(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極を備え、配向処理された第１の基板と、
前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層と
を有し、
前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が前記配向処理により捩れる旋回方向を第１旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、
前記第１の基板と前記第２の基板とは、２０°以上４５°以下のプレティルト角が発現するように配向処理され、
前記液晶層には、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第２旋回方向から前記第１旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能であり、
前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第１旋回方向から前記第２旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能な電極が形成されている液晶表示素子。
【請求項２】
前記第２の基板は、
透明基板と、
前記透明基板上に形成された前記第２の電極と、
前記第２の電極上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された、第１及び第２の櫛歯電極であって、櫛歯部分が交互に配置されている第１及び第２の櫛歯電極と、
前記第１及び第２の櫛歯電極を覆うように前記絶縁膜上に形成された配向膜と
を含む請求項１に記載の液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１の基板と前記第２の基板とは、３１°以上３７°以下のプレティルト角が発現するように配向処理されている請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項４】
前記第１の基板の配向処理方向と、前記第２の基板の配向処理方向とのなす角が、前記第１及び第２の基板の法線方向から見たとき、９０°以上１００°以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記第１の基板の配向処理方向と、前記第２の基板の配向処理方向とのなす角が、前記第１及び第２の基板の法線方向から見たとき、９０°である請求項４に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記液晶層への前記カイラル剤の添加量は、カイラルピッチをｐ、前記液晶層の厚さをｄとするとき、ｄ／ｐが０．０４を超え０．２５未満となるように調整されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
前記液晶層の厚さが３μｍ以上５μｍ以下である請求項１〜６のいずれか１項に記載の液晶表示素子。
【請求項８】
第１の電極を備え、配向処理された第１の基板と、前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が前記配向処理により捩れる旋回方向を第１旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、前記第１の基板と前記第２の基板とは、２０°以上４５°以下のプレティルト角が発現するように配向処理され、前記液晶層には、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第２旋回方向から前記第１旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能であり、前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第１旋回方向から前記第２旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能な電極が形成されている液晶表示素子の製造方法であって、
前記第１の基板及び第２の基板において配向処理が行われる配向膜を１６０℃以上１８０℃以下の焼成温度で形成することを特徴とする液晶表示素子の製造方法。
【請求項９】
前記液晶層を、前記カイラル剤のカイラルピッチをｐ、前記液晶層の厚さをｄとするとき、ｄ／ｐが０．０４を超え０．２５未満となるように前記カイラル剤を添加して形成する請求項８に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の基板及び第２の基板の配向処理を押し込み量０．８ｍｍでラビングすることで行う請求項８または９に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の基板の配向処理の方向と、前記第２の基板の配向処理の方向とが、前記第１及び第２の基板の法線方向から見て９０°以上１００°以下の角をなすように、前記第１及び第２の基板を平行に貼り合せることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の基板と前記第２の基板とを、３μｍ以上５μｍ以下の間隔を隔てて貼り合せることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の液晶表示素子の製造方法。
【請求項１３】
第１の電極を備え、配向処理された第１の基板と、前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が前記配向処理により捩れる旋回方向を第１旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、前記第１の基板と前記第２の基板とは、２０°以上４５°以下のプレティルト角が発現するように配向処理され、前記液晶層には、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第２旋回方向から前記第１旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能であり、前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第１旋回方向から前記第２旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能な電極が形成されている液晶表示素子の駆動方法であって、
白表示から黒表示に切り替えるときには前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、
黒表示から白表示に切り替えるときには前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせることを特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
【請求項１４】
白表示から黒表示への切り替え、及び、黒表示から白表示への切り替えを、線順次駆動で行う請求項１３に記載の液晶表示素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子に関する。またその製造方法及び駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カイラル剤と配向角との関係により、液晶層を挟持する一対の透明電極基板に施された配向処理の方向の組み合わせで規制される液晶分子の旋回方向（第１旋回方向）とは逆方向（第２旋回方向）に液晶分子を捩れ配列させる液晶表示素子の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１記載の液晶表示素子においては、液晶分子が第１旋回方向に捩れる配列状態が不安定である。高電圧の印加によって、第１旋回方向に捩れる配列状態を得ることは可能であるが、時間の経過とともに、液晶分子は第２旋回方向に捩れる配列状態に転移する。
