專利名稱：液晶元件、液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶元件和液晶顯示裝置中的電光特性的改良技術(shù)。
背景技術(shù)：
在日本特開2011-203547號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)中，公開有利用兩個(gè)取向狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移的新的液晶顯示元件(反向TN型液晶元件)ο該現(xiàn)有例的液晶顯示元件具有進(jìn)行了取向處理的第I基板、第2基板以及配置在它們之間而進(jìn)行扭曲取向的液晶層，在液晶層中含有手性材料。并且，在液晶層中，當(dāng)在不含有手性材料時(shí)將液晶分子扭曲的回旋方向作為第I回旋方向時(shí)，手性材料向液晶分子賦予針對(duì)與第I回旋方向相反的第2回旋方向的回旋性。另外，第I基板和第2基板被取向處理成分別表現(xiàn)出20°以上45°以下的預(yù)傾角。在第I基板和第2基板上，設(shè)置有能夠在液晶層的層厚方向和與層厚方向正交的方向分別產(chǎn)生電場(chǎng)的電極。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠得到具有能夠維持顯示狀態(tài)的記憶性且得到高對(duì)比度的顯示品質(zhì)優(yōu)秀的液晶顯示元件。但是，上述現(xiàn)有例的液晶顯示元件不是在相對(duì)于基板面的法線方向(B卩、正面方向)上，而是在從該法線方向傾斜了 40°左右的方向上得到最大的對(duì)比度。這樣的對(duì)比度特性雖然在例如作為反射型顯示器的用途中比較適合，但是在作為透射型顯示器的用途中不是很適合。因此，希望提高正面方向的對(duì)比度。專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-203547號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的具體方式的一個(gè)目的在于，提供能夠提高利用兩個(gè)取向狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移的液晶元件的正面方向的 對(duì)比度的技術(shù)。本發(fā)明的具體方式的一個(gè)目的在于，提供能夠提高使用液晶元件的液晶顯示裝置的正面方向的對(duì)比度的技術(shù)，其中，該液晶元件利用兩個(gè)取向狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移。本發(fā)明的一方式的液晶元件，包括:(a)第I基板和第2基板，它們?cè)诟髯缘囊幻嫔蠈?shí)施了取向處理，并被相對(duì)配置；以及(b)液晶層，其使用介電常數(shù)各向異性為負(fù)的液晶材料，被設(shè)置在第I基板的一面與第2基板的一面之間，(c)第I基板和第2基板的取向處理的方向設(shè)定成使得液晶層的液晶分子產(chǎn)生在第I方向上以大致90°的扭曲角扭曲的第I取向狀態(tài)，Cd)液晶層含有使液晶分子產(chǎn)生在與第I方向相反的第2方向上以大致90°的扭曲角扭曲的第2取向狀態(tài)的性質(zhì)的手性材料。根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，能夠提高利用兩個(gè)取向狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移的液晶元件中的正面方向的對(duì)比度。在上述的液晶元件中，優(yōu)選添加手性材料使得手性節(jié)距相對(duì)于液晶層的層厚d的比d/p為0.3以上且0.9以下。另外，在上述的液晶元件中，優(yōu)選第I基板和第2基板各自與液晶層之間的界面處的各預(yù)傾角為70°以上且小于90°。通過滿足這些條件中的至少一方，能夠進(jìn)一步提高對(duì)比度。
在上述的液晶元件中，優(yōu)選第I基板與液晶層之間的界面處的預(yù)傾角與第2基板與液晶層之間的界面處的預(yù)傾角不同。由此，能夠進(jìn)一步延長(zhǎng)液晶層的狀態(tài)轉(zhuǎn)移后的取向狀態(tài)的保持時(shí)間。上述的液晶元件優(yōu)選還包括電場(chǎng)施加單元,該電場(chǎng)施加單元對(duì)于液晶層選擇性地施加下述電場(chǎng)中的任意一方:與第I基板和第2基板的各一面大致垂直的方向的電場(chǎng)以及與第I基板和第2基板的各一面大致平行的方向的電場(chǎng)。由此，能夠利用電場(chǎng)容易地產(chǎn)生第I取向狀態(tài)與第2取向狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。本發(fā)明的一方式的液晶顯示裝置具有多個(gè)像素部，該多個(gè)像素部分別使用上述本發(fā)明的液晶元件來構(gòu)成。根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，通過利用液晶元件的兩個(gè)取向狀態(tài)的雙穩(wěn)態(tài)特性(記憶性)，從而能夠得到電力消耗少，特別是正面方向的對(duì)比度高的液晶顯示裝置。


