JP3723834B2

JP3723834B2 - Liquid crystal display element

Info

Publication number: JP3723834B2
Application number: JP2002182107A
Authority: JP
Inventors: 裕之岡田; 真樹鰍場; 博義女川
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP2004029164A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回折現象が無いマルチドメイン液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶テレビ、あるいはコンピューターディスプレイ等に代表されるように液晶の需要は止まるところを知らない。特に近年、液晶画面を斜めから見たときに生ずる、コントラストの低下や表示反転等の狭視野角特性が、マルチドメイン化技術によって改善されてからは、さらに需要が拡がっている。
マルチドメイン化技術には、Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ表示法、ＭＶＡ表示方法等がある。Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ表示法は、一方の基板の電極を櫛形に配置し、液晶の配向変形を基板と平行の方位角方向に誘起するドメインを形成し、広視野角を実現する方法である。ＭＶＡ表示方法は、基板上に周期的に突起物を設けてマルチドメイン化し、暗状態を垂直配向により実現することで高コントラスト比を実現し、かつ分割されたマルチドメインにより広視野角化を実現するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来のマルチドメイン化技術を用いた画像ディスプレイは、ドメイン毎の複数の特定の方向に放射する光源が、画素間隔を周期として配列されるため、回折現象が生じる。この回折現象は、人間の感覚としては、画面のぎらつき感として知覚され、あまり、大きすぎると不快感となる。このため、マルチドメイン化もあまり大きくすることができず、従ってなお、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ−ＲａｙＴｕｂｅ）等の発光型ディスプレイと比べて、視野角が狭いという課題がある。以下に、液晶画面で生じる回折現象の実例を示す。
【０００４】
図１０は、回折現象の測定に用いたマルチドメイン化液晶表示素子の構造を示す図である（文献：Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３９，５３２（２０００）参照）。この図１０は、液晶表示素子を上から眺めた構造を示しており、下側電極と上側電極はジグザグ形状に構成されており、かつ、下側電極は、２つに分割されている。この構造にすると、図からわかるように、液晶分子の配向方向は４方向存在するようになり、すなわち、マルチドメイン化するため視野角が広くなる。
図１１は、この液晶素子を画素として配列した液晶画面の回折現象を示す図である。画素面積は１０μｍ×１０μｍ、画素間隔は１５μｍである。なお、回折現象を見易くするため、Ｈｅ−Ｎｅレーザ単色光源を使用して測定した。この図から、マルチドメイン化による回折パターンが生じていることがわかる。
【０００５】
このように、マルチドメイン化技術によって液晶ディスプレイの視野角は大幅に改善されたのであるが、さらに視野角を拡げようとすると、回折現象が顕著になるという課題が残されている。
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明は、視野角が広く、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の液晶表示素子の第１の構成によれば、第１の透明基板の一方の面に、無作為の位置に穴を有する透明電極層を有し、第１の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第１の電極・配向層基板と、第２の透明基板の一方の面に、無作為の位置に穴を有する透明電極層を有し、第２の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第２の電極・配向層基板と、第１及び第２の電極・配向層基板を、電極・配向層基板の配向処理層を向かい合わせて、かつ、空隙を形成して支持するスペーサと、空隙に封入する液晶材料と、第１及び第２の電極・配向層基板のそれぞれの外側に、偏光方向が直交するように配設した偏光板とから成ることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の液晶表示素子の第２の構成によれば、第１の透明基板の一方の面に、無作為の位置に穴を有する透明電極層を有し、第１の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第１の電極・配向層基板と、第２の透明基板の一方の面に、透明電極層を有し、第２の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第２の電極・配向層基板と、第１及び第２の電極・配向層基板を、電極・配向層基板の配向処理層を向かい合わせて、かつ、空隙を形成して支持するスペーサと、空隙に封入する液晶材料と、第１及び第２の電極・配向層基板のそれぞれの外側に、偏光方向が直交するように配設した偏光板とより成ることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、第１及び第２の電極・配向層基板の透明電極層間に電圧を印加した場合に、穴の無い部分の電界は基板に垂直方向を向くが、穴近傍の電界の方向は、基板の垂直方向から傾き、穴の中心軸を中心として広い角度で分散する。電界の方向が広い角度で分散するので、穴近傍の液晶分子の配向方向が、穴の中心軸を中心として広い角度で分散し、極めて広い視野角が得られる。穴は無作為（ランダム）に分布させるから、この液晶表示素子を画素として多数配列しても回折現象は生じない。
【００１０】
また、用いる液晶材料がネマチック性の液晶材料であれば、電界による液晶分子の配向が生じやすく好適である。
また、第１及び第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、第１及び第２の電極・配向層基板面に垂直であれば、ホメオトロピック分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子を形成することができる。
