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JPWO2002006887A1 - Liquid crystal display element - Google Patents

Liquid crystal display element

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JPWO2002006887A1
JPWO2002006887A1 JP2002-512736A JP2002512736A JPWO2002006887A1 JP WO2002006887 A1 JPWO2002006887 A1 JP WO2002006887A1 JP 2002512736 A JP2002512736 A JP 2002512736A JP WO2002006887 A1 JPWO2002006887 A1 JP WO2002006887A1
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JP
Japan
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liquid crystal
display element
alignment
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crystal display
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JP2002-512736A
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Japanese (ja)
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慎 米谷
鍾賢 金
浩 横山
潤 山本
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Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 ネマチック液晶を用いた液晶表示素子において、メモリー性と広視野角表示特性を両立した高精細、広視野角、かつ、低消費電力の液晶表示素子を提供する。ネマチック液晶を用いた液晶表示素子において、透明な一対の基板(SUB1,SUB2)と、この一対の基板(SUB1,SUB2)間に配置された液晶層(LCL)と、これらの基板面に略平行な成分を持つ電界をこの液晶層(LCL)に印加するための電極群と、この液晶層(LCL)と前記一対の基板(SUB1,SUB2)の少なくとも一方の基板の間に配置された、互いに基板面内でなす角がすべて略等しく、かつ、それぞれの液晶配向規制方向における基板面からの起き上がり角がすべて略0度である複数の方向に液晶配向規制処理された配向層とを有する。 (57) [Abstract] A liquid crystal display element using nematic liquid crystal is provided, which has high definition, a wide viewing angle, and low power consumption, and which combines memory properties and wide viewing angle display characteristics. The liquid crystal display element using nematic liquid crystal comprises a pair of transparent substrates (SUB1, SUB2), a liquid crystal layer (LCL) disposed between the pair of substrates (SUB1, SUB2), a group of electrodes for applying an electric field having a component substantially parallel to the substrate surfaces to the liquid crystal layer (LCL), and an alignment layer disposed between the liquid crystal layer (LCL) and at least one of the pair of substrates (SUB1, SUB2), which is subjected to liquid crystal alignment regulation treatment in multiple directions, with all of the angles formed by the layers in the substrate plane being substantially equal and all of the rise angles from the substrate plane in each liquid crystal alignment regulation direction being substantially 0 degrees.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

技術分野 本発明は、液晶表示素子に係り、特に低消費電力、高精細の液晶表示素子に関
する。 背景技術 従来、携帯電話などの携帯情報端末の表示素子としては、主にネマチック液晶
を用いた液晶表示素子が、その低駆動電圧、低消費電力特性を生かして用いられ
ており、近年の携帯情報端末の急速な普及に伴い、その生産量が拡大している。
同時にその表示機能も表示画素(文字)数の増加など、より高度な表示性能が要
求されてきている。 一方で、携帯機器としてバッテリーを電源とした連続使用時間を維持あるいは
拡大しなければならないことから、上記の高精細化をはじめとする表示機能の高
度化のみならず、低消費電力化も同時に達成する技術が必要とされている。 このような技術の一つとして、液晶表示素子に加える電圧を切った場合にも表
示が保持される、いわゆる表示メモリー特性をもつ液晶表示素子を用いる技術が
種々提案されている。 メモリー特性を用いることにより、表示内容が変わらない場合には原理的には
消費電力を0とすることができ、また、画素ごとに表示内容が変わった画素のみ
電圧を印加して表示内容を変更することによっても消費電力を低減できる。 さらに、従来のツイステッドネマチック(TN)方式あるいはスーパーツイス
テッドネマチック(STN)方式を単純マトリックス駆動する場合には、よく知
られているようにデューティー比の制限から、表示可能な画素数に上限があるが
、メモリー性を利用することによりこの画素数の制限をなくすことができる。 このような表示メモリー性を持つ従来技術の具体例としては、たとえば、強誘
電性液晶を用いたもの〔アプライドフィジックスレターズ,36,899(19
80)、特開昭56−107216号公報〕や、ネマチック液晶と微細なグレー
ティング処理を施した液晶配向層を組み合わせたもの(特表平11−51380
9号公報)などが提案されている。 発明の開示 しかしながら、上記した従来技術において、前者の強誘電性(カイラルスメク
チックC)液晶を用いたものは、強誘電効果に起因して応答が高速で、かつ二つ
のホモジニアス配向状態間の基板面内のスイッチングを用いることから広視野角
表示が可能であるが、ネマチック液晶を用いた一般的な液晶表示素子に比べて、
スメクチック液晶特有の層構造をとることから配向制御が難しく、さらにこの層
構造は機械的衝撃により一度壊れてしまうと回復しにくい等の問題点があり、広
範な実用化はなされていない。 一方、後者のネマチック液晶と微細なグレーティング処理を施した液晶配向層
を用いるものは、フレクソエレクトリック効果を用いてホメオトロピック(垂直
)配向とハイブリッド配向の二状態間をスイッチングするものであるが、このハ
イブリッド配向に起因して表示視野角特性が特定の方向で悪化するという問題点
がある。 さらに、この液晶表示素子において、駆動電圧を低くするためには、フレクソ
エレクトリック係数が十分に大きな液晶材料が必要となるが、そのような液晶材
料が一般的に知られていないため駆動電圧および消費電力が高くなってしまうと
