CN102667600A - Tn型液晶元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种TN型液晶元件及其制造方法，其TN型液晶状态稳定、并且实现下降响应速度的高速化。上述TN型液晶元件包括：一组基板，所述一组基板大致平行配置且至少其中之一是透明的；一组取向膜，所述一组取向膜设置于所述一组基板的相对面，且表面进行了取向处理，以使液晶材料中的液晶分子指向相同方向；以及液晶层，所述液晶层配置于所述一组取向膜之间，并包含液晶材料以及手性剂，其中，所述一组取向膜的取向处理方向的所形成的角α是70度至110度，并且所述取向处理方向是当所述液晶层扭曲所述所形成的角α时形成均匀扭曲结构的方向，无电场状态下稳定的扭曲角为α＋180度的STN型液晶实现了高分子稳定化，成为扭曲角为α度的TN型液晶。

Description

TN型液晶元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及TN型液晶元件及其制造方法。

背景技术

近年，从用于便携式电话的小型产品到用于液晶电视的大型产品，液晶元件的市场逐渐扩大。

该液晶元件以具有上下基板的取向处理方向扭曲90度的结构的所谓TN（Twisted Nematic：扭曲向列）型液晶元件为中心发展至今，但在大型电视等特别要求视角的领域，MVA（Multi domain Vertical Aligned：多区域垂直排列）、IPS（In Plane Switching：共面开关）等方式逐渐成为主流。但是，TN方式与其他方式相比具有相对于液晶盒（cell）厚度的变化透过率的变化（间隙（gap）偏差）少等优点，能够用于个人计算机等对视角没有特别严格要求的用途。

并且近年，TN型液晶元件通过与能够扩大TN型液晶视角的被称为广视角膜（wideview film）的光学膜的组合，也逐渐能够用于26英寸左右以下的电视用途，并且26英寸以下大小的液晶电视中TN型液晶已经占80%。

通常，对用于电视用途的液晶元件特别要求高速响应性。TN型液晶的响应速度由下式（1）、（2）表示。

[数学式1]

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{on}}=\frac{{\mathrm{\γ}}_1{d}^2}{{\mathrm{\ϵ}}_0\mathrm{\Δ\ϵ}(V-V_{\mathrm{th}})}---\left(1\right)$

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{off}}=\frac{{\mathrm{\γ}}_1{d}^2}{K{\mathrm{\π}}^2}---\left(2\right)$

在此，τ_on表示上升（从未施加电压状态到施加电压状态的响应）响应时间，τ_off表示下降（从施加电压状态到未施加电压状态的响应）响应时间。

此外，γ₁表示液晶材料的旋转粘度，ε₀表示真空介电常数，Δε表示介电各向异性，d表示液晶层厚度，V表示施加电压，V_th表示阈值电压，K表示液晶材料的弹性模量。TN型液晶中，K＝K₁₁－0.5K₂₂＋0.25K₃₃，K₁₁、K₂₂、K₃₃分别表示关于展曲（spray）形变、扭曲（twist）形变、弯曲（bend）形变的弹性模量。

如从上式（1）所知，由于上升响应速度依赖于施加电压，因此通过施加电压的施加方法能够实现高速化。反之，由于下降响应速度不依赖于施加电压，因此基于信号电压不能实现高速化。为此，液晶元件中相对于上升响应速度，更加要求下降响应速度的高速化。

为了实现下降响应速度高速化，由上式（2）可以考虑减少γ₁（旋转粘度）、增大K（弹性模量）等材料方面的改良，以及减小d（液晶层的厚度）等设备方面的改良。其中关于液晶层的厚度，已知TN型液晶的情况必须满足Δn·d≥0.50（μm）（Δn是液晶材料的折射率异向性）。如果不满足此条件则液晶元件的透过率减少。由于现有液晶材料中Δn＝0.25被视为极限，因此可以认为d＝2（μm）为极限。关于液晶材料，对其旋转粘度、弹性模量的改善存在极限。为此，从上式（2）的关系来看，TN型液晶的下降响应速度难以有较大改善。

作为上式（1）、（2）中未表现的方法，已知有例如通过向液晶材料中添加被称为手性（chiral）剂的光学活性物质，从而减小液晶材料的手性节距p和液晶层厚度d的比值（p/d）、提高下降响应速度的方法。关于这种方法，迄今为止有以下的报告。

专利文献1、2公开了通过将液晶层厚度设定为0.5μm～3μm、p/d值设定为小于15，从而实现液晶元件高速化的技术。

专利文献3公开了在0.25＜d/p＜1（即1＜p/d＜4）范围内实现TN型液晶高速化的技术。该专利文献3中记载有从d/p＝0.04（p/d＝25）到d/p＝1（p/d＝1）的下降响应速度的模拟值。此外，作为实际的实验数据记载有d/p＝0.51（p/d＝2.0）的数据。