【００１１】
また、第１及び第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、第１及び第２の電極・配向層基板面に平行、かつ、同一方向であれば、ホモジニアス分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子が形成できる。
【００１２】
また、第１及び第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が第１及び第２の電極・配向層基板面に平行であり、かつ、互いに垂直であれば、ツイスト分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子が形成できる。
【００１３】
また、第１の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、第１の電極・配向層基板面に垂直であり、第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、第２の電極・配向層基板面に平行であれば、ハイブリッド分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子が形成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の液晶表示素子に用いる透明電極層の構成を示す図である。
図は、透明電極層１を真上から見た図であり、透明電極層１の一部を示している。本発明の液晶表示素子に用いる透明電極層１は、透明基板２の一方の面に設けられ、透明電極材料３と、無作為（ランダム）な位置に設けた透明電極材料３が無い部分、すなわち、穴４を有している。透明電極材料３は、ＮＥＳＡ膜、ＩＴＯ膜等の周知の透明電極材料である。穴４の径は、フォトリソグラフィ、あるいは、ＥＢリソグラフィで形成可能な大きさであり、小さければ小さい程良い。穴４の密度は、液晶表示素子の用途によって適宜増減することができる。また、穴の形状は、図１に示した円形のみでなく、任意の形状で良く、また、種々の形状の穴が混在していても良い。
無作為位置に穴を形成するには、例えば、無作為な位置に穴パターンを有する電極作製用マスクを使用すれば良く、無作為な位置に穴パターンを有するマスクは、マスク作製時に、乱数発生関数を用いて穴位置を無作為に抽出することによって容易に形成することができる。
【００１５】
図２は、図１に示した透明電極層１を用いた、本発明の液晶表示素子の構成を示す断面図である。図において、本発明の液晶表示素子２０は、透明基板５の一方の面に、無作為の位置に穴４を有する透明電極層１を有し、他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層６を有する第１の電極・配向層透明基板７と、透明基板８の一方の面に、無作為の位置に穴４を有する透明電極層１を有し、他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層９を有する第２の電極・配向層基板１０と、第１の電極・配向層基板７の配向処理層６と第２の電極・配向層基板１０の配向処理層９とを向かい合わせて、かつ、配向処理層６と配向処理層９との間に空隙を形成して支持するスペーサ１１と、空隙に封入する液晶材料１２と、第１の電極・配向層基板７及び第２の電極・配向層基板１０のそれぞれの外側に、偏光方向が直交するように配設した偏光板１３，１４とから構成される。
なお、第１の電極・配向層基板７の透明電極層１と、第２の電極・配向層基板１０の透明電極層１の穴パターンは異なったものを用いる。
【００１６】
図３は、図１に示した透明電極層１を用いた、本発明の液晶表示素子の他の実施の形態を示す断面図である。図において、本発明の液晶表示素子３０は、透明基板５の一方の面に、穴の存在しない、すなわち、全面が透明電極である透明電極層１５を有し、他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層６を有する第１の電極・配向層透明基板１６と、透明基板８の一方の面に、無作為の位置に穴４を有する透明電極層１を有し、他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層９を有する第２の電極・配向層基板１０と、第１の電極・配向層基板１６の配向処理層６と第２の電極・配向層基板１０の配向処理層９とを向かい合わせて、かつ、配向処理層６と配向処理層９との間に空隙を形成して支持するスペーサ１１と、空隙に封入する液晶材料１２と、第１の電極・配向層基板１６及び第２の電極・配向層基板１０のそれぞれの外側に、偏光方向が直交するように配設した偏光板１３，１４とから構成される。
この構成は、図２の実施形態の構成と比べると、無作為の位置に穴４を有する透明電極層１が一方の電極・配向層基板１０のみに形成するところが異なる。
なお、本発明の液晶素子は、無作為の位置に穴４を有する透明電極層１を有することを特徴としており、上記図２、図３に示す実施態様の構成に限らず、他の構成も可能である。
【００１７】
図４は、本発明の液晶表示素子の他の構成例を示す図である。
図４（ａ）は、図２の構成において、第１の電極・配向層透明基板７と偏光板１３との間、及び第２の電極・配向層透明基板１０と偏光板１４との間に透明支持基板１７，１７を付加した構成である。
また、図４（ｂ）は、図３の構成において、第１の電極・配向層透明基板１６と偏光板１３との間、及び第２の電極・配向層透明基板１０と偏光板１４との間に透明支持基板１７，１７を付加した構成である。
これらの構成の液晶表示素子は、図２，図３の液晶表示素子と作用は同じであるが、透明支持基板１７を有することによって、機械的強度が増し、また、製造が容易になる。
【００１８】
次に、本発明の液晶表示素子の動作を説明する。
図５は、本発明の液晶表示素子の動作を説明するための断面模式図である。図において、短い縦線１８は誘電率異方性が正のネマチック性液晶分子を表し、線の方向が液晶分子１８の配向方向を表している。なお、配向処理層６，９は図示を省略しているが、配向処理層の配向方向が基板面に垂直なホメオトロピック型分子配列の場合を示している。図５（ａ）は、上下の透明電極層１に電圧を印加しない状態（ＯＦＦ状態）の液晶分子１８の配向を表しており、図５（ｂ）は上下の透明電極層１に電圧を印加した状態（ＯＮ状態）の液晶分子１８の配向を表している。
図５（ａ）に示すように、電圧を印加しない状態では、上下に電極がある部分の液晶分子も、穴がある部分の液晶分子も配向処理層の配向方向に従って、基板面に垂直方向に配向し、光が透過しないＯＦＦ状態となる。
