TWI701477B - Ffs型液晶顯示元件及ffs型液晶顯示器 - Google Patents
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Abstract
本發明之課題在於提供一種液晶顯示元件、及具備上述液晶顯示元件之液晶顯示器，該液晶顯示元件使用有如下液晶組成物，即，該液晶組成物使用彈性常數以使光之透過率提昇之方式設計，且介電常數異向性(△ε)之值為負。本發明係一種液晶顯示元件及具備上述液晶顯示元件之液晶顯示器，該液晶顯示元件使用有Γ之值為0.3以下之液晶組成物，該Γ之值係使用：針對介電常數異向性(△ε)小於-1.5之液晶組成物使用閾值電壓(Vth)、彎曲彈性常數(K33)、真空介電常數(ε0)、單元間隙(d)及螺距(P0)之測定值並藉由下述式(1)而求出之扭轉彈性常數(K22)之值，以及上述液晶組成物之斜展彈性常數(K11)及彎曲彈性常數(K33)之測定值，並藉由下述式(2)而求出。
Description
本發明係關於一種液晶顯示元件、及具備上述液晶顯示元件之液晶顯示器。
液晶顯示元件係於一對基板間夾持液晶層，且於上述液晶層具備液晶組成物而構成。此種液晶顯示元件廣泛用於液晶電視、電腦用螢幕、行動電話機、資訊終端機、遊戲機等圖像顯示裝置。
作為液晶顯示元件之代表性之顯示方式，例如有：TN(Twisted Nematic，扭轉向列)型、STN(Super Twisted Nematic，超扭轉向列)型、ECB(場效雙折射)型等。又，使用TFT(薄膜電晶體)之主動矩陣型之液晶顯示元件中，有使液晶分子垂直配向之VA型，且有使液晶分子水平配向之IPS(in plane switching，橫向電場效應)型或作為其一種之FFS(Fringe-field Switching，邊緣電場切換)型等。
該等液晶顯示元件係使用向列型液晶，根據元件之種類，使用介電常數異向性(△ε)為正或負之液晶組成物。
另一方面，正研究藉由使用液晶組成物特有之彈性常數模擬目標之顯示模式中之液晶組成物之特性而使液晶組成物最佳化。並且，期
待藉由採用此種方法高效率地開發n型液晶組成物。液晶分子之舉動係藉由與外部電場相呼應之斜展(splay)、扭轉(twist)及彎曲(bend)3種模式進行說明。上述彈性常數係指與該等模式對應之斜展彈性常數(以下，有時稱為「K11」)、扭轉彈性常數(以下，有時稱為「K22」)、及彎曲彈性常數(以下，有時稱為「K33」)。
作為使用該等K11、K22及K33而使液晶組成物之特性最佳化之方法，例如揭示有如下方法：藉由選擇滿足K33/K11≧1.5且1.7≦(K33/K22-K33/K11)≦2.7之關係式且平均透過率為0.6以上者作為IPS型或FFS型之液晶顯示元件中使用之液晶組成物，而防止像素電極之中央部或像素電極間之液晶分子之排列之混亂(向錯)，使液晶顯示元件中能夠高清地顯示(參照專利文獻1)。該方法係藉由防止向錯而使液晶組成物之光之平均透過率提昇。
然而，於專利文獻1中，關於n型液晶組成物並無任何記載，專利文獻1中記載之方法並不以n型液晶組成物作為對象。進而，專利文獻1中並無針對使光之透過率提昇之記載，而且專利文獻1中並未揭示n型液晶組成物之K11、K22及K33之測定方法，其測定值之適當性無法驗證。
[專利文獻1]日本專利第4556341號公報
本發明係鑒於上述情況而完成者，課題在於提供一種液晶顯
示元件、及具備上述液晶顯示元件之液晶顯示器，該液晶顯示元件使用有如下液晶組成物，即，該液晶組成物使用彈性常數以使光之透過率提昇之方式設計，且介電常數異向性(△ε)之值為負。
本發明提供一種液晶顯示元件，其特徵在於使用有Γ之值為0.3以下之液晶組成物，上述Γ之值係使用：針對介電常數異向性(△ε)小於-1.5之液晶組成物使用閾值電壓(Vth)、彎曲彈性常數(K33)、真空介電常數(ε0)、單元間隙(d)及螺距(P0)之測定值並藉由下述式(1)而求出之扭轉彈性常數(K22)之值，以及上述液晶組成物之斜展彈性常數(K11)及彎曲彈性常數(K33)之測定值，並藉由下述式(2)而求出。
又，本發明提供一種液晶顯示器，其特徵在於具備上述液晶顯示元件。
根據本發明，可提供一種液晶顯示元件、及具備上述液晶顯示元件之液晶顯示器，該液晶顯示元件使用有如下液晶組成物，即，該液晶組成物使用彈性常數以使光之透過率提昇之方式設計，且介電常數異向性(△ε)之值為負。
2、2A、2B、2C:單元
21、23:第1基板
22、24:第2基板
211A、211B、231:第1電極
212A、212B、241:第2電極
213:絕緣層
232:第1配向膜
242:第2配向膜
d1、d2、d3:單元間隙
W1、W2:電極寬度
L1:電極間距離
10:液晶顯示元件
12:第1透明絕緣基板
121:像素電極
122:共通電極
124:閘極配線
125:資料配線
14:配向膜
15:液晶層
17:第2透明絕緣基板
R:電極間距離
G:基板間距離
圖1係示意性地表示本發明所使用之單元之一實施形態之主要部分的剖視圖。
圖2係表示本發明中之彈性常數測定裝置之一實施形態之概略圖。
圖3係示意性地表示本發明之液晶顯示元件中使用之單元之一實施形態之主要部分的剖視圖。
圖4係示意性地表示本發明之液晶顯示元件中使用之單元之另一實施形態之主要部分的剖視圖。
圖5係示意性地表示本發明之液晶顯示元件之一實施形態的圖。
圖6係將圖5所示之液晶顯示元件放大而表示之俯視圖。
圖7係將圖6所示之液晶顯示元件切斷時之剖視圖。
圖8係對實施例1中液晶顯示元件之光之透過率之最大值及Γ之值進行繪圖而成之圖。
圖9係對實施例1中液晶顯示元件之響應時間及Γ之值進行繪圖而成之圖。
<<液晶顯示元件>>
本發明之液晶顯示元件之特徵在於使用有Γ之值為0.3以下之液晶組成物，上述Γ之值係使用：針對介電常數異向性(△ε)小於-1.5之液晶組成物使用閾值電壓(Vth)、彎曲彈性常數(K33)、真空介電常數(ε0)、
單元間隙(d)及螺距(P0)之測定值並藉由下述式(1)而求出之扭轉彈性常數(K22)之值，以及上述液晶組成物之斜展彈性常數(K11)及彎曲彈性常數(K33)之測定值，並藉由下述式(2)而求出。
關於滿足藉由上述式(2)所求出之Γ之值為0.3以下之特定條件的液晶組成物，例如於藉由具有相對於夾持其之基板之表面平行之方向之分量(component)的電場(橫向電場)進行驅動之類型之液晶顯示元件中，表現出較高之光之透過性(以下，有時簡稱為「透過性」)。並且，使用有此種液晶組成物之液晶顯示元件具有優異之特性。本發明之液晶顯示元件使用有如下述的液晶組成物，即，該液晶組成物如上述般使用斜展彈性常數(K11)、扭轉彈性常數(K22)、及彎曲彈性常數(K33)以具有優異之透過性之方式設計而成。
於上述式(2)中，K22係針對介電常數異向性(△ε)小於-1.5之液晶組成物，使用閾值電壓(Vth)、彎曲彈性常數(K33)、單元間隙(d)及螺距(P0)之測定值並藉由上述式(1)所求出者。
本發明中使用之液晶組成物為n型液晶組成物。
藉由上述式(1)求出n型液晶組成物之K22之方法(K22之測定方法)為先前所未知之新穎之方法。p型液晶組成物之K22之測定方法
在此之前揭示於「美國專利第8168083號說明書」中，但該方法無法直接應用於n型液晶組成物。另一方面，n型液晶組成物之K22之測定方法在此之前揭示於「日本特開平8-178883號公報」中，但本發明中之上述K22之測定方法就可較其高精度地測定K22之方面而言極優異。首先，以下針對本發明中之K22之測定方法進行說明。
