JP5513916B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子に関する。

良好な表示コントラストと広い有効視角範囲を備えるツイステッドネマチック(twisted nematic;TN)型液晶表示素子の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１記載の液晶表示素子は、液晶層を挟持する一対の透明電極基板に施された配向処理の方向の組み合わせで規制される液晶分子の旋回方向（第１旋回方向）とは逆方向（第２旋回方向）に液晶分子をねじれ配列させた点、及び、一対の透明電極基板の配向処理が、各透明電極基板と接する液晶分子のプレチルト角を相互に異ならせるように行われている点に特徴を有する。

特許文献１記載の液晶表示素子においては、電気光学特性の向上が実現され、第１旋回方向についての旋回（ツイスト）角を９１〜１００°の範囲に設定した場合でも、逆ねじれ配列の効果により、９０°ラビング法によるＴＮ型液晶表示素子と同様の電気光学特性を得ることができる。また、基板と接する液晶分子のプレチルト角を相互に異ならせているため、各液晶分子の配向不備によるディスクリネーションの発生が防止され、良好な表示品位を得ることができる。

カイラル材の添加されたネマティック液晶層において、配向膜によって誘発された９０°以下のねじれ方向と液晶材料のねじれ方向とが反対方向となる液晶装置の発明の開示もある（たとえば、特許文献２参照）。この構成の液晶装置は、駆動電圧の低減を実現することができる。

駆動電圧の大幅な低減を可能にした液晶素子の発明が公知である（たとえば、特許文献３参照）。本願発明者らの研究の一成果である特許文献３記載の液晶素子は、一組の配向膜の配向処理方向とプレチルト角の組み合わせで定まる液晶材料のねじれ方向と、カイラル材によって誘起される液晶材料のねじれ方向とが逆方向となるように作製される。配向処理方向とプレチルト角の組み合わせで規定される液晶分子の配列状態はリバースツイスト（ユニフォームツイスト）構造と呼ばれ、カイラル材の影響力のもとで生じる液晶分子の配列状態はスプレイツイスト構造と呼ばれる。

電圧無印加状態ではスプレイツイスト構造がわずかに安定であるが、電圧印加状態ではリバースツイスト構造が安定である。このため、電圧を印加することでスプレイツイスト構造からリバースツイスト構造に転移させることができる。一旦リバースツイスト構造に転移した後は、電圧印加停止後も数分から数十分は、リバースツイスト構造が安定的に維持される。液晶素子はリバースツイスト構造の状態で使用され、低電圧で駆動することができる。

しかしながら、特許文献３記載の液晶素子は、シャープネス（印加電圧に対する光透過率の変化の急峻性）が、通常のＴＮ型液晶表示素子と同等かやや優れている程度であり、単純マトリクス駆動に適用した場合、表示容量を大きくすることが困難であるという問題がある。

液晶分子のねじれ角をＴＮ型液晶表示素子におけるそれより大きくし、シャープネスを改善し、単純マトリクス駆動でありながら大容量表示を可能にしたスーパーツイストネマチック(super twisted nematic;STN)型液晶表示素子に関する発明が知られている（たとえば、特許文献４参照）。特許文献４記載の発明においては、複屈折による色つきの問題に対処するため、色つきを補償する液晶セルを積層し、白黒表示を実現する手段が開示されている。

しかし補償セルを用いると、液晶セルの製造コスト、及び液晶表示素子の厚さと重さとが約２倍になる。

補償セルに代えて光学補償フィルムを使用することも可能だが、光学補償フィルムは安価ではない。更に、液晶表示素子の表示環境温度が変化した場合、駆動セル内の液晶層のリターデーションはこれに伴って変化しても、光学補償フィルムのリターデーションはほとんど変化しないため、最適な補償が行われず、色つきが生じたり、表示コントラストが低下するという問題がある。

また、特許文献４記載の発明には、ＳＴＮ型液晶表示素子に共通する問題点も存する。ＳＴＮ型の液晶表示素子は、液晶セルのギャップやプレチルト角の変化に対する表示性能の依存性が高く、わずかなセル厚むらやプレチルト角の違いによって表示の不均一が発生しやすい。このため、製造プロセスの管理が厳しく（製造マージンが狭く）、歩留まりが低い。ＳＴＮ型液晶表示素子においては５〜９°程度の高いプレチルト角を必要とし、均一なプレチルト角を得ることが難しいこともあって、殊にラビング工程の管理が重要である。

更に、ＳＴＮ型液晶表示素子は表示の視角依存性が大きく、わずかに視角方向を変えただけで表示が変化し、特に上下方向に視角を変えたときは表示が反転するという問題も生じる。加えて、ＳＴＮ型液晶表示素子は、ＴＮ型液晶表示素子に比べ、応答（レスポンス）時間を要する。たとえば室温におけるＴＮ型液晶表示素子の応答時間は３０ｍｓｅｃ程度であるが、ＳＴＮ型液晶表示素子のそれは２００ｍｓｅｃ程度である。

特許２５１０１５０号公報 特開２０００−１９９９０３号公報 特開２００７−２９３２７８号公報 特開平０３−１１１８１２号公報

本発明の目的は、優れたシャープネスを備える液晶表示素子を提供することである。

本発明の一観点によれば、第１の電極を備え、第１の方向に配向処理された第１の基板と、前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、第２の方向に配向処理された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、カイラル材を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記第２の方向は、前記第１の基板側の法線方向から見て、前記第１の方向に対して、第１の回り方向に７０°〜１１０°をなす軸を有する方向であり、前記液晶層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加される電圧により、前記第１の回り方向に捩れるユニフォームツイスト構造と、前記第１の回り方向とは反対の第２の回り方向に捩れるスプレイツイスト構造とを可換的に生じ、前記カイラル材は前記液晶層の液晶分子に、前記第１の基板側の法線方向から見て、前記第１の基板から前記第２の基板に向かう方向に沿って、前記第２の回り方向への旋回性を与える能力を備え、前記第１の基板と前記第２の基板は、０°より大きく５°以下のプレチルト角θが発現するように配向処理され、前記液晶層の厚さをｄ、前記カイラル材のカイラルピッチをｐとしたとき、前記θ、前記ｄ、及び前記ｐは下の２式