【０００３】
液晶分子を、第２旋回方向に旋回させるカイラル剤を添加しながらも、第１旋回方向に配列させることで、液晶層内の歪を増大させ、駆動電圧の大幅な低減を可能にした液晶素子の発明が公知である（たとえば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の液晶素子においても、第２旋回方向に捩れる液晶分子の配列状態が安定的であり、第２旋回方向に捩れる配列状態から、第１旋回方向に捩れる配列状態に転移させる電圧の印加を停止して数秒後には、もとの配列状態（第２旋回方向に捩れる配列状態）に再転移する。第２旋回方向に捩れる配列状態で液晶素子を駆動する場合には、高い駆動電圧が必要となる。
【０００４】
特許文献１及び２に記載されているようなリバースツイステッドネマチック(reverse twisted nematic;RTN)型液晶表示素子においては、一般的に、液晶分子が第１旋回方向に捩れる配列状態（リバースツイスト配列状態）と第２旋回方向に捩れる配列状態（スプレイツイスト配列状態）とで外観上の表示状態（光透過率）に大きな違いがなく、双安定性を与えても高いコントラスト比が得られにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許２５１０１５０号公報
【特許文献２】特開２００７−２９３２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、表示品質の高い液晶表示素子を提供することである。
【０００７】
また、表示品質の高い液晶表示素子の製造方法を提供することである。
【０００８】
更に、消費電力の低減が可能な液晶表示素子の駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、第１の電極を備え、配向処理された第１の基板と、前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が前記配向処理により捩れる旋回方向を第１旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、前記第１の基板と前記第２の基板とは、２０°以上４５°以下のプレティルト角が発現するように配向処理され、前記液晶層には、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第２旋回方向から前記第１旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能であり、前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第１旋回方向から前記第２旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能な電極が形成されている液晶表示素子が提供される。
【００１０】
また、本発明の他の観点によれば、第１の電極を備え、配向処理された第１の基板と、前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が前記配向処理により捩れる旋回方向を第１旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、前記第１の基板と前記第２の基板とは、２０°以上４５°以下のプレティルト角が発現するように配向処理され、前記液晶層には、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第２旋回方向から前記第１旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能であり、前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第１旋回方向から前記第２旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能な電極が形成されている液晶表示素子の製造方法であって、前記第１の基板及び第２の基板において配向処理が行われる配向膜を１６０℃以上１８０℃以下の焼成温度で形成することを特徴とする液晶表示素子の製造方法が提供される。
【００１１】
更に、本発明の他の観点によれば、第１の電極を備え、配向処理された第１の基板と、前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、カイラル剤を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記液晶層が前記カイラル剤を含まなかった場合に、液晶分子が前記配向処理により捩れる旋回方向を第１旋回方向とするとき、前記カイラル剤は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、前記第１の基板と前記第２の基板とは、２０°以上４５°以下のプレティルト角が発現するように配向処理され、前記液晶層には、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧を印加することで、前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第２旋回方向から前記第１旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能であり、前記第１の基板、前記第２の基板の少なくとも一方には、電圧の印加により、前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせ、前記液晶層の液晶分子が捩れる方向を前記第１旋回方向から前記第２旋回方向にスイッチングして表示を行うことが可能な電極が形成されている液晶表示素子の駆動方法であって、白表示から黒表示に切り替えるときには前記液晶層の厚さ方向の電界を生じさせ、黒表示から白表示に切り替えるときには前記液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界を生じさせることを特徴とする液晶表示素子の駆動方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、表示品質の高い液晶表示素子を提供することができる。
【００１３】
また、表示品質の高い液晶表示素子の製造方法を提供することができる。
【００１４】
更に、消費電力の低減が可能な液晶表示素子の駆動方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例による液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】配向膜形成時の焼成温度、及びラビング処理時の押し込み量の組み合わせを示す表である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、作製された複数の液晶表示素子の外観を示す写真である。
【図４】（Ａ）〜（Ｆ）は、液晶表示素子の作製条件を示す表、及び観察結果を示す表と写真である。
【図５】実施例による液晶表示素子の一画素内の概略的な断面図である。
【図６】上側透明基板１１ａ上に形成されるＩＴＯ膜のパターンを示す概略的な平面図である。
【図７】下側透明基板１１ｂ上に形成されるＩＴＯ膜のパターンを示す概略的な平面図である。
【図８】ＩＴＯ膜のエッチングに使用するフォトマスクを示す概略的な平面図である。
【図９】下側基板１０ｂに形成される下側配向膜１４ｂの形成領域の一部を示す概略的な平面図である。
