(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の透明基板の一方の面に、無作為の位置に穴を有する透明電極層を有し、該第１の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第１の電極・配向層基板と、
第２の透明基板の一方の面に、無作為の位置に穴を有する透明電極層を有し、該第２の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第２の電極・配向層基板と、
上記第１及び第２の電極・配向層基板を、該電極・配向層基板の配向処理層を向かい合わせて、かつ、空隙を形成して支持するスペーサと、
上記空隙に封入する液晶材料と、
上記第１及び第２の電極・配向層基板のそれぞれの外側に、偏光方向が直交するように配設した偏光板とより成ることを特徴とする、液晶表示素子。
【請求項２】
第１の透明基板の一方の面に、無作為の位置に穴を有する透明電極層を有し、第１の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第１の電極・配向層基板と、
第２の透明基板の一方の面に、透明電極層を有し、他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第２の電極・配向層基板と、
上記第１及び第２の電極・配向層基板を、該電極・配向層基板の配向処理層を向かい合わせて、かつ、空隙を形成して支持するスペーサと、
上記空隙に封入する液晶材料と、
上記第１及び第２の電極・配向層基板のそれぞれの外側に、偏光方向が直交するように配設した偏光板とより成ることを特徴とする、液晶表示素子。
【請求項３】
前記液晶材料が、ネマチック性の液晶材料であることを特徴とする、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及び第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、該第１及び第２の電極・配向層基板面に垂直であることを特徴とする、請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項５】
前記第１及び第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、該第１及び第２の電極・配向層基板面に平行、かつ、同一方向であることを特徴とする、請求項１または２に記載の液晶表示素子。
【請求項６】
前記第１及び第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、該第１及び第２の電極・配向層基板面に平行であり、かつ、互いに垂直であることを特徴とする、請求項２に記載の液晶表示素子。
【請求項７】
前記第１の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、該第１の電極・配向層基板面に垂直であり、該第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、該第２の電極・配向層基板面に平行であることを特徴とする、請求項２に記載の液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回折現象が無いマルチドメイン液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶テレビ、あるいはコンピューターディスプレイ等に代表されるように液晶の需要は止まるところを知らない。特に近年、液晶画面を斜めから見たときに生ずる、コントラストの低下や表示反転等の狭視野角特性が、マルチドメイン化技術によって改善されてからは、さらに需要が拡がっている。
マルチドメイン化技術には、Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ表示法、ＭＶＡ表示方法等がある。Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ表示法は、一方の基板の電極を櫛形に配置し、液晶の配向変形を基板と平行の方位角方向に誘起するドメインを形成し、広視野角を実現する方法である。ＭＶＡ表示方法は、基板上に周期的に突起物を設けてマルチドメイン化し、暗状態を垂直配向により実現することで高コントラスト比を実現し、かつ分割されたマルチドメインにより広視野角化を実現するようにしたものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来のマルチドメイン化技術を用いた画像ディスプレイは、ドメイン毎の複数の特定の方向に放射する光源が、画素間隔を周期として配列されるため、回折現象が生じる。この回折現象は、人間の感覚としては、画面のぎらつき感として知覚され、あまり、大きすぎると不快感となる。このため、マルチドメイン化もあまり大きくすることができず、従ってなお、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ−Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）等の発光型ディスプレイと比べて、視野角が狭いという課題がある。以下に、液晶画面で生じる回折現象の実例を示す。
【０００４】
図１０は、回折現象の測定に用いたマルチドメイン化液晶表示素子の構造を示す図である（文献：Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３９，５３２（２０００）参照）。この図１０は、液晶表示素子を上から眺めた構造を示しており、下側電極と上側電極はジグザグ形状に構成されており、かつ、下側電極は、２つに分割されている。この構造にすると、図からわかるように、液晶分子の配向方向は４方向存在するようになり、すなわち、マルチドメイン化するため視野角が広くなる。
