(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板と、これらの基板の間隙に配置されたネマチック液晶と、一方の基板に沿うように配置された少なくとも１つの第１電極と、該第１電極と共に前記ネマチック液晶を挟み込むように配置されて複数の画素を構成する複数の第２電極と、一軸配向処理の方向を同方向として前記ネマチック液晶の両側に接するように配置された一対の配向制御膜と、を備え、前記第１電極及び前記第２電極の間に印加される駆動電圧によって前記ネマチック液晶が駆動されてなる液晶素子であって、
前記複数の画素が配置されて画像が表示される表示エリアと、前記複数の画素が配置されておらず画像が表示されない非表示エリアと、からなり、
隣接される前記第２電極相互の間隔が１５μｍ以下に設定されると共に、前記非表示エリアにおける前記ネマチック液晶がベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化されるように前記配向制御膜におけるプレチルト角を前記表示エリアと前記非表示エリアとで異ならせ、
前記第１電極と前記第２電極との間に第１電圧が印加されることにより、前記表示エリアにおける前記複数の画素と、前記隣接される第２電極相互の間隔に相当する部分とにおける前記ネマチック液晶がスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移して安定化され、前記非表示エリアにおける前記ネマチック液晶がベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化される、ことを特徴とする液晶素子。
【請求項２】
前記第２電極とは別体の第３電極を前記非表示エリアに配置し、かつ、該第３電極を介して前記ネマチック液晶に第２電圧を印加することにより、前記非表示エリアにおける前記ネマチック液晶がベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化される、
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】
所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板と、これらの基板の間隙に配置されたネマチック液晶と、一方の基板に沿うように配置された少なくとも１つの第１電極と、該第１電極と共に前記ネマチック液晶を挟み込むように配置されて複数の画素を構成する複数の第２電極と、一軸配向処理の方向を同方向として前記ネマチック液晶の両側に接するように配置された一対の配向制御膜と、を備え、前記第１電極及び前記第２電極の間に印加される駆動電圧によって前記ネマチック液晶が駆動されてなる液晶素子であって、
前記複数の画素が配置されて画像が表示される表示エリアと、前記複数の画素が配置されておらず画像が表示されない非表示エリアと、からなり、
隣接される前記第２電極相互の間隔が１５μｍ以下に設定されると共に、前記第２電極とは別体の第３電極を前記非表示エリアに配置し、かつ、該第３電極を介して前記ネマチック液晶に第２電圧を印加するようにし、
前記第１電極と前記第２電極との間に第１電圧が印加されることにより、前記表示エリアにおける前記複数の画素と、前記隣接される第２電極相互の間隔に相当する部分とにおける前記ネマチック液晶がスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移して安定化され、前記第３電極を介して前記ネマチック液晶に前記第２電圧が印加されることにより前記非表示エリアにおける前記ネマチック液晶がベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化される、ことを特徴とする液晶素子。
【請求項４】
各画素毎にスイッチング素子が配置されてなる、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項５】
前記駆動電圧を印加した後に、前記第１電極と前記第２電極との間に前記第１電圧が印加される、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ネマチック液晶を利用して光のスイッチングを行う液晶素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ネマチック液晶を利用して光のスイッチングを行う液晶パネル（液晶素子）については、種々のものが提案され使用されている。以下、この点について説明する。
【０００３】