電圧を印加した状態では、図５（ｂ）に示すように、上下に電極がある部分の電界方向は基板面に垂直であるが、穴の近傍の電界方向は、穴の中心軸方向を中心として広い角度範囲に亘って分散する。このため、液晶分子の配向方向が広い角度範囲に亘って分散してマルチドメイン化するので、視野角が広くなり、かつ、穴が無作為（ランダム）に分布しているので、この液晶表示素子を多数配列した画像ディスプレイ装置は、回折現象が生じない。
【００１９】
上記例では、配向処理層６，９の配向処理を、配向方向が基板面に垂直なホメオトロピック型分子配列の場合を説明したが、勿論、配向処理層６，９の配向処理を基板面に平行、かつ、同一方向にすれば、ホモジニアス分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子が形成できる。
また、配向処理層６，９の配向処理を基板面に平行、かつ、互いに垂直にすれば、ツイスト分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子が形成できる。
さらに、配向処理層６の配向方向を基板面に垂直に、配向処理層９の配向方向を基板面に平行にすれば、ハイブリッド分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子を形成することができる。
【００２０】
次に、実施例を示す。
本実施例では、図１に示した電極層として、穴の径が８μｍ、穴の密度が２．８×１０⁵ｃｍ^-2のものを使用した。使用した液晶は、正の誘電率異方性を有する、ＧＲ−６３（誘電率異方性Δε＝１３．７、屈折率異方性Δｎ＝０．１５７４）と、負の誘電率異方性を有する、ＭＬＣ−２０３８（誘電率異方性Δε＝−５．０、屈折率異方性Δｎ＝０．１０３２）を用いた。配向は基板に垂直な配向とし、配向処理にはＯＤＳＥを用いた。電圧−透過率測定は、１ｋＨｚの方形波を印加し、偏光顕微鏡、フォトマルチプライヤーを用いて測定した。
図６は、作製した液晶表示素子の偏光顕微鏡写真であり、図６（ａ）はＧＲ−６３、図６（ｂ）はＭＬＣ−２０３８の偏光顕微鏡写真であり、印加電圧は１０ｖｏｌｔである。
図６（ａ）において、暗い背景色部分は、上下に電極層がある部分に対応し、均一な暗い背景色をなしていることから、液晶分子が均一に配向していることがわかる。円形の部分は穴位置に対応し、背景色と異なる色を呈すること及びクロスパターンを有することから、液晶分子の配向が、半球状の放射状配列をしていると考えられる。
図６（ｂ）においては、穴部分の干渉色が種々に変化することから、液晶分子の配向が乱れていることがわかる。これは、誘電率異方性が負のＭＬＣ−２０３８液晶の場合には、負の誘電率異方性に従って液晶分子の配向変化が大きいためである。
【００２１】
図７は、本実施例の液晶表示素子の印加電圧−透過率特性を示す図であり、図７（ａ）はＧＲ−６３、図７（ｂ）はＭＬＣ−２０３８の印加電圧−透過率特性を示す図である。
図７（ａ）に示すように、ＧＲ−６３はしきい値の無い特性を示し、コントラスト比は１３：１であった。図７（ｂ）に示すように、ＭＬＣ−２０３８は、２ｖのしきい値を有し、コントラスト比は５６：１であった。
これらの図から、穴を有する本発明の液晶表示素子は、印加電圧−透過率特性及びコントラスト特性に何ら問題がないことがわかる。
【００２２】
図８は、本発明の液晶表示素子の応答時間特性を示す図であり、図８（ａ）はＧＲ−６３、図８（ｂ）はＭＬＣ−２０３８の応答時間特性を示す。
横軸は印加電圧であり、各印加電圧において、電圧を印加してから最大透過率の９０％に至る時間をτ_on（○）、電圧をＯＦＦしてから最大透過率の１０％に至る時間をτ_off（●）として表している。
これらの図から、穴を有する本発明の液晶表示素子は、応答時間特性に何ら問題がないことがわかる。
【００２３】
図９は、本実施例の液晶表示素子の視野角特性を示す図である。横軸は液晶表示素子面に垂直な方向からの傾き角度、すなわち、視野角を表し、縦軸は各視野角方向の液晶透過率を示している。図において、○、△、□、●、▲、■は、印加電圧の違いを表し、それぞれ、最大透過率を与える印加電圧の１００％、８０％、６０％、４０％、２０％、０％を表す。
図から明らかなように、本実施例の液晶表示素子は、約±５０°にわたって十分な透過率を有しており、極めて視野角が広いことがわかる。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明によれば、透明電極層が無作為に分布した穴を有するので、穴近傍の液晶分子の配向方向が広い角度で分散し、極めて広い視野角が得られる。穴は無作為（ランダム）に分布させるから、この液晶表示素子を画素として多数配列しても回折現象が生じない。本発明によれば視野角が広く、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示素子に用いる透明電極層の構成を示す図である。
【図２】図１に示した透明電極層を用いた、本発明の液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【図３】図１に示した透明電極層を用いた、本発明の液晶表示素子の他の実施の形態を示す断面図である。
【図４】本発明の液晶表示素子の他の構成例を示す図である。
【図５】本発明の液晶表示素子の動作を説明するための断面模式図である。
【図６】作製した液晶表示素子の偏光顕微鏡写真であり、（ａ）はＧＲ−６３、（ｂ）はＭＬＣ−２０３８の偏光顕微鏡写真であり、印加電圧は１０ｖｏｌｔである。
【図７】本実施例の液晶表示素子の印加電圧−透過率特性を示す図であり、（ａ）はＧＲ−６３、（ｂ）はＭＬＣ−２０３８の印加電圧−透過率特性を示す図である。
【図８】本発明の液晶表示素子の応答時間特性を示す図であり、（ａ）はＧＲ−６３、（ｂ）はＭＬＣ−２０３８の応答時間特性を示す図である。
【図９】本実施例の液晶表示素子の視野角特性を示す図である。
【図１０】回折現象の測定に使用したマルチドメイン化液晶表示素子の構造を示す図である。
【図１１】図１０の液晶素子を画素として配列した液晶画面の回折現象を示す図である。
【符号の説明】
１本発明の透明電極層
２透明基板
３電極材料
４穴
５透明基板
６液晶配向層
７第１の電極・配向層基板
８透明基板
９液晶配向層
１０第２の電極・配向層基板
１１スペーサ
１２液晶材料
１３偏向子
１４偏向子
１５透明電極層
１６第１の電極・配向層基板
１７透明支持基板
１８液晶分子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-domain liquid crystal display element having no diffraction phenomenon.
