液晶素子
【課題】低電圧化の程度が大きく、かつ安定性にすぐれた液晶素子を提供する。
【解決手段】略平行に配置され少なくとも一方が透明な１組の基板と、基板の内側に配設された１組の配向膜と、上記１組の配向膜の間に充填された液晶材料を備え、上記配向膜の表面に液晶分子が同一方向に向くように配向処理が施され、配向処理の方向のなす角が７０度から１１０度であって、上記１組の配向膜の配向処理の方向の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩じれ方向に対して逆捩じれ方向を与える螺旋ピッチを有する光学活性物質を上記液晶材料が含有し、上記液晶分子がユニフォームツイスト構造を形成する液晶素子において、上記配向膜に対する上記液晶分子のプレチルト角が１０度以上かつ電場無印加時にダブルツイスト構造を形成する角度θph以下であることと、上記螺線ピッチｐと液晶層の厚みｄの比が２＜ｐ／ｄ＜１２である構成とした。
【解決手段】略平行に配置され少なくとも一方が透明な１組の基板と、基板の内側に配設された１組の配向膜と、上記１組の配向膜の間に充填された液晶材料を備え、上記配向膜の表面に液晶分子が同一方向に向くように配向処理が施され、配向処理の方向のなす角が７０度から１１０度であって、上記１組の配向膜の配向処理の方向の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩じれ方向に対して逆捩じれ方向を与える螺旋ピッチを有する光学活性物質を上記液晶材料が含有し、上記液晶分子がユニフォームツイスト構造を形成する液晶素子において、上記配向膜に対する上記液晶分子のプレチルト角が１０度以上かつ電場無印加時にダブルツイスト構造を形成する角度θph以下であることと、上記螺線ピッチｐと液晶層の厚みｄの比が２＜ｐ／ｄ＜１２である構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子に関するもので、特にリバースＴＮ液晶素子の低電圧化、安定化、視野角依存性に関する発明である。
なお、この明細書では、両配向膜の配向処理の方向の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩じれ方向に対して反対方向の捩じれ方向を与える螺旋ピッチを有する光学活性物質を上記液晶材料が含有し、その液晶分子がユニフォームツイスト構造を形成するＴＮ液晶を、リバースＴＮ液晶と呼ぶ。
【背景技術】
【０００２】
液晶素子は、ディスプレイとして急速にその市場を拡大している。液晶ディスプレイは、解像度で他のディスプレイ方式に比べて優位であり、従来問題となっていたコントラストや色再現性の視野角依存性・コントラストの問題は解決され、現在は、応答速度（特に低温の応答速度）と、駆動電圧の低減化が特に改善すべき問題点として残っている。
【０００３】
ＴＮ液晶に対しても、上記２つの問題点を改善することが強く望まれている。もちろん、これらの点を改善した際に、例えば、透過型ＴＮ液晶素子に特有の問題として、後述するように、正面からの透過率が暗くなるというような副次的悪影響が生じる場合には、それを避けるための方策も講じる必要がある。
【０００４】
特許文献１には、配向膜間に配置されてキラルネマティック液晶材料を有し、２つの配向膜間に誘発された９０度未満の捩じれと、液晶材料の捩じれ方向が反対方向を向いている液晶素子が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、両配向膜に施された配向処理の方向のなす角が約９０度である液晶素子であって、配向膜の配向処理の方向の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩じれ方向に対して反対方向の捩じれ方向を与える螺旋ピッチを有する光学活性物質を液晶材料が含有し、上記液晶分子がユニフォームツイスト構造を形成する液晶素子が開示されている。
【０００６】
さらに、本願発明者等が先に学会発表を行った非特許文献１〜３がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１９９９０３号公報
【特許文献２】特開２００７−２９３２７８号公報
【非特許文献１】K.Takatoh, T. Kaneko, T.Uesugi, S. Kobayashi, Proceeding of IDW2007, 421(2007)
【非特許文献２】高頭、金子、上杉、小林 日本液晶学会討論会 講演予稿集 ３ｐＡ０３
【非特許文献３】高頭 液晶ディスプレイの高速・高画質・広視野角化技術、１０ページ、技術情報協会（２００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されている方法では、低電圧化の程度は極めて限られている。最も大きな効果を示す値でも、飽和電圧が３Ｖに対して２．５Ｖ程度である。