一般的には、上下基板のラビング方向を互いに直交するようにしたツイステッドネマチック（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶パネルが使用されているが、上下基板のラビング方向を互いに同方向としてネマチック液晶がスプレイ配向を呈するようにした液晶パネルも従来より知られている（図６参照）。
【０００４】
このようなスプレイ配向を呈する液晶パネルでは、液晶の応答におけるバックフロー現象に起因して液晶の応答速度が遅いことから、電圧を印加することによって液晶の配向状態をスプレイ配向状態からベンド配向状態に変化させることによって応答速度を改善するようにした“πセル”が、１９８３年にＢｏｓらによって発表されている（図５参照）。
【０００５】
また、このような液晶パネルに位相補償を行うことで視野角特性を改善した“ＯＣＢセル”が、１９９２年に内田等によって発表されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようにベンド配向状態を利用する液晶パネルにおいては、液晶をスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移させるために上記電圧印加処理を行なわなければならず、その処理に時間がかかってしまうという問題があった。
【０００７】
この点について説明する。すなわち、スプレイ−ベンド間の配向転移は連続的ではなくその２つの配向状態間にはディスクリネーションラインが存在するために、核発生（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ）及びその成長（ｇｒｏｗｔｈ）というプロセスが必要である。このようなプロセスは、全ての領域で核発生させることが困難であると同時に核発生閾値の制御が難しく、高い電圧を印加する必要があった。また、その核発生によって形成されたベンド領域が成長する速度も印加電圧が高いほど速いが、印加電圧が低ければその成長速度も遅くなり、処理に数秒から数分かかってしまうという問題があった。実際の液晶パネルでは画素電極を経由してベンド領域が成長しにくい点も問題であった。ＴＦＴ液晶パネルにおける電圧の印加法に関してもいくつかの検討がなされている（ＩＢＭ，ＩＤＷ１９９６，ｐ１３３”Ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｅｎｄ−ｍｏｄｅ  ＬＣＤｓ，特開平９−１８５０３２号公報）。
【０００８】
上述のような問題を解決するものとして、プレチルトの大きいベンド配向セルがあり、種々のものが発表されている。すなわち、５０〜５１°のプレチルトのπセルが１９９８年のＳＩＤにおいてＰ．Ｊ．Ｂｏｓらによって発表され、１９７９年の日本第五回液晶討論会では工学院大学によって発表され（予稿集１６６頁〜）、特開昭５５−１４２３１６号公報にも開示されている。しかし、このようにプレチルトを大きくした場合には、電圧のオン−オフによりとれるリタデーション幅が非常に狭くなって、液晶パネル自体の透過率が低下してしまうという問題があった。
【０００９】
また、液晶パネルの電源をオフにしてしまうと、ベンド配向状態であったネマチック液晶もスプレイ配向状態に戻ってしまい、再び液晶パネルの電源をオンにした場合には、スプレイ配向状態からベンド配向状態に転移させるための電圧印加処理を再度施す必要があるという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、電圧印加処理の長時間化等を防止する液晶素子を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板と、これらの基板の間隙に配置されたネマチック液晶と、一方の基板に沿うように配置された少なくとも１つの第１電極と、該第１電極と共に前記ネマチック液晶を挟み込むように配置されて複数の画素を構成する複数の第２電極と、一軸配向処理の方向を同方向として前記ネマチック液晶の両側に接するように配置された一対の配向制御膜と、を備え、前記第１電極及び前記第２電極の間に印加される駆動電圧によって前記ネマチック液晶が駆動されてなる液晶素子であって、
前記複数の画素が配置されて画像が表示される表示エリアと、前記複数の画素が配置されておらず画像が表示されない非表示エリアと、からなり、
隣接される前記第２電極相互の間隔が１５μｍ以下に設定されると共に、前記非表示エリアにおける前記ネマチック液晶がベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化されるように前記配向制御膜におけるプレチルト角を前記表示エリアと前記非表示エリアとで異ならせ、