专利文献4中记载了当缩短液晶材料的手性节距时实现下降响应速度高速化的情况。此外还记载了通过增大取向膜的预倾角，从而即使使用短螺距液晶材料也可以实现使90度扭曲状态稳定化的情况。具体而言，通过将预倾角设定为13.6度，即使是原本在液晶元件内形成210度扭曲状态的液晶材料，也可以使其保持90度的扭曲状态。210度扭曲状态相当于p/d＝1.7。

非专利文献1中记载了在12μm厚度的液晶层中，通过将液晶材料的手性节距从70μm（p/d＝5）缩短至25μm（p/d＝2.1），从而将下降响应速度由400ms改善为200ms的情况。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2007-193362号公报

专利文献2：特开2008-176343号公报

专利文献3：特开2003-161962号公报

专利文献4：特开2000-199901号公报

非专利文献

非专利文献1：S.Aftergut and H.S.Cole Jr.,J.Appl.Phys.Lett.,30(8),P.363,(1977)

非专利文献2：神崎·市村·船田·石井·松浦，夏普技报，39（35），（1988）

发明内容

发明要解决的技术问题

如上所述，通过减小p/d值而能够实现下降响应速度的高速化。但是已知有当液晶层扭曲角为α（度）时，如果进行短螺距化则扭曲角转变为α＋180（度）（参照非专利文献2）的情况。为此，扭曲角为90度的TN型液晶的情况下，如果进行短螺距化则形成扭曲角为270度的STN（SuperTwited Nematic：超扭曲向列）型液晶。此外，非专利文献2中p/d＝2为下限。

上述专利文献3记载有1＜p/d＜4范围的液晶元件的模拟结果，但这仅仅是模拟计算的结果而不是实际测量的结果。作为实际测量值，最小值为p/d＝2.0。

在此，如上述专利文献4所记载，通过增大取向膜的预倾角，从而即使使用短螺距液晶材料也能够实现90度扭曲状态的稳定化。但是，即使增大预倾角，能够实现的p/d值也存在极限，即使在专利文献4中也仅仅公开了p/d＝1.7。此外，这种状态的TN型液晶被预想为不稳定液晶，被认为就算形成也会由于温度变化、施加应力、振动等而向STN型液晶转变。

鉴于上述技术问题，本发明的目的为提供一种TN型液晶元件及其制造方法，其TN型液晶状态稳定，并且实现了下降响应速度的高速化。

解决技术问题的手段

为解决上述技术问题，本申请发明人进行深入研究。其结果发现，即使是减小p/d值则与扭曲角为α（度）的TN型液晶相比扭曲角为α＋180（度）的STN型液晶更加稳定的情况，在STN型液晶形成展曲结构的条件下，如果施加电压则展曲结构被消除，从而暂时保持在扭曲角为α（度）的状态。并且发现通过在液晶材料中添加光固化性单体，并在暂时形成扭曲角为α（度）的状态下使光固化性单体固化，能够实现液晶层在扭曲角α（度）的高分子稳定化。基于上述见解而完成本发明，更具体的内容说明如下。

（1）一种TN型液晶显示元件，其特征在于，包括：一组基板，所述一组基板大致平行配置且至少其中之一是透明的；一组取向膜，所述一组取向膜设置于所述一组基板的相对面，且表面进行了取向处理，以使液晶材料中的液晶分子指向相同方向；以及液晶层，所述液晶层配置于所述一组取向膜之间，并包含液晶材料以及手性剂，所述一组取向膜的取向处理方向的所形成的角α是70度至110度，并且所述取向处理方向是当所述液晶层扭曲所述所形成的角α时形成均匀扭曲结构的方向，无电场状态下稳定的扭曲角为α＋180度的STN型液晶高分子稳定化为扭曲角为α度的TN型液晶。

（2）根据上述（1）所述的TN型液晶显示元件，其特征在于，在同一液晶显示元件中扭曲角为α＋180度的STN型液晶的自由能比扭曲角为α度的TN型液晶的自由能低，所述液晶层在扭曲角α度实现了高分子稳定化。