を満たす液晶表示素子が提供される。

本発明によれば、優れたシャープネスを備える液晶表示素子を提供することができる。

第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。 第１の実施例による液晶表示素子の概略的な断面図である。 第１の実施例による液晶表示素子のスプレイツイスト構造状態とリバースツイスト構造状態とを示す写真である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、第１の実施例による液晶表示素子の電気光学特性を示すグラフである。 第２の実施例による液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における電気光学特性を示すグラフである。 第３の実施例による液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における電気光学特性を示すグラフである。 プレチルト角を２１°とした液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における電気光学特性を示すグラフである。 ２種類のポリイミド材料の混合比と発現したプレチルト角との関係を表すグラフである。 第４の実施例による液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における印加電圧と光透過率との関係を表すグラフである。 （Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ第１〜第３の比較例による液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における印加電圧と光透過率との関係を示すグラフである。 第１〜第４の実施例による液晶表示素子の境界電圧、及び各液晶表示素子に用いられた液晶材料の物性値をまとめた表である。 電源２０により、上側ＩＴＯ電極１２ａ、下側ＩＴＯ電極１２ｂ間に印加される駆動電圧の波形の一例を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、リバースＴＮ型液晶表示素子において、優良なシャープネスが出現するプレチルト角θとｐ／ｄの範囲の例を示すグラフである。

一組の配向膜の配向処理方向とプレチルト角の組み合わせで定まる液晶材料のねじれ方向と、光学活性物質（カイラル材）によって誘起される液晶材料のねじれ方向とが逆方向となるように作製された液晶層を有し、液晶層への電圧の印加（電場処理）により、リバースツイスト（ユニフォームツイスト）構造とスプレイツイスト構造とが可換的に実現可能な、特許文献３記載の液晶表示素子を、以下リバースＴＮ型液晶表示素子と呼ぶ。

リバースＴＮ型液晶表示素子は、駆動電圧の閾値を低くすることができるため、低消費電力駆動が実現されるという特徴を有する。本願発明者は、駆動電圧の閾値低減を目的に、様々な条件で作製したリバースＴＮ型液晶表示素子について研究を行い、その成果を特許文献３に開示した。本願発明者らの研究の結果、プレチルト角が高いほどリバースツイスト構造状態が安定すること、及びカイラル材のカイラルピッチが短いほど駆動電圧の閾値が低くなるが、リバースツイスト構造状態は不安定となることが見出された。

特許文献３には、リバースツイスト構造状態が安定的な、高プレチルト角条件を中心に行った研究の成果が記載されている。低プレチルト角条件に関しても実験を実施したが、リバースツイスト構造状態は元々不安定な配列状態であるため、リバースツイスト構造状態を一層不安定にする短ピッチ条件（カイラルピッチが２０μｍ未満）については検討を行っていなかった。

本願発明は、低プレチルト角かつ短ピッチ条件という、通常は研究の対象外とされるような、非常に不安定な状態におけるリバースツイスト構造状態に係る研究の成果である。この特異な条件下で本願発明者らは、液晶表示素子のシャープネスが極めて急峻となる、予期せぬ現象を発見した。このような現象が何故発生するのか、現時点では明らかにできていない。なおシミュレーションによっても、そのような現象の発生は予測不可能であった。

以下、実施例にもとづいて本願発明を説明する。

図１は、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。

透明導電膜、たとえばＩＴＯ(indium tin oxide)膜が形成された透明基板を２枚準備する。透明基板は、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのソーダライムガラスで形成される。ＩＴＯ膜の厚さは、たとえば１５００Åである。これらの透明基板を洗浄、乾燥し（ステップＳ１０１）、ＩＴＯ膜のパターニングをフォトリソ工程を用いて行い、透明基板（ガラス基板）上に透明電極（ＩＴＯ電極）を形成する（ステップＳ１０２）。ＩＴＯ電極パターンのエッチングは、たとえば第二塩化鉄を主成分とするエッチング液を用いたウェットエッチングで行う。

ガラス基板上に、ＩＴＯ電極を覆うように配向膜材料を塗布する（ステップＳ１０３）。配向膜材料の塗布は、たとえばフレキソ印刷を用いて行う。インクジェット印刷を用いてもよい。配向膜材料として、たとえば（株）日産化学製のＳＥ−１３０を使用する。ＳＥ−１３０は、低プレチルト角を発現させるＴＮ型液晶表示素子用の水平配向膜材料である。配向膜材料はこれに限られない。

配向膜材料を塗布したガラス基板をホットプレートに乗せ、１００℃で３分間の仮焼成（プリベーク）を実施する（ステップＳ１０４）。その後、クリーンオーブンにて２００℃、１時間の本焼成を行う（ステップＳ１０５）。こうしてＩＴＯ電極を覆う配向膜を形成する（ステップＳ１０３〜Ｓ１０５）。

次に、ラビング処理（配向処理）を行う（ステップＳ１０６）。ラビング処理は、布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ配向膜上を擦る工程であり、これにより基板に接する液晶分子を一方向に並べる（配向する）ことができる。

液晶セルの厚さ（基板間距離）を一定に保つため、一方のガラス基板面上にギャップコントロール材を乾式散布法にて散布する（ステップＳ１０７）。ギャップコントロール材には粒径５μｍのシリカ系材料（（株）宇部日東化成製 ハイプレシカＵＦ）を使用した。プラスチックボールを用いることもできる。

他方のガラス基板面上にはシール材を印刷し、メインシールパターンを形成する（ステップＳ１０８）。たとえば熱硬化性のシール材である（株）三井化学製のＥＳ−７５００を、スクリーン印刷法で印刷する。ＥＳ−７５００は、粒径５μｍのグラスファイバーを数％含んでいる。なおディスペンサを用いて、シール材を塗布することもできる。また、熱硬化性ではなく、光硬化性のシール材や、光・熱併用硬化型のシール材を使ってもよい。

メインシールパターンを形成した基板面上に、金メッキを施したプラスチックボール（Ａｕボール）などを含む導通材を所定の位置に印刷し、導通材パターンを形成する。たとえばＥＳ−７５００に粒径６μｍ程度のＡｕボールを数％含ませたものを、導通材としてスクリーン印刷する。導通材パターンの印刷は、メインシールパターンを印刷した基板とは異なる基板に行ってもよい。

ガラス基板を貼り合わせる（ステップＳ１０９）。２枚のガラス基板を所定の位置で重ね合わせてセル化し、プレスした状態で熱処理を施しシール材を硬化させる。ここでは２枚のガラス基板を重ね合わせたときの液晶分子の配列が、上側基板法線方向から見て、右方向に９０°捩れるように組み合わせた。たとえばホットプレス法を用い、１５０℃で焼成してシール材の熱硬化を行う。その後、スクライバ装置でガラス基板に傷をつけ、つけた傷の一部に沿ってブレイキングし、短冊状に分割する。

分割された短冊状の空セルを単位とし、たとえば真空注入法で空セルにネマチック液晶を注入する（ステップＳ１１０）。液晶材料には、たとえば（株）ＤＩＣ製のＲＤＰ−８４９１０を使用する。液晶中にはカイラル材を添加した。添加量はカイラルピッチが上側基板から下側基板に向かう方向に沿って、左捩れ方向に１５μｍとなるように調整した。