前記第１電極と前記第２電極との間に第１電圧が印加されることにより、前記表示エリアにおける前記複数の画素と、前記隣接される第２電極相互の間隔に相当する部分とにおける前記ネマチック液晶がスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移して安定化され、前記非表示エリアにおける前記ネマチック液晶がベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化される、ことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図９を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
(1) まず、本発明に係る液晶素子について、図１乃至図４を参照して説明する。ここで、図１は本発明に係る液晶素子の構造の一例を示す断面図、図２は本発明に係る液晶素子の構造の一例を示す平面図、図３は本発明に係る液晶素子の構造の他の例を示す平面図、図４は本発明に係る液晶素子の駆動方法の一例を示すタイミングチャート図である。
【００１３】
本実施の形態に係る液晶素子は、例えば図１に符号Ｐで示すように、所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板１ａ，１ｂと、これらの基板１ａ，１ｂの間隙に配置されたネマチック液晶２と、を備えている。そして、一方の基板１ａに沿うように少なくとも１つの第１電極３ａが配置されると共に、他方の基板１ｂに沿うように複数の第２電極３ｂが配置されており（図２参照）、これらの第１電極３ａ及び第２電極３ｂが前記ネマチック液晶２を挟み込むように配置されて複数の画素Ａ 1を構成している。また、前記ネマチック液晶２の両側には、該ネマチック液晶２に接するように一対の配向制御膜４ａ，４ｂが配置されており、これらの配向制御膜４ａ，４ｂに施された一軸配向処理の方向７ａ，７ｂは同方向となるように設定されている。
【００１４】
ここで、
＊  図２に符号Ｂで示すように、前記複数の画素Ａ1 が配置されていて画像が表示されるエリアを表示エリアとし、
＊  図２に符号Ｃで示すように、前記複数の画素Ａ1 が配置されておらず画像が表示されないエリア（すなわち、いずれか一方の電極３ａ又は３ｂのみが配置されているか電極３ａ，３ｂが両方共配置されていないエリア）を非表示エリアとし、
＊  図２に符号Ａ2 で示すように、表示エリアＢにおいて画素Ａ1 と画素Ａ1 との間の部分（すなわち、隣接される第２電極３ｂの相互の間隔に相当する部分）を画素間部分、
とする。
【００１５】
そして、隣接される前記第２電極３ｂの相互の間隔（つまり、画素間部分Ａ2 の幅）は１５μｍ以下に設定されている。
【００１６】
なお、前記液晶素子Ｐは、前記表示エリアＢにおいて前記第１電極３ａ及び前記第２電極３ｂの間に駆動電圧が印加されることに基づき、前記ネマチック液晶２が駆動されて画像が表示されるが、そのような通常の駆動を行う前に前記第１電極３ａと前記第２電極３ｂとの間に第１電圧（ベンド−スプレイの拮抗する電圧以上の電圧）が印加されるように構成されている。
【００１７】
本実施の形態によれば、上述のように前記第１電極３ａと前記第２電極３ｂとの間に第１電圧が印加されることに基づき、画素部分Ａ1 のネマチック液晶２がベンド配向状態に安定化される。また、隣接される第２電極３ｂの相互の間隔は上述のように１５μｍ以下と狭く設定されているため、前記第１電圧に起因する横電界が画素間部分Ａ2 のネマチック液晶２にも印加されることになり、該部分Ａ2 のネマチック液晶２も同様にベンド配向状態に安定化されることとなる。つまり、本実施の形態によれば、前記第１電極３ａと前記第２電極３ｂとの間に第１電圧が印加されることに基づき、画素部分Ａ1 及び画素間部分Ａ2 からなる表示エリアＢにおけるネマチック液晶２がベンド配向状態に安定化される。
【００１８】
一方、前記非表示エリアＣにおけるネマチック液晶２はベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定化されている。
【００１９】
なお、ネマチック液晶２を上述のような配向状態とする方法としては、表示エリアＢと非表示エリアＣとでプレチルト角を異ならせる方法が考えられ、具体的には、
＊  表示エリアＢと非表示エリアＣとで配向制御膜４ａ，４ｂの材質（配向膜種）を異ならせ、配向制御膜４ａ，４ｂの全面に同一強度のラビング処理を施してもプレチルトが異なるようにする方法や、
＊  表示エリアＢと非表示エリアＣとで配向制御膜４ａ，４ｂの材質（配向膜種）を異ならせずに、一軸配向処理条件を異ならせることによってプレチルトが異なるようにする方法や、
＊  配向制御膜４ａ，４ｂに特定の材質のものを用い、非表示エリアＣにおいて配向処理を施さない方法、
が考えられるが、必ずしもこれらの方法に限定されるものではない。
【００２０】
また、非表示エリアＣにおけるネマチック液晶２をベンド配向状態にする方法としては、上述した配向制御による方法以外に、
