JPH0756148A

JPH0756148A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0756148A
Application number: JP20546993A
Authority: JP
Inventors: Makiko Satou; 摩希子佐藤; Yuzo Hisatake; 雄三久武; Masahito Ishikawa; 正仁石川; Hitoshi Hado; 仁羽藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-08-20
Filing date: 1993-08-20
Publication date: 1995-03-03

Abstract

(57)【要約】【構成】２枚の電極13、14を設けた基板11、12間に誘
電異方性が正のネマティック液晶層20を挟持する液晶表
示素子で、下記条件をもつ。ａ．２枚の基板上での液
晶分子配列方向の交差角がθ（ 0°≦θ≦90°) であ
り、２枚の基板表面上でユニフォームツイスト配列させ
るように決まるセルツイスト角がψである場合に、液晶
層に電圧を印加しない状態で、ψが±θのとき、液晶の
ツイスト角ωが±θ＋180 °または±θ−180 °であ
り、ψが±（θ−180 °）のとき、液晶ツイスト角ωが
±θである（以上複号同順）。ｂ．一画素ごとの電
極に30μｍ以下の微細な領域単位で導電体部13a (14a)
と非導電体部13b(14b)を形成し、両基板間で一方の電極
の導電体部13a(14a)と他方の電極の非導電体部14b(13b)
が対向して配置される。ｃ．両基板が2.5 °以下の低
プレチルト角配向膜15、16を有し、両基板のプレチルト
角差が0.3 °以下である。【効果】散乱特性が高く、駆動電圧が低い、階調性に優
れしかも広視野角特性の液晶表示素子を高い生産性で得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示素子に係わ
り、特にディスクリネーションの光散乱を利用した液晶
表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に液晶表示素子（以下ＬＣＤと略
称）を光制御の観点から分類すると、明暗の変化を液晶
分子の偏光効果と偏光子の組み合わせにより生じさせる
ものと、液晶の相転移を利用し、光の散乱と透過により
生じさせるもの、および染料を添加し、染料の可視光吸
収量を制御し、色の濃淡変化により生じさせるもの等に
分けられる。

【０００３】前者の偏光効果と偏光子を組み合わせたＬ
ＣＤは、例えば９０°ねじれた分子配列をもつツイステ
ッドネマティック（ＴＮ）型液晶であり、原理的に薄い
液晶層厚、低電圧で偏光制御できることから、早い応答
速度、低消費電力にて、高いコントラスト比を示し、時
計や電卓、単純マトリクス駆動や、スイッチング素子を
各画素ごとに具備したアクティブマトリクス駆動で、ま
た、カラーフィルターと組み合わせて、フルカラーの表
示の液晶ＴＶなどに応用されている。

【０００４】しかし、これら偏光効果と偏光子を組み合
わせたＬＣＤは、原理上偏光板を用いることから素子の
透過率が著しく低く、また分子配列の方位性により見る
角度・方位によって表示色やコントラスト比が大きく変
化するといった視角依存性をもち冷陰極線管（ＣＲＴ）
の表示性能を完全に越えるまでにはいたらない。

【０００５】一方、後者の液晶の相転移を利用したも
の、及び染料の可視光吸収量を制御したＬＣＤは、例え
ば、ヘリカル構造の分子配列をもつコレステリック相か
らホメオトロピック分子配列のネマティック相への相転
移を電場印加で生じさせるＰＣ型液晶及びこれに染料を
添加してなるホワイト・テイラー型ＧＨ液晶であり、偏
光子を用いず、原理的に偏光効果を用いないことから、
明るく、広い視認角を示し、自動車機器や、投影型表示
器などに応用されている。

【０００６】しかし、充分な光の散乱を得るには、液晶
相厚を充分厚くしたり、散乱を生じさせるヘリカル強度
を強めたりする必要があり、高い駆動電圧を要し、応答
速度も極めて遅いといった問題点をもっているため表示
量（画素数）の多い表示素子への応用は困難とされてい
た。また、印加電圧の増加に伴い、透過率が急激に変化
するために階調性をもたらすことも困難とされていた。
さらに、その印加電圧−透過率特性にヒステリシスがあ
り、マルチプレクス駆動することが困難など実用的に問
題があった。

【０００７】さらに説明すると、偏光効果と偏光子を用
いた場合、原理上透過率が低くなり、視角依存性を生じ
させる。すなわち、少なくとも１枚の偏光板を用いるた
め、透過光量は少なくとも５０％以下となり、また、製
造上及び配向の安定化のためプレティルト角を有し、そ
れが視角特性に影響する。特に原理上、透過率が低く、
この方式を用いた場合、避けられない問題である。