關於扭轉彈性常數(K22)，例如係於具有電極及相對之2片(一對)基板之單元中，夾持K22之測定對象之液晶組成物，於對上述電極間施加電壓之狀態下對填充有上述液晶組成物之上述單元之靜電電容(C)進行測定，根據上述靜電電容(C)測定閾值電壓(Vth)，並根據上述閾值電壓(Vth)、上述液晶組成物之螺距(P0)、彎曲彈性常數(K33)、真空介電常數(ε0)及介電常數異向性(△ε)、以及上述單元之單元間隙(d)，藉由上述式(1)而求出。
上述式(1)中之參數之中，介電常數異向性(△ε)可利用公知之方法進行測定。即，可於經垂直配向處理之單元中封入測定對象之液晶組成物，對液晶分子之長軸方向之相對介電常數ε∥進行測定，並於經水平配向處理之單元中封入測定對象之液晶組成物，對液晶分子之短軸方向之相對介電常數ε⊥進行測定，藉由該等測定值之差而求出介電常數異向性(△ε)(△ε=｜ε∥-ε⊥｜)。上述式(1)中之參數之中，ε0表示真空介電常數。
上述式(1)中之除介電常數異向性(△ε)以外之參數係使用具有特定之單元間隙(d)之單元而求出。此處，用於求出該等參數之單元可與目標之液晶顯示元件所具備之單元相同，亦可不同。
針對使用上述式(1)求出K22時所使用之上述單元進行說明。上述單元之2片基板可使用由玻璃或塑膠等具有柔軟性之透明之絕緣性材料所構成者，另一方面，亦可為由矽等不透明之絕緣性材料所構成者。具有透明電極之透明基板例如可藉由於玻璃板等透明基板上濺鍍氧化銦錫(ITO)而獲得。
使上述基板以透明電極成為內側之方式對向。此時，亦可經由間隔物對基板之間隔進行調節。此時，較佳為以所獲得之調光層(含液晶組成物之液晶層)之厚度成為1~100μm之方式進行調節，更佳為以成為1.5~10μm之方式進行調節，於使用偏光板之情形時，較佳為以對比度成為最大之方式調節液晶之折射率異向性(△n)與單元間隙(d)之乘積。作為間隔物，例如可列舉玻璃粒子、塑膠粒子、氧化鋁粒子、由光阻材料等所構成之柱狀間隔物等。其後，以設置有液晶注入口之形式將環氧系熱硬化性組成物等密封劑網版印刷於上述基板，使上述基板彼此貼合，並進行加熱使密封劑熱硬化。
圖1係示意性地表示上述單元之一實施形態之主要部分的剖視圖。
此處所示之單元2C具備第1基板23及第2基板24一對基板。於第1基板23之與第2基板24對向(相對)之面，朝向第2基板24依序積層有第1電極231及第1配向膜232。又，於第2基板24之與第1基板23對向(相對)之面，朝向第1基板23依序積層有第2電極241及第2配向膜242。單元2C於第1基板23與第2基板24之間可夾持液晶組成物。並且，第1配向膜232及第2配向膜242對該所夾持之液晶組成物之配向狀態進行控
制。
圖1中，符號d3表示單元2C之單元間隙。
單元2C為VA型之液晶顯示元件所使用之單元，本發明中之彈性常數測定方法中，可較佳地使用此種單元。
再者，圖1所示之單元只不過為本發明中可使用之單元之一部分之例，本發明中可使用之單元並不限定於該等。例如，於不偏離本發明之主旨之範圍內對該等單元施加了各種變更者亦可用於本發明。
上述式(1)中之參數之中，閾值電壓(Vth)可藉由以下方法進行測定。
即，使用上述單元，於其中封入測定對象之液晶組成物，於在電極間夾持液晶組成物，並對電極間施加任意之電壓之狀態下對填充有液晶組成物之上述單元之靜電電容(C)進行測定。此時，藉由使施加之電壓變化，並分別對當時之靜電電容(C)進行測定，可確認電壓與靜電電容(C)之關係，於使電壓逐漸變大之過程中，存在大致或完全固定之靜電電容(C)急遽地變大之時點。該時點之電壓成為閾值電壓(Vth)。閾值電壓(Vth)之測定方法如上所述。
上述式(1)中之參數之中，關於K33，準備使P0無限大(∞)即不含手性化合物之液晶組成物作為測定對象之液晶組成物，對該液晶組成物應用上述式(1)求出即可。作為此時之求出K33之液晶組成物，除不含有手性化合物之方面以外，使用與K22之測定對象之液晶組成物相同之組成者即可。於P0無限大之情形時，上述式(1)由於d/P0成為0，故而表示為Vth=π(K33/△ε)1/2。並且，由於Vth及△ε均可如上述般實驗
性地算出，故而可藉由將該值代入上述式(1)之近似式而求出K33。
如此，於本發明中求出K33之方法與「日本特開平8-178883號公報」中記載之解出聯立2次方程式而求出K33之方法完全不同，可較利用上述文獻中記載之方法而求出之情形高精度地求出K33。
上述式(1)中之參數之中，螺距(P0)及單元間隙(d)為已知之值。例如，圖1中之d3為單元間隙(d)之一例。
於本發明中，上述液晶組成物之介電常數異向性(△ε)如上述般小於-1.5，較佳為-10以上且未達-1.5，更佳為-8以上且未達-1.5，進而較佳為-6~-1.8，尤佳為-5~-2。若上述液晶組成物之介電常數異向性(△ε)小於上述下限值，則液晶組成物會極靈敏地響應用以驅動液晶組成物之施加電壓之變化，變得難以進行灰階顯示。又，若上述液晶組成物之介電常數異向性(△ε)大於上述上限值，則驅動電壓上升，變得無法應對省電化之要求。一般而言，液晶顯示元件之驅動電壓根據上述灰階顯示及省電化之要求較佳為5V至6V之範圍，但並不限定於該等驅動電壓。
於本發明中，必須使測定對象之上述液晶組成物以具有特定之螺距(P0)之方式進行扭轉配向。為此，例如較佳為藉由向上述液晶組成物中添加手性化合物、及對上述電極間施加電壓，而使上述液晶組成物扭轉配向。關於手性化合物，隨後詳細地進行說明。
藉由上述順序可求出上述式(1)中之參數、Vth、△ε及K33，進而，由於P0及d為已知之值，故而上述式(1)中之參數中未確定出者僅為K22。因此，可藉由將該等5種參數代入上述式(1)而求出K22。
如此，於本發明中求出K22之方法與「日本特開平8-178883號公報」中記載之解出聯立2次方程式而求出K22之方法完全不同，可較利用上述文獻中記載之方法求出之情形高精度地求出K22。
於本發明中，例如利用上述方法於d/P0之值不同之條件下對閾值電壓(Vth)進行測定，根據所獲得之多個閾值電壓(Vth)之測定值、及對應之多個d/P0之值，藉由迴歸計算，可導出以Vth及d/P0為變數之函數。
此時，為了使d/P0之值不同，使d及P0之任一者變化即可，如下文實施例所述般，與將P0設為固定使d變化而測定閾值電壓(Vth)之情形相比，將d設為固定使P0變化而測定閾值電壓(Vth)之情形時，函數之精度變高。即，根據將d設為固定使P0變化所導出之函數而算出之閾值電壓(Vth)與閾值電壓(Vth)之實測值之誤差極小。因此，於利用上述方法根據閾值電壓(Vth)求出K33之後求出目標之液晶組成物之K22時，藉由與求出該K33時之d相同並使P0變化求出K22，可高精度地求出K22。
再者，於本發明中，所謂「單元間隙(d)為固定」，意指單元間隙(d)相互完全相同、或單元間隙(d)之差充分地小至可忽視之程度，例如意指單元間隙(d)之差為0~1.2μm。
又，於本發明中，所謂「螺距(P0)為固定」，意指螺距(P0)相互完全相同、或螺距(P0)之差充分地小至可忽視之程度，例如意指螺距(P0)之差為0~0.6μm。
為了使P0變化而對閾值電壓(Vth)進行測定，必須使用P0不同之多種液晶組成物。作為如此P0不同之多種液晶組成物，較佳為使用
含有1種或2種以上手性化合物且上述手性化合物之總含量互不相同之2種以上液晶組成物、或含有之手性化合物之上述螺旋扭轉力互不相同之2種以上液晶組成物，更佳為使用含有之手性化合物之上述螺旋扭轉力互不相同且該等手性化合物之含量相互相同之2種以上液晶組成物。藉由使用此種多種液晶組成物，K22之測定精度進一步提昇。再者，於使用上述螺旋扭轉力互不相同者作為手性化合物之情形時，通常使用不同種類之手性化合物即可。關於螺旋扭轉力，隨後詳細地進行說明。