液晶注入口を、たとえば紫外線（ＵＶ）硬化タイプのエンドシール材で封止し（ステップＳ１１１）、液晶分子の配向を整えるため、液晶の相転移温度以上にセルを加熱する（ステップＳ１１２）。たとえばオーブンにより、１２０℃で３０分間の熱処理を行う。その後、スクライバ装置でガラス基板につけた傷の残部に沿ってブレイキングし、個別のセルに小割する。

小割されたセルに対し、面取り（ステップＳ１１３）と洗浄（ステップＳ１１４）を実施する。洗浄工程においては、洗剤、有機溶剤などによりセルを洗浄し、セルに付着した液晶や面取り時の粉を洗い落とす。

最後に、２枚のガラス基板の液晶層と反対側の面に、所定の大きさにカットした偏光板を貼付する（ステップＳ１１５）。２枚の偏光板はクロスニコルに配置し、ノーマリホワイトのＴＮ型液晶表示素子を実現した。両基板のＩＴＯ電極間には電源を接続した。

図２は、第１の実施例による液晶表示素子の概略的な断面図である。

第１の実施例による液晶表示素子は、相互に平行に対向配置された上側基板１０ａ、下側基板１０ｂ、及び両基板１０ａ、１０ｂ間に挟持されたツイストネマチック液晶層１４を含んで構成される。

上側基板１０ａは、上側ガラス基板１１ａ、上側ガラス基板１１ａ上に形成された上側ＩＴＯ電極１２ａ、及び上側ＩＴＯ電極１２ａ上に形成された上側配向膜１３ａを含む。同様に、下側基板１０ｂは、下側ガラス基板１１ｂ、下側ガラス基板１１ｂ上に形成された下側ＩＴＯ電極１２ｂ、及び下側ＩＴＯ電極１２ｂ上に形成された下側配向膜１３ｂを含む。

液晶層１４は、上側基板１０ａの上側配向膜１３ａと、下側基板１０ｂの下側配向膜１３ｂとの間に配置される。液晶層１４の厚さは、たとえば５μｍである。

上側及び下側配向膜１３ａ、１３ｂには、ラビングにより配向処理が施されている。上側配向膜１３ａと下側配向膜１３ｂの配向処理方向は相互に直交している。上側配向膜１３ａのラビング方向を第１の方向、下側配向膜１３ｂのラビング方向を第２の方向とすると、第２の方向は上側基板１０ａの法線方向から見て、第１の方向を基準に９０°をなす方向である。上側基板上のラビング処理の向きで決まるところの、プレチルト角の形成される向き（液晶分子が基板に対して立ち上がる向き）と、下側基板のプレチルト角の向きの組み合わせは、液晶材料がスプレイ構造を含まないユニフォームツイスト構造を形成した場合、より具体的には、たとえばカイラル材を含まない液晶材料を当該配向膜間に配置した場合、右方向に９０°捩れるユニフォームツイスト構造となる組み合わせとした。なお、上側及び下側配向膜１３ａ、１３ｂに付与されたプレチルト角は１°であった。

液晶層１４にはカイラル材が添加されている。添加量は、カイラルピッチが１５μｍとなるように調整されている。カイラル材の影響力のもとで生じる液晶分子１４ａの配列は、上側基板１０ａの法線方向から見て、上側基板１０ａから下側基板１０ｂに向かう方向に沿って、左捩れ方向に捩れるスプレイツイスト構造となる。

液晶セル完成状態での液晶分子１４ａの捩れ方向は、カイラル材による捩れ方向と同方向の左捩れ（スプレイツイスト構造）であった。

上側ＩＴＯ電極１２ａ、下側ＩＴＯ電極１２ｂ間に電源２０が接続されている。電源２０によって、両電極１２ａ、１２ｂ間に、閾値電圧以上の交流電圧を印加することで、液晶分子１４ａの配列を、スプレイツイスト構造からユニフォームツイスト（リバースツイスト）構造に変化（転移）させることができる。また、電源２０を用いて液晶表示素子を駆動することができる。

上側基板１０ａ、下側基板１０ｂの液晶層１４と反対側の面には、それぞれ上側偏光板１５ａ、下側偏光板１５ｂが配置される。両偏光板１５ａ、１５ｂは、クロスニコルに、かつ、光透過軸が、上側及び下側基板１０ａ、１０ｂのラビング方向に対し平行になるように配置される。このため実施例による液晶表示素子は、ノーマリホワイトタイプの液晶表示素子となる。

図３は、第１の実施例による液晶表示素子のスプレイツイスト構造状態とリバースツイスト構造状態とを示す写真である。写真は、第１の実施例による液晶表示素子の上側基板１０ａの法線方向から撮影した。

前述のように、第１の実施例による液晶表示素子は、上側ＩＴＯ電極１２ａ、下側ＩＴＯ電極１２ｂ間に、閾値電圧以上の交流電圧を印加することで、液晶分子１４ａの配列状態を、スプレイツイスト構造からリバースツイスト構造に転移させることができる。転移は、印加電圧の周波数が高いほど速やかに生じる。

転移を生じさせる閾値電圧値は、液晶材料の種類やカイラル材の添加量等に依存するが、第１の実施例による液晶表示素子においては、７Ｖ以上の電圧を３秒程度印加することにより、電極１２ａ、１２ｂ上の一部の液晶分子１４ａの配列状態がリバースツイスト構造に転移した。また、１０Ｖ、２００Ｈｚの電圧を３分間印加したところ、電極１２ａ、１２ｂ上のすべての液晶分子１４ａの構造が完全にリバースツイスト構造に転移した。なお、後述の実験は、構造を完全にリバースツイスト構造に転移させた後に行ったものである。

図３に示すように、スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態との間に目視上大きな差異はない。また、いずれの配列状態においても同様の良好な白表示が行われた。両配列状態は、液晶分子の捩れ方向が異なってはいるものの、ともにツイストネマチック配向であり、基板法線方向からセルを観察する場合はほとんど区別がつかない。両配列状態は、たとえば液晶セルを斜め方向から観察し、転移を生じさせる閾値電圧より少し高い電圧を印加した場合に、容易に区別することができる。液晶セルの厚さ方向の中央付近の液晶分子が立ち上がる方向（最良視認方向）が相互に９０°異なるためである。

第１の実施例による液晶表示素子の両電極１２ａ、１２ｂ間に、飽和電圧程度の電圧を印加したところ、スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態の双方において、液晶分子１４ａが基板１０ａ、１０ｂと垂直な方向に立ち上がり、良好な黒表示が得られた。また、２つの構造の各々において、白表示と黒表示を視角を変えて観察したところ、双方ともほとんど表示反転することなく、比較的広い視角特性を有していることが確認された。なお、スプレイツイスト構造と比較すると、リバースツイスト構造の視角はやや狭かったが、大きな差は認められなかった。