（3）根据上述（1）或（2）所述的TN型液晶显示元件，其特征在于，当设所述液晶层的厚度为d、所述液晶材料的手性节距为p时，0.5≤p/d≤1.6。

（4）根据上述（1）至（3）中任一项所述的TN型液晶显示元件，其特征在于，所述取向膜的预倾角为5度以下。

（5）一种TN型液晶显示元件的制造方法，其特征在于，包括：在至少其中之一透明的一组基板的各自的一个表面上形成取向膜的工序；对所述一组取向膜的表面进行取向处理以使液晶材料中的液晶分子指向相同方向的工序；以所述一组取向膜相对的方式配置所述一组基板的工序；在所述一组取向膜之间填充包含手性剂以及光固化性单体的液晶材料从而形成液晶层的工序；在所述一组基板之间施加电压的工序；以及停止或减少施加电压后使所述光固化性单体光固化的工序，所述一组取向膜的取向处理方向的所形成的角α为70度至110度，并且所述取向处理方向是当所述液晶层扭曲所述所形成的角α时形成均匀扭曲结构的方向，所述施加电压的工序中，在通过施加电压使所述液晶层处于垂直取向状态后，停止或减少施加电压，从而使所述液晶层暂时由扭曲角为α＋180度的STN型液晶向扭曲角为α度的TN型液晶转变，所述光固化工序中，通过使所述光固化性单体光固化，从而使所述液晶层在扭曲角α度实现高分子稳定化。

（6）根据上述（5）所述的TN型液晶显示元件的制造方法，其特征在于，当设所述液晶层的厚度为d、所述液晶材料的手性节距为p时，0.5≤p/d≤1.6。

发明效果

根据本发明，能够提供一种TN型液晶状态稳定的、且实现下降响应速度高速化的TN型液晶显示元件及其制造方法。

附图说明

图1是示出本发明所涉及的TN型液晶元件的制造方法的一例的图。

图2是示意性地示出取向处理方向以及液晶分子的立起方向的图。

图3是示意性地示出液晶分子左扭曲排列的样子的图。

图4是示意性地示出液晶分子右扭曲排列的样子的图。

图5是示出改变液晶材料的手性节距时下降响应时间τ_off的模拟结果的图。

图6是示出实施例1中上下取向膜的取向处理方向的图。

图7是示出对实施例1中制备的液晶元件施加电压时观察到的液晶层变化的图。

图8是示出关于实施例1中制备的五个TN型液晶元件（元件1～5），在25℃施加V10电压的状态下切断电压时下降响应时间τ_off的测量结果箱线图。

图9是示出关于实施例1中制备的五个TN型液晶元件（元件1～5），在20ms的时刻使其处于施加V50电压状态、在520ms的时刻使其处于未施加电压状态时透过率的时间变化的图。

图10是放大示出图9中从510ms的时刻开始到570ms的时刻为止的图。

图11是示出关于实施例1中制备的五个TN型液晶元件（元件1～5），在-20℃施加V10电压的状态下切断电压时下降响应时间τ_off的测量结果箱线图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

以下首先对构成液晶层的液晶材料进行说明，接着对本发明所涉及的TN型液晶元件的制造方法进行说明，最后对本发明所涉及的TN型液晶元件进行说明。

[液晶材料]

本发明中构成液晶层的液晶材料包含手性剂以及光固化性单体。

使用向列型液晶作为液晶材料。其种类虽未特别限定，但考虑到前面所述的有关下降响应速度的式（2），则优选旋转粘度较低、弹性模量较大的液晶材料。

作为手性剂并未特别限定，可以使用现有公知的手性剂。作为一例可以列举出S-811、R811、CB-15、MLC6247、MLC6248、R1011、S1011（无论哪种都是Merck公司制造）等。通过调整上述手性剂的含量，可以调整液晶材料的手性节距。

作为光固化性单体没有特别限定。作为一例可以列举出：甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸十八烷基酯、甲基丙烯酸异十四烷基酯（isomyristyl methacrylate）、甲基丙烯酸异十八烷基酯（isostearylmethacrylate）、甲基丙烯酸甲氧基乙酯、甲基丙烯酸乙氧基乙酯、甲基丙烯酸甲基卡必醇酯（methyl carbitol methacrylate）、甲基丙烯酸乙基卡必醇酯（ethyl carbitol methacrylate）、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸-2-羟乙酯、甲基丙烯酸苯氧基酯（phenoxy methacrylate）、甲氧基二丙二醇甲基丙烯酸酯（methoxy dipropylene glycol methacrylate）、甲基丙烯酸三氟乙酯、二甲氨基甲基丙烯酸酯（dimethylamino methacrylate）、甲基丙烯酸[2-(4-吗啉基)乙基]酯、甲基丙烯酸全氟烷基酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丙二醇二甲基丙烯酸酯、聚丁二醇二甲基丙烯酸酯（polybutylene glycol dimethacrylate）、脂肪族二甲基丙烯酸酯、环氧氯丙烷改性1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯、二环戊烯基二甲基丙烯酸酯（dicyclopentenyl dimethacrylate）、双酚A二甲基丙烯酸酯、环氧氯丙烷改性双酚A二甲基丙烯酸酯、环氧乙烷改性双酚A二甲基丙烯酸酯、环氧丙烷改性双酚A二甲基丙烯酸酯、环氧丁烷改性双酚A二甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸3,3-二羟甲基戊酯（3,3-dimethylol pentane dimethacrylate）、二甲基丙烯酸3,3-二羟甲基庚酯（3,3-dimethylol heptane dimethacrylate）、己内酯改性二季戊四醇六甲基丙烯酸酯、季戊四醇三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四甲基丙烯酸酯、二季戊四醇四甲基丙烯酸酯、二季戊四醇六甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸氨基甲酸酯、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基氨基丙基丙烯酰胺等。