いう問題点もあり、この技術も広範な実用化は行われていない。 以上のように従来技術においては、層構造をもたず、配向制御が容易なネマチ
ック液晶を用いた液晶表示素子において、メモリー性による低消費電力化と広視
野角表示を両立することが困難であった。 本発明は、上記状況に鑑みて、ネマチック液晶を用いた液晶表示素子において
、メモリー性と広視野角表示特性を両立した高精細、広視野角かつ低消費電力の
液晶表示素子を提供することを目的とする。 本発明の特徴を以下に述べる。 広視野角表示特性を得るためには、複数の液晶配向状態間のスイッチングが主
に液晶層を挟持する基板面内となるようにすればよく、同時にそれらの液晶配向
状態がメモリー性を持つためにはそれらの複数の状態が印加電圧を切った後にも
共にエネルギー的に安定であればよい。 電圧が印加されておらず、液晶層に加わる電界が無い場合の液晶配向状態のエ
ネルギーは、液晶層自身の弾性変形エネルギーと液晶層と基板表面の配向層の界
面相互作用エネルギーの和で表されることから、基板面内の複数の配向方向が共
にエネルギー的に十分安定となる界面相互作用を用いることによって、基板面内
でスイッチングする複数の液晶層の配向状態を安定状態とすることが出来る。 さらに、これらの複数の配向状態を共に安定に保持し、かつ安定な状態間のス
イッチングを得るためには、上記の界面相互作用による複数の配向方向のエネル
ギー的な安定性が等価であることが望ましい。 具体的に基板面内の複数の配向方向がエネルギー的に等価に安定となる液晶界
面配向を得る手段としては、基板面内において互いになす角がすべて略等しい複
数の方向に液晶配向規制(アンカリング)処理された配向層を用い、かつ、これ
らの複数の液晶配向規制のすべてにおいて、液晶分子の配向規制方向における基
板面からの起き上がり(プレチルト)角が略0度となるようにすれば良い。 この作用を、基板面内の配向規制方向が2方向である場合を例にとり、以下説
明する。 配向規制方向がより多い場合においても、後述する起き上がり(プレチルト)
角の条件を除けばその作用は同じである。 第1図に示すように、お互いの液晶配向規制力が極端に違わない2つの異なる
方向に液晶配向規制力をもつ配向層は一般にその2つの方向の配向規制力の競合
により、その2つの方向の合成方向に液晶容易軸をもつ。 第1図(a)のように、これらの2つの配向規制方向が互いになす角がすべて
90度とならない場合には、この対称性の破れにより、より小さな相対角度を二
分する方向の容易軸がよりエネルギー的に安定となり、双安定状態を実現するた
めの2つの液晶容易軸間の等価性が失われる。 したがって、2つの容易軸の配向安定性を等価にするには、その源となる2つ
の配向規制方向が互いになす角を第1図(b)のようにすべて等しい略90度と
する必要がある。 さらに、上記のように基板面内において2つの配向規制方向のなす角が略90
度である場合においても、液晶配向規制力を生じさせるための処理として通常用
いられるラビング処理により配向規制力を与える場合には、基板面からの液晶配
向方向の起き上がり角(プレチルト角、通常ラビング処理では、少なくとも1度
以上で数度〜数十度)が必然的に生じるため、これによる対称性の破れも考慮す
る必要がある。 プレチルト角をもつ液晶配向規制方向は、第1図(c)のように液晶分子の基
板面からの起き上がり方向に矢印をつけた有向ベクトルとして表すことが出来る
。 したがって、第1図(c)のように互いに直交する2つのプレチルト角を持つ
配向規制方向からなる場合を考えると、2つの生じ得る容易軸のうち、矢印の揃
った(太い点線の)方向がよりエネルギー的に安定となり、この場合にも双安定
状態を実現するための2つの容易軸間の等価性が失われる。 このプレチルトにより生じる対称性の破れを考慮すると、2つの配向規制力方
向のうち第1図(d)のように少なくとも一方のプレチルト角が略0度であれば
2つの容易軸間の等価性が得られることが判る。 一方、配向規制方向が2方向以上の場合には、結果として生じる複数の容易軸
間の等価性を得るには、第1図(b)のようにすべての配向規制方向のプレチル
ト角が略0度である必要があることが判る。 このような複数の容易軸の等価性確保に必要となる、プレチルト角が略0度と
なる液晶配向規制を与える方法としては、例えば、直線偏光した紫外光により、
この光に感度を有する感光性材料をあらかじめコートした表面を照射するいわゆ
る光配向法や、いわゆるアトミックフォースマイクロスコープ(原子間力顕微鏡
;AFM)として知られている装置と基本構造としてよく似た装置により、前記
基板表面上に応力を与えることが可能な探針により走査したり、紫外領域のレー
ザー光などの化学反応を与え得るビーム状の光線で感光性材料をあらかじめコー
トした表面を任意のパターンで走査する方法などを用いれば良い。 また、複数の方向に液晶配向規制処理された配向層を得るには、例えば、当該
処理対象となる領域全体に一様に直線偏光した紫外光を照射する光配向処理を、
その直線偏光方向を変えて複数回行なうことにより可能である。 上記のようにして得られた複数の液晶配向容易軸が共に十分に安定であるため
には、その源となる競合する複数の液晶配向規制方向それぞれの配向規制力の相
対的な強度の精密な制御が必要である。 このことは、相対的な強度が極端に異なる場合においては、上記の競合自身が
生じないことからも明らかである。 この相対的な配向規制力の比は、例えば2方向の配向規制力の場合には、2つ
の液晶配向規制方向が異なる領域を、例えばチェッカーボードパターンのように
、その2つの領域の総面積比率を制御しつつ基板面内に複数分割配置する方法を
用いることにより特に容易に精密制御が可能である。 次に、上記の広視野角特性を得るためのネマチック液晶の基板面内スイッチン
グを実現するためには、基板面に略平行な成分を持つ電界を前記液晶層に印加す
るための電極群を用いれば良い。 この基板面内のスイッチングの形態としては、前記の複数の配向方向がエネル
ギー的に安定となる配向層を両基板に配置して、両方の基板界面で面内スイッチ
ングを生じさせてもよいし、上記のような配向層を片側の基板にのみ配置し、他
方の基板には通常のラビング法により配向能を付与して、片側基板界面でのみ面
内スイッチングをさせても良く、どちらの場合においても基板面内スイッチング
による広視野角特性が実現できる。 表示法としては、例えば、前者の場合は、異なる面内方位のホモジニアス状態
間の複屈折光学モードによる表示、後者の場合はホモジニアス−ツイステッドプ
ラーナー状態間の旋光光学モードによる表示を用いることが出来る。 後者のホモジニアス−ツイステッドプラーナー状態間の双安定スイッチングを
用いる場合には、液晶層のツイスト変形によりこれらの双安定スイッチング状態
の間で大きなエネルギー差が生じ、スイッチングの閾値電圧の大きな非対称性な
どの駆動上好ましくない特性が生じることがある。 これを低減するには、ツイステッドプラーナー状態を安定化させる目的で不斉
分子成分をカイラルドーパントとして適当量含んだ液晶組成物を用いればよい。 本発明の液晶表示装置の液晶材料としては、その誘電異方性(Δε)は正・負
の材料を用いることができる。 さらに、液晶材料としてΔεの符号が印加される交流電界の周波数に依存して
正・負両方とり得る液晶材料を用い、双安定状態間の一方向のスイッチングには
Δεが正となる交流電界周波数、逆方向のスイッチングにはΔεが負となる交流
電界周波数を用いることにより、一対の櫛歯電極のみでも両状態間の双方向スイ
ッチングが可能となり、電極構造とその製造プロセスの簡略化を図る。 また、櫛歯電極群とは別に、通常のツイステッドネマチック(TN)方式と同
様に、両基板面上に設けられた一対の面電極により液晶層に基板面に対して略垂
直な電界を加える手段を用いることにより、上述のツイステッドプラーナー状態
をホメオトロピック(垂直配向)状態に遷移させることが可能であるが、この状
態から電界を切った場合には、ホモジニアス状態に遷移するため、このような縦
電界を加える手段によっても状態間のスイッチングが可能で、特に全画素表示の
一斉リフレッシュに有効である。 発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 第2図は本発明の第1実施例を示す液晶表示素子の構成を示す図である。 この図において、基板SUB1,SUB2として、厚みが1.1mmで表面を
研磨した透明なガラス基板を2枚用いた。 基板SUB1上に、対となる櫛歯電極EL2AおよびEL2Bを、基板上に形
成した同一のITO(インジウムチンオキサイド)からなる透明導電層をパター