＊  前記第２電極３ｂとは別体の第３電極（図３の符号５参照）を前記非表示エリアＣに配置し、かつ、
＊  該第３電極５を介して前記ネマチック液晶２に第２電圧を印加する方法、を挙げることができる。
【００２１】
なお、これらの方法を取れば、表示エリアＢにおけるネマチック液晶２はベンド配向状態やツイスト状態で安定化されることとなるが、無電界の下ではこれらの状態が何らかの原因でスプレイ配向に転位してしまう可能性も無いわけではない。そこで、前記駆動電圧を印加して前記液晶素子Ｐを一旦駆動した後においても、前記第１電極３ａと前記第２電極３ｂとの間に第１電圧を再度印加して（リフレッシュ駆動）、スプレイ配向状態に転位したネマチック液晶２をベンド配向状態に再安定化すると良い。
【００２２】
このような第１電圧の印加は、液晶素子の駆動中に一定期間毎（例えば、数秒毎や数分毎や１日毎）に行うようにしてもよい。図４は、アクティブマトリクス型液晶素子においてリフレッシュ駆動を一定期間１ｓ毎に行った例を示す図であり、(a) はスイッチング素子１０のゲート（詳細は後述）に印加されるゲート電圧を示し、(b) は、スイッチング素子１０のソース（詳細は後述）に印加される駆動電圧及び第１電圧Ｖ1 を示す。
(2) 次に、ネマチック液晶２を上述のような配向状態とする理由について説明する。
【００２３】
いま、プレチルト角が数度から５０度程度の場合には、電圧無印加状態ではスプレイ配向状態が安定であるが、このような液晶２に前記第１電圧を印加すると、液晶２はディスクリネーションを生成しながら転位されてベンド配向状態となる。但し、従来は、高電圧で長時間の電圧印加が必要であり、しかも、該第１電圧の印加を中止したり印加電圧が小さくすると、液晶２はベンド配向状態から再びスプレイ配向状態に戻ってしまうことから、上述のようなベンド配向状態を維持するためには第１電圧（ベンドとスプレイ配向状態が拮抗する電圧以上の電圧）を印加し続けておく必要がある。
【００２４】
ところで、上述のようなベンド配向状態からスプレイ配向状態への転位は、第１電圧の印加だけではベンド配向状態に転位されなかった部分（すなわち、スプレイ配向状態のまま残存した部分）が核となって拡がることが、本発明者の研究により明らかになった。核になる部分として考えられる部分は、第１電極３ａと第２電極３ｂとが対向するように配置されていない部分、具体的には、上述した非表示エリアＣと画素間部分Ａ2 とである。
【００２５】
本実施の形態によれば、非表示エリアＣの液晶２はベンド配向状態又は垂直配向状態にて安定させ、画素間部分Ａ2 の液晶２はベンド配向状態で安定させているため、スプレイ配向状態への転位の核になり易い部分が理論的には消失され、その結果、表示エリアＢにおける液晶２はベンド配向状態やツイスト状態で安定化されることとなる。
【００２６】
ここで、図５はベンド配向状態を示す模式図であり、図６はスプレイ配向状態を示す模式図であり、図７はツイスト配向状態を示す模式図である。このうち、ツイスト配向状態は、ディスクリネーションを介さずにベンド配向状態に連続的に変化するものとして知られている。
(3) 次に、上述した液晶素子Ｐの構造について補足する。
【００２７】
上述した液晶素子Ｐは透過型としても反射型としても良いが、透過型にするか反射型にするかに応じて各部材の材料や構造を適宜選択する必要がある（詳細は後述）。
【００２８】
また、上述した液晶素子Ｐは、単純マトリクス型としても良いが、各画素Ａ1 にスイッチング素子１０を配置してアクティブマトリクス型とした方が非常に有効である（詳細は後述）。
【００２９】
さらに、図８に示すように、リタデーションが正の一軸性の位相補償板（複数の位相差フィルムを重ね合わせたもの）６２ａを液晶素子Ｐに沿うように配置しても良い。これにより、所定の電圧値における液晶層を通過する光のリタデーションを相殺し、当該電圧値における黒表示の光学補償を行うことができる。この場合、液晶層の中央部の液晶分子は、電圧を印加した状態では基板法線方向の成分が多く、視野角特性を悪くする原因となることから、ｚ方向（基板の法線方向）の成分を相対的に小さくしたリタデーションが負の位相補償板６２ｂ（Ｒ＜０）を用いることにより、液晶層中の基板に垂直な方向と水平な方向とのリタデーション差を補正して視野角特性を改善することが好ましい。なお、上述した２枚の位相補償板６２ａ，６２ｂの代わりに、両者の機能を有する２軸性の位相補償板を用いても良い。
【００３０】
またさらに、上述した基板１ａ，１ｂの少なくとも一方にカラーフィルターや平坦化膜を配置してカラー表示できるようにしてもよい。
【００３１】
また、本発明に係る液晶素子においては、上述したようにネマチック液晶を用い、特定の配向制御膜を形成して所定の液晶配向が得られるように構成すれば、他の構成部材についてはその素材、形状、大きさ、製法等については特に限定されず、従来の液晶素子の技術を適用することが可能である。