以上より、第１の実施例による液晶表示素子は、スプレイツイスト構造とリバースツイスト構造のいずれの状態においても、特別な光学補償をすることなく、良好な白黒表示が得られることがわかった。なお、この点は第１の実施例に限らず、他の実施例についても同様であった。

リバースツイスト配列状態に転移した第１の実施例による液晶表示素子を、電圧無印加状態で放置したところ、徐々にリバースツイスト配列からスプレイツイスト配列へ戻っていく様子が観察された。このことから第１の実施例による液晶表示素子は、電圧無印加状態において、リバースツイスト配列状態よりスプレイツイスト配列状態が安定であることがわかる。なお、第１の実施例による液晶表示素子においては、電圧無印加状態が２分程度続くと、リバースツイスト配列からスプレイツイスト配列への再転移が生じた。しかしある程度電圧を印加した状態で保持した場合、長時間リバースツイスト配列状態を維持することができる。

本願発明者らは、第１の実施例による液晶表示素子の電気光学特性を測定した。図４（Ａ）、（Ｂ）にその結果を示す。図４（Ａ）は、スプレイツイスト配列状態における印加電圧と光透過率との関係を表し、図４（Ｂ）は、リバースツイスト配列状態におけるそれを表す。両図とも、グラフの横軸は、電極１２ａ、１２ｂ間に印加した電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で示す。光透過とは、偏光板１５ａ、１５ｂの一方の側から入射させた光が、他方の側へ通過することをいう。

スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態とでは、シャープネス（印加電圧に対する光透過率の変化の急峻性）が明らかに異なり、図４（Ｂ）に示すように、リバースツイスト配列状態においては、印加電圧に対する光透過率の変化の急峻性が大きい（シャープネスが優れている）ことがわかる。

スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態の各々について、シャープネス値として、Ｖ１０／Ｖ９０及びＶ５／Ｖ９０を計算した。ここで、Ｖ５、Ｖ１０、Ｖ９０はそれぞれ、最も明るい光透過率を１００％としたとき、５％の光透過率、１０％の光透過率、９０％の光透過率が得られる電圧値である。計算の結果、スプレイツイスト配列状態においては、Ｖ１０／Ｖ９０＝１．７４６、Ｖ５／Ｖ９０＝１．９８７、リバースツイスト配列状態においては、Ｖ１０／Ｖ９０＝１．０３７、Ｖ５／Ｖ９０＝１．０４１というシャープネス値が求められた。

液晶表示素子を１／４８０ｄｕｔｙ駆動するのに必要なシャープネス値は、１．０４６５以下である。第１の実施例による液晶表示素子は、リバースツイスト配列状態において、Ｖ１０／Ｖ９０、Ｖ５／Ｖ９０ともに、この必要値を実現している。すなわち、第１の実施例による液晶表示素子は、リバースツイスト配列状態を使用して、１／４８０ｄｕｔｙ駆動という高ｄｕｔｙ駆動が可能である。

一方、液晶表示素子を１／８ｄｕｔｙ駆動するのに必要なシャープネス値は、１．４４７以下である。第１の実施例による液晶表示素子は、スプレイツイスト配列状態において、Ｖ１０／Ｖ９０、Ｖ５／Ｖ９０ともにこの必要値を実現できない。すなわち、スプレイツイスト配列状態を用いては、１／８ｄｕｔｙ駆動の場合でも明るい表示を行うことができないことがわかる。

なお、ｄｕｔｙ駆動（単純マトリクス駆動）において走査線の数をＮ、ＯＮ電圧をＶ_ｏｎ、ＯＦＦ電圧をＶ_ｏｆｆとしたとき、それらの関係は次式（１）で表される。

・・（１）

第２の実施例による液晶表示素子について説明する。第２の実施例は、使用する液晶材料が第１の実施例とは異なる。第２の実施例においては、ネマチック液晶材料である（株）ＤＩＣ製のＲＤＰ−８３１０７を用いて液晶層を構成した。液晶中に添加するカイラル材の種類及び添加量は第１の実施例の場合と等しい。すなわちカイラルピッチは、上側基板から下側基板に向かう方向に沿って、左捩れ方向に１５μｍである。

図５は、第２の実施例による液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における電気光学特性を示すグラフである。グラフの横軸は、電極間に印加した電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で示す。第２の実施例による液晶表示素子を２個作製し、双方について印加電圧と光透過率との関係を調べた。

第２の実施例による液晶表示素子も、図４（Ｂ）に示した第１の実施例の場合と同様に、シャープネスに優れていることがわかる。また、印加電圧−光透過率特性の個体差が小さく、セル条件に対するマージンは比較的広いことがわかる。

第３の実施例による液晶表示素子について説明する。第３の実施例は、使用する液晶材料が第１及び第２の実施例とは異なる。第３の実施例においては、ネマチック液晶材料である（株）ＤＩＣ製のＲＤＰ−８３１０８を用いて液晶層を構成する。液晶中に添加するカイラル材の種類及び添加量は第１及び第２の実施例の場合と等しい。カイラルピッチは、上側基板から下側基板に向かう方向に沿って、左捩れ方向に１５μｍである。

図６は、第３の実施例による液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における電気光学特性を示すグラフである。グラフの横軸は、電極間に印加した電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で示す。本願発明者らは、第３の実施例による液晶表示素子を４個作製し、それぞれの素子について印加電圧と光透過率との関係を調べた。

第３の実施例による液晶表示素子も、図４（Ｂ）に示した第１の実施例、図５に示した第２の実施例の場合と同様に、シャープネスに優れていることがわかる。また、第３の実施例においても、印加電圧−光透過率特性の個体差が小さく、セル条件に対するマージンは比較的広いことがわかる。

第１〜第３の実施例による液晶表示素子においては、液晶層１４の厚さ（セル厚）ｄを５μｍ、カイラルピッチｐを１５μｍとした。ｄ／ｐの値は１／３である。セル厚ｄは５μｍに限られない。ｄ／ｐの値は、液晶に添加するカイラル材の量で調整を行うことが望ましい。

また、ＴＮ型液晶表示素子の場合、明るい表示を得るためには、ＴＮ型液晶セルのノーマリブラック時の光透過率Ｔ_ＮＢを示すグッチ・テリーの式において、ファーストミニマムまたはセカンドミニマムの条件を満たすことが必要である。グッチ・テリーの式は、次式（２）で表される。

・・（２）

ここでｕは、下式（３）で計算される値である。

・・（３）

式（３）において、Δｎは液晶の屈折率異方性、λは液晶セルに入射する光の波長、そしてｄは上述のようにセル厚を示す。

グッチ・テリーの式のファーストミニマムまたはセカンドミニマムの条件を満たすために、セル厚ｄに応じて、液晶材料（液晶の屈折率異方性Δｎ）を選択することが望ましい。たとえばセル厚ｄを小さくするときは、屈折率異方性Δｎの値を大きくし、逆にセル厚ｄを大きくするときは、屈折率異方性Δｎの値を小さくするように、液晶材料を選択する。