此外，作为光固化性单体优选呈现液晶性的物质。关于呈现液晶性的光固化性单体记载在例如特开平8-3111号公报、特开2000-178233号公报、特开2000-119222号公报、特开2000-327632号公报、特开2002-220421号公报、特开2003-55661号公报、特开2003-12762号公报等。

光固化性单体的含量随着光固化性单体的种类和取向膜的预倾角的不同而不同，优选相对于液晶材料为0.1质量%至15质量%，更优选为0.5质量%至10质量%。通过将含量设定为0.1质量%以上，可以充分获得后述的高分子稳定化效果。此外，通过将含量设定为15质量%以下，可以抑制液晶元件的驱动电压增高以及对比度下降。

[TN型液晶元件的制造方法]

本发明所涉及的液晶元件制造方法，其特征在于，包括：在至少其中之一透明的一组基板的各自的一个表面上形成取向膜的工序；对所述一组取向膜的表面进行取向处理以使液晶材料中的液晶分子指向相同方向的工序；以所述一组取向膜相对的方式配置所述一组基板的工序；在所述一组取向膜之间填充包含手性剂以及光固化性单体的液晶材料从而形成液晶层的工序；在所述一组基板之间施加电压的工序；以及停止或减少施加电压后使所述光固化性单体光固化的工序，其中，所述一组取向膜的取向处理方向的所形成的角α为70度至110度，并且所述取向处理方向是当所述液晶层扭曲所述所形成的角α时形成均匀扭曲结构的方向，所述施加电压的工序中，在通过施加电压使所述液晶层处于垂直取向状态后，停止或减少施加电压，从而使所述液晶层暂时由扭曲角为α＋180度的STN型液晶向扭曲角为α度的TN型液晶转变，所述光固化工序中，通过使所述光固化性单体光固化，从而使所述液晶层在扭曲角α度实现高分子稳定化。

以下，适当参照图1对本发明所涉及的TN型液晶元件的制造方法的一例进行详细说明。图1是将TN型液晶元件的制造工序分解成各个步骤示出的图。

首先，清洗并干燥至少其中之一透明的一组基板的表面（步骤S10、S11）。接着，通过在上述一组基板的各自的一个表面上涂敷聚酰亚胺，并干燥、烧成而形成取向膜（聚酰亚胺膜）（步骤S12、S13）。然后，对各取向膜表面进行摩擦（rubbing）处理（取向处理），以使液晶材料中的液晶分子指向相同方向（步骤S14）。

图2示意性地示出了取向处理方向和液晶分子的立起方向。对取向膜100的表面进行取向处理后，取向膜表面的液晶分子101在包括图中箭头所示取向处理方向和垂直于取向膜100的方向的面内，相对于该取向处理方向倾斜立起某角度θ。该角度θ被称为预倾角。

本发明中取向膜的预倾角优选为5度以下。通过将预倾角设定为5度以下可以实现下降响应速度高速化。

接着将摩擦处理后的基板清洗、干燥后（步骤S15），散布间隔物（spacer）（步骤S16）。然后在基板周缘涂敷密封（seal）剂并使其干燥（步骤S17）。此时，在密封时预留形成用于注入液晶材料的注入口以及排气口。

接着将上述一组基板组装后（步骤S18），加热密封剂使其固化，并密封液晶元件的外周部（步骤S19）。组装时以使一组上述取向膜相对的方式配置上述一组基板。其中，两取向膜的取向处理方向的所形成的角α为70度至110度。如果所形成的角α小于70度或大于110度，则黑显示时发生漏光而降低对比度。此外，黑显示时，随着观察方向不同漏光（光抜け）增大。此外，通过将所形成的角α设定为80度至100度会进一步提高对比度/视角依赖性。

并且，两取向膜的取向处理方向是当液晶层扭曲上述所形成的角α时形成均匀扭曲结构的方向。

在此，考虑向取向处理方向的所形成的角α为90度的一组取向膜之间填充有液晶材料的情况。图3中液晶分子112从上取向膜110以及下取向膜111倾斜立起预倾角θ。然后在上下取向膜之间保持着该预倾角θ的状态下，液晶分子从上取向膜110向下取向膜111右（顺时针）扭曲90度地排列。

