JP4467687B2 - Liquid crystal element - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a voltage to be impressed for transition of a nematic liquid crystal into a bend alignment state, and also to shorten a time for the impression. SOLUTION: When a liquid crystal panel is divided into a display area B with plural adjoining pixels A1 as shown in Fig.2 and a non-display area C arranged to surround the area B, a space between a pixel A1 and a pixel A1 in the display area B is narrowly set to 15 μm or less; the nematic liquid crystal (unshown in the figure) in the non-display area C is brought into a bend alignment state or a vertical alignment state; and further, a voltage is applied across the pixel electrodes 3b and an unshown common electrode before driving the liquid crystal panel. The nematic liquid crystal 2 in the display area B is bent by the impressed voltage. Since the spacing between the pixel A1 and pixel A1 is narrow, the applied voltage and time are reduced and shortened.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネマチック液晶を利用して光のスイッチングを行う液晶素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ネマチック液晶を利用して光のスイッチングを行う液晶パネル（液晶素子）については、種々のものが提案され使用されている。以下、この点について説明する。
【０００３】
一般的には、上下基板のラビング方向を互いに直交するようにしたツイステッドネマチック（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶パネルが使用されているが、上下基板のラビング方向を互いに同方向としてネマチック液晶がスプレイ配向を呈するようにした液晶パネルも従来より知られている（図６参照）。
【０００４】
このようなスプレイ配向を呈する液晶パネルでは、液晶の応答におけるバックフロー現象に起因して液晶の応答速度が遅いことから、電圧を印加することによって液晶の配向状態をスプレイ配向状態からベンド配向状態に変化させることによって応答速度を改善するようにした“πセル”が、１９８３年にＢｏｓらによって発表されている（図５参照）。
【０００５】
また、このような液晶パネルに位相補償を行うことで視野角特性を改善した“ＯＣＢセル”が、１９９２年に内田等によって発表されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにベンド配向状態を利用する液晶パネルにおいては、液晶をスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移させるために上記電圧印加処理を行なわなければならず、その処理に時間がかかってしまうという問題があった。
【０００７】
この点について説明する。すなわち、スプレイ−ベンド間の配向転移は連続的ではなくその２つの配向状態間にはディスクリネーションラインが存在するために、核発生（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）及びその成長（ｇｒｏｗｔｈ）というプロセスが必要である。このようなプロセスは、全ての領域で核発生させることが困難であると同時に核発生閾値の制御が難しく、高い電圧を印加する必要があった。また、その核発生によって形成されたベンド領域が成長する速度も印加電圧が高いほど速いが、印加電圧が低ければその成長速度も遅くなり、処理に数秒から数分かかってしまうという問題があった。実際の液晶パネルでは画素電極を経由してベンド領域が成長しにくい点も問題であった。ＴＦＴ液晶パネルにおける電圧の印加法に関してもいくつかの検討がなされている（ＩＢＭ，ＩＤＷ１９９６，ｐ１３３”Ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ−ｍｏｄｅ ＬＣＤｓ，特開平９−１８５０３２号公報）。
【０００８】
上述のような問題を解決するものとして、プレチルトの大きいベンド配向セルがあり、種々のものが発表されている。すなわち、５０〜５１°のプレチルトのπセルが１９９８年のＳＩＤにおいてＰ．Ｊ．Ｂｏｓらによって発表され、１９７９年の日本第五回液晶討論会では工学院大学によって発表され（予稿集１６６頁〜）、特開昭５５−１４２３１６号公報にも開示されている。しかし、このようにプレチルトを大きくした場合には、電圧のオン−オフによりとれるリタデーション幅が非常に狭くなって、液晶パネル自体の透過率が低下してしまうという問題があった。
【０００９】
また、液晶パネルの電源をオフにしてしまうと、ベンド配向状態であったネマチック液晶もスプレイ配向状態に戻ってしまい、再び液晶パネルの電源をオンにした場合には、スプレイ配向状態からベンド配向状態に転移させるための電圧印加処理を再度施す必要があるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、電圧印加処理の長時間化等を防止する液晶素子を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板と、これらの基板の間隙に配置されたネマチック液晶と、一方の基板に沿うように配置された少なくとも１つの第１電極と、該第１電極と共に前記ネマチック液晶を挟み込むように配置されて複数の画素を構成する複数の第２電極と、一軸配向処理の方向を同方向として前記ネマチック液晶の両側に接するように配置された一対の配向制御膜と、を備え、前記第１電極及び前記第２電極の間に印加される駆動電圧によって前記ネマチック液晶が駆動されてなる液晶素子であって、
前記複数の画素が配置されて画像が表示される表示エリアと、前記複数の画素が配置されておらず画像が表示されない非表示エリアと、からなり、
隣接される前記第２電極相互の間隔が１５μｍ以下に設定されると共に、前記非表示エリアにおける前記ネマチック液晶がベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化されるように前記配向制御膜におけるプレチルト角を前記表示エリアと前記非表示エリアとで異ならせ、
前記第１電極と前記第２電極との間に第１電圧が印加されることにより、前記表示エリアにおける前記複数の画素と、前記隣接される第２電極相互の間隔に相当する部分とにおける前記ネマチック液晶がスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移して安定化され、前記非表示エリアにおける前記ネマチック液晶がベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化される、ことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図９を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
(1) まず、本発明に係る液晶素子について、図１乃至図４を参照して説明する。ここで、図１は本発明に係る液晶素子の構造の一例を示す断面図、図２は本発明に係る液晶素子の構造の一例を示す平面図、図３は本発明に係る液晶素子の構造の他の例を示す平面図、図４は本発明に係る液晶素子の駆動方法の一例を示すタイミングチャート図である。
【００１３】
本実施の形態に係る液晶素子は、例えば図１に符号Ｐで示すように、所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板１ａ，１ｂと、これらの基板１ａ，１ｂの間隙に配置されたネマチック液晶２と、を備えている。そして、一方の基板１ａに沿うように少なくとも１つの第１電極３ａが配置されると共に、他方の基板１ｂに沿うように複数の第２電極３ｂが配置されており（図２参照）、これらの第１電極３ａ及び第２電極３ｂが前記ネマチック液晶２を挟み込むように配置されて複数の画素Ａ ₁を構成している。また、前記ネマチック液晶２の両側には、該ネマチック液晶２に接するように一対の配向制御膜４ａ，４ｂが配置されており、これらの配向制御膜４ａ，４ｂに施された一軸配向処理の方向７ａ，７ｂは同方向となるように設定されている。
【００１４】
ここで、
＊ 図２に符号Ｂで示すように、前記複数の画素Ａ₁ が配置されていて画像が表示されるエリアを表示エリアとし、
＊ 図２に符号Ｃで示すように、前記複数の画素Ａ₁ が配置されておらず画像が表示されないエリア（すなわち、いずれか一方の電極３ａ又は３ｂのみが配置されているか電極３ａ，３ｂが両方共配置されていないエリア）を非表示エリアとし、
＊ 図２に符号Ａ₂ で示すように、表示エリアＢにおいて画素Ａ₁ と画素Ａ₁ との間の部分（すなわち、隣接される第２電極３ｂの相互の間隔に相当する部分）を画素間部分、
とする。
【００１５】
そして、隣接される前記第２電極３ｂの相互の間隔（つまり、画素間部分Ａ₂ の幅）は１５μｍ以下に設定されている。
【００１６】
なお、前記液晶素子Ｐは、前記表示エリアＢにおいて前記第１電極３ａ及び前記第２電極３ｂの間に駆動電圧が印加されることに基づき、前記ネマチック液晶２が駆動されて画像が表示されるが、そのような通常の駆動を行う前に前記第１電極３ａと前記第２電極３ｂとの間に第１電圧（ベンド−スプレイの拮抗する電圧以上の電圧）が印加されるように構成されている。
【００１７】