(4) 次に、アクティブマトリクス型の液晶素子の一例を、図１及び図２を参照して説明する。なお、図１及び図２に示すものはあくまで一例であって、本発明がこれに限定されるものではない。
【００３２】
アクティブマトリクス型の液晶素子Ｐは、図１に示すように、所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板１ａ，１ｂを備えており、一方の基板１ａの全面には第１電極としての共通電極３ａや絶縁層６ａや配向制御膜４ａが形成されている。なお、この配向制御膜４ａには、非表示エリアＣには垂直配向膜領域が形成され、表示エリアＢには水平配向膜領域が形成されている。
【００３３】
また、他方の基板１ｂには、図２に示すように、走査信号線Ｇ1 ，Ｇ2 ，…が図示Ｘ方向に多数配置されており、走査信号線Ｇ1 ，Ｇ2 ，…とは絶縁された状態の情報信号線Ｓ1 ，Ｓ2 ，…が図示Ｙ方向に多数配置されている。さらに、走査信号線Ｇ1 ，Ｇ2 ，…は走査信号印加回路５１に接続されており、情報信号線Ｓ1 ，Ｓ2 ，…は情報信号印加回路５２に接続されている。
【００３４】
そして、これらの走査信号線Ｇ1 ，Ｇ2 ，…及び情報信号線Ｓ1 ，Ｓ2 ，…の交差部の各画素Ａ1 には、スイッチング素子としてのＴＦＴ１０や、第２電極としての画素電極３ｂ等が配置されている。
【００３５】
このうちＴＦＴ１０は、図１に示すように、基板１ｂの表面に形成されたゲート電極１０ａ、そのゲート電極１０ａを覆うように基板１ｂのほぼ全面に形成されたゲート絶縁膜６ｂ、ゲート電極１０ａに対応する位置に形成された半導体層１０ｂ、オーミックコンタクト層１０ｃ、ソース電極１０ｄ、ドレイン電極１０ｅ、絶縁層１０ｆ及びパッシベーション層１０ｇからなる。なお、ゲート電極１０ａは上述した走査信号線Ｇ1 ，Ｇ2 ，…に接続され、ソース電極１０ｄは情報信号線Ｓ1 ，Ｓ2 ，…に接続されている。
【００３６】
一方、基板１ｂの表面であって画素電極３ｂに重なる位置には保持容量電極１１が形成され、また画素電極３ｂやＴＦＴ１０を覆うように水平配向膜４ｂが形成されている。
【００３７】
ところで、上述した液晶素子Ｐを透過型とする場合には、
＊  両方の基板１ａ，１ｂにはガラスやプラスチック等の透明材料を用い、
＊  共通電極３ａや画素電極３ｂにはＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明導電材を用い、
＊  図８に示すように、液晶素子Ｐを挟み込むように偏光子６３ａ，６３ｂを配置する、
と良い。ここで、ＩＴＯ膜は、真空成膜法により厚さ１５０ｎｍ程度に成膜すると良く、偏光子６３ａ，６３ｂは、クロスニコルに配置すると共に、偏光軸が配向制御膜４ａ，４ｂのラビング方向６４に対して４５°傾くように配置すると良い。
【００３８】
また、前記液晶素子Ｐを反射型とする場合には、
＊  観察者の側に配置しない方の基板１ａ又は１ｂにはシリコン基板等の不透明材料を用い、
＊  画素電極３ｂを反射率の高い金属で形成して画素電極３ｂに反射板を兼ねさせる、
と良い。
【００３９】
一方、液晶素子Ｐを透過型／反射型のいずれにする場合においても、半導体層１０ｂとしては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や多結晶シリコン（ｐ−Ｓｉ）を用いれば良い。なお、アモルファスシリコンを用いる場合、水素希釈したモノシラン（ＳｉＨ4 ）をグロー放電分解法（プラズマＣＶＤ）によって約３００℃のガラス基板上に約２００ｎｍの厚みで堆積して用いれば良い。
【００４０】
また、オーミックコンタクト層１０ｃは、例えばｎ+ ａ−Ｓｉ層にリンをドーピングして用いると良い。
【００４１】
さらに、ゲート絶縁膜６ｂとしては、窒化シリコン（ＳｉＮX ）が用いられ、グロー放電分解法により形成される。
【００４２】
また、ゲート電極１０ａ、ソース電極１０ｄ、ドレイン電極１０ｅ及び保持容量電極１１にはアルミニウム等の金属材料が用いられる。なお、保持容量電極１１については、面積が広い場合にはＩＴＯ等の透明導電材を用いる場合もある。
【００４３】
さらに、絶縁層６ａにはＴａ2 Ｏ5 等が用いられ、真空成膜法により厚さ１００ｎｍ程度に堆積する。さらに、絶縁層１０ｆ及びパッシベーション膜１０ｇには窒化シリコンが用いられる。
【００４４】