なお、セル厚ｄが小さいほど、液晶分子の配列状態は、配向処理方向とプレチルト角の組み合わせに強く規定されると考えられるため、セル厚ｄの小さい液晶表示素子の方が、リバースツイスト配列状態を、安定的に保持することができると推察される。

ｄ／ｐの値は、実施例におけるように、１／３またはその近傍の値とすることが望ましいであろう。しかしその値が多少変化しても、同様の効果が奏されると考えられる。ｄ／ｐの値が大きくなるにつれて、カイラル材の影響が強く現れ、スプレイツイスト配列状態が安定的に存在しやすくなる。その結果、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に転移させるのに必要な閾値電圧が高くなるとともに、リバースツイスト配列状態に安定保持される時間が短くなる傾向が生じる。このため、ｄ／ｐの値は概ね１／２以下であることが望ましいであろう。一方、ｄ／ｐの値が小さくなるにつれて、カイラル材によって与えられる液晶層内の歪みも小さくなり、シャープネスが悪くなる傾向が生じると考えられる。カイラル材の添加量が多いこと、すなわちカイラルピッチｐが小さいことが好ましい。ｄ／ｐの値は概ね１／４より大きいことが望ましいであろう。

第１〜第３の実施例による液晶表示素子においては、低プレチルト角を発現させる配向膜材料を用いて、配向膜を形成した。本願発明者らは、比較のため、第１の実施例とは使用する配向膜材料、及び配向膜に付与するプレチルト角のみを違えて液晶表示素子を作製した。配向膜材料には比較的高いプレチルト角を示す材料を用い、形成した配向膜には２１°のプレチルト角を与えた。

図７は、プレチルト角を２１°とした液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における電気光学特性を示すグラフである。グラフの横軸は、電極間に印加した電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で示す。２１°のプレチルト角を付与した液晶表示素子を４個作製し、それぞれについて印加電圧と光透過率との関係を調べた。

プレチルト角２１°の４個の液晶表示素子は、個体差はあるが、すべて駆動電圧の閾値は低い。しかし図４（Ｂ）に示されるような優れたシャープネスは見られない。図７に示す結果から、優れたシャープネスを実現するためには、プレチルト角が低く発現する配向膜材料を用いて配向膜を形成し、形成した配向膜に低プレチルト角を付与する配向処理を施すことが望ましいと考えられる。

本願発明者は、リバースＴＮ型液晶表示素子のシャープネスとプレチルト角との関係について研究を行った。まず、プレチルト角の制御性について説明する。本願発明者らは、高いプレチルト角を示すポリイミド材料（（株）チッソ石油化学製 ＰＩＡ−７６８−０１Ｘ）に、低いプレチルト角を示すポリイミド材料（（株）チッソ石油化学製 ＰＩＡ−３５９−０１Ｘ）を加えた、２種類の混合ポリイミド材料で形成した配向膜が連続的にプレチルト角を発現することができる点を確認した。

図８は、２種類のポリイミド材料の混合比と発現したプレチルト角との関係を表すグラフである。グラフの横軸は、混合ポリイミド材料におけるＰＩＡ−７６８−０１Ｘの含有比（濃度）を単位「％」で示し、縦軸は発現したプレチルト角の大きさを単位「°」で示す。プレチルト角の測定に際しては、（株）メルク製の液晶材料ＺＬＩ４７９２を使用した。本図より、ポリイミド材料ＰＩＡ−７６８−０１Ｘの含有比率に比例してプレチルト角が増加していることがわかる。したがって、ポリイミド材料ＰＩＡ−７６８−０１ＸとＰＩＡ−３５９−０１Ｘとの混合比を調整することで、発現するプレチルト角の連続的な制御が可能である。

以下、第４の実施例、及び第１〜第３の比較例による液晶表示素子について説明する。第４の実施例は、ポリイミド配向膜材料ＰＩＡ−７６８−０１ＸとＰＩＡ−３５９−０１Ｘとの混合比を２０：８０とした混合ポリイミド材料で配向膜を形成した液晶表示素子、第１〜第３の比較例は順に、混合比を４５：５５、４０：６０、３０：７０として形成した配向膜を有する液晶表示素子である。

第４の実施例による液晶表示素子は、図１を参照して説明した製造方法と同様の方法で製造した。相違点及び付加的な詳細は次の通りである。

一対の一辺２ｃｍの正方形状ガラス基板（厚さ１．１ｍｍ）上に、一辺１ｃｍの正方形状ＩＴＯ電極及びその導通を外部に取り出すための周辺電極を形成した。配向膜の形成に当たっては、（株）チッソ石油化学製 ＰＩＡ−７６８−０１Ｘを２０％、ＰＩＡ−３５９−０１Ｘを８０％の割合で混合した配向膜用ポリイミド材料を、厚さ約０．１μｍでガラス基板上に塗布した。ラビング処理には、木綿製のベルベット布を使用した。ラビング方向は、一対のガラス基板を貼り合わせたときに、相互に直交する方向とした。具体的には、上側配向膜のラビング方向を第１の方向、下側配向膜のラビング方向を第２の方向としたとき、第２の方向は上側基板の法線方向から見て、第１の方向を基準に９０°をなす方向とした。上側基板のラビング処理の向きで決まるところの、プレチルト角の形成される向き（液晶分子が基板に対して立ち上がる向き）と、下側基板のプレチルト角の向きの組み合わせは、液晶材料がスプレイ構造を含まない、より具体的に言えば、たとえばカイラル材を含まない液晶材料を当該配向膜間に配置した場合、右方向に９０°捩れるユニフォーム構造となる組み合わせとした。

一方のガラス基板の配向膜上に、直径５μｍのシリカ製ギャップコントロール材である（株）宇部日東化成製 ハイプレシカＵＦを散布した後、エポキシ系シール材をガラス基板の周辺部に塗布し、１５０℃の温度で１時間加熱して硬化させた。シール部分には、液晶材料を注入するための注入口と排気口を作製した。

このようにして準備した空セルをホットプレート上に載置し、毛細管現象を利用して、液晶組成物を注入口からシール材に囲われた空間に注入した。液晶材料には、（株）ＤＩＣ製のＲＤＰ−８３４０９を用いた。液晶中にはカイラル材を添加した。添加量は、カイラルピッチが上側基板から下側基板に向かう方向に沿って、右捩れ方向に１５μｍとなるように調整した。液晶組成物の注入終了後、注入口と排気口とにエポキシ系接着剤を配置し、一日放置することで硬化させて封止した。液晶の配向状態を偏光顕微鏡で観察したところ、全面均一な配向状態が確認された。なお、配向膜に付与されたプレチルト角は、（株）東陽テクニカ製の液晶素子プレチルト角測定装置ＰＡＳ−００１で測定した結果、約５°であった。