另一方面，图4中液晶分子122从上取向膜120以及下取向膜121倾斜立起预倾角θ。然后在上下取向膜之间液晶分子的极角（液晶分子和取向膜之间形成的角）由预倾角开始连续变化，并且在上取向膜为θ，在中央部变为0度（与基板平行），在下取向膜为θ。在与基板垂直方向上伴随着这种扭曲，同时从上取向膜110向下取向膜111左（逆时针）扭曲90度地排列。如图4所示的结构被称为展曲结构。

图4所示展曲结构由于液晶分子在上下方向上也扭曲，因此自由能高。从而在液晶材料不含手性剂并且不具有固有的扭曲的情况中，液晶材料自发地右扭曲90度。此外，向液晶材料添加诱发右扭曲的手性剂的情况中，如图3所示也右扭曲90度。

即，如果是如图3所示的取向处理方向，则在上述液晶材料扭曲上述所形成的角α的情况中不形成展曲结构而形成均匀的扭曲结构。与此相对，在上下取向膜中其中之一的取向处理方向相反的情况下使用与上述相同的液晶材料时，则形成展曲结构。此外，如果是如图3所示的取向处理方向，则当在液晶材料中添加诱发左扭曲的手性剂时，也形成展曲结构。

此外，如图3所示的取向处理方向中，如果通过例如添加诱发右扭曲的手性剂而使液晶材料的扭曲角变成270度，则形成展曲结构。

接着，在一组上述取向膜之间注入包含上述手性剂以及光固化性单体的液晶材料而形成液晶层（步骤S20），之后将注入口以及排气口密封（步骤S21）。如上所述，通过调整手性剂的含量可以调整液晶材料的手性节距。本发明中为了实现下降响应速度高速化，优选将液晶材料的手性节距p和液晶层厚度d的比值（p/d）设定为0.5≤p/d≤1.6，更优选设定为1.0≤p/d≤1.6。

在此，本发明中扭曲角为α＋180（度）的STN型液晶在无电场状态下稳定。即，同一液晶显示元件中，扭曲角为α＋180（度）的STN型液晶的自由能处于比扭曲角为α（度）的TN型液晶的自由能低的状态。

“同一液晶显示元件”是指对液晶材料及其手性节距、液晶层厚度、或者取向膜材料、摩擦方向、摩擦强度等液晶元件的性能产生影响的所有要素都相同的元件。

并且，“扭曲角为α＋180（度）的STN型液晶的自由能比扭曲角为α（度）的TN型液晶的自由能低”是指虽然既存在形成扭曲角为α（度）的TN型液晶又存在形成扭曲角为α＋180（度）的STN型液晶的情况，但扭曲角为α＋180（度）的STN型液晶的自由能相比较更低。其中，由于严格意义上的自由能难以计算，因此“STN型液晶的自由能相比较更低”是指：具体而言通过在室温下放置，经历一段时间（数秒至数小时）后从TN型液晶向STN型液晶转变的情况。

如上所述，当将p/d值设定为0.5≤p/d≤1.6范围时，经历一段时间后从TN型液晶向STN型液晶转变（如果需要则参照非专利文献2）。这是由于STN型液晶的自由能比TN型液晶的自由能低的缘故。即，0.5≤p/d≤1.6范围是“同一液晶显示元件中扭曲角为α＋180（度）的STN型液晶的自由能比扭曲角为α（度）的TN型液晶的自由能低”的状态。

接着对基板之间施加电压（步骤S22）。具体而言，施加电压使液晶层变成垂直取向状态之后，通过停止或减少施加电压而使液晶层暂时从扭曲角为α＋180（度）的STN型液晶向扭曲角为α（度）的TN型液晶转变。此外，减少电压时的减少程度，只要低到足够使液晶层由垂直取向状态向扭曲角为α（度）的扭曲状态变化即可。

如上所述，本发明中由于同一液晶显示元件中扭曲角为α＋180（度）的STN型液晶的自由能处于比扭曲角为α（度）的TN型液晶的自由能低的状态，因此经历一段时间后从TN型液晶向STN型液晶转变。但是，通过施加比饱和电压足够高的电压，能够暂时使之从STN型液晶向TN型液晶转变。可以认为这是由于在STN型液晶状态中液晶层形成展曲结构，但通过施加比饱和电压足够高的电压而使展曲结构消除从而形成均匀的扭曲结构。

