(57)【要約】【課題】１つの素子（装置）でノーマリーブラック表示とノーマリーホワイト表示を自在に切り替えること。【解決手段】液晶素子において、第１基板と第２基板は液晶層の液晶分子にねじれを含んだ第１配向状態を生じ得るように、各々への配向処理方向のなす角度を１４０°以上１８０°以下として配置され、液晶層は第１配向状態とは異なる方向のねじれを含んだ第２配向状態を生じさせ得るカイラル材を含む。電界制御手段は、第１配向状態の液晶層に対して層厚方向の電界を印加することで液晶層の液晶分子の配向方向を層厚方向へ弾性変形させる第１モードと、第２配向状態の液晶層に対して層厚方向に直交する方向の電界を印加することで液晶層の液晶分子の配向方向を層厚方向と直交する方向へ弾性変形させる第２モードと、を選択的に実行する。【選択図】図５
2015172708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々の一面に配向処理が施されており、対向配置された第１基板及び第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板の間に設けられた液晶層と、
前記液晶層に電界を与えるための電界印加手段と、
前記電界印加手段によって与えられる前記電界を制御する電界制御手段と、
を含み、
前記第１基板及び前記第２基板は、前記配向処理による配向規制力によって前記液晶層の液晶分子にねじれを含んだ第１配向状態を生じ得るように、各々への配向処理方向のなす角度を１４０°以上１８０°以下として配置され、
前記液晶層は、前記液晶層の前記液晶分子に前記第１配向状態とは異なる方向のねじれを含んだ第２配向状態を生じさせ得るカイラル材を含み、当該液晶層の層厚方向の電界が与えられることによって前記第２配向状態から前記第１配向状態へ遷移し、かつ、前記層厚方向に直交する方向の電界が与えられることによって前記第１配向状態から前記第２配向状態へ遷移し、
前記電界制御手段は、前記第１配向状態である前記液晶層に対して前記層厚方向の電界を印加することで前記液晶層の液晶分子の配向方向を前記層厚方向へ弾性変形させることと、前記第２配向状態である前記液晶層に対して前記層厚方向に直交する方向の電界を印加することで前記液晶層の液晶分子の配向方向を前記層厚方向と直交する方向へ弾性変形させることを選択的に実行する、
液晶素子。
【請求項２】
前記液晶層の前記第１配向状態におけるねじれ角が１４０°以上１８０°以下であり、前記第２配向状態におけるねじれ角が０°以上４０°以下である、
請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】
前記第１配向状態におけるねじれ角が略１８０°であり、前記第２配向状態におけるねじれ角が略０°である、
請求項２に記載の液晶素子。
【請求項４】
前記電界印加手段によって電界を印加される領域は、それぞれ個別に電界印加できる表示部と背景部を含み、
前記電界制御手段は、前記第１モード及び前記第２モードのいずれにおいても前記表示部において前記液晶層に前記弾性変形が生じ、前記背景部においては前記第１配向状態又は前記第２配向状態が維持されるように前記電界印加手段による前記電界を制御する、
請求項１〜３の何れか１項に記載の液晶素子。
【請求項５】
前記第１基板及び前記第２基板を挟んで対向配置される一対の偏光板を更に含み、
前記一対の偏光板は、その一方の偏光軸を前記第２配向状態における前記液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の方向と略平行にして配置される、
請求項１〜４の何れか１項に記載の液晶素子。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載の液晶素子を用いて構成された、液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの配向状態間の遷移を利用した新規な液晶素子及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許第２５１０１５０号公報（特許文献１）には、対向配置された一対の基板のそれぞれに施された配向処理方向の組み合わせで規制される旋回方向とは逆の旋回方向に液晶分子を捻れ配向させることにより、電気光学特性を向上させた液晶表示装置が開示されている（先行例１）。また、特開２００７−２９３２７８号公報（特許文献２）には、対向配置された一対の基板のそれぞれに施された配向処理方向の組み合わせで規制される旋回方向（第１旋回方向）とは逆の旋回方向（第２旋回方向）に捻れるカイラル剤を添加しながらも、液晶分子を上述の第１旋回方向にねじれ配向させることによって液晶層内の歪みを増加させ、それによりしきい値電圧を低下させて低電圧駆動を可能とする液晶素子が開示されている（先行例２）。
【０００３】
ところで、上記した先行例１の液晶表示装置は、逆ねじれの配向状態が不安定であり、液晶層に対して比較的高い電圧を印加することにより逆ねじれの配向状態を得ることは可能であるものの、時間経過とともに順ねじれの配向状態に遷移してしまうという不都合がある。また、先行例２の液晶素子は、上記したようにしきい値電圧を低下させるメリットがあるが、電圧をオフにするとすぐに（例えば数秒程度）順ねじれの配向状態に遷移してしまい、逆にしきい値電圧を高くしてしまうという不都合がある。また、先行例１、２の何れにおいても、順ねじれと逆ねじれの２つの配向状態を表示等の用途として積極的に利用することについては想定されていかなった。すなわち、双安定性を積極利用するために必要な構成、駆動方法等の技術思想についての開示、示唆はともに全く存在しなかった。
【０００４】
そこで、本願発明者らは上記した先行例における不都合を解消し得る新規なリバースＴＮ型の液晶素子について検討を進めている。例えば、特開２０１１−２０３５４７号公報（特許文献３）には、初期状態ではスプレイツイスト配向であるが縦電界を印加するとリバースツイスト配向で安定するリバースＴＮ（Reverse  Twisted  Nematic）型の液晶素子に関する技術が開示されている。また、本願発明者らは、上記したリバースＴＮ型の液晶素子を用いた液晶表示装置の一形態として、複数の液晶素子を配列し、薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を用いて各液晶素子を個別に駆動する液晶表示装置についても検討を進めている。ここで、水平電界を用いた駆動を行うためのスイッチング素子および電極の構造例は、例えば特許第４２３８８７７号公報（特許文献４）に開示されている（先行例４）。しかしながら、この先行例４に開示されるようなスイッチング素子および電極の構造は、本願発明者らによる新規なリバースＴＮ型の液晶素子を駆動するには適していない。
【０００５】
ところで、特許文献３に開示されるリバースＴＮ型の液晶素子は、そのメモリー性を利用して静止画表示を行うことは可能であったが、基本的に２つの配向状態間のいずれかを選択的に用いるものであるため、中間調表示や動画表示に対応する光制御には適していなかった。また、これは上記したリバースＴＮ型の液晶素子に限られず液晶素子一般におけることであるが、ノーマリーホワイト表示とノーマリーブラック表示を両立可能な液晶素子は存在しなかった。例えば、カーナビ装置やその他自動車内に設置される電子機器の表示部として用いられるディスプレイでは、昼間はノーマリーホワイト表示（明るい表示）で夜間はノーマリーブラック表示（眩しさの抑えられた表示）というように表示モードの切り替えが可能なディスプレイが期待されているがそのような期待に応えるディスプレイは現時点において存在しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２５１０１５０号公報