【図１０】実施例による液晶表示素子の構造を示す概略的な平面図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例による液晶表示素子の外観写真であり、（Ｄ）〜（Ｆ）は、電圧印加時の電界方向を示す概略的な断面図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例による液晶表示素子、及び他の好ましい条件で作製した液晶表示素子の電圧−光透過率特性を示すグラフである。
【図１３】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例による液晶表示素子の視角−コントラスト特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
一組の配向膜の配向処理方向とプレティルト角の組み合わせで定まる液晶分子の捩れ方向（第１旋回方向）と、光学活性物質（カイラル剤）によって誘起される液晶分子の捩れ方向（第２旋回方向）とが逆方向となるように作製された液晶層を有し、たとえば液晶層に物理的作用を与えることにより、液晶分子が各方向へ捩れる状態（第１旋回方向につきリバースツイスト（ユニフォームツイスト）配列状態、第２旋回方向につきスプレイツイスト配列状態）が可換的に実現可能な液晶表示素子を、リバースツイステッドネマチック（ＲＴＮ）型液晶表示素子と呼ぶ。第１旋回方向は、液晶層に光学活性物質（カイラル剤）を添加しなかった場合に、液晶分子が捩れる旋回方向である。
【００１７】
図１は、実施例による液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。本願発明者らは、まず本図に示すフローチャートに沿って複数の液晶表示素子を作製し、良好な表示を実現するプレティルト角の範囲について予備的に考察した。
【００１８】
透明電極、たとえばＩＴＯ(indium tin oxide)電極が形成された透明基板を２枚準備する（ステップＳ１０１）。ここでは平行平板タイプの電極をもつテストセルを用い、２枚の透明基板を洗浄、乾燥した（ステップＳ１０２）。
【００１９】
透明基板上に、ＩＴＯ電極を覆うように配向膜材料を塗布する（ステップＳ１０３）。配向膜材料の塗布は、スピンコートを用いて行った。フレキソ印刷やインクジェット印刷を用いて行ってもよい。通常は垂直配向膜の形成に使用されるポリイミド配向膜材料の側鎖密度を低くし、配向膜材料として用いた。配向膜材料は、配向膜の厚さが５００〜８００Åとなるように塗布した。配向膜材料を塗布した透明基板の仮焼成（ステップＳ１０４）、及び本焼成（ステップＳ１０５）を実施する。本焼成は１６０℃、１８０℃、２００℃、２２０℃の４条件で行った。こうしてＩＴＯ電極を覆う配向膜が形成された（ステップＳ１０３〜Ｓ１０５）。
【００２０】
次に、ラビング処理（配向処理）を行う（ステップＳ１０６）。ラビング処理は、たとえば布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ配向膜上を擦る工程であり、これにより基板に接する液晶分子を一方向に並べる（配向する）ことができる。ラビング処理は、押し込み量を０．４ｍｍ、０．８ｍｍ、１．２ｍｍとする３条件で行った。またラビング処理は、液晶表示素子のツイスト角が９０°となるように実施した。
【００２１】
図２は、配向膜形成時の焼成温度、及びラビング処理時の押し込み量の組み合わせを示す表である。本願発明者らは、本図に示すＮｏ．１〜Ｎｏ．９の９条件で液晶表示素子を作製した。
【００２２】
再び図１を参照する。液晶セルの厚さ（基板間距離）を一定に保つため、一方の透明基板面上にギャップコントロール材をたとえば乾式散布法にて散布する（ステップＳ１０７）。ギャップコントロール材には粒径４μｍのプラスチックボールを使用した。
【００２３】
他方の透明基板面上にはシール材を印刷し、メインシールパターンを形成する（ステップＳ１０８）。たとえば粒径４μｍのグラスファイバーを含んだ熱硬化性のシール材を、スクリーン印刷法で印刷する。ディスペンサを用いて、シール材を塗布することもできる。また、熱硬化性ではなく、光硬化性のシール材や、光・熱併用硬化型のシール材を使ってもよい。
【００２４】
透明基板を重ね合わせる（ステップＳ１０９）。２枚の透明基板を所定の位置で重ね合わせてセル化し、プレスした状態で熱処理を施しシール材を硬化させる。たとえばホットプレス法を用い、シール材の熱硬化を行う。こうして空セルが作製される。
【００２５】
たとえば真空注入法で空セルにネマチック液晶を注入する（ステップＳ１１０）。液晶材料には（株）メルク製のＺＬＩ２２９３を用いた。液晶中にはカイラル剤を添加した。カイラル剤には（株）メルク製のＣＢ１５を使用した。カイラル剤の添加量は、カイラルピッチｐ、液晶層の厚さ（セル厚）ｄとしたとき、ｄ／ｐが０．１６または０．２５となるように調整した。
【００２６】
液晶注入口を、たとえば紫外線（ＵＶ）硬化タイプのエンドシール材で封止し（ステップＳ１１１）、液晶分子の配向を整えるため、液晶の相転移温度以上にセルを加熱する（ステップＳ１１２）。その後、スクライバ装置で透明基板につけた傷に沿ってブレイキングし、個別のセルに小割する。
【００２７】
小割されたセルに対し、面取り（ステップＳ１１３）と洗浄（ステップＳ１１４）を実施する。
【００２８】
最後に、２枚の透明基板の液晶層と反対側の面に、偏光板を貼付する（ステップＳ１１５）。２枚の偏光板はクロスニコルに、かつ透過軸の方向とラビング方向とが平行となるように配置した。直交するように配置することもできる。両透明基板のＩＴＯ電極間には電源を接続した。
【００２９】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、作製された複数の液晶表示素子の外観を示す写真である。作製された液晶表示素子は、初期状態においてスプレイツイスト配列状態となる。両透明基板のＩＴＯ電極間に飽和電圧値以上の電圧を印加すると、リバースツイスト配列状態に遷移する。
【００３０】
図３（Ａ）を参照する。図２に示す表のＮｏ．１の条件（焼成温度１６０℃、ラビング処理時の押し込み量０．８ｍｍ）で作製した液晶表示素子、及び、Ｎｏ．３の条件（焼成温度１８０℃、ラビング処理時の押し込み量０．８ｍｍ）で作製した液晶表示素子は、ｄ／ｐを０．１６とした場合も０．２５とした場合も、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時において、本図に示すような外観、すなわち比較的暗い黒表示を呈した。光透過率を測定したところ、約４％であった。また、リバースツイスト配列状態の電圧印加時においては、非常に暗い黒表示が観察された。光透過率はほぼ０％まで低くすることができた。更に、スプレイツイスト配列状態における光透過率を測定したところ、電圧無印加時に約１８％であった。Ｎｏ．１及びＮｏ．３の条件で作製された液晶表示素子は、リバースツイスト配列状態とスプレイツイスト配列状態とで外観が大きく異なる表示を行うことができることがわかる。すなわちリバースツイスト配列状態で黒表示、スプレイツイスト配列状態で白表示を行うことが可能である。分光エリプソ法で測定したところ、これらの液晶表示素子においては、２３〜３５°のプレティルト角が発現していることがわかった。
【００３１】
図３（Ｂ）を参照する。図２に示す表のＮｏ．２の条件（焼成温度１８０℃、ラビング処理時の押し込み量０．４ｍｍ）で作製した液晶表示素子は、ｄ／ｐを０．１６とした場合も０．２５とした場合も、初期状態から暗い表示を示した。ラビング処理時の押し込み量が小さく、プレティルト角が高くなったため、垂直配向に近い液晶分子配列状態となっていると考えられる。電圧の印加によって表示の明るさに大きな変化はなく、印加電圧の有無、及び印加電圧値に関わらず光透過率は約１％以下であった。
【００３２】