【０００８】また、液晶の相転移を利用した場合、これ
ら低い透過率、視角依存といった問題は生じないが、充
分に光を散乱させるためには、上記のように液晶層厚を
充分に厚くし、ヘリカル強度を強くしたりする必要があ
る。これは光の散乱を種々の液晶分子配列に因っている
からである。つまり、充分に光を散乱させるためには、
例えば、ヘリカル構造の分子配列をもつコレステリック
相の場合、入射光方向に対し、あらゆる方位にヘリカル
軸をもつ必要性が生じる。このように、多数の方位のヘ
リカル軸をもたせるためには、液晶相厚を厚くしなくて
はならない。また、有機電解質などの導電性物質を溶解
したＮｎ液晶を用い、低周波で高電圧を印加することに
より散乱性を得る手段（一般にＤＳ効果という）が提案
されているが、これも充分な散乱性を得るためには、前
記問題点を伴わねばなし得ない。無論、相転移を熱光学
効果による場合も同様である。

【０００９】また、これら各種の相転移を利用した方式
では、光散乱状態と光透過状態とで液晶の分子配列が著
しく異なり、このため、前記２種の状態の相互変化を電
界制御でなし遂げる場合、その電気光学特性にヒステリ
シスが生じてしまう。このヒステリシスが生じる原因に
は諸説があり明確にされていないが、分子配列が著しく
異なると発生し、また、電界を印加していない状態で光
散乱状態（液晶の分子配列が微細なドメインの集合体と
なっている状態）を形成している場合に発生しやすいこ
とがわかっている。

【００１０】また、図１４（ａ）に示すように基板１、
２間で挾持されたポリマー３内に多数のカプセルを形成
して、この中に液晶４を封入したカプセル状構造、およ
び図１４（ｂ）に示すように繊維状ポリマー５の間に液
晶６を分散させた繊維状ポリマー構造を用いて散乱性を
高める高分子分散型ＬＣＤが提案されているが、高い散
乱性、充分に低い駆動電圧と応答速度など必要な特性を
得るには至っていない。これは、そのポリマーの形状に
製法上、及び原理から、ポリマーと液晶層との混合比に
制約があり、やはり、要求される駆動特性を満足しよう
とすると、充分な散乱性を得られないためである。

【００１１】また、これらの方式においても光散乱状態
と光透過状態とで液晶の分子配列が著しく異なるため、
前述したように電気光学特性にヒステリシスが生じてし
まう。これに対し散乱状態における液晶分子配列をある
程度制御（例えばカプセル内面における液晶分子配列を
制御するためにポリマーに疎水性の物質を混合する等）
し、前記ヒステリシスを軽減させることも可能である
が、このことは同時に光散乱を弱めることとなり、実用
的でない。

【００１２】カプセル状の高分子分散型のＮＣＡＰ形Ｌ
ＣＤは散乱モードの液晶表示素子であり、偏光板をもち
いないため、明るく、広い視認角を示し、自動車機器
や、投影型表示器などに応用されている。しかしなが
ら、外部から印加した電圧は有機高分子と液晶とに分圧
され、液晶には印加電圧の一部しか印加されず、実用的
には動作電圧が高まり問題であった。また、充分な光の
散乱を得るには、液晶厚を充分厚くする必要があり、応
答速度も極めて遅いといった問題点をもっているため表
示量（画素数）の多い表示素子への応用は困難とされて
いた。さらに、その印加電圧−透過率特性にヒステリシ
スがあり、マルチプレクス駆動することが困難など実用
的に問題があった。これと同様の動作原理で動作する繊
維状ポリマーの網目状有機高分子中に液晶を保持した高
分子分散形ＬＣＤにおいても、同様の問題があった。

【００１３】また、光を散乱させる手法として、２枚の
電極付基板の表面において種々の方向に液晶分子を配列
させるよう微細な領域毎に配向処理を行い、これらを内
面として対向させた間隙に液晶を挟持させることも考え
られるが、これも前記ヒステリシスの問題を解決する手
段とはならないし、また、こうした構成を実現する手段
は見出だされておらず、現実的な手法とはなっていな
い。こうした構成が実現できない理由は微細な領域毎に
配向処理方向（例えばラビング方向）を異ならせること
が困難であるからである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の液晶表示素子は透過率が低く、視角依存性をもつか、
高い駆動電圧を要し、応答速度も遅いといった問題点を
もっていた。

【００１５】したがって、光を散乱させる手段として、
光散乱状態を得るために液晶以外の媒体を必要とせず、
なおかつ、光透過状態とで液晶の分子配列が著しく異な
らず、良好な光散乱状態を得るような構成であり、なお
かつ、製法上制約がない構成であれば前述した問題点は
発生しない。