【特許文献２】特開２００７−２９３２７８号公報
【特許文献３】特開２０１１−２０３５４７号公報
【特許文献４】特許第４２３８８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明に係る具体的態様は、１つの素子（装置）でノーマリーブラック表示とノーマリーホワイト表示を自在に切り替え可能な液晶素子等を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る一態様の液晶素子は、（ａ）各々の一面に配向処理が施されており、対向配置された第１基板及び第２基板と、（ｂ）前記第１基板と前記第２基板の間に設けられた液晶層と、（ｃ）前記液晶層に電界を与えるための電界印加手段と、（ｄ）前記電界印加手段によって与えられる前記電界を制御する電界制御手段と、を含み、（ｅ）前記第１基板及び前記第２基板は、前記配向処理による配向規制力によって前記液晶層の液晶分子にねじれを含んだ第１配向状態を生じ得るように、各々への配向処理方向のなす角度を１４０°以上１８０°以下として配置され、（ｆ）前記液晶層は、前記液晶層の前記液晶分子に前記第１配向状態とは異なる方向のねじれを含んだ第２配向状態を生じさせ得るカイラル材を含み、当該液晶層の層厚方向の電界が与えられることによって前記第２配向状態から前記第１配向状態へ遷移し、かつ、前記層厚方向に直交する方向の電界が与えられることによって前記第１配向状態から前記第２配向状態へ遷移し、（ｇ）前記電界制御手段は、前記第１配向状態である前記液晶層に対して前記層厚方向の電界を印加することで前記液晶層の液晶分子の配向方向を前記層厚方向へ弾性変形させることと、前記第２配向状態である前記液晶層に対して前記層厚方向に直交する方向の電界を印加することで前記液晶層の液晶分子の配向方向を前記層厚方向と直交する方向へ弾性変形させることを選択的に実行する、液晶素子である。
【０００９】
上記構成によれば、第１配向状態と第２配向状態の間の遷移を利用することでメモリー性を利用した光制御が可能となる。また、第２配向状態においてさらに液晶層の層厚方向に対して直交方向の電界を用いることによって電界の大きさに応じて液晶層の液晶分子に水平方向での配向変化を生じさせること、並びに第１配向状態においてさらに液晶層の層厚方向の電界を用いることで電界の大きさに応じて液晶層の液晶分子に垂直方向での配向変化を生じさせることで、中間調表示や動画表示に対応する光制御が可能となる。そして、偏光板の配置の設定により、第１配向状態と第２配向状態の一方をノーマリーホワイト表示に対応付け、他方をノーマリーブラック表示に対応づけることで、２つの表示モード間を自在に切り替えて動画表示等に対応した光制御を行うことができる。
【００１０】
上記の液晶素子においては、前記液晶層の前記第１配向状態におけるねじれ角が１４０°以上１８０°以下であり、前記第２配向状態におけるねじれ角が０°以上４０°以下であることが好ましく、さらに、前記第１配向状態におけるねじれ角が略１８０°であり、前記第２配向状態におけるねじれ角が略０°であることが好ましい。
【００１１】
上記構成によれば、コントラスト比をより高めることができる。
【００１２】
上記の液晶素子において、前記電界印加手段によって電界を印加される領域は、それぞれ個別に電界印加できる表示部と背景部を含み、前記電界制御手段は、前記第１モード及び前記第２モードのいずれにおいても前記表示部において前記液晶層に前記弾性変形が生じ、前記背景部においては前記第１配向状態又は前記第２配向状態が維持されるように前記電界印加手段による前記電界を制御する、ことも好ましい。
【００１３】
上記構成によれば、ノーマリーホワイト表示およびノーマリーブラック表示のそれぞれをより良好に実現することができる。
【００１４】
上記の液晶素子は、前記第１基板及び前記第２基板を挟んで対向配置される一対の偏光板を更に含み、前記一対の偏光板は、その一方の偏光軸を前記第２配向状態における前記液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の方向と略平行にして配置される、ことが好ましい。この場合において、他方の偏光軸は、例えば一方の偏光軸と直交させてもよいし、平行としてもよいし、その他任意の角度を持たせて配置してもよい。
【００１５】
上記構成によれば、コントラスト比を高めることができる。
【００１６】
本発明に係る一態様の液晶表示装置は、上記した液晶素子を用いて構成された、液晶表示装置である。
【００１７】
上記の構成によれば、１つの装置でノーマリーブラック表示とノーマリーホワイト表示を自在に切り替え可能な液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１はリバースＴＮ型液晶素子の原理を概略的に示す模式図である。
【図２】図２（Ａ）は、リバースツイスト状態からスプレイツイスト状態へ遷移させる際の液晶層の配向状態と電界方向の関係について説明するための概念図である。図２（Ｂ）は、スプレイツイスト状態からさらに配向変化させる際の概念図である。
【図３】図３（Ａ）、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、それぞれ配向処理方向と横電界との関係を示す図である。
【図４】図４は、リバースＴＮ型の液晶素子におけるねじれ角０°の場合の配向分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】図５（Ａ）は、第１実施形態のリバースＴＮ型の液晶素子の素子構造を示す模式断面図である。図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、リバースＴＮ型の液晶素子の表示部と背景部を説明するための模式平面図である。
【図６】図６は、第２実施形態のリバースＴＮ型液晶素子の構成例を示す断面図である。
【図７】図７は、図６に示すリバースＴＮ型液晶素子の平面図である。
【図８】図８は、第３実施形態のリバースＴＮ型液晶素子の構成例を示す断面図である。
【図９】図９は、図８に示すリバースＴＮ型液晶素子の平面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、第４実施形態のリバースＴＮ型液晶素子の構成例を模式的に示す断面図である。図１０（Ｂ）は、液晶パネルにおける下側基板のラビング方向ＲＬ、上側基板のラビング方向ＲＵのなす角度φを説明する図である。
【図１１】図１１は、第４実施形態のリバースＴＮ型液晶素子の構成例を示す断面図である。
【図１２】図１２は、第５実施形態の液晶表示装置の構成例を模式的に示す図である。
【図１３】図１３（Ａ）〜１３（Ｄ）は、実施例の液晶素子の正面観察像である。
【図１４】図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）は、実施例の液晶素子の電気光学特性（Ｖ−Ｔ特性）を示す図である。
【図１５】図１５は、実施例の液晶素子と同一条件の液晶セルについてシミュレーションによって求めた視角特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（基本構造）