次に、本発明に係る液晶素子の駆動方法について、図９を参照して説明する。ここで、図９は、本発明に係る液晶素子の駆動方法の一例を示すタイミングチャート図であり、(a) は１本目の走査信号線Ｇ1 に印加される走査信号の波形及び印加タイミングを示す図、(b) は２本目の走査信号線Ｇ2 に印加される走査信号の波形及び印加タイミングを示す図、(c) はｎ本目（最終本目）の走査信号線Ｇn に印加される走査信号の波形及び印加タイミングを示す図、(d) は１本目の情報信号線Ｓ1 に印加される情報信号（駆動電圧）の波形及び印加タイミングを示す図、(e) は１本目の走査信号線Ｇ1 と１本目の情報信号線Ｓ1 との交点の画素Ａ1 の液晶２に印加される電圧の変化の様子を示す図である。
【００４５】
液晶素子を駆動するに際しては、図９(a) 〜(c) に示すように走査信号を走査信号印加回路５１から各走査信号線Ｇ1 ，Ｇ2 ，…に線順次で印加されると、各ＴＦＴ１０はオンされる。この走査信号と同期させて、情報信号印加回路５２から各情報信号線Ｓ1 ，Ｓ2 ，…に対して、所定の階調表示情報を持った情報信号（駆動電圧）を同図(d) に例示するように印加すると、選択された画素Ａ1 の画素電極３ｂにはＴＦＴ１０を介して該電圧が印加され、液晶２は所定の階調表示を行う。
【００４６】
本発明は、上述のような駆動電圧を印加するに先立ち、液晶２に第１電圧を印加する等して、液晶２をベンド配向状態等に転位させておくものである。
【００４７】
本発明に係る液晶素子Ｐをベンド配向状態で駆動する場合においても、駆動電圧の低電圧側に保持電圧（ベンド配向状態を保持するための電圧）以上の電圧を印加することにより、より応答速度を向上させることができる。
(5) 次に、本実施の形態の効果について説明する。
【００４８】
本実施の形態によれば、電圧印加処理を行って液晶２をスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移させるに際し、低い電圧を用いることができる。その結果、消費電力が低減され、低電圧駆動も可能となる。また、電圧印加時間が短縮化される。
【００４９】
【実施例】
以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。
（実施例１）
本実施例では、一対のガラス基板１ａ，１ｂにネマチック液晶２を挟持させて実験的な液晶パネルを作成したが、各ガラス基板１ａ，１ｂの表面には透明電極（第１電極、第２電極）１３ａ，１３ｂをＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）によって形成し、各透明電極１３ａ，１３ｂを覆うように配向制御膜４ａ，４ｂを形成した。また、ガラス基板１ａ，１ｂの間隙にはスペーサを配置して、該間隙を規定した。なお、一方の透明電極１３ａは図１０(a) に示すようにガラス基板１ａのほぼ全面に形成し、他方の透明電極１３ｂは図１０(b) に示すように画素毎に複数配置した。
【００５０】
ここで、透明電極１３ａ，１３ｂは、１２００Åの厚みとし、ＩＴＯ膜の蒸着及びパターニングによって形成した。また、一方の透明電極１３ｂについて、隣接される相互の間隔を１５μｍとした。
【００５１】
さらに、配向制御膜４ａ，４ｂは、
＊  ＪＡＬＳ２０２２（ＪＡＲ製垂直配向膜）の１．２％濃度の溶液を１５００回転／ｍｉｎでスピン塗布し、
＊  ８０℃の温度で２分間だけプレ焼成し、
＊  ２００℃の温度で５０分の焼成を施す、
ことによって形成した。エリプソメーター（日本真空技術社製、ＥＳＭ−１Ａ）にて配向制御膜４ａ，４ｂの膜厚を測定したところ、１５０Åであった。
【００５２】
なお、各配向制御膜４ａ，４ｂにはラビング処理を施した。このラビング処理に際しては、表示エリア周辺部の非表示エリアＣを２ｍｍポリイミドテープを用いてマスキング処理を行った。また、このラビング処理には、コットン植毛布を貼付した直径８０ｍｍのラビングローラーを用い、ローラー回転数を１０００ｒｐｍとし、基板表面への押し込み量を１．２ｍｍとし、基板１ａ，１ｂの送り速度を１０ｍｍ／ｓとした。
【００５３】
そして、一方のガラス基板１ａに平均粒径が６μｍのスペーサーを散布し、２枚のガラス基板１ａ，１ｂを貼り合わせた。
【００５４】
その後、非コレステリック系Ｆ系ネマチック液晶（チッソ社製のＫＮ−５０３０）２を減圧下・室温で基板間隙に注入し、１００℃の温度にて再配向を施した。このとき、液晶２は、表示エリアＢにおいてはスプレイ状態で安定していた。
【００５５】
次に、第１電圧としての矩形波電圧（±１０Ｖ，３０Ｈｚ）を透明電極１３ａ，１３ｂに数分間印加したところ、画素部分Ａ1 及び画素間部分Ａ2 の液晶２が数秒でベンド配向状態となり、表示エリア周辺の非表示エリアＣからもスプレイ配向状態は生成されなかった。そして、この印加電圧を除去したところ、液晶２は、ツイスト配向状態にて安定し、１日程度液晶パネルを放置してもツイスト配向状態のままであった。
【００５６】
また、本実施例にて作成した液晶パネルについて、ベレック式コンペンセーターを用いてリタデーション測定し、必要な保持電圧（ベンド配向状態を保持するために印加する電圧）から２００ｎｍのリタデーション幅を取れる駆動電圧幅を求めたところ０．７〜４．５Ｖとなった。
