JPH09160042A

JPH09160042A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JPH09160042A
Application number: JP32030095A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Hisatake; 雄三久武; Takeshi Oyama; 毅大山; Kiyoshi Shobara; 潔庄原; Hitoshi Hado; 仁羽藤; Makiko Satou; 摩希子佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-12-08
Filing date: 1995-12-08
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】視角特性、応答速度、駆動電圧（消費電
力）、表示輝度、温度特性を改善した液晶表示素子を得
る。【解決手段】２枚の偏光板３、４とこの間に対向して
複数の画素を形成する電極５、６をそれぞれ有する２枚
の基板１、２を対向させて液晶層７を挟持してなる液晶
セルを有する液晶表示素子に関する。両基板の電極を画
素毎に細い導電体部とその間の非導電体部から形成され
るように並置する。非導電体部の幅を導電体部の幅より
も大きくして、両基板を組み合わせたときに、一方の電
極の導電体部が他方の電極の非導電体部に対向するよう
にして、液晶層に斜め電界を印加できる構造としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，液晶表示素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄型軽量、低消費電力という大き
な利点を持つ液晶表示素子は、日本語ワ−ドプロセッサ
やディスクトップパ−ソナルコンピュ−タ−等のパ−ソ
ナルＯＡ機器の表示装置として積極的に用いられてい
る。液晶表示素子（以下ＬＣＤと略称）の殆どは、ネマ
ティック液晶を用いており、表示方式としては、複屈折
モ−ドと旋光モ−ドの２つの方式に大別できる。捩じ
れネマティック液晶を用いた複屈折モ−ドの表示方式の
ＬＣＤは、例えば、１８０゜以上捩じれた分子配列から
なるＬＣＤ（ＳＴ方式と呼ばれる）であり、急峻な電気
光学特性を持つため、各画素ごとにスイッチング素子
（薄膜トランジスタやダイオ−ド）が無くても時分割駆
動により容易に大容量表示が得られる。

【０００３】しかしながら前述したＳＴ方式は応答そく
どが数百ミリ秒と遅く、また視角特性も狭いので高い表
示性能を必要とする応用製品には適さない。

【０００４】一方、旋光モ−ドのＬＣＤは９０゜捩じれ
た分子配列をもち（ＴＮ方式と呼ばれる）、高いコント
ラスト比を示すことから、時計や電卓、さらにはスイッ
チング素子を各画素ごとに設けることにより大表示容量
で高コントラストな高い表示性能を持ったＬＣＤ（たと
えばＴＦＴ−ＬＣＤ）を実現することができる。

【０００５】近年、このＴＮ方式のＴＦＴ−ＬＣＤは階
調表示を行っているが、斜めから観察した場合には表示
の反転や黒つぶれ、白抜けといった現象が生じる。よっ
て、視角特性は極めて狭い。また、このＴＮ方式のＴ
ＦＴ−ＬＣＤは高品位化に伴い、デスクトップモニタ等
大型でかつ極めて高精細な応用製品にも用いられるよう
になった。こうした分野や、高品位のＴＶ用途に応用す
る場合、極めて早い応答速度が必要になるが、前記ＴＮ
方式は階調表示を行った場合、パタ−ン書き替えに要す
る応答時間は最大１００ミリ秒と遅い。

【０００６】また、このＴＮ方式は高いコントラスト特
性を得るには、動作電圧が４〜５ｖ必要であり、消費電
力は高い。

【０００７】前述したＴＮ方式の視角特性を改善する手
段として、一画素内に液晶分子の起き上がる方向（プレ
チルト方向）が１８０゜異なる二領域を設けた液晶表示
素子を用いて視角依存性を改善する方法（Two Domain
ＴＮ：ＴＤＴＮと略称例えば、特開昭６４−８８５２
０）や、スプレイ配列を用い、ＴＤＴＮと同様の効果を
得るDomain Divided ＴＮ（ＤＤＴＮと略称 Y.Koike,e
t.al.,1992,SID,p798)などが提案されている。これら
は、前述した印加電圧−透過率特性の視角依存性が異な
る二領域を一画素として、前述した極値を事実上なくす
ことを目的としている。

【０００８】しかしながら、これらの手法は、微細な領
域内でプレチルト方向を変えるためにレジストをパタ−
ニングしてラビングしたり、微細な領域内で２種の配向
膜（表面状態や材料）を形成するためにパタ−ニングや
マスク露光をしたり、と従来のＴＮ方式の工程より工程
数が増え、著しくコスト高となるため、実用的でない。

【０００９】また、ある程度の視角範囲では前述した極
値をなくすことができるが、視角特性は視角依存性が異
なる二領域の個々の特性の平均の特性であり、視角方向
によっては極致をなくすことができない。また、コント
ラストについては、悪い特性と良い特性を平均化するの
で、平均的な特性となってしまい良い特性単体よりもコ
ントラストが低下してしまう。また、応答速度について
は従来のＴＮ方式と変わりない。

【００１０】これに対し、ヤマグチ（Ｙ．Ｙａｍａｇｕ
ｃｈｉ）らは、ツイストしていないスプレイ配列のネマ
ティック液晶層に電圧を印加して、ベント配列としてこ
のベント配列を維持する印加電圧範囲内で液晶分子のチ
ルト状態を印加電圧値により制御し、液晶層における位
相差を電圧により制御する複屈折効果型の液晶表示モ−
ド：ＯＣＢモ−ド（ＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐｅｎ
ｓａｔｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅｍｏｄｅ）
を提案している（Ｙ．Ｙａｍａｇｕｃｈｉ，ｅｔａｌ．
ＳＩＤ９３ＤＩＧＥＳＴ，ｐｐ２７７−２８０）。ま
た、Ｐ．Ｂｏｓらも同様の液晶表示モ−ドを提案してい
る（Ｐ．Ｂｏｓ，ｅｔａｌ．ＳＩＤ´８３ＤＩＧＥＳ
Ｔ，ｐｐ３０−３１）。

【００１１】このＯＣＢモ−ドの基本的構成を図２に示
す。これらの表示モ−ドの液晶分子７−１の配列は、液
晶層７の上半分、下半分が常時対称なベント配列形状と
なっていることが特徴である。従って図２に示すＸ方位
（左右方位）に視角（観察角度）を傾けても、その視角
特性は対称となる。さらに、２軸の位相差板８を配置す
ることにより、ある電圧状態にて、前記液晶層７と前記
２軸の位相差板８の屈折率楕円体が球となり（つまり３
次元的に屈折率異方性が無い光学媒体となること）、こ
の状態からＸ方位に位相差を発生させることにより、種
々の視角において位相差が０から２分の１波長まで変化
する電圧制御が可能となり、前述した視角依存性が殆ど
ない表示モ−ドとなっている。

【００１２】このようにＯＣＢモ−ドは、前述した階調
性能、コントラスト性能の視角特性の点では優れてい
る。しかしながら、前記ＯＣＢモ−ドは、液晶分子配列
をスプレイ配列（電圧無印加状態）から、電圧印加によ
りベント配列に転移させる必要があり、これには強いエ
ネルギ−が必要で、実際には（転移後の）駆動電圧以上
の電圧を印加する必要があった。大容量で高精細な表示
を行う場合、ＴＦＴが必要となるが、このＴＦＴ素子で
は印加できない電圧であり、前記ＯＣＢモ−ドは大容量
で高精細な表示には実用できなかった。また、転移に要
する時間は１分以上も掛り、ディスプレイを立ち上げて
から表示が出るまで、まるで真空管を用いたＣＲＴディ
スプレイのように時間が掛る。

【００１３】また、前記ＯＣＢモ−ドは、ベント配列を
維持する（スプレイ配列への転移を防止する）必要があ
り、このためにはある程度の電圧を常時全変調部に印加
しておく必要がある。素子の駆動電圧を少しでも低くす
るためには、前記ベント配列を維持する電圧を駆動電圧
範囲の下限とする必要がある。この場合、この印加電圧
においてベント配列が安定して維持される必要がある。
しかしながら、ベント配列が安定して維持される印加電
圧は、およそ２．５Ｖと高く、結果的に駆動電圧は高い
ものとなっていた。

