JP3529434B2

JP3529434B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP3529434B2
Application number: JP17293594A
Authority: JP
Inventors: 雄三久武; 摩希子佐藤; 正仁石川; 仁羽藤; ますみ岡本; 毅大山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1994-07-25
Publication date: 2004-05-24
Anticipated expiration: 2019-05-24
Also published as: JPH07234414A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、新規な液晶表示素子お
よびそれを用いた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示素子（以下、ＬＣＤと略
称）はワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、投
影型ＴＶ、小型ＴＶ等に広く利用されている。これらの
ＬＣＤは光の明暗の変化を制御することにより表示を行
う。このような光の制御方法として、液晶分子の偏光効
果と偏光子との組み合わせによる方法、液晶の相転移を
利用して光の散乱と透過による方法、および液晶に染料
を添加し、染料の可視光吸収量を制御することで生じた
色の濃淡変化を利用する方法等がある。

【０００３】偏光効果と偏光子を組み合わせた方法を用
いるＬＣＤは、たとえば90°捻れた分子配列をもつツイ
ステッドネマティック（ＴＮ）型ＬＣＤであり、原理的
に薄い液晶層厚、低電圧で偏光を制御できる。このた
め、ＴＮ型ＬＣＤは、早い応答速度、低消費電力にて、
高いコントラスト比特性を示す。このＴＮ型ＬＣＤは、
単純マトリクス駆動により、時計や電卓などに、またス
イッチング素子を各画素毎に具備したアクティブマトリ
クス駆動およびカラーフィルターと組み合わせて、フル
カラーの表示の液晶ＴＶなどに応用されている。しか
し、これら偏光効果と偏光子を組み合わせたＬＣＤは、
原理上偏光板を用いることからＬＣＤの透過光量が著し
く低くなる。すなわち、少なくとも 1枚の偏光板を用い
るため、透過光量は少なくとも50％以下となる。また液
晶分子配列の方位性により見る角度・方位によって表示
色やコントラスト比が大きく変化するため、視角依存性
を有する。この視角依存性に加え、入射光量に対する透
過光量の比で示される透過率が低いなどの理由により、
ＴＮ型ＬＣＤは冷陰極線管（ＣＲＴ）の表示性能を完全
に越えるまでには至っていないのが実状である。

【０００４】一方、液晶の相転移を利用したＬＣＤ、お
よび染料の可視光吸収量を制御したＬＣＤは、たとえ
ば、ヘリカル構造の分子配列をもつコレステリック相か
らホメオトロピック構造の分子配列をもつネマティック
相への相転移を電場印加で生じさせるＰＣ型液晶および
この液晶分子に染料を添加してなるホワイト・テーラー
型ＧＨ液晶を用いるＬＣＤ等である。これらのＬＣＤは
原理上偏光板を用いないので透過率が低くなることがな
い。また広い視認角を示すので、自動車機器や、投影型
表示器等に応用されている。

【０００５】しかし、このようなＬＣＤは、液晶層厚を
比較的厚くしたり、液晶分子のヘリカル強度を強めたり
しないと充分な光の散乱が得られない。これは光の散乱
が種々の液晶分子配列に因っているからである。つま
り、充分に光を散乱させるためには、たとえば、ヘリカ
ル構造の分子配列をもつコレステリック相の場合、入射
光方向に対し、あらゆる方位にヘリカル軸をもつ必要性
が生じる。このように、多数の方位のヘリカル軸をもた
せるためには、液晶層厚を厚くしなくてはならない。
このため、このようなＬＣＤは、高い駆動電圧を要し、
応答速度が極めて遅いという問題があり、表示量（画素
数）の多い表示素子への応用は困難であった。また、
印加電圧の増加に伴い、透過率が急激に変化するために
階調表示も困難であった。さらに、光散乱状態と光透過
状態とで液晶の分子配列が著しく異なるため、光散乱お
よび光透過状態の相互変化を電界制御で行う場合、その
電気光学特性にヒステリシスが生じてしまう。このヒス
テリシスが生じる原因には諸説があり明確にされていな
いが、液晶の分子配列が著しく異なる場合や、電界が印
加されていない状態で光散乱状態（液晶の分子配列が微
細なドメインの集合体となっている状態）を液晶分子が
形成している場合に発生しやすいことが知られている。
このように、その印加電界−透過率特性にヒステリシス
があると、マルチプレクス駆動が困難になるなど実用的
に問題があった。

【０００６】液晶の相転移を利用した他のＬＣＤに、有
機電解質等の導電性物質を溶解したＮｎ液晶を用い、低
周波で高電圧を印加することにより光散乱を得る手段
（一般にＤＳ効果という）や熱光学効果により光散乱を
得る手段を用いるＬＣＤが提案されている。しかし、こ
の場合においても上述の問題がある。

【０００７】さらに、図３６（ａ）に示すように、基板
１、２間で挟持されたポリマー３内に多数のカプセルを
形成して、この中に液晶４を封入したカプセル状構造、
および図３６（ｂ）に示すように、繊維状ポリマー５の
間に液晶６を分散させた繊維状ポリマー構造を用いて光
散乱性を高める高分子分散型ＬＣＤが提案されている。
しかし、このような高分子分散型ＬＣＤは、製法上およ
び原理上から、そのポリマーの形状やポリマーと液晶層
との混合比に制約がある。また外部から印加した電圧は
ポリマーと液晶とに分圧されるため、液晶には印加電圧
の一部しか印加されない。このため、充分に低い駆動電
圧と高い応答速度などが要求される駆動特性を満足させ
ようとすると、充分な光散乱性を得られないのが現状で
ある。また、これらの方式においても、光散乱状態と光
透過状態とで液晶の分子配列が著しく異なるため、前述
したように電気光学特性にヒステリシスが生じてしま
う。これに対し光散乱状態における液晶分子配列をある
程度制御（たとえば、カプセル内面における液晶分子配
列を制御するためにポリマーに疎水性の物質を混合する
等）し、前記ヒステリシスを軽減させることも可能であ
るが、このことは同時に光散乱を弱めることとなり、実
用的でない。このように、高分子分散型ＬＣＤにおいて
も、液晶の相転移を利用した他のＬＣＤと同様な問題が
あった。

【０００８】光を散乱させる手法として、 2枚の電極付
基板の表面において種々の方向に液晶分子を配列させる
よう微細な領域毎に配向処理を行い、これらを内面とし
て対向させた間隙に液晶を挟持させることも考えられ
る。しかし、微細な領域毎に配向処理方向（たとえばラ
ビング方向）を異ならせることは実際上困難であり、ま
た、前述のヒステリシスの問題を解決する手段とはなら
ない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
のＬＣＤは透過率が低く、狭い視角依存性を有するか、
または高い駆動電圧を要し、応答速度も遅いといった問
題をもっていた。本発明は、このような課題に対処する
ためになされたもので、光散乱特性が高く、駆動電圧が
低く、明るくコントラスト比が高く階調性に優れ、かつ
階調表示しても表示が反転することがなく、視野角の極
めて広い新規な構成のＬＣＤを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のＬＣＤは、光を
散乱させる手段として、液晶以外の媒体を必要とせず、
なおかつ、光透過状態と光散乱状態とで液晶の分子配列
が著しく異ならず、良好な光散乱状態を得ることのでき
る構成としたものである。さらに、複雑な製造工程によ
らずＬＣＤを製造することができる構成でもある。

【００１１】本発明のＬＣＤは、対向配置された電極付
き基板と、この基板間に挟持されたネマティック液晶組
成物からなる液晶層とからなり、前記対向配置された電
極付き基板が電極構造として 1画素毎に最も広い部分の
幅が 50 μm 以下である導電体部と最も広い部分の幅が
50 μm 以下である非導電体部とからなる領域をそれぞ
れ有する液晶表示素子において、前記対向配置された両
基板間において、少なくとも 1画素毎に画素内の一部の
領域で前記導電体部と前記非導電体部とが対向してお
り、かつ前記非導電体部の最も狭い部分の幅をＳとし、
前記対向配置された両基板の電極間隔をＤとしたとき、
Ｄ≧Ｓ／2の関係が満たされており、前記液晶層が、電
界を印加した際のチルト方向が 2 方向以上取り得る分子
配列を有する液晶組成物からなることを基本構成とし
て、前記両基板間隙に電極間隔Ｄより短い直径を有する
微粒子を混入させてなることを特徴とする。または、同
じ基本構成の電極上に透光性保護膜が形成され、この透
光性保護膜の屈折率が電極材料の屈折率の０．９〜１．
１倍であることを特徴とする。

【００１２】また、対向配置された両基板間において、
この両基板間の垂直法線方向に対して斜め電界が 1画素
内に少なくとも 2方向以上形成され、前記液晶層を形成
する液晶分子が電圧無印加状態でスプレイ配列をなし、
かつ電圧印加状態でチルトアップまたはチルトダウン方
向の自由度を 2方向以上取り得る分子配列であることを
特徴とする。

【００１３】具体的に本発明は、対向配置された少なく
とも一方の電極付き基板は、前記最も広い部分の幅が 3
0 μm 以下であり、前記ネマティック液晶組成物は、前
記基板表面上で液晶分子長軸−方向に配列させるチルト
配向を誘起する手段を有しており、 2枚の基板上での液
晶分子配列方向の交差角をθ（ 0°≦θ≦90°）とし、
2枚の基板表面上でのプレチルト角によって液晶をユニ
フォームツイスト配列させるように決まるツイスト角を
ψとして、前記液晶層に電界を印加しない状態で、前記
ψが±θ（ここで、ツイスト方向が左回りの時＋、右回
りの時−とする。）のとき、液晶のツイスト角ωが±θ
＋ 180°または±θ−180°であり、前記ψが±（θ−
180°）のとき、液晶ツイスト角ωが±θ（以上、複号
同順）であることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の他の具体例として、対向配
置された両基板は、前記両基板電極の素子法線方向での
断面形状を見たとき、下基板の導電体部のうち上基板の
導電体部に重ならない部位の幅をＲＥ、上基板の導電体
部のうち下基板の導電体部に重ならない部位の幅をＦ
Ｅ、両基板とも導電体部である幅をＥＥ、両基板とも非
導電体部である幅をＳＳとし、少なくとも各画素毎に前
記両基板の前記ＲＥまたはＦＥの幅の部位を有する前記
導電体部がそれぞれ電気的にひとつにつながっていると
き、ＲＥ・ＳＳ・ＦＥ・ＳＳ・ＲＥ・ＳＳ・ＦＥ・ＳＳ
・…とＳＳを挟んでＲＥとＦＥが交互に順に配置される
断面形状となる電極構造であり、前記ネマティック液晶
組成物は、前記基板表面上で液晶分子長軸を一方向に配
列させるチルト配向を誘起する手段を有しており、 2枚
の基板上での液晶分子配列方向の交差角がθ（ 0°≦θ
≦90°）であり、 2枚の基板表面上でのチルト配向によ
って液晶組成物をユニフォームツイスト配列させるよう
に決まるツイスト角がψであり、液晶組成物に電界を印
加しない状態で、前記ψが±θ（ここでツイスト方向が
左回りの時＋、右回りの時−とする。）のとき、液晶の
ツイスト角ωが±θ＋180 °または、±θ−180 °であ
り、前記ψが±（θ−180 °）の時、液晶のツイスト角
ωが±θ（以上複号同順）であることを特徴とする。こ
こで、電極構造は、ＲＥ・ＥＥ・ＦＥ・ＥＥ・ＲＥ・Ｅ
Ｅ・ＦＥ・ＥＥ・…とＥＥを挟んでＲＥとＦＥが交互に
順に配置される断面形状となる電極構造、またはＲＥ・
ＦＥ・ＲＥ・ＦＥ・ＲＥ・ＦＥ・ＲＥ・ＦＥ・…とＲＥ
とＦＥとが交互に順に配置される断面形状となる電極構
造でもよい。