図３（Ｃ）を参照する。図２に示す表のＮｏ．１〜Ｎｏ．３の条件以外の条件で作製した液晶表示素子は、ｄ／ｐの値が０．１６か０．２５かに関わらず、スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態とで、光透過率に大きな差は認められず、ほぼ等しい表示外観を示した。電圧無印加時の光透過率は、両配列状態とも約２５％であり、電圧の印加によって、両配列状態とも光透過率を約１％以下まで低くすることができた。本図は、リバースツイスト配列状態における電圧無印加時の表示（水色の表示）外観を示す。図２に示す表のＮｏ．１〜Ｎｏ．３の条件以外の条件で作製した液晶表示素子のプレティルト角を分光エリプソ法で測定したところ、８〜１５°のプレティルト角が発現していることがわかった。
【００３３】
本願発明者らが、多くの液晶表示素子についてプレティルト角を測定したところ、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時に好ましく黒表示が可能なプレティルト角の範囲は、３１．５°〜３６．２°であった。また、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時に黒表示を行えない最大のプレティルト角は１７．１°であった。更に、スプレイツイスト配列状態の電圧無印加時にも黒表示されるプレティルト角の最小値は４８°であった。
【００３４】
これらのことから、上下基板に与えるプレティルト角を２０°以上４５°以下、一層好ましくは３１°以上３７°以下として、ＲＴＮ型液晶表示素子を作製することで、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時において黒表示、スプレイツイスト配列状態の電圧無印加時（縦電界無付加時）において白表示を実現することが可能であると考えられるであろう。
【００３５】
上述のプレティルト角の範囲をもつＲＴＮ型液晶表示素子において、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時に、比較的暗い黒表示が実現される原理については、完全には解明できていないものの、ＲＴＮ型液晶表示素子には、立ち下がり時（リバースツイスト配列状態）の閾値が立ち上がり時（スプレイツイスト配列状態）の閾値より低くなる性質があり、特殊な条件により閾値が０Ｖより低くなったためにこのような表示が実現されたものと推測される。
【００３６】
また、一般にリバースツイスト配列状態においては、基板の配向処理で与えられるプレティルト角と、カイラル剤によって付与される捩れ力とにより、液晶層内部に大きな歪みが生じ、この歪みによって電圧無印加時においても、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子は基板平面に対して傾いた状態になると考えられている。２０°以上という高いプレティルト角を有するＲＴＮ型液晶表示素子においては、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子の傾き角が非常に大きく、基板に対してほぼ垂直に立ち上がると推察される。このため、電圧無印加時にも比較的暗い黒表示が得られると考えられる。なお、一般にリバースツイスト配列状態においては、基板との界面におけるプレティルト角よりもバルクでの傾斜角が高くなる。これは連続体理論に基づいた液晶分子配向シミュレーションによっても確認されている。
【００３７】
次に、本願発明者らは、図２に示す表のＮｏ．１またはＮｏ．３の条件を前提に、図１に示すフローチャートに沿って複数の液晶表示素子を作製し、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時に実現される、比較的暗い黒表示の保持時間が長くなる焼成温度、ツイスト角、セル厚（液晶層の厚さ）について予備的に考察した。図４（Ａ）〜（Ｆ）に、液晶表示素子の作製条件及び観察結果を示す。
【００３８】
図４（Ａ）は、液晶表示素子の作製条件を示す表である。まず、ＩＴＯ電極が形成された透明基板を２枚準備した。ここでも平行平板タイプの電極をもつテストセルを用い、２枚の透明基板を洗浄、乾燥した。
【００３９】
透明基板上に、ＩＴＯ電極を覆うように配向膜材料を塗布した。配向膜材料の塗布は、スピンコートを用いて行った。通常は垂直配向膜の形成に使用されるポリイミド配向膜材料の側鎖密度を低くし、配向膜材料として用いた。配向膜材料は、配向膜の厚さが５００〜８００Åとなるように塗布した。配向膜材料を塗布した透明基板の仮焼成及び本焼成を実施した。図４（Ａ）に示すように、本焼成は１６０℃または１８０℃で行った。こうしてＩＴＯ電極を覆う配向膜を形成した。
【００４０】
続いてラビング処理を、押し込み量を０．８ｍｍとして行った。ラビング処理は、図４（Ａ）に示すように、上下基板間のツイスト角を８０°、９０°、１００°とする３条件で実施した。
【００４１】
一方の透明基板面上にギャップコントロール材を散布した。ギャップコントロール材には粒径３μｍ、４μｍ、５μｍのプラスチックボールを使用し、図４（Ａ）に示すように、セル厚が３μｍ、４μｍ、５μｍとなる複数の液晶表示素子を作製した。他方の透明基板面上には、グラスファイバーを含んだ熱硬化性のシール材をスクリーン印刷法で印刷し、メインシールパターンを形成した。２枚の透明基板を所定の位置で重ね合わせ、熱処理を施してシール材を硬化させ、空セルを作製した。
【００４２】
真空注入法で空セルにネマチック液晶を注入した。液晶材料には（株）メルク製のＺＬＩ２２９３を用いた。液晶中にはカイラル剤を添加した。カイラル剤には（株）メルク製のＣＢ１５を使用した。カイラル剤の添加量は、ｄ／ｐが０．０４、０．０８、０．１２５、０．１６、０．２０、０．２５、０．３３となるように調整した。
【００４３】
液晶注入口を紫外線硬化タイプのエンドシール材で封止し、液晶の相転移温度以上にセルを加熱した。スクライバ装置で透明基板につけた傷に沿ってブレイキングし、個別のセルに小割した。
【００４４】
小割されたセルに対し、面取りと洗浄を実施し、２枚の透明基板の液晶層と反対側の面に偏光板を貼付した。２枚の偏光板はクロスニコルに、かつ透過軸の方向とラビング方向とが平行となるように配置した。両透明基板のＩＴＯ電極間には電源を接続した。こうして作製された液晶表示素子のＩＴＯ電極間に５Ｖの交流電圧を印加することで、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態（比較的暗い黒表示）に遷移させることができる。
【００４５】
図４（Ｂ）は、液晶材料へのカイラル剤の添加量を変えたときの比較的暗い黒表示（リバースツイスト配列状態）の保持時間を測定した結果を示す表である。
【００４６】
図４（Ａ）に示す条件Ａで作製した液晶表示素子と条件Ｂで作製した液晶表示素子とを比較する。条件Ａで作製した液晶表示素子は、ｄ／ｐ＝０．０８、０．１２５、０．１６、０．２０となる４つの場合において、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態（比較的黒い表示）に遷移させた後、リバースツイスト配列状態がそのまま数週間以上（表中には「∞」と表示。）保持される。また、ｄ／ｐ＝０．０４の場合においては、部分的に所望の動作を行うものの、初期より黒い表示状態となる部分が混在していた。このことから、ｄ／ｐ＝０．０４の場合は、表示素子として用いるための均一性を得るための境界条件であると考えられる。
【００４７】
一方、条件Ｂで作製した液晶表示素子は、ｄ／ｐ＝０．０８と０．１２５となる場合において、リバースツイスト配列状態が数週間以上保持される。条件Ｂにおいても、条件Ａと同様に、ｄ／ｐ＝０．０４の場合において、初期より黒い表示状態となる部分が混在していた。
【００４８】