[0002]
[Prior art]
I don't know where the demand for liquid crystals will stop, as represented by LCD TVs and computer displays. In particular, in recent years, demand has further expanded since the narrow viewing angle characteristics such as contrast reduction and display inversion that occur when the liquid crystal screen is viewed from an oblique direction are improved by the multi-domain technology.
Examples of the multi-domain technology include an In-Plane display method and an MVA display method. The In-Plane display method is a method of realizing a wide viewing angle by arranging electrodes on one substrate in a comb shape and forming a domain that induces alignment deformation of liquid crystal in an azimuth direction parallel to the substrate. The MVA display method provides multi-domains by periodically providing protrusions on the substrate, realizing a high contrast ratio by realizing the dark state by vertical alignment, and realizing a wide viewing angle by dividing the multi-domain. It is what you do.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in these image displays using the conventional multi-domain technology, light sources radiating in a plurality of specific directions for each domain are arranged with a pixel interval as a period, so that a diffraction phenomenon occurs. This diffraction phenomenon is perceived as a glare of the screen as a human sensation. For this reason, it is not possible to make the multi-domain too large, and therefore there is a problem that the viewing angle is narrower than that of a light emitting display such as a CRT (Cathode-Ray Tube). Examples of the diffraction phenomenon that occurs on the liquid crystal screen are shown below.
[0004]
FIG. 10 is a diagram showing a structure of a multi-domain liquid crystal display element used for measuring a diffraction phenomenon (refer to Jpn. J. Appl. Phys., 39, 532 (2000)). FIG. 10 shows a structure of the liquid crystal display element as viewed from above. The lower electrode and the upper electrode are formed in a zigzag shape, and the lower electrode is divided into two. With this structure, as can be seen from the figure, there are four orientation directions of the liquid crystal molecules, that is, the viewing angle is widened due to the multi-domain structure.
FIG. 11 is a diagram showing a diffraction phenomenon of a liquid crystal screen in which the liquid crystal elements are arranged as pixels. The pixel area is 10 μm × 10 μm, and the pixel interval is 15 μm. In addition, in order to make a diffraction phenomenon easy to see, it measured using the He-Ne laser monochromatic light source. From this figure, it can be seen that a diffraction pattern is generated due to multi-domaining.
[0005]
Thus, although the viewing angle of the liquid crystal display is greatly improved by the multi-domain technology, there is a problem that the diffraction phenomenon becomes remarkable when the viewing angle is further expanded.
[0006]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a liquid crystal display element that has a wide viewing angle and does not cause a diffraction phenomenon.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first configuration of the liquid crystal display element of the present invention, a transparent electrode layer having holes at random positions is provided on one surface of the first transparent substrate, A first electrode / alignment layer substrate having an alignment treatment layer subjected to a liquid crystal alignment treatment on the other surface of one transparent substrate, and a hole at a random position on one surface of the second transparent substrate A second electrode / alignment layer substrate having a transparent electrode layer and having an alignment treatment layer subjected to a liquid crystal alignment treatment on the other surface of the second transparent substrate, and first and second electrode / alignment layer substrates The spacers for supporting the alignment treatment layer of the electrode / alignment layer substrate facing each other and forming a void, the liquid crystal material sealed in the void, and the first and second electrode / alignment layer substrates, respectively. It is characterized by comprising a polarizing plate disposed on the outside so that the polarization directions are orthogonal.