本実施の形態によれば、上述のように前記第１電極３ａと前記第２電極３ｂとの間に第１電圧が印加されることに基づき、画素部分Ａ₁ のネマチック液晶２がベンド配向状態に安定化される。また、隣接される第２電極３ｂの相互の間隔は上述のように１５μｍ以下と狭く設定されているため、前記第１電圧に起因する横電界が画素間部分Ａ₂ のネマチック液晶２にも印加されることになり、該部分Ａ₂ のネマチック液晶２も同様にベンド配向状態に安定化されることとなる。つまり、本実施の形態によれば、前記第１電極３ａと前記第２電極３ｂとの間に第１電圧が印加されることに基づき、画素部分Ａ₁ 及び画素間部分Ａ₂ からなる表示エリアＢにおけるネマチック液晶２がベンド配向状態に安定化される。
【００１８】
一方、前記非表示エリアＣにおけるネマチック液晶２はベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化されている。
【００１９】
なお、ネマチック液晶２を上述のような配向状態とする方法としては、表示エリアＢと非表示エリアＣとでプレチルト角を異ならせる方法が考えられ、具体的には、
＊ 表示エリアＢと非表示エリアＣとで配向制御膜４ａ，４ｂの材質（配向膜種）を異ならせ、配向制御膜４ａ，４ｂの全面に同一強度のラビング処理を施してもプレチルトが異なるようにする方法や、
＊ 表示エリアＢと非表示エリアＣとで配向制御膜４ａ，４ｂの材質（配向膜種）を異ならせずに、一軸配向処理条件を異ならせることによってプレチルトが異なるようにする方法や、
＊ 配向制御膜４ａ，４ｂに特定の材質のものを用い、非表示エリアＣにおいて配向処理を施さない方法、
が考えられるが、必ずしもこれらの方法に限定されるものではない。
【００２０】
また、非表示エリアＣにおけるネマチック液晶２をベンド配向状態にする方法としては、上述した配向制御による方法以外に、
＊ 前記第２電極３ｂとは別体の第３電極（図３の符号５参照）を前記非表示エリアＣに配置し、かつ、
＊ 該第３電極５を介して前記ネマチック液晶２に第２電圧を印加する方法、を挙げることができる。
【００２１】
なお、これらの方法を取れば、表示エリアＢにおけるネマチック液晶２はベンド配向状態やツイスト状態で安定化されることとなるが、無電界の下ではこれらの状態が何らかの原因でスプレイ配向に転位してしまう可能性も無いわけではない。そこで、前記駆動電圧を印加して前記液晶素子Ｐを一旦駆動した後においても、前記第１電極３ａと前記第２電極３ｂとの間に第１電圧を再度印加して（リフレッシュ駆動）、スプレイ配向状態に転位したネマチック液晶２をベンド配向状態に再安定化すると良い。
【００２２】
このような第１電圧の印加は、液晶素子の駆動中に一定期間毎（例えば、数秒毎や数分毎や１日毎）に行うようにしてもよい。図４は、アクティブマトリクス型液晶素子においてリフレッシュ駆動を一定期間１ｓ毎に行った例を示す図であり、(a) はスイッチング素子１０のゲート（詳細は後述）に印加されるゲート電圧を示し、(b) は、スイッチング素子１０のソース（詳細は後述）に印加される駆動電圧及び第１電圧Ｖ₁ を示す。
(2) 次に、ネマチック液晶２を上述のような配向状態とする理由について説明する。
【００２３】
いま、プレチルト角が数度から５０度程度の場合には、電圧無印加状態ではスプレイ配向状態が安定であるが、このような液晶２に前記第１電圧を印加すると、液晶２はディスクリネーションを生成しながら転位されてベンド配向状態となる。但し、従来は、高電圧で長時間の電圧印加が必要であり、しかも、該第１電圧の印加を中止したり印加電圧が小さくすると、液晶２はベンド配向状態から再びスプレイ配向状態に戻ってしまうことから、上述のようなベンド配向状態を維持するためには第１電圧（ベンドとスプレイ配向状態が拮抗する電圧以上の電圧）を印加し続けておく必要がある。
【００２４】
ところで、上述のようなベンド配向状態からスプレイ配向状態への転位は、第１電圧の印加だけではベンド配向状態に転位されなかった部分（すなわち、スプレイ配向状態のまま残存した部分）が核となって拡がることが、本発明者の研究により明らかになった。核になる部分として考えられる部分は、第１電極３ａと第２電極３ｂとが対向するように配置されていない部分、具体的には、上述した非表示エリアＣと画素間部分Ａ₂ とである。
【００２５】
本実施の形態によれば、非表示エリアＣの液晶２はベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定させ、画素間部分Ａ₂ の液晶２はベンド配向状態で安定させているため、スプレイ配向状態への転位の核になり易い部分が理論的には消失され、その結果、表示エリアＢにおける液晶２はベンド配向状態やツイスト状態で安定化されることとなる。
【００２６】
ここで、図５はベンド配向状態を示す模式図であり、図６はスプレイ配向状態を示す模式図であり、図７はツイスト配向状態を示す模式図である。このうち、ツイスト配向状態は、ディスクリネーションを介さずにベンド配向状態に連続的に変化するものとして知られている。
(3) 次に、上述した液晶素子Ｐの構造について補足する。
【００２７】
上述した液晶素子Ｐは透過型としても反射型としても良いが、透過型にするか反射型にするかに応じて各部材の材料や構造を適宜選択する必要がある（詳細は後述）。
【００２８】
また、上述した液晶素子Ｐは、単純マトリクス型としても良いが、各画素Ａ₁ にスイッチング素子１０を配置してアクティブマトリクス型とした方が非常に有効である（詳細は後述）。
【００２９】
さらに、図８に示すように、リタデーションが正の一軸性の位相補償板（複数の位相差フィルムを重ね合わせたもの）６２ａを液晶素子Ｐに沿うように配置しても良い。これにより、所定の電圧値における液晶層を通過する光のリタデーションを相殺し、当該電圧値における黒表示の光学補償を行うことができる。この場合、液晶層の中央部の液晶分子は、電圧を印加した状態では基板法線方向の成分が多く、視野角特性を悪くする原因となることから、ｚ方向（基板の法線方向）の成分を相対的に小さくしたリタデーションが負の位相補償板６２ｂ（Ｒ＜０）を用いることにより、液晶層中の基板に垂直な方向と水平な方向とのリタデーション差を補正して視野角特性を改善することが好ましい。なお、上述した２枚の位相補償板６２ａ，６２ｂの代わりに、両者の機能を有する２軸性の位相補償板を用いても良い。
【００３０】
またさらに、上述した基板１ａ，１ｂの少なくとも一方にカラーフィルターや平坦化膜を配置してカラー表示できるようにしてもよい。
【００３１】
また、本発明に係る液晶素子においては、上述したようにネマチック液晶を用い、特定の配向制御膜を形成して所定の液晶配向が得られるように構成すれば、他の構成部材についてはその素材、形状、大きさ、製法等については特に限定されず、従来の液晶素子の技術を適用することが可能である。
(4) 次に、アクティブマトリクス型の液晶素子の一例を、図１及び図２を参照して説明する。なお、図１及び図２に示すものはあくまで一例であって、本発明がこれに限定されるものではない。
【００３２】
アクティブマトリクス型の液晶素子Ｐは、図１に示すように、所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板１ａ，１ｂを備えており、一方の基板１ａの全面には第１電極としての共通電極３ａや絶縁層６ａや配向制御膜４ａが形成されている。なお、この配向制御膜４ａには、非表示エリアＣには垂直配向膜領域が形成され、表示エリアＢには水平配向膜領域が形成されている。
【００３３】
また、他方の基板１ｂには、図２に示すように、走査信号線Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，…が図示Ｘ方向に多数配置されており、走査信号線Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，…とは絶縁された状態の情報信号線Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，…が図示Ｙ方向に多数配置されている。さらに、走査信号線Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，…は走査信号印加回路５１に接続されており、情報信号線Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，…は情報信号印加回路５２に接続されている。
【００３４】
そして、これらの走査信号線Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，…及び情報信号線Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，…の交差部の各画素Ａ₁ には、スイッチング素子としてのＴＦＴ１０や、第２電極としての画素電極３ｂ等が配置されている。
【００３５】
このうちＴＦＴ１０は、図１に示すように、基板１ｂの表面に形成されたゲート電極１０ａ、そのゲート電極１０ａを覆うように基板１ｂのほぼ全面に形成されたゲート絶縁膜６ｂ、ゲート電極１０ａに対応する位置に形成された半導体層１０ｂ、オーミックコンタクト層１０ｃ、ソース電極１０ｄ、ドレイン電極１０ｅ、絶縁層１０ｆ及びパッシベーション層１０ｇからなる。なお、ゲート電極１０ａは上述した走査信号線Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，…に接続され、ソース電極１０ｄは情報信号線Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，…に接続されている。
【００３６】
一方、基板１ｂの表面であって画素電極３ｂに重なる位置には保持容量電極１１が形成され、また画素電極３ｂやＴＦＴ１０を覆うように水平配向膜４ｂが形成されている。
【００３７】
ところで、上述した液晶素子Ｐを透過型とする場合には、
＊ 両方の基板１ａ，１ｂにはガラスやプラスチック等の透明材料を用い、
＊ 共通電極３ａや画素電極３ｂにはＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明導電材を用い、
＊ 図８に示すように、液晶素子Ｐを挟み込むように偏光子６３ａ，６３ｂを配置する、
と良い。ここで、ＩＴＯ膜は、真空成膜法により厚さ１５０ｎｍ程度に成膜すると良く、偏光子６３ａ，６３ｂは、クロスニコルに配置すると共に、偏光軸が配向制御膜４ａ，４ｂのラビング方向６４に対して４５°傾くように配置すると良い。
【００３８】
また、前記液晶素子Ｐを反射型とする場合には、
＊ 観察者の側に配置しない方の基板１ａ又は１ｂにはシリコン基板等の不透明材料を用い、
＊ 画素電極３ｂを反射率の高い金属で形成して画素電極３ｂに反射板を兼ねさせる、
と良い。
【００３９】