これらのことから、焼成温度を１８０℃として液晶表示素子を作製するより、１６０℃として作製する方が、リバースツイスト配列状態を安定化させるための、すなわちリバースツイスト配列状態とスプレイツイスト配列状態の双安定性を得るためのｄ／ｐマージンが広いことがわかる。なお、図４（Ｃ）は、条件Ａ、ｄ／ｐ＝０．１２５で作製した液晶表示素子において保持されたリバースツイスト配列状態での表示外観を示す。焼成温度を少なくとも１６０℃以上１８０℃以下として液晶表示素子を作製することで、リバースツイスト配列状態での電圧無印加時における黒表示を長時間保持できる。
【００４９】
次に、条件Ａ、Ｃ、Ｄで作製した液晶表示素子を比較する。条件Ｃで作製した液晶表示素子は、いずれのｄ／ｐにおいてもリバースツイスト配列状態が長時間保持されることはなかった。ツイスト角を８０°として液晶表示素子を作製した場合、両配列状態の双安定性を得にくいことがわかる。
【００５０】
一方、条件Ａで作製した液晶表示素子と条件Ｄで作製したそれとは保持時間において大きな差は認められなかった。ただ、条件Ｄの場合は、ｄ／ｐ＝０．１２５で作製した液晶表示素子において、図３（Ｂ）に写真を示した例のように、初期状態から暗い表示を示した。また、ｄ／ｐ＝０．２５及び０．３３のときの保持時間が、条件Ａの場合よりやや短かった。このことから、ツイスト角を少なくとも９０°以上１００°以下として液晶表示素子を作製することで、リバースツイスト配列状態での電圧無印加時における黒表示を長時間保持できること、及び、ツイスト角を１００°として液晶表示素子を作製するより、９０°として作製する方が、リバースツイスト配列状態とスプレイツイスト配列状態の双安定性を若干得やすいことがわかる。
【００５１】
続いて、セル厚を基準に比較を行う。セル厚が３μｍと薄い場合（条件Ｅ）、ｄ／ｐの値によって保持性に明瞭な差はなく、すべてのｄ／ｐにおいて、リバースツイスト配列状態が数週間以上保持された。図４（Ｄ）に、条件Ｅ、ｄ／ｐ＝０．１２５で作製された液晶表示素子の表示外観を示す。ただし、条件Ｅにおいては、ｄ／ｐの値が０．２０、０．２５と大きいとき、電圧を印加していないにもかかわらず、リバースツイスト配列状態が次第に電極外の領域に広がる現象が見られた。図４（Ｅ）にその様子を示す。リバースツイスト配列状態が電極外領域に広がると、その部分の制御が困難となるため注意を要する。
【００５２】
セル厚が５μｍと厚い場合（条件Ｆ）は、条件Ａや条件Ｅと比べて、保持時間の長いｄ／ｐの範囲が狭く、ｄ／ｐ＝０．１６として作製した液晶表示素子のみ、リバースツイスト配列状態が数週間以上保持された。図４（Ｆ）に、その液晶表示素子の表示外観を示す。本願発明者らの観察の結果、セル厚が厚い場合も（条件Ｆ）、薄い場合も（条件Ｅ）、条件Ａで作製した液晶表示素子と同様に、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時、比較的暗い黒表示が得られた。このことから液晶表示素子のセル厚に多少のむらがあったとしても、たとえばコントラスト比の高い、双安定性表示が可能であることがわかる。図４（Ｂ）の表に結果を示す観察からは、セル厚を少なくとも３μｍ以上５μｍ以下として液晶表示素子を作製することで、リバースツイスト配列状態での電圧無印加時における黒表示を長時間保持できることが確認された。
【００５３】
ｄ／ｐに関しては、他の条件にもよるが、たとえば条件Ａ、Ｄ、及びＥで作製した液晶表示素子の黒表示保持時間から、０．０４を超え、０．２５未満とするのが好ましいと考えられるであろう。
【００５４】
本願発明者らは、以上の予備的考察を踏まえ、実施例による液晶表示素子を作製した。
【００５５】
図５は、実施例による液晶表示素子の一画素内の概略的な断面図である。
【００５６】
実施例による液晶表示素子は、相互に平行に対向配置された上側基板１０ａ、下側基板１０ｂ、及び両基板１０ａ、１０ｂ間に挟持されたツイストネマチック液晶層１５を含んで構成される。
【００５７】
上側基板１０ａは、上側透明基板１１ａ、上側透明基板１１ａ上に形成された上側ベタ電極１２ａ、及び上側ベタ電極１２ａ上に形成された上側配向膜１４ａを含む。下側基板１０ｂは、下側透明基板１１ｂ、下側透明基板１１ｂ上に形成された下側ベタ電極１２ｂ、下側ベタ電極１２ｂ上に形成された絶縁膜１３、絶縁膜１３上に形成された第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ、及び、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄを覆うように絶縁膜１３上に形成された下側配向膜１４ｂを含む。
【００５８】
上側、下側透明基板１１ａ、１１ｂは、たとえばガラスで形成される。上側、下側ベタ電極１２ａ、１２ｂ、及び第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄは、たとえばＩＴＯ等の透明導電材料で形成される。第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄは、それぞれ複数の櫛歯部分を備える櫛状電極である。第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄの櫛歯部分は、本図左右方向に沿って互い違いに配置されている。
【００５９】
液晶層１５は、上側基板１０ａの上側配向膜１４ａと、下側基板１０ｂの下側配向膜１４ｂとの間に配置される。
【００６０】
上側及び下側配向膜１４ａ、１４ｂには、ラビングにより配向処理が施されている。上側配向膜１４ａと下側配向膜１４ｂの配向処理方向は、上側及び下側基板１０ａ、１０ｂの法線方向から見たとき、相互に直交している。上側配向膜１４ａのラビング方向を第１の方向、下側配向膜１４ｂのラビング方向を第２の方向とすると、第２の方向は上側基板１０ａの法線方向から見て、第１の方向を基準に、左回り方向に９０°をなす方向である。上側及び下側基板１０ａ、１０ｂの配向処理方向とプレティルト角の組み合わせで規定される液晶層１５の液晶分子の配列状態は、上側基板１０ａの法線方向から見て、右方向に９０°捩れるユニフォームツイスト（リバースツイスト）配列となる。
【００６１】
液晶層１５を形成する液晶材料にはカイラル剤が添加されている。カイラル剤の影響力のもとで生じる液晶分子の配列状態は、上側基板１０ａの法線方向から見て、上側基板１０ａから下側基板１０ｂに向かう方向に沿って、左捩れ方向に捩れるスプレイツイスト配列となる。
【００６２】
液晶セル完成状態での液晶分子の捩れ方向は、カイラル剤による捩れ方向と同方向の左捩れ（スプレイツイスト配列）であった。
【００６３】
電源２０が、上側、下側ベタ電極１２ａ、１２ｂ、及び第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄに、電気的に接続されている。電源２０によって、電極１２ａ〜１２ｄに電圧を印加することが可能である。たとえば両ベタ電極１２ａ、１２ｂ間に、閾値電圧以上の交流電圧を印加することで、液晶分子の配列状態を、スプレイツイスト配列からユニフォームツイスト（リバースツイスト）配列に転移させることができる。
【００６４】
上側基板１０ａ、下側基板１０ｂの液晶層１５と反対側の面には、それぞれ上側偏光板１６ａ、下側偏光板１６ｂが配置される。両偏光板１６ａ、１６ｂは、クロスニコルに、かつ、光透過軸が、上側及び下側基板１０ａ、１０ｂのラビング方向と平行になるように配置される。実施例による液晶表示素子は、ノーマリホワイトタイプの液晶表示素子である。
【００６５】
図６〜図１０を参照し、実施例による液晶表示素子の構成及び製造方法について詳細に説明する。
【００６６】
図６は、上側透明基板１１ａ上に形成されるＩＴＯ膜のパターンを示す概略的な平面図である。本図に示すＩＴＯ膜で、たとえば画素電極（各画素において上側ベタ電極１２ａを形成する電極）及び当該画素電極の取り出し電極が形成される。
【００６７】
ＩＴＯ膜パターンは、たとえば本図左右方向にＩＴＯ膜がストライプ状に延在するように形成される。本図においては、画素電極を構成するＩＴＯ膜に１２Ａ１〜１２Ａ１０の符号を付して示した。