ン化して形成し、更にその上に窒化シリコンからなる膜厚600nmの絶縁保護
膜IL1を形成した。 同様に、もう一組の櫛歯電極EL1AおよびEL1Bを、上記の櫛歯電極EL
2と略直交する方向に、絶縁膜IL1の上に形成した同一のITOからなる透明
導電層をパターン化して構成し、更にその上に窒化シリコンからなる膜厚200
nmの絶縁保護膜IL2を形成した。 また、LCLは液晶層である。 上記の櫛歯電極EL1,EL2の電極長手方向は、図中の座標系であらわすと
、それぞれy軸、x軸方向である。 また、これらの櫛歯電極の電極幅は6μm、電極間隔は4μmで、図中の櫛歯
間隙部の数は簡単に説明するため模式的に3分割で図示してあるが、実際の素子
は8分割とした。 次に、絶縁膜IL2上に、溶剤可溶型のポリイミド前駆体である日産化学社製
、SE7210の溶液を塗布した後、200℃まで加熱し、30分放置し溶剤を
除去して緻密なポリイミド膜を得た。 次いで、このようにして得たポリイミド膜表面を、AFM装置と同じ構造の装
置により、前記膜表面に20〜30nNの応力を与えるよう調整された、Si3
N4あるいはSiを材質とした、先端を原子レベルで尖らせた探針を用いて線状
の応力作用パターンを形成するように走査した。 この探針の走査パターンを第3図を用いて説明する。 走査は、第3図中の正方形のチェッカーボードパターンに区切られたそれぞれ
の小領域において、互い違いにSCN1AおよびSCN1Bで表される略直交す
る方向の線状走査を行うように制御されている。 また、区切られたそれぞれの正方形の小領域の大きさは略1μm角であり、そ
の中を35ライン/μmの密度で線状に探針を走査することにより線状の応力作
用パターンを複数配置した。 これらの走査は液晶配向のプレチルト角が略0度となるように、一筆書き状に
隣り合う走査方向が互いに逆方向となるよう行った。 なお、これらのパターン形状やパターン密度はあくまで一つの例であり、用い
る液晶材料の特性などに合わせて調整する。 上記のマス目方向や、線状走査方向SCN1A,SCN1Bは、第2図中の座
標系で表すとそれぞれx軸、y軸と略45度の角をなす方向に設定されている。 このようにして形成された、複数の液晶配向容易軸方向をもつ領域を基板面内
に複数配置した配向層AL1は、結果として図中座標系x軸、y軸方向であるA
LD1A,ALD1B方向の二つの方向の配向容易軸を有する配向層となる。 もう一方の基板SUB2には、上記と同様にして緻密なポリイミド膜を得た後
、ラビングローラに取付たバフ布で配向膜表面をラビング処理し、図中の座標軸
のx軸方向のALD2で表せられる単一の配向容易軸をもつ液晶配向能を付与し
た。 次に、これらの2枚の基板をそれぞれの液晶配向能を有する表面同士を相対向
させて、分散させた球形のポリマビーズからなるスペーサと周辺部のシール剤と
を介在させて、セルを組みたてた。 次いで、この液晶セルの基板間に、メルク社製のネマチック液晶組成物ZLI
−4535(誘電異方性Δεが正でその値が14.8であり、屈折率異方性Δn
が0.0865)を真空で注入し、紫外線硬化型樹脂からなる封止材で封止して
液晶パネルを得た。 このとき液晶層の厚みは上記のスペーサにより、液晶封入状態で6.4μmと
なるように調整した。従って、本実施例の液晶表示素子のリタデーション(Δn
d)は、0.5μmとなる。 次に、このパネルを2枚の偏光板POL1,POL2(日東電工社製G122
0DU)で挟み、一方の偏光板の偏光透過軸POL1を上記のラビング方向AL
D2とほぼ並行とし、他方POL1をそれに直交させて配置した。 その後、駆動回路、バックライトなどを接続し、液晶表示素子を得た。 この第1実施例の液晶表示素子のスイッチング特性を第4図を用いて説明する
。 図中において、V1、V2は、第1の櫛歯電極EL1A,EL1Bおよび第2
の櫛歯電極EL2A,EL2B間に加えられる電圧波形、Trはそれに伴う液晶
素子の透過率の変化を表す。 この第4図に示されるように、この実施例に示す液晶素子は、選択的に交流電
圧をV1あるいはV2として加えることにより明・暗の2メモリー状態間のスイ
ッチングが可能であることが分かる。 この実施例の場合のスイッチング交流電圧(周波数1kHz)はV1として8
Vpp,V2として6Vppであり、若干の駆動電圧非対称性がみられた。 第5図にそれぞれ、暗状態〔第5図(a)参照〕、明状態〔第5図(b)参照
〕に対応する液晶層内の液晶配向状態の模式図を示す。 この図にあるように、これらの二状態間のスイッチングは略基板面内の液晶分
子配向スイッチングにより行われる。 次に、ミノルタ社製の液晶視野角測定装置CV−1000を用いて、本実施例
の液晶表示素子の、視野角特性を測定したところ、上下140度、左右140度
の全域でコントラスト比が10:1以上で、かつ階調反転のない広視野角特性が
得られた。 目視による画質検査においても、斜め方向から見ても表示色の大きな変化も見
られず、均一性の高い表示が得られた。 次に、本発明の第2実施例について説明する。 上記の第1実施例において、一方の基板側の配向層として、感光性材料膜を基
板表面上に形成し、その表面を紫外光線で走査した物を用い、さらに液晶材料に
カイラルドーパントとしてメルク社製のCB−15を、組成物の螺旋ピッチ長が
約15μmとなるように組成したものを用いた以外は実施例1と同様にして液晶
表示素子を作成し、第2実施例とした。 具体的には、ジアミン化合物として、ジアゾベンゼン基を含有する〔化1〕と
4,4′−ジアミノジフェニルメタンを等モル比で混入した物を用い、ピロメリ
ット酸二無水物及び/あるいは1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸
二無水物の酸無水物にポリアミック酸として合成し、基板表面に塗布後、200
℃、30分の焼成、イミド化を行い、波長420nmのGaNレーザー光を走査
ビームとして用いて、第1実施例と同じパターンを表面上に配置し、配向層とし
た。 なお、ここでは光源としてGaNレーザーを用いたが、発振波長の近いHeC
dレーザーを用いてもよい。 また、感光性材料として、〔化1〕の代わりに〔化2〕、〔化3〕を用いても
よい。 第6図は第4図に対応する本実施例の電気光学特性を示す図である。この実施
例の場合のスイッチング交流電圧はV1として5Vpp,V2として4.8Vp
pであり、カイラルドーパント添加によるツイステッドプラーナー状態のエネル
ギー安定化効果により、V1,V2の駆動電圧非対称性をほぼ解消することがで
きた。 第1実施例と同様の視野角測定においても、第1実施例とほぼ同じ広視野角特
性を持った均一性の高い表示が得られた。 次に、本発明の第3実施例について説明する。 上記の第1実施例において、液晶材料としてメルク社製のTX2Aを用い、第
7図に示すように、櫛歯電極を1組のみ持つ構成として、2周波駆動回路を用い
た以外は第1実施例と同様にして液晶表示素子を作製し、第3実施例とした。 上記の液晶組成物TX2Aは、その誘電異方性(Δε)が低周波では正で、高
周波では負となる2周波駆動用のネマチック組成物であり、そのクロスオーバー
周波数は6kHzである。 本実施例の駆動波形と、電気光学特性を第8図に示す。この図に示すように、
本実施例においては、暗(ホモジニアス)状態から明(ツイステッドプラーナー
)状態へのスイッチングには、TX2AのΔεが正となる4kHz、8Vppの
交流電圧、逆のスイッチング時にはΔεが負となる8kHz、10Vppの交流
電圧をV1として用いることにより、一組の櫛歯電極で両状態間のスイッチング
が可能であった。 本実施例においても、第1実施例と同様の視野角測定により、第1実施例とほ
ぼ同じ広視野角特性を持った均一性の高い表示が得られた。 次に、本発明の第4実施例について説明する。 上記の第3実施例において、第9図に示すように、基板SUB1、SUB2そ
れぞれに対となる平行平板電極を加えた構成とした以外は第3実施例と同様にし
て液晶表示素子を作製し、第4実施例とした。 上記の対となる平行平板電極はITO透明電極からなり、交流電圧V2が加え
られる駆動回路に接続されている。 本実施例の電気光学特性および視野角特性は第3実施例とほぼ同じであるが、
追加された平行平板電極間に4kHz、20Vppの交流電圧を加えることによ
り、複数の画素を一度に明状態から暗状態にリフレッシュ表示が可能であった。 次に、本発明の第5実施例について説明する。 上記の第3実施例において、第10図に示すように、基板SUB1上に光反射
板REFとその上にλ/4板QPを加えた構成とし、セルギャップを半分の3.