一方、液晶素子Ｐを透過型／反射型のいずれにする場合においても、半導体層１０ｂとしては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）を用いれば良い。なお、アモルファスシリコンを用いる場合、水素希釈したモノシラン（ＳｉＨ₄ ）をグロー放電分解法（プラズマＣＶＤ）によって約３００℃のガラス基板上に約２００ｎｍの厚みで堆積して用いれば良い。
【００４０】
また、オーミックコンタクト層１０ｃは、例えばｎ⁺ ａ−Ｓｉ層にリンをドーピングして用いると良い。
【００４１】
さらに、ゲート絶縁膜６ｂとしては、窒化シリコン（ＳｉＮ_X ）が用いられ、グロー放電分解法により形成される。
【００４２】
また、ゲート電極１０ａ、ソース電極１０ｄ、ドレイン電極１０ｅ及び保持容量電極１１にはアルミニウム等の金属材料が用いられる。なお、保持容量電極１１については、面積が広い場合にはＩＴＯ等の透明導電材を用いる場合もある。
【００４３】
さらに、絶縁層６ａにはＴａ₂ Ｏ₅ 等が用いられ、真空成膜法により厚さ１００ｎｍ程度に堆積する。さらに、絶縁層１０ｆ及びパッシベーション膜１０ｇには窒化シリコンが用いられる。
【００４４】
次に、本発明に係る液晶素子の駆動方法について、図９を参照して説明する。ここで、図９は、本発明に係る液晶素子の駆動方法の一例を示すタイミングチャート図であり、(a) は１本目の走査信号線Ｇ₁ に印加される走査信号の波形及び印加タイミングを示す図、(b) は２本目の走査信号線Ｇ₂ に印加される走査信号の波形及び印加タイミングを示す図、(c) はｎ本目（最終本目）の走査信号線Ｇ_n に印加される走査信号の波形及び印加タイミングを示す図、(d) は１本目の情報信号線Ｓ₁ に印加される情報信号（駆動電圧）の波形及び印加タイミングを示す図、(e) は１本目の走査信号線Ｇ₁ と１本目の情報信号線Ｓ₁ との交点の画素Ａ₁ の液晶２に印加される電圧の変化の様子を示す図である。
【００４５】
液晶素子を駆動するに際しては、図９(a) 〜(c) に示すように走査信号を走査信号印加回路５１から各走査信号線Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，…に線順次で印加されると、各ＴＦＴ１０はオンされる。この走査信号と同期させて、情報信号印加回路５２から各情報信号線Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，…に対して、所定の階調表示情報を持った情報信号（駆動電圧）を同図(d) に例示するように印加すると、選択された画素Ａ₁ の画素電極３ｂにはＴＦＴ１０を介して該電圧が印加され、液晶２は所定の階調表示を行う。
【００４６】
本発明は、上述のような駆動電圧を印加するに先立ち、液晶２に第１電圧を印加する等して、液晶２をベンド配向状態等に転位させておくものである。
【００４７】
本発明に係る液晶素子Ｐをベンド配向状態で駆動する場合においても、駆動電圧の低電圧側に保持電圧（ベンド配向状態を保持するための電圧）以上の電圧を印加することにより、より応答速度を向上させることができる。
(5) 次に、本実施の形態の効果について説明する。
【００４８】
本実施の形態によれば、電圧印加処理を行って液晶２をスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移させるに際し、低い電圧を用いることができる。その結果、消費電力が低減され、低電圧駆動も可能となる。また、電圧印加時間が短縮化される。
【００４９】
【実施例】
以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。
（実施例１）
本実施例では、一対のガラス基板１ａ，１ｂにネマチック液晶２を挟持させて実験的な液晶パネルを作成したが、各ガラス基板１ａ，１ｂの表面には透明電極（第１電極、第２電極）１３ａ，１３ｂをＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）によって形成し、各透明電極１３ａ，１３ｂを覆うように配向制御膜４ａ，４ｂを形成した。また、ガラス基板１ａ，１ｂの間隙にはスペーサを配置して、該間隙を規定した。なお、一方の透明電極１３ａは図１０(a) に示すようにガラス基板１ａのほぼ全面に形成し、他方の透明電極１３ｂは図１０(b) に示すように画素毎に複数配置した。
【００５０】
ここで、透明電極１３ａ，１３ｂは、１２００Åの厚みとし、ＩＴＯ膜の蒸着及びパターニングによって形成した。また、一方の透明電極１３ｂについて、隣接される相互の間隔を１５μｍとした。
【００５１】
さらに、配向制御膜４ａ，４ｂは、
＊ ＪＡＬＳ２０２２（ＪＡＲ製垂直配向膜）の１．２％濃度の溶液を１５００回転／ｍｉｎでスピン塗布し、
＊ ８０℃の温度で２分間だけプレ焼成し、
＊ ２００℃の温度で５０分の焼成を施す、
ことによって形成した。エリプソメーター（日本真空技術社製、ＥＳＭ−１Ａ）にて配向制御膜４ａ，４ｂの膜厚を測定したところ、１５０Åであった。
【００５２】
なお、各配向制御膜４ａ，４ｂにはラビング処理を施した。このラビング処理に際しては、表示エリア周辺部の非表示エリアＣを２ｍｍポリイミドテープを用いてマスキング処理を行った。また、このラビング処理には、コットン植毛布を貼付した直径８０ｍｍのラビングローラーを用い、ローラー回転数を１０００ｒｐｍとし、基板表面への押し込み量を１．２ｍｍとし、基板１ａ，１ｂの送り速度を１０ｍｍ／ｓとした。
【００５３】
そして、一方のガラス基板１ａに平均粒径が６μｍのスペーサーを散布し、２枚のガラス基板１ａ，１ｂを貼り合わせた。
【００５４】
その後、非コレステリック系Ｆ系ネマチック液晶（チッソ社製のＫＮ−５０３０）２を減圧下・室温で基板間隙に注入し、１００℃の温度にて再配向を施した。このとき、液晶２は、表示エリアＢにおいてはスプレイ状態で安定していた。
【００５５】
次に、第１電圧としての矩形波電圧（±１０Ｖ，３０Ｈｚ）を透明電極１３ａ，１３ｂに数分間印加したところ、画素部分Ａ₁ 及び画素間部分Ａ₂ の液晶２が数秒でベンド配向状態となり、表示エリア周辺の非表示エリアＣからもスプレイ配向状態は生成されなかった。そして、この印加電圧を除去したところ、液晶２は、ツイスト配向状態にて安定し、１日程度液晶パネルを放置してもツイスト配向状態のままであった。
【００５６】
また、本実施例にて作成した液晶パネルについて、ベレック式コンペンセーターを用いてリタデーション測定し、必要な保持電圧（ベンド配向状態を保持するために印加する電圧）から２００ｎｍのリタデーション幅を取れる駆動電圧幅を求めたところ０．７〜４．５Ｖとなった。
【００５７】
ところで、本実施例では、前記矩形波電圧を印加した後、低電圧領域ではツイスト配向状態となって透過光量が減少する傾向が見られたので、０．７Ｖ程度の保持電圧を電極１３ａ，１３ｂに印加してベンド配向状態を保持することとした。なお、液晶２の初期配向がツイスト配向状態であったために、０．７Ｖの印加であれば２０ｍｓ程度の短時間で速やかにベンド配向状態に転位された。
【００５８】
なお、リタデーションと透過率との関係は以下の通りである。
【００５９】
【式１】
Ｉ／Ｉ₀ ＝ｓｉｎ² ２θ・ｓｉｎ² （Δｎｄ／λ）π
Ｉ ；透過光量
Ｉ₀ ；入射光量
θ ；偏光軸とラビング軸とがなす角度
Δｎ；液晶のΔｎ
ｄ ；セル厚
λ ；光の波長
上式の透過率Ｉ／Ｉ₀ は、θが４５度の場合に最大となる。光の波長λは一般的に５５０ｎｍ程度である。Δｎｄが２７０ｎｍ程度の場合に透過率Ｉ／Ｉ₀ が最大となることが上式から求まるが、自然光には様々な波長が含まれ、この設計値にすると波長分散によりセルが黄色味付く問題があり、本発明の評価では２００ｎｍの設計とした。
【００６０】
なお、実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２のベンド保持電圧等を表にまとめると以下のようになる。
【００６１】
【表１】

（実施例２）
本実施例においては実施例１と同様の液晶パネルＰを作成したが、配向制御膜４ａ，４ｂを形成する際のスピン回転速度は１０００回転／ｍｉｎとし、その膜厚を３５０Åとした。また、プレチルト角は実施例１よりも大きく２５°とした。その他の構成及び製造方法は実施例１と同様とした。
【００６２】
液晶２は、再配向直後はスプレイ状態で安定していた。
【００６３】
次に、第１電圧としての矩形波電圧（±１０Ｖ，３０Ｈｚ）を透明電極１３ａ，１３ｂに数分間印加したところ、画素部分Ａ₁ 及び画素間部分Ａ₂ の液晶２は実施例１と同様に数秒でベンド配向状態となり、表示エリア周辺の非表示エリアＣからもスプレイ配向状態は生成されなかった。そして、この印加電圧を除去して１日程度液晶パネルを放置しても、プレチルト角が大きいために液晶２はベンド配向状態のまま保持され、保持電圧の印加は不要であった。
【００６４】
また、２００ｎｍのリタデーション幅を取れる駆動電圧幅を求めたところ０〜４．５Ｖとなった。
（比較例１）
本比較例で作成した液晶パネルは、実施例１で作成したものとほぼ同様の構成であるが、隣接される透明電極１３ｂの相互の間隔は１５μｍではなく１７μｍとした。なお、その他の構成及び製造方法は同じとした。
【００６５】
そして、実施例１と同様の方法で液晶２の注入や再配向を行なったところ、液晶２はスプレイ配向で安定していた。
【００６６】
その後、実施例１と同様に矩形波電圧（第１電圧）を透明電極１３ａ，１３ｂに数分間印加したところ、画素部分Ａ₁ の液晶２はベンド配向状態となったものの、画素間部分Ａ₂ の液晶２はスプレイ配向状態のままであった。また、この印加電圧を除去したところ、ベンド配向状態であった画素部分Ａ₁ の液晶２は直ちにスプレイ配向状態に転位した。
【００６７】
そして、液晶２をベンド配向状態に保持するには１．５Ｖ程度の保持電圧が必要であり、１．５Ｖ以下の電圧では、非表示エリアＣや画素間部分Ａ₂ を核としてスプレイ配向状態が拡がり、画素部分Ａ₁ の液晶２もスプレイ配向状態となった。このため、液晶パネルの光学特性は不均一になり、応答速度の大幅な減少が見られた。
【００６８】
また、一旦スプレイ配向状態になった液晶２をベンド配向状態に転位させるには、７Ｖ程度の電圧を１分程度印加する必要があった。
（比較例２）
本比較例で作成した液晶パネルは、実施例１で作成したものとほぼ同様の構成であるが、隣接される透明電極１３ｂの相互の間隔は１５μｍではなく１７μｍとした。なお、その他の構成及び製造方法は同じとした。
【００６９】
そして、実施例１と同様の方法で液晶２の注入や再配向を行なったところ、液晶２はスプレイ配向で安定していた。
【００７０】
その後、実施例１と同様に矩形波電圧（第１電圧）を透明電極１３ａ，１３ｂに数分間印加したところ、画素部分Ａ₁ の液晶２はベンド配向状態となったものの、画素間部分Ａ₂ の液晶２はスプレイ配向状態のままであった。また、この印加電圧を除去したところ、ベンド配向状態であった画素部分Ａ₁ の液晶２は直ちにスプレイ配向状態に転位した。