図１は、リバースＴＮ型液晶素子の原理を概略的に示す模式図である。リバースＴＮ型液晶素子は、基本的な構成として、対向配置された上側基板１および下側基板２と、それらの間に設けられた液晶層３を備える。上側基板１と下側基板２のそれぞれの表面にはラビング処理に代表される配向処理が施される。これらの配向処理方向（図中に矢印で示す）が互いに交差するようにして上側基板１と下側基板２とが相対的に配置される。液晶層３は、ネマチック液晶材料を上側基板１と下側基板２の間の注入することによって形成される。この液晶層３には、液晶分子をその方位角方向において特定の方向（図示の例では右旋回方向）にねじれさせる作用を生じるカイラル材が添加された液晶材料が用いられる。上側基板１と下側基板２の相互間隔（セル厚）をｄ、カイラル材のカイラルピッチをｐとすると、これらの比ｄ／ｐの値は、例えば０〜０．７５程度に設定される。このようなリバースＴＮ型液晶素子は、カイラル材の作用により、初期状態においては液晶層３がスプレイ配向しながら捻れるスプレイツイスト状態（第２配向状態）となる。このスプレイツイスト状態の液晶層３に対してその層厚方向に飽和電圧を超える電圧を印加すると、液晶分子が左旋回方向に捻れるリバースツイスト状態（第１配向状態）に遷移する。このようなリバースツイスト状態の液晶層３にあっては、バルク中の液晶分子が傾いているために液晶素子の駆動電圧を低減する効果が現れる。
【００２１】
図２（Ａ）は、リバースツイスト状態からスプレイツイスト状態へ遷移させる際の液晶層の配向状態と電界方向の関係について説明するための概念図である。なお、ここでは誘電率異方性Δεが正の液晶材料を考える。図２（Ａ）の左側に示すように、基板面に水平な方向の電界（Electric  field）に対して、リバースツイスト状態における液晶層の層厚方向の略中央の液晶分子（図中、模様を付した液晶分子）の長軸方向がなるべく平行ではなく、直交またはそれに近い状態となるように電界の印加方向を設定する。これにより、液晶層の層厚方向の略中央の液晶分子が電界方向に沿って再配向するため、図２（Ａ）の右側に示すように液晶層の配向状態はリバースツイスト状態（R-t states）からスプレイツイスト状態（S-t states）へ遷移する。なお、リバースツイスト状態の液晶層に対して、その層厚方向の略中央の液晶分子の長軸方向と平行かそれに近い状態となるようにして電界を印加した場合には、リバースツイスト状態からスプレイツイスト状態への遷移はほとんど生じない。これは、液晶層の層厚方向の略中央において電界による液晶分子の再配向がほとんど生じないからである。
【００２２】
以上のことから、リバースＴＮ型液晶素子において２つの配向状態間を自在に遷移させるためには、液晶層の層厚方向に対する電界（縦電界）とこれに直交する方向の電界（横電界）を発生させる必要がある。ただし、後述する中間調表示並びに動画表示を考えた場合、必ずしもスプレイツイスト状態の液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の長軸方向と横電界の方向を完全に平行とすることが最適ではなく、平行（０°）から４５°の範囲であればリバースツイスト状態からスプレイツイスト状態への遷移は可能である。従って、上側基板１と下側基板２のそれぞれの表面への配向処理の方向については、スプレイツイスト状態の液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子と横電界の方向の関係が０°〜４５°の間で最適な条件を選択すればよい。
【００２３】
図２（Ｂ）は、スプレイツイスト状態からさらに配向変化させる際の概念図である。上記したリバースＴＮ型液晶素子においては、スプレイツイスト状態の液晶層３に対してさらに横電界を与えてもリバースツイスト状態へ遷移することはないが、液晶層３の基板との界面付近を除いたバルクでは液晶分子が電界方向へ揃うように配向変化する。この場合、電界の大きさに応じて連続的に液晶層３の配向状態を変化させることができ、電界をある程度以上大きくすればホモジニアス配向に近い配向状態にできるため、透過光または反射光の制御をすることが可能である。また、液晶層３の配向状態は電界を解除すれば元のスプレイツイスト状態に復元する。すなわち、ここでの配向変化は弾性変形であり、これを利用することにより中間調表示や動画表示に対応可能な光制御が可能となる。
【００２４】
また、図示を省略するが、リバースツイスト状態の液晶層３に対してその層厚方向に電圧を与えてもスプレイツイスト状態へ遷移することはないが、液晶層３のバルクでは液晶分子が電界方向へ揃うように配向変化する。この場合も電界の大きさに応じて連続的に液晶層３の配向状態を変化させることができ、電界をある程度以上大きくすればホメオトロピック配向に近い配向状態にできるため、透過光または反射光の制御をすることが可能である。また、液晶層３の配向状態は電界を解除すれば元のリバースツイスト状態に復元する。すなわち、ここでの配向変化も弾性変形であり、これを利用することにより中間調表示や動画表示に対応可能な光制御が可能となる。
【００２５】
なお、図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、図示の便宜上、基板界面付近の液晶分子も電界方向へ配向しているように描かれているが、実際には基板界面におけるアンカリングエネルギーにより基板界面付近の液晶分子は電界方向へ配向していないと考えられる。そして、基板界面付近から少し離れた位置（概ね分子が数個分）の液晶分子は電界方向へ少しずつ傾いて配向していると考えられ、液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子はほぼ電界方向へ配向していると考えられる。
【００２６】
原理上、スプレイツイスト状態での液晶層の層厚方向における略中央の液晶分子の配向方向が横電界の方向と平行かそれに近い方向であるほど、横電界を印加した際に液晶層の液晶分子が電界方向と揃いやすい。この点からは、図３（Ａ）に示すように、液晶層３の層厚方向の略中央における液晶分子の配向方向は、上側基板１の配向処理方向ＲＵと下側基板２の配向処理方向をＲＬのなす角φの二等分線の方向にほぼ一致するので、この液晶分子の配向方向と横電界の方向のなす角度が０°、すなわち両者が平行とすることが好ましいといえる。他方で、前述したように中間調表示も考慮すると、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示すように、スプレイツイスト状態の液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の長軸方向と横電界の方向の関係は０°より大きく４５°以下の範囲で好適な条件を適宜選択することができる。図３（Ａ）に示した場合における液晶層３の配向状態は、スプレイツイスト状態でのねじれ配向が横電界の作用によりくずれた（ねじれがほどけた）状態である。これに対して、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示した場合における液晶層３の配向状態は、液晶分子のダイレクタ方向がスプレイツイスト状態とは異なる状態となっており、具体的にはねじれ配向がくずれた状態とダイレクタ方向が異なった状態が混在している状態である。
【００２７】
ここで、液晶層３のねじれ角については特に制限がないが、計算機シミュレーション並びに実験結果によると、高いコントラスト比を得るためには、スプレイツイスト状態におけるねじれ角が０°〜４０°（リバースツイスト状態でいうと１８０°〜１４０°）の間であることが望ましく、さらには０°〜２０°（リバースツイスト状態でいうと１８０°〜１６０°）の間であることが望ましい。ここで、上記における「ねじれ角が０°」の意味について以下に説明する。
【００２８】