圖1是概略地示出反向TN型液晶元件的動(dòng)作的示意圖。圖2是示出反向TN型液晶元件的構(gòu)成例的剖視圖。圖3是說明使用各電極對(duì)液晶層施加的電場(chǎng)的示意性剖視圖。圖4是示意地示出液晶顯示裝置的構(gòu)成例的圖。圖5 (A)是示意地示出實(shí)施例1的液晶元件的構(gòu)造的俯視圖，圖5 (B)是示出各摩擦方向與液晶層的取向狀態(tài)之間的關(guān)系的圖。

圖6是示出在實(shí)施例1的液晶元件上使用的取向膜材料與預(yù)傾角的關(guān)系的圖。圖7是示出在實(shí)施例2的液晶元件上使用的取向膜材料的燒結(jié)溫度與預(yù)傾角的關(guān)系的圖。圖8 (A)是示意地示出實(shí)施例3的液晶元件的構(gòu)造的俯視圖，圖8 (B)是示出各摩擦方向與液晶層的取向狀態(tài)之間的關(guān)系的圖。標(biāo)號(hào)說明1:上側(cè)基板2:下側(cè)基板3:液晶層51:第 I 基板52:第 I 電極53、57:取向膜54:第 2 基板55:第 2 電極56:絕緣膜58:第 3 電極59:第 4 電極60:液晶層61:第I偏光板62:第2偏光板
71、72、73:驅(qū)動(dòng)器74:像素部Al An、BI Bm、Cl Cn、Dl Dn:控制線
具體實(shí)施例方式以下，一邊參照附圖一邊對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1是概略地示出反向TN型液晶元件的動(dòng)作的示意圖。作為反向TN型液晶元件的基本結(jié)構(gòu)，具有相對(duì)配置的上側(cè)基板I和下側(cè)基板2、以及設(shè)置在它們之間的液晶層3。在上側(cè)基板I和下側(cè)基板2各自的表面上實(shí)施了摩擦處理等取向處理。上側(cè)基板I與下側(cè)基板2被相對(duì)配置成使得這些取向處理的方向(圖中用箭頭表示)以90°左右的角度彼此交叉。液晶層3通過將向列型液晶材料注入到上側(cè)基板I與下側(cè)基板2之間來形成。在該液晶層3中使用添加了產(chǎn)生使液晶分子在其方位角方向上在特定方向(在圖1的例子中右回旋方向)扭曲的作用的手性材料的液晶材料。在如上所述的反向TN型液晶元件中，當(dāng)使用具有負(fù)的介電常數(shù)各向異性的液晶材料來形成液晶層3，且將預(yù)傾角設(shè)定為接近垂直的大角度(例如70° 90° ) 時(shí)，在初始狀態(tài)成為液晶層3的液晶分子向左回旋方向扭曲的反向扭曲狀態(tài)(均勻扭曲(uniform twist)狀態(tài))，該狀態(tài)非常穩(wěn)定。另外，當(dāng)在該反向扭曲狀態(tài)的液晶層3的層厚方向上施加超過飽和電壓的電壓時(shí)，液晶層3的液晶分子轉(zhuǎn)移到一邊向產(chǎn)生由手性材料的作用引起的扭曲力的右回旋方向展曲(spray)取向一邊扭曲的展曲扭曲狀態(tài)，該狀態(tài)變得比較穩(wěn)定。而且，當(dāng)向與展曲扭曲狀態(tài)的液晶層3的層厚方向正交的方向(與基板面水平的方向)施加電壓時(shí)，液晶層3再次向反向扭曲狀態(tài)轉(zhuǎn)移。由此，為了在反向TN型液晶元件中自由地在兩個(gè)取向狀態(tài)間轉(zhuǎn)移，需要產(chǎn)生對(duì)于液晶層的層厚方向的電場(chǎng)(縱電場(chǎng))和與此正交的方向的電場(chǎng)(橫電場(chǎng))。以下舉出具體例對(duì)用于自由地提供這些縱電場(chǎng)和橫電場(chǎng)的元件構(gòu)造進(jìn)行說明。圖2是示出反向TN型液晶元件的構(gòu)成例的剖視圖。圖2所示的本實(shí)施方式的液晶元件具有使液晶層60介于第I基板(上側(cè)基板)51與第2基板(下側(cè)基板)54之間的基本結(jié)構(gòu)。在第I基板51的外側(cè)配置有第I偏光板61，在第2基板54的外側(cè)配置有第2偏光板62。以下，進(jìn)一步詳細(xì)地說明液晶元件的構(gòu)造。另外，對(duì)于密封液晶層60周圍的密封材料等部件省略圖示和說明。第I基板51和第2基板54分別例如是玻璃基板、塑料基板等透明基板。如圖所示，第I基板51和第2基板54是將相互的一面相對(duì)并設(shè)置預(yù)定的間隙(例如數(shù)μ m)而貼合在一起。另外，雖然省略了特別的圖示，但是也可以在任意一個(gè)基板上形成有薄膜晶體管等開關(guān)元件。第I電極52設(shè)置在第I基板51的一面?zhèn)壬?。另?第2電極55設(shè)置在第2基板54的一面?zhèn)壬?。第I電極52和第2電極55是分別通過例如對(duì)銦錫氧化物(ITO)等透明導(dǎo)電膜進(jìn)行適當(dāng)圖案化來構(gòu)成的。絕緣膜(絕緣層)56在第2基板54上設(shè)置成覆蓋第2電極55。該絕緣膜56例如是氧化硅膜、氮化硅膜、氮氧化硅膜或它們的層疊膜等無機(jī)絕緣膜、或有機(jī)絕緣膜(例如丙烯酸類有機(jī)絕緣膜)。第3電極58、第4電極59分別設(shè)置在第2基板54上的上述的絕緣膜56上。本實(shí)施方式中的第3電極58和第4電極59是分別具有多個(gè)電極枝的梳齒狀電極，以彼此的電極枝交替排列的方式配置(參照后述的圖4)。