【００７１】
そして、液晶２をベンド配向状態に保持するには１．５Ｖ程度の保持電圧が必要であり、１．５Ｖ以下の電圧では、非表示エリアＣや画素間部分Ａ₂ を核としてスプレイ配向状態が拡がり、画素部分Ａ₁ の液晶２もスプレイ配向状態となった。このため、液晶パネルの光学特性は不均一になり、応答速度の大幅な減少が見られた。
【００７２】
また、一旦スプレイ配向状態になった液晶２をベンド配向状態に転位させるには、７Ｖ程度の電圧を１分程度印加する必要があった。
（実施例３）
本実施例においては、図１及び図２に示すアクティブマトリクス型の液晶パネル（液晶素子）Ｐを作成した。なお、隣接される画素電極（第２電極）３ｂの相互の間隔は１５μｍとした。また、１軸性位相補償フィルム（７５ｎｍ）をノーマリーホワイト駆動時の黒表示電圧のリタデーションを相殺する方向に配置した。
【００７３】
本実施例によれば、再配向直後の液晶２はスプレイ配向状態であった。
【００７４】
この液晶パネルＰに図１１に示す信号を印加したところ表示エリア内の液晶２は直ちにベンド配向状態となり、この印加電圧を除去したところ、表示エリア内の液晶２はツイスト配向状態になった。本実施例において、ベンド配向状態を保持するために必要な保持電圧は０．７Ｖであった。
【００７５】
なお、透過光量と電圧との関係を測定したところ、駆動電圧は０．７〜４．５Ｖであった。
（実施例４）
本実施例においては、実施例３と同様のアクティブマトリクス型液晶パネルを作成したが、一方のガラス基板１ｂの非表示エリアＣには、図３に示すような枠状のＩＴＯ電極（第３電極）５を共通電極（第１電極）３ａと対向するように形成した。なお、隣接される画素電極（第２電極）３ｂの相互の間隔は１５μｍとした。
【００７６】
そして、この液晶パネルの駆動に際しては、ＩＴＯ電極５と共通電極３ａとの間に７Ｖの矩形波（ベンド化のための電圧）を印加しておく一方で、図１１(a) 〜(c) に示すように走査信号を各走査信号線Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，…に線順次で印加していき、情報信号線Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，…には同図(d) に例示するような電圧を印加した。
【００７７】
その結果、表示エリア内の液晶２は、印加される電圧を除去した状態でもツイスト配向状態にて安定していた。
【００７８】
なお、本実施例においては実施例３と同様に位相補償を行った。
【００７９】
そして、透過光量と電圧との関係を測定したところ、駆動電圧は０．７〜４．５Ｖであり、保持電圧は０．７Ｖ程度必要であった。
（実施例５）
実施例３にて作成した液晶パネルでは、例えば１日間程度の長時間白表示をさせると、一部分にスプレイ配向状態が生じるが、本実施例では、図４に示すように１秒毎にリセット電圧（第１電圧）を印加した。
【００８０】
本実施例によれば、実施例３のようなスプレイ配向状態は生じなかった。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、電圧印加処理を行ってネマチック液晶をスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移させるに際し、低い電圧を用いることができる。その結果、消費電力が低減され、低電圧駆動も可能となる。また、電圧印加時間が短縮化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶パネルの構造の一例を示す断面図。
【図２】本発明に係る液晶パネルの構造の一例を示す平面図。
【図３】本発明に係る液晶パネルの構造の他の例を示す平面図。
【図４】アクティブマトリクス型液晶素子においてリフレッシュ駆動を一定期間毎に行った例を示す図。
【図５】ベンド配向状態を示す模式図。
【図６】スプレイ配向状態を示す模式図。
【図７】ツイスト配向状態を示す模式図。
【図８】位相補償部材を配置した例を説明するための図。
【図９】本発明に係る液晶素子の駆動方法の一例を示すタイミングチャート図。
【図１０】本発明に係る液晶パネルの構造のさらに他の例を示す平面図。
【図１１】本発明に係る液晶素子の駆動方法の他の例を示すタイミングチャート図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ ガラス基板（基板）
２ ネマチック液晶
３ａ 共通電極（第１電極）
３ｂ 画素電極（第２電極）
４ａ，４ｂ 配向制御膜
５ ＩＴＯ電極（第３電極）
１０ ＴＦＴ（スイッチング素子）
１３ａ 共通電極（第１電極）
１３ｂ 画素電極（第２電極）
Ａ₁ 画素
Ｂ 表示エリア
Ｃ 非表示エリア
Ｐ 液晶パネル（液晶素子）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal element that switches light using a nematic liquid crystal.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various types of liquid crystal panels (liquid crystal elements) that switch light using nematic liquid crystals have been proposed and used. Hereinafter, this point will be described.
[0003]
In general, twisted nematic liquid crystal panels in which the rubbing directions of the upper and lower substrates are orthogonal to each other are used. However, the nematic liquid crystal exhibits splay alignment with the rubbing directions of the upper and lower substrates being the same as each other. Such a liquid crystal panel is also conventionally known (see FIG. 6).
[0004]
In a liquid crystal panel exhibiting such a splay alignment, the response speed of the liquid crystal is slow due to the backflow phenomenon in the response of the liquid crystal, so by applying a voltage, the alignment state of the liquid crystal is changed from the splay alignment state to the bend alignment state. A “π cell” designed to improve the response speed by changing it was published by Bos et al. In 1983 (see FIG. 5).
[0005]
In addition, Uchida et al. Announced in 1992 an “OCB cell” in which viewing angle characteristics were improved by performing phase compensation on such a liquid crystal panel.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the liquid crystal panel using the bend alignment state as described above, the voltage application process must be performed in order to transfer the liquid crystal from the splay alignment state to the bend alignment state, which takes time. There was a problem.
[0007]
This point will be described. In other words, the splay-bend orientation transition is not continuous, and there is a disclination line between the two orientation states, so a process of nucleation and growth is necessary. In such a process, it is difficult to nucleate all regions, and at the same time, it is difficult to control the nucleation threshold value, and it is necessary to apply a high voltage. In addition, the rate at which the bend region formed by the nucleation grows faster as the applied voltage is higher, but if the applied voltage is lower, the growth rate also slows down, and the processing takes several seconds to several minutes. . In actual liquid crystal panels, the problem is that the bend region is difficult to grow via the pixel electrode. Several studies have been made on the method of applying a voltage in a TFT liquid crystal panel (IBM, IDW 1996, p133 “Initialization of Optically Compensated Bend-mode LCDs, Japanese Patent Laid-Open No. 9-185032).