於本發明中，將上述單元之單元間隙(d)較佳為設為3~200μm、更佳為設為3~150μm、進而較佳為設為3.1~120μm、進而較佳為設為3.2~100μm、進而較佳為設為3.3~90μm、進而較佳為設為3.4~80μm、進而較佳為設為3.5~70μm，對K22及K33進行測定。藉由將單元間隙(d)設為上述下限值以上，夾持於一對基板間之液晶分子之中，距基板之距離較遠者之比率進一步變高，受到經配向處理之基板之影響而強烈地受到欲使其配向於相對於基板表面垂直之方向之力的液晶分子之比率進一步變低，例如可更高精度地測定閾值電壓(Vth)等，使K22之測定精度進一步提昇。又，藉由將單元間隙(d)設為上述上限值以下，於界定單元間隙(d)之上述基板之全部區域中，抑制單元間隙(d)之不均之效果變高，藉此上述單元之單元間隙(d)之均一性進一步變高。
再者，於本發明中，所謂「單元間隙(d)」，係利用後文所述之方法而求出者。
於上述單元中，單元間隙(d)之大小較佳為可調節為所需之值。藉由使用此種單元將單元間隙(d)調節成目標之大小進行測定，從
而不必準備多種單元。又，可不更換單元而連續地進行K22、K33等彈性常數之測定、或其所必需之Vth等其他參數之測定，從而可簡化本發明中之彈性常數測定方法。
作為可調節單元間隙(d)之大小之上述單元，例如可使上述一對(2片)基板中之僅一片基板能夠進行調節以便可改變單元間隙(d)之大小，亦可使兩片基板均能夠進行調節以便可改變單元間隙(d)之大小。
作為對基板進行調節以便可改變單元間隙(d)之大小之方法，例如可列舉改變一對基板之任一者或兩者於單元中相對於該等基板之表面正交之方向上之配置位置之方法等，可單獨應用一種方法，亦可將兩種以上方法併用。
為了改變基板於單元中之配置位置，例如藉由使用基板上設置有具備壓電元件等之致動器者作為單元並對該致動器進行驅動，而使基板於單元中移動即可。
求出單元間隙(d)之方法並無特別限定，就可簡便且高精度地求出之方面而言，如以下所示，可列舉藉由測定將填充有液晶組成物之上述單元放置於空氣中時之上述單元之靜電電容(C0)而求出之方法、藉由觀測使光入射至填充有液晶組成物之上述單元時所產生之干涉光而求出上述單元間隙(d)之方法等。
藉由測定靜電電容(C0)而求出單元間隙(d)之方法如下。
靜電電容(C0)係於將填充有液晶組成物之上述單元放置於空氣中時施加充分地低於閾值電壓之電壓之情形之上述單元之靜電電容。此處，所謂「充分地低於閾值電壓之電壓」，例如為閾值電壓乘以0.1而得之電壓(V)
以上且閾值電壓乘以0.9而得之電壓(V)以下之程度之電壓。眾所周知，單元間隙(d)與靜電電容(C0)、上述單元中之液晶組成物之相對介電常數(ε∥)、真空介電常數(ε0)、及上述單元之電極面積(S)之間具有利用下述式所表示之關係。此處，由於ε∥、ε0及S為已知，故而藉由測定C0，可求出單元間隙(d)。
C0=ε∥‧ε0‧S/d
另一方面，作為上述藉由觀測干涉光而求出上述單元間隙(d)之方法，可列舉與依據「T.J.Scheffer et.al.,J.Appl.Phys.vol48,p1783(1977)」、及「F.Nakano,et.al.,JPN.J.Appl.Phys.vol.19,p2013(1980)」中記載之方法，利用使用He-Ne雷射光之旋轉析光片法進行測定之情形相同之方法。
根據本發明中之上述彈性常數測定方法，亦能夠高精度地測定習知針對n型液晶組成物無精度良好之測定方法之扭轉彈性常數(K22)，且於其測定之過程中，亦能夠高精度地測定彎曲彈性常數(K33)及閾值電壓(Vth)。
作為測定上述液晶組成物之彈性常數時使用之液晶組成物之彈性常數測定裝置(以下，有時僅簡稱為「測定裝置」)，例如可列舉如下者，其具備：單元，其具有用以夾持扭轉彈性常數(K22)之測定對象之液晶組成物的電極及相對之2片基板；電壓施加手段，其用以對上述電極間施加任意之電壓；實測手段，其用以於對上述電極間施加電壓之狀態下對填充有上述液晶組成物之上述單元之靜電電容(C)進行測定；閾值電壓測定手段，其根據藉由上述實測手段所測得之靜電電容(C)測定閾值電壓
(Vth)；及彈性常數確定手段，其藉由輸入上述液晶組成物之螺距(P0)、彎曲彈性常數(K33)、真空介電常數(ε0)及介電常數異向性(△ε)、以及上述單元之單元間隙(d)而根據上述式(1)確定上述液晶組成物之扭轉彈性常數(K22)。
上述彈性常數測定裝置中之上述單元為與上述彈性常數測定方法中說明之單元相同者。
上述電壓施加手段為於液晶顯示元件中對單元中之電極間施加電壓之公知之者即可。
上述實測手段為可測定對電極間施加電壓時之靜電電容之公知者即可。
上述電壓施加手段及實測手段通常與單元電性連接。
作為上述根據藉由實測手段所測得之靜電電容(C)測定閾值電壓(Vth)之手段(以下，有時簡稱為「閾值電壓測定手段」)，例如可列舉可檢測出改變利用上述電壓施加手段對電極間施加之電壓時之靜電電容(C)之變化者，較佳為可自動地檢測出固定值以上之靜電電容(C)之變化量者。上述閾值電壓測定手段亦可兼任上述實測手段。
上述彈性常數確定手段係基於所輸入之上述液晶組成物之螺距(P0)、彎曲彈性常數(K33)、真空介電常數(ε0)及介電常數異向性(△ε)、以及上述單元之單元間隙(d)之值並藉由上述式(1)而確定上述液晶組成物之K22，作為此種彈性常數確定手段，例如可使用電腦之運算裝置等。
上述彈性常數測定裝置中，作為測定液晶組成物之介電常數
異向性(△ε)之手段，可具備具有如下手段者：測定液晶組成物之相對介電常數ε∥之手段；測定液晶組成物之相對介電常數ε⊥之手段；及基於相對介電常數ε∥及相對介電常數ε⊥而算出介電常數異向性(△ε)之手段。
作為測定相對介電常數ε∥之手段，例如可列舉具有經垂直配向處理之單元、及與該單元電性連接之LCR計者。
作為測定相對介電常數ε⊥之手段，例如可列舉具有經水平配向處理之單元、及與該單元電性連接之LCR計者。
算出介電常數異向性(△ε)之手段例如係基於所輸入之相對介電常數ε∥及相對介電常數ε⊥之值並藉由式「△ε=｜ε∥-ε⊥｜」而算出上述液晶組成物之△ε，作為此種手段，例如可使用電腦之運算裝置等。再者，上述式(1)中之參數之中，ε0表示真空介電常數。
上述彈性常數測定裝置可具備測定單元間隙(d)之手段。
作為測定單元間隙(d)之手段，例如可列舉如下者，其具有：使光入射至單元之光源；測定干涉光之干涉條紋之間距之測定器；及基於所輸入之干涉條紋之間距之測定值而算出考慮到液晶組成物之折射率之波長分散之單元間隙(d)的手段。
又，作為測定單元間隙(d)之手段，例如可列舉具有如下手段者：測定單元之靜電電容(C0)之手段；及基於所輸入之液晶組成物之相對介電常數(ε∥)、真空介電常數(ε0)、單元之電極面積(S)、及單元之靜電電容(C0)之值並藉由式「C0=ε∥‧ε0‧S/d」而算出單元間隙(d)之手段。
作為上述基於所輸入之干涉條紋之間距之測定值而算出單元間隙(d)
之手段、及基於所輸入之液晶組成物之相對介電常數(ε∥)、真空介電常數(ε0)、單元之電極面積(S)、及單元之靜電電容(C0)之值而算出單元間隙(d)之手段，例如可使用電腦之運算裝置等。
將上述彈性常數測定裝置之一實施形態概略性地示於圖2。此處所示之測定裝置1具備單元2、電壓施加手段3、實測手段4、閾值電壓測定手段5及彈性常數確定手段6。再者，圖2中，符號9表示配線。
於測定裝置1中，作為單元2，例如可使用圖1所示之單元2C等。