図１１は、この液晶素子を画素として配列した液晶画面の回折現象を示す図である。画素面積は１０μｍ×１０μｍ、画素間隔は１５μｍである。なお、回折現象を見易くするため、Ｈｅ−Ｎｅレーザ単色光源を使用して測定した。この図から、マルチドメイン化による回折パターンが生じていることがわかる。
【０００５】
このように、マルチドメイン化技術によって液晶ディスプレイの視野角は大幅に改善されたのであるが、さらに視野角を拡げようとすると、回折現象が顕著になるという課題が残されている。
【０００６】
上記課題に鑑み、本発明は、視野角が広く、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の液晶表示素子の第１の構成によれば、第１の透明基板の一方の面に、無作為の位置に穴を有する透明電極層を有し、第１の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第１の電極・配向層基板と、第２の透明基板の一方の面に、無作為の位置に穴を有する透明電極層を有し、第２の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第２の電極・配向層基板と、第１及び第２の電極・配向層基板を、電極・配向層基板の配向処理層を向かい合わせて、かつ、空隙を形成して支持するスペーサと、空隙に封入する液晶材料と、第１及び第２の電極・配向層基板のそれぞれの外側に、偏光方向が直交するように配設した偏光板とから成ることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の液晶表示素子の第２の構成によれば、第１の透明基板の一方の面に、無作為の位置に穴を有する透明電極層を有し、第１の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第１の電極・配向層基板と、第２の透明基板の一方の面に、透明電極層を有し、第２の透明基板の他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層を有する第２の電極・配向層基板と、第１及び第２の電極・配向層基板を、電極・配向層基板の配向処理層を向かい合わせて、かつ、空隙を形成して支持するスペーサと、空隙に封入する液晶材料と、第１及び第２の電極・配向層基板のそれぞれの外側に、偏光方向が直交するように配設した偏光板とより成ることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、第１及び第２の電極・配向層基板の透明電極層間に電圧を印加した場合に、穴の無い部分の電界は基板に垂直方向を向くが、穴近傍の電界の方向は、基板の垂直方向から傾き、穴の中心軸を中心として広い角度で分散する。電界の方向が広い角度で分散するので、穴近傍の液晶分子の配向方向が、穴の中心軸を中心として広い角度で分散し、極めて広い視野角が得られる。穴は無作為（ランダム）に分布させるから、この液晶表示素子を画素として多数配列しても回折現象は生じない。
【００１０】
また、用いる液晶材料がネマチック性の液晶材料であれば、電界による液晶分子の配向が生じやすく好適である。
また、第１及び第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、第１及び第２の電極・配向層基板面に垂直であれば、ホメオトロピック分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子を形成することができる。
【００１１】
また、第１及び第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、第１及び第２の電極・配向層基板面に平行、かつ、同一方向であれば、ホモジニアス分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子が形成できる。
【００１２】
また、第１及び第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が第１及び第２の電極・配向層基板面に平行であり、かつ、互いに垂直であれば、ツイスト分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子が形成できる。
【００１３】
また、第１の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、第１の電極・配向層基板面に垂直であり、第２の電極・配向層基板の配向処理層の配向方向が、第２の電極・配向層基板面に平行であれば、ハイブリッド分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子が形成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の液晶表示素子に用いる透明電極層の構成を示す図である。
図は、透明電極層１を真上から見た図であり、透明電極層１の一部を示している。本発明の液晶表示素子に用いる透明電極層１は、透明基板２の一方の面に設けられ、透明電極材料３と、無作為（ランダム）な位置に設けた透明電極材料３が無い部分、すなわち、穴４を有している。透明電極材料３は、ＮＥＳＡ膜、ＩＴＯ膜等の周知の透明電極材料である。穴４の径は、フォトリソグラフィ、あるいは、ＥＢリソグラフィで形成可能な大きさであり、小さければ小さい程良い。穴４の密度は、液晶表示素子の用途によって適宜増減することができる。また、穴の形状は、図１に示した円形のみでなく、任意の形状で良く、また、種々の形状の穴が混在していても良い。