【００１４】また、十分なコントラストを得るには動作
電圧として５〜８ｖも必要であり、消費電力は極めて高
い。

【００１５】また、高温状態では液晶相のリタデ−ショ
ンが変化するので表示特性が悪化するといった温度特性
の問題もある。また、生産上、上下基板のプレチルト角
を感ぜんに対称に制御する必要があり、面内におけるプ
レチルト角むらのマ−ジンが狭い。よって歩留まりが低
いといった問題もある。

【００１６】これに対し、大江らは一方に基板に基板平
面方向に電界が印加できる電極を形成し、液晶分子の配
列方向を基板平面方向において変化させるＩｎ−ｐｌａ
ｎｅモ−ドを改良し、単純な電極構造からなるＴＦＴア
レイ及びＳＳＦＬＣのように４５゜の分子配列変化とし
たＴＦＴ−ＬＣＤを提案した(M,Oh-e,et.al."Principle
s and Characteristics of Electro-Optical Behaviour
In-Plane SwitchingMode",ASIA DISPLAY '95 DIGEST P
APER p577-580,1995) ：ＩＰＳモ−ド。

【００１７】このＩＰＳモ−ドは、ＳＳＦＬＣ同様、基
板平面方向に液晶分子配列方向を変化させ、リタ−デ−
ションの生じる光軸を電界により制御するものなので前
述した階調表示性能やコントラスト性能の視角特性は極
めて広い。しかしながら、液晶分子の配向規制力（アン
カリング）の影響を強く受けるため応答速度は遅い。ま
た、動作電圧も７ｖと高く消費電力は極めて高い。ま
た、原理的に電極上の液晶分子を変化させることができ
ないので電極上の光偏重は不可能であり、電極は遮光性
のある金属を用いざる終えない。よってＴＦＴ−ＬＣＤ
としては開口率が低くなり、表示輝度は極めて暗くな
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
の表示モ−ドは、視角特性、応答速度、駆動電圧（消費
電力）、表示輝度、温度特性等の問題があり、これらを
全て満足するＬＣＤはなかった。

【００１９】本発明は、こうした従来の表示モ−ドの問
題点を解決し、極めて優れた品位をえる新規な表示モ−
ドの構成を提案することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、２枚の偏光間
に複数の画素を形成する電極をそれぞれ有する２枚の基
板間に液晶層を挟持してなる液晶表示素子において、前
記両基板の電極が画素毎に、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、前記両基板電極の素子法
線方向での断面形状を見た時、一方の基板のみに導電体
部を有する幅ＲＥ、及び他方の基板のみに導電体部を有
する幅ＦＥ、両基板とも非導電体部である幅ＳＳが順
に、ＲＥ・ＳＳ・ＦＥ・ＳＳ・ＲＥ・ＳＳ・ＦＥ・ＳＳ
・……とＳＳを挟んでＲＥとＦＥが交互に配置される断
面形状となっており、かつ少なくとも各画素毎にＲＥ、
ＦＥそれぞれが画素のどこかで電気的にひとつにつなが
った電極構造からなり、前記液晶層に斜め電界を印加で
きる構造としたことを特徴とする液晶表示素子である。
非導電体部とは、導電体部間の間隙または隣接部分また
は同間隙及び隣接部分に、図２に示すような周期的な斜
め電界が液晶層に印加でき、液晶層全体を厚み方向に対
しても、面内方向に対しても、また、電極上の液晶分子
に対しても容易に電界が印加される。

【００２１】２枚の偏光板間に前記液晶セルを挟持し、
前述した従来の表示モ−ド同様、偏光を制御し、入射し
た光の透過／吸収を制御するようにしているので直視型
の液晶表示素子となる。

【００２２】本発明に用いる液晶セルは特願平０６−１
２１６３４号に示される液晶表示素子同様斜め電界を印
加できる液晶セルを用いるものである。しかしながら、
特願平０６−１２１６３４号に示される液晶表示素子は
セルに偏光を入射させる手段は有するものの、検光子は
設けていない。つまり、偏光板を２枚用いた構成でな
い。これに対し本発明は液晶セルを２枚の偏光板間に挟
持した構成としている。これは、前記特願平０６−１２
１６３４号に示される液晶表示素子は直視型ではなく投
影型用に液晶表示素子にて入射した光の透過／散乱を制
御するものであり、構成上も機能上も異なるものであ
る。また、本発明は前述したように入射した光の透過／
吸収を制御するものであり、本発明の目的に特に適した
諸条件は、後述するように前記特願平０６−１２１６３
４号とは異なっている。

【００２３】さらに前記電極の少なくとも一部がＩＴ
Ｏ、ＳｎＯｘなどからなる透明電極とすれば、電極上で
変化する液晶分子配列も表示に有効活用できるようにな
り、実用上の開口率は向上する。

【００２４】具体的な一つの実施形態として、前記液晶
層が正の誘電異方性からなるネマティック液晶組成物を
用い、前記ネマティック液晶組成物は、前記液晶表示素
子に電圧を印加しない状態において、液晶表示素子平面
と略平行かつ、液晶表示素子平面での方位が一様である
分子配列であり、隣接する前記ＦＥ，ＲＥ間に印加でき
る斜め電界の液晶表示素子平面での方位（スカラ−Ｅ）
と液晶分子の液晶表示素子平面での方位（スカラ−Ｌ
Ｃ）のなす角θが、４５゜乃至９０゜である液晶表示素
子とする。

【００２５】また、前記スカラ−Ｅとスカラ−ＬＣのな
す角θが、４５゜乃至６０゜であることを特徴とする液
晶表示素子。

【００２６】また、前記スカラ−Ｅとスカラ−ＬＣのな
す角θが、８０゜乃至９０゜の時、前記液晶表示素子に
電圧を印加しない状態において前記液晶分子配列が、チ
ルトを有するユニフォ−ム配列であり、前記スカラ−Ｅ
とスカラ−ＬＣのなす角θが、４５゜乃至８０゜未満の
時、前記液晶表示素子に電圧を印加しない状態において
前記液晶分子配列が、スプレイ配列もしくはチルトを有
さない（前記液晶表示素子平面に平行である）ユニフォ
−ム配列からなり、前記電極構造により得られる斜め電
界及び前記液晶分子配列により、前記液晶表示素子に電
圧を印加した状態における液晶分子の捩じれ方向が規定
された液晶表示素子である。

【００２７】また、前記液晶層が負の誘電異方性からな
るネマティック液晶組成物からなり、前記ネマティック
液晶組成物は、前記液晶表示素子に電圧を印加しない状
態において、液晶表示素子平面と略平行かつ、液晶表示
素子平面での方位が一様である分子配列であり、隣接す
る前記ＦＥ，ＲＥ間に印加できる斜め電界の液晶表示素
子平面での方位（スカラ−Ｅ）と液晶分子の液晶表示素
子平面での方位（スカラ−ＬＣ）のなす角θが、０゜乃
至４５゜である液晶表示素子。

【００２８】また、前記スカラ−Ｅとスカラ−ＬＣのな
す角θが、３０゜乃至４５゜である液晶表示素子。

【００２９】さらには、前記スカラ−Ｅとスカラ−ＬＣ
のなす角θが、０゜乃至１０゜未満の時、前記液晶表示
素子に電圧を印加しない状態において前記液晶分子配列
が、スプレイ配列もしくはチルトを有さない（前記液晶
表示素子平面に平行である）ユニフォ−ム配列からな
り、前記スカラ−Ｅとスカラ−ＬＣのなす角θが、１０
゜乃至４５゜の時、前記液晶表示素子に電圧を印加しな
い状態において前記液晶分子配列が、チルトを有するユ
ニフォ−ム配列であり、前記電極構造により得られる斜
め電界及び前記液晶分子配列により、前記液晶表示素子
に電圧を印加した状態における液晶分子の捩じれ方向が
規定された液晶表示素子。

【００３０】前記ＦＥ，ＲＥ間に電圧を印加すれば、図
１に示すような斜め電界が形成され、液晶分子配列は液
晶表示素子平面において電界方位に並ぼうとするため、
電圧を印加しない状態と比較して液晶表示素子平面での
方位を４５゜以上変化させることができる。前記液晶表
示素子の電圧を印加しない状態での位相差を０より大と
しておけば２枚の偏光器により入射した光の透過／吸収
を制御できる。