【００６８】
ＩＴＯ膜のパターニングは、ＩＴＯ付きガラス基板を洗浄した後、フォトリソ工程を用いて行った。ＩＴＯのエッチングは、第二塩化鉄を用いたウェットエッチングで実施した。レーザビームを照射し、ＩＴＯ膜を除去することでパターニングを行ってもよい。
【００６９】
図７は、下側透明基板１１ｂ上に形成されるＩＴＯ膜のパターンを示す概略的な平面図である。本図に示すＩＴＯ膜で、たとえば画素電極（各画素において下側ベタ電極１２ｂを形成する電極）及び当該画素電極の取り出し電極が形成される。
【００７０】
ＩＴＯ膜パターンは、たとえば本図上下方向にＩＴＯ膜がストライプ状に延在するように形成される。本図においては、画素電極を構成するＩＴＯ膜の一部に１２Ｂ１〜１２Ｂ９の符号を付して示した。なお、本図上下方向と図６の左右方向は相互に直交する方向である。
【００７１】
ＩＴＯ膜のパターニングは、図６を参照して説明したＩＴＯ膜パターンの形成方法と同様の方法で行うことができる。
【００７２】
ＩＴＯ膜をパターニングした後、ＩＴＯ膜上を含む下側透明基板１１ｂ上に絶縁膜１３を形成する。絶縁膜１３は、たとえば取り出し電極１２ＢＴ１〜１２ＢＴ９部分（端子部分）には形成しない。本図においては、絶縁膜１３を形成しない領域に斜線を付した。絶縁膜１３は、取り出し電極部分等にレジストを形成し、絶縁膜成膜後にリフトオフでレジストを除去する方法、メタルマスクで取り出し電極部分等を覆った状態でスパッタにより形成する方法により形成可能である。また、絶縁膜１３は、有機絶縁膜やＳｉＯ２、ＳｉＮｘ等の無機絶縁膜とすることができる。それらの組み合わせで形成してもよい。実施例においては、アクリル系有機絶縁膜とＳｉＯ２の積層膜を絶縁膜１３として用いた。
【００７３】
実施例においては、まず取り出し電極部分等に耐熱性フィルム（ポリイミドテープ）を貼り、膜厚１μｍに有機絶縁膜をスピンコート（２０００ｒｐｍで３０秒間スピン）した。次に、有機絶縁膜がスピンコートされた下側透明基板１１ｂを、クリーンオーブンにて２２０℃で１時間焼成し、その後耐熱性フィルムを貼ったままで下側透明基板１１ｂを８０℃に加熱し、ＳｉＯ２膜をスパッタ法（交流放電）により厚さ１０００Åに成膜した。ＳｉＯ２膜は、真空蒸着法、イオンビーム法、ＣＶＤ法等を用いて成膜することもできる。
【００７４】
ここで耐熱性フィルムを剥がすと、耐熱性フィルムの貼付箇所につき、有機絶縁膜及びＳｉＯ２膜を除去することができた。続いて、ＳｉＯ２膜の絶縁性と透明性とを向上させるために、下側透明基板１１ｂをクリーンオーブンにて２２０℃で１時間焼成した。
【００７５】
ＳｉＯ２膜の形成は必須ではないが、ＳｉＯ２膜を成膜することで絶縁膜１３の絶縁性を向上させることができる。また、絶縁膜１３上に形成する第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄの密着性及びパターニング性を向上させることが可能である。
【００７６】
有機絶縁膜を形成せず、絶縁膜１３をＳｉＯ２膜のみで構成してもよい。ＳｉＯ２膜は多孔質になりやすいため、この場合には、ＳｉＯ２膜の厚さを４０００Å〜８０００Åとすることが望ましい。ＳｉＯ２膜とＳｉＮｘ膜との積層からなる無機絶縁膜１３とすることもできる。
【００７７】
絶縁膜１３上にＩＴＯ膜を形成した。ＩＴＯ膜は、下側透明基板１１ｂを１００℃に加熱し、スパッタ法（交流放電）により基板全面に成膜した。膜厚は約１２００Åとした。ＩＴＯ膜は、真空蒸着法、イオンビーム法、ＣＶＤ法等を用いて形成することもできる。このＩＴＯ膜をフォトリソ工程でパターニングし、第１櫛歯電極１２ｃ、第２櫛歯電極１２ｄ、及びそれらの電極１２ｃ、１２ｄの取り出し電極を形成した。
【００７８】
図８は、ＩＴＯ膜のエッチングに使用するフォトマスクを示す概略的な平面図である。フォトマスクは、第１櫛歯電極１２ｃ対応部分、第２櫛歯電極１２ｄ対応部分、第１櫛歯電極１２ｃの取り出し電極対応部分、第２櫛歯電極１２ｄの取り出し電極対応部分、及び下側ベタ電極１２ｂの取り出し電極対応部分を含む。エッチング時、各対応部分で覆われたＩＴＯ膜で、電極が形成される。なお、本願発明者らは、櫛状電極の櫛歯部分の電極幅を２０μｍ、３０μｍ、２つの櫛状電極の櫛歯部分を交互に配置したときの電極間隔を２０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍとする複数の電極パターンで、第１櫛歯電極１２ｃ及び第２櫛歯電極１２ｄを作製した。
【００７９】
以上のような工程を経て、電極付基板を２枚準備した（図１のステップＳ１０１）。２枚の電極付基板を洗浄し乾燥する（ステップＳ１０２）。水洗の場合は、純水洗浄を行う。洗剤を使用して行ってもよい。ブラシ洗浄、スプレー洗浄のいずれで洗浄することもできる。その後水切りをし、乾燥させる。水洗以外の方法として、ＵＶ洗浄、ＩＲ乾燥を実施することが可能である。
【００８０】
２枚の電極付基板上に、ＩＴＯ電極を覆うように配向膜材料を塗布した（ステップＳ１０３）。配向膜材料の塗布は、スピンコートを用いて行った。フレキソ印刷やインクジェット印刷を用いて行ってもよい。通常は垂直配向膜の形成に使用されるポリイミド配向膜材料の側鎖密度を低くし、配向膜材料として用いた。配向膜材料は、配向膜の厚さが５００Å〜８００Åとなるように塗布した。配向膜材料を塗布した電極付基板の仮焼成（ステップＳ１０４）、及び本焼成（ステップＳ１０５）を実施した。本焼成は１６０℃で１時間行った。１６０℃以上１８０℃以下の温度で行ってもよい。こうしてＩＴＯ電極を覆う配向膜を形成した（ステップＳ１０３〜Ｓ１０５）。
【００８１】
図９は、下側基板１０ｂに形成される下側配向膜１４ｂの形成領域の一部を示す概略的な平面図である。下側配向膜１４ｂは、たとえば第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄが配置され、画素が画定される領域に形成される。本図には、下側配向膜１４ｂの形成領域として左上の部分のみを示したが、その他の櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ配置領域についても同様である。
【００８２】
次に、ラビング処理（配向処理）を行った（ステップＳ１０６）。ラビング処理は、押し込み量を０．８ｍｍとして行った。また、液晶表示素子のツイスト角が９０°となるように実施した。
【００８３】
セル厚を４μｍとするため、一方の基板面上に、粒径４μｍのギャップコントロール材を散布した（ステップＳ１０７）。セル厚を３μｍ以上５μｍ以下とするため、粒径３μｍ以上５μｍ以下のギャップコントロール材を散布することも可能である。他方の基板面上にはシール材を印刷し、メインシールパターンを形成した（ステップＳ１０８）。２枚の基板を所定の位置で重ね合わせて（ステップＳ１０９）、シール材を硬化させた。
【００８４】
２枚の基板を重ね合わせは、液晶分子の配列が、上側基板法線方向から見て、右方向に９０°捩れるユニフォームツイスト（リバースツイスト）配列となるように、上側配向膜１４ａのラビング方向を第１の方向、下側配向膜１４ｂのラビング方向を第２の方向としたとき、第２の方向が上側基板１０ａの法線方向から見て、第１の方向を基準に、左回り方向に９０°をなす方向となるように行った。なお、ツイスト角は９０°以上１００°以下とすることができる。
【００８５】
真空注入法でネマチック液晶を注入した（ステップＳ１１０）。液晶材料には（株）メルク製のＺＬＩ２２９３を用いた。液晶中にはカイラル剤を添加した。カイラル剤には（株）メルク製のＣＢ１５を使用した。カイラル剤の添加量は、カイラルピッチをｐ、液晶層の厚さをｄとしたとき、ｄ／ｐが０．１６となるように調整した。０．０４を超え０．２５未満とすることができる。
【００８６】