【００１６】本発明はこの条件を満足する新規な構成を
提供するものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は課題を解決する
手段として、対向して複数の画素を形成する電極をそれ
ぞれ有する２枚の基板間に誘電異方性が正のネマティッ
ク液晶からなる液晶層を挟持し、前記基板表面上で液晶
分子長軸を一方向に配列させるチルト配向を誘起する手
段を有しており、２枚の基板上での液晶分子配列方向の
交差角がθ（０°≦θ≦９０°）であり、２枚の基板表
面上でのチルト配向によるプレチルト角によって液晶を
ユニフォームツイスト配列させるように決まるセルツイ
スト角がψである液晶表示素子において、液晶層に電圧
を印加しない状態で、ψが±θ（便宜的にツイスト方向
が左まわりの時＋、右回りの時−とする。）のとき、液
晶のツイスト角ωが±θ＋１８０°または、±θ−１８
０°であり、ψが±（θ−１８０°）のとき、液晶ツイ
スト角ωが±θであり（以上複号同順）、前記両基板の
電極が画素ごとに、最も狭い幅が３０μｍ以下である微
細な領域を単位とした導電体部と非導電体部の２種から
なり、両基板間で一方の電極の導電体部と他方の電極の
非導電体部が対向して配置され、かつ前記両基板におけ
るプレチルト角が２．５°以下であり、両基板における
プレチルト角の差が０．３°以下でなることを特徴とす
る液晶表示素子を得るものである。

【００１８】さらに両基板の配向膜が側鎖のない主鎖型
有機化合物でなる特徴とする液晶表示素子を得るもので
ある。

【００１９】

【作用】本発明は液晶をユニフォームツイスト配列させ
ない場合に、横電界成分をもつ印加電圧の有無によって
液晶分子の向きが変化することを利用して生じるディス
クリネーションラインの光散乱効果を高めるようにした
もので、電極の微小領域内に導電体部と非導電体部を形
成し、基板間で、液晶層を挾んで相対向する一方の電極
の導電体部と他方の電極の非導電体部を対面させたもの
である。

【００２０】しかも、液晶分子の向きの変化を正確にす
るためにはプレチルト角の制御が必要であり、配向膜の
選択が重要な要素になる。

【００２１】本発明の作用を説明する前提として、プレ
チルト角、ユニフォームツイスト配列、非ユニフォーム
ツイスト配列について述べる。

【００２２】ネマティック液晶の分子は細長い棒状をな
している。液晶分子が基板上のラビングした配向膜に接
すると、その棒状分子の長軸が配向膜表面の性質に依存
し、一定方向に配向する。例えば配向膜がポリイミド配
向膜の場合は、ラビングした方向に沿って液晶分子長軸
が並んで配向される。また、ポリスチレン配向膜の場合
は、膜平面方向においてラビング方向に直角な方向に液
晶分子長軸が並ぶ。

【００２３】また、別の配向処理の方法として配向膜を
基板に蒸着する方法がある。基板面に対して酸化珪素を
例えば入射角８５゜で斜めから蒸着すると、蒸着源の方
向に液晶分子の長軸が向く。

【００２４】しかし、実際はこれらの配向処理において
液晶分子Ｍは配向膜面Ｓに平行に配向されるのではな
く、図２（ａ）のように配向膜面すなわち基板面Ｓに対
してチルト配向によりある所定の角度α0 で起き上って
配向している。この角度α0 はポリイミド配向膜で約１
〜１５゜である。この、基板面上において基板面と接す
る液晶分子の長軸ＬＡとのなす角α0 をプレチルト角と
いう。

【００２５】このとき、図２（ａ）に示される様に、液
晶分子長軸ＬＡの基板から起き上がった端部をリーディ
ング部分Ｌ、基板側に接近する端部をトレーリング部分
Ｔとすると、配列された液晶分子Ｍを説明上、図２
（ｂ）のように、例えば配向膜平面上にＴからＬ方向へ
の矢印Ｒで表すこととする。

【００２６】図３の例では（ａ）に示すように、フロン
ト基板すなわち上基板１の分子配列をＦ（実線の矢印）
となるようにして、リア基板すなわち下基板２の分子配
列をＲ（破線の矢印）となるように配向処理をした場合
であり、各配列は基板平面上で逆方向すなわち１８０°
異なる方向に向いている。

【００２７】この構成において、液晶分子がねじれを有
しないような誘電異方性が正のネマティック液晶（例え
ばカイラル剤未混入）を充填すると、液晶分子Ｍは図３
（ｂ）のように、上基板１から下基板２にかけて、液晶
層３の厚さ全長にわたって、一定かつ一様な角度で配列
する。一般にこのような分子配列をユニフォーム配列と
いい、従来の液晶表示素子の基本的な構成である。