於測定裝置1中，電壓施加手段3及實測手段4與單元2電性連接，閾值電壓測定手段5與實測手段4及彈性常數確定手段6電性連接。藉此，例如能夠設定為使藉由實測手段4所測得之靜電電容(C)之資訊自動發送至閾值電壓測定手段5，於閾值電壓測定手段5中自動地求出閾值電壓(Vth)。
於測定裝置1具備測定單元間隙(d)之手段71之情形時，測定單元間隙(d)之手段71較佳為與單元2電性連接且設定為能夠自動測定單元間隙(d)，進而，測定單元間隙(d)之手段71較佳為與彈性常數確定手段6電性連接且設定為能夠將單元間隙(d)之測定值自動輸入至彈性常數確定手段6。
又，於測定裝置1具備算出介電常數異向性(△ε)之手段72之情形時，算出介電常數異向性(△ε)之手段72較佳為與彈性常數確定手段6電性連接且設定為能夠將介電常數異向性(△ε)之測定(算出)值自動輸入至彈性常數確定手段6。
但是，測定裝置1只不過為本發明中可使用之測定裝置之一例，本發明中使用之彈性常數測定裝置並不限定於此，亦可為於不偏離本發明之主旨之範圍內加以各種變更者。
再者，K11可利用習知所知之測定方法而求出。
例如，可根據於對電極間施加高電壓(V)之情形時之填充有液晶組成物之單元之靜電電容(C)而求出。於未對電極間施加電壓之狀態下之液晶單元中，液晶分子垂直配向。考慮到若將垂直配向之液晶分子之指向矢相對於基板之傾斜角度(
)設為0，則當對電極間施加有高電壓(V)之情形時，單元之厚度方向之中央之液晶分子之指向矢之傾斜角度(
m)近似於π/2弧度，可知於將C∥尤其是設為施加「充分地低於閾值電壓(Vth)」之電壓時填充有液晶組成物之單元之靜電電容之情形時，下述式(3)成立。其中，式(3)中之a、γ分別以下述式(31)、(33)表示，式(31)中之κ以下述式(32)表示。再者，此處所謂「充分地低於閾值電壓之電壓」，如前文所說明。
此處，a及γ為常數，由上述式(3)可知，若縱軸取「(C
-C∥)/C∥」，橫軸取「Vth/V」繪製成圖，則於該等變數之間，直線關係成立。因此，可改變施加電壓(V)，測定靜電電容(C)並實際地將「(C-C∥)/C∥」及「Vth/V」繪製成圖而求出所獲得之直線之斜率(即，「(C-C∥)/C∥」之變化量相對於「Vth/V」之變化量之比率)。由於此時所獲得之斜率之值根據上述式(3)與「a‧γ」相等，故而可求出a，進而可根據上述式(31)求出κ，可根據上述式(32)求出K11。
<手性化合物>
上述手性化合物為公知者即可，例如為具有不對稱原子之化合物、具有軸手性之化合物、具有面手性之化合物、及構型異構物(atropisomer)之任一者均可，較佳為具有不對稱原子之化合物或具有軸手性之化合物。於具有不對稱原子之化合物中，若不對稱原子為不對稱碳原子，則不易引起立體反轉，從而較佳，亦可使雜原子成為不對稱原子。不對稱原子可導入至鏈狀結構之一部分，亦可導入至環狀結構之一部分。於特別要求螺旋誘導力較強之情形時，較佳為具有軸手性之化合物。
又，上述手性化合物可為具有聚合性基者，亦可為不具有聚合性基者。
上述手性化合物可單獨使用1種，亦可將2種以上併用。
作為具有不對稱原子之化合物，可列舉側鏈部分具有不對稱碳之化合物、環結構部分具有不對稱碳之化合物及滿足該兩者之化合物。具體而言，可列舉下述通式(Ch-I)所表示之化合物。
通式(Ch-I)中，R100及R101相互獨立，表示氫原子、氰基、NO2、鹵素、OCN、SCN、SF5、碳原子數1~30個之手性或非手性之烷基、含聚合性基或環結構之手性之基，該烷基中之1個或2個以上之不鄰接之CH2基可相互獨立地被取代為-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-COO-、-OCO-、-OCO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-CH=CH-、-CF2-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-或C≡C-，該烷基中之1個或2個以上之氫原子可相互獨立地被取代為鹵素或氰基，該烷基可為直鏈狀，亦可分支或含有環結構。
作為CH2基被取代之手性之烷基，較佳為以下式(Ra)~(Rk)。
式中，R3及R5分別獨立地表示碳原子數1~10之直鏈狀或者支鏈狀之烷基、或氫原子，該烷基之1個或2個以上之-CH2-基可以氧原子或硫原子不相互直接鍵結之方式被取代為-O-、-S-、-NH-、-N(CH3)-、-CO-、-CO-O-、-O-CO-、-O-CO-O-、-S-CO-、-CO-S-、-O-SO2-、-SO2-O-、-CH=CH-、-C≡C-、伸環丙基或-Si(CH3)2-，進而烷基之1個或1個以上之氫原子可被取代為氟原子、氯原子、溴原子或氰基，亦可具有聚合性基。作為聚合性基，較佳為下述式(R-1)~(R-15)所表示之結構。
又，X3及X4較佳為鹵素原子(F、Cl、Br、I)、氰基、苯基(該苯基之1個或2個以上任意之氫原子可被取代為鹵素原子(F、Cl、Br、I)、甲基、甲氧基、-CF3、-OCF3)、甲基、甲氧基、-CF3、或-OCF3。其中，於通式(Rc)及(Rh)中，為了使附星號*之位置成為不對稱原子，X4係選擇與X3不同之基。
又，n3為0~20之整數，n4為0或1，
通式(Rd)及(Ri)中之R5較佳為氫原子或甲基，通式(Re)及(Rj)中之Q可列舉亞甲基、亞異丙基、亞環己基等二價烴基，通式(Rk)中之k為0~5之整數，更佳為可列舉R3=C4H9、C6H13、C8H17等碳原子數4~8之直鏈狀或者支鏈狀之烷基。又，作為X3，較佳為F、CF3、CH3。
其中，尤其是作為CH2基被取代之手性之烷基，較佳為如下者：
(式中，o為0或1，n為2~12，較佳為3~8，更佳為4、5或6之整數，星號*表示手性之碳原子)。
通式(Ch-I)中，Z100及Z101相互獨立，表示-O-、-S-、-CO-、-COO-、-OCO-、-O-COO-、-CO-N(Ra)-、-N(Ra)-CO-、-OCH2-、-CH2O-、-SCH2-、-CH2S-、-CF2O-、-OCF2-、-CF2S-、-SCF2-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CH2CF2-、-CF2CF2-、-CH=CH-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-、-C≡C-、-CH=CH-COO-、-OCO-CH=CH-或單鍵，-CO-N(Ra)-或-N(Ra)-CO-中之Ra表示氫原子或碳原子數1~4之直鏈狀或支鏈狀之烷基，較佳為-CF2O-、-OCF2-、-CF2CF2-、-CF=CF-、-COO-、-OCO-、-CH2-CH2-、-C≡C-或單鍵。
通式(Ch-I)中，A100及A101相互獨立，表示選自由(a)反-1,4-伸環己基(該基中存在之1個-CH2-或不鄰接之2個以上之-CH2-可相互獨立地被取代為-O-或-S-)、(b)1,4-伸苯基(該基中存在之1個-CH=或不鄰接之2個以上之-CH=可被取代為氮原子)或(c)1,4-伸環己烯基、1,4-雙環[2.2.2]伸辛基、茚烷-2,5-二基、萘-2,6-二基、十氫化萘-2,6-二基及1,2,3,4-四氫化萘-2,6-二基(該等(c)群之基中存在之1個-CH2-或不鄰接之2個以上之-CH2-可相互獨立地被取代為-O-或-S-，該等(c)群之基中存在之1個-CH=或不鄰接之2個以上之-CH=可被取代為氮原子)所組成之群中之基，該等所有基可未經取代，