第3電極58和第4電極59是分別通過例如對(duì)銦錫氧化物(ITO)等透明導(dǎo)電膜進(jìn)行適當(dāng)?shù)膱D案化來構(gòu)成的。第3電極58、第4電極59的各個(gè)電極枝具有例如20 μ m寬度，將電極間隔設(shè)定為20 μ m來配置。取向膜53在第I基板51的一面?zhèn)壬弦愿采w第I電極52的方式來設(shè)置。另外，取向膜57在第2基板54的一面?zhèn)壬弦愿采w第3電極58和第4電極59的方式來設(shè)置。在各取向膜53、57上實(shí)施了預(yù)定的取向處理(例如摩擦處理)，各個(gè)取向處理的方向構(gòu)成的角度例如被設(shè)定為90°左右。 液晶層60設(shè)置在第I基板51與第2基板54彼此之間。構(gòu)成液晶層60的液晶材料的介電常數(shù)各向異性Λ ε為負(fù)(Λ ε〈0)。在液晶層60上圖示的粗線示意地示出在液晶層60上沒有施加電壓的初始狀態(tài)下的液晶分子的取向方位。第I偏光板61配置在第I基板51的外側(cè)。在本實(shí)施方式中由利用者從該第I偏光板61側(cè)進(jìn)行視辨。第2偏光板62配置在第2基板54的外側(cè)。這些第I偏光板61和第2偏光板62例如使彼此的透射軸大致正交來配置(正交尼科耳配置)。圖3是說明使用各電極對(duì)液晶層施加的電場(chǎng)的示意性剖視圖。圖3 (A)是在俯視視圖中示出第I 第4電極的配置的示意圖。圖3 (B) 圖3 (D)是以截面來示出第I 第4電極的配置的示意圖。第I電極52與第2電極55彼此相對(duì)配置，在兩者重疊的區(qū)域內(nèi)，配置有第3電極58和第4電極59。另外,第3電極58的多個(gè)電極枝和第4電極59的多個(gè)電極枝是以逐個(gè)交替重復(fù)的方式配置的。如圖3 (B)所示，通過在第I電極52與第2電極55之間施加電壓，從而能夠使兩電極間產(chǎn)生電場(chǎng)。此時(shí)的電場(chǎng)如圖所示，成為沿著第I基板51和第2基板54的厚度方向(單元厚度方向)的電場(chǎng)(縱電場(chǎng))。另外，如圖3 (C)所示，通過在第3電極58與第4電極59之間施加電壓，從而能夠使兩電極間產(chǎn)生電場(chǎng) 。此時(shí)的電場(chǎng)如圖所不成為與第I基板51和第2基板54的各一面大致平行的方向的電場(chǎng)(橫電場(chǎng))。以后，有時(shí)將使用如上所述電場(chǎng)的模式稱為“ IPS模式”。另外，如圖3 (D)所示，通過在夾著絕緣膜56而相對(duì)配置的第2電極55與第3電極58以及第4電極59之間施加電壓,從而能夠使兩電極間產(chǎn)生電場(chǎng)。此時(shí)的電場(chǎng)如圖所不成為沿著與第I基板51和第2基板54的各一面大致平行的方向的電場(chǎng)(橫電場(chǎng))。以后，有時(shí)還將使用如上所述電場(chǎng)的模式稱為“FFS模式”。本實(shí)施方式的液晶元件例如在初始狀態(tài)中液晶層60的液晶分子被取向?yàn)榉聪蚺で鸂顟B(tài)。相對(duì)于此，當(dāng)如上所述使用第I電極52和第2電極55來產(chǎn)生縱電場(chǎng)時(shí),液晶層60的液晶分子的取向狀態(tài)向展曲扭曲狀態(tài)轉(zhuǎn)移。之后，當(dāng)使用第3電極58和第4電極59來產(chǎn)生橫電場(chǎng)時(shí)(IPS模式)，液晶層60的取向狀態(tài)向反向扭曲狀態(tài)轉(zhuǎn)移。另外，即使在使用第2電極55、第3電極58、第4電極59來產(chǎn)生橫電場(chǎng)時(shí)(FFS模式)，同樣地液晶層60的取向狀態(tài)從展曲扭曲狀態(tài)向反向扭曲狀態(tài)轉(zhuǎn)移。與IPS模式相比較，F(xiàn)FS模式使液晶層60的取向狀態(tài)更均勻地轉(zhuǎn)移。這是因?yàn)椋诘?電極58、第4電極59的各電極上也施加有橫電場(chǎng)。因此，從開口率(透射率、對(duì)比度)方面考慮時(shí)可以說FFS模式更合適。接著，對(duì)液晶元件的制造方法的一例進(jìn)行詳細(xì)說明。通過對(duì)附有ITO膜的玻璃基板的ITO膜進(jìn)行圖案化，從而制作具有第I電極52的第I基板51。此處能夠通過一般的光刻技術(shù)來進(jìn)行ITO膜的圖案化。作為ITO蝕刻方法使用濕蝕刻(氯化鐵)。在此處的第I電極52的形狀圖案中，在引出電極部分和與顯示的像素相抵的部分上殘留ITO膜。同樣地，通過對(duì)附有ITO膜的玻璃基板的ITO膜進(jìn)行圖案化，從而制作具有第2電極55的第2基板54。接著，在第2基板54的第2電極55上形成絕緣膜56。此時(shí)，需要不在引出電極部分上形成絕緣膜56的工夫。作為其方法，可以例舉提前在引出電極部分形成抗蝕劑而在形成絕緣膜56之后剝離的方法、和在通過金屬掩模等遮擋了引出電極部分的狀態(tài)下通過濺射法等形成絕緣膜56的方法等。另外，作為絕緣膜56，可以例舉有機(jī)絕緣膜、或氧化硅膜或氮化硅膜等無機(jī)絕緣膜以及將這些的組合等。此處，將丙烯酸類有機(jī)絕緣膜與氧化硅膜(SiO2膜)的層疊膜使用為絕緣膜56。 在引出電極部分(端子部分)上粘貼有耐熱性的薄膜(聚酰亞胺膠帶)，在該狀態(tài)下旋涂有機(jī)絕緣膜的材料液。例如，在以2000rpm旋轉(zhuǎn)30秒鐘的條件下，得到膜厚I μ m。