【００２８】この構成の液晶表示素子では、液晶層にし
きい値電圧以上の電圧すなわち駆動電圧が印加される
と、両基板表面近傍の液晶分子の傾く方向に準じて液晶
分子Ｍが図４のように基板に対してほぼ垂直な方向に一
様に配列する。

【００２９】図６は図３（ａ）の状態から、上基板１を
基準にして、下基板２を角θ（≦９０°）ねじった状態
の場合を想定した図である。このときの分子配列がユニ
フォーム配列を維持するには、両基板間で液晶が角ψだ
け左まわり（図中矢印の回転方向）にねじれた配列をと
る必要があり、これを実現するには角ψだけねじれるよ
うに液晶材料を選定すればよい。このようにして得た分
子配列はねじれたユニフォ−ム配列と呼ぶことができ、
この場合この角ψをユニフォーム配列のツイスト角とい
う。ちなみに従来技術であるＳＴ−ＬＣＤはこのψを９
０゜〜２７０゜としたねじれたユニフォ−ム配列をして
いる。

【００３０】図５はψが１８０゜のＳＴ−ＬＣＤにおけ
る印加電圧に対するＬＣＤの透過度の関係を示したもの
である。この図から、ＳＴ−ＬＣＤはある電圧、つまり
しきい値電圧Ｖth以上で状態を急峻に変化することとな
る。このことから、ＳＴ型のＬＣＤはしきい電圧以下の
印加電圧下では、電圧無印加の状態に近い分子配列をな
していると考えられ、このＳＴ−ＬＣＤのように液晶の
ねじれ角が９０゜以上２７０゜以下のＬＣＤの分子配列
を定義するときは、このしきい値電圧以下の印加電圧状
態下（無印加時）で定義することになる。また、こうし
た透過率−印加電圧特性（図５の曲線）において、その
特性の急峻性を一般的には、透過率９０％と１０％とな
る印加電圧値の差を透過率９０％の印加電圧の値で割っ
た値γで表す。

【００３１】この構成の液晶表示素子では、前述したね
じれのないユニフォ−ム配列の場合と同様に液晶層にし
きい値電圧以上の電圧が印加されると（電圧印加時）、
両基板表面近傍の液晶分子の傾く方向に準じて液晶分子
Ｍが図４の配列を捩じったように基板に対してほぼ垂直
な方向に配列する。

【００３２】図６からわかるように、ユニフォーム配列
のツイスト角ψは上基板の配向Ｆの液晶分子のトレーリ
ング部分ＴF を基準にして、下基板の配向Ｒの液晶分子
のリーディング部分ＬR までの角度を表している。

【００３３】ψは、図６のように左回りを＋θと、図７
のように右回りを−θと２通りに定義できる。一方、図
８（ｂ）のような液晶分子の配列も可能である。このよ
うな配列は、前述した図３（ｂ）の配列同様、ねじれを
生じさせないネマティック液晶組成物を図８（ａ）の構
成下に維持すれば達成できる。

【００３４】こうした分子配列は、上下基板の分子配列
Ｆ、Ｒが同方向にあり、図８（ｂ）のように、分子配列
は液晶分子のチルト角が上基板１１のプレチルト角α0
から徐々に角度が減少し、液晶層厚ｄの中点ｄ／２で基
板１１と平行になった後、下基板１２のプレチルト角α
0 に至るまで逆の角度に傾いていくようになっているも
のである。すなわち、リーディング部分ＬF 、ＬR が互
いに近接し、トレーリング部分ＴF 、ＴR が互いに離れ
て配列する。このような非ユニフォーム配列をスプレイ
配列という。

【００３５】次に、このスプレイ配列に前述したユニフ
ォ−ム配列同様、ねじれを加えた構造を得ることを考え
る。図９のように、図６のユニフォーム配列と同じく上
基板１１の配向Ｆに対して下基板１２の配向Ｒをθだけ
交差した状態でスプレイ配列とすることを考えると、図
９に示すように、上基板１１の配向Ｆのトレーリング部
分ＴF から下基板の配向Ｒのトレーリング部分ＴR との
なす角度で液晶分子がねじれていなければならないこと
となる。スプレイ配列におけるこのツイスト角をωとす
ると、図９の左回りにωをとると、ωは正であるから、
スプレイ配列ツイスト角ωＬは（θ＋１８０°）とな
り、右回りにωをとるとωは負であるから、スプレイ配
列ツイスト角ωＲはその補角である（θ−１８０°）と
なる。