この状態の印加電圧−光透過率特性を確認したところ、通常のＴＮ型液晶表示素子に比べて高い駆動電圧の閾値が観察され、スプレイツイスト構造の液晶素子が形成されていることが判明した。また、この液晶素子の電極間に１０Ｖの矩形波電圧を印加し、液晶分子が基板に対して略垂直に配列する状態を保持させたところ、液晶素子の色調に変化が認められた。色調の変化は部分的に生じ、色調が変化した部分は徐々に拡大して、数分間で全面に広がった。色調に変化のあった領域において、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態への転移が生じたと考えられる。リバースツイスト配列状態は電圧の印加を停止してからも数十秒間存在したが、その後、スプレイツイスト配列状態に再転移した。

図９は、第４の実施例による液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における印加電圧と光透過率との関係を表すグラフである。グラフの横軸は、電極間に印加した電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で示す。本願発明者らは、第４の実施例による液晶表示素子を４個作製し、それぞれの素子について印加電圧と光透過率との関係を調べた。測定には（株）大塚電子製の液晶素子電気光学特性測定装置であるＬＣＤ５２００を使用した。

作製した４個のうちの１個で、図４（Ｂ）、図５、及び図６に示した、第１〜第３の実施例と同様の優れたシャープネスが認められるが、残りの３個では認められない。このことからリバースＴＮ型液晶表示素子においては、プレチルト角によってシャープネスの優良性が連続的に変化するのではなく、５°というプレチルト角を境に、上下基板に与えられるプレチルト角がともに０°より大きく５°以下という条件で、シャープネスの優良性が出現すると考えられる。

図１０（Ａ）〜（Ｃ）に、それぞれ第１〜第３の比較例による液晶表示素子のリバースツイスト配列状態における印加電圧と光透過率との関係を示す。前述のように、第１〜第３の比較例は、ポリイミド配向膜材料ＰＩＡ−７６８−０１ＸとＰＩＡ−３５９−０１Ｘとの混合比を、４５：５５、４０：６０、３０：７０とした混合ポリイミド材料で配向膜を形成した液晶表示素子である。第１〜第３の比較例による液晶表示素子は、配向膜材料の混合比を異ならせた点を除いては、第４の実施例と等しい方法で製造した。また、各々の比較例につき、複数個の液晶セルを作製した。図１０（Ａ）〜（Ｃ）のグラフの横軸は、電極間に印加した電圧を単位「Ｖ」で表し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で表す。

図１０（Ａ）に電気光学特性を示す第１の比較例（混合比４５：５５）のプレチルト角は、図８のグラフから判断すると、１５°強であると考えられる。また、図１０（Ｂ）、（Ｃ）に電気光学特性を示す第２の比較例（混合比４０：６０）、第３の比較例（混合比３０：７０）のプレチルト角は、それぞれ１５°弱、７〜８°であると考えられる。

図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示す結果から、第１〜第３の比較例においては、リバースツイスト配列状態におけるシャープネスの優良性が見られないことがわかる。また、プレチルト角によってシャープネスの優良性が連続的に変化するのではないことも改めて確認される。

上述のように、優れたシャープネス特性は、プレチルト角が０°より大きく５°以下という条件で出現する。また既に述べたように、液晶層の厚さｄとカイラル材のカイラルピッチｐの比ｄ／ｐは１／４より大きく、１／２以下であることが望ましい。

本願発明者らは、液晶層の厚さｄ＝５μｍ、カイラルピッチｐ＝２０μｍ、ｄ／ｐ＝１／４、プレチルト角θ＝１°のリバースＴＮ型液晶表示素子、及び、液晶層の厚さｄ＝５μｍ、カイラルピッチｐ＝２０μｍ、ｄ／ｐ＝１／４、プレチルト角θ＝５°のリバースＴＮ型液晶表示素子を作製し、リバースツイスト配列状態における電気光学特性を調べた。その結果、実施例に見られたような優れたシャープネスは認められなかった。これより、プレチルト角θが１°以上５°以下のときは、ｄ／ｐが１／４より大きいことが、優れたシャープネス特性を得るために必要な条件であると考えられる。

実施例によるリバースＴＮ型液晶表示素子は、光学補償板なしで白黒表示を得ることができる、安価で製造が容易である、視角が比較的広い、応答が高速である、といったＴＮ型液晶表示素子の利点を保持したまま、優れたシャープネスを実現可能な液晶表示素子である。シャープネスが優良であるため、たとえば単純マトリクス駆動を行った場合、大きな表示容量で表示を行うことができる。

また、低プレチルト角の液晶表示素子であることから、工業的に広く用いられている高信頼性のＴＮ型液晶表示素子用配向膜材料を使用して製造することができ、このため高い信頼性を備える液晶表示素子である。

更に、実施例による液晶表示素子は、１／４８０ｄｕｔｙ駆動が可能である。単純マトリクス駆動において、１／４８０ｄｕｔｙ駆動は最も高いｄｕｔｙ数による駆動である。このため適用範囲が広く、たとえばほとんどすべての単純マトリクス駆動の液晶表示素子に利用することができる。

また、優れたシャープネス特性からコモン電極（上側ＩＴＯ電極１２ａ、下側ＩＴＯ電極１２ｂのいずれか一方）の電極数を多く、たとえば１００本以上とし、高い表示性能で表示を行うことができる。

図１１は、第１〜第４の実施例による液晶表示素子の境界電圧、及び各液晶表示素子に用いられた液晶材料の物性値をまとめた表である。表中のＶ_ｃは液晶表示素子の境界電圧の測定値を単位「Ｖ」で示す。境界電圧とは、リバースツイスト配列状態にある液晶表示素子の印加電圧を徐々に下げたとき、スプレイツイスト配列状態に戻る電圧をいう。Δεは液晶材料の誘電率異方性を示す。また、Ｋ_１１、Ｋ_２２、Ｋ_３３はそれぞれ液晶材料の広がりの弾性定数、ねじれの弾性定数、曲がりの弾性定数を単位「ｐＮ」で表す。更に、γ１は液晶材料の回転粘度を単位「ｍＰａ・ｓ」で示す。

境界電圧Ｖ_ｃが小さい液晶表示素子ほどリバースツイスト配列状態で安定的であるといえるであろう。このため、リバースＴＮ型液晶表示素子の作製においては、境界電圧Ｖ_ｃを小さくする液晶材料やセル構造を選択することが望ましい。

また、本願発明者らの研究の結果、実施例によるリバースＴＮ型液晶表示素子においては、Ｋ_１１の値が大きくＫ_２２の値が小さいほどリバースツイスト配列状態の安定性が高いことがわかった。リバースツイスト配列状態の安定性の観点からは、広がりの弾性定数Ｋ_１１とねじれの弾性定数Ｋ_２２の比「Ｋ_１１／Ｋ_２２」が２以上の液晶材料を用いて液晶層を形成することが好ましいであろう。