[0008]
As a solution to the above problems, there is a bend alignment cell with a large pretilt, and various types of cells have been announced. That is, a π cell with a pretilt of 50 to 51 ° is a P.D. J. et al. Announced by Bos et al., Published by Kogakuin University at the 1979 Japan Fifth Liquid Crystal Conference (preliminary book 166-) and disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 55-142316. However, when the pretilt is increased in this way, there is a problem that the retardation width that can be obtained by turning the voltage on and off becomes very narrow, and the transmittance of the liquid crystal panel itself is lowered.
[0009]
Also, if the power supply of the liquid crystal panel is turned off, the nematic liquid crystal that was in the bend alignment state also returns to the splay alignment state. When the power supply of the liquid crystal panel is turned on again, the bend alignment state is changed from the splay alignment state. There has been a problem that it is necessary to re-apply the voltage application process for transferring to.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid crystal element that prevents the voltage application process from being prolonged.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and a pair of substrates disposed in a state where a predetermined gap is provided, a nematic liquid crystal disposed in a gap between these substrates, and one of the substrates. The at least one first electrode arranged, the plurality of second electrodes which are arranged so as to sandwich the nematic liquid crystal together with the first electrode and constitute a plurality of pixels, and the nematic with the uniaxial alignment treatment direction as the same direction A pair of alignment control films disposed on both sides of the liquid crystal, and the nematic liquid crystal is driven by a drive voltage applied between the first electrode and the second electrode. And
A display area in which the plurality of pixels are arranged and an image is displayed; and a non-display area in which the plurality of pixels are not arranged and an image is not displayed.
The interval between the adjacent second electrodes is set to 15 μm or less. In addition, the pretilt angle in the alignment control film is made different between the display area and the non-display area so that the nematic liquid crystal in the non-display area is stabilized in a bend alignment state or a vertical alignment state. ,
The first voltage is applied between the first electrode and the second electrode, whereby the plurality of pixels in the display area and the portion corresponding to the interval between the adjacent second electrodes are The nematic liquid crystal transitions from a splay alignment state to a bend alignment state and is stabilized, and the nematic liquid crystal in the non-display area is stabilized in a bend alignment state or a vertical alignment state.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
(1) First, the liquid crystal element according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is a sectional view showing an example of the structure of the liquid crystal element according to the present invention, FIG. 2 is a plan view showing an example of the structure of the liquid crystal element according to the present invention, and FIG. 3 shows the structure of the liquid crystal element according to the present invention. FIG. 4 is a timing chart showing an example of a method for driving a liquid crystal element according to the present invention.
[0013]
The liquid crystal element according to the present embodiment is arranged in a pair of substrates 1a and 1b arranged with a predetermined gap and a gap between these substrates 1a and 1b, for example, as indicated by symbol P in FIG. Nematic liquid crystal 2. At least one first electrode 3a is disposed along one substrate 1a, and a plurality of second electrodes 3b are disposed along the other substrate 1b (see FIG. 2). The first electrode 3a and the second electrode 3b are arranged so as to sandwich the nematic liquid crystal 2, and a plurality of pixels A ₁ Is configured. A pair of alignment control films 4a and 4b are disposed on both sides of the nematic liquid crystal 2 so as to be in contact with the nematic liquid crystal 2, and the direction of the uniaxial alignment treatment applied to these alignment control films 4a and 4b. 7a and 7b are set to be in the same direction.
[0014]
here,
* As indicated by symbol B in FIG. ₁ Is the area where images are displayed and is displayed,
* As indicated by symbol C in FIG. ₁ Is an area in which no image is displayed and no image is displayed (that is, only one of the electrodes 3a or 3b or the electrodes 3a and 3b are not both arranged)
* Reference A in Figure 2 ₂ In the display area B, the pixel A ₁ And pixel A ₁ (Ie, the portion corresponding to the interval between the adjacent second electrodes 3b) is the inter-pixel portion,
And
[0015]
Then, the interval between the adjacent second electrodes 3b (that is, the inter-pixel portion A) ₂ Is set to 15 μm or less.
[0016]
The liquid crystal element P displays the image by driving the nematic liquid crystal 2 based on the application of a drive voltage between the first electrode 3a and the second electrode 3b in the display area B. However, before such normal driving is performed, a first voltage (a voltage equal to or higher than a bend-spray antagonistic voltage) is applied between the first electrode 3a and the second electrode 3b. ing.
[0017]
According to the present embodiment, the pixel portion A is based on the fact that the first voltage is applied between the first electrode 3a and the second electrode 3b as described above. ₁ The nematic liquid crystal 2 is stabilized in the bend alignment state. Further, since the interval between the adjacent second electrodes 3b is set as narrow as 15 μm or less as described above, the lateral electric field caused by the first voltage is generated between the inter-pixel portions A. ₂ The nematic liquid crystal 2 is also applied to the portion A. ₂ Similarly, the nematic liquid crystal 2 is stabilized in the bend alignment state. That is, according to the present embodiment, the pixel portion A is based on the application of the first voltage between the first electrode 3a and the second electrode 3b. ₁ And inter-pixel portion A ₂ The nematic liquid crystal 2 in the display area B consisting of is stabilized in the bend alignment state.
[0018]
On the other hand, the nematic liquid crystal 2 in the non-display area C is stabilized in a bend alignment state or a vertical alignment state.
[0019]
In addition, as a method for bringing the nematic liquid crystal 2 into the alignment state as described above, a method in which the pretilt angle is made different between the display area B and the non-display area C can be considered.
* Even if the alignment control films 4a and 4b are made of different materials (orientation film types) in the display area B and the non-display area C, and the entire surface of the alignment control films 4a and 4b is subjected to rubbing treatment with the same strength, the pretilt is different. How to
* A method of making the pretilt different by changing the uniaxial alignment treatment conditions without changing the material (alignment film type) of the alignment control films 4a and 4b in the display area B and the non-display area C,
* A method of using a specific material for the alignment control films 4a and 4b and not performing the alignment treatment in the non-display area C.
However, it is not necessarily limited to these methods.
[0020]
Further, as a method for bringing the nematic liquid crystal 2 in the non-display area C into the bend alignment state, in addition to the method based on the alignment control described above,
* A third electrode (see reference numeral 5 in FIG. 3) separate from the second electrode 3b is disposed in the non-display area C, and
* A method of applying a second voltage to the nematic liquid crystal 2 through the third electrode 5 can be mentioned.
[0021]
If these methods are used, the nematic liquid crystal 2 in the display area B is stabilized in a bend alignment state or a twist state, but these states are dislocated to a splay alignment for some reason under no electric field. It is not without the possibility of end. Therefore, even after the driving voltage is applied and the liquid crystal element P is once driven, the first voltage is applied again between the first electrode 3a and the second electrode 3b (refresh driving), and spraying is performed. It is preferable to re-stabilize the nematic liquid crystal 2 that has been transferred to the aligned state to the bend aligned state.
[0022]
Such application of the first voltage may be performed at regular intervals (for example, every few seconds, every few minutes, or every day) while the liquid crystal element is driven. FIG. 4 is a diagram showing an example in which refresh driving is performed every 1 s for a fixed period in an active matrix liquid crystal element, where (a) shows a gate voltage applied to the gate (details will be described later) of the switching element 10; (b) is a driving voltage and a first voltage V applied to the source (details will be described later) of the switching element 10 ₁ Indicates.
(2) Next, the reason why the nematic liquid crystal 2 is brought into the alignment state as described above will be described.
[0023]
When the pretilt angle is about several to 50 degrees, the splay alignment state is stable when no voltage is applied. However, when the first voltage is applied to the liquid crystal 2, the liquid crystal 2 is disclinated. It is dislocated while producing a bend alignment state. However, conventionally, it is necessary to apply a high voltage for a long time, and when the application of the first voltage is stopped or the applied voltage is reduced, the liquid crystal 2 returns from the bend alignment state to the splay alignment state again. Therefore, in order to maintain the bend alignment state as described above, it is necessary to continue to apply the first voltage (voltage higher than the voltage at which the bend and splay alignment state antagonize).
[0024]
By the way, in the transition from the bend alignment state to the splay alignment state as described above, a portion that is not dislocated to the bend alignment state only by application of the first voltage (that is, a portion remaining in the splay alignment state) becomes a nucleus. It has been clarified by the inventor's research. A portion considered as a core portion is a portion where the first electrode 3a and the second electrode 3b are not arranged to face each other, specifically, the non-display area C and the inter-pixel portion A described above. ₂ It is.