図４は、リバースＴＮ型の液晶素子におけるねじれ角０°の場合の配向分布のシミュレーション結果を示す図である。図示のように、各基板１、２の配向処理方向の関係から規定される見かけ上のねじれ角としては０°であっても、液晶層３のバルク中では液晶分子の配向にねじれを生じている（ｄ／ｐ＝０の場合を除く）。具体的には、一方の基板側ではねじれ角がマイナスの値をとり、液晶層３の層厚方向の略中央においてはねじれ角が０°になり、他方の基板側ではねじれ角がプラスの値をとる配向分布が得られている。なお、図４に示す結果を得たシミュレーション条件としては、図１に示した構造の液晶素子を前提にして、セル厚ｄを６．５μｍ、屈折率異方性Δｎを０．０６６に設定し、見かけ上のねじれ角を０°で設定し、カイラル材の添加量をｄ／ｐが０〜０．５の範囲となるように設定し、プレティルト角を４５°に設定し、弾性定数をＫ１１＝１１．４（ｐＮ）、Ｋ２２＝５．７（ｐＮ）、Ｋ３３＝１６．２（ｐＮ）とし、界面アンカリングエネルギーはいわゆるストロングアンカリング条件としたが、これは一例であり、他の数値条件でも同様の傾向が得られる。
【００２９】
（第１実施形態）
図５（Ａ）は、第１実施形態のリバースＴＮ型の液晶素子の素子構造を示す模式断面図である。図５（Ａ）に示すリバースＴＮ型液晶素子は、第１基板（下側基板）１１、第２基板（上側基板）１２、第１電極１３、絶縁膜１６、第２電極２０、第１配向膜２１、第２配向膜２２、共通電極２３、液晶層２４、第１偏光板（下側偏光板）３１および第２偏光板（上側偏光板）３２と、電界制御手段３５を含んで構成されている。
【００３０】
第１基板１１および第２基板１２は、相互に対向配置されており、それぞれ例えばガラス基板、プラスチック基板等の透明基板である。第１基板１１と第２基板１２の相互間には、例えば多数のスペーサー（粒状体）が分散して配置されており（図示せず）、それらのスペーサーによって第１基板１１と第２基板１２との相互間隔が所定値（例えば４μｍ程度）に保たれる。
【００３１】
第１電極１３は、第１基板１１の一面側に設けられている。この第１電極１３は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜をパターニングすることによって得られる。
【００３２】
絶縁膜１６は、第１基板１１の一面側に、第１電極１３を覆って設けられている。この絶縁膜１６としては、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜あるいはこれらの積層膜が用いられる。
【００３３】
第２電極２０は、絶縁膜１６上であって、少なくとも一部が上記した第１電極１３と重畳する所定位置に設けられている。この第２電極２０は、互いに略平行に配置された複数の電極枝を有するものであり、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜をパターニングすることによって得られる。この第２電極２０と上記の第１電極１３の間に電圧を印加することにより、液晶層２４に横電界を与えることができる。
【００３４】
第１配向膜２１は、第１基板１１の一面側であって絶縁膜１６上に第２電極２０を覆って設けられている。同様に、第２配向膜２２は、第２基板１２の一面側に共通電極２３を覆って設けられている。第１配向膜２１と第２配向膜２２のそれぞれに対しては、一軸配向処理（例えば、ラビング処理、光配向処理等）が施されている。本実施形態の第１配向膜２１および第２配向膜２２としては、比較的に高いプレティルト角（７°〜４５°程度）を発現させるものが用いられる。第１配向膜２１と第２配向膜２２の各々の配向処理方向のなす角度は１４０°〜１８０°の間で設定される。
【００３５】
ここで、一軸配向処理の方向については上記した好適な数値範囲となるように設定される。例えば横電界での動画表示等におけるコントラストを高めるためには、スプレイツイスト状態の液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子と横電界の方向の関係が４５°となるように設定されることが好ましい。他方で、リバースツイスト状態からスプレイツイスト状態へ戻すにはこの角度が０°に近いほど好ましいため、配向状態のメモリー性を重視してスイッチング電圧を低くしたい場合にはこの角度を３０°程度とすることが好ましい。さらに、動画表示等の需要が少ない用途の場合にはこの角度を０°としてもよい。
【００３６】
共通電極２３は、第２基板１２の一面側に設けられている。この共通電極２３は、少なくとも一部が第１電極１３および第２電極２０と重畳するように形成されている。この共通電極２３は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜をパターニングすることによって得られる。この共通電極２３と上記の第１電極１３（または第２電極２０）の間に電圧を印加することにより、液晶層２４に対して縦電界を与えることができる。
【００３７】
液晶層２４は、第１基板１１の一面と第２基板１２の一面の相互間に設けられている。本実施形態においては、誘電率異方性Δεが正（Δε＞０）のネマチック液晶材料を用いて液晶層２４が構成されている。この液晶層２４にはカイラル材が添加されている。添加量は、例えばｄ／ｐが０．０６７（カイラル材のピッチは６０μｍ）とすることができる。なお、ｄ／ｐの値については液晶層のねじれ角やプレティルト角の設定値によって好適値が異なるため一概にはいえないが、概ね０．０２以上０．７５以下の範囲で設定することができる。
【００３８】
第１偏光板３１は、第１基板１１の外側に配置されている。第２偏光板３２は、第２基板１２の外側に配置されている。本実施形態ではこの第２偏光板３２側から利用者によって視認される。これらの第１偏光板３１と第２偏光板３２は、例えば互いの透過軸を略直交させて配置される（クロスニコル配置）。
【００３９】
電界制御手段３５は、第１電極１３、第２電極２０および共通電極２３からなる電界印加手段によって液晶層２４に印加される電界を制御する。
【００４０】
図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、リバースＴＮ型の液晶素子の表示部と背景部を説明するための模式平面図である。本実施形態のリバースＴＮ型の液晶素子は、画像等の情報を形成するために用いられる領域である表示部４０ａと、表示部４０ａの周辺の背景部４０ｂとを有する。これらの表示部４０ａ、背景部４０ｂは、いずれも第１電極１３、第２電極２０と共通電極２３との重なる領域であり、それぞれ個別に電界印加をすることができる。図５（Ｂ）に示すように、電界制御手段３５により、背景部４０ｂを明状態に遷移した後、各表示部４０ａを明状態、暗状態あるいはその中間状態に制御することでノーマリーホワイト表示を実現できる。また、図５（Ｃ）に示すように、電界制御手段３５により、背景部４０ｂを暗状態に遷移した後、各表示部４０ａを明状態、暗状態あるいはその中間状態に制御することでノーマリーブラック表示を実現できる。
【００４１】
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態のリバースＴＮ型液晶素子の構成例を示す断面図である。また、図７は、図６に示すリバースＴＮ型液晶素子の平面図である。なお、図６は図７に示すａ−ａ線における断面を示している。各図に示す本実施形態のリバースＴＮ型液晶素子は、第１基板（下側基板）１１、第２基板（上側基板）１２、第１電極１３、コモン線１４、走査線１５、絶縁膜１６、半導体膜１７、ソース電極１８、ドレイン電極１９、第２電極２０、第１配向膜２１、第２配向膜２２、共通電極２３、液晶層２４、信号線２５、絶縁膜２６、第１偏光板（下側偏光板）３１および第２偏光板（上側偏光板）３２を含んで構成されている。なお、上記した第１実施形態のリバースＴＮ型の液晶素子と共通する構成要素については同一符号を付しており、それらについては詳細な説明を省略する。第１実施形態との相違点は、第２実施形態のリバースＴＮ型の液晶素子には第１電極および第２電極を駆動するための薄膜トランジスタが備わっている点である。