利用無塵烤箱對(duì)其進(jìn)行燒結(jié)(例如，220°C、1小時(shí))。在粘貼了耐熱性的薄膜的狀態(tài)下通過濺射法(交流放電)形成SiO2膜。例如，以80°C進(jìn)行基板加熱，形成1000 A。此處，當(dāng)剝離了耐熱性的薄膜時(shí)，能夠?qū)⒂袡C(jī)絕緣膜、SiO2膜都干凈地剝離。之后，利用無塵烤箱進(jìn)行燒結(jié)(例如，220°C、1小時(shí))。這是為了提高SiO2膜的絕緣性和透明性。雖然沒有必要一定要形成3102膜，但是為了通過形成5102膜而提高形成在其上的ITO膜的密合性和圖案化特性，優(yōu)選形成SiO2膜。另外，絕緣性也提高。另一方面，可以考慮不形成有機(jī)絕緣膜而僅利用SiO2膜來得到絕緣性的方法，此時(shí)由于SiO2膜容易變成多孔質(zhì)，因此優(yōu)選將膜厚確保為4000 A 8000 A左右。另外，也可以是與SiNx的層疊膜。另外，雖然作為無機(jī)絕緣膜的形成方法敘述了濺射法，但是也可以使用真空蒸鍍、離子束法、CVD法(化學(xué)氣相沉積法)等形成方法。接著，在絕緣膜56上形成第3電極58和第4電極59。具體地講，首先通過濺射法(交流放電)在絕緣膜56上形成ITO膜。將基板加熱到例如100°C，在整個(gè)面上形成約1200 a程度的ITO膜。通過一般的光刻技術(shù)對(duì)該ITO膜進(jìn)行圖案化。作為此時(shí)的光掩模，使用具有與上述的圖4所示的梳齒狀電極對(duì)應(yīng)`的遮光部分的掩模。作為梳齒狀的電極，例如使用電極枝的寬度為20 μ m或30 μ m這2種類、電極間隔為20 μ m、30 μ m、50 μ m、100 μ m、200 μ m這5種類。另外，由于當(dāng)在上述的引出電極部分上也沒有圖案時(shí)，通過蝕刻來將下側(cè)的ITO膜也去除，因此使用在引出電極部分上也形成有圖案的光掩模。對(duì)如上所述制作的第I基板51和第2基板54進(jìn)行清洗。具體地講，首先進(jìn)行水洗(刷子清洗或噴射清洗、純水清洗)，除去水分之后進(jìn)行UV清洗，最后進(jìn)行IR干燥。接著，在第I基板51、第2基板54上分別形成取向膜53、57。作為取向膜53、57，例如使用將水平取向膜材料和垂直取向膜材料以適當(dāng)?shù)谋壤旌系娜∠蚰げ牧?，或者使用極角方向的取向限制力比較弱的垂直取向膜材料。將取向膜的材料液(取向材料)分別涂布在第I基板51、第2基板54各自的一面上，利用無塵烤箱對(duì)這些進(jìn)行燒結(jié)。作為取向膜的材料液的涂布方法，使用柔性印刷、噴墨印刷、或旋涂。雖然此處使用旋涂，但是即使使用其他的方式結(jié)果也同樣。取向膜53、57的膜厚例如成為500 A 800 A。接著，對(duì)于各取向膜53,57進(jìn)行作為取向處理的摩擦處理。摩擦?xí)r的壓入量例如被設(shè)定為0.3 1.2mm。由此，各取向膜53、57對(duì)于液晶分子能夠表現(xiàn)出70° 90°左右的預(yù)傾角。接著，使第I基板51與第2基板54貼合。在第I基板51上預(yù)先散布間隔物材料，而且印刷密封材料。作為間隔物材料，例如使用粒徑為4μπι的材料。在進(jìn)行第I基板51與第2基板54的貼合時(shí)，使得對(duì)于各基板的摩擦處理的方向彼此以90°左右的范圍的角度來交叉。之后，通過在基板間注入液晶材料來形成液晶層60。在該液晶材料上添加手性材料。適當(dāng)?shù)卦O(shè)定手性材料的添加量(對(duì)于合適的一例將在后面敘述)。之后，分別安裝第I偏光板61、第2偏光板62。第I偏光板61和第2偏光板62以使各自的透射軸與摩擦方向平行或正交的方式來配置，且兩者成為正交尼科耳配置。由此，完成本實(shí)施方式的液晶元件。接著，對(duì)能夠進(jìn)行利用了上述液晶元件具有的記憶性的低消耗電力驅(qū)動(dòng)的液晶顯示裝置的構(gòu)成例進(jìn)行說明。圖4是示意地表示液晶顯示裝置的構(gòu)成例的圖。圖4所示的液晶顯示裝置是將多個(gè)像素部74排列成矩陣狀來構(gòu)成的單純矩陣型的液晶顯示裝置，作為各像素部74使用上述的液晶元件。具體地講，液晶顯示裝置構(gòu)成為包含:在X方向延伸的m根控制線BI Bm ；對(duì)這些控制線BI Bm施加控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器71 ;分別與控制線BI Bm交叉并在Y方向延伸的η根控制線Al An ;對(duì)這些控制線Al An施加控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器72 ;分別與控制線BI Bm交叉并在Y方向延伸的η根控制線Cl Cn和Dl Dn ;對(duì)這些控制線Cl Cn和Dl Dn施加控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)器73 ；以及設(shè)置在控制線BI Bm與控制線Al An的各交點(diǎn)上的像素部74。各控制線BI Bm、Al An、Cl Cn和Dl Dn例如由形成為條紋狀的ITO等透明導(dǎo)電膜構(gòu)成?？刂凭€BI Bm與Al An交叉的部分作為上述的第I電極52和第2電極55發(fā)揮功能(圖2參照)。