【００３６】また、図１０のような構成を考えると、右
回りにωをとると、ωは負であるから、スプレイ配列ツ
イスト角ωＲは（−θ−１８０°）となり、左回りにω
をとると、ωは正であるから、スプレイ配列ツイスト角
ωＬはその補角である（−θ＋１８０°）となる。

【００３７】このように図９、１０の構成では、スプレ
イ配列ツイスト角ωは（±θ＋１８０°）と（±θ−１
８０°）の４通りのツイスト状態のいずれかを取ること
ができる。以上のようにスプレイ配列においても、ユニ
フォ−ム配列時のツイスト角ψの＋θ、−θに対応し
て、それぞれねじれ配列が実現できる。

【００３８】図９、図１０で説明した各ωはユニフォー
ムツイスト配列をさせた場合のツイスト角ψを考える
と、それぞれψ＝＋θ、−θとなり、角θが０≦θ≦９
０°の範囲では、ψが±θのときねじれたスプレイ配列
を実現するには、そのツイスト角ωがそれぞれ（±θ＋
１８０°）、（±θ−１８０°）でなければ成立しない
ことを意味する。この場合にωの取り得る値の範囲は、
ω＝｜θ±１８０゜｜＝９０゜〜２７０゜となり、この
ツイスト角は従来のＳＴ−ＬＣＤの実用解と一致する。
つまり、ねじれたスプレイ配列であって、従来のＳＴ−
ＬＣＤのツイスト角に等しいツイスト角を得ることを考
えると、ユニフォ−ム配列のツイスト角ψが±θであっ
て液晶のツイスト角ωが（±θ＋１８０°）または（±
θ−１８０°）となり、この構成が本発明の液晶表示素
子の第一の特徴となる。こうした本発明の液晶表示素子
の分子配列を概念的に示すと図１１のようになる。

【００３９】この液晶分子のねじれ方向、ねじれ度合い
は、液晶に混ぜるカイラル液晶剤の種類、混合量により
制御することができる。具体的な材料としては、左回り
カイラル剤にオクチル−２−オキシ−４−（４´−ｎ−
ヘキシロキシ）−ベンゾール例えばＳ−８１１（メルク
ジャパン社製）、右回りカイラル剤に４−シアノ−４´
−（２−メチルブチル）−ビフェニール例えばＣＢ−１
５（メルク・リミテッド社製）を挙げることができる。

【００４０】図１１は上下基板１１、１２の表面の液晶
分子の配向方向およびプレチルト角α0 が同一でしかも
液晶分子にねじれの無い状態において、電極形状がそれ
ぞれ異なる場合の分子配列への影響を示すので、（ａ）
乃至（ｃ）は電圧無印加時の状態、（ｄ）乃至（ｆ）は
電圧印加時の状態を表している。ここで、（ａ）、
（ｄ）は上下基板の電極形状が等しく液晶層厚方向にの
み電界が印加される状態を示している。

【００４１】液晶分子は基板と平行になる分子の位置ｄ
0 を液晶層厚ｄの中点に有しており、図の（ｄ）に示す
ように電極１３、１４に電源ｖ0 から電圧を印加して
も、その位置は変わらない。図１１（ｂ）は下基板１２
の電極１４を図中左半分に形成し、右半分は無電極領域
とし、上基板１１の他方の電極１３は図中右半分に形成
し、左半分は無電極領域としたもので、相互の電極１
３、１４は無電極領域に対面している。

【００４２】電圧ｖ0 を印加すると、電極の相互のずれ
のために、液晶層に横電界成分をもつ電界が加わり、図
示の右上がりの矢印ＥR 成分をもつ電気力線ｅが発生す
るため、同図（ｅ）に示すように、分子Ｍは急峻な右上
がりの分子配列になる。

【００４３】一方、図１１（ｃ）は下基板１２の電極１
４を図中右半分に形成し、左半分は無電極領域とし、上
基板１１の他方の電極１３は図中左半分に形成し、右半
分は無電極領域としたもので、相互の電極１３、１４は
無電極領域に対面している。同図（ｆ）のように電圧ｖ
0 を印加すると、電極の相互のずれのために、液晶層に
横電界成分をもつ電界が加わり、図示の左上がりの矢印
ＥL 成分をもつ電気力線ｅが発生するため、液晶分子Ｍ
の向きは急峻な左上がりの配列になる。すなわち、電圧
印加時の液晶分子のは配列は横電界の形成に依存する。