【００４２】
第１電極１３は、図７に示すように例えば略矩形状に形成されており、かつ一部がドレイン電極１９と接続されている。この第１電極１３は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜をパターニングすることによって得られる。
【００４３】
コモン線１４は、第１基板１１の一面側の絶縁膜２６上に設けられており、一方向（図７に示すＹ方向）に延在する。このコモン線１４は、図７に示すように第２電極２０と接続されており、このコモン線１４を介して第２電極２０に対して所定の電位が与えられる。コモン線１４としては、例えば、アルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜が用いられる。なお、コモン線１４は絶縁膜１６の一面側に設けられ、信号線２５と平行かつ走査線１５と略直交する一方向（図７に示すＸ方向）に延在してもよい。この場合、信号線２５とコモン線１４は交差することがないため、コモン線１４は信号線２５およびソース電極１８と一体に形成してもよい。これらの配線としては、信号線２５と同様に例えば、アルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜が用いられる。また、この場合、後述する絶縁膜２６の形成を省略し得る。
【００４４】
走査線１５は、第１基板１１の一面側に設けられており、一方向（図７に示すＹ方向）に延在する。図７に示すように本例の走査線１５は、平面視においてコモン線１４との間に第１電極１３を挟んで配置されている。走査線１５としては、例えば、アルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜が用いられる。
【００４５】
絶縁膜１６は、第１基板１１の一面側に、第１電極１３および走査線１５を覆って設けられている。この絶縁膜１６としては、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜あるいはこれらの積層膜が用いられる。
【００４６】
半導体膜１７は、絶縁膜１６上であって走査線１５と重畳する所定位置に設けられている。この半導体膜１７は、図７に示すように島状にパターニングされている。半導体膜１７としては、例えばアモルファスシリコン膜が用いられる。走査線１５の半導体膜１７と重なる部分は薄膜トランジスタのゲート電極として機能する。また、絶縁膜１６の半導体１７と重なる部分は薄膜トランジスタのゲート絶縁膜として機能する。
【００４７】
ソース電極１８は、絶縁膜１６上の所定位置に設けられており、一部が半導体膜１７と接続されている。本例のソース電極１８は、図７に示すように信号線２５と一体に形成されている。これらのソース電極１８および信号線２５としては、例えばアルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜が用いられる。
【００４８】
ドレイン電極１９は、絶縁膜１６上の所定位置に設けられており、かつ一部が絶縁膜１６を貫通して第１電極１３と接続されている。このドレイン電極１９としては、例えばアルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜が用いられる。
【００４９】
第２電極２０は、絶縁膜２６上であって、少なくとも一部が上記した第１電極１３と重畳する所定位置に設けられている。この第２電極２０は、図７に示すように複数の開口部（スリット）２０ａを有し、かつコモン線１４と接続されている。本例では、第２電極３０は、コモン線１４と一体に形成されており、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜をパターニングすることによって得られる。第２電極２０のサイズは、例えば各開口部２０ａの間に存在する直線部の幅（図７のＸ方向における長さ）が約２０μｍ、各開口部２０ａの幅（図７のＸ方向における長さ）を約２０μｍとすることができる。この第２電極２０と上記の第１電極１３の間に電圧を印加することにより、液晶層２４に横電界を与えることができる。
【００５０】
第１配向膜２１は、第１基板１１の一面側であって絶縁膜２６上に、半導体膜１７、ソース電極１８、ドレイン電極１９および第２電極２０を覆って設けられている。同様に、第２配向膜２２は、第２基板１２の一面側に共通電極２３を覆って設けられている。
【００５１】
共通電極２３は、第２基板１２の一面側に設けられている。この共通電極２３は、少なくとも一部が第１電極１３および第２電極２０と重畳するように形成されている。この共通電極２３は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜をパターニングすることによって得られる。この共通電極２３と上記の第１電極１３（または第２電極２０）の間に電圧を印加することにより、液晶層２４に対して縦電界を与えることができる。
【００５２】
信号線２５は、絶縁膜１６の一面側に設けられており、コモン線１４および走査線１５と略直交する一方向（図７に示すＸ方向）に延在する。図７に示すように本例の信号線２５は、ソース電極１８と一体に形成されている。信号線２５としては、例えば、アルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜が用いられる。なお、信号線２５は、絶縁膜１６の一面側に設けられ、コモン線１４および走査線１５と略直交する一方向（図７に示すＸ方向）に延在する場合について述べたが、信号線２５は、絶縁膜１６の一面側に設けられ、コモン線１４と平行かつ走査線１５と略直交する一方向（図７に示すＸ方向）に延在してもよい。この場合、信号線２５とコモン線１４は交差することがないため、コモン線１４は信号線２５およびソース電極１８と一体に形成してもよい。これらの配線としては、コモン線１４と同様に例えば、アルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜が用いられる。また、この場合、後述する絶縁膜２６の形成を省略し得る。
【００５３】
絶縁膜２６は、第１基板１１の一面側の絶縁膜１６上に、半導体膜１７、ソース電極１８およびドレイン電極１９を覆って設けられている。この絶縁膜２６としては、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜あるいはこれらの積層膜が用いられる。
【００５４】
なお、このような第２実施形態に係るリバースＴＮ型液晶素子の製造方法については、例えば特開２０１３−５４２６０号公報において詳細に開示されているため、ここでは説明を割愛する（後述する第３実施形態においても同様）。
【００５５】
本実施形態のリバースＴＮ型液晶素子は、初期状態において液晶層２４の液晶分子がスプレイツイスト状態に配向する。このスプレイツイスト状態においては、外観上、黒表示（暗表示）が得られる。これに対し、上記したように第１電極１３と共通電極２３を用いて縦電界を発生させる。例えば、１０Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧（矩形波）を約０．０１〜０．５秒間印加し、その後すぐに電圧の印加を止める。これにより、液晶層２４の配向状態がリバースツイスト状態へ遷移する。このリバースツイスト状態においては、外観上、白表示（明表示）が得られる。例えば、このリバースＴＮ型液晶素子をマトリクス状に配列して液晶表示装置を構成したとすると、このスプレイツイスト状態からリバースツイスト状態への遷移時は個別の画素ごと（各素子ごと）に制御することができる。このとき、第１電極１３は電気的にフリーな状態であることが求められる。