另外，關(guān)于控制線Cl Cn，設(shè)置在與各像素部74相當(dāng)?shù)膮^(qū)域，與作為第3電極58的梳齒狀的電極枝(在圖4中省略圖示)連接。同樣地，關(guān)于控制線Dl Dn，設(shè)置在與各像素部74相當(dāng)?shù)膮^(qū)域，與作為第4電極59的梳齒狀的電極枝(在圖4中省略圖示)連接。作為圖4所示的結(jié) 構(gòu)的液晶顯示裝置的驅(qū)動(dòng)法考慮各種方法。例如，按照控制線B1、B2、B3...，按照每條線進(jìn)行顯示改寫的方法(線依次驅(qū)動(dòng)法)進(jìn)行說明。此時(shí)，只要在想要進(jìn)行相對(duì)明亮的顯示的像素部74上施加縱電場(chǎng)，在想要進(jìn)行相對(duì)暗的顯示的像素部74上施加橫電場(chǎng)即可。例如，在控制線BI上施加不產(chǎn)生取向狀態(tài)的轉(zhuǎn)移的程度的矩形波電壓(例如5V左右、150Hz)，在控制線Al An、Cl Cn以及Dl Dn上施加與其同步、或偏移半周期的閾值電壓程度的矩形波電壓(例如5V左右、150Hz)。詳細(xì)地講，在控制線Al An中的、與想要進(jìn)行明亮的顯示的像素部74對(duì)應(yīng)的控制線上，施加與施加在控制線BI上的矩形波電壓偏移了半周期的矩形波電壓。此時(shí)在控制線Cl Cn以及Dl Dn上不施加電壓。由此,成為在像素部74的液晶元件上有效地施加了 IOV左右的電壓(縱電場(chǎng))的狀態(tài)。如果該電壓為飽和電壓以上，則在液晶層60產(chǎn)生取向狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，能夠使該像素部74的透射率變化。另一方面，在控制線Al An中的、與沒有必要改變顯示的像素部74對(duì)應(yīng)的控制線上，施加與施加在控制線BI上的矩形波電壓同步的矩形波電壓。此時(shí)，在控制線Cl Cn以及Dl Dn上不施加電壓。由此，成為在該像素部74中沒有有效地施加電壓的狀態(tài)。因此，在液晶層60不產(chǎn)生取向狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，透射率不會(huì)變化。
另外，在控制線Cl Cn以及Dl Dn中的、與想要進(jìn)行明亮的顯示的像素部74對(duì)應(yīng)的控制線上，施加與施加在控制線BI上的矩形波電壓偏移了半周期的矩形波電壓。此時(shí)在控制線Al An上不施加電壓。由此,成為在像素部74的液晶元件上有效地施加IOV程度的電壓(橫電場(chǎng))的狀態(tài)。如果該電壓為飽和電壓以上，則在液晶層60產(chǎn)生取向狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，能夠使該像素部74的透射率變化。另一方面，在控制線Cl Cn以及Dl Dn中的、與沒有必要改變顯示的像素部74對(duì)應(yīng)的控制線上，施加有與施加在控制線BI上的矩形波電壓同步的矩形波電壓。此時(shí)在控制線Al An上不施加電壓。由此，成為在該像素部74中沒有有效地施加電壓的狀態(tài)。因此，在液晶層60不產(chǎn)生取向狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，透射率不會(huì)變化。按照控制線B2、B3…的順序執(zhí)行如上所述的驅(qū)動(dòng)從而能夠進(jìn)行點(diǎn)矩陣顯示。通過如上所述的驅(qū)動(dòng)而改寫的顯示狀態(tài)能夠半永久地保持。為了改寫該顯示，只要再次從控制線BI執(zhí)行上述的控制即可。另外，雖然此處示出了對(duì)于所謂的單純矩陣型的液晶顯示裝置應(yīng)用了本發(fā)明的例子，但是也可以對(duì)使用了薄膜晶體管等的有源矩陣型的液晶顯示裝置應(yīng)用本發(fā)明。在有源矩陣型的液晶顯示裝置的情況下，由于沒有必要對(duì)控制線BI等的每個(gè)線進(jìn)行改寫，因此能夠縮短改寫時(shí)間。另外，由于能夠施加相對(duì)于閾值2倍以上的電壓，因此能夠更高速地進(jìn)行改寫。但是，由于在單側(cè)的基板上存在橫電場(chǎng)用和縱電場(chǎng)用的電極，因此每I個(gè)像素需要兩個(gè)薄膜晶體管等。接著，對(duì)一些實(shí)施例進(jìn)行說明。(實(shí)施例1)圖5 (A)是示意地示出實(shí)施例1的液晶元件的構(gòu)造的俯視圖。實(shí)施例1的液晶元件是具有上述的圖2所示的截面構(gòu)造的液晶元件，在第I基板(上側(cè)基板)和第2基板(下側(cè)基板)上分別實(shí)施了摩擦處理。針對(duì)第I基板的摩擦方向Ru在圖中為向下方向，針對(duì)第2基板的摩擦方向&在圖中為向右，兩者彼此正交(扭曲角(P=WeX圖5 (B)是示出各摩擦方向與液晶層的取向狀態(tài)之間的關(guān)系的圖。另外，各偏光板以使彼此的透射軸A、P正交，且各透射軸與摩擦方向偏移±45°的方式配置(參照?qǐng)D5 (A))。在實(shí)施例1中，使用混合了水平取向膜材料和垂直取向膜材料的材料在第I基板和第2基板上分別形成取向膜。將取向膜材料的燒結(jié)溫度設(shè)定為220°C，使燒結(jié)時(shí)間為60分鐘。各取向膜的膜厚為500 A 800 A。