【００１５】本発明に係わる液晶組成物および液晶分子
配列としては、液晶組成物は正または負の誘電率異方性
を有する液晶からなり、電界を印加した際に取り得る 2
方向以上のチルト方向は、前記正の誘電率異方性を有す
る液晶の場合チルトアップ方向であり、前記負の誘電率
異方性を有する液晶の場合チルトダウン方向であり、前
記両基板における液晶分子配列は、液晶のプレチルト角
の差を 0.5°以下とする液晶分子配列であり、前記プレ
チルト角α0 を得る方向が上下で同一方向であるベンド
状の配向からなる液晶分子配列であることを特徴とす
る。

【００１６】本発明に係わる電極構造は、 1画素毎の電
極構造が両基板ともに各画素の少なくとも一部分で導電
体部と非導電体部からなるストライプ状の形状となって
いることを特徴とする。さらに、少なくとも一方の前記
電極付き基板の 1画素毎にスイッチング素子を有するこ
とが好ましい。

【００１７】本発明のＬＣＤは、電極間隔Ｄより短い突
起を前記両基板の少なくとも一方に設けてなることを特
徴とする。

【００１８】本発明の液晶表示装置は、ＬＣＤに平行光
を入射する手段と、この入射された平行光をＬＣＤにて
制御する手段と、制御された光の進行方向のうち、一部
の方向の光を投影する光学系を用いる手段とからなる投
影型液晶表示装置であって、ＬＣＤとして上述の本発明
のＬＣＤを使用することを特徴とする。

【００１９】さらに、本発明のＬＣＤを 2以上用い、そ
れぞれに赤色、青色、緑色の少なくともいずれか 1色を
含む分光された平行光を入射するか、または 1個のＬＣ
Ｄに2色以上のカラーフィルターを具備することによ
り、カラー表示することが好ましい。

【００２０】

【作用】本発明のＬＣＤは新規な液晶セル構成により光
を制御するものである。以下、本発明において光を制御
する原理について説明する。本発明のＬＣＤは、各画素
において、実効的に一様な分子配列とすることにより光
透過状態を実現し、また 2種以上の電界方向をもって、
屈折レンズ効果や回折格子効果を得ることにより光散乱
状態を実現する。ここで、屈折レンズ効果とは、液晶層
厚方向に液晶分子が連続的に傾きを変え液晶層の屈折率
が連続的に変化することにより入射した光を屈折させる
効果をいう。また、回折格子効果とは、液晶分子の異常
光屈折率ｎ_eと常光屈折率ｎ_oとが液晶平面において規
則的に交互に出現することにより液晶層に回折格子が形
成され、その結果平行光が散乱する効果をいう。このよ
うな屈折レンズ効果や回折格子効果による光散乱は、 2
種以上の電界方向の境界部にウォール（壁）状の分子配
列を形成することにより得られる。

【００２１】本発明のＬＣＤの一画素における分子配列
構造の一例を図１（ｂ）に示す。この図１（ｂ）に示す
分子配列構造は、スプレイ配列およびそれに捩じれを加
えた分子配列であり、なおかつ上下基板表面における液
晶分子プレチルト角が上下でほぼ等しいことを特徴とし
ている。また電圧を印加した場合の分子配列構造を示し
ている。すなわち、上、下基板１１、１２にそれぞれ画
素単位で複数のストライプを形成する電極１３、１４を
配置し、各電極の導電部１３ａ、１４ａと非導電部１３
ｂ、１４ｂを等間隔とし、 1/2ピッチずらして対向させ
る。上、下配向膜１５、１６の配向方向を同じ方向と
し、液晶層２０の液晶分子Ｍをスプレイ配列としてい
る。

【００２２】上下電極１３、１４に電圧を印加すると、
横方向電界ｅが発生する。こうした分子配列では電界の
印加の仕方によってはその分子のチルト方向が図示する
ごとく、 2方向となる。これは電圧を印加しない状態で
の液晶分子配列が液晶層の上半分と下半分で対称な形を
していることによっている。つまりは、液晶分子のチル
ト方向が 2以上の自由度をもっていることによる。よっ
て、電圧を印加すると図示するように、分子のチルト方
向の境界部（図中ＤＬ）にウォールライン（本発明で
は、電界印加時に発生する発生するメモリー性の強い一
般的な意味でのディスクリネーションと区別するために
「ウォール」と称する。）を発生させることができ、入
射光を散乱させる機能を得ることができる。このよう
に、液晶分子のチルト方向が 2以上の自由度をもたせる
には図１（ｂ）の分子配列構造の他、たとえば、液晶組
成物として負の誘電率異方性をもつネマティック液晶組
成物を用い、液晶分子配列を上下基板におけるプレチル
ト角が90°である完全な垂直配列としても同様の効果を
得ることができる。この場合、液晶分子のチルトダウン
方向の自由度が 2以上となる。

【００２３】いずれにせよ、このように液晶分子が電圧
を印加していない状態で実効的に一様な分子配列であ
り、液晶分子のチルトアップ方向、もしくはチルトダウ
ン方向の自由度が 2以上である液晶分子配列に対し、斜
め電界が微細な領域毎に相反する 2方向以上に印加され
るように考慮した電極であれば、前述した問題を解決し
た優れた表示性能を得ることができる。

【００２４】ここで斜め電界を有効に実現するために
は、非導電体部の最も狭い部分の幅をＳとし、対向配置
された両基板の電極間隔をＤとしたとき、Ｄ≧Ｓ／2 の
関係が満たされていることが必要条件となる。以下、そ
の理由を図２により説明する。図２は本発明に用いる電
極構造の一断面図である。図２において、最も弱い電界
はＥｓであり、この電界強度が斜め電界の強弱を決め
る。そして、この斜め電界強度の大きさにより屈折レン
ズ効果や回折格子効果に影響を与える液晶分子の配列が
制御される。実験の結果、Ｅｓの電界強度がＥｖの２
^１／２／２以上において有効に光制御できることが分か
った。よってＥｓ≧（２ ^１／２／２）Ｅｖが必要条件と
なり、これを実現するにはＤ≧Ｓ／2 となる。Ｄおよび
Ｓをこの範囲で設定すれば、Ｓの領域にある液晶分子も
必要十分に電界により制御され、チルト方向や配列方位
を制御することができる。

【００２５】本発明は、液晶をユニフォームツイスト配
列させない場合に、横電界成分をもつ印加電圧の有無に
よって液晶分子の向きが変化することを利用して光散乱
効果を高めるようにしたものである。このため、電極の
微小領域内に導電体部と非導電体部を形成し、基板間
で、液晶層を挟んで相対向する一方の電極の導電体部と
他方の電極の非導電体分を対面させたものである。

【００２６】本発明の作用を説明する前提として、プレ
チルト角、ユニフォームツイスト配列、非ユニフォーム
ツイスト配列について述べる。ネマティック液晶の分子
は細長い棒状をなしている。液晶分子が基板上のラビン
グした配向膜に接すると、その棒状分子の長軸が配向膜
表面の性質により一定方向に配向する。たとえば、配向
膜がポリイミド配向膜等の場合は、ラビングした方向に
沿って液晶分子長軸が並んで配向される。また、ポリス
チレン配向膜等の場合は、膜平面方向においてラビング
方向に直角な方向に液晶分子長軸が並ぶ。また、別の配
向処理の方法として配向膜を基板に蒸着する方法があ
る。基板面に対して酸化珪素をたとえば入射角85°で斜
めから蒸着すると、蒸着源の方向に液晶分子の長軸が向
く。

【００２７】しかし、実際はこれらの配向処理におい
て、液晶分子Ｍは配向膜面Ｓに平行に配向されるのでは
なく、図３（ａ）のように配向膜面すなわち基板面Ｓに
対してチルト配向により、ある所定の角度α₀で起き上
がって配向している。この角度α₀はポリイミド配向膜
で約 1〜15°である。この基板面上において基板面と接
する液晶分子の長軸ＬＡとのなす角α₀をプレチルト角
という。このとき、図３（ａ）に示されるように、液晶
分子長軸ＬＡの基板から起き上がった端部をリーディン
グ部分Ｌ、基板側に接近する端部をトレーリング部分Ｔ
とすると、配列された液晶分子Ｍを説明上、図３（ｂ）
のように、たとえば配向膜平面上にＴからＬ方向への矢
印Ｒで表すこととする。

【００２８】図４（ａ）の例では、フロント基板すなわ
ち上基板１１の分子配列をＦ（実線の矢印）となるよう
にして、リア基板すなわち下基板１２の分子配列をＲ
（破線の矢印）となるように配向処理をした場合であ
り、各配列は基板平面上で逆方向すなわち 180°異なる
方向に向いている。この構成において、液晶分子が捩じ
れを有しないような誘電率異方性が正のネマティック液
晶（たとえばカイラル剤未混入）を充填すると、液晶分
子Ｍは図４（ｂ）のように、上基板１１から下基板１２
にかけて、液晶層２０の厚さ全長にわたって、一定かつ
一様な角度で配列する。一般に、このような分子配列を
ユニフォーム配列といい、従来のＬＣＤの基本的な構成
である。この構成のＬＣＤでは、液晶層に閾値電圧以上
の電圧すなわち駆動電圧が印加されると、両基板表面近
傍の液晶分子の傾く方向に準じて液晶分子Ｍが図５のよ
うに基板に対してほぼ垂直な方向に一様に配列する。

【００２９】図６は図４（ａ）の状態から、上基板１１
を基準にして、下基板１２を角θ（≦90°）捩じった状
態の場合を想定した図である。このときの分子配列がユ
ニフォーム配列を維持するには、両基板間で液晶が角ψ
だけ左回り（図中矢印の回転方向）に捩じれた配列をと
る必要があり、これを実現するには角ψだけ捩じれるよ
うに液晶材料を選定すればよい。このようにして得た分
子配列は捩じれたユニフォーム配列と呼ぶことができ、
この場合、この角ψをユニフォーム配列のツイスト角と
いう。ちなみに従来技術であるＳＴ−ＬＣＤはこのψを
90°〜 270°とした捩じれたユニフォーム配列をしてい
る。

【００３０】図７はψが 180°のＳＴ−ＬＣＤにおける
印加電圧に対するＬＣＤの透過率の関係を示したもので
ある。この図から、ＳＴ−ＬＣＤはある電圧、つまり閾
値電圧Ｖ_th以上で透過率を急峻に変化することとなる。
このことから、ＳＴ型のＬＣＤは閾値電圧以下の印加電
圧下では、電圧無印加の状態に近い分子配列をなしてい
ると考えられ、このＳＴ−ＬＣＤのように液晶の捩じれ
角が90°以上 270°以下のＬＣＤの分子配列を定義する
ときは、この閾値電圧以下の印加電圧状態下（無印加
時）で定義することになる。また、こうした透過率−印
加電圧特性（図７の曲線）において、その特性の急峻性
を一般的には、透過率90％と10％となる印加電圧値の差
を透過率90％の印加電圧の値で割った値γで表す。この
構成のＬＣＤでは、前述した捩じれのないユニフォーム
配列の場合と同様に液晶層に閾値電圧以上の電圧が印加
されると（電圧印加時）、両基板表面近傍の液晶分子の
傾く方向に準じて液晶分子Ｍが図５の配列を捩じったよ
うに基板に対してほぼ垂直な方向に配列する。

【００３１】図６からわかるように、ユニフォーム配列
のツイスト角ψは上基板の配向Ｆの液晶分子のトレーリ
ング部分Ｔ_Fを基準にして、下基板の配向Ｒの液晶分子
のリーディング部分Ｌ_Rまでの角度を表している。ψ
は、図６のように左回りを＋θと、図８のように右回り
を−θと 2通りに定義できる。

【００３２】一方、図９（ｂ）のような液晶分子の配列
も可能である。このような配列は、前述した図４（ｂ）
の配列同様、捩じれを生じさせないネマティック液晶組
成物を図９（ａ）の構成下に維持すれば達成できる。

【００３３】こうした分子配列は、上下基板の分子配列
Ｆ、Ｒが同方向にあり、図９（ｂ）のように、分子配列
は液晶分子のチルト角が上基板１１のプレチルト角α₀
から徐々に角度が減少し、液晶層厚ｄの中点ｄ／2 で基
板１１と平行になった後、下基板１２のプレチルト角α
₀に至るまで逆の角度に傾いていくようになっているも
のである。すなわち、リーディング部分Ｌ_F、Ｌ_Rが互
いに近接し、トレーリング部分Ｔ_F、Ｔ_Rが互いに離れ
て配列する。このような非ユニフォーム配列をスプレイ
配列という。