【００４４】そこで、本実施例を示す図１（ｂ）のよう
に、上電極１３を複数のストライプ状導電体部１３ａを
非導電体部１３ｂを介して等間隔に配置した電極パター
ンとし、同様に下電極１４を複数のストライプ状導電体
部１４ａを非導電体部１４ｂを介して等間隔に配置した
パターンとして、これら電極を相対向させたときに、一
方の電極の導電体部１３ａまたは１４ａが他方の電極の
非導電体部１４ｂまたは１３ｂに対向するように基板間
に間隙を形成するように重ねる。この場合、上下基板の
液晶配向方向が同一方向になるようにラビング処理して
おく。この結果、無電圧印加時は、液晶はスプレイ配列
状態を整然と保持するが、電圧印加時は導電体部が上下
電極でずれているために、電極間に横電界成分をもつ斜
め電界が発生し、図示のように交互に傾斜方向を変えた
電気力線ｅを形成する。液晶分子Ｍは電気力線にそって
起き上がり配列するから右上がり斜め電界と左上がり斜
め電界との境界で液晶配列が不連続となりディスクリネ
ーションラインＤＬが発生する。

【００４５】一画素内で電極の導電体部と非導電体部を
微細に多数形成すれば液晶分子の起き上がる方向が微細
に分割されるから、一画素内に多数のディスクリネーシ
ョンラインを発生することができて、この部分で光散乱
をおこさせる事ができる。光散乱領域は境界部を中心に
幅５乃至３０μｍであるので、微細な領域の大きさをこ
の値の範囲で一致させるように、またはそれよりも小さ
な値になるように分割すれば一画素全面において光を散
乱することができ、また電圧を印加していない状態では
液晶分子は全面連続的な配列をなすので、光等価状態を
得ることができる。したがって、本発明によれば、電圧
無印加時に光透過状態、電圧印加時に光散乱状態を得る
電界制御を行うことができる。

【００４６】ここで、本発明は印加される電界の方向に
よって、液晶分子の傾く方向を制御しているので、上下
基板のプレチルト角が等しいことが望ましく、実用的に
は差を０．５°以下望ましくは０．３°以下にすること
が望ましい。プレチルト角の大きさは配向膜の材質およ
び配向処理方法に依存する。配向処理をラビング処理に
よる場合はラビング強度の変化に応じてプレチルト角が
変わる。製造上のラビング処理のばらつきに関係なく上
下基板のプレチルト角のばらつきの差を可及的に少な
く、０．３°以下に抑えるにはプレチルト角が２．５°
以下の低プレチルト角の配向膜材料を用いると良好な結
果が得られる。

【００４７】低プレチルト角配向膜材料として、側鎖の
ない主鎖型の有機物配向膜が適している。例えば、

【化１】を挙げることができる。

【００４８】図１２は側鎖のない主鎖型配向膜（商品
名、ＡＬ−１０５１日本合成ゴム製）と側鎖型配向膜の
ラビング強度（ｍｍ）に対するプレチルト角（度）の変
化を示しており、曲線Ａは主鎖型、曲線Ｂは側鎖型の特
性である。曲線Ａから主鎖型の配向膜材料がほぼプレチ
ルト角１．５°でラビング強度の変化に対して安定であ
ることがわかる。これに対して側鎖型材料は曲線Ｂのよ
うに大幅に変化する。

【００４９】液晶分子の振るまいを微視的に見ると、各
領域における分子配列変化は、分子配列の変化に等しく
応答速度はこれに準じた値をとるため、応答速度は従来
のユニフォームツイスト配列のＴＮ−ＬＣＤやＳＴＮ−
ＬＣＤ、ホモジニアス配列ＬＣＤよりもさらに速いこと
がわかっており、したがって、本発明の液晶表示素子も
極めて速い応答速度を得ることになる（先願の特願昭３
−３４４５９２号、特願昭３−３４４５９３号参照）。

【００５０】さらに本発明によれば、以下の作用効果を
もつ素子を生産性高く得ることができる。

【００５１】僅かな液晶分子配列変化によって光透過状
態と光散乱状態の２状態を得るので電気光学特性にヒス
テリシスを生じない。

【００５２】また、液晶のねじれ角度（０°を含む）の
違いによって、前述の領域の境界の分子配列状態の組み
合わせも異なるため、種々の組み合わせが可能となり、
電気光学特性の急峻なものや、なだらかなものなど、種
々実現可能である。ただし、ねじれ角を２７０°よりも
大きくすると、電圧印加状態から無印加状態に切り換え
た時、電圧印加状態の分子配列をメモリーすることがあ
る。これは結果的に電気光学特性にヒステリシスを生じ
させることとなるので好ましくない。したがって液晶の
ねじれ角は０°乃至２７０°とするのがよい。