關(guān)于摩擦處理，使摩擦?xí)r的壓入量為0.3mm、輥轉(zhuǎn)速為lOOOrpm、臺(tái)移動(dòng)速度為7.56mm/秒。作為液晶材料，使用具有負(fù)的介電常數(shù)各向異性的液晶材料，以使手性節(jié)距P成為12.12 μ m的方式添加了手性材料。圖6是示出在實(shí)施例1的液晶元件中使用的取向膜材料與預(yù)傾角的關(guān)系的圖。另外，此處所述的預(yù)傾角是將基板面作為基準(zhǔn)(0° )來規(guī)定的。在實(shí)施例1中，為了控制成相對(duì)于基板面接近垂直的預(yù)傾角，相對(duì)于規(guī)定的水平取向膜材料以3、5、7、10wt%的各比例混合了規(guī)定的垂直取向膜材料。作為其結(jié)果，得到了 70°、84°、87°、89°的預(yù)傾角。另外，在實(shí)施例1中，在大于O μ m且小于等于12 μ m之間 調(diào)整第I基板和第2基板的相互間隔(單元厚度)，制作了幾個(gè)單元厚度的液晶元件。另外，關(guān)于預(yù)傾角，也適當(dāng)?shù)剡x擇了上述的一些值。以下，對(duì)以一些條件來制作的液晶元件進(jìn)行說明。首先，對(duì)于第I基板、第2基板的預(yù)傾角都設(shè)定為87°且適當(dāng)設(shè)定了單元(cell)厚度的液晶元件，觀察透射光的狀態(tài)(顯示狀態(tài))。在各液晶元件中，由于在初始狀態(tài)中液晶層為反向扭曲狀態(tài)、液晶層內(nèi)的液晶分子為接近垂直的取向，因此顯示狀態(tài)成為暗狀態(tài)(黑狀態(tài))。但是，關(guān)于將單元厚度設(shè)定得大、將單元厚度與手性節(jié)距的比d/p設(shè)定為0.9以上的液晶元件，在初始狀態(tài)中顯示狀態(tài)成為明狀態(tài)(白狀態(tài))，如果對(duì)其進(jìn)行顯微鏡觀察則會(huì)觀察到指紋(finger print)取向。另外,通過對(duì)各液晶元件施加縱電場(chǎng),從而顯示狀態(tài)成為明狀態(tài)(白狀態(tài))。在斷開該縱電場(chǎng)之后，在d/p被設(shè)定為0.7 0.8的范圍的液晶元件中，顯示狀態(tài)一直維持明狀態(tài)。即，確認(rèn)了記憶性。在斷開該縱電場(chǎng)之后的記憶狀態(tài)中也能夠得到非常高的對(duì)比度。另外，從斷開縱電場(chǎng)開始經(jīng)過I分鐘之后只有一小部分維持記憶狀態(tài)。另外，對(duì)于將第I基板的預(yù)傾角設(shè)定為87°，將第2基板的預(yù)傾角設(shè)定為84°、適當(dāng)設(shè)定了單元厚度的液晶元件，觀察透射光的狀態(tài)(顯示狀態(tài))。與上述同樣，在各液晶元件中，由于初始狀態(tài)中液晶層為反向扭曲狀態(tài)、液晶層內(nèi)的液晶分子為接近垂直的取向，因此顯示狀態(tài)成為暗狀態(tài)(黑狀態(tài))。但是，關(guān)于將單元厚度設(shè)定得大、將單元厚度與手性節(jié)距的比d/p設(shè)定為0.8以上的液晶元件，在初始狀態(tài)中顯示狀態(tài)成為明狀態(tài)(白狀態(tài))，如果對(duì)其進(jìn)行顯微鏡觀察則會(huì)觀察到指紋取向。另外，通過對(duì)各液晶元件施加縱電場(chǎng)，從而顯示狀態(tài)成為明狀態(tài)(白狀態(tài))。在斷開了該縱電場(chǎng)之后，在d/p被設(shè)定為0.6 0.8范圍的液晶元件中，顯示狀態(tài)一直維持明狀態(tài)。即，確認(rèn)了記憶性。在斷開了該縱電場(chǎng)之后的記憶狀態(tài)中，也能夠得到非常高的對(duì)比度。而且，在從斷開縱電場(chǎng)開始經(jīng)過20分鐘左右之后也維持了記憶狀態(tài)。由此，可知通過使第I基板和第2基板各自的預(yù)傾角成為不同的大小，從而得到了使記憶狀態(tài)的保持時(shí)間提高的效果。(實(shí)施例2)實(shí)施例2的液晶元件的構(gòu)造與上述實(shí)施例1同樣，扭曲角Φ成為反向扭曲狀態(tài)(對(duì)稱(J卜U '〃夕)取向)的90° (參照?qǐng)D5)。在實(shí)施例2中，使用極角方向的取向限制力弱的垂直取向膜材料在 第I基板和第2基板上分別形成了取向膜。各取向膜的膜厚為500 A 800 A。關(guān)于摩擦處理，使摩擦?xí)r的壓入量為0.3mm、輥轉(zhuǎn)速為lOOOrpm、臺(tái)移動(dòng)速度為7.56mm/sec。作為液晶材料，使用具有負(fù)的介電常數(shù)各向異性的液晶材料，以使手性節(jié)距P成為12.12 μ m的方式添加了手性材料。圖7是示出在實(shí)施例2的液晶元件中使用的取向膜材料的燒結(jié)溫度與預(yù)傾角的關(guān)系的圖。此處所說的預(yù)傾角是將基板面作為基準(zhǔn)(0° )進(jìn)行規(guī)定的。在實(shí)施例2中，為了控制成相對(duì)于基板面接近垂直的預(yù)傾角，將取向膜材料的燒結(jié)溫度分別設(shè)定為190°C、210°C、230 V、250 V，燒結(jié)時(shí)間都是60分鐘。作為其結(jié)果，得到了88°、79°、73°、26°的預(yù)傾角。