[0008]
Moreover, according to the 2nd structure of the liquid crystal display element of this invention, it has the transparent electrode layer which has a hole in a random position on one side of the 1st transparent substrate, and the other of the 1st transparent substrate The first electrode / alignment layer substrate having an alignment treatment layer subjected to liquid crystal alignment treatment on the surface, and the other electrode of the second transparent substrate having a transparent electrode layer on one surface of the second transparent substrate. The second electrode / alignment layer substrate having the alignment treatment layer subjected to the liquid crystal alignment treatment on the surface and the first and second electrode / alignment layer substrates face each other, and the alignment treatment layers of the electrode / alignment layer substrate face each other. Polarized light disposed so that the polarization directions are orthogonal to the outer sides of the spacers that form and support the gap, the liquid crystal material sealed in the gap, and the first and second electrode / alignment layer substrates. It consists of a board.
[0009]
According to the above configuration, when a voltage is applied between the transparent electrode layers of the first and second electrode / alignment layer substrates, the electric field in the portion without the hole faces in the direction perpendicular to the substrate, but the direction of the electric field in the vicinity of the hole Is inclined from the vertical direction of the substrate and dispersed at a wide angle around the central axis of the hole. Since the direction of the electric field is dispersed at a wide angle, the alignment direction of the liquid crystal molecules in the vicinity of the hole is dispersed at a wide angle around the central axis of the hole, and an extremely wide viewing angle is obtained. Since the holes are distributed randomly (randomly), the diffraction phenomenon does not occur even if a large number of liquid crystal display elements are arranged as pixels.
[0010]
In addition, if the liquid crystal material to be used is a nematic liquid crystal material, it is preferable that alignment of liquid crystal molecules due to an electric field is likely to occur.
Further, if the alignment direction of the alignment treatment layer of the first and second electrode / alignment layer substrate is perpendicular to the first and second electrode / alignment layer substrate surfaces, a homeotropic molecular arrangement type wide viewing angle is obtained. In addition, a liquid crystal display element in which no diffraction phenomenon occurs can be formed.
[0011]
Further, if the alignment direction of the alignment treatment layer of the first and second electrode / alignment layer substrate is parallel to the first and second electrode / alignment layer substrate surfaces and the same direction, the homogeneous molecular arrangement type is used. A liquid crystal display element having a wide viewing angle and no diffraction phenomenon can be formed.
[0012]
If the alignment direction of the alignment treatment layer of the first and second electrode / alignment layer substrate is parallel to the first and second electrode / alignment layer substrate surfaces and is perpendicular to each other, the twist molecule arrangement type A liquid crystal display element having a wide viewing angle and no diffraction phenomenon can be formed.
[0013]
The alignment direction of the alignment treatment layer of the first electrode / alignment layer substrate is perpendicular to the first electrode / alignment layer substrate surface, and the alignment direction of the alignment treatment layer of the second electrode / alignment layer substrate is If it is parallel to the substrate surface of the second electrode / alignment layer, a liquid crystal display element of a hybrid molecular arrangement type with a wide viewing angle and no diffraction phenomenon can be formed.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a transparent electrode layer used in the liquid crystal display element of the present invention.
The figure is a view of the transparent electrode layer 1 as viewed from directly above, and shows a part of the transparent electrode layer 1. The transparent electrode layer 1 used in the liquid crystal display element of the present invention is provided on one surface of the transparent substrate 2, and is a portion where the transparent electrode material 3 and the transparent electrode material 3 provided at random (random) positions are not present, that is, , Hole 4 is provided. The transparent electrode material 3 is a known transparent electrode material such as a NESA film or an ITO film. The diameter of the hole 4 is a size that can be formed by photolithography or EB lithography, and the smaller the better. The density of the holes 4 can be appropriately increased or decreased depending on the use of the liquid crystal display element. Further, the shape of the hole is not limited to the circular shape shown in FIG. 1, but may be any shape, and holes having various shapes may be mixed.
In order to form holes at random positions, for example, an electrode manufacturing mask having a hole pattern at random positions may be used. A mask having a hole pattern at random positions generates random numbers at the time of mask manufacturing. It can be easily formed by randomly extracting hole positions using a function.
[0015]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the liquid crystal display element of the present invention using the transparent electrode layer 1 shown in FIG. In the figure, a liquid crystal display element 20 of the present invention has a transparent electrode layer 1 having holes 4 at random positions on one surface of a transparent substrate 5, and an alignment obtained by performing a liquid crystal alignment treatment on the other surface. The first electrode / alignment layer transparent substrate 7 having the treatment layer 6, the transparent electrode layer 1 having holes 4 at random positions on one surface of the transparent substrate 8, and the liquid crystal alignment on the other surface The second electrode / alignment layer substrate 10 having the processed alignment treatment layer 9, the alignment treatment layer 6 of the first electrode / alignment layer substrate 7, and the alignment treatment layer 9 of the second electrode / alignment layer substrate 10. Facing each other and forming a gap between the alignment treatment layer 6 and the alignment treatment layer 9 to support it, a liquid crystal material 12 sealed in the gap, and the first electrode / alignment layer substrate 7 And polarizing plates disposed on the outer sides of the second electrode / alignment layer substrate 10 so that the polarization directions are orthogonal to each other. It consists of Metropolitan 3,14.
The hole patterns of the transparent electrode layer 1 of the first electrode / alignment layer substrate 7 and the transparent electrode layer 1 of the second electrode / alignment layer substrate 10 are different.