【００３１】図１（ａ）、（ｃ）に示すように本発明の
液晶表示素子は液晶セル（液晶層７）を２枚の板状偏光
器３、４間に挟持した構成となっている。入射光側に設
けた偏光板３は偏光子の機能を果たし、セルに直線偏光
を入射する。本発明の液晶表示素子は位相差が生じる光
軸（例えば液晶層７の液晶分子配列方向であり、この方
向は液晶層７の光軸でもある。）が電界制御されるもの
であり、セルに入射した直線偏光の位相を液晶セルにて
制御できるものである。図１（ｂ）は電圧無印加時の液
晶分子７−２と電圧印加時の液晶分子７−１の光軸の差
異を示している。さらに出射光側に設けた偏光板は検光
子としての機能を果たし、液晶セルにて制御された偏光
光を透過若しくは吸収する。

【００３２】液晶層７に印加される電界は液晶表示素子
平面で考えれば平面方位の電界であるが、電極は双方の
基板１、２の液晶層側に位置しており、印加される電界
は、液晶層厚方向全体に容易に印加される。よって、前
述したＩＰＳのように一方の基板のみに電極を設けて平
面方位のみの電界によって液晶層全体を制御するものよ
り低い印加電圧で制御できる。

【００３３】図３は本発明の液晶表示素子の電界方位及
び液晶分子配列を説明した図である。図１（ｃ）に示す
ように本発明の液晶表示素子は斜め方向の電界１０を印
加できる電極構造となっている。図３（ａ）はその電気
力線１１を示したものである。これを平面的にみると図
３（ｂ）のようになる。本発明の液晶表示素子は前記液
晶表示素子の電極５、６に電圧を印加しない状態におい
て、液晶表示素子平面と略平行かつ、液晶表示素子平面
での方位が一様である分子配列としている。その分子配
列７−２の一例としては図３（ｃ）に示す配列がある。
これらをセルの平面で観察した場合の分子配列のイメ−
ジを図３（ｄ）に示す。図３（ｃ）、（ｄ）に示すよう
に液晶分子配列を液晶表示素子平面での方位が一様であ
る分子配列とした場合、その液晶分子長軸（光軸）には
液晶層厚ｄに応じたリタ−デ−ションＲ（＝Δｎｄ Δ
ｎ：液晶組成物の屈折率異方性）を持つ。こうしたリタ
デ−ションを持つ層に偏光光を入射した場合、その偏光
光の偏光方位と前記液晶分子長軸（光軸）のなす角度
（＝θ）に応じて、その偏光光の位相を変化させること
ができる。本発明の液晶表示素子は前記液晶分子配列の
平面方位を電界により制御できるので前記θを変化させ
ることができる。例えば偏光子と検光子を直交配置させ
た場合、セルに入射した偏光光の強度Ｉ0 に対し、検光
子を出射する光の強度Ｉは、Ｉ＝Ｉ0 ×ｓｉｎ²（２θ）×ｓｉｎ²（Ｒπ／λ）………（１）となる。Ｒの値を可視光波長の１／２倍とし、θの値を
π／４とすればＩ＝Ｉ0となる。

【００３４】（１）式を計算すると図４のようになる。
図から明らかなように、Ｒの値に対してもθの値に対し
てもＩは極値を持つ。θを変化させる本発明の液晶表示
素子はＲの値を可視光波長の１／２倍とすることにより
最も高い光強度を得る。θは０、及びπ／２で極小値０
を取り、π／４（＋ｍπ／２ｍ：０，１，２，３…）
で極大値Ｉ0 ×ｓｉｎ²（Ｒπ／λ）を取る。よって高
いコントラストを得るにはθの値が、少なくとも０から
π／４（π／４から０）以上の変化、例えば０からπ／
３、若しくはπ／４からπ／２（π／２からπ／４）以
上の変化をするように電界方位に対しての液晶分子配列
方位を定めれば良い。

【００３５】本発明の液晶表示素子は図１、図３に示す
ように、十分な電界を印加した場合、誘電異方性Δεが
正のネマティック液晶の場合、液晶分子配列は電界方位
に平行な状態をとる。従って電圧を印加していない状態
での前記θの値を４５゜乃至９０゜とすれば、前述した
高いコントラストを得る必要条件を満たすこととなる。
また、誘電異方性Δεが負のネマティック液晶の場合、
液晶分子配列は電界方位と直交した方位に配列する。し
たがって、この状態でθの取り得る値の最小値はπ／２
である。また、電圧を印加しない状態での液晶分子配
列から取り得るθの値の最小値は０であるから、高いコ
ントラストを得るためには、電圧を印加していない状態
での前記θの値を０゜以上４５゜未満とすればよい。

【００３６】図５にθの値、Ｒの値を変えて作製した本
発明の液晶表示素子の電気光学特性の測定結果を示す。
いずれの液晶セルも液晶層厚ｄ＝５μｍとし、電極幅Ｆ
Ｅ，ＲＥはともに５μｍ、電極ピッチＰは上下基板とも
１８μｍ、前記幅ＳＳの値は４μｍとしており、液晶分
子の配向処理はチルトを有さない（前記液晶表示素子平
面に平行である）ユニフォ−ム配列としている。

【００３７】また、前記液晶表示素子平面における液晶
分子配列方位と入射光側に設けた偏光子の吸収軸を平行
に配置し、出射光側には、吸収軸が前記偏光子の吸収軸
と直交するよう検光子を配置し、各々のセルの上下基板
の電極間に６０Ｈｚの方形波の交流電圧を印加し、２枚
の平行配置偏光板の透過光強度Ｉ₀に対する透過光強度
Ｉ／Ｉ0 を波長５５０ｎｍの短波長の光を入射させ、測
定したものである。いずれも液晶材料は正の誘電異方性
を示すネマティック液晶組成物である。

【００３８】図５（ａ）はθ＝９０゜，Ｒ＝０．３０μ
ｍとしたセルａの測定結果であり、図５（ｂ）はθ＝９
０゜，Ｒ＝０．２５μｍとしたセルｂの測定結果であ
り、図５（ｃ）はθ＝６０゜，Ｒ＝０．３０μｍとした
セルｃの測定結果であり、図５（ｄ）はθ＝４５゜，Ｒ
＝０．３０μｍとしたセルｄの測定結果であり、図５
（ｅ）はθ＝６０゜，Ｒ＝０．２５μｍとしたセルｅの
測定結果である。

【００３９】いずれの結果においても電圧を印加しない
場合のＩ／Ｉ0 は０．００１程度であり、最大コントラ
スト比は１０００：１程度あった。最大コントラストを
得る印加電圧値ＶCRはθに依存している。θが大である
ほどＶCRは小さい。これは、液晶表示素子平面での液晶
分子配列方位の変化度合いが電圧を印加した状態でのθ
の値が大であればあるほど大きいからである。

【００４０】また、Ｒに対してはＲ＝０．３０μｍとし
た場合、Ｉ／Ｉ0 は１を得るが、Ｒ＝０．２５μｍの場
合これより小さい値となる。これは（１）式におけるｓ
ｉｎ²（Ｒπ／λ）のＲが、試作した液晶セルの電圧を
印加しない状態でのＲ値が入射光波長の１／２より、や
や大きい値にて丁度１／２になるためであり、実際に電
圧を印加した際の液晶セルは、電圧を印加しない状態で
Ｒ＝０．３０μｍであるときにＲが入射光波長（λ＝５
５０ｎｍ）の１／２となるためである。

【００４１】前記電圧を印加しない状態でのθの値を４
５゜乃至６０゜とすれば電気光学特性は、ほど良い急峻
性を示し、最大Ｉ／Ｉ0 を得る電圧のマ−ジンは広くな
り、容易に駆動できるようになる。

【００４２】θの値が４５゜未満だと、θの値を４５゜
乃至６０゜とした場合と比較して最大Ｉ／Ｉ0 の値が小
さくなることとなり、コントラストが低下する。

【００４３】また、θの値を６０゜より大とすると電気
光学特性が急峻に成り過ぎる。

【００４４】特に偏光子と検光子を平行配置したり、偏
光子と検光子を直交配置し、電圧を印加しない状態での
液晶分子配列方位と偏光板の吸収軸とのなす角度を４５
゜とした場合、表示はノ−マリ−ブラックとなる。