2μmとし、配向層AL1の二つの走査方向SCN1A,SCN1B走査時の探
針の与える応力値を調整して、AL1にお互いに45度の角度をなす二つの液晶
配向容易軸ALD1A,ALD2Aを付与した配向層を用いた以外は第3実施例
と同様にして反射型の液晶表示素子を作製し、第5実施例とした。 本実施例におけるλ/4板QPの遅延軸の方向は偏光板POL2の透過軸と略
45度をなす角度に設定し、配向層AL1の配向容易軸ALD1AはALD2と
同方向、ALD1BはALD2に対して45度回転した方向となっている。 上記の配向層AL1の構成により、本実施例における二つの安定な液晶層の配
向状態は、第5図(b)に示すものを45度捩れの構造としたものとなり、第5
図の透過型の構成と同じく一様配向状態で暗、(45度)ツイステッドプラーナ
ー状態で明状態となる。 本実施例の電気光学特性および視野角特性は第3実施例とほぼ同じであるが、
透過率ではなく反射率として光学特性が得られる点が異なる。 次に、本発明の第6実施例について説明する。 上記の実施例1において、基板SUB1側に形成したポリイミド膜表面を、一
旦基板SUB2側と同様にラビングローラに取付たバフ布で、第1図中の座標軸
のx軸と45度の方向にラビング処理し、単一の配向容易軸をもつ液晶配向能を
付与した。 その後、実施例1と同じくAFM装置と同じ構造の装置により、前記膜表面に
20〜30nNの応力を与えるよう調整された、SiあるいはSiを材質
とした、先端を原子レベルで尖らせた探針を用いて第1図中の座標軸のy軸と4
5度の方向に、線状の応力作用パターンを形成するように先にラビング処理をし
た領域全面に一様に走査した。 このようにして形成された領域全体に一様に、そのラビング方向と走査方向を
互いに90度変えて前後して行なったラビング処理、AFM走査処理を施した配
向層AL1は、結果として実施例1と同様に第1図中座標系x軸、y軸方向であ
るALD1A,ALD1B方向の二つの方向の配向容易軸を有する配向層となっ
た。本実施例の電気光学特性および視野角特性は第1実施例とほぼ同じであった
。 次に、本発明の第7実施例について説明する。 上記の第2実施例において、一方の基板側の配向層として基板表面上に形成し
た感光性材料膜表面を紫外光線で走査する代わりに、紫外光源からの光をブリュ
スター角を利用した偏光素子により直線偏光紫外光とし、第1、2実施例と同じ
正方形のチェッカーボードパターンの2枚のフォトマスクを介して2回照射した
ものを用いた以外は実施例2と同様にして液晶表示素子を作成し、第7実施例と
した。 具体的には、実施例2と同じく、ジアミン化合物として、ジアゾベンゼン基を
含有する〔化1〕と4,4′−ジアミノジフェニルメタンを等モル比で混入した
物を用い、ピロメリット酸二無水物及び/あるいは1,2,3,4−シクロブタ
ンテトラカルボン酸二無水物の酸無水物にポリアミック酸として合成し、基板表
面に塗布後、200℃、30分の焼成、イミド化を行い、これに2回の偏光紫外
光照射を、その直線偏光方向を互いに90度回転させ、同時にフォトマスクのチ
ェッカーボードパターンの黒に当たる部分が1回目、白に当たる部分が2回目の
偏光紫外照射領域となるように行ない配向層とした。 これらの偏光紫外光照射は、それにより付与される液晶配向のプレチルト角が
略0度となるように基板面に対して垂直入射とした。感光性材料としては、〔化
1〕の代わりに〔化2〕、〔化3〕を用いてもよい。本実施例の電気光学特性お
よび視野角特性は第2実施例とほぼ同じであった。 次に、本発明の第8実施例について説明する。 上記の第7実施例において、液晶層を挟む2枚の基板両方の側の配向層として
、実施例7と同様のチェッカーボードパターンの2枚のフォトマスクを用いて、
2回の直線偏光紫外光を照射した配向層を用い、さらにこの2回の紫外光照射の
強度を相対的に変えることにより、第5実施例と同様に結果として得られる配向
層の2つの容易軸のなす角度を45度とし、またカイラルドーパント材を添加し
ないようにした以外は第7実施例と同様にして液晶表示素子を作成し、第8実施
例とした。 本実施例におけるスイッチングの形態としては、2つの配向方向がエネルギー
的に安定となる配向層を両基板に配置していることから、両方の基板界面で面内
スイッチング(スイッチング角45度)が生じ、これとクロスニコルに配置され
た2枚の偏光板により、異なる面内方位のホモジニアス状態間の複屈折光学モー
ドによる表示となる。 本実施例の電気光学特性および視野角特性は第7実施例とほぼ同じであるが、
前述の様に複屈折モードによる透過率として光学特性が得られる点が異なる。 次に、本発明の第8実施例について説明する。 上記第7の実施例において、一方の基板側の配向層として基板表面上に形成し
た感光性材料膜表面を直線偏光紫外光照射を行なう際に、フォトマスクとして第
11図に示すハチの巣パターンの3枚のフォトマスクを用い、それぞれその直線
偏光方向を60度ずつ回転させながら3回の偏光紫外光照射したものを用い、さ
らに基板SUB1上の電極群を、互いにそのなす角を60度として交差させた3
対の櫛歯電極群としてそれぞれに駆動回路を付与し、適当な光学特性を調整した
位相版を出射側の偏光板の直前に追加した以外は第7実施例と同様にして液晶表
示素子を作成し、第9実施例とした。 上記の3枚のハチの巣パターンのフォトマスクと、それぞれに対応した直線偏
光紫外光照射の偏光方向を第11図(b)、第11図(c)、第11図(d)に
示す。 本実施例におけるスイッチングの形態としては、60度ずつ異なる3つの配向
方向がエネルギー的に安定となる配向層を一方の基板に配置していることから、
3対の櫛歯電極に適当な駆動電圧をあたえることにより、この基板界面で面内ス
イッチング(スイッチング角60度、120度)を生じさせる。 したがって、液晶セル全体としては、ホモジニアス状態(ツイスト角0度)、
60度ツイスト、120度ツイストの3状態をメモリー状態として取ることが可
能である。 さらに、ホモジニアス状態で黒、120度ツイスト状態において白表示となる
ように前述の位相板の光学特性を調節することにより、60度ツイスト状態での
中間調表示を含めた3階調の光学特性が得られた。 なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨にもとづ
いて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない
。 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ネマチック液晶を用いた液晶
表示素子において、メモリー特性による低消費電力と広視野角表示を両立させる
ことができる。 産業上の利用可能性 本発明の液晶表示素子は、表示装置を有する電子装置に適用することができ、
特に、メモリー特性による低消費電力と広視野角表示を両立させることができる
ため、携帯情報端末として好適である。
The present invention relates to a liquid crystal display element, and more particularly to a low-power, high-resolution liquid crystal display element. Background Art: Conventionally, liquid crystal display elements using nematic liquid crystals have been used as display elements for portable information terminals such as mobile phones, taking advantage of their low driving voltage and low power consumption characteristics. With the rapid spread of portable information terminals in recent years, the production volume of such display elements has been expanding.
At the same time, demands for higher display performance, such as an increased number of display pixels (characters), are also growing. However, because portable devices must maintain or extend their battery-powered continuous operating time, technologies are needed that not only achieve the aforementioned high resolution and other advanced display functions but also achieve low power consumption. One such technology is the use of LCD elements with so-called display memory, which retains the display even when the voltage applied to the LCD element is turned off. By utilizing this memory characteristic, power consumption can be reduced in principle when the display content remains unchanged. Power consumption can also be reduced by applying voltage only to pixels whose display content has changed. Furthermore, when using conventional twisted nematic (TN) or super twisted nematic (STN) display elements with simple matrix drive, there is a well-known limit to the number of pixels that can be displayed due to the duty ratio. However, utilizing the memory characteristic eliminates this limit. A specific example of the prior art having such a display memory property is, for example, one using a ferroelectric liquid crystal [Applied Physics Letters, 36,899 (1999)].
80), JP-A-56-107216], and a combination of a nematic liquid crystal and a liquid crystal alignment layer subjected to a fine grating treatment (JP-A-11-51380
However, among the above-mentioned conventional technologies, the former one using ferroelectric (chiral smectic C) liquid crystal has a high speed response due to the ferroelectric effect, and is capable of wide viewing angle display by using switching between two homogeneous alignment states within the substrate plane, but compared to general liquid crystal display elements using nematic liquid crystal,
The layer structure unique to smectic liquid crystals makes alignment difficult to control, and once damaged by mechanical impact, this layer structure is difficult to recover, preventing widespread practical application. On the other hand, the latter, which uses nematic liquid crystals and a liquid crystal alignment layer with a fine grating, utilizes the flexoelectric effect to switch between homeotropic (vertical) and hybrid alignment states. However, this hybrid alignment results in poor viewing angle characteristics in certain directions. Furthermore, to reduce the driving voltage, a liquid crystal material with a sufficiently large flexoelectric coefficient is required. However, such liquid crystal materials are not commonly known, resulting in high driving voltage and power consumption. This technology has also not been widely adopted. As described above, with conventional technologies, it has been difficult to achieve both low power consumption due to memory properties and wide viewing angle display in liquid crystal display devices using nematic liquid crystals, which do not have a layer structure and are easy to align. In view of the above, an object of the present invention is to provide a high-resolution, wide-viewing-angle, low-power liquid crystal display device using nematic liquid crystals that combines memory properties and wide-viewing-angle display characteristics. The features of the present invention are described below. To achieve wide-viewing-angle display characteristics, switching between multiple liquid crystal alignment states must occur primarily within the plane of the substrates sandwiching the liquid crystal layer. At the same time, for these liquid crystal alignment states to have memory properties, these multiple alignment states must be energetically stable even after the applied voltage is turned off. The energy of the liquid crystal alignment state when no voltage is applied and no electric field is applied to the liquid crystal layer is expressed as the sum of the elastic deformation energy of the liquid crystal layer itself and the interfacial interaction energy between the liquid crystal layer and the alignment layer on the substrate surface. Therefore, by using an interfacial interaction that ensures sufficient energy stability for all multiple alignment directions within the substrate plane, the multiple alignment states of the liquid crystal layer that switch within the substrate plane can be stabilized. Furthermore, to stably maintain these multiple alignment states and achieve stable switching between them, it is desirable that the energetic stabilities of the multiple alignment directions due to the interfacial interaction be equivalent. Specifically, a means for obtaining liquid crystal interface alignment in which multiple alignment directions within the substrate plane are energetically equivalent and stable is to use an alignment layer that has been subjected to liquid crystal alignment restriction (anchoring) treatment in multiple directions in the substrate plane, all of which form approximately equal angles with each other, and to make the rising (pretilt) angle of the liquid crystal molecules from the substrate plane in the alignment restriction direction approximately 0 degrees in all of these multiple liquid crystal alignment restrictions. This effect will be explained below using an example in which there are two alignment restriction directions within the substrate plane. Even in the case in which there are more alignment restriction directions, the rising (pretilt) angle described later can be adjusted.