[0016]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the liquid crystal display element of the present invention using the transparent electrode layer 1 shown in FIG. In the figure, the liquid crystal display element 30 of the present invention has a transparent electrode layer 15 that does not have holes on one surface of the transparent substrate 5, that is, the entire surface is a transparent electrode, and a liquid crystal alignment treatment on the other surface. The first electrode / alignment layer transparent substrate 16 having the alignment treatment layer 6 subjected to the treatment, the transparent electrode layer 1 having the holes 4 at random positions on one surface of the transparent substrate 8, and the other surface The second electrode / alignment layer substrate 10 having the alignment treatment layer 9 subjected to the liquid crystal alignment treatment, the alignment treatment layer 6 of the first electrode / alignment layer substrate 16, and the second electrode / alignment layer substrate 10. A spacer 11 that faces the alignment treatment layer 9 and forms a gap between the alignment treatment layer 6 and the alignment treatment layer 9 and supports the liquid crystal material 12 that is sealed in the gap, a first electrode, The polarization direction is outside the alignment layer substrate 16 and the second electrode / alignment layer substrate 10. Intersect each composed disposed the polarizing plate 13 and 14 to.
This configuration differs from the configuration of the embodiment in FIG. 2 in that the transparent electrode layer 1 having holes 4 at random positions is formed only on one electrode / alignment layer substrate 10.
The liquid crystal element of the present invention is characterized by having the transparent electrode layer 1 having the holes 4 at random positions, and is not limited to the configuration of the embodiment shown in FIGS. Is possible.
[0017]
FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of the liquid crystal display element of the present invention.
FIG. 4A shows the configuration of FIG. 2 between the first electrode / alignment layer transparent substrate 7 and the polarizing plate 13 and between the second electrode / alignment layer transparent substrate 10 and the polarizing plate 14. The transparent support substrates 17 and 17 are added.
FIG. 4B shows the configuration of FIG. 3 between the first electrode / alignment layer transparent substrate 16 and the polarizing plate 13 and between the second electrode / alignment layer transparent substrate 10 and the polarizing plate 14. The transparent support substrates 17 and 17 are added between them.
The liquid crystal display elements having these configurations have the same functions as those of the liquid crystal display elements shown in FIGS. 2 and 3, but having the transparent support substrate 17 increases the mechanical strength and facilitates manufacture.
[0018]
Next, the operation of the liquid crystal display element of the present invention will be described.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation of the liquid crystal display element of the present invention. In the figure, a short vertical line 18 represents a nematic liquid crystal molecule having a positive dielectric anisotropy, and a line direction represents an alignment direction of the liquid crystal molecule 18. In addition, although illustration is abbreviate | omitted for the orientation processing layers 6 and 9, the case where the orientation direction of an orientation processing layer is a homeotropic type | mold molecular arrangement | sequence perpendicular | vertical to a substrate surface is shown. 5A shows the orientation of the liquid crystal molecules 18 in a state where no voltage is applied to the upper and lower transparent electrode layers 1 (OFF state), and FIG. 5B shows the voltage applied to the upper and lower transparent electrode layers 1. This shows the orientation of the liquid crystal molecules 18 in the turned-on state (ON state).
As shown in FIG. 5A, in the state where no voltage is applied, the liquid crystal molecules where the electrodes are located above and below and the liquid crystal molecules where the holes are present are perpendicular to the substrate surface according to the alignment direction of the alignment layer. Alignment and OFF state in which light is not transmitted.
In the state where the voltage is applied, as shown in FIG. 5B, the electric field direction of the portion where the electrodes are located above and below is perpendicular to the substrate surface, but the electric field direction near the hole is centered on the central axis direction of the hole. As distributed over a wide angular range. For this reason, since the orientation direction of the liquid crystal molecules is dispersed over a wide angle range to be multi-domained, the viewing angle is wide and the holes are randomly distributed (random). In an image display device in which a large number of are arranged, a diffraction phenomenon does not occur.
[0019]
In the above example, the orientation treatment of the orientation treatment layers 6 and 9 has been described in the case of a homeotropic molecular arrangement in which the orientation direction is perpendicular to the substrate surface. Of course, the orientation treatment of the orientation treatment layers 6 and 9 is performed on the substrate surface. If parallel and in the same direction, a homogeneous molecular arrangement type liquid crystal display element having a wide viewing angle and no diffraction phenomenon can be formed.
If the alignment treatment layers 6 and 9 are aligned parallel to the substrate surface and perpendicular to each other, a twist molecular arrangement type liquid crystal display element having a wide viewing angle and no diffraction phenomenon can be formed.
Further, if the alignment direction of the alignment treatment layer 6 is perpendicular to the substrate surface and the alignment direction of the alignment treatment layer 9 is parallel to the substrate surface, a hybrid molecular arrangement type liquid crystal with a wide viewing angle and no diffraction phenomenon is generated. A display element can be formed.
[0020]
Next, an example is shown.