無作為位置に穴を形成するには、例えば、無作為な位置に穴パターンを有する電極作製用マスクを使用すれば良く、無作為な位置に穴パターンを有するマスクは、マスク作製時に、乱数発生関数を用いて穴位置を無作為に抽出することによって容易に形成することができる。
【００１５】
図２は、図１に示した透明電極層１を用いた、本発明の液晶表示素子の構成を示す断面図である。図において、本発明の液晶表示素子２０は、透明基板５の一方の面に、無作為の位置に穴４を有する透明電極層１を有し、他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層６を有する第１の電極・配向層透明基板７と、透明基板８の一方の面に、無作為の位置に穴４を有する透明電極層１を有し、他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層９を有する第２の電極・配向層基板１０と、第１の電極・配向層基板７の配向処理層６と第２の電極・配向層基板１０の配向処理層９とを向かい合わせて、かつ、配向処理層６と配向処理層９との間に空隙を形成して支持するスペーサ１１と、空隙に封入する液晶材料１２と、第１の電極・配向層基板７及び第２の電極・配向層基板１０のそれぞれの外側に、偏光方向が直交するように配設した偏光板１３，１４とから構成される。
なお、第１の電極・配向層基板７の透明電極層１と、第２の電極・配向層基板１０の透明電極層１の穴パターンは異なったものを用いる。
【００１６】
図３は、図１に示した透明電極層１を用いた、本発明の液晶表示素子の他の実施の形態を示す断面図である。図において、本発明の液晶表示素子３０は、透明基板５の一方の面に、穴の存在しない、すなわち、全面が透明電極である透明電極層１５を有し、他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層６を有する第１の電極・配向層透明基板１６と、透明基板８の一方の面に、無作為の位置に穴４を有する透明電極層１を有し、他方の面に、液晶配向処理を施した配向処理層９を有する第２の電極・配向層基板１０と、第１の電極・配向層基板１６の配向処理層６と第２の電極・配向層基板１０の配向処理層９とを向かい合わせて、かつ、配向処理層６と配向処理層９との間に空隙を形成して支持するスペーサ１１と、空隙に封入する液晶材料１２と、第１の電極・配向層基板１６及び第２の電極・配向層基板１０のそれぞれの外側に、偏光方向が直交するように配設した偏光板１３，１４とから構成される。
この構成は、図２の実施形態の構成と比べると、無作為の位置に穴４を有する透明電極層１が一方の電極・配向層基板１０のみに形成するところが異なる。
なお、本発明の液晶素子は、無作為の位置に穴４を有する透明電極層１を有することを特徴としており、上記図２、図３に示す実施態様の構成に限らず、他の構成も可能である。
【００１７】
図４は、本発明の液晶表示素子の他の構成例を示す図である。
図４（ａ）は、図２の構成において、第１の電極・配向層透明基板７と偏光板１３との間、及び第２の電極・配向層透明基板１０と偏光板１４との間に透明支持基板１７，１７を付加した構成である。
また、図４（ｂ）は、図３の構成において、第１の電極・配向層透明基板１６と偏光板１３との間、及び第２の電極・配向層透明基板１０と偏光板１４との間に透明支持基板１７，１７を付加した構成である。
これらの構成の液晶表示素子は、図２，図３の液晶表示素子と作用は同じであるが、透明支持基板１７を有することによって、機械的強度が増し、また、製造が容易になる。
【００１８】
次に、本発明の液晶表示素子の動作を説明する。
図５は、本発明の液晶表示素子の動作を説明するための断面模式図である。図において、短い縦線１８は誘電率異方性が正のネマチック性液晶分子を表し、線の方向が液晶分子１８の配向方向を表している。なお、配向処理層６，９は図示を省略しているが、配向処理層の配向方向が基板面に垂直なホメオトロピック型分子配列の場合を示している。図５（ａ）は、上下の透明電極層１に電圧を印加しない状態（ＯＦＦ状態）の液晶分子１８の配向を表しており、図５（ｂ）は上下の透明電極層１に電圧を印加した状態（ＯＮ状態）の液晶分子１８の配向を表している。
図５（ａ）に示すように、電圧を印加しない状態では、上下に電極がある部分の液晶分子も、穴がある部分の液晶分子も配向処理層の配向方向に従って、基板面に垂直方向に配向し、光が透過しないＯＦＦ状態となる。
電圧を印加した状態では、図５（ｂ）に示すように、上下に電極がある部分の電界方向は基板面に垂直であるが、穴の近傍の電界方向は、穴の中心軸方向を中心として広い角度範囲に亘って分散する。このため、液晶分子の配向方向が広い角度範囲に亘って分散してマルチドメイン化するので、視野角が広くなり、かつ、穴が無作為（ランダム）に分布しているので、この液晶表示素子を多数配列した画像ディスプレイ装置は、回折現象が生じない。
【００１９】
上記例では、配向処理層６，９の配向処理を、配向方向が基板面に垂直なホメオトロピック型分子配列の場合を説明したが、勿論、配向処理層６，９の配向処理を基板面に平行、かつ、同一方向にすれば、ホモジニアス分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子が形成できる。
また、配向処理層６，９の配向処理を基板面に平行、かつ、互いに垂直にすれば、ツイスト分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子が形成できる。