【００５７】
ところで、本実施例では、前記矩形波電圧を印加した後、低電圧領域ではツイスト配向状態となって透過光量が減少する傾向が見られたので、０．７Ｖ程度の保持電圧を電極１３ａ，１３ｂに印加してベンド配向状態を保持することとした。なお、液晶２の初期配向がツイスト配向状態であったために、０．７Ｖの印加であれば２０ｍｓ程度の短時間で速やかにベンド配向状態に転位された。
【００５８】
なお、リタデーションと透過率との関係は以下の通りである。
【００５９】
【式１】
Ｉ／Ｉ0 ＝ｓｉｎ2 ２θ・ｓｉｎ2 （Δｎｄ／λ）π
Ｉ  ；透過光量
Ｉ0 ；入射光量
θ  ；偏光軸とラビング軸とがなす角度
Δｎ；液晶のΔｎ
ｄ  ；セル厚
λ  ；光の波長
上式の透過率Ｉ／Ｉ0 は、θが４５度の場合に最大となる。光の波長λは一般的に５５０ｎｍ程度である。Δｎｄが２７０ｎｍ程度の場合に透過率Ｉ／Ｉ0 が最大となることが上式から求まるが、自然光には様々な波長が含まれ、この設計値にすると波長分散によりセルが黄色味付く問題があり、本発明の評価では２００ｎｍの設計とした。
【００６０】
なお、実施例１、実施例２、比較例１及び比較例２のベンド保持電圧等を表にまとめると以下のようになる。
【００６１】
【表１】
0004467687.tif 000002
（実施例２）
本実施例においては実施例１と同様の液晶パネルＰを作成したが、配向制御膜４ａ，４ｂを形成する際のスピン回転速度は１０００回転／ｍｉｎとし、その膜厚を３５０Åとした。また、プレチルト角は実施例１よりも大きく２５°とした。その他の構成及び製造方法は実施例１と同様とした。
【００６２】
液晶２は、再配向直後はスプレイ状態で安定していた。
【００６３】
次に、第１電圧としての矩形波電圧（±１０Ｖ，３０Ｈｚ）を透明電極１３ａ，１３ｂに数分間印加したところ、画素部分Ａ1 及び画素間部分Ａ2 の液晶２は実施例１と同様に数秒でベンド配向状態となり、表示エリア周辺の非表示エリアＣからもスプレイ配向状態は生成されなかった。そして、この印加電圧を除去して１日程度液晶パネルを放置しても、プレチルト角が大きいために液晶２はベンド配向状態のまま保持され、保持電圧の印加は不要であった。
【００６４】
また、２００ｎｍのリタデーション幅を取れる駆動電圧幅を求めたところ０〜４．５Ｖとなった。
（比較例１）
本比較例で作成した液晶パネルは、実施例１で作成したものとほぼ同様の構成であるが、隣接される透明電極１３ｂの相互の間隔は１５μｍではなく１７μｍとした。なお、その他の構成及び製造方法は同じとした。
【００６５】
そして、実施例１と同様の方法で液晶２の注入や再配向を行なったところ、液晶２はスプレイ配向で安定していた。
【００６６】
その後、実施例１と同様に矩形波電圧（第１電圧）を透明電極１３ａ，１３ｂに数分間印加したところ、画素部分Ａ1 の液晶２はベンド配向状態となったものの、画素間部分Ａ2 の液晶２はスプレイ配向状態のままであった。また、この印加電圧を除去したところ、ベンド配向状態であった画素部分Ａ1 の液晶２は直ちにスプレイ配向状態に転位した。
【００６７】
そして、液晶２をベンド配向状態に保持するには１．５Ｖ程度の保持電圧が必要であり、１．５Ｖ以下の電圧では、非表示エリアＣや画素間部分Ａ2 を核としてスプレイ配向状態が拡がり、画素部分Ａ1 の液晶２もスプレイ配向状態となった。このため、液晶パネルの光学特性は不均一になり、応答速度の大幅な減少が見られた。
【００６８】
また、一旦スプレイ配向状態になった液晶２をベンド配向状態に転位させるには、７Ｖ程度の電圧を１分程度印加する必要があった。
（比較例２）
本比較例で作成した液晶パネルは、実施例１で作成したものとほぼ同様の構成であるが、隣接される透明電極１３ｂの相互の間隔は１５μｍではなく１７μｍとした。なお、その他の構成及び製造方法は同じとした。
【００６９】
そして、実施例１と同様の方法で液晶２の注入や再配向を行なったところ、液晶２はスプレイ配向で安定していた。
【００７０】
その後、実施例１と同様に矩形波電圧（第１電圧）を透明電極１３ａ，１３ｂに数分間印加したところ、画素部分Ａ1 の液晶２はベンド配向状態となったものの、画素間部分Ａ2 の液晶２はスプレイ配向状態のままであった。また、この印加電圧を除去したところ、ベンド配向状態であった画素部分Ａ1 の液晶２は直ちにスプレイ配向状態に転位した。
【００７１】
そして、液晶２をベンド配向状態に保持するには１．５Ｖ程度の保持電圧が必要であり、１．５Ｖ以下の電圧では、非表示エリアＣや画素間部分Ａ2 を核としてスプレイ配向状態が拡がり、画素部分Ａ1 の液晶２もスプレイ配向状態となった。このため、液晶パネルの光学特性は不均一になり、応答速度の大幅な減少が見られた。