The effect is the same except for the condition of the angle. As shown in Figure 1, an alignment layer having liquid crystal alignment constraints in two different directions, where the respective constraints are not extremely different, generally has a liquid crystal easy axis in the composite direction due to the competition between the alignment constraints in the two directions. If the angles between these two alignment constraint directions are not all 90 degrees, as in Figure 1(a), this symmetry is broken, and the easy axis in the direction that bisects the smaller relative angle becomes more energetically stable, and the equivalence between the two liquid crystal easy axes to achieve a bistable state is lost. Therefore, to make the alignment stability of the two easy axes equivalent, the angles between the two alignment constraint directions, which are the source of this, must all be equal, approximately 90 degrees, as in Figure 1(b). Furthermore, as mentioned above, when the angles between the two alignment constraint directions in the substrate plane are approximately 90 degrees,
Even in cases where the orientational force is 0.05°, when the orientational force is applied by a rubbing process, which is typically used to generate a liquid crystal orientational force, an angle of rise of the liquid crystal orientation from the substrate surface (pretilt angle; in typical rubbing processes, this angle is at least 1° and ranges from several degrees to several tens of degrees) inevitably occurs, and the resulting symmetry breakdown must also be considered. A liquid crystal orientational direction with a pretilt angle can be represented as a directed vector with an arrow pointing in the direction of rise of the liquid crystal molecules from the substrate surface, as shown in Figure 1(c). Therefore, considering the case of orientational directions with two mutually orthogonal pretilt angles as shown in Figure 1(c), the direction with the aligned arrows (indicated by the thick dotted line) among the two possible easy axes is more energetically stable. In this case, the equivalence between the two easy axes for achieving a bistable state is also lost. Considering the symmetry breakdown caused by this pretilt, it can be seen that equivalence between the two easy axes is achieved if at least one of the two orientational force directions has a pretilt angle of approximately 0°, as shown in Figure 1(d). On the other hand, when there are two or more alignment control directions, it is necessary to set the pretilt angle of all alignment control directions to approximately 0 degrees as shown in Figure 1(b) in order to obtain the equivalence between the resulting plurality of easy axes. As a method for providing the liquid crystal alignment control with the pretilt angle of approximately 0 degrees, which is necessary to ensure the equivalence of such a plurality of easy axes, for example, linearly polarized ultraviolet light is used to
The method may be a so-called photo-alignment method in which a surface previously coated with a photosensitive material having sensitivity to this light is irradiated, or a method in which a probe capable of applying stress to the substrate surface is scanned using an apparatus similar in basic structure to an apparatus known as an atomic force microscope (AFM), or a method in which a surface previously coated with a photosensitive material is scanned in an arbitrary pattern with a beam of light capable of inducing a chemical reaction, such as ultraviolet laser light. In addition, to obtain an alignment layer subjected to a liquid crystal alignment control treatment in multiple directions, for example, a photo-alignment treatment in which linearly polarized ultraviolet light is uniformly irradiated over the entire area to be treated is performed.
This can be achieved by repeating the process multiple times, changing the linear polarization direction. For the multiple liquid crystal easy axes obtained as described above to be sufficiently stable, precise control of the relative strength of the alignment constraint forces of the multiple competing alignment constraint directions, which are the source of the conflict, is required. This is evident from the fact that the above-mentioned competition does not occur when the relative strengths are extremely different. In the case of alignment constraint forces in two directions, for example, precise control of the ratio of the relative alignment constraint forces can be achieved particularly easily by dividing and arranging multiple regions with two different alignment constraint directions within the substrate plane while controlling the total area ratio of the two regions, such as in a checkerboard pattern. Next, to achieve the in-plane switching of nematic liquid crystals to obtain the wide viewing angle characteristics described above, a group of electrodes can be used to apply an electric field with a component approximately parallel to the substrate plane to the liquid crystal layer. As a form of in-plane switching, alignment layers that make the above-mentioned multiple alignment directions energetically stable may be disposed on both substrates, thereby generating in-plane switching at both substrate interfaces. Alternatively, such an alignment layer may be disposed on only one substrate, and the other substrate may be imparted with alignment ability by a conventional rubbing method, thereby generating in-plane switching only at the interface of one substrate. In either case, wide viewing angle characteristics can be achieved by in-plane switching of the substrates. As display methods, for example, in the former case, a birefringence optical mode display between homogeneous states with different in-plane orientations can be used, and in the latter case, an optical rotation mode display between a homogeneous and twisted planar state can be used. When using the latter bistable switching between the homogeneous and twisted planar states, twist deformation of the liquid crystal layer can cause a large energy difference between these bistable switching states, which can result in undesirable driving characteristics such as a large asymmetry in the switching threshold voltage. To reduce this, a liquid crystal composition containing an appropriate amount of an asymmetric molecular component as a chiral dopant can be used to stabilize the twisted planar state. The liquid crystal material for the liquid crystal display device of the present invention can be a material with a positive or negative dielectric anisotropy (Δε). Furthermore, by using a liquid crystal material whose Δε sign can be either positive or negative depending on the frequency of the applied AC electric field, and by using an AC electric field frequency that makes Δε positive for one-way switching between bistable states and an AC electric field frequency that makes Δε negative for reverse switching, bidirectional switching between the two states is possible with just a pair of comb-tooth electrodes, thereby simplifying the electrode structure and manufacturing process. Furthermore, in addition to the comb-tooth electrode group, a pair of planar electrodes provided on both substrate surfaces can be used to apply an electric field to the liquid crystal layer approximately perpendicular to the substrate surfaces, as in a conventional twisted nematic (TN) system, to transition the twisted planar state to a homeotropic (vertical alignment) state. When the electric field is turned off from this state, the liquid crystal transitions to a homogeneous state. Therefore, applying such a vertical electric field can also enable switching between states, which is particularly effective for simultaneous refreshing of all pixel displays. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The following describes in detail embodiments of the present invention. Fig. 2 is a diagram showing the configuration of a liquid crystal display element showing a first embodiment of the present invention. In this figure, two transparent glass substrates with a thickness of 1.1 mm and polished surfaces were used as substrates SUB1 and SUB2. A pair of comb-tooth electrodes EL2A and EL2B were formed on substrate SUB1 by patterning a transparent conductive layer made of the same ITO (indium tin oxide) formed on the substrate, and an insulating protective film IL1 made of silicon nitride and having a thickness of 600 nm was further formed thereon. Similarly, another pair of comb-tooth electrodes EL1A and EL1B was formed on the above comb-tooth electrode EL
A transparent conductive layer made of the same ITO as that formed on the insulating film IL1 is patterned in a direction substantially perpendicular to the insulating film IL2, and a 200 mm thick film made of silicon nitride is further formed on the transparent conductive layer.