【００４５】図７は偏光子と検光子を直交配置し、電圧
を印加しない状態での液晶分子配列方位と偏光板の吸収
軸とのなす角度を４５゜とした場合のセルの電気光学特
性の測定結果である。

【００４６】セルａ、ｂ（図７（ａ）（ｂ））と比較し
てセルｃ（図７（ｃ））は電気光学特性が急峻でなく、
その分最小Ｉ／Ｉ0 の値をとる電圧値のマ−ジンが広
い。このノ−マリ−ブラック表示の構成とした場合、最
小Ｉ／Ｉ0 の値をとる電圧値のマ−ジンが狭いとセル厚
マ−ジン、温度特性等に多大に影響するため、好ましく
ない。よって、電圧を印加しない状態でのθの値を４５
゜乃至６０゜とすればより優れた性能えられることが解
る。

【００４７】これらのことは液晶組成物が負の誘電異方
性を示すネマティック液晶を用いた場合、また、液晶分
子配列の安定性を考えてみる。本発明の液晶表示素子の
液晶分子配列は図３（ｃ）（ｄ）に示すような３つに分
類される。この内チルトを有するユニフォ−ム配列は液
晶表示素子平面に対して一様にチルト配向しているもの
であり、平面図を描けば図３（ｄ）に示すように頭を描
くこととなる。

【００４８】同様にチルトを有さないユニフォ−ム配列
やスプレイ配列は液晶分子の平均的傾きは液晶表示素子
平面に対して平行である。よって、図３（ｄ）に示すよ
うに液晶分子の平面図を描くと頭のない絵となる。ちな
みに前述したθを示すと図３（ｅ）のようになる。ま
た、本発明の液晶表示素子における印加電界を図示する
と図３（ａ）（ｂ）のようになる。電界は斜め電界であ
り、液晶表示素子平面に対して傾きをもった電界であ
る。これを平面的にみて手前（頭）を大きく描いたのが
図３（ｂ）である。以降、電界の液晶表示素子平面に対
する傾きを図３（ｂ）のように描く。ここで液晶組成物
が正の誘電異方性を示すネマティック液晶を考えると、
液晶層に電界を印加した時、液晶分子は電界方向に向く
こととなる。それぞれの分子配列とθの値に対して液晶
分子の挙動を考えると図１３のようになる。

【００４９】図１３（ａ）は液晶分子配列がチルトを有
するユニフォ−ム配列であり、θの値が９０゜の場合の
分子配列挙動を示したものである。前記θの値は０乃至
９０゜未満である。これは液晶分子が電界方向に対し配
列方向を変化させる際、当然液晶分子は交差角の小さい
方向に回転するからである。ただしθの値が９０゜の場
合、回転方向は右回りとも左回りとも規定されない。

【００５０】しかしながら、図示するように液晶分子配
列は一様なチルトを有しているので電界方向に傾きのあ
る本発明の液晶表示素子では、液晶分子の頭のほうが電
界方位の頭の方に回転しやすい。このほうが電圧印加前
後で液晶分子のチルト方位が変化しないからである。
（逆方向に回転するには電圧を印加しない状態でのチル
ト方向と逆の方向にチルトする必要があるため）。よっ
て、θの値が９０゜であり、液晶分子配列がチルトを有
するユニフォ−ム配列の場合、液晶分子配列は常に安定
している。

【００５１】同様のことをθが３０゜の場合について考
えてみる。図１３（ｃ）は液晶分子配列がチルトを有す
るユニフォ−ム配列であり、θの値が３０゜の場合の分
子配列挙動を示したものである。液晶分子が電界方向に
対し配列方向を変化させる際、液晶分子が交差角の小さ
い方向に回転することを考えると、図示するように一方
では液晶分子のチルト方位に準じて回転できるが、他方
では電圧を印加しない状態でのチルト方向と逆の方向に
チルトする必要が生じることとなる。こうした場合液晶
分子配列は不安定となり、一様な配列を維持できずディ
スクリネ−ションが生じたりする。

【００５２】これに対し、液晶分子配列がチルトを有さ
ないユニフォ−ム配列やスプレイ配列の場合を考えてみ
る。図１３（ｂ）は液晶分子配列がチルトを有さないユ
ニフォ−ム配列若しくはスプレイ配列であり、θの値が
３０゜の場合の分子配列挙動を示したものである。

【００５３】電圧を印加しない状態での液晶分子は平均
的には液晶表示素子平面と平行であり、傾きは持ってい
ないと見なせる。よって、いずれの回転方向に対しても
逆方向にチルトするようなことはない。よって、θを指
す回転方向に回転する。つまり液晶分子と電界方位の交
差角の小さい方に回転する。

【００５４】同様のことをθの値が９０゜の場合につい
て考えてみる。図１３（ｄ）は液晶分子配列がチルトを
有さないユニフォ−ム配列若しくはスプレイ配列であ
り、θの値が９０゜の場合の分子配列挙動を示したもの
である。この場合、図１３（ｃ）のように逆にチルトす
る必要はないが液晶分子の回転方向はθの値からも、分
子配列からも規定されない。液晶分子配列も前記交差角
も中性であるからである。よって、左回りにも右回りに
も回転することとなり、液晶分子配列は不安定となる。

【００５５】このように、θが９０゜の場合のように、
液晶分子の回転方向が規定されない場合は、液晶分子配
列がチルトを有するユニフォ−ムとしておけば分子配列
と電界の傾きにより、回転方向は規定され液晶分子配列
は常に安定となる。このことはθの値が８０゜乃至９０
゜の場合に得られることを実験により確認している。逆
にθの値が８０゜未満の場合、θの値により回転方向は
規定される。この場合、液晶分子が逆にチルトするこを
防止するには液晶分子配列を中性にしてやればよく、具
体的にはチルトを有さないユニフォ−ム配列若しくはス
プレイ配列とすれば液晶分子配列は常に安定することと
なる。

【００５６】以上説明したように電極構造により得られ
る斜め電界及び液晶分子配列により、液晶分子の回転方
向が規定され、逆方向にチルトしない構造とすれば液晶
分子配列は常に安定する。

【００５７】同様のことを負の誘電異方性を示すネマテ
ィック液晶について考えると、前記スカラ−Ｅとスカラ
−ＬＣのなす角θが、０゜乃至１０゜未満の時、前記液
晶表示素子に電圧を印加しない状態において前記液晶分
子配列が、スプレイ配列もしくはチルトを有さない（前
記液晶表示素子平面に平行である）ユニフォ−ム配列か
らなり、前記スカラ−Ｅとスカラ−ＬＣのなす角θが、
１０゜乃至４５゜の時、前記液晶表示素子に電圧を印加
しない状態において前記液晶分子配列が、チルトを有す
るユニフォ−ム配列であるようにすればよいこととな
る。

【００５８】また、チルトを有するユニフォ−ム配列で
あり、なおかつθの値が前述した回転方向が規定されな
い値としていても、（誘電異方性が正の場合、前記スカ
ラ−Ｅとスカラ−ＬＣのなす角θが４５゜乃至８０゜未
満の時、誘電異方性が負の場合、液晶表示素子であり、
前記スカラ−Ｅとスカラ−ＬＣのなす角θが０゜乃至１
０゜未満の時、）前記液晶分子のチルト方位が、前記斜
め電界の方位毎に異なるよう少なくとも２種の方位から
なる配向分割をなせば前述した逆方向へのチルトは防止
できることとなり、液晶分子配列は常に安定する。

【００５９】次に入射光の波長に対する依存性について
考える。図６は液晶層厚ｄ＝５μｍとし、電極幅ＦＥ，
ＲＥはともに５μｍ、電極ピッチＰは上下基板とも１８
μｍ、前記ＳＳの値は４μｍであり、液晶分子の配向処
理はチルトを有さない（前記液晶表示素子平面に平行で
ある）ユニフォ−ム配列であり、θ＝９０゜，Ｒ＝０．
３０μｍ（λ＝５５０ｎｍ）としたセルａの電気光学特
性を入射光波長を変化させて測定した結果である。入射
させた光はλ＝４４０（図中Ｂ），５５０（図中Ｇ），
６２０（図中Ｒ）ｎｍである。いずれの測定も、セルの
上下基板の電極間に６０Ｈｚの方形波の交流電圧を印加
し、２枚の平行配置偏光板の透過光強度Ｉ₀に対する透
過光強度Ｉ／Ｉ0 を測定したものである。