【００５３】また、液晶表示素子をねじれ角０°で作製
し、直交した２枚の偏光板間に各ラビング方向（セル平
面で考えて上下基板で同一方向である）と一方の偏光板
の吸収軸が平行となるように組み合わせると、散乱光源
を用いた場合でも透過型のディスプレーとなり得る。こ
の場合、複屈折効果を利用した光学モードとなり、前述
した透過率は低下するが、光透過状態を液晶層の光散乱
状態によって実現するため視角依存性が少ないといった
効果を得る。特に階調表示をした際に表示が反転するよ
うな現象が生じないため、直視型のディスプレーとし
て、従来のＴＮ−ＬＣＤ等より優れた表示特性を得るこ
とができる。

【００５４】また、液晶層の光散乱状態を僅かな液晶分
子配列変化によって実現することができるので、印加電
圧は極めて小さい値となる。よって低電圧駆動が可能と
なるといった利点も得ることができる。

【００５５】

【実施例】以下本発明の液晶表示素子の実施例を説明す
る。

【００５６】（実施例）図１は本実施例を示し、図１
（ａ）は上下電極のパターンを示す斜視図、図１（ｂ）
は電極を相対向させた液晶セルの略断面図である。

【００５７】ガラスでできた上基板１１の一方の面全面
にＩＴＯの透明共通電極１３が形成され、その表面に主
鎖型ポリイミドである上配向膜（ＡＬ−１０５１、日本
合成ゴム製）１５を積層している。他方のガラスででき
た下電極１２の一面にＩＴＯでできた画素単位でモザイ
ク状に配置された３００μｍ×３００μｍの画素電極１
４が設けられ、表面に上配向膜と同じ主鎖型ポリイミド
の下配向膜（ＡＬ−１０５１、日本合成ゴム製）１６が
積層される。上下配向膜１５、１６のプレチルト角は１
°である。

【００５８】上電極１３は一画素ｐごとに幅２０μｍの
複数のスリットすなわち非導電部１３ｂを有して幅２０
μｍの導電部１３ａを４０μｍピッチでストライプ状に
配列したパターンでなり、一画素３００μｍ幅の中に６
本の導電部１３ａを形成している。

【００５９】相対する下電極１４も同じく２０μｍ幅の
導電部１４ａと２０μｍ幅の非導電部１４ｂを等間隔で
配置したパターンを有し、３００μｍ幅内に６本の導電
部１４ａを形成している。これら電極の導電部は上下基
板を相対させた状態で相互に２０μｍずらしてあり、一
方の電極の導電部１３ａまたは１４ａが他方の電極の非
導電部１４ｂまたは１３ｂに対面する。下電極１４はＴ
ＦＴスイッチング素子１７を有し、ゲート線１８と信号
線１９に接続される。

【００６０】上下基板の配向方向Ｆ、Ｒを図示のように
電極の導電部に直交するように、かつ同一方向とし、上
下基板の間隙を１０μｍとしてセルを形成する。この基
板間隙に誘電異方性が正のネマティック液晶（ＺＬＩ−
３９２６、メルクジャパン製）を充填し、液晶層２０と
する。この液晶はΔｎが０．２０３０と大きく、液晶層
を１０μｍと厚く選択することと共に光散乱性を高めて
いる。

【００６１】このようにして得られた本実施例の液晶表
示素子にＴＦＴ１７を介して電源２１から電圧を印加し
てディスクリネーションラインの発生度合を顕微鏡で観
察したところ、素子全面にわたり電極として設けた２０
μｍ幅のスリット電極に応じたディスクリネーションラ
インが均一に発生した。

【００６２】すなわち電圧印加により、電極間に横電界
成分をもつ電界が発生し、一画素の微小な範囲で横電界
成分の方向が変化するから、液晶層２０の液晶分子Ｍが
電界に応じて配列を変化する。したがって、液晶配列の
境に多数のディスクリネーションラインＤＬが発生して
光散乱状態を作りだす。

【００６３】素子の透過率−印加電圧曲線を求めるため
に、液晶表示素子にＨｅ−Ｎｅレーザー光を入射させ、
透過率を測定した。光のスポット径は２ｍｍで、透過し
たレーザー光は液晶表示素子から距離２０ｃｍのところ
にあるフォトダイオードにより検出した。図１３に０Ｖ
から徐々に印加電圧を５Ｖまで増加、５Ｖから徐々に０
Ｖまで減少させていったときの透過率−印加電圧曲線を
示す。電圧を印加していない状態（０Ｖ印加）では透過
率約８０％を示した。また、印加電圧２．８Ｖでは最少
透過率０．４％と良好な散乱状態が得られた。また、印
加電圧２．８Ｖ及び０Ｖにて、応答速度を測定したとこ
ろ立ち上がり７ｍｓｅｃ、立ち下がり２５ｍｓｅｃと極
めて速い値を得た。