図１１に示す表中の物性値を用いて実施例による液晶表示素子の特徴を説明する。下式（４）は、プレチルト角が０°の一般的なリバースＴＮ型液晶表示素子の、リバースツイスト配列状態における駆動電圧の閾値電圧Ｖ_ｔｈを算出する式である。

・・（４）

式（４）において、ε_０は真空の誘電率（８．８５４１８７８２×１０^−１２Ｆ／ｍ）を示す。またＫは、ツイスト角が９０°のリバースＴＮ型液晶表示素子の場合、以下の式（５）で計算される値である。

・・（５）

一般にプレチルト角が０°のとき、駆動電圧の閾値は最大となる。すなわちプレチルト角が０°でないリバースＴＮ型液晶表示素子の駆動電圧の閾値は、式（４）及び（５）で求められる電圧値Ｖ_ｔｈよりも小さい。したがって、たとえば第１〜第４の実施例による液晶表示素子の駆動電圧の閾値はＶ_ｔｈよりも小さくなるはずである。

図１１の表を参照し、第１〜第４の実施例による液晶表示素子の液晶層を構成する液晶材料の物性値を式（４）及び（５）に代入すると、Ｖ_ｔｈは次のように計算される。

ＲＤＰ８４９１０（第１の実施例）の場合、Ｖ_ｔｈ≒０．６２Ｖ。

ＲＤＰ８３１０７（第２の実施例）の場合、Ｖ_ｔｈ≒０．８９Ｖ。

ＲＤＰ８３１０８（第３の実施例）の場合、Ｖ_ｔｈ≒０．８９Ｖ。

ＲＤＰ８３４０９（第４の実施例）の場合、Ｖ_ｔｈ≒０．９８Ｖ。

しかしながら図４（Ｂ）を参照すると、第１の実施例による液晶表示素子の駆動電圧の閾値（スイッチング電圧：電圧を印加した際に光透過率が変化をはじめる電圧値）は１．２〜１．３Ｖであり、これはＶ_ｔｈ≒０．６２Ｖの約２倍である。また、図５を参照すると、第２の実施例による液晶表示素子の駆動電圧の閾値は１．８Ｖ前後であり、Ｖ_ｔｈ≒０．８９Ｖの約２倍である。更に、図６を参照すると、第３の実施例による液晶表示素子の駆動電圧の閾値は１．５〜１．７Ｖであって、これはＶ_ｔｈ≒０．８９Ｖの１．５倍を超えている。また、図９を参照すると、第４の実施例による液晶表示素子の駆動電圧の閾値は１．３〜１．５Ｖである。これはＶ_ｔｈ≒０．９８Ｖの１．３倍以上である。このように実施例による液晶表示素子は、式（４）及び（５）で求められる閾値電圧Ｖ_ｔｈよりも１．３倍以上大きな駆動電圧の閾値を有している。

図１２は、電源２０により、上側ＩＴＯ電極１２ａ、下側ＩＴＯ電極１２ｂ間に印加される駆動電圧の波形の一例を示す。図の横軸は時間を、縦軸は電圧値を表す。「選択波形Ｖｓ」は選択画素に印加される駆動電圧波形、「非選択波形Ｖｕｓ」は非選択画素に印加される駆動電圧波形を表す。

実施例による液晶表示素子の駆動時には、瞬間的には図示するような波形の、比較的高い電圧が、選択画素だけでなく非選択画素にも、たとえば一定周期で印加される。したがって、実施例による液晶表示素子において、まず両電極１２ａ、１２ｂ間に閾値電圧以上の電圧を印加し、液晶分子１４ａの配列状態を、スプレイツイスト配列からリバースツイスト配列に転移させた後、通常のｄｕｔｙ駆動を行えば、長時間、転移電圧を印加することなく表示を継続することが可能となる。このとき、高ｄｕｔｙ駆動表示であるほどピークの電圧値は高くなるため、よりリバースツイスト配列状態で安定すると考えられる。この観点からは、実施例による液晶表示素子は、単純マトリクス駆動の駆動条件を１／１２０ｄｕｔｙより高ｄｕｔｙとして駆動することが好ましい。

最後に、リバースＴＮ型液晶表示素子のリバースツイスト配列状態において、優れたシャープネスが現れる理由に関する本願発明者らの仮説的見解を記す。

たとえば本願発明者らの先の出願である特許文献３記載のリバースＴＮ型液晶表示素子については、シミュレーションや電圧オフ時の光透過率等から、リバースツイスト配列状態では、電圧オフ時においても、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子が、内部歪により少し立ち上がった状態になることがわかっている。リバースＴＮ型液晶表示素子の駆動電圧の閾値が低いのは、この状態からであれば、液晶分子を基板に略垂直に立ち上げるために必要な電圧が小さくてすむためであると考えられる。また、特許文献３に記載されているリバースＴＮ型液晶表示素子（ノーマリホワイトタイプ）においては、リバースツイスト配列状態での電圧オフ時光透過率が、スプレイツイスト配列状態でのそれより若干低くなることがわかっているが、これも液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子が、電圧オフ時に少し立ち上がった状態になっているためであると考えられる。

ところが、たとえば第１の実施例による液晶表示素子の電気光学特性を示す図４（Ａ）、（Ｂ）を比較参照すると、リバースツイスト配列状態での電圧オフ時光透過率は、スプレイツイスト配列状態でのそれよりむしろ大きい。また、駆動電圧の閾値（光透過率が減少をはじめるときの印加電圧）に関しても、リバースツイスト配列状態の方が大きい。

これらのことから実施例による液晶表示素子においては、リバースツイスト配列状態の電圧オフ時、液晶層内部に大きな歪があるはずであるにもかかわらず、液晶層厚さ方向の中央付近の液晶分子の立ち上がりはほとんどなく、基板面とほぼ平行に配向していると推測される。そして実施例による液晶表示素子に電圧を印加する場合、液晶層厚さ方向中央付近の液晶分子はほとんど立ち上がっていないため、ある程度高い電圧を加えないと、液晶分子が電界方向に傾くことはないが、少しでも傾きはじめたところで、抑えられていた内部歪と比較的大きな電界により、急峻に液晶ダイレクタの方向の変化が発生し、わずかな電圧差で液晶層厚さ方向中央付近の液晶分子がほとんど垂直に立ち上がり、それによって優良なシャープネスが実現されると考えられる。

ただ、液晶層内部に大きな歪があるはずであるにもかかわらず、液晶層厚さ方向中央付近の液晶分子の立ち上がりがほとんどない理由は判然としない。カイラル材の添加による液晶層内の大きな歪の存在、配向膜に付与されるプレチルト角の小ささ、液晶層を形成する液晶材料の弾性定数の値等が関係していると思われる。