An insulating protective film IL2 having a thickness of nm was formed. LCL is a liquid crystal layer. The longitudinal directions of the comb-tooth electrodes EL1 and EL2 are the y-axis and x-axis directions, respectively, in the coordinate system shown in the figure. The comb-tooth electrodes have a width of 6 μm and an electrode spacing of 4 μm. The number of inter-comb gaps in the figure is shown as three for ease of explanation, but the actual device has eight. Next, a solution of SE7210, a solvent-soluble polyimide precursor manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., was applied to the insulating film IL2, heated to 200°C, and left for 30 minutes to remove the solvent, yielding a dense polyimide film. The surface of the polyimide film thus obtained was then subjected to a tensile test using a device with the same structure as the AFM device. The Si3
A probe made of N4 or Si with an atomically sharpened tip was used to scan to form a linear stress application pattern. This probe scanning pattern is explained using Figure 3. The scanning was controlled to perform linear scans in approximately orthogonal directions, represented by SCN1A and SCN1B, in each of the small areas divided into square checkerboard patterns in Figure 3. Each of the small square areas measured approximately 1 μm square, and the probe scanned linearly within the area at a density of 35 lines/μm to form multiple linear stress application patterns. These scans were performed in a single stroke, with adjacent scan directions in opposite directions to each other, so that the pretilt angle of the liquid crystal alignment was approximately 0 degrees. Note that these pattern shapes and pattern densities are merely examples and should be adjusted according to the characteristics of the liquid crystal material used. The grid direction and linear scan directions SCN1A and SCN1B are set to form approximately 45-degree angles with the x-axis and y-axis, respectively, in the coordinate system shown in Figure 2. The alignment layer AL1 thus formed, in which a plurality of regions having a plurality of liquid crystal easy axis directions are arranged in the substrate plane, is formed as follows:
This resulted in an alignment layer with two easy alignment axes, LD1A and ALD1B. On the other substrate, SUB2, a dense polyimide film was obtained in the same manner as above, and then the surface of the alignment film was rubbed with a buff cloth attached to a rubbing roller to impart liquid crystal alignment ability with a single easy alignment axis represented by ALD2 in the x-axis direction of the coordinate axes in the figure. Next, these two substrates were placed with their surfaces having liquid crystal alignment ability facing each other, and a cell was assembled with spacers made of dispersed spherical polymer beads and a peripheral sealant interposed therebetween. Next, a nematic liquid crystal composition ZLI manufactured by Merck was placed between the substrates of this liquid crystal cell.
-4535 (dielectric anisotropy Δε is positive and its value is 14.8, refractive index anisotropy Δn
The liquid crystal panel was obtained by vacuum-injecting a liquid crystal layer having a refractive index of 0.0865 and sealing it with a sealing material made of ultraviolet-curable resin. The thickness of the liquid crystal layer was adjusted to 6.4 μm with the spacer. Therefore, the retardation (Δn
Next, this panel was attached to two polarizing plates POL1 and POL2 (G122 manufactured by Nitto Denko Corporation).
0DU), and the polarization transmission axis POL1 of one of the polarizing plates is aligned with the rubbing direction AL
The first electrode POL1 was arranged parallel to the first comb-tooth electrodes EL1A, EL1B, and the second electrode POL2 was arranged perpendicular to the first comb-tooth electrodes EL1A, EL1B. After that, a driving circuit, a backlight, etc. were connected to obtain a liquid crystal display element. The switching characteristics of the liquid crystal display element of this first embodiment will be explained with reference to Figure 4. In the figure, V1 and V2 represent the voltages of the first comb-tooth electrodes EL1A, EL1B and the second comb-tooth electrodes EL1C, EL1D, and the second comb-tooth electrodes EL1E, EL1F, and the second comb-tooth electrodes EL1G, EL1H ...
4 shows the waveform of the voltage applied between the comb-tooth electrodes EL2A and EL2B, and Tr shows the accompanying change in transmittance of the liquid crystal element. As shown in Fig. 4, the liquid crystal element shown in this embodiment can be switched between two memory states, bright and dark, by selectively applying an AC voltage as V1 or V2. In this embodiment, the switching AC voltage (frequency 1 kHz) is 8 V as V1.
Vpp and V2 were 6 Vpp, and some drive voltage asymmetry was observed. Figure 5 shows schematic diagrams of the liquid crystal alignment states in the liquid crystal layer corresponding to the dark state (see Figure 5(a)) and the bright state (see Figure 5(b)). As shown in this figure, switching between these two states is achieved by liquid crystal molecular alignment switching approximately within the substrate plane. Next, the viewing angle characteristics of the liquid crystal display element of this example were measured using a Minolta liquid crystal viewing angle measuring device CV-1000. Wide viewing angle characteristics were obtained, with a contrast ratio of 10:1 or greater across the entire viewing angle range of 140 degrees vertically and horizontally, and no grayscale inversion. Visual image quality inspection also revealed no significant change in display color, even when viewed from an oblique angle, and a highly uniform display was obtained. Next, a second example of the present invention will be described. In the first embodiment, a photosensitive material film was formed on the surface of one of the substrates as the alignment layer, and the surface was scanned with ultraviolet light. In addition, CB-15 manufactured by Merck was used as the chiral dopant for the liquid crystal material, and the helical pitch length of the composition was adjusted to about 15 μm. In particular, a mixture of [Chemical Formula 1] containing a diazobenzene group and 4,4'-diaminodiphenylmethane in an equimolar ratio was used as the diamine compound, and a polyamic acid was synthesized with the acid anhydride of pyromellitic dianhydride and/or 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride. After coating the surface of the substrate, the liquid crystal display element was dried for 200 minutes.
The film was baked at 400°C for 30 minutes, imidized, and then a GaN laser beam with a wavelength of 420 nm was used as a scanning beam to arrange the same pattern as in Example 1 on the surface to form an alignment layer.
Alternatively, a laser may be used. Also, as the photosensitive material, [Chemical Formula 2] or [Chemical Formula 3] may be used instead of [Chemical Formula 1]. 6 is a diagram showing the electro-optical characteristics of this embodiment corresponding to FIG. 4. In this embodiment, the switching AC voltages are 5 Vpp as V1 and 4.8 Vpp as V2.
p, and the energy stabilization effect of the twisted planar state due to the addition of a chiral dopant almost completely eliminated the asymmetry in the drive voltages V1 and V2. In the same viewing angle measurement as in Example 1, a highly uniform display with wide viewing angle characteristics almost identical to Example 1 was obtained. Next, Example 3 of the present invention will be described. Example 3 was prepared by fabricating a liquid crystal display element in the same manner as Example 1, except that, as shown in Figure 7, Merck TX2A was used as the liquid crystal material and a dual-frequency drive circuit was used, with only one set of comb-tooth electrodes. The liquid crystal composition TX2A is a nematic composition for dual-frequency drive, with its dielectric anisotropy (Δε) being positive at low frequencies and negative at high frequencies, and its crossover frequency is 6 kHz. The drive waveform and electro-optical characteristics of this Example are shown in Figure 8. As shown in this figure,
In this example, switching from a dark (homogeneous) state to a bright (twisted planar) state was achieved using a 4 kHz, 8 Vpp AC voltage, which makes TX2A's Δε positive, as V1, and an 8 kHz, 10 Vpp AC voltage, which makes Δε negative, as V2, for reverse switching. This enabled switching between these two states with a single set of comb-shaped electrodes. In this example, viewing angle measurements similar to those in the first example demonstrated a highly uniform display with wide viewing angle characteristics similar to those in the first example. Next, a fourth example of the present invention will be described. A liquid crystal display element was fabricated in the same manner as in the third example, except that, as shown in Figure 9, a pair of parallel plate electrodes was added to each of the substrates SUB1 and SUB2. The pair of parallel plate electrodes was composed of ITO transparent electrodes and connected to a drive circuit to which an AC voltage V2 was applied. The electro-optical characteristics and viewing angle characteristics of this example were similar to those of the third example, but:
By applying a 4 kHz, 20 Vpp AC voltage between the added parallel plate electrodes, it was possible to refresh the display of multiple pixels from a bright state to a dark state at once. Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment described above, as shown in Figure 10, a light reflector REF and a λ/4 plate QP were added on top of the substrate SUB1, and the cell gap was reduced to half, 3.