[0025]
According to this embodiment, the liquid crystal 2 in the non-display area C is stabilized in the bend alignment state or the vertical alignment state, and the inter-pixel portion A ₂ Since the liquid crystal 2 of the liquid crystal 2 is stabilized in the bend alignment state, the portion that tends to be a nucleus of the dislocation to the splay alignment state is theoretically lost. Will be stabilized.
[0026]
Here, FIG. 5 is a schematic diagram showing a bend alignment state, FIG. 6 is a schematic diagram showing a splay alignment state, and FIG. 7 is a schematic diagram showing a twist alignment state. Among these, the twist alignment state is known to continuously change to the bend alignment state without going through disclination.
(3) Next, the structure of the liquid crystal element P described above will be supplemented.
[0027]
The liquid crystal element P described above may be a transmissive type or a reflective type, but it is necessary to appropriately select the material and structure of each member depending on whether it is a transmissive type or a reflective type (details will be described later).
[0028]
The liquid crystal element P described above may be a simple matrix type, but each pixel A ₁ It is more effective to arrange the switching element 10 in the active matrix type (details will be described later).
[0029]
Furthermore, as shown in FIG. 8, a retardation uniaxial phase compensator (a laminate of a plurality of retardation films) 62 a may be arranged along the liquid crystal element P. Thereby, retardation of light passing through the liquid crystal layer at a predetermined voltage value can be canceled out, and black display optical compensation at the voltage value can be performed. In this case, the liquid crystal molecules at the center of the liquid crystal layer have many components in the normal direction of the substrate when a voltage is applied, and deteriorate the viewing angle characteristics. Therefore, the liquid crystal molecules in the z direction (the normal direction of the substrate) By using the phase compensation plate 62b (R <0) having a negative retardation with a relatively small component, the retardation difference between the direction perpendicular to the substrate in the liquid crystal layer and the horizontal direction is corrected to improve the viewing angle characteristics. It is preferable to improve. Instead of the two phase compensation plates 62a and 62b described above, a biaxial phase compensation plate having both functions may be used.
[0030]
Furthermore, a color filter or a flattening film may be disposed on at least one of the above-described substrates 1a and 1b so that color display can be performed.
[0031]
Further, in the liquid crystal element according to the present invention, if nematic liquid crystal is used as described above and a specific alignment control film is formed so as to obtain a predetermined liquid crystal alignment, the other components are made of the material. The shape, size, manufacturing method, and the like are not particularly limited, and conventional liquid crystal element technology can be applied.
(4) Next, an example of an active matrix liquid crystal element will be described with reference to FIGS. In addition, what is shown in FIG.1 and FIG.2 is an example to the last, Comprising: This invention is not limited to this.
[0032]
As shown in FIG. 1, the active matrix type liquid crystal element P includes a pair of substrates 1a and 1b arranged in a state where a predetermined gap is provided, and the entire surface of one substrate 1a is used as a first electrode. A common electrode 3a, an insulating layer 6a, and an orientation control film 4a are formed. In the alignment control film 4a, a vertical alignment film region is formed in the non-display area C, and a horizontal alignment film region is formed in the display area B.
[0033]
Further, as shown in FIG. 2, the other substrate 1b has a scanning signal line G. ₁ , G ₂ ,... Are arranged in the X direction in the figure, and the scanning signal line G ₁ , G ₂ ,... Are insulated from the information signal line S. ₁ , S ₂ Are arranged in the Y direction in the figure. Further, the scanning signal line G ₁ , G ₂ ,... Are connected to the scanning signal applying circuit 51 and are connected to the information signal line S. ₁ , S ₂ ,... Are connected to the information signal applying circuit 52.
[0034]
These scanning signal lines G ₁ , G ₂ ,... And information signal line S ₁ , S ₂ Each pixel A at the intersection of ₁ The TFT 10 as a switching element, the pixel electrode 3b as a second electrode, and the like are disposed.
[0035]
As shown in FIG. 1, the TFT 10 includes a gate electrode 10a formed on the surface of the substrate 1b, a gate insulating film 6b formed on almost the entire surface of the substrate 1b so as to cover the gate electrode 10a, and a gate electrode 10a. The semiconductor layer 10b, the ohmic contact layer 10c, the source electrode 10d, the drain electrode 10e, the insulating layer 10f, and the passivation layer 10g are formed at corresponding positions. The gate electrode 10a is the scanning signal line G described above. ₁ , G ₂ The source electrode 10d is connected to the information signal line S. ₁ , S ₂ ,…It is connected to the.
[0036]
On the other hand, the storage capacitor electrode 11 is formed on the surface of the substrate 1b so as to overlap the pixel electrode 3b, and the horizontal alignment film 4b is formed so as to cover the pixel electrode 3b and the TFT 10.
[0037]
By the way, when the liquid crystal element P described above is a transmission type,
* Both substrates 1a and 1b are made of a transparent material such as glass or plastic.
* A transparent conductive material such as ITO (Indium Tin Oxide) is used for the common electrode 3a and the pixel electrode 3b.
* As shown in FIG. 8, the polarizers 63a and 63b are arranged so as to sandwich the liquid crystal element P.
And good. Here, the ITO film may be formed to a thickness of about 150 nm by a vacuum film forming method. The polarizers 63a and 63b are arranged in a crossed Nicol state and the polarization axis is in the rubbing direction 64 of the orientation control films 4a and 4b. It is good to arrange so that it may incline 45 degrees with respect to it.
[0038]
When the liquid crystal element P is a reflective type,
* An opaque material such as a silicon substrate is used for the substrate 1a or 1b that is not placed on the viewer side.
* The pixel electrode 3b is formed of a highly reflective metal so that the pixel electrode 3b also serves as a reflector.
And good.
[0039]
On the other hand, amorphous silicon (a-Si) or polycrystalline silicon (p-Si) may be used as the semiconductor layer 10b when the liquid crystal element P is transmissive / reflective. When amorphous silicon is used, monosilane diluted with hydrogen (SiH _Four ) May be deposited on a glass substrate at about 300 ° C. by a glow discharge decomposition method (plasma CVD) to a thickness of about 200 nm.
[0040]
In addition, the ohmic contact layer 10c is, for example, n ⁺ The a-Si layer is preferably doped with phosphorus.
[0041]
Furthermore, as the gate insulating film 6b, silicon nitride (SiN _X ) And is formed by glow discharge decomposition.
[0042]
The gate electrode 10a, the source electrode 10d, the drain electrode 10e, and the storage capacitor electrode 11 are made of a metal material such as aluminum. For the storage capacitor electrode 11, a transparent conductive material such as ITO may be used when the area is large.
[0043]
Further, the insulating layer 6a has Ta. ₂ O _Five Or the like, and is deposited to a thickness of about 100 nm by a vacuum film formation method. Further, silicon nitride is used for the insulating layer 10f and the passivation film 10g.
[0044]
Next, a driving method of the liquid crystal element according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 9 is a timing chart showing an example of the driving method of the liquid crystal element according to the present invention, and FIG. 9A shows the first scanning signal line G. ₁ The figure which shows the waveform and application timing of the scanning signal applied to, (b) is the second scanning signal line G ₂ The figure which shows the waveform and application timing of the scanning signal applied to (n), (c) is the nth (final) scanning signal line G _n The figure which shows the waveform and application timing of the scanning signal applied to, (d) is the first information signal line S ₁ The figure which shows the waveform and application timing of the information signal (drive voltage) applied to FIG. ₁ And the first information signal line S ₁ Pixel A at the intersection with ₁ It is a figure which shows the mode of the change of the voltage applied to the liquid crystal 2 of.
[0045]
When the liquid crystal element is driven, a scanning signal is sent from the scanning signal applying circuit 51 to each scanning signal line G as shown in FIGS. ₁ , G ₂ ,... Are applied line-sequentially to turn on each TFT 10. In synchronization with this scanning signal, each information signal line S is sent from the information signal applying circuit 52. ₁ , S ₂ ,... Are applied with an information signal (driving voltage) having predetermined gradation display information as illustrated in FIG. ₁ The voltage is applied to the pixel electrode 3b through the TFT 10, and the liquid crystal 2 performs a predetermined gradation display.
[0046]
In the present invention, prior to the application of the drive voltage as described above, the liquid crystal 2 is shifted to a bend alignment state or the like by applying a first voltage to the liquid crystal 2 or the like.
[0047]
Even when the liquid crystal element P according to the present invention is driven in the bend alignment state, the response speed can be further increased by applying a voltage higher than the holding voltage (voltage for maintaining the bend alignment state) to the low voltage side of the drive voltage. Can be improved.
(5) Next, the effect of the present embodiment will be described.
[0048]
According to the present embodiment, a low voltage can be used when the voltage application process is performed to shift the liquid crystal 2 from the splay alignment state to the bend alignment state. As a result, power consumption is reduced and low voltage driving is also possible. In addition, the voltage application time is shortened.