另外，在實(shí)施例2中，在大于O μ m且小于等于12 μ m之間調(diào)整第I基板與第2基板的相互間隔(單元厚度)，制作了幾個(gè)單元厚度的液晶元件。但是，在使第I基板和第2基板的預(yù)傾角分別與88°相同時(shí)，看不到在對(duì)于使一方成為88°且另一方成為79°時(shí)等各條件下制作的液晶元件的任意一個(gè)施加電場(chǎng)時(shí)會(huì)引起的顯示狀態(tài)的變化，也觀察不到記憶狀態(tài)。(實(shí)施例3)圖8 (A)是示意地示出實(shí)施例3的液晶元件的構(gòu)造的俯視圖。實(shí)施例3的液晶元件是具有上述的圖2所示的截面構(gòu)造的液晶元件，在第I基板(上側(cè)基板)和第2基板(下側(cè)基板)上分別實(shí)施了摩擦處理。針對(duì)第I基板的摩擦方向Ru在圖中為向上方向，針對(duì)第2基板的摩擦方向&在圖中為向右，兩者彼此正交。扭曲角φ成為展曲扭曲狀態(tài)(反對(duì)稱(7 >f'> 卜U ^ )取向)的90°。圖8 (B)是示出各摩擦方向與液晶層的取向狀態(tài)的關(guān)系的圖。另外，各偏光板以彼此的透射軸A、P正交、且各透射軸與摩擦方向偏移±45°的方式配置(參照?qǐng)D8(A))。在實(shí)施例3中，與上述實(shí)施例2同樣使用極角方向的取向限制力弱的垂直取向膜材料來形成了取向膜(參照?qǐng)D7)。各取向膜的膜厚為500 A 800 A。關(guān)于摩擦處理，使摩擦?xí)r的壓入量為0.3mm、輥轉(zhuǎn)速為lOOOrpm、臺(tái)移動(dòng)速度為7.56mm/sec。作為液晶材料，使用具有負(fù)的介電常數(shù)各向異性的液晶材料，以使手性節(jié)距P成為12.12μπι的方式添加了手性材料。在實(shí)施例3中，在比大于O μ m且小于等于12 μ m之間調(diào)整第I基板與第2基板的相互間隔(單元厚度)，制作了幾個(gè)單元厚度的液晶元件。另外，關(guān)于預(yù)傾角，也適當(dāng)選擇了上述的一些值。以下，對(duì)在一些條件下制作的液晶元件進(jìn)行說明。首先，關(guān)于第I基板、第2基板的預(yù)傾角都設(shè)定為88° (燒結(jié)溫度190°C)，適當(dāng)設(shè)定了單元厚度的液晶元件，觀察了透射光的狀態(tài)(顯示狀態(tài))。在各液晶元件中，由于在初始狀態(tài)中液晶層為反向扭曲狀態(tài)、液晶層內(nèi)的液晶分子是接近垂直的取向，因此顯示狀態(tài)成為暗狀態(tài)(黑狀態(tài))。但是，對(duì)于將單元厚度設(shè)定得大、單元厚度與手性節(jié)距的比d/p設(shè)定為
0.9以上的液晶元件，在初始狀態(tài)中顯示狀態(tài)成為明狀態(tài)(白狀態(tài))，如果對(duì)它們進(jìn)行顯微鏡觀察則會(huì)觀察到指紋取向。另外，通過對(duì)各液晶元件施加縱電場(chǎng)，從而顯示狀態(tài)成為明狀態(tài)(白狀態(tài))。在斷開了該縱電場(chǎng)之后，在d/p被設(shè)定為0.3 0.7范圍的液晶元件中，顯示狀態(tài)一直維持了明狀態(tài)。即，確認(rèn)了記憶性。在斷開了該縱電場(chǎng)之后的記憶狀態(tài)中也得到了非常高的對(duì)比度。另外，從斷開縱電場(chǎng)開始經(jīng)過了 I分鐘之后，只有一小部分維持了記憶狀態(tài)。另外，關(guān)于將第I基板的預(yù)傾角設(shè)定為79°、將第2基板的預(yù)傾角設(shè)定為73°，適當(dāng)設(shè)定了單元厚度的液晶元件，觀察了透射光的狀態(tài)(顯示狀態(tài))。與上述同樣，在各液晶元件中，由于在初始狀態(tài)中液晶層為反向扭曲狀態(tài)、液晶層內(nèi)的液晶分子是接近垂直的取向，因此顯示狀態(tài)成為暗狀態(tài)(黑狀態(tài))。但是，對(duì)于將單元厚度設(shè)定得大，將單元厚度與手性節(jié)距的比d/p設(shè)定為0.8以上的液晶元件，在初始狀態(tài)中顯示狀態(tài)成為明狀態(tài)(白狀態(tài))，如果對(duì)它們進(jìn)行顯微鏡觀察則會(huì)觀察到指紋取向。另外，通過對(duì)各液晶元件施加縱電場(chǎng)，從而顯示狀態(tài)成為明狀態(tài)(白狀 態(tài))。在斷開了該縱電場(chǎng)之后，在d/p被設(shè)定為0.3 0.7范圍的液晶元件中，顯示狀態(tài)一直維持了明狀態(tài)。即，確認(rèn)了記憶性。在斷開了該縱電場(chǎng)之后的記憶狀態(tài)中也得到了非常高的對(duì)比度。而且，從斷開縱電場(chǎng)開始經(jīng)過了 20分鐘左后之后也維持了記憶狀態(tài)。從以上的結(jié)果可知通過使第I基板和第2基板各自的預(yù)傾角成為不同的大小，從而能夠得到使記憶狀態(tài)的保持時(shí)間提高的效果。另外，可知通過使初始狀態(tài)成為展曲扭曲狀態(tài)(反對(duì)稱取向)的90°，從而維持記憶狀態(tài)的d/p范圍變大為0.3 0.7。另外，通過使預(yù)傾角變小從而提高了記憶狀態(tài)的保持時(shí)間。這可以認(rèn)為是通過使液晶分子的取向方向接近水平從而向方位角方向的扭曲的影響增強(qiáng)，保持了穩(wěn)定狀態(tài)。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式和各實(shí)施例，能夠簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)對(duì)比度高的明顯示狀態(tài)、暗顯示狀態(tài)的雙穩(wěn)定顯示。特別是能夠?qū)崿F(xiàn)暗顯示的透射率低、從正面觀察時(shí)也清楚的顯