【００３４】つぎに、このスプレイ配列に前述したユニ
フォーム配列同様、捩じれを加えた構造を得ることを考
える。図１０のように、図６のユニフォーム配列と同じ
く上基板１１の配向Ｆに対して下基板１２の配向Ｒをθ
だけ交差した状態でスプレイ配列とすることを考える
と、図１０に示すように、上基板１１の配向Ｆのトレー
リング部分Ｔ_Fから下基板の配向Ｒのトレーリング部分
Ｔ_Rとのなす角度で液晶分子が捩じれていなければなら
ないこととなる。スプレイ配列におけるこのツイスト角
をωとすると、図１０の左回りにωをとると、ωは正で
あるから、スプレイ配列ツイスト角ωＬは（θ＋ 180
°）となり、右回りにωをとるとωは負であるから、ス
プレイ配列ツイスト角ωＲはその補角である（θ− 180
°）となる。また、図１１のような構成を考えると、右
回りにωをとると、ωは負であるから、スプレイ配列ツ
イスト角ωＲは（−θ− 180°）となり、左回りにωを
とると、ωは正であるから、スプレイ配列ツイスト角ω
Ｌはその補角である（−θ＋180°）となる。

【００３５】このように図１０、１１の構成では、スプ
レイ配列ツイスト角ωは（±θ＋180 °）と（±θ−18
0 °）の 4通りのツイスト状態のいずれかをとることが
できる。以上のようにスプレイ配列においても、ユニフ
ォーム配列時のツイスト角ψの＋θ、−θに対応して、
それぞれ捩じれ配列が実現できる。

【００３６】図１０、図１１で説明した各ωは、ユニフ
ォームツイスト配列をさせた場合のツイスト角ψを考え
ると、それぞれψ＝＋θ、−θとなり、角θが 0≦θ≦
90°の範囲では、ψが±θのとき捩じれたスプレイ配列
を実現するには、そのツイスト角ωがそれぞれ（±θ＋
180 °）、（±θ−180 °）でなければ成立しないこと
を意味する。この場合にωの取り得る値の範囲は、ω＝
｜θ±180 °｜＝90°〜 270°となり、このツイスト角
は従来のＳＴ−ＬＣＤの実用解と一致する。つまり、捩
じれたスプレイ配列であって、従来のＳＴ−ＬＣＤのツ
イスト角に等しいツイスト角を得ることを考えると、ユ
ニフォーム配列のツイスト角ψが±θであって液晶のツ
イスト角ωが（±θ＋180 °）または（±θ−180 °）
となる。この構成が本発明のＬＣＤの第１の特徴とな
る。こうしたスプレイ配列は、上下基板表面における液
晶分子の傾く方向（プレチルト方向）が、上基板、下基
板それぞれの表面の液晶分子同士が逆の方向になる。し
たがって、液晶層全体でみると、電圧を印加したときの
液晶分子のチルト方向は上基板または下基板表面のチル
ト方向に依存するため 2通りあることになる。このた
め、斜め電界が 2通りの方向に印加された場合、液晶分
子は容易に 2通りの方向にチルトすることができ、本発
明の効果である光散乱効果を容易に得ることができるわ
けである。

【００３７】反対に前記ユニフォーム配列を用いた場
合、プレチルト方向は上下基板とも実効的に同一方向と
なるので、分子配列上は 1通りのチルト方向しか得るこ
とができない。このため、液晶分子を 2通りの方向にチ
ルトさせるには、極めて強い斜め電界を印加する必要が
あり、実用的でない。ユニフォーム配列では、発明者等
の実験結果によると、本実施例の電極構成によっても60
Ｖ以上の電圧を印加しなければウォールによる光散乱効
果が得られない。

【００３８】このように液晶分子配列上、液晶分子のチ
ルト方向が 2通りとなるものは、上述のスプレイ配列の
他、下記の 2通りである。一つは上下基板のプレチルト
角α₀が共に90°である完全な垂直配向の液晶分子配列
である。この場合、液晶組成物としては負の誘電率異方
性の材料を用いる。この負の誘電率異方性を示す液晶
組成物に電圧を印加すると、液晶分子は電界方向と直交
する方向にチルトする。したがって、本発明による電極
構成のように 2つの方向からなる斜め電界を印加する
と、液晶分子が 2方向にチルト（チルトダウン）する。
すなわち、上下基板のプレチルト角α₀が共に90°であ
ることは、上下基板表面の液晶分子に基板平面方向の方
向がないことを意味するため、チルト方向には全く制約
がない。この場合の液晶分子のチルト方向の自由度は無
限にある。

【００３９】他は負の誘電率異方性の液晶組成物を用い
て上下基板で液晶分子の垂直方向からの傾きが同一方向
のプレチルト方向を有する分子配列（一般にベンド配列
という）の場合である。この場合はチルトダウンする方
向が 2通り以上生じる。すなわち自由度が 2以上ある。

【００４０】しかし、負の誘電率異方性の液晶組成物を
用いても、液晶分子が垂直方向（90°）からやや傾い
て、上下基板でユニフォームチルト配列をなす場合は、
自由度が 1になってしまい、本発明の対象外である。

【００４１】こうした本発明のＬＣＤの分子配列を概念
的に示すと図１２のようになる。この液晶分子の捩じれ
方向、捩じれ度合いは、液晶に混ぜるカイラル液晶剤の
種類、混合量により制御することができる。具体的な材
料としては、左回りカイラル剤にオクチル-2- オキシ -
4-(4´-n- ヘキシロキシ)-ベンゾール、たとえばS-811
（メルクジャパン社製）、右回りカイラル剤に4-シアノ
-4′-(2-メチルブチル)-ビフェニール、たとえばCB-15
（メルク・リミテッド社製）を挙げることができる。

【００４２】図１２（ａ）から図１２（ｆ）は上下基板
１１、１２の表面の液晶分子の配向方向およびプレチル
ト角α₀が同一で、しかも液晶分子に捩じれのない状態
において、電極形状がそれぞれ異なる場合の分子配列へ
の影響を示すので、図１２（ａ）ないし図１２（ｃ）は
電圧無印加時の状態、図１２（ｄ）ないし図１２（ｆ）
は電圧印加時の状態を表している。ここで、図１２
（ａ）および図１２（ｄ）は上下基板の電極形状が等し
く液晶層厚方向にのみ電界が印加される状態を示してい
る。液晶分子は基板と平行になる分子の位置ｄ₀を液晶
層厚ｄの中点に有しており、図１２（ｄ）に示すように
電極１３、１４に電源ｖ₀から電圧を印加しても、その
位置は変わらない。図１２（ｂ）は下基板１２の電極１
４を図中左半分に形成し、右半分は無電極領域とし、上
基板１１の他方の電極１３は図中右半分に形成し、左半
分は無電極領域としたもので、相互の電極１３、１４は
無電極領域に対面している。

【００４３】電圧ｖ₀を印加すると、電極の相互のずれ
のために、液晶層に横電界成分をもつ電界が加わり、図
示の右上がりの矢印Ｅ_R成分をもつ電気力線ｅが発生す
るため、図１２（ｅ）に示すように、分子Ｍは急峻な右
上がりの分子配列になる。

【００４４】一方、図１２（ｃ）は下基板１２の電極１
４を図中右半分に形成し、左半分は無電極領域とし、上
基板１１の他方の電極１３は図中左半分に形成し、右半
分は無電極領域としたもので、相互の電極１３、１４は
無電極領域に対面している。図１２（ｆ）のように電圧
ｖ₀を印加すると、電極の相互のずれのために、液晶層
に横電界成分をもつ電界が加わり、図示の左上がりの矢
印Ｅ_L成分をもつ電気力線ｅが発生するため、液晶分子
Ｍの向きは急峻な左上がりの配列になる。すなわち、電
圧印加時の液晶分子の配列は横電界の形成に依存する。

【００４５】そこで、本実施例を示す図１（ａ）のよう
に、上電極１３を複数のストライプ状導電体部１３ａを
非導電体部１３ｂを介して等間隔に配置した電極パター
ンとし、同様に下電極１４を複数のストライプ状導電体
部１４ａを非導電体部１４ｂを介して等間隔に配置した
パターンとして、これら電極を相対向させたときに、一
方の電極の導電体部１３ａまたは１４ａが他方の電極の
非導電体部１４ｂまたは１３ｂに対向するように基板間
に間隙を形成するように重ねる。この場合、上下基板の
液晶配向方向が同一方向になるようにラビング処理して
おく。この結果、無電圧印加時は、液晶はスプレイ配列
状態を整然と保持するが、電圧印加時は導電体部が上下
電極でずれているために、電極間に横電界成分をもつ斜
め電界が発生し、図示のように交互に傾斜方向を変えた
電気力線ｅを形成する。液晶分子Ｍは電気力線に沿って
起き上がり配列するから右上がり斜め電界と左上がり斜
め電界との境界で液晶配列が不連続となり、ウオールラ
インＤＬが発生する。

【００４６】一画素内で電極の導電体部と非導電体部を
微細に多数形成すれば液晶分子の起き上がる方向が微細
に分割されるから、一画素内に多数のウオールラインを
発生することができて、この部分で光散乱を起こさせる
ことができる。光散乱領域は境界部を中心に幅 5ないし
30μm であるので、微細な領域の大きさをこの値の範囲
で一致させるように、またはそれよりも小さい値になる
ように分割すれば一画素全面において光を散乱すること
ができる。具体的には導電体部の最も広い部分の幅を50
μm 以下、非導電体部の最も広い部分の幅を50μm 以下
とするのが好ましい。また電圧を印加していない状態で
は液晶分子は全面連続的な配列をなすので、光透過状態
を得ることができる。したがって、本発明によれば、電
圧無印加時に光透過状態、電圧印加時に光散乱状態を得
る電界制御を行うことができる。

【００４７】ここで、本発明は印加される電界の方向に
よって、液晶分子の傾く方向を制御しているので、上下
基板のプレチルト角が等しいことが望ましく、実用的に
は上下基板のプレチルト角の差を 0.5°以下にすること
が望ましい。

【００４８】微視的に見ると、各領域における分子配列
変化は、分子配列の変化に等しく応答速度はこれに準じ
た値をとるため、応答速度は従来のユニフォームツイス
ト配列のＴＮ−ＬＣＤやＳＴＮ−ＬＣＤ、ホモジニアス
配列ＬＣＤよりもさらに速いことがわかっており、した
がって、本発明のＬＣＤも極めて速い応答速度を得るこ
とになる。

【００４９】また、本発明のＬＣＤは僅かな液晶分子配
列変化によって光透過状態と光散乱状態の 2状態を得る
ので、電気光学特性にヒステリシスを生じない。

【００５０】また、液晶の捩じれ角度（ 0°を含む）の
違いによって、前述の領域の境界の分子配列状態の組み
合わせも異なるため、種々の組み合わせが可能となり、
電気光学特性の急峻なものや、なだらかなものなど、種
々実現可能である。ただし、捩じれ角を 270°よりも大
きくすると、電圧印加状態から無印加状態に切り換えた
時、電圧印加状態の分子配列をメモリーすることがあ
る。これは結果的に電気光学特性にヒステリシスを生じ
させることとなるので好ましくない。したがって、本発
明のＬＣＤの液晶の捩じれ角は 0°ないし 270°とする
のがよい。

【００５１】また、本発明のＬＣＤを捩じれ角 0°で作
成し、直交した 2枚の偏光板間に各ラビング方向（セル
平面で考えて上下基板で同一方向である）と一方の偏光
板の吸収軸が平行となるように組み合わせると、散乱光
源を用いた場合でも透過型のディスプレイとなり得る。
この場合、複屈折効果を利用した光学モードとなり、前
述した透過率は低下するが、光透過状態を液晶層の光散
乱状態によって実現するため視角依存性が少ないといっ
た効果を得る。特に、階調表示をした際に表示が反転す
るような現象が生じないため、直視型のディスプレイと
して、従来のＴＮ−ＬＣＤ等より優れた表示特性を得る
ことができる。