さらに、配向処理層６の配向方向を基板面に垂直に、配向処理層９の配向方向を基板面に平行にすれば、ハイブリッド分子配列型の、広視野角、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子を形成することができる。
【００２０】
次に、実施例を示す。
本実施例では、図１に示した電極層として、穴の径が８μｍ、穴の密度が２．８×１０5 ｃｍ-2のものを使用した。使用した液晶は、正の誘電率異方性を有する、ＧＲ−６３（誘電率異方性Δε＝１３．７、屈折率異方性Δｎ＝０．１５７４）と、負の誘電率異方性を有する、ＭＬＣ−２０３８（誘電率異方性Δε＝−５．０、屈折率異方性Δｎ＝０．１０３２）を用いた。配向は基板に垂直な配向とし、配向処理にはＯＤＳＥを用いた。電圧−透過率測定は、１ｋＨｚの方形波を印加し、偏光顕微鏡、フォトマルチプライヤーを用いて測定した。
図６は、作製した液晶表示素子の偏光顕微鏡写真であり、図６（ａ）はＧＲ−６３、図６（ｂ）はＭＬＣ−２０３８の偏光顕微鏡写真であり、印加電圧は１０ｖｏｌｔである。
図６（ａ）において、暗い背景色部分は、上下に電極層がある部分に対応し、均一な暗い背景色をなしていることから、液晶分子が均一に配向していることがわかる。円形の部分は穴位置に対応し、背景色と異なる色を呈すること及びクロスパターンを有することから、液晶分子の配向が、半球状の放射状配列をしていると考えられる。
図６（ｂ）においては、穴部分の干渉色が種々に変化することから、液晶分子の配向が乱れていることがわかる。これは、誘電率異方性が負のＭＬＣ−２０３８液晶の場合には、負の誘電率異方性に従って液晶分子の配向変化が大きいためである。
【００２１】
図７は、本実施例の液晶表示素子の印加電圧−透過率特性を示す図であり、図７（ａ）はＧＲ−６３、図７（ｂ）はＭＬＣ−２０３８の印加電圧−透過率特性を示す図である。
図７（ａ）に示すように、ＧＲ−６３はしきい値の無い特性を示し、コントラスト比は１３：１であった。図７（ｂ）に示すように、ＭＬＣ−２０３８は、２ｖのしきい値を有し、コントラスト比は５６：１であった。
これらの図から、穴を有する本発明の液晶表示素子は、印加電圧−透過率特性及びコントラスト特性に何ら問題がないことがわかる。
【００２２】
図８は、本発明の液晶表示素子の応答時間特性を示す図であり、図８（ａ）はＧＲ−６３、図８（ｂ）はＭＬＣ−２０３８の応答時間特性を示す。
横軸は印加電圧であり、各印加電圧において、電圧を印加してから最大透過率の９０％に至る時間をτon（○）、電圧をＯＦＦしてから最大透過率の１０％に至る時間をτoff （●）として表している。
これらの図から、穴を有する本発明の液晶表示素子は、応答時間特性に何ら問題がないことがわかる。
【００２３】
図９は、本実施例の液晶表示素子の視野角特性を示す図である。横軸は液晶表示素子面に垂直な方向からの傾き角度、すなわち、視野角を表し、縦軸は各視野角方向の液晶透過率を示している。図において、○、△、□、●、▲、■は、印加電圧の違いを表し、それぞれ、最大透過率を与える印加電圧の１００％、８０％、６０％、４０％、２０％、０％を表す。
図から明らかなように、本実施例の液晶表示素子は、約±５０°にわたって十分な透過率を有しており、極めて視野角が広いことがわかる。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明によれば、透明電極層が無作為に分布した穴を有するので、穴近傍の液晶分子の配向方向が広い角度で分散し、極めて広い視野角が得られる。穴は無作為（ランダム）に分布させるから、この液晶表示素子を画素として多数配列しても回折現象が生じない。本発明によれば視野角が広く、かつ、回折現象の生じない液晶表示素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示素子に用いる透明電極層の構成を示す図である。
【図２】図１に示した透明電極層を用いた、本発明の液晶表示素子の構成を示す断面図である。
【図３】図１に示した透明電極層を用いた、本発明の液晶表示素子の他の実施の形態を示す断面図である。
【図４】本発明の液晶表示素子の他の構成例を示す図である。
【図５】本発明の液晶表示素子の動作を説明するための断面模式図である。
【図６】作製した液晶表示素子の偏光顕微鏡写真であり、（ａ）はＧＲ−６３、（ｂ）はＭＬＣ−２０３８の偏光顕微鏡写真であり、印加電圧は１０ｖｏｌｔである。
【図７】本実施例の液晶表示素子の印加電圧−透過率特性を示す図であり、（ａ）はＧＲ−６３、（ｂ）はＭＬＣ−２０３８の印加電圧−透過率特性を示す図である。
【図８】本発明の液晶表示素子の応答時間特性を示す図であり、（ａ）はＧＲ−６３、（ｂ）はＭＬＣ−２０３８の応答時間特性を示す図である。
【図９】本実施例の液晶表示素子の視野角特性を示す図である。
【図１０】回折現象の測定に使用したマルチドメイン化液晶表示素子の構造を示す図である。
【図１１】図１０の液晶素子を画素として配列した液晶画面の回折現象を示す図である。
【符号の説明】
１      本発明の透明電極層
２      透明基板
３      電極材料
４      穴
５      透明基板
６      液晶配向層
７      第１の電極・配向層基板
８      透明基板
９      液晶配向層
１０    第２の電極・配向層基板
１１    スペーサ
１２    液晶材料
１３    偏向子
１４    偏向子
１５    透明電極層
１６    第１の電極・配向層基板
１７    透明支持基板
１８    液晶分子
【図１】
0003723834.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１１】
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