【００５６】
次に、走査線１５に所定の電圧を印加することにより薄膜トランジスタを導通状態とし、かつ信号線２５に所定の電圧を印加することにより第２電極２０に電圧を与える。これにより、第１電極１３と第２電極２０の間に相対的な電位差が生じるので液晶層２４には横電界が印加されることになり、液晶層２４の配向状態はリバースツイスト状態からスプレイツイスト状態へ遷移する。走査線１５へ印加する電圧（ゲート電圧）は例えば１０Ｖのパルス波、信号線２５に印加する電圧は例えば±１０Ｖをフレーム毎に反転させた電圧とする。横電界を印加する時間は例えば約０．０１〜０．５秒間程度である。
【００５７】
上記したスプレイツイスト状態、リバースツイスト状態のいずれについても、電圧印加を解除した後にもその配向状態が維持されるため、表示を書き換えた後は全く電圧を印加する必要がなく、消費電力を極めて低く抑えることができる。例えば、このリバースＴＮ型液晶素子をマトリクス状に配列して液晶表示装置を構成したとすると、本実施形態では、スプレイツイスト状態からリバースツイスト状態への遷移、およびリバースツイスト状態からスプレイツイスト状態への遷移のいずれも各画素ごとに制御することができる。したがって、後述する第３実施形態と比較して表示書き換えの自由度はより高くなる。例えば、現在提案されている電気泳動方式の電子ペーパーディスプレイではいずれも一旦画面全体を白表示または黒表示にリセットする必要があり、これを行わないと所望の位置に全ての電気泳動粒子を移動させることができなくなったり、繰り返し表示切り替えを行っていると電気泳動粒子が偏ったりする場合があるが、本実施形態によればそのような不都合を生じ得ない。
【００５８】
一方、スプレイツイスト状態の液晶層に対してさらに横電界を印加すると、上記したように液晶層ではねじれ配向がほどけるように配向状態が変化し、かつこの配向状態の変化は電界の大きさに応じて連続的に生じる（弾性変形）。詳細には、液晶層のバルクでは電界方向に沿ってほぼ一様に液晶分子が配向するが、基板との界面付近では配向膜による配向規制力を受けて配向方向がほとんど変化しない。その結果、スプレイツイスト状態のねじれ配向がくずれ、この液晶層を通過する光の偏光状態も変化する。また、リバースツイスト状態の液晶層に対してさらに縦電界を印加すると、液晶層では液晶分子の配向方向が層厚方向へ並ぶように配向状態が変化し、かつこの配向状態の変化は電界の大きさに応じて連続的に生じる（弾性変形）。詳細には、液晶層のバルクでは電界方向に沿ってほぼ一様に液晶分子が配向するが、基板との界面付近では配向膜による配向規制力を受けて配向方向がほとんど変化しない。その結果、リバースツイスト状態のねじれ配向がくずれ、この液晶層を通過する光の偏光状態も変化する。
【００５９】
（第３実施形態）
図８は、第３実施形態のリバースＴＮ型液晶素子の構成例を示す断面図である。また、図９は、図８に示すリバースＴＮ型液晶素子の平面図である。なお、図８は図９に示すｂ−ｂ線における断面を示している。各図に示す本実施形態のリバースＴＮ型液晶素子は、第１基板（下側基板）１１、第２基板（上側基板）１２、第１電極１３、コモン線１４ａ、走査線１５、絶縁膜１６、半導体膜１７、ソース電極１８、ドレイン電極１９ａ、第２電極（画素電極）２０、第１配向膜２１、第２配向膜２２、共通電極２３、液晶層２４、信号線２５、第１偏光板（下側偏光板）３１および第２偏光板（上側偏光板）３２を含んで構成されている。なお、第１実施形態、第２実施形態と共通する構成要素については同一符号を用いており、それらの詳細な説明は省略する。
【００６０】
コモン線１４ａは、第１基板１１の一面側に設けられており、一方向（図９に示すＹ方向）に延在する。このコモン線１４ａを介して第１電極１３に対して所定の電位が与えられる。コモン線１４ａとしては、例えば、アルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜が用いられる。
【００６１】
絶縁膜１６は、第１基板１１の一面側に、第１電極１３、コモン線１４ａおよび走査線１５を覆って設けられている。この絶縁膜１６としては、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜あるいはこれらの積層膜が用いられる。
【００６２】
ドレイン電極１９ａは、絶縁膜１６上の所定位置に設けられており、一部が半導体膜１７と接続されている。このドレイン電極１９ａとしては、例えばアルミニウムとモリブデンの積層膜などの金属膜が用いられる。
【００６３】
第２電極２０は、絶縁膜１６上であって、少なくとも一部が上記した第１電極１３と重畳する所定位置に設けられている。この第２電極２０は、図９に示すように複数の開口部（スリット）２０ａを有する。この第２電極２０は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電膜をパターニングすることによって得られる。第２電極２０のサイズは、例えば各開口部２０ａの間に存在する直線部の幅（図９のＸ方向における長さ）が約２０μｍ、各開口部２０ａの幅（図９のＸ方向における長さ）を約２０μｍとすることができる。この第２電極２０と上記の第１電極１３の間に電圧を印加することにより、液晶層２４に横電界を与えることができる。
【００６４】
第１配向膜２１は、第１基板１１の一面側であって絶縁膜１６上に、半導体膜１７、ソース電極１８、ドレイン電極１９ａおよび第２電極２０を覆って設けられている。同様に、第２配向膜２２は、第２基板１２の一面側に共通電極２３を覆って設けられている。
【００６５】
本実施形態のリバースＴＮ型液晶素子は、初期状態において液晶層２４の液晶分子がスプレイツイスト状態に配向する。このスプレイツイスト状態においては、外観上、黒表示（暗表示）が得られる。これに対し、第１電極１３と共通電極２３のそれぞれに電圧を与えることにより縦電界を発生させる。例えば、１０Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧（矩形波）を約０．５〜１秒間印加し、その後すぐに電圧印加を解除する。これにより、液晶層２４の配向状態がリバースツイスト状態へ遷移する。このリバースツイスト状態においては、外観上、白表示（明表示）が得られる。例えば、このリバースＴＮ型液晶素子をマトリクス状に配列して液晶表示装置を構成したとすると、このスプレイツイスト状態からリバースツイスト状態への遷移時は個別の画素ごと（各素子ごと）に制御することが難しいため、状態遷移は全画素同時に、またはコモン線１４を共有する複数の第１電極１３のラインごとに制御される。
【００６６】
次に、走査線１５に所定の電圧を印加することにより薄膜トランジスタを導通状態とし、かつ電圧印加手段から信号線２５に所定の電圧を印加することにより薄膜トランジスタを介して第２電極２０に電圧を与える。これにより、第１電極１３と第２電極２０の間に相対的な電位差が生じるので液晶層２４には横電界が印加されることになり、液晶層２４の配向状態はリバースツイスト状態からスプレイツイスト状態へ遷移する。走査線１５へ印加する電圧（ゲート電圧）は例えば１０Ｖのパルス波、信号線２５に印加する電圧は例えば±１０Ｖをフレーム毎に反転させた電圧とする。横電界を印加する時間は例えば約０．０１から０．５秒間程度である。
【００６７】
