１の回り方向に沿って捩れて配列しており、
前記カイラル材は前記液晶層の液晶分子に、前記第１の基板側の法線方向から見て、前記第１の基板から前記第２の基板に向かう方向に沿って、前記第１の回り方向とは反対の第２の回り方向への旋回性を与え、
前記第１の基板と前記第２の基板は、０°より大きく５°以下のプレチルト角θが発現するように配向処理され、
前記液晶層の厚さをｄ、前記カイラル材のカイラルピッチをｐとしたとき、前記θ、前記ｄ、及び前記ｐは下式（１）及び（２）
を満たす液晶表示素子。 A first substrate comprising a first electrode and oriented in a first direction;
A second substrate disposed opposite to and parallel to the first substrate, provided with a second electrode, and oriented in a second direction;
A liquid crystal layer that is disposed between the first substrate and the second substrate, includes a chiral material, and has a twist alignment;
The second direction is a direction that forms 70 ° to 110 ° in a first rotation direction with respect to the first direction when viewed from the normal direction on the first substrate side,
The liquid crystal molecules of the liquid crystal layer are twisted and arranged along the first circumferential direction,
The chiral material is formed on the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer in the first rotation direction along the direction from the first substrate toward the second substrate when viewed from the normal direction on the first substrate side. Giving the second turning direction opposite to
The first substrate and the second substrate are aligned so that a pretilt angle θ greater than 0 ° and less than or equal to 5 ° is expressed,
When the thickness of the liquid crystal layer is d and the chiral pitch of the chiral material is p, the θ, the d, and the p are the following formulas (1) and (2)
A liquid crystal display element that satisfies the requirements.
を満たす請求項１に記載の液晶表示素子。 When the elastic constant of the spread of the liquid crystal material constituting the liquid crystal layer is K 11 and the elastic constant of torsion is K 22 , K 11 and K 22 are expressed by the following formula (3)
The liquid crystal display element according to claim 1, wherein:
前記第１の基板の、前記液晶層とは反対側に配置された第１の偏光板と、
前記第２の基板の、前記液晶層とは反対側に配置された第２の偏光板と
を含み、
前記液晶層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加される電圧により、前記第１の回り方向に捩れるユニフォームツイスト構造と、前記第２の回り方向に捩れるスプレイツイスト構造とを可換的に生じ、
前記ユニフォームツイスト構造において、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加した際に、前記第１の偏光板、前記第２の偏光板の一方の側から入射させた光が、他方の側へ通過する量が変化をはじめる電圧値が、前記液晶層を構成する液晶材料の曲がりの弾性定数をＫ３３、誘電率異方性をΔε、真空の誘電率をε０とするとき、下式（４）及び（５）
で求められる電圧値Ｖｔｈの１．３倍以上である請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。 Furthermore,
A first polarizing plate disposed on the opposite side of the first substrate from the liquid crystal layer;
A second polarizing plate disposed on the opposite side of the second substrate from the liquid crystal layer,
The liquid crystal layer includes a uniform twist structure twisted in the first rotation direction and a spray twisted in the second rotation direction by a voltage applied between the first electrode and the second electrode. A twist structure is produced commutatively,
In the uniform twist structure, when a voltage is applied between the first electrode and the second electrode, light is incident from one side of the first polarizing plate and the second polarizing plate. However, the voltage value at which the amount passing to the other side starts to change is K 33 as the bending elastic constant of the liquid crystal material constituting the liquid crystal layer, Δε as the dielectric anisotropy, and ε 0 as the vacuum dielectric constant. When doing the following formula (4) and (5)
The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the liquid crystal display element is 1.3 times or more of the voltage value Vth obtained by the following.
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