[0049]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
Example 1
In this example, an experimental liquid crystal panel was prepared by sandwiching nematic liquid crystal 2 between a pair of glass substrates 1a and 1b. However, transparent electrodes (first and second electrodes) were formed on the surfaces of the glass substrates 1a and 1b. ) 13a and 13b are formed of ITO (indium tin oxide), and the orientation control films 4a and 4b are formed so as to cover the transparent electrodes 13a and 13b. In addition, a spacer was disposed in the gap between the glass substrates 1a and 1b to define the gap. One transparent electrode 13a is formed on almost the entire surface of the glass substrate 1a as shown in FIG. 10 (a), and a plurality of other transparent electrodes 13b are arranged for each pixel as shown in FIG. 10 (b).
[0050]
Here, the transparent electrodes 13a and 13b had a thickness of 1200 mm and were formed by vapor deposition and patterning of an ITO film. Moreover, about the one transparent electrode 13b, the space | interval of adjacent mutually was 15 micrometers.
[0051]
Furthermore, the orientation control films 4a and 4b are
* A 1.2% concentration solution of JALS2022 (JAR vertical alignment film) was spin-coated at 1500 rpm,
* Pre-baked at 80 ° C for 2 minutes,
* Bake for 50 minutes at a temperature of 200 ° C.
Formed by. When the film thickness of the orientation control films 4a and 4b was measured with an ellipsometer (manufactured by Nippon Vacuum Technology Co., Ltd., ESM-1A), it was 150 mm.
[0052]
The alignment control films 4a and 4b were rubbed. In the rubbing process, the non-display area C around the display area was masked with a 2 mm polyimide tape. Also, for this rubbing treatment, a rubbing roller with a diameter of 80 mm to which a cotton blanket is applied is used. / S.
[0053]
Then, spacers having an average particle diameter of 6 μm were dispersed on one glass substrate 1a, and the two glass substrates 1a and 1b were bonded together.
[0054]
Thereafter, non-cholesteric F-based nematic liquid crystal (KN-5030 manufactured by Chisso Corporation) 2 was injected into the substrate gap under reduced pressure at room temperature, and reorientation was performed at a temperature of 100 ° C. At this time, the liquid crystal 2 was stable in the splay state in the display area B.
[0055]
Next, when a rectangular wave voltage (± 10 V, 30 Hz) as the first voltage is applied to the transparent electrodes 13a and 13b for several minutes, the pixel portion A ₁ And inter-pixel portion A ₂ The liquid crystal 2 was in a bend alignment state in a few seconds, and a splay alignment state was not generated from the non-display area C around the display area. When this applied voltage was removed, the liquid crystal 2 was stable in the twist alignment state, and remained in the twist alignment state even when the liquid crystal panel was left for about a day.
[0056]
Moreover, about the liquid crystal panel produced in the present Example, the retardation measurement was carried out using a Berek compensator, and a driving voltage capable of taking a retardation width of 200 nm from a necessary holding voltage (voltage applied to maintain the bend alignment state). When the width was determined, it was 0.7 to 4.5V.
[0057]
By the way, in the present embodiment, after applying the rectangular wave voltage, it was observed that the transmitted light amount tends to decrease in the twisted state in the low voltage region. Therefore, the holding voltage of about 0.7 V is applied to the electrodes 13a and 13b. To maintain the bend alignment state. Since the initial alignment of the liquid crystal 2 was a twist alignment state, when applied at 0.7 V, the liquid crystal 2 was quickly transferred to a bend alignment state in a short time of about 20 ms.
[0058]
The relationship between retardation and transmittance is as follows.
[0059]
[Formula 1]
I / I ₀ = Sin ² 2θ · sin ² (Δnd / λ) π
I: Transmitted light amount
I ₀ ; Incident light quantity
θ: Angle between polarization axis and rubbing axis
Δn: Δn of liquid crystal
d: cell thickness
λ: Wavelength of light
Transmittance I / I of the above formula ₀ Is the maximum when θ is 45 degrees. The wavelength λ of light is generally about 550 nm. Transmittance I / I when Δnd is about 270 nm ₀ However, natural light includes various wavelengths, and when this design value is used, there is a problem that the cell becomes yellowish due to wavelength dispersion. In the evaluation of the present invention, the design is 200 nm.
[0060]
The bend holding voltages and the like of Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are summarized in the following table.
[0061]
[Table 1]

(Example 2)
In this example, the same liquid crystal panel P as that of Example 1 was prepared, but the spin rotation speed when forming the alignment control films 4a and 4b was 1000 rotations / min, and the film thickness was 350 mm. The pretilt angle was set to 25 ° larger than that in Example 1. Other configurations and manufacturing methods were the same as those in Example 1.
[0062]
The liquid crystal 2 was stable in a splay state immediately after realignment.
[0063]
Next, when a rectangular wave voltage (± 10 V, 30 Hz) as the first voltage is applied to the transparent electrodes 13a and 13b for several minutes, the pixel portion A ₁ And inter-pixel portion A ₂ The liquid crystal 2 in the same manner as in Example 1 was in a bend alignment state in a few seconds, and no splay alignment state was generated from the non-display area C around the display area. Even if the applied voltage is removed and the liquid crystal panel is left for about one day, the liquid crystal 2 is held in the bend alignment state because the pretilt angle is large, and it is not necessary to apply the holding voltage.
[0064]
Moreover, when the drive voltage width which can take the retardation width of 200 nm was calculated | required, it was set to 0-4.5V.
(Comparative Example 1)
The liquid crystal panel produced in this comparative example has substantially the same configuration as that produced in Example 1, but the interval between the adjacent transparent electrodes 13b was set to 17 μm instead of 15 μm. Other configurations and manufacturing methods are the same.
[0065]
Then, when the liquid crystal 2 was injected or realigned by the same method as in Example 1, the liquid crystal 2 was stable in the splay alignment.
[0066]
After that, when a rectangular wave voltage (first voltage) was applied to the transparent electrodes 13a and 13b for several minutes in the same manner as in Example 1, the pixel portion A ₁ Although the liquid crystal 2 of the liquid crystal 2 is in the bend alignment state, the inter-pixel portion A ₂ The liquid crystal 2 remained in the splay alignment state. Further, when this applied voltage is removed, the pixel portion A in the bend alignment state is obtained. ₁ The liquid crystal 2 immediately shifted to the splay alignment state.
[0067]
In order to hold the liquid crystal 2 in the bend alignment state, a holding voltage of about 1.5 V is necessary. With a voltage of 1.5 V or less, the non-display area C and the inter-pixel portion A ₂ The splay alignment state expands with the center of the pixel portion A ₁ The liquid crystal 2 was also in a splay alignment state. For this reason, the optical characteristics of the liquid crystal panel became non-uniform, and the response speed was significantly reduced.
[0068]
Further, in order to transfer the liquid crystal 2 once in the splay alignment state to the bend alignment state, it is necessary to apply a voltage of about 7 V for about 1 minute.
(Comparative Example 2)
The liquid crystal panel produced in this comparative example has substantially the same configuration as that produced in Example 1, but the interval between the adjacent transparent electrodes 13b was set to 17 μm instead of 15 μm. Other configurations and manufacturing methods are the same.
[0069]
Then, when the liquid crystal 2 was injected or realigned by the same method as in Example 1, the liquid crystal 2 was stable in the splay alignment.
[0070]
After that, when a rectangular wave voltage (first voltage) was applied to the transparent electrodes 13a and 13b for several minutes in the same manner as in Example 1, the pixel portion A ₁ Although the liquid crystal 2 of the liquid crystal 2 is in the bend alignment state, the inter-pixel portion A ₂ The liquid crystal 2 remained in the splay alignment state. Further, when this applied voltage is removed, the pixel portion A in the bend alignment state is obtained. ₁ The liquid crystal 2 immediately shifted to the splay alignment state.
[0071]
In order to hold the liquid crystal 2 in the bend alignment state, a holding voltage of about 1.5 V is necessary. With a voltage of 1.5 V or less, the non-display area C and the inter-pixel portion A ₂ The splay alignment state expands with the center of the pixel portion A ₁ The liquid crystal 2 was also in a splay alignment state. For this reason, the optical characteristics of the liquid crystal panel became non-uniform, and the response speed was significantly reduced.
[0072]
Further, in order to transfer the liquid crystal 2 once in the splay alignment state to the bend alignment state, it is necessary to apply a voltage of about 7 V for about 1 minute.
(Example 3)
In this example, an active matrix type liquid crystal panel (liquid crystal element) P shown in FIGS. 1 and 2 was produced. The interval between adjacent pixel electrodes (second electrodes) 3b was 15 μm. In addition, a uniaxial phase compensation film (75 nm) was arranged in a direction to cancel the retardation of the black display voltage at the time of normally white driving.
[0073]
According to this example, the liquid crystal 2 immediately after realignment was in a splay alignment state.
[0074]
When the signal shown in FIG. 11 was applied to the liquid crystal panel P, the liquid crystal 2 in the display area immediately became a bend alignment state, and when this applied voltage was removed, the liquid crystal 2 in the display area became a twist alignment state. In this example, the holding voltage required to hold the bend alignment state was 0.7V.