特許文献２の液晶素子は、不安定であり電圧無印加状態では数分でスプレイツイスト構造に戻るという問題点が発見された。１度使用をやめた後に、次に使用をはじめる場合には、電場を再度印加して全体をＴＮ構造にする必要がある。すなわち、特許文献２の液晶素子は、大きな低電圧化駆動の可能性を示すが、安定性は低い。
そこで、本発明は、低電圧化の程度が大きく、かつ、安定性にすぐれた液晶素子を提案することを第１の課題とする。
【０００９】
また、通常の液晶素子設計のガイドライン（例えば、非特許文献３に記載されている）に沿って設計するだけでは、正面からみた透過率が低くなるという透過型ＴＮ液晶素子に特有の問題点が生じる場合がある。
そこで、本発明は、そのような問題点を解決するための方策を提案することを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記第１の課題は、請求項１の発明により解決された。
すなわち、略平行に配置され少なくとも一方が透明な１組の基板と、それぞれの基板の内側に配設された１組の配向膜と、上記１組の配向膜の間に充填された液晶材料を備え、上記配向膜の表面に上記液晶材料中の液晶分子が同一方向に向くように配向処理が施され、両配向膜に施された配向処理の方向のなす角が７０度から１１０度である液晶素子であって、上記１組の配向膜の配向処理の方向の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩じれ方向に対して反対方向の捩じれ方向を与える螺旋ピッチを有する光学活性物質を上記液晶材料が含有し、上記液晶分子がユニフォームツイスト構造を形成する液晶素子において、上記配向膜に対する上記液晶分子のプレチルト角が１０度以上かつ電場無印加時にダブルツイスト構造を形成する角度θph以下であることと、上記螺線ピッチｐと液晶層の厚みｄの比が２＜ｐ／ｄ＜１２であることを特徴とする液晶素子によって解決された。
【００１１】
また、上記第２の課題は、請求項２の発明により解決された。
すなわち、上記請求項１の発明に係る液晶素子において、上記液晶材料の屈折率異方性をΔn とするとき、上記液晶層の厚みｄとの積Δn ×ｄの値が０．５μｍより大きく３μｍ以下の値であり、好ましくは０．７５μｍ以上１．５μｍ以下、さらに望ましくは０．８μｍ以上１．２μｍ以下であることを特徴とする液晶素子によって解決された。
【００１２】
配向膜に垂直な方向（この明細書では、この方向を軸方向と呼ぶ）に垂直な面に対する角度を、この明細書では極角（ azimuth角）という。配向膜と平行なとき極角はゼロ、軸方向に平行なとき極角は９０度または−９０度である。
【００１３】
図１は、リバースＴＮ液晶の中での液晶分子１の配列を示す。両側の配向膜２，３の配向方向は９０度をなし（下の配向膜２は４時の方向、上の配向膜３は１時の方向）、液晶分子は両方の配向膜に接する部分で、その配向膜の配向方向と軸方向４を含む面内で配向膜に対してあるプレチルト角で立ち上がる。中間の領域では、液晶分子の極角を余り変えないで（正確には、後述するように、中間の領域では液晶分子の極角はやや軸方向４に近づく）、配向方向を９０度旋回させる。
【００１４】
図２は、スプレイ構造の配列を示している。両配向膜２，３に接する領域でのプレチルト角の方向が等しく、中間の領域では、液晶分子１の極角がゼロになるように変化する。すなわち、一旦軸方向に対して直角の方向になる。この結果、液晶分子の配向方向が扇形に分布するスプレイ構造を形成している。
【００１５】
図３は、スプレイツイスト構造の配列を示す。スプレイツイスト構造とは、スプレイ構造と、上下基板間で９０度捩じれるツイスト構造が組み合わさった構造である。
【００１６】
本願の発明者等は、安定なリバースＴＮ液晶が得られるプレチルト角を求めて、低プレチルト角を実現する配向膜材料と、高プレチルト角を実現する配向膜材料との混合比を種々変えて混合することで、数々のプレチルト角を示す配向膜を作製し、リバースＴＮ構造の液晶の安定性を調べた。
その結果、プレチルト角が１０度の配向膜を用いた場合、少なくとも１分以上の間、リバースＴＮ液晶が安定に持続させ得ることが確認された。
【００１７】
他方、プレチルト角の上限について、本願の発明者等は、プレチルト角とリバースＴＮ構造の安定性を調べた。
その結果、プレチルト角が一定の角度θph以上になると、リバースＴＮ構造が実現されなくなることが分かった。これは予想外の結果であった。
【００１８】
スプレイ構造あるいはスプレイツイスト構造において、プレチルト角が大きくなると、スプレイ構造はより圧縮された構造となる。すなわち、ギブスのフリーエネルギーが高くなり、これらの構造は不安定になる。一方、リバースＴＮ液晶が不安定であるのは、リバースＴＮ液晶がスプレイツイスト液晶に転移するためである。従って、プレチルト角を大きくすると、リバースＴＮ液晶が相対的に安定になる、すなわち、安定なリバースＴＮ液晶が得られると予想していたからである。