或亦可經鹵素、氰基、NO2、或1個或者2個以上之氫原子可被取代為F或者Cl之碳原子數1~7個的烷基、烷氧基、烷基羰基或者烷氧基羰基單取代或者多取代。
A100及A101較佳為1,4-伸苯基或反-1,4-伸環己基，較佳為該等環未經取代，或1~4位被取代為F、Cl、CN或具有1~4個碳原子之烷基、烷氧基、烷基羰基或烷氧基羰基。
通式(Ch-I)中，n11表示0或1，於n11為0時，m12為0，且m11為0、1、2、3、4或5，於n11為1時，m11與m12分別獨立為0、1、2、3、4或5，於n11為0時，R100及R101之至少1者為手性之烷基、含聚合性基或環結構之手性之基。
於n11及m12為0時，m11較佳為1、2或3，於n11為1時，m11及m12較佳為分別獨立為1、2或3。
通式(Ch-I)中，D為下述式(D1)~(D3)所表示之取代基，
(式中，苯環之任意1個或2個以上任意之氫原子可被取代為鹵素原子(F、Cl、Br、I)、碳原子數1~20之烷基或烷氧基，該烷基或烷氧基之氫原子可任意地被取代為氟原子，又，該烷基或烷氧基中之亞甲基可以氧原子或硫原子不相互直接鍵結之方式被取代為-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CF2-、-CF=CH-、-CH=CF-、-CF=CF-或C≡C-)。
關於通式(Ch-I)中之部分結構，於-(A100-Z100)m11-(D)n11-(Z101-A101)m12-中n11為0之情形時，該部分結構較佳為以下結構。
可列舉：
(其中，於該等式中，苯環之任意1個或2個以上任意之氫原子可被取代為鹵素原子(F、Cl、Br、I)、甲基、甲氧基、-CF3、-OCF3，苯環之任意1個或2個以上之碳原子可被取代為氮原子，該等取代基及氮
原子之導入對於降低結晶性及控制介電常數異向性之朝向或大小而言較佳。Z之定義與式(Ch-I)中之Z100及Z101相同)。就可靠性之方面而言，與吡啶環、嘧啶環等雜環相比，較佳為苯環或環己烷環。就使介電常數異向性增大之方面而言，可使用具有吡啶環、嘧啶環等雜環之化合物，於此情形時，由於化合物具有之可極化性相對較大，會使結晶性降低而使液晶性穩定化，故而較佳，於為苯環或環己烷環等烴環之情形時，化合物具有之可極化性較低。因此，較佳為根據手性化合物之可極化性選擇適當之含量。
於n11及m12為0時，通式(Ch-I)所表示之化合物之較佳之形態如下。
式中，R100、R101及Z100表示與通式(Ch-I)中之R100、R101及Z100相同之含義，R100及R101之至少一者表示手性之基，L100~L105分別獨立表示氫原子或氟原子。
其中，通式(Ch-I)所表示之化合物較佳為下述式所表示之化合物。
於n11表示1時，通式(Ch-I)所表示之化合物成為於環結構部分具有不對稱碳之結構，手性之結構D較佳為式(D2)。
D表示式(D2)之情形時之通式(Ch-I)所表示之化合物具體而言為以下之式(D2-1)~(D2-8)
作為軸手性化合物，較佳為下述通式(IV-d4)、(IV-d5)、(IV-c1)及(IV-c2)所表示之化合物。此處，於通式(IV-d4)、(IV-d5)、(IV-c2)之情形時，軸手性之軸為連結2個萘環之α位之鍵，於通式(IV-c1)之情形時，軸手性之軸為連結2個苯環之單鍵。
通式(IV-d4)及(IV-d5)中，R71及R72分別獨立表示氫原子、鹵素原子、氰基(CN)、異氰酸酯(NCO)基、異硫氰酸酯(NCS)基或碳原子數1~20之烷基，該烷基中之任意1個或2個以上之-CH2-可被取代為-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CH=CH-、-CF=CF-、或-C≡C-，該烷基中之任意之氫可被取代為鹵素原子。
通式(IV-d4)及(IV-d5)中，A71及A72分別獨立表示芳香族性或非芳香族性之3、6或8員環、或碳原子數9以上之縮合環，該等
環之任意之氫原子可被取代為鹵素原子、碳原子數1~3之烷基或鹵烷基，環之1個或2個以上之-CH2-可被取代為-O-、-S-、或-NH-，環之1個或2個以上之-CH=可被取代為-N=。
通式(IV-d4)及(IV-d5)中，Z71及Z72分別獨立表示單鍵或碳原子數1~8之伸烷基，任意-CH2-可被取代為-O-、-S-、-COO-、-OCO-、-CSO-、-OCS-、-N=N-、-CH=N-、-N=CH-、-N(O)=N-、-N=N(O)-、-CH=CH-、-CF=CF-、或-C≡C-，任意氫原子可被取代為鹵素原子。
通式(IV-d4)及(IV-d5)中，X71及X72分別獨立表示單鍵、-COO-、-OCO-、-CH2O-、-OCH2-、-CF2O-、-OCF2-、或-CH2CH2-。
通式(IV-d4)及(IV-d5)中，m71及m72分別獨立表示1~4之整數。其中，通式(IV-d5)中之m71及m72之任一者可為0。
Rk表示與氫原子、鹵素原子、或X71-(A71-Z71)-R71相同之含義。
通式(IV-c1)及(IV-c2)中，X61與Y61、X62與Y62分別至少存在任一者，X61、X62、Y61、Y62分別獨立表示CH2、C=O、O、N、S、P、B、Si之任一者。又，於為N、P、B、Si之情形時，亦可與烷基、烷氧基、醯基等取代基鍵結以滿足所需之原子價。
通式(IV-c1)及(IV-c2)中，E61及E62分別獨立表示氫原子、烷基、芳基、烯丙基、苄基、烯基、炔基、烷基醚基、烷基酯基、烷基酮基、雜環基或該等之衍生物之任一者。
又，通式(IV-c1)及(IV-c2)中，R61及R62分別獨立表示烷基、烷
氧基或者可經鹵素原子取代之苯基、環戊基、或環己基。
通式(IV-c1)中，R63、R64、R65、R66、R67及R68分別獨立表示氫原子、烷基、烷氧基、醯氧基、鹵素原子、鹵烷基、或二烷基胺基，R63、R64及R65中之2者可形成可具有取代基之亞甲基鏈、或可具有取代基之單或聚亞甲基二氧基，R66、R67及R68中之2者可形成可具有取代基之亞甲基鏈、或可具有取代基之單或聚亞甲基二氧基。其中，R65與R66同時為氫原子之情形除外。
於特別要求螺旋誘導力較強之情形時，尤佳為通式(IV-d4)及(IV-d5)所表示之化合物。
已知若上述液晶組成物中之手性化合物之濃度變高，則上述液晶組成物之螺距(P0)變小，於上述液晶組成物中之手性化合物之濃度較低之情形時，手性化合物之濃度(c(質量%))與螺距(P0(μm))之乘積變得固定，使用其倒數定義下述式(4)所表示之螺旋扭轉力(HTP(μm-1))。螺旋扭轉力(HTP)表示使手性化合物之液晶組成物扭轉配向之能力(螺旋誘導力)之大小。
HTP=1/(P0×0.01c)‧‧‧(4)
於本發明中，上述手性化合物之螺旋扭轉力(HTP)較佳為1.0~100.0μm-1，更佳為2.0~70.0μm-1，尤佳為3.0~20.0μm-1。
藉由使手性化合物之螺旋扭轉力(HTP)為上述下限值以上，液晶組成物之物性值不會受手性化合物之含量之影響，可獲得充分之扭轉配向能力。又，藉由使手性化合物之螺旋扭轉力(HTP)為上述上限值以下，即便手性化合物之含量較少，液晶組成物亦可獲得充分之扭轉配向能力。