上記したスプレイツイスト状態、リバースツイスト状態のいずれについても、電圧印加を解除した後にもその配向状態が維持されるため、表示を書き換えた後は基本的に電圧を印加する必要がなく、消費電力を極めて低く抑えることができる。例えば、このリバースＴＮ型液晶素子をマトリクス状に配列して液晶表示装置を構成したとすると、再び表示を書き換えたい場合には、全画素同時またはコモン線１４ａを共有する複数の第１電極１３のラインごとに制御して縦電界を印加し、続いて薄膜トランジスタを用いて第２電極２０への電圧印加／非印加を制御することで各画素ごとに横電界を選択的に印加することで所望の画像表示を行うことができる。ラインごとに表示を書き換える方式は小説などの文章を読む場合には読み終わったラインを順に書き換えていけばよいので切り替えに多少の時間を要したとしても読者のストレスを軽減できる。
【００６８】
一方、スプレイツイスト状態の液晶層に対してさらに横電界を印加すると上記したように液晶層ではねじれ配向がほどけるように配向状態が変化し、かつこの配向状態の変化は電界の大きさに応じて連続的に生じる。詳細には、液晶層のバルクでは電界方向に沿ってほぼ一様に液晶分子が配向するが、基板との界面付近では配向膜による配向規制力を受けて配向方向がほとんど変化しない。その結果、スプレイツイスト状態のねじれ配向がくずれ、この液晶層を通過する光の偏光状態も変化する。また、リバースツイスト状態の液晶層に対してさらに縦電界を印加すると、液晶層では液晶分子の配向方向が層厚方向へ並ぶように配向状態が変化し、かつこの配向状態の変化は電界の大きさに応じて連続的に生じる（弾性変形）。詳細には、液晶層のバルクでは電界方向に沿ってほぼ一様に液晶分子が配向するが、基板との界面付近では配向膜による配向規制力を受けて配向方向がほとんど変化しない。その結果、リバースツイスト状態のねじれ配向がくずれ、この液晶層を通過する光の偏光状態も変化する。
【００６９】
（第４実施形態）
図１０（Ａ）は、第４実施形態のリバースＴＮ型液晶素子の構成例を模式的に示す断面図である。図１０（Ａ）に示すリバースＴＮ型液晶素子は、外部からの光を利用して表示を行う反射型の液晶素子であり、液晶パネル５０と、この液晶パネル５０の下面側に配置される反射板５１と、液晶パネル５０の上面側に配置される散乱板５２、この散乱板５２に重ねて配置されるλ／４波長板５３、このλ／４波長板５３に重ねて配置される偏光板５４を備える。反射板５１としては、例えば銀フィルムを用いることができる。また、散乱板５２としては、例えばヘイズ値が４３％〜４５％のものを複数枚重ねたものを用いることができる。また、λ／４波長板５３としては、例えば位相差が約１３７ｎｍのものを用いることができる。なお、散乱板５３は液晶パネル５０の下面側に配置されてもよい。この場合には反射板５１と液晶パネル５０の相互間に散乱板５３が配置される。
【００７０】
図１０（Ｂ）に示すように、液晶パネル５０における下側基板のラビング方向ＲＬ、上側基板のラビング方向ＲＵのなす角度φは、例えば３０°に設定される。液晶層の液晶材料には、例えばｄ／ｐ＝０．１となるようにカイラル材が添加される。液晶層の液晶材料のΔｎの値は例えば０．０６５〜０．１５程度である。λ／４波長板５３の位相差軸Ｐ’は偏光板５４の透過軸と略４５°の角度に設定される。液晶パネル５０の内部構造については、上記した各実施形態の液晶素子と同様である（いずれも偏光板を除く）。
【００７１】
図１１は、第４実施形態のリバースＴＮ型液晶素子の構成例を示す断面図である。ここでは一例として、液晶パネル５０として第２実施形態の液晶素子を採用した場合について図示するが、第１実施形態や第３実施形態の液晶素子を採用した場合も同様である。この液晶パネル５０における第１電極１３ｂは、金属膜からなり、さらに表面に凹凸が設けられている。これにより、第１電極１３ｂは、反射板５１および散乱板５２の機能も兼ねることができる。第４実施形態のリバースＴＮ型液晶素子の製造方法については上記した各実施形態と同様であり、例えば第１電極１３ｂの形成工程を走査線１５の形成工程と共通化すれば、それ以外は共通の工程を採用することができる。なお、第１電極１３ｂが反射板５１の機能のみを兼ね、散乱板５２については上記のように外付けとしてもよい。
【００７２】
（第５実施形態）
次に、上記した第２〜第４実施形態のいずれかの液晶素子の有するメモリー性を利用した低消費電力駆動が可能な液晶表示装置の構成例について説明する。
【００７３】
図１２は、第５実施形態の液晶表示装置の構成例を模式的に示す図である。図１２に示す液晶表示装置は、複数の画素部１００をマトリクス状に配列して構成されるアクティブマトリクス型の液晶表示装置であり、各画素部１００として上記したいずれかの実施形態の液晶素子が用いられている。具体的には、液晶表示装置は、第１方向に延びる複数の走査線１０１と、各走査線１０１に対して電圧を供給するドライバー１０４と、各々が走査線１０１と直交して第２方向に延びる複数の信号線１０２ならびにコモン線１０３と、各信号線１０２に対して電圧を供給するドライバー１０５と、各コモン線１０３に対して電圧を供給するドライバー１０６と、各走査線１０１と各信号線１０２の交点に設けられた画素部１００を含んで構成されている。各画素部１００は、第１電極または第２電極の一方がコモン線１０３に接続され、他方が薄膜トランジスタに接続される。また、共通電極については各画素部１００に共通に設けられる。
【００７４】
（実施例）
次に、リバースＴＮ型の液晶素子の実施例について説明する。ここでは、上記した第１実施形態において説明した構造を有する液晶素子を実際に作製した。具体的には、ＩＴＯ付きのガラス基板をパターニングすることで各電極を有する第１基板および第２基板を形成し、第１電極と第２電極を隔てる絶縁膜としてはアクリル系有機絶縁膜とＳｉＯ２膜の積層膜（膜厚１μｍ）を形成した。第２電極については、絶縁膜上にスパッタ法にて１２００Å厚のＩＴＯ膜を形成し、これをパターニングすることで形成した。第２電極の各電極枝の幅ならびに電極枝間隔はそれぞれ２０μｍ〜５０μｍとした。なお、最小では１．５μｍ幅／間隔とすることも可能であり、この幅／間隔が狭くなるほど低電圧駆動が可能となる。
【００７５】
各配向膜としては、比較的高いプレティルト角の付与が可能な側鎖付きポリイミド膜を用い、その膜厚を５００〜８００Åとした。各配向膜へのラビング処理は押し込み量を０．８ｍｍに設定した。また、ラビング方向についてはパラレル配向、すなわち第１基板および第２基板を重ねたときに各配向膜へのラビング方向が同じとなるようにした（配向処理方向のなす角度が１８０°）。それにより、見かけ上のねじれ角（スプレイツイスト状態）は０°となる。また、ラビング方向と横電界の方向とが４５°の角度をなすようにした。第１基板および第２基板の相互間隔、すなわちセル厚は４μｍとした。液晶層を形成する液晶材料としては正の誘電率異方性を有するものを用い、かつカイラル材を添加した。カイラル材の添加量はｄ／ｐ＝０．０６７（カイラル材のピッチは６０μｍ）となるようにした。
【００７６】
第１基板および第２基板の間へ液晶材料を注入した後に、液晶材料の相転移温度以上の高温で熱処理を行うことにより液晶層の配向状態を整えた。各偏光板については、一方の偏光板の偏光軸がラビング方向と平行になり、他方の偏光板の偏光軸がラビング方向と直交するように配置した。
【００７７】