液晶注入口を、紫外線硬化タイプのエンドシール材で封止し（ステップＳ１１１）、液晶分子の配向を整えるため、液晶の相転移温度以上にセルを加熱した（ステップＳ１１２）。その後、スクライバ装置で透明基板につけた傷に沿ってブレイキングし、個別のセルに小割した。小割されたセルに対し、面取り（ステップＳ１１３）と洗浄（ステップＳ１１４）を実施した。
【００８７】
最後に、２枚の基板の液晶層と反対側の面に、偏光板を貼付した（ステップＳ１１５）。２枚の偏光板はクロスニコルに、かつ透過軸の方向とラビング方向とが平行となるように配置した。直交するように配置することもできる。両基板のＩＴＯ電極（上側、下側ベタ電極１２ａ、１２ｂ、及び第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ）には電源を接続した。
【００８８】
図１０は、実施例による液晶表示素子の構造を示す概略的な平面図である。図１０には、図６〜図９に表した構造をすべて重ね合わせて示してある。左右方向に延在する横電極と、上下方向に延在する縦電極とで一つの画素が画定される。本図においては、横電極に１２Ａ１〜１２Ａ１０の符号を付して示し、縦電極の一部に１２Ｂ１〜１２Ｂ９の符号を付して示した。矢印で示したのは、横電極１２Ａ９と縦電極１２Ｂ８とが基板法線方向から見て重なる領域に画定される画素である。この画素における横電極１２Ａ９は、図５の上側ベタ電極１２ａに相当し、縦電極１２Ｂ８は下側ベタ電極１２ｂに相当する。
【００８９】
図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例による液晶表示素子の外観写真であり、図１１（Ｄ）〜（Ｆ）は、電圧印加時の電界方向を示す概略的な断面図である。なお、本図（Ａ）〜（Ｃ）に示すのは、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄの櫛歯部分の電極幅を２０μｍ、両櫛歯電極１２ｃ、１２ｄの櫛歯部分を交互に配置したときの電極間隔を２０μｍとして作製した液晶表示素子の、櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ形成領域の外観写真である。
【００９０】
図１１（Ａ）に、液晶表示素子が完成した状態（初期状態）の外観写真を示す。初期状態においては、液晶分子はスプレイツイスト配列状態となる。
【００９１】
この状態において、図１１（Ｄ）に示すように、上側ベタ電極１２ａと下側ベタ電極１２ｂとの間に電圧を印加した。両電極１２ａ、１２ｂへの電圧の印加により、液晶層には縦電界（液晶層の厚さ方向の電界）が生じる。
【００９２】
図１１（Ｂ）は、電極１２ａ、１２ｂに電圧を印加した後の外観写真である。全体がスプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態に遷移したことがわかる。逆にこのことから両電極１２ａ、１２ｂへの電圧の印加で、液晶層に縦電界が発生することが確認される。
【００９３】
次に、図１１（Ｅ）に示すように、第１櫛歯電極１２ｃと第２櫛歯電極１２ｄとの間に電圧を印加した。両電極１２ｃ、１２ｄへの電圧の印加により、液晶層には横電界（液晶層の厚さ方向と直交する方向の電界、基板面内方向の電界）が生じる。なお、第１、第２櫛歯電極１２ｃ、１２ｄへの電圧の印加により、液晶層に横電界を生じさせて、液晶表示素子を駆動する駆動モードをＩＰＳモード(in-plane switching mode)と呼ぶ。
【００９４】
図１１（Ｂ）に示す状態の液晶表示素子をＩＰＳモードで駆動したところ、初期状態と同様の状態（スプレイツイスト配列状態）に再遷移したことが確認された。
【００９５】
更に、図１１（Ｆ）に示すように、下側ベタ電極１２ｂ、第１櫛歯電極１２ｃ、第２櫛歯電極１２ｄに電圧を印加した。電極１２ｂ、１２ｃ、１２ｄへの電圧の印加によっても、液晶層には横電界が生じる。なお、電極１２ｂ、１２ｃ、１２ｄへの電圧の印加により、液晶層に横電界を生じさせて、液晶表示素子を駆動する駆動モードをＦＦＳモード(fringe field switching mode)と呼ぶ。
【００９６】
図１１（Ｃ）は、図１１（Ｂ）に示す状態の液晶表示素子をＦＦＳモードで駆動した後の外観写真である。全面が初期状態と同様の状態（スプレイツイスト配列状態）に再遷移していることがわかる。
【００９７】
本願発明者らの観察の結果、ＩＰＳモードで駆動した場合には、全面がスプレイツイスト配列状態に遷移するのではなく、櫛歯電極のパターンに対応したストライプ状にスプレイツイスト配列状態に遷移した。ＩＰＳモードにおいては、櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ間にのみ横電界が生じるためと考えられる。これに対し、ＦＦＳモードで駆動した場合に、全面がスプレイツイスト配列状態に遷移したのは、ＦＦＳモードにおいては、櫛歯電極１２ｃ、１２ｄ上にも横電界が生じるためと考えられる。実施例による液晶表示素子は、スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態とをスイッチング可能な液晶表示素子である。縦電界の印加により、前者を後者に遷移させることができる。また、横電界の印加により、後者を前者に遷移させることができる。なお、横電界の印加に関しては、開口率、光透過率、コントラスト比等の点から、ＩＰＳモードよりＦＦＳモードでの駆動が好ましい。
【００９８】
液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子が、縦電界の付加により、横方向から縦方向に傾くことで、スプレイツイスト配列状態からリバースツイスト配列状態へのスイッチングが行われるものと考えられる。また、液晶層の厚さ方向の中央付近の液晶分子が、横電界の付加により、縦方向から横方向に傾くことで、リバースツイスト配列状態からスプレイツイスト配列状態へのスイッチングが行われるものと考えられる。
【００９９】
実施例による液晶表示素子は、付加する電界の方向により、スプレイツイスト配列状態とリバースツイスト配列状態とが相互に遷移し、かつ、各々の状態が安定的に保持される液晶表示素子である。実施例による液晶表示素子においては、たとえばメモリ性を利用した表示が可能である。
【０１００】
白表示したい画素は、スプレイツイスト配列状態とし、黒表示したい画素は、リバースツイスト配列状態とする。少なくとも白表示から黒表示に変えたい画素には縦電界を加える。黒表示を維持したい画素にも、縦電界を加えてもよい。逆に、少なくとも黒表示から白表示に変えたい画素には横電界を加える。白表示を維持したい画素にも、横電界を加えてもよい。
【０１０１】
表示の書き換えは、たとえばラインごとに行うことができる。一例として、図１０において、縦電極１２Ｂ１〜１２Ｂ９のうちの１本、たとえば縦電極１２Ｂ１に、配列状態の遷移が生じない程度の矩形波（たとえば１５０Ｈｚ、５Ｖ程度）を印加する。これとともに、横電極１２Ａ６〜１２Ａ１０または第１、第２櫛歯電極に、縦電極１２Ｂ１に印加する電圧と同期したもしくは半周期ずれた矩形波（たとえば１５０Ｈｚ、５Ｖ程度）を印加する。
【０１０２】
縦電極１２Ｂ１に加えた波形と同期した波形を加えた画素においては、実効的に電圧が印加されていない状態となるため表示は変化せず、縦電極１２Ｂ１に加えた波形と半周期ずれた波形を加えた画素においては、実効的には１０Ｖ程度の電圧が印加される状態となるため、飽和電圧以上の電圧となり、白表示と黒表示との間を相互に変化させ得る。
【０１０３】
たとえば白表示したい画素には、第１、第２櫛歯電極に半周期ずれた矩形波を印加し、横電極１２Ａ６〜１２Ａ１０には電圧を印加しない。黒表示したい画素には、横電極１２Ａ６〜１２Ａ１０に半周期ずれた矩形波を印加し、第１、第２櫛歯電極には電圧を印加しない。
【０１０４】
縦電極１２Ｂ１の後、縦電極１２Ｂ２〜１２Ｂ９に対しても矩形波を印加し、同様に駆動することで、マトリクス表示が可能となる。書き換えられた表示は半永久的に保持することが可能である。