【００５２】また、本発明のＬＣＤは、液晶層の光散乱
状態を僅かな液晶分子配列変化によって実現することが
できるので、印加電圧は極めて小さい値となる。よっ
て、低電圧駆動が可能となるといった利点も得ることが
できる。

【００５３】つぎに請求項４、５、６に示す本発明のい
くつかの実施態様のＬＣＤの電極構造、分子配列構造を
図１３（ａ）から図１３（ｃ）、図１４（ａ）から図１
４（ｃ）および図１５（ａ）から図１５（ｃ）により説
明する。図１３（ａ）、図１４（ａ）および図１５
（ａ）は電極構造の概略を示す斜視図であって、図１３
（ｂ）、図１４（ｂ）および図１５（ｂ）は電極構造の
概略を示す断面図、図１３（ｃ）、図１４（ｃ）および
図１５（ｃ）は電界を印加した状態での液晶分子配列の
概略を示す断面図である。

【００５４】また、図１６は、微粒子を混入するか、ま
たは基板に短い突起を設けたＬＣＤの構造を図１３
（ｃ）、図１４（ｃ）および図１５（ｃ）に示した実施
例に適用した場合の素子の断面構造を示した図である。

【００５５】各図において、ガラスなどからなる上下の
基板１１、１２の各対向面にそれぞれ 1画素単位毎にス
トライプ状の上下電極１３、１４が配置される。矢印Ｆ
は上基板１１のラビング方向、矢印Ｒは下基板１２のラ
ビング方向を示し、点線ｅは電源２１（図１３（ａ））
から上下電極１３、１４に電圧を印加した時に生じる電
気力線であり、Ｍはその時の液晶分子の配列を示す。Ｄ
Ｌは発生したウォールを示している。

【００５６】図１３（ｂ）、図１５（ｂ）において、上
基板１１側から基板法線方向に見た時の上電極１３の幅
をＦＥ、下電極１４の幅をＲＥ、これらの電極間の隙間
幅をＳＳとする。さらに、図１４（ｂ）において、上基
板１１側から基板法線方向に見た時の上電極１３が下電
極１４と重ならない部分の幅をＦＥ、下電極１４が上電
極１３と重ならない部分の幅をＲＥ、これらの電極の重
複している部分の幅をＥＥとする。また、いずれの図に
おいても基板間間隙剤（スペーサ）等、本発明の特徴に
直接関係しない部材は省略してある。

【００５７】さらに、本発明の図１３（ａ）から図１５
（ｃ）、および図１（ｂ）はともに液晶の分子配列がい
わゆるスプレイ配列とした場合の形状を示してある。図
１の構成は、図示のように上下基板間で導電部と非導電
部が互いに対向し、かつ両基板において前記導電部と非
導電部が交互に配列された構造となっている（こうした
電極構成を「入子」と定義する。）。

【００５８】図１３（ａ）から図１５（ｃ）を図１
（ｂ）と比較してわかるように、本発明の電極構造は、
図１（ｂ）に示す「入子」の電極構造に対し、図１３
（ｂ）に示す構成は、上下基板間で導電部と非導電部が
互いに対向している部分（ＦＥやＲＥの部分）の間に、
上下基板とも非導電部となっているところ（ＳＳの部
分）を設けた電極構造になっている。よって、このよう
に図１３（ｂ）に示すように上下基板の電極構造の断面
形状が、前記ＦＥ・ＳＳ・ＲＥ・ＳＳ・ＦＥ・ＳＳ・Ｒ
Ｅ・ＳＳ・ＦＥ・ＳＳ・…といった順で配列しているこ
とから便宜上、こうした電極構成を「隙間付き入子」と
定義する。

【００５９】また、図１４（ｂ）に示すものは上下基板
間で導電部と非導電部が互いに対向している部分（ＦＥ
やＲＥの部分）の間に上下基板とも導電部となっている
重なったところ（ＥＥの部分）を設けた電極構造となっ
ている。よって、このように図１４（ｂ）に示すように
上下基板の電極構造の断面形状が、前記ＦＥ・ＥＥ・Ｒ
Ｅ・ＥＥ・ＦＥ・ＥＥ・ＲＥ・ＥＥ・ＦＥ・ＥＥ・…と
いった順で配列していることから便宜上、こうした電極
構成を「重複入子」と定義する。

【００６０】また、図１５（ｂ）に示すものは、図１３
（ｂ）の電極構造の変化形であり、素子平面方向での電
極形状がいわゆるストライプ状の形状をなしている場合
の電極構造である。つまり、図１５（ｂ）に示す電極構
造は導電部と非導電部の形状が直線形状をなして平行配
列している場合の電極構造を描いたものである。同様の
形状は図１４の重複入子に対しても考えられるが、ここ
では図示を省略する。こうした、「隙間付き入子」、
「重複入子」の電極構造であり、かつ素子平面方向での
電極形状がいわゆるストライプ状の形状をなしている場
合の電極構造を、便宜上、「隙間付きストライプ入
子」、「重複ストライプ入子」と定義する。

【００６１】逆に言えば図１４（ａ）に示すように、本
発明にて提案するＬＣＤは液晶分子配列が前述した特徴
を有しており、これに分子のチルト方位を著しく異なら
せる部分を多数設けるような電極構造であれば、電極構
造の平面的形状は図１５（ａ）のような整然としたスト
ライプ形状にこだわる必要がないことを示している。に
もかかわらず、図１５（ａ）のような「隙間付きストラ
イプ入子」、「重複ストライプ入子」の電極構成を本発
明の特徴の一つとしたのは、こうした電極構成が図１４
（ａ）と異なった特徴を有することを見出だしたからで
ある。

【００６２】さて、これら、４つの特長をもった電極構
成のそれぞれの特長、およびその作用を説明する。図１
３（ｂ）および図１５（ｂ）に示す「隙間付き入子」、
「隙間付きストライプ入子」はＳＳで示す非導電部を有
する分、「入子」と比較して斜め電界強度が弱くなる。
このことは、実用的に駆動電圧を若干高める半面、電気
光学特性をなだらかな曲線にする。よって、きめ細かな
階調表示をする場合に駆動が容易となる。また、ＳＳで
示す非導電部を有する分、電極の上下基板間のアライメ
ント（合わせ）にマージンを設けることができ、生産性
が著しく向上する。また、図１４（ｂ）に示すような
「重複入子」、および「重複ストライプ入子」は「隙間
付き入子」、「隙間付きストライプ入子」や「入子」と
比較して低い印加電圧にて斜め電界を得ることができ
る。よって、実用的に駆動電圧を低くすることができ
る。しかし、法線方向にかかる電界成分がＥＥの部分に
生じるため、若干光散乱強度が低くなる。しかしなが
ら、「隙間付き入子」、「隙間付きストライプ入子」同
様、ＥＥで示す導電部を有する分、電極の上下基板間の
アライメント（合わせ）にマージンを設けることがで
き、生産性が著しく向上する。

【００６３】また、「隙間付き入子」、「重複入子」に
比較して、「隙間付きストライプ入子」および「重複ス
トライプ入子」はウォール（図１３（ｃ）、図１４
（ｃ）、図１５（ｃ）のＤＬで示した配向不連続点）の
出現形状が図１７に示すようなギザギザ形状となる。こ
の形状は直線形状と比較して光散乱強度を高めることと
なる。こうしたギザギザ形状は電極パターンが整然とし
たストライプ形状である程、よりギザギザとなることを
我々は種々の実験により確認している。このことから、
これら「隙間付きストライプ入子」および「重複ストラ
イプ入子」の電極構造は、結果的に強い光散乱強度を得
るといった特長をもつ電極構造であるといえる。

【００６４】以上説明してきたように、これら種々の電
極構成は、それぞれ特長を有し、前述した従来の問題点
を解決しうる手段であるわけである。ここまでの説明で
は液晶の分子配列は捩じれを有さないスプレイ状の分子
配列にて説明したきたが、前述したように液晶分子のチ
ルト方向が 2以上の自由度をもつ分子配列であれば、同
様の効果を得ることは言うまでもない。

【００６５】さて、これらの本発明の種々の電極構成、
分子配列にて前述したようなウォールを発生させた場
合、斜め電界が微細な領域毎に相反するように構成され
ているため、電圧を印加しつづけても液晶分子は、ウォ
ールが発生した状態の分子配列を維持しにくい。液晶分
子配列というものはあまり微細に配列形状を変化させる
ことが困難であるからである。つまりは、電界、磁界等
の外力のみでは、こうした困難な分子配列形態を維持す
る力が不足していることになる。こうした問題を解決す
るために、両基板間隙に液晶層厚方向の長さが液晶層厚
ｄより短い微粒子を混入させる。もしくは、液晶層厚方
向の高さが電極間隔Ｄ（この間隔は実質的に液晶層厚ｄ
に等しい）より低い突起を前記両基板の少なくとも一方
に設けると解決することを我々は見出だした。

【００６６】図１６はこの構成の概略を示す。図示する
ように、液晶層厚ｄより小さい微粒子２２を加えた構造
からなる。このように、液晶層２０中に微粒子、突起を
設けた場合、前記ウォールの出現場所にこの微粒子、突
起があれば、これらの存在によって、前述した微細に配
列形状を変化させ分子配列状態、つまりはウォールを多
数出現させた分子配列状態を維持することを見出だし
た。こうした微粒子、突起が、多数のウォールを維持す
る機能をもつことから「ウォール支持体」と称する。こ
のような機能を得る手段としては、本発明に示した方法
の他、液晶層厚に等しい大きさの微粒子を前記液晶層内
に必要以上に混入させる（つまりは基板間隙剤の混入）
ことによっても得られる。しかしながら、この場合、多
数のウォールを維持するためには、多数の基板間隙剤を
混入させる必要が生じ、光透過状態を得る時に悪影響を
及ぼす。具体的に述べると基板間隙剤による光散乱、お
よび基板間隙剤表面の液晶分子配向による光散乱の影響
である。本発明ではこれらの影響を低減させるため、前
記ウォール支持体として、液晶層厚ｄより小さいことを
特徴とする微粒子、突起を用いることとした。このよう
に液晶層厚ｄより小さい微粒子、突起を用いることによ
って、これらに起因した光散乱は問題のないレベルとす
ることができることを、発明者等は実験により確認して
いる。

【００６７】なお、このウォール支持体の機能を得るも
のとして、前述した微粒子、突起の他に、ＴＦＴ、ＭＩ
Ｍ基板に必然的に設けられる段差（配線電極や半導体層
の厚みにより生じる段差）自体も、前記段差近傍では同
様の機能を得ることを確認している。

【００６８】さらに、図１８、図１９および図２０にそ
の構成を示すように、上電極１３または上電極１３およ
び突起上に上透光性絶縁膜１７、下電極または下電極お
よび突起上に下透光性絶縁膜１８を形成することによ
り、電圧無印加時の透過率やコントラストを向上させる
ことができる。なお、これら透光性絶縁膜上に配向膜１
５、１６が形成される。ただし、図２０では下透光性絶
縁膜を設けない。電極１３、１４はＩＴＯでできてお
り、その屈折率は約 1.9で基板、配向膜、液晶層の約
1.5よりも高い。そこで、透光性絶縁膜の屈折率を電極
材料の屈折率と同等またはそれに近い値に選定する。実
用的には電極材料の屈折率の 0.9〜1.1 倍にするのが好
ましい。以下、その理由について説明する。図２１に示
すように、ＩＴＯと他の材料すなわち基板１１、１２、
液晶層２０の屈折率の差が大きい。一方、画素電極がＩ
ＴＯ導電体部１３ａ、１４ａと非導電体部１３ｂ、１４
ｂの微細な領域に分割されているため、画素電極内の導
電体部と非導電体部の屈折率差から光路が重なり光の干
渉が起こってしまう。したがって、このような光の干渉
をなくすことができれば、電圧無印加時の透過率やコン
トラストを向上させることができる。