【００６０】図からあきらかなように電気光学特性には
波長依存性がある。これは、（１）式に示すように、本
発明の液晶表示素子が液晶セルによる位相の制御により
表示をしているからであり、その位相差はＲ／λにより
切るためである。一般的に液晶材料には屈折率異方性Δ
ｎがあるが、その値は波長分散特性をもつ。液晶層厚ｄ
は波長によらず一定であるのでＲの値は液晶材料の屈折
率異方性の波長分散特性により決まる。液晶材料の波長
分散特性は可視光波長に対しては波長が大であるほど屈
折率異方性Δｎは小さい。よって、Ｒの値も波長が大で
あるほど小さい。従って、位相差はΔｎより一層、波長
分散特性を持ち、波長が大であるほどＲ／λは小さくな
る。

【００６１】このことは、前記液晶層により生ずる位相
差の波長依存性を解消するように前記偏光板間に位相差
板、光学補償板もしくはこれらの機能を得る膜を加えた
構造とすれば解決される。

【００６２】例えば、図８（ａ）（ｂ）に示すような波
長分散特性を持つ液晶材料を用いた場合、図１（ａ）に
示すような位相差板を液晶セル（液晶層７）と偏光板４
の間に、位相差板（光学補償板）の光軸８−１が液晶分
子配列方位７−２−１と直交するよう挟持すれば、ト−
タルの位相差は各々の位相差の差となり図８（ｃ）のよ
うになる。よって波長によらず一定の位相差（Ｒ／λ）
が得られ波長分散特性は解消されることとなる。図８で
１２−１が位相差板のＲ値、７−２液晶層のＲ値、１３
−２がト−タルのＲ値である。また、実用上のコントラ
スト比を高め、温度特性を抑制し、生産上歩留まりを高
めるには、前記２枚の偏光板を、その吸収軸が直交する
よう配置し、前記液晶表示素子に電圧を印加しない状態
において前記液晶分子の液晶表示素子平面での配列方位
を、前記２枚の偏光板の一方の吸収軸と平行に配置すれ
ばよい。電圧を印加しない状態にて黒表示を得て、なお
かつ、この黒表示は液晶層の層厚や屈折率異方性に影響
されず位相差を持たない状態となる。よって液晶層厚む
らや温度変化による光学補償板、液晶層のリタ−デ−シ
ョン変化、むらに影響されず優れた黒表示を得る。ま
た、液晶層や光学補償板の光学特性が多少設計値とずれ
ても黒表示は優れたものとなる。

【００６３】これら本発明の液晶表示素子は液晶分子配
列方位を液晶表示素子平面で変化させるものであり、黒
表示から白表示に至るまで液晶分子は、ほぼ液晶表示素
子平面と平行に配列している。したがって視野角は極め
て広い。また、本発明の液晶表示素子は液晶層の層厚方
向における中央付近の液晶分子を支配的に制御するもの
なので応答速度が極めて速い。また、この応答速度は前
記液晶表示素子に電圧を印加しない状態において前記液
晶分子の液晶表示素子平面での配列方位を、電界方位に
対して４５゜の角度（θ＝４５゜）に近ずければ近ずけ
るほど速くなる。

【００６４】また、少なくとも一方の基板がＴＦＴ，Ｔ
ＦＤ等のスイッチング素子を有するアクティブマトリク
ス基板を用いれば、極めて優れた表示性能のマトリクス
表示が実現する。また、電気光学特性が急峻でない設計
条件においても優れた表示性能を得ることができる。

【００６５】また、少なくとも一方の基板にカラ−フィ
ルタ−を設ければ優れたカラ−表示が実現される。

【００６６】なお、本発明は問題を解決する手段として
具体的に、ネマティック液晶組成物を用い、た前記液晶
表示素子に電圧を印加しない状態において、液晶表示素
子平面と略平行かつ、液晶表示素子平面での方位が一様
である分子配列を用いているが、用いる液晶材料として
は、スメクティック液晶組成物、カイラルネマティック
液晶組成物、コレステリック液晶組成物、ディスコティ
ック液晶組成物、及びこれらの高分子液晶組成物、低分
子液晶組成物であっても良く、分子配列はハイブリッド
配列、ベンド配列、垂直配列及びこれらにツイスト変形
を加えた配列であっても、同様の原理や効果をえるもの
であれば前述した問題点を解決することができる。

【００６７】また、本発明は解決手段として具体的に、
前記両基板の電極が画素毎に、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、前記両基板電極の素子
法線方向での断面形状を見た時、一方の基板のみに導電
体部を有する幅ＲＥ、及び他方の基板のみに導電体部を
有する幅ＦＥ、両基板とも非導電体部である幅ＳＳが順
に、ＲＥ・ＳＳ・ＦＥ・ＳＳ・ＲＥ・ＳＳ・ＦＥ・ＳＳ
・……とＳＳを挟んでＲＥとＦＥが交互に配置される断
面形状となっており、かつ少なくとも各画素毎にＲＥ、
ＦＥそれぞれが画素のどこかで電気的に一つにつながっ
た電極構造を用いたが、斜め電界を得る電極構成であれ
ば、前述した問題点を解決することができる。

【００６８】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）図９（ｃ）、（ｄ）に示すような構造
からなる上基板（出射光側基板）として、対向基板用Ｉ
ＴＯストライプパタ−ンニングガラス基板を用いた。出
射光側基板のストライプ電極６は（ｃ）に示すように、
１画素領域ｐの１８０μｍ×１８０μｍ内に梯子状の導
電体部を有している。すなわち、両側の導電体条６−
１、６−２間に幅５μｍの複数の導電体部６−２を橋絡
させ、各導電体部間に１３μｍｋ間隙６−３を形成す
る。この間隙が非導電体部となる。

【００６９】（ｄ）は画面の有効表示領域に配置したス
トライプ電極６を示す。画素数はＸ方向に４８０画素、
Ｙ方向に３２０画素である。

【００７０】（ａ）は入力光側基板の画素電極５の１画
素領域を示しており、導電体条の枠５−１内に幅５μｍ
の複数の導電体部５−２をピッチ１８μｍで間隙をおい
て配置する。間隙の幅は１３μｍである。この間隙が非
導電体部５−３となる。枠５−１の隅にＭＩＭスイッチ
ング素子１８−１が形成され、アルミニウム膜でできた
信号線１０に接続される。

【００７１】（ｂ）は画面有効表示領域における電極５
のアレイ配置を示すものである。

【００７２】電極５の導電体部５−２と電極６の非導電
体部６−３が対向し、電極６の導電体部６−２と電極５
の非導電体部５−３がそれぞれ対向するように組み合わ
される。

【００７３】（ａ）（ｂ）に示すように下基板としてＭ
ＩＭからなるスイッチング素子１８−１付きガラス基板
を用いた。このＭＩＭ基板における画素電極は入射光側
基板電極５であり、ＩＴＯを用いた。双方の基板の電極
５、６に透明なＩＴＯを用いることにより、実用上の開
口率を向上させ素子の透過率を高めた。ここで、ＭＩＭ
素子の対極材料として用いたＡｌを対向基板のストライ
プ電極，及びＭＩＭ基板における画素電極として用いれ
ば、実用上の開口率は低下するもののアレイ形成工程が
用いる材料の種類低減、素子と同時に形成できる等の理
由から簡略化できこととなる。こうした基板を用いて、
配向膜（図１の９）として（株）日本合成ゴム製のＡＬ
−１０５１（プレチルト角測定値１゜）を形成し、図に
矢印で示すように画素電極内の微細なストライプパタ−
ンと平行であり、上下基板を対向させたときに１８０゜
方位の異なる方向にラビング処理を施し、前述したθの
値が９０゜であり、ネマティック液晶組成物が前記上下
基板間でチルトを有するユニフォ−ム配列となる配向処
理を施した。下基板側に基板間隙剤として液晶層厚が
５．０μｍとなるよう（株）積水ファインケミカル製の
微粒子：ミクロパ−ル（粒径５．０μｍ）を分散密度１
００個／ｍｍ²となるよう乾式散布法にて散布して、こ
れら基板間に誘電異方性が正の液晶材料として（株）メ
ルクジャパン製ＺＬＩ−２２９３（Δｎ＝0.132:λ＝５
９０ｎｍ）を挟持して本液晶表示素子を得た。