施加的电压随着液晶材料的种类等而不同，优选为饱和电压的1.5～5倍。并且施加时间优选为数十秒至数分钟。

接着，通过向液晶材料中的光固化性单体照射紫外线进行光固化，而实现液晶层在扭曲角α（度）的高分子稳定化（步骤S23）。由于这种高分子稳定化，即使如上所述将p/d值设定为0.5≤p/d≤1.6范围的情况，也可以抑制从TN型液晶向STN型液晶转变。

此外，液晶层保持扭曲角为α（度）的扭曲状态的时间随着液晶材料的种类和取向膜的预倾角而不同。由于当预倾角增大时扭曲角为α（度）的TN型液晶变得更加稳定，因此保持扭曲角为α（度）的扭曲状态的时间延长。

[TN型液晶元件]

本发明所涉及的TN型液晶元件的特征在于，包括：一组基板，所述一组基板大致平行配置且至少其中之一是透明的；一组取向膜，所述一组取向膜设置于所述一组基板的相对面，且表面进行了取向处理，以使液晶材料中的液晶分子指向相同方向；以及液晶层，所述液晶层配置于所述一组取向膜之间，并包含液晶材料以及手性剂，其中，所述一组取向膜的取向处理方向的所形成的角α是70度至110度，并且所述取向处理方向是当所述液晶层扭曲所述所形成的角α时形成均匀扭曲结构的方向，无电场状态下稳定的扭曲角为α＋180度的STN型液晶实现了高分子稳定化，成为扭曲角为α度的TN型液晶。

由于这种TN型液晶元件是通过上述TN型液晶元件制造方法制造而成的产品，因此省略其详细的说明。

由于可以将这种TN型液晶元件的p/d值设定为0.5≤p/d≤1.6范围，因此与通常的TN型液晶元件相比能够实现下降响应速度高速化。

在此，使用液晶分子排列模拟器LCD Master（Shintec公司制）的模拟结果示于图5。图5是示出使用液晶材料ZL1-4792（Merck公司制）的参数，取向膜预倾角设定为20度、取向膜间的距离（即液晶层厚度）设定为5μm、使液晶材料的手性节距变化时的下降响应时间τ_off的变化的图。上述τ_off是从达到未施加电压时的透过率的50%的透光率时的施加电压状态切断电压使其为0V，将未施加电压时的透光率设定为100，将50%透过率设定为0时，透过率从10变化为90所需要的时间。如从图5所知，液晶材料的手性节距越小则下降响应时间τ_off越短。由此可以理解，通过将p/d值设定为现有技术曾经难以达到的0.5≤p/d≤1.6范围，从而与现有技术相比实现液晶元件的下降响应速度高速化，提高动画特性。

实施例

以下，对本发明的实施例进行说明，但本发明的范围并不受这些实施例的限制。

[实施例1、比较例1]

在2cm×2cm×1.1cm大小的玻璃基板上形成1cm×1cm的透明电极以及用于将电极引导到外部的电极部分。在如此准备好的玻璃基板上涂敷大约1μm厚度的、Chisso石油化学公司制的液晶取向膜用聚酰亚胺PIA-x768-01x和PIA-x359-01x以45：55的比例混合的混合物，从而形成取向膜。使用木棉制丝绒布对该取向膜进行摩擦处理。摩擦处理方向（取向处理方向）按照图6所示方向。此外，取向膜的预倾角为21度。

接着，在其中一个取向膜上散布直径5μm的二氧化硅制间隔物（HIPRESICA（ハイプシカ）UF 5微米，宇部日东化成公司制）后在周缘涂敷环氧类密封剂，并在150℃下加热1小时使之固化。密封时制造出两个孔作为用于注入液晶材料的注入口以及排气口。

接着，向由环氧类密封剂密封的空间内注入液晶材料。液晶材料调制过程如下：对通过添加手性剂而使手性节距左旋并调整为7.5μm的ZLI-4792US123（Merck公司制）475mg添加光固化性单体UCL-003（DIC公司制）27mg后，在100℃的电热板（hot plate）上加热3分钟而制成。该液晶材料具有左旋的7.5μm的螺距长。即p/d＝1.5。将该液晶材料与注入口接触，利用毛细管现象将液晶材料注入整个液晶元件内。

注入液晶材料之后，缓慢冷却并用偏光显微镜观察液晶取向状态，观察到液晶的取向全部相同。将两片偏光板组装成吸收轴正交的所谓正交偏光板（crossed Nichol），以偏光板的透过轴与摩擦方向平行的方式将液晶元件配置在两片偏光板之间并进行观察时，观察到整体着色为蓝色。液晶层在基板之间扭曲90度时，在这种观察中应该不发生着色而形成白色状态。因此可以认为这种状态是液晶层在基板之间扭曲270度的状态。