【００６９】光の干渉は、画素電極材料と他の材料の屈
折率の差が大きく、かつ画素電極内で導電体部と非導電
体部が微細な領域に分割されているため、入射光が導電
体部と非導電体部で屈折される度合いが違うことにより
起こる。このため、画素電極間での光干渉を防ぐために
は、画素電極内で導電体部と非導電体部とで入射光を同
じように屈折させればよい。したがって、画素電極材料
とほぼ同じ屈折率を持つ透光性絶縁膜を画素電極の上に
塗布すれば、画素電極内の非導電体部に入射された光も
導電体部に入射された光と等しく光が屈折されるため
に、光の干渉を抑制することができる。画素電極は透光
性導電体、実用的にはＩＴＯで構成される。このため、
ＩＴＯとほぼ同じ屈折率を持つ透光性絶縁膜を用いれば
よい。すなわち、電極材料の屈折率の 0.9〜1.1 倍の範
囲であれば、光干渉による透過率の低下はほぼ生じな
い。また透光性絶縁膜の厚さは、ＩＴＯなどの透光性電
極層の厚さの 1/2以上であれば、十分な効果が得られ
る。

【００７０】

【実施例】以下、本発明のＬＣＤの実施例を図面を参照
して具体的に説明する。実施例１図１（ａ）は本実施例の上下電極のパターンを示す斜視
図、図１（ｂ）は電極を相対向させた液晶セルの略断面
図である。ガラスでできた上基板１１の一方の面全面に
ＩＴＯでできた透明共通電極１３を形成し、その表面に
ポリイミドの上配向膜（AL-3046 、日本合成ゴム製）１
５を積層する。他方のガラスでできた下電極１２の一面
にＩＴＯでできた画素電極１４を形成し、その表面にポ
リイミドの下配向膜（AL-3046 、日本合成ゴム製）１６
を積層する。 1画素の大きさが 300μm × 300μm であ
る画素電極１４を画素単位でモザイク状に配置する。上
下配向膜１５、１６のプレチルト角は 3°である。

【００７１】上電極１３は 1画素毎に幅20μm の複数の
スリットすなわち非導電部１３ｂを有して幅20μm の導
電部１３ａを40μm ピッチでストライプ状に配列したパ
ターンであり、 1画素 300μm 幅の中に 6本の導電部１
３ａを形成する。相対する下電極１４も同じく20μm 幅
の導電部１４ａと20μm 幅の非導電部１４ｂを等間隔で
配置したパターンを有し、 300μm 幅内に 6本の導電部
１４ａを形成する。

【００７２】これら電極の導電部は上下基板を相対させ
た状態で相互に20μm ずらしてあり、一方の電極の導電
部１３ａまたは１４ａが他方の電極の非導電部１４ｂま
たは１３ｂに対面する。下電極１４はＴＦＴスイッチン
グ素子１９を有し、ゲート線２３と信号線２４に接続さ
れる。

【００７３】上下配向膜１５、１６の配向方向Ｆ、Ｒは
図示のように電極の導電部に直交するように、かつ同一
方向となるように設定する。また上下基板の間隙を10μ
m とし液晶セルを形成する。この基板間隙に誘電率異方
性が正のネマティック液晶（ZLI-3926、メルクジャパン
製）を充填し、液晶層２０とする。この液晶は複屈折率
（△ｎ）が0.2030と大きい。この複屈折率（△ｎ）が大
きいことと、10μmと層厚の厚い液晶層を選択すること
によりＬＣＤの光散乱性を高めることができる。

【００７４】このようにして得られた本発明のＬＣＤに
ＴＦＴ１９を介して電源２１から電圧を印加して電気光
学特性（透過率−印加電圧曲線）を測定した。電圧印加
により、電極間に横電界成分をもつ電界が発生し、 1画
素の微小な範囲で横電界成分の方向が変化するから、液
晶層２０の液晶分子Ｍが電界に応じて配列を変化する。
したがって、液晶配列の境に多数のウォールラインＤＬ
が発生して光散乱状態を作り出す。

【００７５】透過率−印加電圧曲線を求めるために、Ｌ
ＣＤにＨe −Ｎe レーザー光を入射させ透過率を測定し
た。測定結果を図２３に示す。なお光のスポット径は2m
m で、透過したレーザー光はＬＣＤから距離20cmのとこ
ろにあるフォトダイオードにより検出した。また印加電
圧は 0Ｖから徐々に 5Ｖまで増加させ、その後 5Ｖから
徐々に 0Ｖまで減少させた。電圧を印加していない状態
（ 0Ｖ印加）では透過率約80％と、明るい透過率特性を
示した。また、印加電圧 2.8Ｖでは最小透過率0.4％
と、良好な光散乱状態が得られた。また、図２３から明
らかなように電気光学特性にヒステリシスは全くなかっ
た。また、印加電圧 2.8Ｖおよび 0Ｖにて、応答速度を
測定したところ立ち上がり7msec 、立ち下がり25msecと
極めて速い値を得た。

【００７６】実施例２図２２（ａ）および図２２（ｂ）に本実施例を示す。図
２２（ａ）に示すように、上電極１３の導電部１３ｃお
よび非導電部１３ｄと下電極１４の導電部１４ａおよび
非導電部１４ｂとのパターンが 1画素内で直交してい
る。この導電部のパターン以外は実施例１と同じ構成で
ある。ここに実施例１と同番号の部分は同一部分を示
す。ただし、液晶層は誘電率異方性が正の液晶（ZLI-39
26、メルクジャパン製）に左捩じれのカイラル剤（S-81
1 、メルクジャパン製）を添加した液晶組成物を用い
た。また図２２（ｂ）に示すように、上下基板の配向方
向Ｆ、Ｒを 180°ずらし、液晶分子を 180°捩じれのス
プレイ配列とした。

【００７７】この構造においては、上下電極１３、１４
の導電部１３ｃ、１４ａが重なる領域と、一方の電極の
導電部１３ｃまたは１４ａが他の電極の非導電部１４ｂ
または１３ｄと対面する領域が生じる。しかし、電圧印
加時に生じる横電界成分が複雑に発生して液晶分子配列
を乱すように作用する。このため、 1画素の微小領域内
で充分な光散乱を非常に速い応答性で得ることができ
る。

【００７８】実施例３図２４（ａ）は本実施例において、電極を相対向させた
液晶セルの略断面図、図２４（ｂ）は 1画素領域の上電
極パターンを、図２４（ｃ）は 1画素領域の下電極パタ
ーンを示す。図２４（ａ）および図２４（ｂ）に示すよ
うに、上基板１１として各画素に屈曲ストライプパター
ンの非導電部１３ｂと導電部１３ａからなるＩＴＯの共
通電極１３を形成したガラス基板を用いる。なお、非画
素部全域にクロムからなるブラックマトリクスを形成す
る。図２４（ａ）および図２４（ｃ）に示すように、下
基板１２として各画素に屈曲ストライプパターンの非導
電部１４ｂと導電部１４ａからなるＩＴＯの共通電極１
４およびＴＦＴからなるスイッチング素子を形成したガ
ラス基板を用いる。図２４（ｂ）に示す上電極パターン
は、ストライプ延長方向に直交する方向の導電部の幅を
5μm 、導電部の山−山間の幅を10μm、非導電部の幅
を10μm とした。また図２４（ｃ）に示す下電極パター
ンは、導電部の幅を 5μm 、非導電部の幅を10μm とし
た。

【００７９】この基板の電極パターン上に配向膜１５、
１６（商品名SE-7120 、日産化学工業製）（プレチルト
角の測定値 6°）を形成し、その表面を図に示す方向
Ｆ、Ｒにラビング処理を施す。ついで、下基板側に基板
間隙剤として液晶層厚が 7.5μm となるよう微粒子（商
品名ミクロパールＳＰ、積水ファインケミカル製）（粒
径 7.5μm ）を分散密度 100個／mm²となるよう乾式散
布法にて散布した後、これら基板間に誘電率異方性が正
の液晶組成物（商品名ZLI-3926、メルクジャパン製）
（△ｎ＝0.2030）を挟持して、前述した「隙間付き入
子」の電極構成からなる本実施例のＬＣＤを得た。ここ
で、液晶層厚を厚くし、液晶組成物の誘電率異方性を大
きくしたのは、光散乱状態における光散乱性を高めるた
めである。

【００８０】このようにして得られたＬＣＤにＴＦＴを
介して電圧を印加して電気光学特性（透過率−印加電圧
曲線）を実施例１に示す方法で測定した。測定結果を図
２７に示す。電圧を印加していない状態（ 0Ｖ印加）で
は透過率約80％と、明るい透過率特性を示した。また、
印加電圧 3.1Ｖ− 3.9Ｖでは最小透過率 0.4％と、良好
な光散乱状態が得られた。また、図から明らかなように
電気光学特性にヒステリシスは全くなかった。また、印
加電圧 3.1Ｖおよび 0Ｖにて、応答速度を測定したとこ
ろ立ち上がり6msec 、立ち下がり18msecと極めて速い値
を得た。

【００８１】つぎに、下基板のＴＦＴを介して電圧を印
加して、前述したウォールの維持状態を偏光顕微鏡によ
る分子配列観察および透過率測定による光散乱状態測定
によって調べた。本実施例においては印加電圧 3.1Ｖを
印加しつづけた場合、１時間経過しても初期のウォール
配列を維持していることが確認された。

【００８２】実施例４実施例３と同じ基板１１、１２を用い、配向膜１５、１
６に垂直配向処理用の処理剤（商品名ODS-E(Octadecylt
rietoxysilane アルコール溶液）、チッソ製）を用い、
基板を垂直配向処理した。ここで垂直配向処理は前述の
アルコール溶液に各基板を浸漬することによって行う。
得られたプレチルト角は上下基板とも90°であった。液
晶組成物として負の誘電率異方性を示すネマティック液
晶材料（商品名ZLI-4850（△ｎ＝0.208 ）、メルクジャ
パン製）を用いること以外、実施例３同様の条件、材料
にて本実施例のＬＣＤを得た。実施例３同様、諸特性を
測定したところ、図２７に示すように実施例３とほぼ同
等の優れた結果を得た。実施例５図２５（ａ）に上基板電極パターン、図２５（ｂ）に下
電極パターン図をそれぞれ示す。上基板として非画素部
全域にクロムからなるブラックマトリクスを形成し、波
形ストライプの導電部１３ａとこれより幅狭の非導電部
１３ｂを各画素毎に形成した共通電極１３をＩＴＯパタ
ーニングで被着したガラス基板を用いる。下基板として
上基板の非導電部１３ｂよりも幅狭の非導電部１４ｂを
有する導電部１４ａをもつ下電極１４とＴＦＴ（図示し
ない）からなるスイッチング素子付きガラス基板を用い
た。ここに下基板を囲む領域１４ｃは配線、ＴＦＴ形成
領域である。これらの基板を用いて、実施例３同様の
条件、材料を用いて前述した「重複入子」の電極構成か
らなる本発明のＬＣＤを作製した。実施例３同様の方
法、条件にて、本実施例におけるＬＣＤの電気光学特性
（透過率−印加電圧曲線）を測定した。図２７にその結
果を示す。

【００８３】電圧を印加していない状態（ 0Ｖ印加）で
は透過率約80％と、明るい透過率特性を示した。また、
印加電圧 2.5Ｖ− 3.3Ｖと実施例３以上に低電圧にて最
小透過率 0.5％と、良好な光散乱状態が得られた。ま
た、図から明らかなように電気光学特性にヒステリシス
は全くなかった。また、印加電圧 2.5Ｖおよび 0Ｖに
て、応答速度を測定したところ立ち上がり5msec 、立ち
下がり12msecと極めて速い値を得た。

【００８４】つぎに、本実施例のＬＣＤにＴＦＴを介し
て電圧を印加して、前述したウォールの維持状態を偏光
顕微鏡による分子配列観察および透過率測定による光散
乱状態測定によって調べた。本実施例においては印加電
圧 2.5Ｖを印加しつづけた場合、１時間経過しても初期
のウォール配列を維持していることが確認された。