【００７４】しかる後、上基板外面にポリカ−ボネイト
からなる位相差板（Ｒ＝３６０ｎｍ：λ＝５９０ｎｍ）
（同１の８）を光軸が前記液晶分子配列方向と直交する
ようにはりあわせ、しかる後、その上に偏光板を吸収軸
が前記液晶分子配列方向と平行となるようはりあわせ、
また、下基板外面に、偏光板を吸収軸が前記液晶分子配
列方向と直交するようにはりあわせて、本液晶表示素子
に用いる液晶セルを得た。ここで、液晶層厚，液晶組成
物のΔｎを前述した値とし、ポリカ−ボネイトからなる
位相差板をはりあわせたのは、液晶表示素子全体でのＲ
の値をλ／２強とするためであり、位相差板を用いて全
体での位相差を設定したのは、全体での位相差が可視光
波長全域に対し、一様な値となるようにするためであ
る。ここで、位相差板を用いず、液晶組成物のΔｎを
０．０６５にする（例えば（株）メルクジャパン製ＺＬ
Ｉ−１１６５を用いる）等して液晶表示素子を作成して
も本発明の液晶表示素子は得られる。この場合、波長分
散特性を解消するためには、入射光をカラ−フィルタ−
等を用いて分光し、各々の波長に対して駆動電圧を制御
すればよい。

【００７５】このようにして得られた本液晶表示素子に
ＴＦＤを介して電圧を印加して電気光学特性（透過率−
印加電圧曲線）を測定した。透過率−印加電圧曲線を求
めるために、液晶表示素子に３波長蛍光管のバックライ
ト光を入射させ、透過率を測定したところ図５（ａ）に
示す特性と同等の特性を得た。僅か３ｖの印加電圧にて
最大コントラストを得た。印加電圧１．５ｖと３ｖ間に
おけるコントラスト比は４００：１であった。

【００７６】印加電圧１．５ｖと３ｖ間において１６階
調表示をした際の応答時間を各階調間において測定した
ところ、最も応答速度が遅い階調間で立上がり１２ｍ
ｓ、立ち下がり２３ｍｓと従来のＴＮやＩＰＳモ−ドと
比較して極めて速い特性であった。また、前記ＴＦＤを
マルチプレックス駆動してＴＶ表示やコンピュ−タグラ
フィック表示を行い、その階調表示性能や色再現性を観
察したところ素子正面標高のみならず、あらゆる視角方
向において階調表示の反転がなく、色再現性に優れた表
示であることが確認された。印加電圧１．５ｖと３ｖ間
においてコントラスト比の視角特性を測定したところ、
視角６０゜コ−ン内においてコントラスト比２００：１
以上をえた。

【００７７】（実施の形態２）図１０に示すような電極
構造配置からなる上基板（出射光側基板）として、ＲＧ
Ｂからなるカラ−フィルタ−層を電極下に有するＩＴＯ
ストライプパタ−ンニングガラス基板を用い、下基板と
してＭＩＭからなるスイッチング素子付きガラス基板を
用いた。この電極構造は図９に示す実施の形態と同じ
で、１画素Ｐ内にＲＧＢ３色用の電極を配置したもので
ある。梯子幅が３／１になる他は図９と電極形状は変わ
らない。このＭＩＭ基板における画素電極はＩＴＯを用
いた。双方の基板の画素電極に透明なＩＴＯを用いるこ
とにより、実用上の開口率を向上させ素子の透過率を高
めた。こうした基板を用いて、配向膜として（株）日本
合成ゴム製のＡＬ−１０５１（プレチルト角測定値１
゜）を形成し、図に示すように画素電極内の微細なスト
ライプパタ−ンと３０゜の角度をなし、上下基板を対向
させたときに１８０゜方位の異なる方向にラビング処理
を施し、前述したθの値が６０゜であり、ネマティック
液晶組成物が前記上下基板間でチルトを有するスプレイ
配列となる配向処理を施した。ここで液晶分子配列をθ
の値が６０゜となるようにしたのは、液晶分子が電界に
より４５゜以上回転するようにするためであり、また、
電界方位に対して４５゜に近い角度に設定することによ
り、液晶層にかかるトルクを大きくして応答速度を速め
るためである。

【００７８】また、分子配列をスプレイ配列としたの
は、液晶分子配列を中性にして液晶分子配列を常に安定
化させるためである。この液晶分子配列を常に安定化さ
せる目的を実現する他の実施形態としては、チルトを有
さないユニフォ−ム配列がある。具体的には、配向膜に
微細な凹凸をパタ−ニング等により形成する手法や、配
向膜に偏光した紫外線を照射する方法や、斜方蒸着法、
高分子膜延伸法、ＤＩＰ法膜付け、転写法、ＬＢ膜、光
異性化法、磁場配向法、流動配向法、温度勾配法、ずり
応力法ぎばなどがあげられる。また、チルトを有するユ
ニフォ−ム配列を用いても、前記電極構成により得られ
る斜め電界の傾きに応じてユニフォ−ム配列のチルト方
位を設定すれば、液晶分子配列は常に安定化する。これ
の具体的な実施形態としては前述したＤＤＴＮに用いら
れているような配向分割手法が適用できる。

【００７９】しかる後、下基板側に基板間隙剤として液
晶層厚が５．０μｍとなるよう（株）積水ファインケミ
カル製の微粒子：ミクロパ−ル（粒径５．０μｍ）を分
散密度１００個／ｍｍ²となるよう乾式散布法にて散布
して、これら基板間に誘電異方性が正の液晶材料として
（株）メルクジャパン製ＺＬＩ−２２９３（Δｎ＝0.13
2:λ＝５９０ｎｍ）を挟持して本発明の液晶表示素子を
得た。

【００８０】しかる後、上基板外面にポリカ−ボネイト
からなる位相差板（Ｒ＝３６０ｎｍ：λ＝５９０ｎｍ）
を光軸が前記液晶分子配列方向と直交するようにはりあ
わせ、しかる後、その上に偏光板を吸収軸が前記液晶分
子配列方向と平行となるようはりあわせ、また、下基板
外面に、偏光板を吸収軸が前記液晶分子配列方向と直交
するようにはりあわせて、本発明の液晶表示素子に用い
る液晶セルを得た。

【００８１】このようにして得られた本発明の液晶表示
素子にＴＦＤを介して電圧を印加して電気光学特性（透
過率−印加電圧曲線）を測定した。透過率−印加電圧曲
線を求めるために、液晶表示素子に３波長管のバックラ
イト光を入射させ、透過率を測定したところ図５（ｃ）
に示す特性と同等の特性を得た。僅か４ｖの印加電圧に
て最大コントラストを得た。印加電圧１．５ｖと４ｖ間
におけるコントラスト比は４００：１であった。印加電
圧１．５ｖと４ｖ間において１６階調表示をした際の応
答時間を各階調間において測定したところ、最も応答速
度が遅い階調間で立上がり７ｍｓ、立ち下がり１５ｍｓ
と従来のＴＮやＩＰＳモ−ドと比較して極めて速い特性
であった。また、前述したθ＝９０゜のセルと比較し
て、より速いあたいであった。また、前記ＴＦＤをマル
チプレックス駆動してＴＶ表示やコンピュ−タグラフィ
ック表示を行い、その階調表示性能や色再現性を観察し
たところ素子正面標高のみならず、あらゆる視角方向に
おいて階調表示の反転がなく、色再現性に優れた表示で
あることが確認された。印加電圧１．５ｖと４ｖ間にお
いてコントラスト比の視角特性を測定したところ、視角
６０゜コ−ン内においてコントラスト比２００：１以上
をえた。