【０１０５】
実施例による液晶表示素子は、たとえば上述の線順次書き換え法（線順次駆動）等の、メモリ性を利用した駆動方法で駆動することができる。表示の書き換え時以外は電力を消費しない、超低消費電力駆動が可能である。特に反射型ディスプレイに適用した場合、メリットは大きい。また、高価なＴＦＴ等を用いることなく、単純マトリクス表示により、大容量のドットマトリクス表示を行うことができる。すなわち、低コストで大容量の表示を行うことが可能である。更に、実施例による液晶表示素子は、たとえば図１及び図６〜図１０を参照して説明した製造方法で、安価に製造することができる。
【０１０６】
図１２（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例による液晶表示素子、及び他の好ましい条件で作製した液晶表示素子の電圧−光透過率特性を示すグラフである。各グラフの横軸は、印加電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は光透過率を単位「％」で示す。実線で示す曲線はリバースツイスト配列状態（図中には「遷移後」と表示）における電圧−光透過率特性を表し、破線で示す曲線はスプレイツイスト配列状態（図中には「遷移前」と表示）におけるそれを表す。図示するのは、それぞれの配列状態において、上側、下側ベタ電極１２ａ、１２ｂ間に電圧を印加し、縦電界を生じさせた場合の電気光学特性である。なお、「遷移前」、「遷移後」の前に付した数字は、図１２（Ａ）〜（Ｃ）においてはｄ／ｐの値、図１２（Ｄ）においてはセル厚を表す。また、測定には（株）大塚電子製の液晶素子電気光学特性測定装置であるＬＣＤ５２００を使用した。
【０１０７】
図１２（Ａ）に、図４（Ａ）の条件Ａで作製した液晶表示素子（実施例による液晶表示素子）の電気光学特性を示す。電圧無印加時の両配列状態の光透過率が大きく異なっており、高コントラスト比の表示が可能であることがわかる。実施例による液晶表示素子は、コントラスト比が高く、かつ、白表示状態と黒表示状態とがともに安定的である高品質の表示を簡便に実現できる液晶表示素子である。黒表示が暗く、はっきりとした表示を行いやすい。
【０１０８】
図１２（Ｂ）に、図４（Ａ）の条件Ｂで作製した液晶表示素子の電気光学特性を示す。図１２（Ａ）に示す例にはやや劣るものの、やはり電圧無印加時の両配列状態の光透過率が大きく異なり、高コントラスト比、高品質の表示が可能である。なお、図１２（Ａ）に示す電気光学特性と図１２（Ｂ）に示すそれとでは、光透過率のｄ／ｐに対する依存性の傾向が逆になっている。この原因の詳細は不明であるが、作製条件によって最適な電気光学特性を得るためのｄ／ｐの傾向が異なることがわかる。
【０１０９】
図１２（Ｃ）は、図４（Ａ）の条件Ｄで作製した液晶表示素子の電気光学特性である。図１２（Ａ）に示す例と大きくは相違せず、高コントラスト比、高品質の表示が可能である。また、図１２（Ｃ）に示す例では、光透過率のｄ／ｐに対する依存性が小さく、ｄ／ｐに対して安定していることがわかる。
【０１１０】
図１２（Ｄ）に、セル厚による電気光学特性の相違を示す。セル厚を３μｍ、４μｍ、５μｍのいずれとしたときも、リバースツイスト配列状態の電圧無印加時、比較的暗い黒表示が得られることがわかる。液晶材料を最適化することで、どのセル厚でも比較的明るい光透過率と、高いコントラスト比とを両立できると考えられる。
【０１１１】
図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、実施例による液晶表示素子の視角−コントラスト特性を示すグラフである。両グラフにおいて、横軸は最良視認方向における視角（極角、基板法線方向からの傾き角）を単位「°」で表す。リバースツイスト配列状態において、液晶層厚さ方向の中央の液晶分子が立ち上がっている方向が最良視認方向となる。また縦軸は、コントラスト比を表す。コントラスト比は、スプレイツイスト配列状態（白表示）での光透過率を、リバースツイスト配列状態（黒表示）での光透過率で除した値である。
【０１１２】
図１３（Ａ）に示すように、実施例による液晶表示素子においては、約４０°の視角（極角）において、１６以上のコントラスト比が得られている。
【０１１３】
図１３（Ｂ）には、実施例による液晶表示素子の視角−コントラスト特性（実線）とともに、たとえば図３（Ｃ）に表示外観を示した、従来の液晶表示素子の視角−コントラスト特性（破線）を示す。図示されるように、従来の液晶表示素子においては、視角（極角）によらず、コントラスト比は１前後である。また、従来の液晶表示素子のコントラスト比の最大値は１．０９であった。実施例による液晶表示素子は、広い視角範囲において、高コントラスト比が実現された、表示品質の高い液晶表示素子であることがわかる。
【０１１４】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１１５】
たとえば、実施例においては、偏光板をクロスニコルに配置しノーマリホワイト表示の液晶表示素子としたが、偏光板を平行ニコルに配置しノーマリブラック表示の液晶表示素子としてもよい。ただノーマリホワイトとした方が高コントラスト比での表示を実現しやすいであろう。ノーマリホワイト表示の場合、良好な黒表示を得るためには、上側及び下側偏光板１６ａ、１６ｂの透過軸方向のなす角度は、９０°付近であることが望ましい。
【０１１６】
なお、実施例においては上側及び下側偏光板１６ａ、１６ｂとして光透過率が比較的低いタイプを使用したため、たとえば図１２（Ａ）に示すように白表示（スプレイツイスト配列状態）の光透過率が１５％〜２０％程度となっているが、光透過率が比較的高いタイプを使用すると、白表示の光透過率をたとえば２５％〜３０％程度とすることが可能であろう。
【０１１７】
また、実施例においてはツイスト角を９０°としたが、その他の角度とすることもできる。その場合、白表示での明るさを明るくするために、液晶層内のリターデーション値を調整する必要があろう。
【０１１８】
更に、実施例においては下側基板１０ｂにのみ、横電界を生じさせる電極を形成したが、下側基板１０ｂだけでなく、上側基板１０ａにも形成することができる。横電界を生じさせる電極は、上側基板１０ａ、下側基板１０ｂのうちの少なくとも一方に形成すればよい。
【０１１９】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
液晶表示素子全般、たとえば単純マトリクス駆動を行う液晶表示素子全般に利用することができる。また、低消費電力、広い視角特性、低価格等が求められる液晶表示素子に利用可能である。
【０１２１】
メモリ性を有する点からは、たとえば省電力で頻繁な書き換えを必要としない情報機器（パーソナルコンピュータ、携帯情報端末等）の表示面等、反射型、透過型、投射型のディスプレイに好ましく適用可能である。また、磁気記録ないし電気記録されたカードの情報表示面、児童用玩具、電子ペーパー等に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１０ａ  上側基板
１０ｂ  下側基板
１１ａ  上側透明基板
１１ｂ  下側透明基板
１２ａ  上側ベタ電極
１２ｂ  下側ベタ電極
１２ｃ  第１櫛歯電極
１２ｄ  第２櫛歯電極
１３  絶縁膜
１４ａ  上側配向膜
１４ｂ  下側配向膜
１５  液晶層
１６ａ  上側偏光板
１６ｂ  下側偏光板
２０  電源
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図３】
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【図４】
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【図１１】
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