【００８５】実施例６図２６（ａ）に上基板電極パターン、図２６（ｂ）に下
電極パターン図をそれぞれ示す。上基板として非画素部
全域にクロムからなるブラックマトリクスを形成し、各
画素毎に直線ストライプの導電部１３ａと非導電部１３
ｂを形成した共通電極１３をＩＴＯのパターニングで形
成したガラス基板を用いる。下基板として各画素毎に直
線ストライプの導電部１４ａと非導電部１４ｂからなる
下電極１４と、ＴＦＴからなるスイッチング素子付きガ
ラス基板を用いる。上下電極の導電部の幅は 5μm 、非
導電部の幅は10μm である。

【００８６】これらの基板を用いて、実施例３同様の条
件、材料を用いて前述した「隙間付きストライプ入子」
の電極構成からなる本実施例のＬＣＤを作製した。実施
例３同様の方法、条件にて、本実施例におけるＬＣＤの
電気光学特性（透過率−印加電圧曲線）を測定した。図
２７にその結果を示す。

【００８７】電圧を印加していない状態（ 0Ｖ印加）で
は透過率約80％と、明るい透過率特性を示した。また、
印加電圧 3.2Ｖ− 3.9Ｖにて最小透過率 0.2％と、実施
例３以上の良好な光散乱状態が得られた。また、図から
明らかなように電気光学特性にヒステリシスは全くなか
った。また、印加電圧 3.2Ｖおよび 0Ｖにて、応答速度
を測定したところ立ち上がり6msec 、立ち下がり18msec
と極めて速い値を得た。つぎに、本実施例のＬＣＤに
ＴＦＴを介して電圧を印加して、前述したウォールの維
持状態を偏光顕微鏡による分子配列観察および透過率測
定による光散乱状態測定によって調べた。本実施例にお
いては印加電圧 3.2Ｖを印加しつづけた場合、 1時間経
過しても初期のウォール配列を維持していることが確認
された。実施例７実施例３同様の上下基板を用い、同様の方法、材料にて
配向処理を施した後、上基板側に前述したウォール支持
体として微粒子（商品名ミクロパール、積水ファインケ
ミカル製）（粒径 5.0μm ）を分散密度1000個／mm²と
なるよう乾式散布法にて散布し、以降の工程は実施例１
同様の方法、材料にて本発明のＬＣＤを作製した。実施
例３同様の方法、条件で諸特性を測定したところ、図２
７に示すように実施例３とほぼ同等の優れた結果を得
た。

【００８８】また、実施例３同様、ＬＣＤにＴＦＴを介
して電圧を印加して、前述したウォールの維持状態を偏
光顕微鏡による分子配列観察および透過率測定による光
散乱状態測定によって調べた。本実施例においては印加
電圧 3.1Ｖを印加しつづけた場合、 10 時間経過しても
初期のウォール配列を維持していることが確認された。

【００８９】実施例８図２８（ａ）は電極を相対向させた液晶セルの略断面
図、図２８（ｂ）は 1画素領域の上電極パターンを、図
２８（ｃ）は 1画素領域の下電極パターンを示す。上下
基板の電極パターンは実施例３と同一である。上下両基
板の画素電極１３、１４の上に透光性絶縁膜１７、１８
として屈折率が 1.9の透光性絶縁材（商品名 RTZ-206、
触媒化成工業製）をオーバーコートして 1.0μm 厚さの
透光性層とし、図２８（ａ）に示す構成の基板を得た。
この基板を用いて実施例３と同様の方法、条件でＬＣＤ
を得た。得られたＬＣＤの電気光学特性（透過率−印加
電圧曲線）を実施例１に示す方法で測定した。測定結果
を図２９に示す。

【００９０】電圧を印加していない状態（ 0Ｖ印加）で
は透過率約85％と、明るい透過率特性を示した。また、
印加電圧 3.3Ｖでは最小透過率 0.4％と、良好な光散乱
状態が得られた。また、図から明らかなように電気光学
特性にヒステリシスは全くなかった。また、印加電圧
3.1Ｖおよび 0Ｖにて、応答速度を測定したところ立ち
上がり6msec 、立ち下がり18msecと極めて速い値を得
た。つぎに、下基板のＴＦＴを介して電圧を印加して、
前述したウォールの維持状態を偏光顕微鏡による分子配
列観察および透過率測定による光散乱状態測定によって
調べた。本実施例においては印加電圧 3.1Ｖを印加しつ
づけた場合、１時間経過しても初期のウォール配列を維
持していることが確認された。

【００９１】実施例９実施例４に示す電極パターンを有する上下基板を用い、
その画素電極上に屈折率が 1.90 の透光性絶縁材（商品
名 RTZ-606、触媒化成工業製）をオーバーコートして
1.0μm 厚さの透光性層を有する基板を得た。この基板
を用いて実施例４と同様の方法、条件でＬＣＤを得た。
得られたＬＣＤの電気光学特性（透過率−印加電圧曲
線）を実施例１に示す方法で測定した。測定結果を図２
９に示す。

【００９２】図２９に示すように実施例８とほぼ同等の
優れた結果が得られた。また、応答速度およびウォール
の維持状態も実施例８とほぼ同等に優れていた。さら
に、入射光に対しても電圧無印加時の電極による光干渉
が生じず、電圧無印加時の透過率が向上し、コントラス
トの向上効果が見られた。

【００９３】実施例１０実施例５に示す電極パターンを有する上下基板を用い、
その画素電極上に屈折率が 1.90 の透光性絶縁材（商品
名 RTZ-606、触媒化成工業製）をオーバーコートして
1.0μm 厚さの透光性層を有する基板を得た。この基板
を用いて実施例５と同様の方法、条件でＬＣＤを得た。
得られたＬＣＤの電気光学特性（透過率−印加電圧曲
線）を実施例１に示す方法で測定した。測定結果を図２
９に示す。

【００９４】図２９に示すように実施例８とほぼ同等の
優れた結果が得られた。また、応答速度およびウォール
の維持状態も実施例８とほぼ同等に優れていた。さら
に、入射光に対しても電圧無印加時の電極による光干渉
が生じず、電圧無印加時の透過率が向上し、コントラス
トの向上効果が見られた。

【００９５】実施例１１実施例６に示す電極パターンを有する上下基板を用いる
以外、実施例８と同様の方法、条件でＬＣＤを得た。得
られたＬＣＤの電気光学特性（透過率−印加電圧曲線）
を実施例１に示す方法で測定した。測定結果を図２９に
示す。

【００９６】図２９に示すように実施例８とほぼ同等の
優れた結果が得られた。また、応答速度およびウォール
の維持状態も実施例８とほぼ同等に優れていた。さら
に、入射光に対しても電圧無印加時の電極による光干渉
が生じず、電圧無印加時の透過率が向上し、コントラス
トの向上効果が見られた。

【００９７】実施例１２実施例７に示す電極パターンを有する上下基板を用いる
以外、実施例８と同様の方法、条件でＬＣＤを得た。得
られたＬＣＤの電気光学特性（透過率−印加電圧曲線）
を実施例１に示す方法で測定した。測定結果を図２９に
示す。図２９に示すように実施例８とほぼ同等の優れた
結果が得られた。また、応答速度およびウォールの維持
状態も実施例８とほぼ同等に優れていた。さらに、入射
光に対しても電圧無印加時の電極による光干渉が生じ
ず、電圧無印加時の透過率が向上し、コントラストの向
上効果が見られた。

【００９８】実施例１３図３０に示すように、上基板１１上に上電極１３を、下
基板１２上に下電極１４を実施例６に示す電極パターン
にて形成した基板を用い、両基板の電極側の面上に粒径
1.5μm の微粒子２２（商品名ミクロパールＳＰ、積水
ファインケミカル製）を分散密度 1000 個／mm²となる
よう散布した。これらの電極および微粒子の上に、透光
性絶縁膜（商品名 RTZ-206、触媒化成工業製）１７、１
８をオーバーコートして両基板表面を凸凹面に仕上げ
た。この上下基板を用いる以外、実施例８と同様の方
法、条件でＬＣＤを得た。得られたＬＣＤは、実施例８
とほぼ同等の優れた電気光学特性、応答速度、ウォール
の維持状態が得られた。また、透光性絶縁膜により、電
極の導体部の切れ目が光学的に解消して光干渉を防止で
きた。

【００９９】実施例１４図３１（ａ）は本実施例の電極を相対向させた液晶セル
の略断面図、図３１（ｂ）は 1画素領域の上電極パター
ンを、図３１（ｃ）は 1画素領域の下電極パターンを図
３１（ｄ）は電圧印加時の液晶分子配列を示す。上電極
１３は図３１（ｂ）に示すようにＩＴＯベタ電極を用い
た。非画素部を遮光するブラックマトリックスは設けて
いない。下電極１４は図３１（ｃ）に示すように 1画素
の大きさが 30 μm × 40 μm であり、導電体部のＩＴ
Ｏが 4.5μm 幅で、非導電体部が 7μm 幅であるスプレ
イパターンを各画素毎に形成する。各画素毎にＴＦＴス
イッチング素子１９を形成して 1280 × 1024 の画素数
を有する下基板を得る。

【０１００】この基板の電極パターン上に配向膜１５、
１６（商品名SE-7120 、日産化学工業製）（プレチルト
角の測定値 6°）を形成し、その表面を図に示す方向
Ｆ、Ｒにラビング処理を施す。ついで、下基板側に基板
間隙剤として液晶層厚が 6.0μm となるよう微粒子（商
品名ミクロパールＳＰ、積水ファインケミカル製）（粒
径 6.0μm ）を分散密度 100個／mm²となるよう乾式散
布法にて散布した後、これら基板間に誘電率異方性が正
の液晶組成物（商品名ZLI-4792、メルクジャパン製）
（△ｎ＝0.094 ）を挟持して本実施例のＬＣＤを得た。

【０１０１】本実施例のセル構成の特徴は、以下に説明
する 3つの特徴で示される。第１に、電圧を印加してい
ない状態で液晶分子配列が電極ストライプ方向と平行に
配列していることである。つまり、電圧を印加した際の
斜め電界方向と液晶分子配列が直交している。よって、
電圧を印加すると液晶分子配列と直交した方位に斜め電
界が形成され、液晶分子はこの方向にツイストしながら
チルトすることになる。この結果、電圧を印加した状態
での液晶分子配列は、断面よりみて図３１（ａ）、平面
でみて図３１Ｄのようになる。このような液晶分子配列
により、電極ストライプ方向およびその直交方向の偏光
成分に対する屈折率は液晶分子の異常光屈折率ｎ_eと常
光屈折率ｎ_oとが電極ストライプ方向の直交方向に規則
的に交互に配列する。したがって、液晶層に回折格子が
形成され平行光を散乱させることができる。

【０１０２】第２に、斜め電界を有効に得るために、対
向配置された両基板の電極間隔ＤをＤ≧Ｓ／2 の関係を
満たすようにしていることである。ここでＳは電極部に
おける非導電体部の最も狭い部分の幅である。本実施例
において、ストライプ電極パターン（図３１（ｃ））の
パターン間の幅Ｓは 7μm であり、対向配置された両基
板の電極間隔Ｄは 6μm であるので、上述の関係式を満
足している。

【０１０３】第３に、液晶層の△ｎｄを 564nmに設定し
ていることである。この値は上述の実施例よりも小さ
い。これは回折格子の光散乱効果が△ｎｄに依存するた
めである。回折格子の光散乱効果は、GALE,M.et al.:19
79, J.appl.Photogr.Engng, 4,41 によると次式で示さ
れる。Ｔ＝ｃｏｓ²（π△ｎｄ／λ）ここで、Ｔは散乱される光の強度（入射光に対する強
度）であり、λは入射光波長である。この式から回折格
子の光散乱効果は△ｎｄに依存する。本実施例の液晶セ
ルの構成では、印加電圧により、この△ｎｄが変化す
る。その変化幅は 0から設定した液晶層の△ｎｄ後の値
（ 564nm）までである。また上式から回折格子の光散乱
効果は△ｎｄに対して極値を持つ。したがって、設定し
た△ｎｄの値が上式の極値より著しく大きいと液晶セル
の電気光学特性に極値が生じてしまう。これはアナログ
信号を用いた階調表現を困難にする。このため、本実施
例では、これを考慮して液晶層の△ｎｄを 564nmに設定
した。このように、本実施例は他の実施例と同様に液晶
分子配列が形成する屈折レンズ効果（前述したウォール
配列：液晶層厚方向に液晶分子が連続的に傾きを変え屈
折率が連続的に変化することにより入射した光を屈折さ
せる効果）に加え、明確に回折格子効果が得られる構造
としている。