A reflective liquid crystal display element was fabricated in the same manner as in Example 3, except that the thickness of the alignment layer AL1 was set to 2 μm, and the stress value applied by the probe when scanning the alignment layer AL1 in two scanning directions SCN1A and SCN1B was adjusted to provide two liquid crystal alignment easy axes ALD1A and ALD2A that form a 45-degree angle with each other. This was used as Example 5. In this example, the retardation axis direction of the λ/4 plate QP was set to an angle of approximately 45 degrees with the transmission axis of the polarizer POL2, and the alignment easy axis ALD1A of the alignment layer AL1 was in the same direction as ALD2, while ALD1B was rotated 45 degrees relative to ALD2. Due to the above-mentioned configuration of the alignment layer AL1, the alignment state of the two stable liquid crystal layers in this example was a 45-degree twisted structure similar to that shown in Figure 5(b), and the alignment state of the two stable liquid crystal layers in this example was a 45-degree twisted structure similar to that shown in Figure 5(b).
As with the transmissive configuration shown in the figure, the liquid crystal is dark in the uniform alignment state and bright in the (45°) twisted planar state. The electro-optical characteristics and viewing angle characteristics of this embodiment are almost the same as those of the third embodiment, but
The difference is that the optical characteristic is obtained as reflectance instead of transmittance. Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the above-mentioned first embodiment, the surface of the polyimide film formed on the substrate SUB1 side was once rubbed in the direction of 45 degrees to the x-axis of the coordinate axes in Figure 1 with a buff cloth attached to a rubbing roller, just like the substrate SUB2 side, to impart liquid crystal alignment ability with a single easy axis of alignment. Thereafter, using an apparatus with the same structure as the AFM apparatus in the same way as in the first embodiment, a probe made of Si3N4 or Si and having a sharpened tip at the atomic level, adjusted to apply a stress of 20 to 30 nN to the film surface, was used to perform a rubbing treatment in the direction of 45 degrees to the y-axis of the coordinate axes in Figure 1.
The entire surface of the previously rubbed region was uniformly scanned in a 90-degree direction to form a linear stress application pattern. The alignment layer AL1 thus formed was subjected to rubbing and AFM scanning, with the rubbing direction and scanning direction alternately rotated by 90 degrees from each other, resulting in an alignment layer with easy alignment axes in two directions, the ALD1A and ALD1B directions corresponding to the x- and y-axes of the coordinate system in Figure 1, as in Example 1. The electro-optical characteristics and viewing angle characteristics of this example were substantially the same as those of Example 1. Next, a seventh example of the present invention will be described. A liquid crystal display element was fabricated in the same manner as Example 2, except that, instead of scanning the surface of a photosensitive material film formed on the surface of one substrate as the alignment layer on one substrate side with ultraviolet light, light from an ultraviolet light source was converted into linearly polarized ultraviolet light using a polarization element utilizing a Brewster angle, and the light was irradiated twice through two photomasks with the same square checkerboard pattern as in Examples 1 and 2. This was designated Example 7. Specifically, as in Example 2, a diamine compound containing a diazobenzene group, [Chemical Formula 1], and 4,4'-diaminodiphenylmethane were mixed in an equimolar ratio. The polyamic acid was synthesized with pyromellitic dianhydride and/or 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride. The resulting solution was applied to the substrate surface and baked at 200°C for 30 minutes for imidization. The resulting solution was then irradiated twice with polarized UV light, the linear polarization directions of which were rotated 90 degrees relative to each other. The first irradiation was performed on the black areas of the photomask checkerboard pattern, and the second irradiation was performed on the white areas. The polarized UV light was irradiated perpendicular to the substrate surface so that the pretilt angle of the resulting liquid crystal alignment was approximately 0 degrees. Instead of [Chemical Formula 1], [Chemical Formula 2] or [Chemical Formula 3] may also be used as the photosensitive material. The electro-optical and viewing angle characteristics of this example were essentially the same as those of Example 2. Next, an eighth example of the present invention will be described. In the seventh embodiment, two photomasks with the same checkerboard pattern as in the seventh embodiment were used as alignment layers on both sides of the two substrates sandwiching the liquid crystal layer.
Example 8 was produced as in Example 7, using an alignment layer irradiated twice with linearly polarized ultraviolet light, and further varying the relative intensity of these two UV light irradiations to make the angle between the two easy axes of the resulting alignment layer 45 degrees, as in Example 5, and without adding a chiral dopant. The switching mode in this example is that alignment layers in which two alignment directions are energetically stable are disposed on both substrates, resulting in in-plane switching (a switching angle of 45 degrees) at the interfaces of both substrates. This, combined with two polarizers arranged in a crossed Nicol configuration, results in a display using a birefringence optical mode between homogeneous states with different in-plane orientations. The electro-optical characteristics and viewing angle characteristics of this example are almost the same as those of Example 7, but
As mentioned above, the difference is that the optical characteristic is obtained as the transmittance in the birefringence mode. Next, an eighth embodiment of the present invention will be described. In the seventh embodiment, when the surface of the photosensitive material film formed on the surface of one of the substrates as the alignment layer is irradiated with linearly polarized ultraviolet light, three photomasks with a honeycomb pattern as shown in Figure 11 are used as photomasks, and the polarized ultraviolet light is irradiated three times while the linear polarization direction of each photomask is rotated by 60 degrees. Furthermore, the electrodes on the substrate SUB1 are arranged in three directions, crossing each other at an angle of 60 degrees.
A liquid crystal display element was fabricated in the same manner as in Example 7, except that a drive circuit was provided for each pair of comb-tooth electrodes, and a phase plate with appropriately adjusted optical characteristics was added immediately before the polarizer on the output side, to form Example 9. The three honeycomb pattern photomasks and the corresponding polarization directions of linearly polarized ultraviolet light irradiation are shown in Figures 11(b), 11(c), and 11(d). The switching mode in this example is such that an alignment layer in which three alignment directions, each differing by 60 degrees, are energetically stable, is disposed on one of the substrates,
By applying an appropriate driving voltage to the three pairs of comb electrodes, in-plane switching (switching angles of 60 degrees and 120 degrees) occurs at the substrate interface. Therefore, the liquid crystal cell as a whole is in a homogeneous state (twist angle 0 degrees),
It is possible to take three memory states: a 60-degree twist, a 120-degree twist, and a 60-degree twist. Furthermore, by adjusting the optical characteristics of the phase plate so that black is displayed in the homogeneous state and white is displayed in the 120-degree twist state, optical characteristics of three gradations, including a half-tone display in the 60-degree twist state, are obtained. Note that the present invention is not limited to the above examples, and various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention. As explained in detail above, according to the present invention, a liquid crystal display element using nematic liquid crystal can achieve both low power consumption due to memory characteristics and wide viewing angle display. Industrial Applicability The liquid crystal display element of the present invention can be applied to electronic devices having display devices,
In particular, it is suitable for portable information terminals because it can achieve both low power consumption due to its memory characteristics and wide viewing angle display.