通常，測定對象之上述液晶組成物之上述手性化合物之含量越多，閾值電壓(Vth)變得越小。亦考慮到此種效果，測定對象之上述液晶組成物中上述手性化合物之含量例如較佳為0.0001質量%以上，更佳為0.0005質量%以上，進而較佳為0.001質量%以上，進而較佳為0.0025質量%以上，進而較佳為0.005質量%以上，進而較佳為0.0075質量%以上，進而較佳為0.01質量%以上，進而較佳為0.025質量%以上，進而較佳為0.05質量%以上，進而較佳為0.075質量%以上。又，測定對象之上述液晶組成物中上述手性化合物之含量例如較佳為10質量%以下，更佳為7.5質量%以下，進而較佳為5質量%以下，進而較佳為3.5質量%以下，進而較佳為2質量%以下，進而較佳為1質量%以下，進而較佳為0.8質量%以下，進而較佳為0.6質量%以下，進而較佳為0.4質量%以下。
本發明中K22之測定對象之液晶組成物為介電常數異向性(△ε)小於-1.5之n型液晶組成物，且通常不含聚合性化合物。
本發明之液晶顯示元件中使用之液晶組成物亦為介電常數異向性(△ε)小於-1.5之n型液晶組成物，較佳為利用上述液晶組成物之彈性常數測定方法及彈性常數測定裝置進行設計。
作為本發明之液晶顯示元件中使用之液晶組成物，例如可列舉與應用上述液晶組成物之彈性常數測定方法之n型液晶組成物相同者。
本發明之液晶顯示元件中使用之液晶組成物亦可為上述彈性常數測定方法之應用對象之n型液晶組成物進而含有聚合性化合物而成者。
於本發明之液晶顯示元件中使用之液晶組成物中，藉由使用上述K11、K22及K33所定義之上述式(2)所求出之Γ之值成為0.3以下。其
意味著：為了使液晶組成物之光之透過率提昇，使K22之值相對於K11及K33之值相對地減小而非單純地使K22之值(絕對值)減小即可。並且，0.3以下之Γ之值係藉由後文所述之實施例而定出者。
關於上述液晶組成物，通常存在上述Γ之值變得越小，光之透過率越提昇，驅動電壓(V100電壓)越降低之傾向。與之相反，存在上述Γ之值變得越大，光之透過率越降低，驅動電壓(V100電壓)越增大之傾向。
因此，於本發明之液晶顯示元件中使用之液晶組成物中，上述Γ之值較佳為0.01以上，更佳為0.05以上，進而較佳為0.1以上，尤佳為0.2以上。藉由使Γ之值為上述下限值以上，液晶顯示元件之驅動電壓不會大幅降低，光之透過率進一步提昇。
又，關於本發明之液晶顯示元件中使用之液晶組成物，上述Γ之值變得越大，亦能夠越提昇響應時間。就如此提昇響應時間之觀點而言，亦與上述透過率之情形相同，上述Γ之值較佳為0.01以上，更佳為0.05以上，進而較佳為0.1以上，尤佳為0.2以上。
另一方面，關於本發明之液晶顯示元件中使用之液晶組成物，只要上述Γ之值為0.3以下即可，例如，可設為0.27以下及0.25以下等之任一者。
液晶組成物藉由使用其特有之彈性常數(K11、K22、K33)進行模擬，可推測出是否具有目標之特性，此種方法對液晶組成物之設計極有用。
然而，於驅動n型液晶組成物時，液晶分子會因其於單元中之存在部
位，而施加之力之大小及方向有所不同，進而與存在於附近之液晶分子之間相互產生之相互作用之大小及方向亦不同。因此，若只考慮彈性常數(K11、K22、K33)中之一部分、或使用誤差較大之彈性常數(尤其是K22)，則無法精度良好地推測液晶組成物之特性，就該方面而言，習知之方法不充分。
相對於此，本發明之液晶顯示元件中使用之液晶組成物係基於亦包含K22在內之高精度之彈性常數而設計，所推測出之特性為高精度，設計精度極高。因此，使用有此種液晶組成物之本發明之液晶顯示元件之設計精度亦極高。
以下，針對本發明之液晶顯示元件之較佳之實施形態進一步具體地進行說明。
本發明之液晶顯示元件係使用有如上所述之液晶組成物者，例如可列舉具備與圖1所示者相同之單元之VA型之液晶顯示元件。
又，作為本發明之液晶顯示元件，除此以外，還可列舉具備圖3或4所示之單元之IPS(橫向電場效應)型或FFS(邊緣電場切換)型之液晶顯示元件。
本發明之液晶顯示元件除具有上述者作為液晶組成物之方面以外，可設為與公知之液晶顯示元件相同之構成。
首先，針對圖3及4所示之單元詳細地進行說明。
圖3係示意性地表示本發明之液晶顯示元件中使用之單元之一實施形態中主要部分的剖視圖。
此處所示之單元2A具備第1基板21及第2基板22一對基板。於第1
基板21之與第2基板22對向(相對)之面，交替地配置有第1電極211A及第2電極212A。此處顯示第1電極211A相當於+極、第2電極212A相當於-極之情形。單元2A於第1基板21與第2基板22之間可夾持液晶組成物。
關於單元2A，單元間隙d1、第1電極211A及第2電極212A之電極寬度W1、第1電極211A及第2電極212A之電極間距離L1滿足L1/d1>1且L1/W1>1之條件，電極間距離L1大於單元間隙d1及電極寬度W1，不具有第1電極211A及第2電極212A相互接近之構造，具有IPS型液晶顯示元件中所使用之電極構成。
圖4係示意性地表示本發明之液晶顯示元件中使用之單元之另一實施形態中主要部分的剖視圖。再者，圖4所示之構成要素之中，對與圖3所示之構成要素相同者標註與圖3之情形相同之符號，並省略其詳細之說明。
此處所示之單元2B具備第1基板21及第2基板22一對基板。於第1基板21之與第2基板22對向之面，朝向第2基板22側依序積層有第2電極212B及絕緣層213，進而於絕緣層213之與第2基板22對向之面空出特定之間隔配置有多個第1電極211B。此處，顯示第1電極211B相當於+極、第2電極212B相當於-極之情形。單元2B於第1基板21與第2基板22之間可夾持液晶組成物。
於單元2B中，單元間隙d2、第1電極211B之電極寬度W2例如可分別設為與單元2A中之d1、W1相同。單元2B可謂是為了於單元2A中將電極間距離L1設為0(零)而具有隔著絕緣層213積層第1電極211B及第2電
極212B而成之構造，具有FFS型液晶顯示元件中所使用之電極構成。
尤其是FFS型之單元2B中，除平行於第1基板21及第2基板22之表面之方向(橫向)以外，進而於相對於第1基板21及第2基板22之表面垂直之方向(縱方向)亦產生電場。尤其是於第1電極211B之側面之附近區域中，於縱方向產生較強之電場。於此情形時，與IPS型液晶顯示元件中使用之單元不同，不僅位於電極間(第1電極211B及第2電極212B間)之液晶分子，位於電極上(第1電極211B上、第2電極212B上)之液晶分子亦更強烈地被驅動。因此，此種單元2B藉由將第1電極211B及第2電極212B分別設為透明電極，可於該等電極部分亦表現顯示功能，具備此種單元之液晶顯示元件可使開口率增大。
再者，圖1、3及4所示之單元只不過為本發明之液晶顯示元件中可使用之單元之一部分之例，上述液晶顯示元件中可使用之單元並不限定於該等。例如，亦可使用對圖1、3及4所示之單元加以各種變更而成者。
圖5係示意性地表示本發明之液晶顯示元件之一實施形態之圖。再者，圖5中，為了進行說明，為了方便起見將各構成要素隔開進行記載。此處所示之液晶顯示元件10具備：表面形成有配向膜14之第1透明絕緣基板(以下，有時簡稱為「第1基板」)12、與上述第1基板隔開而設置且表面形成有配向膜14之第2透明絕緣基板(以下，有時簡稱為「第2基板」)17、及填充於第1基板12與第2基板17間且抵接於上述一對配向膜之液晶層15，且於上述配向膜14與上述第1基板12之間具有具備作為主動元件之薄膜電晶體、共通電極122及像素電極121之電極層13。