【００６４】（比較例）配向膜として、プレチルト角が
３°の側鎖型のポリイミド（ＡＬ−３０４６，日本合成
ゴム製）を用いた以外、実施例と同条件の液晶表示素子
を作製した。この素子を電圧印加により駆動したとこ
ろ、ディスクリネーションラインが発生したが、発生箇
所を顕微鏡にて観察してみると、一画素の電極に設けた
２０μｍピッチのスリットに応じたディスクリネーショ
ンラインの発生は、素子全面に対して約８０％の領域で
あった。両基板面の多数箇所のプレチルト角を調べたと
ころ素子面で２．５°乃至４°とばらついていることが
判明した。

【００６５】以上実施例により説明したが、本発明にお
いて２．５°以下の低プレチルト角を誘起する配向膜で
あれば他の材料（例えば商品名ＨＬ−１１００，日立化
成製、商品名ＲＮ−２５６，日産化学製）を用いること
ができ、両基板のプレチルト角の差を０．３°以下の範
囲にすることが容易になる。また、単純マトリクス型、
アクティブマトリクス型さらにそのスイッチング素子と
してＴＦＴの他ＭＩＭなどの他の素子を用いる表示素子
など種々の表示素子に適用できることはいうまでもな
い。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、印加する斜め電圧に応
じた液晶分子配列挙動が得られ、コントラスト比の高い
階調性に優れた液晶表示素子が生産性高く得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の一実施例を説明する図
で、（ａ）は電極の斜視図、（ｂ）は作用説明の断面
図。

【図２】プレチルト角を説明する図で、（ａ）は断面略
図、（ｂ）は平面略図。

【図３】ユニフォーム配列を説明する図で、（ａ）は平
面略図、（ｂ）は断面略図。

【図４】電圧印加時のユニフォームツイスト配列の液晶
分子の振るまいを説明する断面略図。

【図５】印加電圧と透過率の関係を説明する曲線図。

【図６】ユニフォームツイスト配列を説明する平面略
図。

【図７】ユニフォームツイスト配列を説明する平面略
図。

【図８】スプレイ配列を説明する図で、（ａ）は平面略
図、（ｂ）は断面略図。

【図９】スプレイツイスト配列を説明する平面略図。

【図１０】スプレイツイスト配列を説明する平面略図。

【図１１】（ａ）乃至（ｆ）はスプレイ配列の液晶分子
の印加電圧の有無による振るまいを説明する断面略図。

【図１２】側鎖のない主鎖型配向膜と側鎖を有する配向
膜のラビング強度に対するプレチルト角の変化を示す曲
線図。

【図１３】本発明の実施例の素子の透過率−印加電圧曲
線図。

【図１４】従来素子を説明するもので、（ａ）はカプセ
ル状構造の断面略図、（ｂ）は繊維状ポリマー構造の断
面略図。

【符号の説明】

１１…上基板１２…下基板１３…上電極１３ａ…導電体部１３ｂ…非導電体部１４…下電極１４ａ…導電体部１４ｂ…非導電体部１５、１６…配向膜２０…液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者羽藤仁神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向して複数の画素を形成する電極をそ
れぞれ有する２枚の基板間に誘電異方性が正のネマティ
ック液晶からなる液晶層を挟持し、前記基板表面上で液
晶分子長軸を一方向に配列させるチルト配向を誘起する
配向膜を有しており、２枚の基板上での液晶分子配列方
向の交差角がθ（０°≦θ≦９０°）であり、２枚の基
板表面上でのプレチルト角によって液晶をユニフォーム
ツイスト配列させるように決まるセルツイスト角がψで
ある液晶表示素子において、液晶層に電圧を印加しない
状態で、ψが±θ（便宜的にツイスト方向が左まわりの
時＋、右回りの時−とする。）のとき、液晶のツイスト
角ωが±θ＋１８０°または、±θ−１８０°であり、
ψが±（θ−１８０°）のとき、液晶ツイスト角ωが±
θであり（以上複号同順）、前記両基板の電極が画素ご
とに、最も狭い幅が３０μｍ以下である微細な領域を単
位とした導電体部と非導電体部からなり、両基板間で一
方の電極の導電体部と他方の電極の非導電体部の少なく
とも一部が対向して配置され、かつ前記両基板における
プレチルト角が２．５°以下であり、両基板におけるプ
レチルト角のさが０．３°以下でなることを特徴とする
液晶表示素子。
【請求項２】両基板の配向膜が側鎖のない主鎖型有機
化合物でなることを特徴とする請求項１記載の液晶表示
素子。