接着，对液晶元件的电极施加20V的矩形波使液晶层形成垂直取向状态并保持这种状态5分钟。当用偏光显微镜观察这期间的变化时，观察到液晶排列从均匀状态（图7的（a））缓缓地出现与之不同的点状液晶排列（图7的（b））。然后这种液晶排列逐渐扩大（图7的（c）、（d）），最后形成全部相同的新产生的液晶排列（图7的（e））。可以认为这种变化是在扭曲角为270度的STN型液晶状态中出现扭曲角为90度的TN型液晶状态的结果。

为了确定这种设想，将两片偏光板组装成正交偏光，以偏光板的透过轴与摩擦方向平行的方式将液晶元件配置在两片偏光板之间并进行观察时，发现施加电压之前整体着色为蓝色，与此相对由于施加电压而产生的液晶排列中未观察到着色。由此确定施加电压之前液晶排列对应于扭曲角为270度的STN型液晶，而由于施加电压而产生的液晶排列对应于扭曲角为90度的TN型液晶。

停止施加电压之后立刻经由Longlife（注册商标）滤光片（SPECTROLINE公司制）照射5分钟365nm波长的紫外线，使光固化性单体光固化。紫外线照射之后原样状态下放置了30天，仍然保持扭曲角为90度的TN型液晶状态。此外，虽未示出具体数据，但是停止施加电压之后即使未照射紫外线，如果是数分钟至数小时则仍然保持扭曲角为90度的TN型液晶状态。

根据上述方法制备成五个实施例1的TN型液晶元件。

并且，除了未向液晶材料中添加手性剂以及光固化性单体之外，其余与实施例1同样地制备成五个比较例1的TN型液晶元件。

关于制备成的实施例1、比较例1的各五个TN型液晶元件，使用液晶元件光电特性测量装置LCD5200（大塚电子公司制）求出25℃时的下降响应时间。具体而言，以未施加电压状态时的透光率为100%、以正交偏光板的透光率为0%时，对于获得50%、10%的透光率的施加电压V50、V10，测量从V50、V10的施加电压状态切断电压时的响应时间（τ_off）。该τ_off是当以未施加电压状态时的透光率为100%、以各施加电压时的透光率为0%时，透光率从10%变化到90%所需要的时间。各五个TN型液晶元件的测量值的平均值以及2σ值示于下表1。此外，施加电压V10时的测量值示于图8的箱线图。

[表1]

如从表1以及图8所知，添加手性剂而使p/d＝1.5、从而在扭曲角为90度的TN型液晶状态下实现高分子稳定化的实施例1的TN型液晶元件与未添加手性剂以及光固化性单体的比较例1的TN型液晶元件相比，下降响应速度显著实现高速化。

关于实施例1中制备的五个TN型液晶元件（元件1～5），以20ms的时刻为V50的施加电压状态、以520ms的时刻为未施加电压状态时，25℃时的透过率的时间变化示于图9。此外，图9的下降部分（从510ms的时刻开始到570ms的时刻为止）放大示于图10。

如从图9、10所知，上升、下降的响应特性具有再现性。并且根据响应速度为高速的情况可知，TN型液晶状态被固定。

此外，关于制备成的实施例1、比较例1的各五个TN型液晶元件，使用液晶元件光电特性测量装置LCD5200（大塚电子公司制）求出-20℃时的下降响应时间。具体而言，测量从V10的施加电压状态切断电压时的响应时间（τ_off）。各五个TN型液晶元件的测量值的平均值以及2σ值示于下表2。此外，施加电压V10时的测量值示于图11的箱线图。

[表2]

如从表2以及图11所知，即使是在-20℃的低温下，添加手性剂而使p/d＝1.5、从而在扭曲角为90度的TN型液晶状态下实现高分子稳定化的实施例1的TN型液晶元件与未添加手性剂以及光固化性单体的比较例1的TN型液晶元件相比，下降响应速度也显著实现高速化。

[实施例2]

除了取向膜的预倾角设定为3度、光固化性单体UCLA-003（DIC公司制）的添加量设定为52.8mg外，其余与实施例1同样地制备成五个实施例2的TN型液晶元件。

关于这五个TN型液晶元件，使用液晶元件光电特性测量装置LCD5200（大塚电子公司制）求出25℃时的下降响应时间。具体而言，测量从V50、V10的施加电压状态切断电压时的响应时间（τ_off）。五个TN型液晶元件的测量值的平均值以及2σ值示于下表3。此外为了参考，表3中也同时示出有关实施例1的五个TN型液晶元件的测量值。

[表3]

如从表3所知，预倾角为3度的实施例2的TN型液晶元件与预倾角为21度的实施例1的TN型液晶元件相比，下降响应速度显著实现高速化。

[实施例3]