液晶顯示元件10如圖5所示，係具備對向配置之第1基板12及第2基板17，且於該等之間夾持含有上述液晶組成物之液晶層15之橫向電場方式(此處，作為一例，為IPS型之一形態之FFS型)之液晶顯示元件。第1基板12於液晶層15側之面形成有電極層13。又，於液晶層15與第1基板12之間、及液晶層15與第2基板17之間分別具備一對配向膜14、14，該一對配向膜14、14直接抵接於構成液晶層15之上述液晶組成物而誘發水平配向，該等配向膜14之配向方向均為相對於第1基板12或第2基板17之表面略呈平行之方向。即，上述液晶組成物中之液晶分子於未施加電壓時以相對於第1基板12或第2基板17之表面略呈平行之方式進行配向。如圖5及7所示，第1基板12及第2基板17可由一對偏光板11、18夾持。進而，如圖5及7所示，於第2基板17與配向膜14之間設置有彩色濾光片16。再者，本發明之液晶顯示元件可為所謂之彩色濾光片陣列(COA)，可於含有薄膜電晶體之電極層與液晶層之間設置彩色濾光片，亦可於上述含有薄膜電晶體之電極層與第2基板之間設置彩色濾光片。
此處所示之液晶顯示元件10為依序積層第1偏光板11、第1基板12、含薄膜電晶體之電極層13、配向膜14、含上述液晶組成物之液晶層15、配向膜14、彩色濾光片16、第2基板17、及第2偏光板18而成之構成。
第1基板12及第2基板17可使用由玻璃或塑膠等具有柔軟性之透明之絕緣性材料構成者，另一方面，亦可為由矽等不透明之絕緣性材料構成者。第1基板12及第2基板17例如係藉由配置於周邊區域之環氧系熱硬化性組成物等密封材料及密封材貼合，於其間，為了保持基板間距離，例如亦可配置玻璃粒子、塑膠粒子、氧化鋁粒子等粒狀間隔物或藉由
光微影法所形成之由樹脂構成之間隔柱。
圖6係將圖5中形成於第1基板12上之電極層13之由II線包圍之區域放大而表示的俯視圖。並且，圖7係將圖3所示之液晶顯示元件沿圖6之III-III線方向切斷時之剖視圖。如圖6所示，形成於第1基板12之表面之含薄膜電晶體之電極層13係用以供給掃描訊號之多個閘極配線124與用以供給顯示訊號之多個資料配線125相互交叉並矩陣狀地配置而成。再者，於圖6中僅顯示有一對閘極配線124及一對資料配線125。
藉由被多個閘極配線124及多個資料配線125圍成之區域而形成液晶顯示裝置之單位像素，於上述單位像素內形成有像素電極121及共通電極122。於閘極配線124與資料配線125之交叉部之附近設置有含有源極電極127、汲極電極126及閘極電極128之薄膜電晶體。該薄膜電晶體作為對像素電極121供給顯示訊號之開關元件而與像素電極121連接，驅動像素電極121。又，與閘極配線124平行設置有共通線路129。該共通線路129為了對共通電極122供給共通訊號而與共通電極122連接。
關於薄膜電晶體之構造之較佳之一態樣，例如如圖7所示，具有：形成於第1基板12之表面之閘極電極111、以覆蓋上述閘極電極111且覆蓋第1基板12之大致整個面之方式設置之閘極絕緣層112、以與閘極電極111對向之方式形成於閘極絕緣層112之表面之半導體層113、以覆蓋半導體層113之表面之一部分之方式設置之保護層114、以覆蓋保護層114及半導體層113之一側端部且與形成於第1基板12之表面之閘極絕緣層112接觸之方式設置之汲極電極116、以覆蓋保護層114及半導體層113之另一側端部且與形成於第1基板12之表面之閘極絕緣層112接觸之方式設置之
源極電極117、及以覆蓋汲極電極116及源極電極117之方式設置之絕緣保護層118。於薄膜電晶體中，亦可為了消除與閘極電極之階差等而於閘極電極111之表面形成陽極氧化被膜(未圖示)。
半導體層113可使用非晶矽、多晶矽等，但若使用ZnO、IGZO(In-Ga-Zn-O)、ITO等透明半導體膜，則可抑制起因於光吸收之光載體之不利影響，就增大元件之開口率之觀點而言亦較佳。
進而，為了降低肖特基能障(Schottky barrier)之寬度或高度，亦可於半導體層113與汲極電極116或源極電極117之間設置歐姆接觸層115。於歐姆接觸層115中，可使用n型非晶矽或n型多晶矽等高濃度地添加有磷等雜質之材料。
閘極配線126、資料配線125、共通線路129較佳為金屬，更佳為Al、Cu、Au、Ag、Cr、Ta、Ti、Mo、W、Ni或其合金，尤佳為Al或其合金。又，絕緣保護層118為具有絕緣功能之層，由氮化矽、二氧化矽、氮氧化矽膜等形成。
圖6及7所示之實施形態中，共通電極122為形成於閘極絕緣層112(即，第1基板12)上大致整個面之平板狀之電極，另一方面，像素電極121為形成於覆蓋共通電極122之絕緣保護層118上之梳形之電極。即，共通電極122較像素電極121更靠近第1基板12而配置，該等電極係介隔絕緣保護層118相互重疊地配置。像素電極121及共通電極122例如由ITO(Indium Tin Oxide，氧化銦錫)、IZO(Indium Zinc Oxide，氧化銦鋅)、IZTO(Indium Zinc Tin Oxide，氧化銦鋅錫)等透明導電性材料形成。由於像素電極121及共通電極122係由透明導電性材料形成，故而單位像素面積
中開口之面積變大，開口率及透過率增加。
又，由於在像素電極121與共通電極122之間會形成邊緣電場，故而像素電極121與共通電極122之間之電極間距離(最小間隔距離)R會小於第1基板12與第2基板17之間之基板間距離G。此處，電極間距離R表示相對於基板之表面平行之方向之各電極間之距離。圖7中例示由於平板狀之共通電極122與梳形之像素電極121重疊故而電極間距離R為0之例，由於電極間距離(最小間隔距離)R小於第1基板12與第2基板17之間之基板間距離(即，單元間隙)G，故而形成邊緣之電場E。因此，FFS型之液晶顯示元件中，可利用在相對於形成像素電極121之梳形之線垂直之方向上所形成之水平方向之電場、及拋物線狀之電場。像素電極121之梳狀部分之電極寬度l、及像素電極121之梳狀部分之間隙m較佳為形成為可藉由產生之電場驅動液晶層15內之所有液晶分子之程度之寬度。又，像素電極121與共通電極122之間之電極間距離(最小間隔距離)R可調整為閘極絕緣層112之(平均)膜厚。又，本發明之液晶顯示元件亦可與圖7不同，以像素電極121與共通電極122之間之電極間距離(最小間隔距離)R大於第1基板12與第2基板17之間之基板間距離G之方式形成(相當於IPS型)。此種液晶顯示元件例如具有梳狀之像素電極及梳狀之共通電極以於大致同一面內交替之方式設置之構成等。
本發明之液晶顯示元件較佳為利用邊緣電場之FFS型之液晶顯示元件，若鄰接之共通電極122與像素電極121之最短間隔距離短於配向膜14彼此(基板間距離)之最短間隔距離，則於共通電極與像素電極之間形成邊緣電場，可有效率地利用液晶分子之水平方向及垂直方向之配
向。於本發明之FFS型之液晶顯示元件之情形時，若對以長軸方向與配向膜之配向方向平行之方式配置之液晶分子施加電壓，則於像素電極121與共通電極122之間，形成拋物線形之電場之電力線直至像素電極121與共通電極122之上部，液晶層15內之液晶分子之長軸與所形成之電場正交地排列。因此，即便介電異向性較低亦可驅動液晶分子。
彩色濾光片16就防止漏光之觀點而言，較佳為於與薄膜電晶體及儲存電容器123對應之部分形成黑矩陣(省略圖示)。又，彩色濾光片16通常由R(紅)、G(綠)、B(藍)3片濾光片形成，構成影像或圖像之1點，例如該等3片濾光片於閘極配線之延伸之方向排列。彩色濾光片16例如可藉由顏料分散法、印刷法、電鍍法或染色法等製作。例如，對藉由顏料分散法製作彩色濾光片之方法進行說明，將彩色濾光片用之硬化性著色組成物塗佈於透明基板上，實施圖案化處理，並藉由加熱或光照射使其硬化。藉由針對紅、綠、藍3種顏色分別進行該步驟，可製作彩色濾光片用之像素部。此外，亦可採用在上述基板上設置了設有TFT、薄膜二極體等主動元件之像素電極的所謂彩色濾光片陣列。
於電極層13及彩色濾光片16上設置有一對配向膜14，該一對配向膜14直接抵接於構成液晶層15之上述液晶組成物而誘發水平配向。