[0075]
In addition, when the relationship between the transmitted light amount and the voltage was measured, the drive voltage was 0.7 to 4.5V.
Example 4
In this example, an active matrix type liquid crystal panel similar to that of Example 3 was prepared, but a non-display area C of one glass substrate 1b has a frame-like ITO electrode (third electrode) as shown in FIG. ) 5 was formed to face the common electrode (first electrode) 3a. The interval between adjacent pixel electrodes (second electrodes) 3b was 15 μm.
[0076]
In driving the liquid crystal panel, a rectangular wave of 7V (voltage for bending) is applied between the ITO electrode 5 and the common electrode 3a, while FIGS. 11 (a) to 11 (c). As shown in FIG. ₁ , G ₂ ,... Are sequentially applied to the information signal line S. ₁ , S ₂ ... Were applied with voltages as illustrated in FIG.
[0077]
As a result, the liquid crystal 2 in the display area was stable in the twist alignment state even when the applied voltage was removed.
[0078]
In the present embodiment, phase compensation was performed as in the third embodiment.
[0079]
Then, when the relationship between the amount of transmitted light and the voltage was measured, the drive voltage was 0.7 to 4.5V, and the holding voltage was about 0.7V.
(Example 5)
In the liquid crystal panel created in the third embodiment, for example, when white display is performed for a long time of about one day, a splay alignment state is generated partially. In this embodiment, however, the reset voltage is set every one second as shown in FIG. (First voltage) was applied.
[0080]
According to this example, the splay alignment state as in Example 3 did not occur.
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a low voltage can be used when a nematic liquid crystal is transferred from a splay alignment state to a bend alignment state by performing a voltage application process. As a result, power consumption is reduced and low voltage driving is also possible. In addition, the voltage application time is shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the structure of a liquid crystal panel according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an example of the structure of a liquid crystal panel according to the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing another example of the structure of the liquid crystal panel according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example in which refresh driving is performed at regular intervals in an active matrix liquid crystal element.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a bend alignment state.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a splay alignment state.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a twist alignment state.
FIG. 8 is a view for explaining an example in which phase compensation members are arranged.
FIG. 9 is a timing chart illustrating an example of a method for driving a liquid crystal element according to the present invention.
FIG. 10 is a plan view showing still another example of the structure of the liquid crystal panel according to the present invention.
FIG. 11 is a timing chart showing another example of a method for driving a liquid crystal element according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1a, 1b Glass substrate (substrate)
2 Nematic liquid crystal
3a Common electrode (first electrode)
3b Pixel electrode (second electrode)
4a, 4b Orientation control film
5 ITO electrode (third electrode)
10 TFT (switching element)
13a Common electrode (first electrode)
13b Pixel electrode (second electrode)
A ₁ Pixel
B Display area
C non-display area
P Liquid crystal panel (liquid crystal element)

Claims (5)

所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板と、これらの基板の間隙に配置されたネマチック液晶と、一方の基板に沿うように配置された少なくとも１つの第１電極と、該第１電極と共に前記ネマチック液晶を挟み込むように配置されて複数の画素を構成する複数の第２電極と、一軸配向処理の方向を同方向として前記ネマチック液晶の両側に接するように配置された一対の配向制御膜と、を備え、前記第１電極及び前記第２電極の間に印加される駆動電圧によって前記ネマチック液晶が駆動されてなる液晶素子であって、
前記複数の画素が配置されて画像が表示される表示エリアと、前記複数の画素が配置されておらず画像が表示されない非表示エリアと、からなり、
隣接される前記第２電極相互の間隔が１５μｍ以下に設定されると共に、前記非表示エリアにおける前記ネマチック液晶がベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化されるように前記配向制御膜におけるプレチルト角を前記表示エリアと前記非表示エリアとで異ならせ、
前記第１電極と前記第２電極との間に第１電圧が印加されることにより、前記表示エリアにおける前記複数の画素と、前記隣接される第２電極相互の間隔に相当する部分とにおける前記ネマチック液晶がスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移して安定化され、前記非表示エリアにおける前記ネマチック液晶がベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化される、ことを特徴とする液晶素子。A pair of substrates arranged with a predetermined gap therebetween, a nematic liquid crystal arranged in a gap between these substrates, at least one first electrode arranged along one of the substrates, and the first electrode And a plurality of second electrodes which are arranged so as to sandwich the nematic liquid crystal and constitute a plurality of pixels, and a pair of alignment control films arranged so as to be in contact with both sides of the nematic liquid crystal with the direction of uniaxial alignment treatment being the same direction A liquid crystal element in which the nematic liquid crystal is driven by a drive voltage applied between the first electrode and the second electrode,
A display area in which the plurality of pixels are arranged and an image is displayed; and a non-display area in which the plurality of pixels are not arranged and an image is not displayed.
Rutotomoni set interval of the second electrode each other to be adjacent to 15μm or less, the pretilt angle in the alignment layer so that the nematic liquid crystal in the non-display area is stabilized in the bend alignment state or a vertical alignment state Is different between the display area and the non-display area ,
By applying a first voltage between the first electrode and the second electrode, the plurality of pixels in the display area and the portion corresponding to the interval between the adjacent second electrodes A liquid crystal element, wherein the nematic liquid crystal transitions from a splay alignment state to a bend alignment state and is stabilized, and the nematic liquid crystal in the non-display area is stabilized in a bend alignment state or a vertical alignment state. 前記第２電極とは別体の第３電極を前記非表示エリアに配置し、かつ、該第３電極を介して前記ネマチック液晶に第２電圧を印加することにより、前記非表示エリアにおける前記ネマチック液晶がベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化される、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶素子。A third electrode separate from the second electrode is disposed in the non-display area, and a second voltage is applied to the nematic liquid crystal through the third electrode, whereby the nematic in the non-display area. The liquid crystal is stabilized in a bend alignment state or a vertical alignment state.
The liquid crystal element according to claim 1 . 所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板と、これらの基板の間隙に配置されたネマチック液晶と、一方の基板に沿うように配置された少なくとも１つの第１電極と、該第１電極と共に前記ネマチック液晶を挟み込むように配置されて複数の画素を構成する複数の第２電極と、一軸配向処理の方向を同方向として前記ネマチック液晶の両側に接するように配置された一対の配向制御膜と、を備え、前記第１電極及び前記第２電極の間に印加される駆動電圧によって前記ネマチック液晶が駆動されてなる液晶素子であって、
前記複数の画素が配置されて画像が表示される表示エリアと、前記複数の画素が配置されておらず画像が表示されない非表示エリアと、からなり、
隣接される前記第２電極相互の間隔が１５μｍ以下に設定されると共に、前記第２電極とは別体の第３電極を前記非表示エリアに配置し、かつ、該第３電極を介して前記ネマチック液晶に第２電圧を印加するようにし、
前記第１電極と前記第２電極との間に第１電圧が印加されることにより、前記表示エリアにおける前記複数の画素と、前記隣接される第２電極相互の間隔に相当する部分とにおける前記ネマチック液晶がスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移して安定化され、前記第３電極を介して前記ネマチック液晶に前記第２電圧が印加されることにより前記非表示エリアにおける前記ネマチック液晶がベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化される、ことを特徴とする液晶素子。 A pair of substrates arranged with a predetermined gap therebetween, a nematic liquid crystal arranged in a gap between these substrates, at least one first electrode arranged along one of the substrates, and the first electrode And a plurality of second electrodes constituting a plurality of pixels arranged so as to sandwich the nematic liquid crystal, and a pair of alignment control films arranged so as to be in contact with both sides of the nematic liquid crystal with the same uniaxial alignment treatment direction as the same direction A liquid crystal element in which the nematic liquid crystal is driven by a driving voltage applied between the first electrode and the second electrode,
A display area in which the plurality of pixels are arranged and an image is displayed; and a non-display area in which the plurality of pixels are not arranged and an image is not displayed.
An interval between the adjacent second electrodes is set to 15 μm or less, a third electrode separate from the second electrode is disposed in the non-display area, and the third electrode is interposed through the third electrode. Apply a second voltage to the nematic liquid crystal ,
The first voltage is applied between the first electrode and the second electrode, whereby the plurality of pixels in the display area and the portion corresponding to the interval between the adjacent second electrodes are The nematic liquid crystal transitions from the splay alignment state to the bend alignment state and is stabilized, and the second voltage is applied to the nematic liquid crystal via the third electrode, whereby the nematic liquid crystal in the non-display area is bend aligned. A liquid crystal element characterized by being stabilized in a state or a vertical alignment state. 各画素毎にスイッチング素子が配置されてなる、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶素子。A switching element is arranged for each pixel.
The liquid crystal element according to claim 1, wherein the liquid crystal element is a liquid crystal element. 前記駆動電圧を印加した後に、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第１電圧が印加される、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶素子。After applying the driving voltage, the first voltage is applied between the first electrode and the second electrode,
The liquid crystal element according to claim 1, wherein the liquid crystal element is a liquid crystal element.

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