図１３（Ａ）〜１３（Ｄ）は、実施例の液晶素子の正面観察像である。液晶素子が完成した状態では全面がスプレイツイスト状態である。このときには、非常に黒い暗状態が得られた（図１３（Ａ）参照）。次に、第１基板の第１電極と第２基板の共通電極の間に電圧を印加した。これにより液晶層には縦電界がかかる。ここでは、液晶層に１０Ｖ・１００Ｈｚの交流電圧（矩形波）を１秒間程度印加し、その後電圧無印加とした。この電圧印加により、液晶層の配向状態がスプレイツイスト状態からリバースツイスト状態に遷移する。このときには、白い明表示が得られた（図１３（Ｂ）参照）。なお、電圧が印加されない部分（背景部に対応）はスプレイツイスト状態のままであるので、暗状態が維持される。次に、第１基板の第１電極と第２電極の間に電圧を印加した。ここでも、電圧印加時間は１秒間程度である。これにより液晶層には横電界がかかる。この電圧印加により、液晶層の配向状態がリバースツイスト状態からスプレイツイスト状態へ遷移する。その結果、再び暗状態が得られた（図１３（Ａ）参照）。このように、電圧印加によりスプレイツイスト状態とリバースツイスト状態の相互間を遷移させた後は、液晶層へ電圧を印加することなく配向状態が維持される。したがって、液晶素子の駆動時における消費電力を極めて低く抑えることができる。電極幅や電極間距離が短い場合にはさらに低電圧で、かつ高速にスイッチング可能であると考えられる。
【００７８】
次に、スプレイツイスト状態の液晶層へ横電界を印加した場合について説明する。実施例の液晶素子は、ラビング方向のなす角度が０°であることから、スプレイツイスト状態では液晶層内の液晶分子がほぼパラレル配向となっている。また、液晶層の層厚方向の略中央における液晶分子の方向と横電界の方向とが４５°の角度をなしているため、液晶層へ横電界を印加すると液晶分子は横電界の方向へ一様に並ぶ傾向がある。なお、ここでは完全な一様配向ではなく、第１基板および第２基板との界面付近の液晶分子はラビング方向とほぼ平行に配向しているが、界面から離れるに従い液晶分子は電界方向（横方向）へ配向し、バルクの中央付近の液晶分子は完全に電界方向へ一様に並ぶ。その結果、パラレル配向の方向が横方向（水平方向）に回転するので、液晶素子を透過する光の偏光状態も変わる。すなわち、透過光の状態が変化する。この状態を利用することで、印加電圧の大きさに応じて明るさの変化する中間調状態が得られる。電圧印加前の様子を図１３（Ｃ）の左側に示し、電圧印加時の様子を図１３（Ｃ）の右側に示す。この液晶素子の応答時間は、立ち上がり時間で３５ｍｓ、立ち下がり時間で２６ｍｓであり、動画表示の用途にも十分に対応可能な応答性であることが分かる。この液晶素子の電気光学特性（Ｖ−Ｔ特性）を図１４（Ａ）に示す。図１４（Ａ）から、この液晶素子は、中間調表示にも十分に対応可能なＶ−Ｔ特性を有しており、かつ高いコントラスト比を得られることが分かる。また、この液晶表示素子を用いて液晶表示装置を構成し、背景部（図５（Ｂ）参照）についてはスプレイツイスト状態のままで維持し、表示部（図５（Ｂ））を電圧印加によって中間調状態とすることで、ノーマリーブラック表示を実現できることが分かる。
【００７９】
次に、リバースツイスト状態の液晶層へ縦電界を印加した場合について説明する。実施例の液晶素子は、リバースツイスト状態では液晶層内の液晶分子が１８０°ねじれ配向となっている。この状態の液晶層に対して縦電界を印加すると、液晶層内の液晶分子は電界方向に並び、ほぼ垂直配向するようになる。なお、ここでも完全な一様配向ではなく、第１基板および第２基板との各界面付近の液晶分子はラビング方向とほぼ平行に配向しているが、界面から離れるに従い液晶分子は電界方向（層厚方向）に配向し、バルクの中央付近の液晶分子は完全に電界方向へ一様に並ぶ。その結果、液晶素子を透過する光の偏光状態も変わる。すなわち、透過光の状態が変化する。この状態を利用することで、印加電圧の大きさに応じて明るさの変化する中間調状態が得られる。電圧印加前の様子を図１３（Ｄ）の左側に示し、電圧印加時の様子を図１３（Ｄ）の右側に示す。この液晶素子の応答時間は、立ち上がり時間で３０ｍｓ、立ち下がり時間で２３ｍｓであり、動画表示の用途にも十分に対応可能な応答性であることが分かる。この液晶素子の電気光学特性（Ｖ−Ｔ特性）を図１４（Ｂ）に示す。図１４（Ｂ）から分かるように、この液晶素子は、中間調表示にも十分に対応可能なＶ−Ｔ特性を有しており、かつ高いコントラスト比を得られることが分かるまた、この液晶表示素子を用いて液晶表示装置を構成し、背景部（図５（Ｂ）参照）についてはリバースツイスト状態のままで維持し、表示部（図５（Ｂ））を電圧印加によって中間調状態とすることで、ノーマリーホワイト表示を実現できることが分かる。
【００８０】
図１５は、実施例の液晶素子と同一条件の液晶セルについてシミュレーションによって求めた視角特性を示す図である。ここでは、スプレイツイスト状態の液晶層へ横電界を印加した場合についての視角特性を示している。図１５に示す視角特性において、最大コントラスト比は４００程度である。このことから、実施例の液晶素子によれば非常に視認性の良い表示を実現可能であることが分かる。なお、ここでは説明を割愛するが、リバースツイスト状態の液晶層へ縦電界を印加した場合についても同様に良好な視角特性を得られる。
【００８１】
なお、本発明は上述した内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。
【００８２】
例えば、上記した実施形態では第１偏光板と第２偏光板の各透過軸のなす角度を９０°程度としたクロスニコル配置の液晶素子について例示していたが、偏光板の配置はこれに限定されない。また、配向処理方法についてはラビング法に限定されない。
【００８３】
また、スイッチング素子の一例としての薄膜トランジスタの構造は例示のボトムゲート型に限定されず、トップゲート型であってもよい。
【００８４】
また、第２電極は上記のような複数のスリットを有するものに限定されず、例えば複数の電極枝（直線部）を有する櫛歯状電極であってもよい。さらに、第１電極についても櫛歯状電極とし、第２電極の各電極枝と第１電極の各電極枝とを互い違いに配置してもよい。この場合には、第１電極と第２電極を同一面上に配置して横電界を発生させることが可能となる（ＩＰＳモード）。
【符号の説明】
【００８５】
１：上側基板
２：下側基板
３：液晶層
１１：第１基板（下側基板）
１２：第２基板（上側基板）
１３、１３ｂ：第１電極
１４、１４ａ：コモン線
１５：走査線
１６：絶縁膜
１７：半導体膜
１８：ソース電極
１９、１９ａ：ドレイン電極
２０：第２電極
２１：第１配向膜
２２：第２配向膜
２３：共通電極
２４：液晶層
２５：信号線
２６：絶縁膜
３１：第１偏光板（下側偏光板）
３２：第２偏光板（上側偏光板）
３５：電界制御手段
４０ａ：表示部
４０ｂ：背景部
５０：液晶パネル
５１：反射板
５２：散乱板
５３：λ／４波長板
５４：偏光板
１００：画素部
１０１：走査線
１０２：信号線
１０３：コモン線
１０４、１０５、１０６：ドライバー
【図１】
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【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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【図１２】
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【図１４】
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【図１３】
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【図１５】
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