【０１０４】このようにして得られたＬＣＤにＴＦＴを
介して電圧を印加して電気光学特性（透過率−印加電圧
曲線）を実施例１に示す方法で測定した。測定結果を図
３２に示す。電圧を印加していない状態（ 0Ｖ印加）で
は透過率約80％と、明るい透過率特性を示した。また、
印加電圧 3.2Ｖ以上では最小透過率 0.2％と、良好な光
散乱状態が得られた。また、図から明らかなように電気
光学特性にヒステリシスは全くなかった。また、印加電
圧 3.2Ｖおよび 0Ｖにて、応答速度を測定したところ立
ち上がり7msec 、立ち下がり23msecと極めて速い値を得
た。

【０１０５】実施例１５配向膜として、垂直配向を示す配向膜１５、１６（商品
名JALS-204-R14、（株）日本合成ゴム製）、液晶組成物
として負の誘電率異方性を有する液晶組成物（商品名ZL
I-4318、メルクジャパン製）（△ｎ＝0.1243）を用いる
以外は、実施例１４と同様の方法でＬＣＤを得た。

【０１０６】本実施例のＬＣＤの電圧無印加時および電
圧印加時の平面的にみた液晶分子配列をそれぞれ図３３
（ａ）、図３３（ｂ）に示す。電圧無印加状態（図３３
（ａ））では、液晶分子は一様に配列（垂直配向）して
いる。これに対して電圧印加状態（図３３（ｂ））で
は、ＩＴＯが上下基板で対向しているところではラビン
グ方位にチルトダウンし、逆にＴＦＴ基板のＩＴＯがな
い領域では斜め電界が電極ストライプ方向と直交した方
向に発生するため、その方向にチルトダウンする。よっ
て図示するように本実施例のＬＣＤは実施例１４に示し
たＬＣＤ同様、電圧を印加した状態において電極ストラ
イプ方向、およびその直交方向偏光成分に対する屈折率
が液晶分子の異常光屈折率ｎ_eと常光屈折率ｎ₀が電極
ストライプ方向の直交方向に規則的に交互に配列し、そ
の結果、液晶層に回折格子が形成され、平行光を散乱さ
せることができる。

【０１０７】本実施例は、実施例１４と同様に回折格子
効果および屈折レンズ効果を得る構成となっており、実
施例１４と比較して電圧無印加時の分子配列が逆（水平
配向に対して垂直配向）であり、用いた液晶組成物の誘
電率異方性も逆（正に対して負）としたものである。こ
のように本発明のＬＣＤは電圧を印加した状態において
電極ストライプ方向およびその直交方向の偏光成分に対
する屈折率が液晶分子の異常光屈折率ｎ_eと常光屈折率
ｎ₀が一定方向（一方向以上）に規則的に交互に配列す
るようにすれば、液晶層には回折格子が形成され、平行
光を散乱させる効果を得ることができる。この効果を直
交した 2方向の偏光成分に対して得るようにすれば、非
偏光の光を散乱させることができ高いコントラスト特性
が得られるようになる。こうした構成を実現させるには
液晶分子のチルト方向（チルト方向およびチルトダウン
方向）の自由度が無限大である初期垂直配向に誘電率異
方性が負の液晶組成物を用いると容易に実現できる。

【０１０８】このようにして得られたＬＣＤにＴＦＴを
介して電圧を印加して電気光学特性（透過率−印加電圧
曲線）を実施例１に示す方法で測定した。測定結果を図
３２に示す。電圧を印加していない状態（ 0Ｖ印加）で
は透過率約80％と、明るい透過率特性を示した。また、
印加電圧 3.8Ｖ以上では最小透過率 0.2％と、良好な光
散乱状態が得られた。また、図から明らかなように電気
光学特性にヒステリシスは全くなかった。また、印加電
圧 3.8Ｖおよび 0Ｖにて、応答速度を測定したところ立
ち上がり10msec、立ち下がり20msecと極めて速い値を得
た。

【０１０９】実施例１６実施例１５で得られたＬＣＤを用いて投影型液晶表示装
置を作製した。その構造を図３４に示す。メタルハライ
ドランプ２５を光源とする光源光はシュリーレンレンズ
２６により平行光とされ液晶セル２７、集光レンズ２８
を経て投影レンズユニット３０によりスクリーン３１に
投影される。駆動装置３２およびビデオ信号出力装置３
３により液晶セル２７に入力された画像はスクリーン３
１に拡大して表示される。本発明のＬＣＤは平行光の光
路を直進または散乱と電界にて制御できるものである。
よって図示するようにシュリーレン光学系を用いればス
クリーン３１上に任意の画像表示ができることとなる。
本実施例では液晶セル３１に入射させた平行光のうち直
進した光のみを投影するために集光レンズ２８の焦点の
位置に絞り（ 5mmφ）２９を設けて液晶セル３１で散乱
させた光を遮断した構成としている。

【０１１０】得られた投影型液晶表示装置を用いてモノ
クロのビデオ信号画像を約 30 倍に投影したところコン
トラスト比は約 200：1 と極めて高い値であることがわ
かった。また、極めて明るい表示を得た。

【０１１１】実施例１７実施例１５で得られたＬＣＤを 3枚用いて投影型液晶表
示装置を作製した。その構造を図３５に示す。本実施例
では光源としてＲＧＢの 3波長を含む白色光源３７を用
いており、これをダイオクロイックミラー３４、３５お
よび全反射ミラー３６を用いてそれぞれＲＧＢの波長に
分光させ、 3枚の液晶セル２７ａ、２７ｂ、２７ｃに入
射させている。こうすることにより、各波長毎に光路を
制御することが可能となる。よって、カラー表示が実現
できる。なお、ダイオクロイックミラー３４は赤の波長
を透過させ、緑および青の波長を全反射させ、ダイオク
ロイックミラー３５は青の波長を透過させ、赤および緑
の波長を全反射させる。

【０１１２】得られた投影型液晶表示装置を用いてフル
カラーのビデオ信号画像を約 30 倍に投影したところコ
ントラスト比は約 180：1 と極めて高い値であることが
わかった。また、極めて明るい表示を得た。

【０１１３】実施例１８上基板として、カラーフィルター上にＩＴＯからなるべ
た電極を形成した、ＲＧＢからなるカラーフィルター付
き基板を用いた以外は、実施例１５と同様の方法でＬＣ
Ｄを得た。このＬＣＤを用いて実施例１６と同様の構成
にて投影型液晶表示装置を作製した。カラーフィルター
を設けることによりカラー表示が実現できる。

【０１１４】得られた投影型液晶表示装置を用いてフル
カラーのビデオ信号画像を約 30 倍に投影したところコ
ントラスト比は約 160：1 と極めて高い値であることが
わかった。また、極めて明るい表示を得た。

【０１１５】

【発明の効果】本発明のネマティック液晶層からなるＬ
ＣＤは、 1画素毎に画素内の一部の領域で導電体部と非
導電体部とを対向させ、かつ非導電体部の最も狭い部分
の幅をＳとし、対向配置された両基板の電極間隔をＤと
したとき、Ｄ≧Ｓ／2 の関係が満たされているので、一
様な液晶分子配列とすることにより光透過状態を、 2種
以上の方向の電界方向を印加することによる屈折レンズ
効果や回折格子効果により光散乱状態を実現することが
できる。その結果、液晶以外の媒体を必要としないで、
光散乱特性に優れたＬＣＤが得られる。とくに、液晶層
を形成する液晶分子が電圧無印加状態でスプレイ配列を
なし、液晶層に電界を印加した際のチルト方向が 2方向
以上取り得る分子配列の場合に優れた散乱特性が得られ
る。

【０１１６】本発明のＬＣＤは、電極構造を「入れ子構
造」、「隙間付き入れ子構造」、「重複入子」、「隙間
付きストライプ入子」または「重複ストライプ入子」と
することにより、斜め電界を微細な領域毎に相反するよ
うに容易に形成することができる。その結果、光の散乱
特性が高く、駆動電圧の低い、明るくコントラスト比の
高い階調性に優れたＬＣＤや、階調表示しても表示が反
転する視角のない極めて広い視角依存性を有するＬＣＤ
が得られる。

【０１１７】このような効果は、両基板間隙に電極間隔
Ｄより短い直径を有する微粒子を混入させるか、または
電極間隔Ｄより短い突起を両基板の少なくとも一方に設
けることにより、実用的に維持することができる。さら
に、電極上にこの電極材料の屈折率の 0.9〜1.1 倍であ
る透光性保護膜が形成することにより、電圧無印加時の
透過率やコントラストを向上させることができる。

【０１１８】本発明の液晶表示装置は、とくに投影型液
晶表示装置に上述のＬＣＤを応用することにより、コン
トラスト比が極めて高い、また、極めて明るい表示を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明する図で、（ａ）は電
極の斜視図、（ｂ）は液晶セルの断面図である。

【図２】本発明の電極構造を説明するための図である。

【図３】プレチルト角を説明するための図で、（ａ）は
断面略図、（ｂ）は平面略図である。

【図４】ユニフォーム配列を説明するための図で、
（ａ）は平面略図、（ｂ）は断面略図である。

【図５】電圧印加時のユニフォームツイスト配列の液晶
分子の振る舞いを説明する断面略図である。

【図６】ユニフォームツイスト配列を説明する平面略図
である。

【図７】印加電圧と透過率の関係を説明する曲線図であ
る。

【図８】ユニフォームツイスト配列を説明する平面略図
である。

【図９】スプレイ配列を説明するための図で、（ａ）は
平面略図、（ｂ）は断面略図である。

【図１０】スプレイツイスト配列を説明する平面略図で
ある。

【図１１】スプレイツイスト配列を説明する平面略図で
ある。

【図１２】スプレイ配列の液晶分子の印加電圧の有無に
よる振る舞いを説明する断面略図であり、（ａ）から
（ｃ）は電圧無印加時、（ｄ）から（ｆ）は電圧印加時
を示す。

【図１３】一実施例のＬＣＤを説明する図であり、
（ａ）は電極構造の斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ
−Ｘ′線に沿って切断して示す断面略図、（ｃ）は電圧
印加時の液晶分子の状態を示す略図である。

【図１４】他の実施例のＬＣＤを説明する図であり、
（ａ）は電極構造の斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ
−Ｘ′線に沿って切断して示す断面略図、（ｃ）は電圧
印加時の液晶分子の状態を示す略図である。

【図１５】他の実施例のＬＣＤを説明する図であり、
（ａ）は電極構造の斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＸ
−Ｘ′線に沿って切断して示す断面略図、（ｃ）は電圧
印加時の液晶分子の状態を示す略図である。

【図１６】他の実施例のＬＣＤを説明するもので、電圧
印加時の液晶分子の状態を示す略図である。

【図１７】図１３（ｃ）に示すウォールの出現形状を説
明する平面図である。

【図１８】一実施例のＬＣＤを説明するもので、液晶セ
ルの断面図である。

【図１９】他の実施例のＬＣＤを説明するもので、液晶
セルの断面図である。

【図２０】他の実施例のＬＣＤを説明するもので、液晶
セルの断面図である。

【図２１】透光性の絶縁膜の作用を説明する図である。

【図２２】一実施例のＬＣＤを説明するもので、（ａ）
は電極の斜視図、（ｂ）は上下基板の配向方向を示す略
図である。

【図２３】実施例１の透過率−印加電圧曲線の関係を示
す図である。

【図２４】一実施例のＬＣＤを説明するもので、（ａ）
は電極構造配置と液晶分子の状態を説明する略図、
（ｂ）は上電極（共通電極）の平面図、（ｃ）は下電極
の平面図である。

【図２５】他の実施例のＬＣＤを説明するもので、
（ａ）は上電極（共通電極）の平面図、（ｂ）は下電極
の平面図である。

【図２６】他の実施例のＬＣＤを説明するもので、
（ａ）は上電極（共通電極）の平面図、（ｂ）は下電極
の平面図である。

【図２７】実施例３から実施例７の透過率−印加電圧曲
線の関係を示す図である。

【図２８】透光性の絶縁膜を用いたＬＣＤを説明するも
ので、（ａ）は電極構造配置と液晶分子の状態を説明す
る略図、（ｂ）は上電極（共通電極）の平面図、（ｃ）
は下電極の平面図である。