In this example, the electrode layer shown in FIG. 1 having a hole diameter of 8 μm and a hole density of 2.8 × 10 ⁵ cm ⁻² was used. The liquid crystal used has a positive dielectric anisotropy GR-63 (dielectric anisotropy Δε = 13.7, refractive index anisotropy Δn = 0.1574) and a negative dielectric anisotropy. MLC-2038 (dielectric anisotropy Δ∈ = −5.0, refractive index anisotropy Δn = 0.1022) was used. The orientation was perpendicular to the substrate, and ODSE was used for the orientation treatment. The voltage-transmittance measurement was performed by applying a 1 kHz square wave and using a polarizing microscope and a photomultiplier.
FIG. 6 is a polarization micrograph of the produced liquid crystal display element, FIG. 6 (a) is a GR-63, FIG. 6 (b) is a polarization micrograph of MLC-2038, and the applied voltage is 10 volt.
In FIG. 6A, the dark background color portion corresponds to the portion having the electrode layers above and below, and has a uniform dark background color, which indicates that the liquid crystal molecules are uniformly aligned. Since the circular portion corresponds to the hole position, exhibits a color different from the background color, and has a cross pattern, it is considered that the orientation of the liquid crystal molecules has a hemispherical radial arrangement.
In FIG. 6B, since the interference color of the hole portion changes variously, it can be seen that the alignment of the liquid crystal molecules is disturbed. This is because in the case of the MLC-2038 liquid crystal having a negative dielectric anisotropy, the orientation change of the liquid crystal molecules is large according to the negative dielectric anisotropy.
[0021]
7A and 7B are diagrams showing applied voltage-transmittance characteristics of the liquid crystal display element of this example. FIG. 7A shows the applied voltage-transmittance characteristics of GR-63, and FIG. 7B shows the applied voltage-transmittance characteristics of MLC-2038. FIG.
As shown in FIG. 7A, GR-63 exhibited a characteristic without a threshold value, and the contrast ratio was 13: 1. As shown in FIG. 7B, MLC-2038 had a threshold value of 2v and the contrast ratio was 56: 1.
From these figures, it can be seen that the liquid crystal display element of the present invention having holes has no problem in applied voltage-transmittance characteristics and contrast characteristics.
[0022]
8A and 8B are diagrams showing response time characteristics of the liquid crystal display element of the present invention. FIG. 8A shows the response time characteristics of GR-63, and FIG. 8B shows the response time characteristics of MLC-2038.
The horizontal axis represents the applied voltage. At each applied voltage, the time from application of the voltage to 90% of the maximum transmittance is τ _on (◯), and the time from the voltage is turned off to 10% of the maximum transmittance. Is represented as τ _off (●).
From these figures, it can be seen that the liquid crystal display element of the present invention having holes has no problem in response time characteristics.
[0023]
FIG. 9 is a diagram showing viewing angle characteristics of the liquid crystal display element of this example. The horizontal axis represents the tilt angle from the direction perpendicular to the liquid crystal display element surface, that is, the viewing angle, and the vertical axis represents the liquid crystal transmittance in each viewing angle direction. In the figure, ◯, Δ, □, ●, ▲, and ■ represent differences in applied voltage, and 100%, 80%, 60%, 40%, 20%, and 0% of the applied voltage giving the maximum transmittance, respectively. Represents.
As is apparent from the figure, the liquid crystal display element of this example has a sufficient transmittance over about ± 50 °, and it can be seen that the viewing angle is extremely wide.
[0024]
【The invention's effect】
As understood from the above description, according to the present invention, since the transparent electrode layer has randomly distributed holes, the alignment direction of the liquid crystal molecules in the vicinity of the holes is dispersed at a wide angle, and an extremely wide viewing angle is obtained. can get. Since the holes are distributed randomly (randomly), the diffraction phenomenon does not occur even if a large number of liquid crystal display elements are arranged as pixels. According to the present invention, a liquid crystal display element having a wide viewing angle and no diffraction phenomenon can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a transparent electrode layer used in a liquid crystal display element of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a configuration of a liquid crystal display element of the present invention using the transparent electrode layer shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another embodiment of the liquid crystal display element of the present invention using the transparent electrode layer shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing another configuration example of the liquid crystal display element of the present invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the operation of the liquid crystal display element of the present invention.
FIGS. 6A and 6B are polarization micrographs of the manufactured liquid crystal display element, where FIG. 6A is a GR-63 and FIG. 6B is a polarization micrograph of MLC-2038, and the applied voltage is 10 volt.
7A and 7B are diagrams illustrating applied voltage-transmittance characteristics of the liquid crystal display element of this example, where FIG. 7A is a diagram illustrating the applied voltage-transmittance characteristics of GR-63, and FIG. 7B is a diagram illustrating the applied voltage-transmittance characteristics of MLC-2038. is there.
8A and 8B are diagrams showing response time characteristics of the liquid crystal display element of the present invention, in which FIG. 8A shows the response time characteristics of GR-63, and FIG. 8B shows the response time characteristics of MLC-2038.
FIG. 9 is a diagram showing viewing angle characteristics of the liquid crystal display element of the present example.
FIG. 10 is a diagram showing a structure of a multi-domain liquid crystal display element used for measurement of a diffraction phenomenon.