なお、観察によれば、リバースＴＮ型液晶表示素子のリバースツイスト配列状態においては、プレチルト角θとｐ／ｄ（ｐ：カイラルピッチ、ｄ：セル厚）の比「θ／（ｐ／ｄ）」が一定値より大きい場合、電圧無印加状態で、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子が立ち上がる現象が現れる。本願発明者らの研究によれば、θ／（ｐ／ｄ）が２°よりも大きいときには、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子の立ち上がりが観察される。そのため、この条件を満たすリバースＴＮ型液晶表示素子の印加電圧と光透過率との関係を示すグラフにおいては、閾値特性が見られず、０Ｖから光透過率が変化しはじめる。

他方、θ／（ｐ／ｄ）が２°以下であるときには、電圧無印加状態で、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子が立ち上がる現象は観察されず、印加電圧と光透過率との関係を示すグラフにおいて急峻な閾値特性が認められる。すなわち下式（６）の条件のもとにおいて、優良なシャープネスが現れる。

・・（６）

ここで、

・・（７）

・・（８）

である。

図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、リバースＴＮ型液晶表示素子において、優良なシャープネスが出現するプレチルト角θとｐ／ｄの範囲の例を示すグラフである。両グラフにおいて、横軸はｐ／ｄを表し、縦軸はプレチルト角θを単位「°」で表す。斜線を付した領域（境界領域については実線部を含み、破線部を含まない。また白丸を付した点を含まない。）が式（６）乃至（８）を満たす。

図１３（Ａ）の直線ｌ_Ａ、図１３（Ｂ）の直線ｌ_Ｂはともに傾きが２の直線である。すなわち直線ｌ_Ａ、ｌ_Ｂは、下式（９）で表される直線群に含まれる。

・・（９）

式（９）において、βは液晶材料に依存する定数である。図１３（Ａ）の直線ｌ_Ａにおいてはβ＝−１であり、図１３（Ｂ）の直線ｌ_Ｂにおいてはβ＝１である。図１３（Ａ）及び（Ｂ）には、β＝±１の場合を示したが、リバースＴＮ型液晶表示素子に用いられる液晶材料によってはβはこれ以外の値をとり、その液晶表示素子において優良なシャープネスが出現する領域（θとｐ／ｄの組み合わせ）を画定する傾き２の直線は上下する。このため、優良なシャープネスを実現するθとｐ／ｄの組み合わせの範囲は、液晶材料によっても異なることになる。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

たとえば、実施例においては、リバースツイスト配列状態におけるツイスト角を９０°としたが、±２０°程度の範囲（７０°〜１１０°）で変えてもよい。ただし白表示の明るさを考慮すると、９０°またはその近傍のツイスト角とすることが望ましいであろう。

また、実施例においては、上側偏光板と下側偏光板の透過軸のなす角度を９０°（クロスニコル配置）としたが、両偏光板の透過軸のなす角度を±５°程度の範囲で変えることもできる。ただし光抜け防止の面からは、９０°またはその近傍の角度で配置することが好ましい。なお、偏光板を平行ニコルに配置して、ノーマリブラックタイプの液晶表示素子とすることも可能である。その場合は、透過軸のなす角度をたとえば２０°以下の範囲として、両偏光板を配置することができる。

その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。

液晶表示素子一般、たとえばオーディオ表示、ヒートコントロール表示等の各種表示を行う車載用液晶表示素子、コピー機等のＯＡ機器用液晶表示素子に利用可能である。また、単純マトリクス駆動される液晶表示素子、殊に、大きな表示容量を要求される場合のそれに好適に利用できる。

１０ａ 上側基板
１０ｂ 下側基板
１１ａ 上側ガラス基板
１１ｂ 下側ガラス基板
１２ａ 上側ＩＴＯ電極
１２ｂ 下側ＩＴＯ電極
１３ａ 上側配向膜
１３ｂ 下側配向膜
１４ 液晶層
１４ａ 液晶分子
１５ａ 上側偏光板
１５ｂ 下側偏光板
２０ 電源

Claims (7)

1. 第１の電極を備え、第１の方向に配向処理された第１の基板と、
   前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、第２の方向に配向処理された第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、カイラル材を含み、ツイスト配向する液晶層と
   を有し、
   前記第２の方向は、前記第１の基板側の法線方向から見て、前記第１の方向に対して、第１の回り方向に７０°〜１１０°をなす軸を有する方向であり、
   前記液晶層は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加される電圧により、前記第１の回り方向に捩れるユニフォームツイスト構造と、前記第１の回り方向とは反対の第２の回り方向に捩れるスプレイツイスト構造とを可換的に生じ、
   前記カイラル材は前記液晶層の液晶分子に、前記第１の基板側の法線方向から見て、前記第１の基板から前記第２の基板に向かう方向に沿って、前記第２の回り方向への旋回性を与える能力を備え、
   前記第１の基板と前記第２の基板は、０°より大きく５°以下のプレチルト角θが発現するように配向処理され、
   前記液晶層の厚さをｄ、前記カイラル材のカイラルピッチをｐとしたとき、前記θ、前記ｄ、及び前記ｐは下式（１）及び（２）
   ・・（１）
   ・・（２）
   を満たす液晶表示素子。
2. 前記液晶層を構成する液晶材料の広がりの弾性定数をＫ_１１、ねじれの弾性定数をＫ_２２とするとき、前記Ｋ_１１と前記Ｋ_２２は下式（３）
   ・・（３）
   を満たす請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記第２の方向は、前記第１の基板側の法線方向から見て、前記第１の方向に対して、前記第１の回り方向に９０°をなす軸を有する方向である請求項１または２に記載の液晶表示素子。
4. 前記第１の基板と前記第２の基板は、１°以上５°以下のプレチルト角θが発現するように配向処理されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
5. 前記第２の電極はコモン電極であり、前記コモン電極の電極数は１００本以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
6. 更に、
   前記第１の基板の、前記液晶層とは反対側に配置された第１の偏光板と、
   前記第２の基板の、前記液晶層とは反対側に配置された第２の偏光板と
   を含み、
   前記ユニフォームツイスト構造において、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加した際に、前記第１の偏光板、前記第２の偏光板の一方の側から入射させた光が、他方の側へ通過する量が変化をはじめる電圧値が、前記液晶層を構成する液晶材料の曲がりの弾性定数をＫ_３３、誘電率異方性をΔε、真空の誘電率をε_０とするとき、下式（４）及び（５）
   ・・（４）
   ・・（５）
   で求められる電圧値Ｖ_ｔｈの１．３倍以上である請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
7. 単純マトリクス駆動の駆動条件を１／１２０ｄｕｔｙより高ｄｕｔｙとして駆動される請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示素子。