【００７２】
また、一旦スプレイ配向状態になった液晶２をベンド配向状態に転位させるには、７Ｖ程度の電圧を１分程度印加する必要があった。
（実施例３）
本実施例においては、図１及び図２に示すアクティブマトリクス型の液晶パネル（液晶素子）Ｐを作成した。なお、隣接される画素電極（第２電極）３ｂの相互の間隔は１５μｍとした。また、１軸性位相補償フィルム（７５ｎｍ）をノーマリーホワイト駆動時の黒表示電圧のリタデーションを相殺する方向に配置した。
【００７３】
本実施例によれば、再配向直後の液晶２はスプレイ配向状態であった。
【００７４】
この液晶パネルＰに図１１に示す信号を印加したところ表示エリア内の液晶２は直ちにベンド配向状態となり、この印加電圧を除去したところ、表示エリア内の液晶２はツイスト配向状態になった。本実施例において、ベンド配向状態を保持するために必要な保持電圧は０．７Ｖであった。
【００７５】
なお、透過光量と電圧との関係を測定したところ、駆動電圧は０．７〜４．５Ｖであった。
（実施例４）
本実施例においては、実施例３と同様のアクティブマトリクス型液晶パネルを作成したが、一方のガラス基板１ｂの非表示エリアＣには、図３に示すような枠状のＩＴＯ電極（第３電極）５を共通電極（第１電極）３ａと対向するように形成した。なお、隣接される画素電極（第２電極）３ｂの相互の間隔は１５μｍとした。
【００７６】
そして、この液晶パネルの駆動に際しては、ＩＴＯ電極５と共通電極３ａとの間に７Ｖの矩形波（ベンド化のための電圧）を印加しておく一方で、図１１(a) 〜(c) に示すように走査信号を各走査信号線Ｇ1 ，Ｇ2 ，…に線順次で印加していき、情報信号線Ｓ1 ，Ｓ2 ，…には同図(d) に例示するような電圧を印加した。
【００７７】
その結果、表示エリア内の液晶２は、印加される電圧を除去した状態でもツイスト配向状態にて安定していた。
【００７８】
なお、本実施例においては実施例３と同様に位相補償を行った。
【００７９】
そして、透過光量と電圧との関係を測定したところ、駆動電圧は０．７〜４．５Ｖであり、保持電圧は０．７Ｖ程度必要であった。
（実施例５）
実施例３にて作成した液晶パネルでは、例えば１日間程度の長時間白表示をさせると、一部分にスプレイ配向状態が生じるが、本実施例では、図４に示すように１秒毎にリセット電圧（第１電圧）を印加した。
【００８０】
本実施例によれば、実施例３のようなスプレイ配向状態は生じなかった。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、電圧印加処理を行ってネマチック液晶をスプレイ配向状態からベンド配向状態に転移させるに際し、低い電圧を用いることができる。その結果、消費電力が低減され、低電圧駆動も可能となる。また、電圧印加時間が短縮化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶パネルの構造の一例を示す断面図。
【図２】本発明に係る液晶パネルの構造の一例を示す平面図。
【図３】本発明に係る液晶パネルの構造の他の例を示す平面図。
【図４】アクティブマトリクス型液晶素子においてリフレッシュ駆動を一定期間毎に行った例を示す図。
【図５】ベンド配向状態を示す模式図。
【図６】スプレイ配向状態を示す模式図。
【図７】ツイスト配向状態を示す模式図。
【図８】位相補償部材を配置した例を説明するための図。
【図９】本発明に係る液晶素子の駆動方法の一例を示すタイミングチャート図。
【図１０】本発明に係る液晶パネルの構造のさらに他の例を示す平面図。
【図１１】本発明に係る液晶素子の駆動方法の他の例を示すタイミングチャート図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ    ガラス基板（基板）
２            ネマチック液晶
３ａ          共通電極（第１電極）
３ｂ          画素電極（第２電極）
４ａ，４ｂ    配向制御膜
５            ＩＴＯ電極（第３電極）
１０          ＴＦＴ（スイッチング素子）
１３ａ        共通電極（第１電極）
１３ｂ        画素電極（第２電極）
Ａ1           画素
Ｂ            表示エリア
Ｃ            非表示エリア
Ｐ            液晶パネル（液晶素子）
【図１】
0004467687.tif 000003
【図２】
0004467687.tif 000004
【図３】
0004467687.tif 000005
【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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