11 is a diagram showing a diffraction phenomenon of a liquid crystal screen in which the liquid crystal elements of FIG. 10 are arranged as pixels.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent electrode layer 2 Transparent substrate 3 Electrode material 4 Hole 5 Transparent substrate 6 Liquid crystal alignment layer 7 First electrode / alignment layer substrate 8 Transparent substrate 9 Liquid crystal alignment layer 10 Second electrode / alignment layer substrate 11 Spacer 12 Liquid crystal material 13 Deflector 14 Deflector 15 Transparent electrode layer 16 First electrode / alignment layer substrate 17 Transparent support substrate 18 Liquid crystal molecules

Claims

第１の透明基板の一方の面に、無作為の位置に穴を有する透明電極層を有し、該第１の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第１の電極・配向層基板と、
第２の透明基板の一方の面に、無作為の位置に穴を有する透明電極層を有し、該第２の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第２の電極・配向層基板と、
上記第１及び第２の電極・配向層基板を、該電極・配向層基板の配向処理層を向かい合わせて、かつ、空隙を形成して支持するスペーサと、
上記空隙に封入する液晶材料と、
上記第１及び第２の電極・配向層基板のそれぞれの外側に、偏光方向が直交するように配設した偏光板とより成ることを特徴とする、液晶表示素子。A first electrode having a transparent electrode layer having holes at random positions on one surface of the first transparent substrate, and having an alignment treatment layer subjected to liquid crystal alignment treatment on the other surface of the first transparent substrate. 1 electrode / alignment layer substrate;
The second transparent substrate has a transparent electrode layer having holes at random positions on one surface, and the other surface of the second transparent substrate has an alignment treatment layer subjected to a liquid crystal alignment treatment. 2 electrode / alignment layer substrates;
A spacer for supporting the first and second electrode / alignment layer substrates by facing the alignment treatment layer of the electrode / alignment layer substrate and forming a void;
A liquid crystal material sealed in the gap;
A liquid crystal display element comprising: a polarizing plate disposed on the outside of each of the first and second electrode / alignment layer substrates so that the polarization directions are orthogonal to each other.

第１の透明基板の一方の面に、無作為の位置に穴を有する透明電極層を有し、第１の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第１の電極・配向層基板と、
第２の透明基板の一方の面に、透明電極層を有し、他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第２の電極・配向層基板と、
上記第１及び第２の電極・配向層基板を、該電極・配向層基板の配向処理層を向かい合わせて、かつ、空隙を形成して支持するスペーサと、
上記空隙に封入する液晶材料と、
上記第１及び第２の電極・配向層基板のそれぞれの外側に、偏光方向が直交するように配設した偏光板とより成ることを特徴とする、液晶表示素子。A first electrode having a transparent electrode layer having holes at random positions on one surface of the first transparent substrate and an alignment treatment layer subjected to liquid crystal alignment treatment on the other surface of the first transparent substrate. Electrode / alignment layer substrate,
A second electrode / alignment layer substrate having a transparent electrode layer on one surface of the second transparent substrate and an alignment treatment layer subjected to liquid crystal alignment treatment on the other surface;
A spacer for supporting the first and second electrode / alignment layer substrates by facing the alignment treatment layer of the electrode / alignment layer substrate and forming a void;
A liquid crystal material sealed in the gap;
A liquid crystal display element comprising: a polarizing plate disposed on the outside of each of the first and second electrode / alignment layer substrates so that the polarization directions are orthogonal to each other.

前記液晶材料が、ネマチック性の液晶材料であることを特徴とする、請求項１または２に記載の液晶表示素子。The liquid crystal display element according to claim 1, wherein the liquid crystal material is a nematic liquid crystal material.

前記第１及び第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、該第１及び第２の電極・配向層基板面に垂直であることを特徴とする、請求項１または２に記載の液晶表示素子。The alignment direction of the alignment treatment layer of the first and second electrode / alignment layer substrates is perpendicular to the surfaces of the first and second electrode / alignment layer substrates, according to claim 1 or 2. The liquid crystal display element as described.

前記第１及び第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、該第１及び第２の電極・配向層基板面に平行、かつ、同一方向であることを特徴とする、請求項１または２に記載の液晶表示素子。The alignment direction of the alignment treatment layers of the first and second electrode / alignment layer substrates is parallel to and in the same direction as the first and second electrode / alignment layer substrate surfaces. Item 3. The liquid crystal display element according to item 1 or 2.

前記第１及び第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、該第１及び第２の電極・配向層基板面に平行であり、かつ、互いに垂直であることを特徴とする、請求項２に記載の液晶表示素子。The alignment directions of the alignment treatment layers of the first and second electrode / alignment layer substrates are parallel to the first and second electrode / alignment layer substrate surfaces and perpendicular to each other. The liquid crystal display element according to claim 2.

前記第１の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、該第１の電極・配向層基板面に垂直であり、該第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、該第２の電極・配向層基板面に平行であることを特徴とする、請求項２に記載の液晶表示素子。The alignment direction of the alignment treatment layer of the first electrode / alignment layer substrate is perpendicular to the surface of the first electrode / alignment layer substrate, and the alignment direction of the alignment treatment layer of the second electrode / alignment layer substrate is The liquid crystal display element according to claim 2, wherein the liquid crystal display element is parallel to the surface of the second electrode / alignment layer substrate.