【００８２】（実施の形態３）図１２に示すような構造
からなる上基板（出射光側基板）として、ＲＧＢからな
るカラ−フィルタ−層を電極下に有するＩＴＯべた電極
つきガラス基板を用い、下基板としてＴＦＴからなるス
イッチング素子付きガラス基板を用いた。すなわち図１
０に示す実施の形態２と変わるところはスイッチング素
子にＴＦＴ１８−２を用いることであり、このため、対
抗する下基板すなわち光側基板の電極６は非導体部６−
３を複数個有するべた電極となる。のＴＦＴ基板におけ
る画素電極はＩＴＯを用いた。双方の基板の画素電極に
透明なＩＴＯを用いることにより、実用上の開口率を向
上させ素子の透過率を高めた。こうした基板を用いて、
配向膜として（株）日本合成ゴム製のＡＬ−１０５１
（プレチルト角測定値１゜）を形成し、図に示すように
画素電極内の微細なストライプパタ−ンと６０゜の角度
をなし、上下基板を対向させたときに１８０゜方位の異
なる方向にラビング処理を施し、前述したθの値が３０
゜であり、ネマティック液晶組成物が前記上下基板間で
チルトを有するユニフォ−ム配列となる配向処理を施し
た。ここでは誘電異方性が負のネマティック液晶を用い
ており、ここで液晶分子配列をθの値が３０゜となるよ
うにしたのは、液晶分子が電界により４５゜以上回転す
るようにするためであり、また、電界方位に対して４５
゜に近い角度に設定することにより、液晶層にかかるト
ルクを大きくして応答速度を速めるためである。また、
分子配列をユニフォ−ム配列としたのは、液晶分子配列
を常に安定化させるためである。

【００８３】しかる後、下基板側に基板間隙剤として液
晶層厚が５．０μｍとなるよう（株）積水ファインケミ
カル製の微粒子：ミクロパ−ル（粒径５．０μｍ）を分
散密度１００個／ｍｍ²となるよう乾式散布法にて散布
して、これら基板間に誘電異方性が負の液晶材料として
（株）メルクジャパン製ＺＬＩ−４３３０（Δｎ＝0.14
7:λ＝５９０ｎｍ）を挟持して本発明の液晶表示素子を
得た。

【００８４】しかる後、上基板外面にポリカ−ボネイト
からなる位相差板（Ｒ＝３６０ｎｍ：λ＝５９０ｎｍ）
を光軸が前記液晶分子配列方向と直交するようにはりあ
わせ、しかる後、その上に偏光板を吸収軸が前記液晶分
子配列方向と平行となるようはりあわせ、また、下基板
外面に、偏光板を吸収軸が前記液晶分子配列方向と直交
するようにはりあわせて、本発明の液晶表示素子に用い
る液晶セルを得た。

【００８５】このようにして得られた本発明の液晶表示
素子にＴＦＤを介して電圧を印加して電気光学特性（透
過率−印加電圧曲線）を測定した。透過率−印加電圧曲
線を求めるために、液晶表示素子に３波長管のバックラ
イト光を入射させ、透過率を測定したところ図５（ｃ）
にし酢特性と同等の特性を得た。僅か４ｖの印加電圧に
て最大コントラストを得た。印加電圧１．５ｖと４ｖ間
におけるコントラスト比は４００：１であった。印加電
圧１．５ｖと４ｖ間において１６階調表示をした際の応
答時間を各階調間において測定したところ、最も応答速
度が遅い階調間で立上がり７ｍｓ、立ち下がり１５ｍｓ
と従来のＴＮやＩＰＳモ−ドと比較して極めて速い特性
であった。また、前述したθ＝９０゜のセルと比較し
て、より速いあたいであった。また、前記ＴＦＴをＴＦ
Ｔ駆動してＴＶ表示やコンピュ−タグラフィック表示を
行い、その階調表示性能や色再現性を観察したところ素
子正面標高のみならず、あらゆる視角方向において階調
表示の反転がなく、色再現性に優れた表示であることが
確認された。印加電圧１．５ｖと４ｖ間においてコント
ラスト比の視角特性を測定したところ、視角６０゜コ−
ン内においてコントラスト比２００：１以上をえた。

【００８６】（実施の形態４）図１１に示すような構造
からなる上基板（出射光側基板）として、ＩＴＯべた電
極つきガラス基板を用い、下基板としてＴＦＴからなる
スイッチング素子付きガラス基板を用いた。すなわち図
９、図示の実施の形態１と変わるところはスイッチング
素子にＴＦＴ１８−２を用いることであり、このため対
抗する下基板すなわち光側基板の電極６は非導体部６−
３を複数個有するべた電極となる。このＴＦＴ基板にお
ける画素電極はＩＴＯを用いた。双方の基板の画素電極
に透明なＩＴＯを用いることにより、実用上の開口率を
向上させ素子の透過率を高めた。こうした基板を用い
て、配向膜として（株）日本合成ゴム製のＡＬ−１０５
１（プレチルト角測定値１゜）を形成し、図に示すよう
に画素電極内の微細なストライプパタ−ンと８５゜の角
度をなし、上下基板を対向させたときに１８０゜方位の
異なる方向にラビング処理を施し、前述したθの値が５
゜であり、ネマティック液晶組成物が前記上下基板間で
チルトを有するスプレイ配列となる配向処理を施した。
ここでは誘電異方性が負のネマティック液晶を用いてお
り、ここで液晶分子配列をθの値が５゜となるようにし
たのは、液晶分子が電界により４５゜以上回転するよう
にするためであり、また、回転の度合いを高めることに
より駆動電圧を低減するためである。また、分子配列を
スプレイ配列としたのは、液晶分子配列を中性にして液
晶分子配列を常に安定化させるためである。

【００８７】しかる後、下基板側に基板間隙剤として液
晶層厚が５．０μｍとなるよう（株）積水ファインケミ
カル製の微粒子：ミクロパ−ル（粒径５．０μｍ）を分
散密度１００個／ｍｍ²となるよう乾式散布法にて散布
して、これら基板間に誘電異方性が負の液晶材料として
（株）メルクジャパン製ＺＬＩ−４３３０（Δｎ＝0.14
7:λ＝５９０ｎｍ）を挟持して本発明の液晶表示素子を
得た。

【００８８】しかる後、上基板外面にポリカ−ボネイト
からなる位相差板（Ｒ＝３６０ｎｍ：λ＝５９０ｎｍ）
を光軸が前記液晶分子配列方向と直交するようにはりあ
わせ、しかる後、その上に偏光板を吸収軸が前記液晶分
子配列方向と平行となるようはりあわせ、また、下基板
外面に、偏光板を吸収軸が前記液晶分子配列方向と直交
するようにはりあわせて、本発明の液晶表示素子に用い
る液晶セルを得た。

【００８９】このようにして得られた本発明の液晶表示
素子にＴＦＤを介して電圧を印加して電気光学特性（透
過率−印加電圧曲線）を測定した。透過率−印加電圧曲
線を求めるために、液晶表示素子に３波長管のバックラ
イト光を入射させ、透過率を測定したところ図５（ａ）
にし酢特性と同等の特性を得た。僅か３ｖの印加電圧に
て最大コントラストを得た。印加電圧１．５ｖと４ｖ間
におけるコントラスト比は４００：１であった。印加電
圧１．５ｖと３ｖ間において１６階調表示をした際の応
答時間を各階調間において測定したところ、最も応答速
度が遅い階調間で立上がり７ｍｓ、立ち下がり１５ｍｓ
と従来のＴＮやＩＰＳモ−ドと比較して極めて速い特性
であった。また、前述したθ＝９０゜のセルと比較し
て、より速い値であった。

【００９０】また、前記ＴＦＴをＴＦＴ駆動してＴＶ表
示やコンピュ−タグラフィック表示を行い、その階調表
示性能や色再現性を観察したところ素子正面方向のみな
らず、あらゆる視角方向において階調表示の反転がな
く、色再現性に優れた表示であることが確認された。印
加電圧１．５ｖと３ｖ間においてコントラスト比の視角
特性を測定したところ、視角６０゜コ−ン内においてコ
ントラスト比２００：１以上をえた。

【００９１】なお、上記実施の形態で、特有の材料を用
い、特有の製法にて液晶表示素子を得ているが、本発明
の作用を得る材料及び条件であれば同様の効果を得るこ
とはいうまでも無く、また、スイイチング素子を用い
ず、スタティック駆動しても単純マトリクス駆動による
マルチプレックス駆動しても、同様の効果は得られる。