【図２９】実施例８から実施例１２の透過率−印加電圧
曲線の関係を示す図である。

【図３０】基板面上に微粒子を形成した実施例の電極構
造配置と液晶分子の状態を説明する略図である。

【図３１】一実施例のＬＣＤを説明するもので、（ａ）
は電極構造配置と液晶分子の状態を説明する略図、
（ｂ）は上電極（共通電極）の平面図、（ｃ）は下電極
の平面図、（ｄ）は液晶分子の状態を説明する略図であ
る。

【図３２】実施例１４および実施例１５のＬＣＤの透過
率−印加電圧曲線の関係を示す図である。

【図３３】実施例１５のＬＣＤを説明するもので、
（ａ）は電圧無印加時の平面的にみた液晶分子配列を示
す図、（ｂ）は電圧印加時の平面的にみた液晶分子配列
を示す図である。

【図３４】実施例１６における投影型液晶表示装置を示
す図である。

【図３５】実施例１７における投影型液晶表示装置を示
す図である。

【図３６】従来のＬＣＤを説明するもので、（ａ）はカ
プセル状構造の断面略図を示す図、（ｂ）は繊維状ポリ
マー構造の断面略図である。

【符号の説明】

１、２………基板、３………ポリマー、４、６………液
晶、５………繊維状ポリマー、１１………上基板、１２
………下基板、１３………上電極、１４………下電極、
１５………上配向膜、１６………下配向膜、、１７……
…上透光性絶縁膜、１８………下透光性絶縁膜、１９…
……スイッチング素子、２０………液晶層、２１………
電源、２２………微粒子、２３………ゲート線、２４…
……信号線、２５………メタルハライドランプ、２６…
……シュリーレンレンズ、２７………液晶セル、２８…
……集光レンズ、２９………絞り、３０………投影レン
ズユニット、３１………スクリーン、３２………駆動装
置、３３………ビデオ信号出力装置、３４、３５………
ダイオクロイックミラー、３６………全反射ミラー、３
７………白色光源。

フロントページの続き (72)発明者羽藤仁神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者岡本ますみ神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者大山毅神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (56)参考文献特開平４−119321（ＪＰ，Ａ) 特開平６−194656（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13 - 1/141

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対向配置された電極付き基板と、この基
板間に挟持されたネマティック液晶組成物からなる液晶
層とからなり、前記対向配置された電極付き基板が電極
構造として 1画素毎に最も広い部分の幅が 50 μm 以下
である導電体部と最も広い部分の幅が 50 μm 以下であ
る非導電体部とからなる領域をそれぞれ有する液晶表示
素子において、前記対向配置された両基板間において、少なくとも 1画
素毎に画素内の一部の領域で前記導電体部と前記非導電
体部とが対向しており、かつ前記非導電体部の最も狭い
部分の幅をＳとし、前記対向配置された両基板の電極間
隔をＤとしたとき、Ｄ≧Ｓ／2の関係が満たされてお
り、前記液晶層が、電界を印加した際のチルト方向が 2 方向
以上取り得る分子配列を有する液晶組成物からなり、前記両基板間隙に電極間隔Ｄより短い直径を有する微粒
子を混入させてなることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】請求項１記載の液晶表示素子において、前記対向配置された両基板間において、この両基板間の
垂直法線方向に対して斜め電界が 1画素内に少なくとも
2方向以上形成され、前記液晶層を形成する液晶分子が電圧無印加状態でスプ
レイ配列をなし、かつ電圧印加状態でチルトアップまた
はチルトダウン方向の自由度を 2方向以上取り得る分子
配列であることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の液晶表示
素子において、前記対向配置された少なくとも一方の電極付き基板は、
前記最も広い部分の幅が 30 μm 以下であり、前記ネマティック液晶組成物は、前記基板表面上で液晶
分子長軸−方向に配列させるチルト配向を誘起する手段
を有しており、 2枚の基板上での液晶分子配列方向の交
差角をθ（ 0°≦θ≦90°）とし、 2枚の基板表面上で
のプレチルト角によって液晶をユニフォームツイスト配
列させるように決まるツイスト角をψとして、前記液晶
層に電界を印加しない状態で、前記ψが±θ（ここで、
ツイスト方向が左回りの時＋、右回りの時−とする。）
のとき、液晶のツイスト角ωが±θ＋ 180°または±θ
− 180°であり、前記ψが±（θ− 180°）のとき、液
晶ツイスト角ωが±θ（以上、複号同順）であることを
特徴とする液晶表示素子。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれか１項
記載の液晶表示素子において、前記対向配置された両基板は、前記両基板電極の素子法
線方向での断面形状を見たとき、下基板の導電体部のう
ち上基板の導電体部に重ならない部位の幅をＲＥ、上基
板の導電体部のうち下基板の導電体部に重ならない部位
の幅をＦＥ、両基板とも導電体部である幅をＥＥ、両基
板とも非導電体部である幅をＳＳとし、少なくとも各画
素毎に前記両基板の前記ＲＥまたはＦＥの幅の部位を有
する前記導電体部がそれぞれ電気的にひとつにつながっ
ているとき、ＲＥ・ＳＳ・ＦＥ・ＳＳ・ＲＥ・ＳＳ・ＦＥ・ＳＳ・…
とＳＳを挟んでＲＥとＦＥが交互に順に配置される断面
形状となる電極構造であり、前記ネマティック液晶組成物は、前記基板表面上で液晶
分子長軸を一方向に配列させるチルト配向を誘起する手
段を有しており、 2枚の基板上での液晶分子配列方向の
交差角がθ（ 0°≦θ≦90°）であり、 2枚の基板表面
上でのチルト配向によって液晶組成物をユニフォームツ
イスト配列させるように決まるツイスト角がψであり、
液晶組成物に電界を印加しない状態で、前記ψが±θ
（ここでツイスト方向が左回りの時＋、右回りの時−と
する。）のとき、液晶のツイスト角ωが±θ＋180 °ま
たは、±θ−180 °であり、前記ψが±（θ−180 °）
の時、液晶のツイスト角ωが±θ（以上複号同順）であ
ることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項５】請求項１ないし請求項３のいずれか１項
記載の液晶表示素子において、前記対向配置された両基
板は、前記両基板電極の素子法線方向での断面形状を見
たとき、下基板の導電体部のうち上基板の導電体部に重
ならない部位の幅をＲＥ、上基板の導電体部のうち下基
板の導電体部に重ならない部位の幅をＦＥ、両基板とも
導電体部である幅をＥＥ、両基板とも非導電体部である
幅をＳＳとし、少なくとも各画素毎に前記両基板の前記
ＲＥまたはＦＥの幅の部位を有する前記導電体部がそれ
ぞれ電気的にひとつにつながっているとき、ＲＥ・ＥＥ・ＦＥ・ＥＥ・ＲＥ・ＥＥ・ＦＥ・ＥＥ・…
とＥＥを挟んでＲＥとＦＥが交互に順に配置される断面
形状となる電極構造であり、前記ネマティック液晶組成物は、前記基板表面上で液晶
分子長軸を一方向に配列させるチルト配向を誘起する手
段を有しており、 2 枚の基板上での液晶分子配列方向の
交差角がθ（ 0 °≦θ≦ 90 °）であり、 2 枚の基板表面
上でのチルト配向によって液晶組成物をユニフォームツ
イスト配列させるように決まるツイスト角がψであり、
液晶組成物に電界を印加しない状態で、前記ψが±θ
（ここでツイスト方向が左回りの時＋、右回りの時−と
する。）のとき、液晶のツイスト角ωが±θ＋ 180 °ま
たは、±θ− 180 °であり、前記ψが±（θ− 180 °）
の時、液晶のツイスト角ωが±θ（以上複号同順）であ
ることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項６】請求項１ないし請求項３のいずれか１項
記載の液晶表示素子において、前記対向配置された両基板は、前記両基板電極の素子法
線方向での断面形状を見たとき、下基板の導電体部のう
ち上基板の導電体部に重ならない部位の幅をＲＥ、上基
板の導電体部のうち下基板の導電体部に重ならない部位
の幅をＦＥ、両基板とも導電体部である幅をＥＥ、両基
板とも非導電体部である幅をＳＳとし、少なくとも各画
素毎に前記両基板の前記ＲＥまたはＦＥの幅の部位を有
する前記導電体部がそれぞれ電気的にひとつにつながっ
ているとき、ＲＥ・ＦＥ・ＲＥ・ＦＥ・ＲＥ・ＦＥ・ＲＥ・ＦＥ・…
とＲＥとＦＥとが交互に順に配置される断面形状となる
電極構造であり、前記ネマティック液晶組成物は、前記基板表面上で液晶
分子長軸を一方向に配列させるチルト配向を誘起する手
段を有しており、 2 枚の基板上での液晶分子配列方向の
交差角がθ（ 0 °≦θ≦ 90 °）であり、 2 枚の基板表面
上でのチルト配向によって液晶組成物をユニフォームツ
イスト配列させるように決まるツイスト角がψであり、
液晶組成物に電界を印加しない状態で、前記ψが±θ
（ここでツイスト方向が左回りの時＋、右回りの時−と
する。）のとき、液晶のツイスト角ωが±θ＋ 180 °ま
たは、±θ− 180 °であり、前記ψが±（θ− 180 °）
の時、液晶のツイスト角ωが±θ（以上複号同順）であ
ることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項７】請求項１ないし請求項６のいずれか１項
記載の液晶表示素子において、前記液晶組成物は正または負の誘電率異方性を有する液
晶からなり、電界を印加した際に取り得る 2方向以上のチルト方向
は、前記正の誘電率異方性を有する液晶の場合チルトア
ップ方向であり、前記負の誘電率異方性を有する液晶の
場合チルトダウン方向であり、前記両基板における液晶分子配列は、液晶のプレチルト
角の差を 0.5°以下とする液晶分子配列であり、前記プ
レチルト角α0 を得る方向が上下で同一方向であるベン
ド状の配向からなる液晶分子配列であることを特徴とす
る液晶表示素子。
【請求項８】請求項１ないし請求項７のいずれか１項
記載の液晶表示素子において、 1画素毎の電極構造が前記両基板ともに各画素の少なく
とも一部分で導電体部と非導電体部からなるストライプ
状の形状となっていることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項９】請求項１ないし請求項８のいずれか１項
記載の液晶表示素子において、電極間隔Ｄより短い突起を前記両基板の少なくとも一方
に設けてなることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１０】対向配置された電極付き基板と、この
基板間に挟持されたネマティック液晶組成物からなる液
晶層とからなり、前記対向配置された電極付き基板が電
極構造として 1 画素毎に最も広い部分の幅が 50 μ m 以
下である導電体部と最も広い部分の幅が 50 μ m 以下で
ある非導電体部とからなる領域をそれぞれ有する液晶表
示素子において、前記対向配置された両基板間において、少なくとも 1 画
素毎に画素内の一部の領域で前記導電体部と前記非導電
体部とが対向しており、かつ前記非導電体部の最も狭い
部分の幅をＳとし、前記対向配置された両基板の電極間
隔をＤとしたとき、Ｄ≧Ｓ／ 2 の関係が満たされてお
り、前記液晶層が、電界を印加した際のチルト方向が 2 方向
以上取り得る分子配列を有する液晶組成物からなり、前記電極上に透光性保護膜が形成され、この透光性保護
膜の屈折率が前記電極材料の屈折率の 0.9〜1.1 倍であ
ることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項１１】液晶表示素子と、この液晶表示素子に
平行光を入射する手段と、前記入射された平行光を前記
液晶表示素子にて制御する手段と、前記制御された光の
進行方向のうち、一部の方向の光を投影する光学系を用
いる手段とからなる投影型液晶表示装置であって、前記液晶表示素子は請求項１ないし請求項１０のいずれ
か１項記載の液晶表示素子であることを特徴とする液晶
表示装置。