/Jn ο另外，液晶元件的制造工程基本上與一般的液晶元件的制造工程完全相同，不同的是取向膜材料、摩擦條件(壓入量)、燒結(jié)條件等，但是這些是在一般的制造工程中也可以管理的條件，因此導(dǎo)致成本上升的因素很少。即，能夠通過與一般的液晶元件相同的制造技術(shù)來便宜地制造。另外，在本實(shí)施方式等的液晶元件中，由于在顯示狀態(tài)中具有記憶性，因此電力消耗少且能夠進(jìn)行低耗電驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在透射型顯示器、透反顯示器、反射型顯示器中的任意一方的情況下也合適的顯示器。特別是在應(yīng)用到反射型顯示器時(shí)優(yōu)點(diǎn)大。另外，由于能夠應(yīng)用利用了取向狀態(tài)的記憶性的驅(qū)動(dòng)方法(線依次改寫法等)，因此能夠不使用薄膜晶體管等開關(guān)元件而通過單純矩陣顯示來進(jìn)行大容量的點(diǎn)矩陣顯示。因此，能夠以低成本來進(jìn)行大容量顯示。另外，本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式的內(nèi)容，在本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種變形來實(shí)施。例如，雖然在上述中對(duì)使各偏光板的透射軸大致正交的常白型進(jìn)行了說明，但是也可以是常黑型 。但是，常白型更容易得到更高的對(duì)比度。
權(quán)利要求
1.一種液晶元件,其包括: 第I基板和第2基板，它們?cè)诟髯缘囊幻嫔蠈?shí)施了取向處理，并被相對(duì)配置；以及 液晶層，其使用介電常數(shù)各向異性為負(fù)的液晶材料，被設(shè)置在所述第I基板的一面與所述第2基板的一面之間， 所述第I基板和所述第2基板的所述取向處理的方向設(shè)定成使得所述液晶層的液晶分子產(chǎn)生在第I方向上以大致90°的扭曲角扭曲的第I取向狀態(tài)， 所述液晶層含有使所述液晶分子產(chǎn)生在與所述第I方向相反的第2方向上以大致90°的扭曲角扭曲的第2取向狀態(tài)的性質(zhì)的手性材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶元件，其中， 添加所述手性材料使得手性節(jié)距相對(duì)于所述液晶層的層厚d的比d/p為0.3以上且0.9以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液晶元件，其中， 所述第I基板和所述第2基板各自與所述液晶層之間的界面處的各預(yù)傾角為70°以上且小于90°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的液晶元件，其中， 所述第I基板與所述液晶層之間的界面處的預(yù)傾角與所述第2基板與所述液晶層之間的界面處的預(yù)傾角不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中的任意一項(xiàng)所述的液晶元件，其中， 所述液晶元件還包括電場(chǎng)施加單元，該電場(chǎng)施加單元對(duì)于所述液晶層選擇性地施加下述電場(chǎng)中的任意一方:與所述第I基板和所述第2基板的各一面大致垂直的方向的電場(chǎng)以及與所述第I基板和所述第2基板的各一面大致平行的方向的電場(chǎng)。
6.一種液晶顯示裝置，其具有多個(gè)像素部，該多個(gè)像素部各自使用權(quán)利要求1 5中的任意一項(xiàng)所述的液晶元件來構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供液晶元件、液晶顯示裝置，提高利用了兩個(gè)取向狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移的液晶元件的正面方向的對(duì)比度。液晶元件具有在各自一面實(shí)施了取向處理的第1基板和第2基板、使用介電常數(shù)各向異性為負(fù)的液晶材料設(shè)置在第1基板的一面與第2基板的一面之間的液晶層。第1基板和第2基板的取向處理的方向設(shè)定成使得液晶層的液晶分子產(chǎn)生在第1方向上以大致90°的扭曲角扭曲的第1取向狀態(tài)，液晶層含有使液晶分子產(chǎn)生在與第1方向相反的第2方向上以大致90°的扭曲角扭曲的第2取向狀態(tài)的性質(zhì)的手性材料。
文檔編號(hào)G02F1/139GK103226263SQ20131001939
公開日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月25日
發(fā)明者都甲康夫, 中村心一, 高橋泰樹 申請(qǐng)人:斯坦雷電氣株式會(huì)社