【００９２】

【発明の効果】本発明によれば視野角が広く、透過率が
高く、高速応答であり、色再現性に優れた液晶表示素子
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示素子の構成を説明するもの
で、（ａ）は光学構成の略図、（ｂ）は平面図、（ｃ）
は断面構成図、

【図２】従来技術のＯＣＢモ−ドの構成を説明する図、

【図３】（ａ）乃至（ｅ）は本発明の液晶表示素子の電
界、電気力線、液晶分子配列、θを説明する略図、

【図４】ＥＣＢモ−ドの透過光強度の計算結果を示す曲
線図、

【図５】本発明の液晶表示素子の電気光学特性の測定結
果を示す曲線図、

【図６】本発明の液晶表示素子の電気光学特性の波長分
散特性の測定結果の一例を示す曲線図、

【図７】本発明の液晶表示素子の電気光学特性の測定結
果を示す曲線図、

【図８】（ａ）乃至（ｃ）は本発明の液晶表示素子の光
学層のリタ−デ−ション値と位相差Ｒ／λの波長分散特
性を説明する曲線図、

【図９】本発明の液晶表示素子の１実施の形態を説明す
るもので、（ａ）は上基板画素形状の平面図、（ｂ）は
上基板の有効表示領域の平面図、（ｃ）は下基板画素形
状の平面図、（ｄ）は下基板の有効表示領域の平面図、

【図１０】本発明の他の実施の形態を説明するもので、
（ａ）は上基板画素形状の平面図、（ｂ）は上基板の有
効表示領域の平面図、（ｃ）は下基板画素形状の平面
図、（ｄ）は下基板の有効表示領域の平面図、

【図１１】本発明の他の実施の形態を説明するもので、
（ａ）は上基板画素形状の平面図、（ｂ）は上基板の有
効表示領域の平面図、（ｃ）は下基板画素形状の平面
図、（ｄ）は下基板の有効表示領域の平面図、

【図１２】本発明の他の実施の形態を説明するもので、
（ａ）は上基板画素形状の平面図、（ｂ）は上基板の有
効表示領域の平面図、（ｃ）は下基板画素形状の平面
図、（ｄ）は下基板の有効表示領域の平面図、

【図１３】（ａ）乃至（ｄ）は本発明の作用を説明する
略図。

【符号の説明】

１、２…基板３、４…偏光板５、６…電極７…液晶層８…位相差板５−２、６−２…導電体部５−３、６−３…非導電体部

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者佐藤摩希子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】２枚の偏光板間に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枚の基板間に液晶層を
挟持してなる液晶表示素子において、前記両基板の電極
が画素毎に、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、前記両基板電極の素子法線方向での断面
形状を見た時、一方の基板のみに導電体部を有する幅Ｒ
Ｅ、及び他方の基板のみに導電体部を有する幅ＦＥ、両
基板とも非導電体部である幅ＳＳが順に、ＲＥ・ＳＳ・ＦＥ・ＳＳ・ＲＥ・ＳＳ・ＦＥ・ＳＳ・…
…とＳＳを挟んでＲＥとＦＥが交互に配置される断面形
状となっており、かつ少なくとも各画素毎にＲＥ、ＦＥ
それぞれが画素のどこかで電気的に一つにつながった電
極構造からなり、前記液晶層に斜め電界を印加できる構
造としたことを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】前記電極の少なくとも一部がＩＴＯ、Ｓ
ｎＯｘなどからなる透明電極であることを特徴とする請
求項１の液晶表示素子。
【請求項３】前記液晶層が正の誘電異方性からなるネ
マティック液晶組成物からなり、前記ネマティック液晶
組成物は、前記液晶表示素子に電圧を印加しない状態に
おいて、液晶表示素子平面と略平行かつ、液晶表示素子
平面での方位が一様である分子配列であり、隣接する前
記ＦＥ，ＲＥ間に印加できる斜め電界の液晶表示素子平
面での方位（スカラ−Ｅ）と液晶分子の液晶表示素子平
面での方位（スカラ−ＬＣ）のなす角θが、４５゜乃至
９０゜であることを特徴とする請求項１または２記載の
液晶表示素子。
【請求項４】前記スカラ−Ｅとスカラ−ＬＣのなす角
θが、４５゜乃至６０゜であることを特徴とする請求項
３記載の液晶表示素子。
【請求項５】前記スカラ−Ｅとスカラ−ＬＣのなす角
θが、８０゜乃至９０゜の時、前記液晶表示素子に電圧
を印加しない状態において前記液晶分子配列が、チルト
を有するユニフォ−ム配列であり、前記スカラ−Ｅとス
カラ−ＬＣのなす角θが、４５゜乃至８０゜未満の時、
前記液晶表示素子に電圧を印加しない状態において前記
液晶分子配列が、スプレイ配列もしくはチルトを有さな
い（前記液晶表示素子平面に平行である）ユニフォ−ム
配列からなり、前記電極構造により得られる斜め電界及
び前記液晶分子配列により、前記液晶表示素子に電圧を
印加した状態における液晶分子の捩じれ方向が規定され
ことを特徴とする請求項４記載の液晶表示素子。
【請求項６】前記液晶層が負の誘電異方性からなるネ
マティック液晶組成物からなり、前記ネマティック液晶
組成物は、前記液晶表示素子に電圧を印加しない状態に
おいて、液晶表示素子平面と略平行かつ、液晶表示素子
平面での方位が一様である分子配列であり、隣接する前
記ＦＥ，ＲＥ間に印加できる斜め電界の液晶表示素子平
面での方位（スカラ−Ｅ）と液晶分子の液晶表示素子平
面での方位（スカラ−ＬＣ）のなす角θが、０゜乃至４
５゜であることを特徴とする請求項１または、２記載の
液晶表示素子。
【請求項７】前記スカラ−Ｅとスカラ−ＬＣのなす角
θが、３０゜乃至４５゜であることを特徴とする請求項
６記載の液晶表示素子。
【請求項８】前記スカラ−Ｅとスカラ−ＬＣのなす角
θが、０゜乃至１０゜未満の時、前記液晶表示素子に電
圧を印加しない状態において前記液晶分子配列が、スプ
レイ配列もしくはチルトを有さない（前記液晶表示素子
平面に平行である）ユニフォ−ム配列からなり、前記ス
カラ−Ｅとスカラ−ＬＣのなす角θが、１０゜乃至４５
゜の時、前記液晶表示素子に電圧を印加しない状態にお
いて前記液晶分子配列が、チルトを有するユニフォ−ム
配列であり、前記電極構造により得られる斜め電界及び
前記液晶分子配列により、前記液晶表示素子に電圧を印
加した状態における液晶分子の捩じれ方向が規定されこ
とを特徴とする請求項１、２、６及び７記載の液晶表示
素子。
【請求項９】前記スカラ−Ｅとスカラ−ＬＣのなす角
θが４５゜乃至８０゜未満の時、もしくは請求項６の液晶表示素子であり、前記スカラ−
Ｅとスカラ−ＬＣのなす角θが０゜乃至１０゜未満の
時、前記液晶表示素子に電圧を印加しない状態において前記
液晶分子配列が、チルトを有するユニフォ−ム配列であ
り、前記液晶分子のチルト方位が、前記斜め電界の方位毎に
異なるよう少なくとも２種の方位からなる配向分割がな
されていることを特徴とする請求項１、２、３、及び６
のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項１０】前記液晶層により生ずる位相差の波長
依存性を解消するように前記偏光板間に位相差板、光学
補償板もしくはこれらの機能を得る膜を加えた構造から
なることを特徴とした請求項１乃至９のいずれかに記載
の液晶表示素子。
【請求項１１】前記２枚の偏光板は、その吸収軸が直
交するよう配置されており、前記液晶表示素子に電圧を
印加しない状態において前記液晶分子の液晶表示素子平
面での配列方位が、前記２枚の偏光板の一方の吸収軸と
平行に配置されていることを特徴とした請求項１乃至１
０のいずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項１２】少なくとも一方の基板がスイッチング
素子を有するアクティブマトリクス基板であることを特
徴とした請求項１乃至１１のいずれかに記載の液晶表示
素子。
【請求項１３】少なくとも一方の基板にカラ−フィル
タ−を有することを特徴とした請求項１乃至１２のいず
れかに記載の液晶表示素子。