除了使用对通过添加手性剂而使手性节距左旋并调整为5.0μm的ZLI-4792US184（Merck公司制）475mg添加光固化性单体UCL-003（DIC公司制）57mg的液晶材料以外，其余与实施例1同样地制备成四个实施例3的TN型液晶元件（p/d＝1.0）。

关于这四个TN型液晶元件，使用液晶元件光电特性测量装置LCD5200（大塚电子公司制）求出25℃时的下降响应时间。具体而言，测量从V50的施加电压状态切断电压时的响应时间（τ_off）。四个TN型液晶元件的测量值的平均值以及2σ值示于下表4。此外为了参考，表4中也同时示出有关实施例1的五个TN型液晶元件的测量值。

[表4]

如从表4所知，p/d＝1.0的实施例3的TN型液晶元件与p/d＝1.5的实施例1的TN型液晶元件相比，下降响应速度显著实现高速化。

[参考例1、2]

除了液晶材料中未添加光固化性单体以外，其余与实施例1同样地制备成五个参考例1的TN型液晶元件（p/d＝1.5）。此外，除了液晶材料中未添加光固化性单体且改变手性剂的量使液晶材料的螺距长为10μm以外，其余与实施例1同样地制备成五个参考例2的TN型液晶元件（p/d＝2.0）。然后，在从扭曲角为90度的TN型液晶转变为扭曲角为270度的STN型液晶之前的期间，与实施例1同样地求出25℃时的下降响应时间。各五个TN型液晶元件的测量值的平均值以及2σ值示于下表5。

[表5]

如从表5参考例1所知，即使是未添加光固化性单体的情况，只要是从TN型液晶转变为STN型液晶之前的期间，与比较例1相比下降响应速度也实现高速化。但是，由于与实施例1相比响应速度变慢，因此可知通过高分子稳定化也可以实现下降响应速度高速化。并且根据参考例1、2确定，通过使液晶材料短螺距化从而实现下降响应速度高速化。

符号说明

100、取向膜            101、液晶分子

110、上取向膜          111、下取向膜

112、液晶分子          120、上取向膜

121、下取向膜          122、液晶分子

Claims (6)

1.一种TN型液晶显示元件，其特征在于，包括：

一组基板，所述一组基板大致平行配置且至少之一是透明的；

一组取向膜，所述一组取向膜设置于所述一组基板的相对面，

且表面进行了取向处理，以使液晶材料中的液晶分子指向相同方向；

以及

液晶层，所述液晶层配置于所述一组取向膜之间，并包含液晶材料以及手性剂，

所述一组取向膜的取向处理方向的所形成的角α是70度至110度，并且所述取向处理方向是当所述液晶层扭曲所述所形成的角α时形成均匀扭曲结构的方向，

无电场状态下稳定的扭曲角为α＋180度的STN型液晶高分子稳定化为扭曲角为α度的TN型液晶。

2.根据权利要求1所述的TN型液晶显示元件，其特征在于，

在同一液晶显示元件中扭曲角为α＋180度的STN型液晶的自由能比扭曲角为α度的TN型液晶的自由能低，

所述液晶层在扭曲角α度实现了高分子稳定化。

3.根据权利要求1或2所述的TN型液晶显示元件，其特征在于，

当设所述液晶层的厚度为d、所述液晶材料的手性节距为p时，0.5≤p/d≤1.6。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的TN型液晶显示元件，其特征在于，

所述取向膜的预倾角为5度以下。

5.一种TN型液晶元件的制造方法，其特征在于，包括：

在至少其中之一是透明的一组基板的各自的一个表面上形成取向膜的工序；

对一组所述取向膜的表面进行取向处理以使液晶材料中的液晶分子指向相同方向的工序；

以一组所述取向膜相对的方式配置所述一组基板的工序；

在一组所述取向膜之间填充包含手性剂以及光固化性单体的液晶材料从而形成液晶层的工序；

在所述一组基板之间施加电压的工序；以及

停止或减少施加电压后使所述光固化性单体光固化的工序，

一组所述取向膜的取向处理方向的所形成的角α为70度至110度，并且所述取向处理方向是当所述液晶层扭曲所述所形成的角α时形成均匀扭曲结构的方向，

施加电压的工序中，在通过施加电压使所述液晶层处于垂直取向状态后，停止或减少施加电压，从而使所述液晶层暂时由扭曲角为α＋180度的STN型液晶向扭曲角为α度的TN型液晶转变，

光固化工序中，通过使所述光固化性单体光固化，从而使所述液晶层在扭曲角α度实现高分子稳定化。

6.根据权利要求5所述的TN型液晶元件的制造方法，其特征在于，

当设所述液晶层的厚度为d、所述液晶材料的手性节距为p时，0.5≤p/d≤1.6。

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