【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明の第1実施例を示す液晶表示素子の構成を示す図である。 第2図は、本発明の第1実施例を示す液晶表示素子の構成を示す図である。 第3図は、本発明の第1実施例を示す液晶表示素子の探針の走査パターンを示
す斜視図である。 第4図は、本発明の第1実施例を示す液晶表示素子のスイッチング特性を示す
図である。 第5図は、本発明の第1実施例を示す暗状態および明状態に対応する液晶内の
配向状態の模式図を示す図である。 第6図は、第4図に対応する第2実施例の電気光学特性を示す図である。 第7図は、本発明の第3実施例を示す液晶表示素子の構成を示す図である。 第8図は、本発明の第3実施例を示す液晶表示素子の駆動波形と電気光学特性
を示す図である。 第9図は、本発明の第4実施例を示す液晶表示素子の構成を示す図である。 第10図は、本発明の第5実施例を示す液晶表示素子の構成を示す図である。 第11図は、本発明の第9実施例のマスクパターンの構成を示す図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [0023] Fig. 1 is a diagram showing the configuration of a liquid crystal display element according to a first embodiment of the present invention. Fig. 2 is a diagram showing the configuration of a liquid crystal display element according to a first embodiment of the present invention. Fig. 3 is a perspective view showing a scanning pattern of a probe of a liquid crystal display element according to a first embodiment of the present invention. Fig. 4 is a diagram showing the switching characteristics of a liquid crystal display element according to a first embodiment of the present invention. Fig. 5 is a diagram showing a schematic diagram of the orientation state in liquid crystal corresponding to the dark state and the light state according to a first embodiment of the present invention. Fig. 6 is a diagram showing the electro-optical characteristics of a second embodiment corresponding to Fig. 4. Fig. 7 is a diagram showing the configuration of a liquid crystal display element according to a third embodiment of the present invention. Fig. 8 is a diagram showing the drive waveform and electro-optical characteristics of a liquid crystal display element according to a third embodiment of the present invention. Fig. 9 is a diagram showing the configuration of a liquid crystal display element according to a fourth embodiment of the present invention. Fig. 10 is a diagram showing the configuration of a liquid crystal display element according to a fifth embodiment of the present invention. Fig. 11 is a diagram showing the configuration of a mask pattern according to a ninth embodiment of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── (注)この公表は、国際事務局(WIPO)により国際公開された公報を基に作 成したものである。 なおこの公表に係る日本語特許出願(日本語実用新案登録出願)の国際公開の 効果は、特許法第184条の10第1項(実用新案法第48条の13第2項)に より生ずるものであり、本掲載とは関係ありません。───────────────────────────────────────────────────── (Note) This publication is based on the publication published internationally by the International Bureau of Patents (WIPO). The effect of the international publication of the Japanese patent application (Japanese utility model registration application) related to this publication arises pursuant to Article 184-10, Paragraph 1 of the Patent Act (Article 48-13, Paragraph 2 of the Utility Model Act) and is unrelated to this publication.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板の少なくと
も一方の基板に形成された、前記基板面に略平行な成分を持つ電界を前記液晶層
に印加するための電極群と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、該液晶層
と前記一対の基板の少なくともどちらか一方の基板の間に配置された、複数の方
向に液晶配向規制処理された配向層とを有する液晶表示素子において、前記配向
層の複数の液晶配向規制方向が、基板面内で互いになす角がすべて略等しく、か
つ、それぞれの液晶配向規制方向における基板面からの起き上がり角がすべて略
0度であることを特徴とする液晶表示素子。
[Claim 1] A liquid crystal display element having a pair of substrates, at least one of which is transparent, a group of electrodes formed on at least one of the pair of substrates for applying an electric field having a component approximately parallel to the substrate plane to the liquid crystal layer, a liquid crystal layer disposed between the pair of substrates, and an alignment layer disposed between the liquid crystal layer and at least one of the pair of substrates and treated to regulate liquid crystal alignment in multiple directions, characterized in that the angles that the multiple liquid crystal alignment regulation directions of the alignment layer make with each other within the substrate plane are all approximately equal, and the rise angles from the substrate plane in each liquid crystal alignment regulation direction are all approximately 0 degrees.
【請求項2】少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板の少なくと
も一方の基板に形成された、前記基板面に略平行な成分を持つ電界を前記液晶層
に印加するための電極群と、前記一対の基板間に配置された液晶層と、該液晶層
と前記一対の基板の少なくともどちらか一方の基板の間に配置された、2つの方
向に液晶配向規制処理された配向層とを有する液晶表示素子において、前記配向
層の2つの液晶配向規制方向が、基板面内において互いになす角が略90度で、
かつ、その一方の液晶配向規制方向における基板面からの起き上がり角が略0度
、他方が略0度でないことを特徴とする液晶表示素子。
[Claim 2] A liquid crystal display element having a pair of substrates, at least one of which is transparent, a group of electrodes formed on at least one of the pair of substrates for applying an electric field having a component approximately parallel to the substrate plane to the liquid crystal layer, a liquid crystal layer disposed between the pair of substrates, and an alignment layer disposed between the liquid crystal layer and at least one of the pair of substrates and subjected to liquid crystal alignment regulation in two directions, wherein the two liquid crystal alignment regulation directions of the alignment layer form an angle of approximately 90 degrees with each other within the substrate plane,
The liquid crystal display element is characterized in that one of the liquid crystal alignment regulation directions has a rising angle of approximately 0 degrees from the substrate surface, and the other direction is not approximately 0 degrees.
【請求項3】前記異なる複数の方向の液晶配向規制処理の少なくとも1つが、当
該処理対象となる領域全体に一様に施される処理を、その方向ごとに複数回に分
割して行なう処理であることを特徴とする請求項1又は2記載の液晶表示素子。
[Claim 3] A liquid crystal display element as described in claim 1 or 2, characterized in that at least one of the liquid crystal alignment control treatments in different directions is a treatment that is applied uniformly to the entire area to be treated, but is performed in multiple steps for each direction.
【請求項4】前記異なる複数の方向の液晶配向規制処理の少なくとも1つが、当
該処理対象となる領域全体を、その方向ごとに複数の副領域に分割して行なう処
理であることを特徴とする請求項1又は2記載の液晶表示素子。
[Claim 4] A liquid crystal display element as described in claim 1 or 2, characterized in that at least one of the liquid crystal alignment control processes in different directions is a process in which the entire area to be processed is divided into multiple sub-areas for each direction and performed.
【請求項5】前記異なる複数の方向の液晶配向規制処理の少なくとも1つが、前
記基板表面上に化学反応を与え得る光を直線偏光光として照射する処理であるこ
とを特徴とする請求項1、2,3又は4記載の液晶表示素子。
[Claim 5] A liquid crystal display element as described in claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that at least one of the liquid crystal alignment control treatments in different directions is a treatment of irradiating light capable of inducing a chemical reaction on the substrate surface as linearly polarized light.
【請求項6】前記異なる複数の方向の液晶配向規制処理の少なくとも1つが、前
記基板表面上に応力を与え得る探針で走査する処理であることを特徴とする請求
項1、2、3又は4記載の液晶表示素子。
6. A liquid crystal display element according to claim 1, wherein at least one of the liquid crystal alignment control processes in a plurality of different directions is a process of scanning the substrate surface with a probe capable of applying stress to the substrate surface.
【請求項7】前記異なる複数の方向の液晶配向規制処理の少なくとも1つが、前
記基板表面上に化学反応を与え得る光線で走査する処理であることを特徴とする
請求項1、2、3又は4記載の液晶表示素子。
[Claim 7] A liquid crystal display element as described in claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that at least one of the liquid crystal alignment control treatments in different directions is a treatment of scanning with light capable of inducing a chemical reaction on the substrate surface.
【請求項8】前記液晶層として、不斉分子を組成成分として含有する液晶材料か
らなることを特徴とする請求項1、2、3、4、5、6又は7記載の液晶表示素
子。
8. A liquid crystal display element according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, wherein the liquid crystal layer is made of a liquid crystal material containing asymmetric molecules as a compositional component.
【請求項9】前記液晶層として、その誘電異方性の符号が印加される交流電界の
周波数に依存して正・負両方とり得る液晶材料からなることを特徴とする、請求
項1、2、3、4、5、6、7又は8記載の液晶表示素子。
[Claim 9] A liquid crystal display element as described in claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, characterized in that the liquid crystal layer is made of a liquid crystal material whose sign of dielectric anisotropy can be either positive or negative depending on the frequency of the applied AC electric field.
【請求項10】前記基板と略平行な成分を持つ電界を液晶層に印加する電極群と
は別に、前記一対の基板のそれぞれの基板上に配置された、対となる電極を有す
ることを特徴とする、請求項1、2、3、4、5、6、7、8又は9記載の液晶
表示素子。
[Claim 10] A liquid crystal display element as described in claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or 9, characterized in that it has a pair of electrodes arranged on each of the pair of substrates, separate from a group of electrodes that apply an electric field having a component approximately parallel to the substrates to the liquid crystal layer.
【請求項11】前記一対の基板のどちらかの基板上に、光反射板が配置されたこ
とを特徴とする、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10記載の液
晶表示素子。
11. A liquid crystal display element according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10, wherein a light reflector is disposed on one of said pair of substrates.
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