又，偏光板11及偏光板18可調整各偏光板之偏光軸而將視野角或對比度調整為良好，為了使該等透射軸於常黑模式下作動，較佳為具有相互成一列之透射軸。尤佳為偏光板11及偏光板18之任一者以具有與液晶分子之配向方向平行之透射軸之方式進行配置。又，較佳為對液晶之折射率異向性與單元間隙之乘積進行調整以使對比度成為最大。進而，亦可使用用以
擴大視野角之相位差膜。
作為本發明之液晶顯示元件之另一實施形態，若為IPS型，則鄰近之共通電極與像素電極之間之最短間隔距離長於液晶配向膜間之最短間隔距離，例如於共通電極與像素電極形成於同一基板上且共通電極與像素電極交替地配置之情形時，可列舉具有鄰近之共通電極與像素電極之間之最短間隔距離長於液晶配向膜間之最短間隔距離的構造者等。
本發明之液晶顯示元件例如較佳為以如下方式製造：於具有電極層之基板及/或基板之表面形成被膜，其後，以上述被膜成為內側之方式將一對基板隔開使其等對向，其後，將上述液晶組成物填充於基板間。此時，較佳為經由間隔物調整基板之間隔。
上述基板間之距離(為所獲得之液晶層之平均厚度，亦稱為被膜間之間隔距離)較佳為以成為1~100μm之方式進行調整。並且，上述被膜間之平均間隔距離較佳為1.5~10μm。
於本發明中，作為用於調整基板間之距離之間隔物，例如可列舉玻璃粒子、塑膠粒子、氧化鋁粒子、由光阻材料等所構成之柱狀間隔物等。
使用圖5~7說明之FFS型之液晶顯示元件為本發明之液晶顯示元件之一例，該等液晶顯示元件可於不偏離本發明之技術思想之範圍內加以各種變更。
<<液晶顯示器>>
本發明之液晶顯示器之特徵在於具備上述本發明之液晶顯示元件，除具備本發明之液晶顯示元件之方面以外，可設為與公知之液晶顯示器相同之構成。
本發明之液晶顯示器例如可用作液晶電視、電腦用螢幕、行動電話機、資訊終端機、遊戲機等圖像顯示裝置之液晶顯示器。
以下，藉由實施例對本發明進一步具體地進行說明，但本發明絲毫不受該等實施例限定。
[實施例1、比較例1]
製備介電常數異向性(△ε)為-3.39之液晶組成物，並向其中添加手性化合物，製備該手性化合物之濃度不同之11種成為測定對象之液晶組成物(實施例1-1~1-9、比較例1)。再者，該手性化合物之螺旋扭轉力(HTP)為11.1μm-1。
繼而，使用圖1所示之構成之液晶顯示元件用單元，如上述說明般針對該液晶組成物藉由上述式(1)求出K22及K33，並另外求出K11，藉由上述式(2)求出Γ之值。將該等值示於表1。
繼而，對各液晶組成物分別模擬光之透過率。模擬係使用Shintech股份有限公司製造之模擬軟體「LCD master(二維)」而進行。此時，藉由有限差分法(FDM)計算對液晶面板(電極間)施加電壓時之液晶分子(指向矢)之舉動，並藉由靜態分析計算施加之電壓條件下之指向矢之平衡狀態。關於單元之條件，將像素電極之寬度設為3μm，將像素電極之間隔設為4μm，將像素電極與共通電極之間之絕緣膜之厚度設為400nm，將絕緣膜之介電常數設為7.0，將單元間隙設為2.8μm。將所獲得之光之透過率之最大值(光之最大透過率)示於表1。再者，表1中，「V100」意指於進行模擬時所設定之驅動電壓。又，將此時之光之透過率之最大值及Γ之值進行繪圖，
並將所得之圖示於圖8。
由表1及圖8可知，液晶組成物於Γ之值為0.182~0.346之範圍內，最大透過率成為26.68~28.61%，確認Γ之值較小者呈現出較高之透過率。其中，於驅動電壓(V100)之範圍限定於5~6V之範圍之情形時，確認於Γ之值為0.208~0.293之範圍內，最大透過率顯示出27.30~28.32%之值。
可判斷：藉由使用該液晶組成物，於驅動電壓所容許之範圍內，可構成顯示特性優異之液晶顯示元件。
進而，針對使用實施例1-1、1-6及1-7之液晶組成物之情形模擬響應時間。此時，驅動電壓全部與使用實施例1-7之液晶組成物模擬光之透過率時相同，統一為4.5V。將所獲得之響應時間示於表2。再者，表2中，「Tr」意指光之透過率自10%變化至90%之時間，「Td」意指光之透過率自90%變化至10%之時間，響應時間相當於Tr及Td之和(響應時間=Tr+Td)。將所獲得之響應時間及Γ之值進行繪圖，並將所得之圖示
於圖9。
由表2及圖9可知，液晶組成物於Γ之值為0.182~0.250之範圍內，響應時間成為31.6~37.2ms；Γ之值較大者之響應時間較短。因此，可判斷藉由使用根據液晶顯示元件所要求之特性而控制Γ之值之液晶組成物，可構成顯示特性優異之液晶顯示元件。
本發明可用於顯示特性優異之液晶顯示器之製造。
2C:單元
23:第1基板
24:第2基板
231:第1電極
232:第1配向膜
241:第2電極
242:第2配向膜
d3:單元間隙
Claims (5)
- 一種FFS型液晶顯示元件，其使用Γ之值為0.3以下之液晶組成物，該Γ之值係使用：針對介電常數異向性(△ε)小於-1.5之液晶組成物使用閾值電壓(Vth)、彎曲彈性常數(K33)、真空介電常數(ε0)、單元間隙(d)及螺距(P0)之測定值並藉由下述式(1)而求出之扭轉彈性常數(K22)之值，以及上述液晶組成物之斜展彈性常數(K11)及彎曲彈性常數(K33)之測定值，並藉由下述式(2)而求出；
- 如申請專利範圍第1項之FFS型液晶顯示元件，其使用有上述Γ之值為0.01以上之液晶組成物。
- 如申請專利範圍第1項之FFS型液晶顯示元件，其具備對向配置之第1透明絕緣基板及第2透明絕緣基板；於上述第1透明絕緣基板與上述第2透明絕緣基板之間，夾持含有上述液晶組成物之液晶層，於上述第1透明絕緣基板上，各像素分別具有由透明導電性材料所構成之共通電極、矩陣狀地配置之多個閘極配線及資料配線、設置於上述閘極配線與資料配線之交叉部之附近之薄膜電晶體、及由上述薄膜電晶體所驅動之由透明導電性材料所構成之像素電極； 於上述液晶層與上述第1透明絕緣基板之間、及上述液晶層與上述第2透明絕緣基板之間分別具備誘發水平配向之配向膜，上述配向膜之配向方向均為相對於上述第1透明絕緣基板或第2透明絕緣基板之表面略呈平行之方向；且為了於上述像素電極與上述共通電極之間形成電場，上述像素電極與上述共通電極之間之電極間距離小於上述第1透明絕緣基板與上述第2透明絕緣基板之間之基板間距離，或上述共通電極較上述像素電極更靠近上述第1透明絕緣基板地配置且上述共通電極設置於上述第1透明絕緣基板上之大致整個面。
- 如申請專利範圍第2項之FFS型液晶顯示元件，其具備對向配置之第1透明絕緣基板及第2透明絕緣基板；於上述第1透明絕緣基板與上述第2透明絕緣基板之間，夾持含有上述液晶組成物之液晶層；於上述第1透明絕緣基板上，各像素分別具有由透明導電性材料所構成之共通電極、矩陣狀地配置之多個閘極配線及資料配線、設置於上述閘極配線與資料配線之交叉部之附近之薄膜電晶體、及由上述薄膜電晶體所驅動之由透明導電性材料所構成之像素電極；於上述液晶層與上述第1透明絕緣基板之間、及上述液晶層與上述第2透明絕緣基板之間分別具備誘發水平配向之配向膜，上述配向膜之配向方向均為相對於上述第1透明絕緣基板或第2透明絕緣基板之表面略呈平行之方向；且為了於上述像素電極與上述共通電極之間形成電場，上述像素電極 與上述共通電極之間之電極間距離小於上述第1透明絕緣基板與上述第2透明絕緣基板之間之基板間距離，或上述共通電極較上述像素電極更靠近上述第1透明絕緣基板地配置且上述共通電極設置於上述第1透明絕緣基板上之大致整個面。
- 一種FFS型液晶顯示器，其具備申請專利範圍第1至4項中任一項之FFS型液晶顯示元件。
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