【００１９】
しかし、実験結果が、上記のように予想に反するものとなった理由は、プレチルト角が高くなった場合、スプレイツイスト構造とは別の構造である、（図４に示す）右回りと左回りが共存する、ダブルツイスト構造が形成されるためと推定している。
【００２０】
図４に示すダブルツイスト構造は、プレチルト角が１０度程度の場合でも、飽和電圧に近い電場を印加すると形成されることが判っている（非特許文献１，２）。このような構造をとる場合、駆動電圧が大きく増加し、低電圧化を図るという本発明の目的を達成することができない。
【００２１】
図５は、図４のダブルツイスト構造における、液晶分子の極角を配向膜からの距離の関数として示したものである。図から分かるように、極角は配向膜の近傍で一旦逆方向に曲がり、中間領域で反転し、さらに他方の配向膜の近傍で一旦行過ぎてから戻るという、複雑な極角分布を伴う。これは、ストレスエネルギーを、複雑な捩れでエネルギーで吸収するためであると説明できる。
【００２２】
プレチルト角が１０度程度の場合、電圧無印加時ではこのような構造は生じない。しかし、プレチルト角を大きくすることは、大きな印加電圧を印加することと同様の効果を持つため、電圧無印加時でも図４のようなダブルツイスト構造が形成されると考えられる。
【００２３】
このような構造が生じることがあるため、安定なリバースＴＮ液晶素子を作るためには、プレチルト角に上限があることが分かった。すなわち、プレチルト角は、所定の角θph以下であることが必要である。ここで、所定角θphは、電圧を印加してもリバースＴＮ液晶構造を維持し、他の構造が形成されない最大角度である。これは、液晶材料、液晶素子の弾性率、および（後述する）ｐ／ｄの値で変わる。
【００２４】
リバースＴＮ液晶において、液晶層の厚みをｄ、液晶材料の螺旋ピッチをｐとするとき、ｐ／ｄの値は重要な指標である。例えば、ｐ＝５μｍ、ｄ＝５μｍであれば、ｐ／ｄ＝１となり、３６０度の螺旋構造となる。ｐ＝１５μｍ、ｄ＝５μｍの場合はｐ／ｄ＝３となり、液晶層内で１／３ピッチが形成される。すなわち１２０度捩じれた構造となる。ｐ＝１０μｍ、ｄ＝５μｍの場合はｐ／ｄ＝２となり、１８０度捩じれた構造となる。ｐ／ｄ＝１０の場合、３６度捩じれた構造になる。
【００２５】
リバースＴＮ液晶では、上下配向膜のプレチルト角の組み合わせで決まる捩じれ方向と、液晶材料の捩じれ方向が逆になっており、かつスプレイツイスト構造ではなく、ユニフォームツイスト構造となっている。すなわち、リバースＴＮ構造では、液晶材料は液晶材料本来の螺旋構造とは逆の向きに捩じれている。その結果、液晶材料内でストレスが発生している。これ故、リバースＴＮ液晶では、ｐ／ｄの値が大きいほど、液晶材料内部のストレスが小さく安定である。しかし、低電圧化の程度は小さくなる。ｐ／ｄ＝１２より大きい場合、低電圧化の効果が現れないので、リバースＴＮ構造を形成する価値はほとんどなくなる。
【００２６】
一方、ｐ／ｄが小さい場合、低電圧化の効果が顕著になるが、リバースＴＮの構造が不安定になる。プレチルト角が１０度からθphの場合、ｐ／ｄが２以下のとき、リバースＴＮ液晶は１分以内にスプレイツイスト構造に戻る。このように非常に不安定な構造となる。このため、ｐ／ｄは２以上であることが必要である。
【００２７】
図６は、同じ条件でピッチｐだけを変化させたときの飽和電圧（透過率が飽和する印加電圧）の変化をプロットした図である。図から分かるように、ピッチｐが大きい領域では、ｐが小さくなるに従って直線的に飽和電圧が下がる。しかし、ピッチｐがある限界値より小さくなると、グラフは折れ曲がり、飽和電圧が急激に低下する。本発明は、この限界値より小さいピッチｐで、リバースＴＮ液晶を作成することを推奨するものである。
なお、特許文書１の液晶は、このグラフでは、右の部分のピッチｐが大きい領域の液晶に関するものである。
【００２８】
一般にＴＮ素子は、電圧無印加時の透過率を最大にとるために、液晶材料の屈折率異方性をΔｎ、液晶の厚みをｄとするとき Δｎ×ｄ＝０．５μｍとして設計する（例えば、非特許文献３）。工業製品として、この条件から逸脱することはない。しかしながら、本発明の液晶素子を、この条件で作製すると、正面の透過率が低下することが分かった。
【００２９】
後述するように、本発明の液晶素子では、正面透過率は最大透過率の３０％になり、正面から目視した場合暗くなっているのが観察される。これは本発明の場合、電圧無印加で、液晶分子が基板に対して立ち上がるため、正面からみたΔｎが減少するためである。
【００３０】
この問題を解決するための方法として、従来のΔｎ×ｄ＝０．５μｍの条件ではなく、Δｎ×ｄを０．５μｍより大きくすればいいことが分かった（実用上では３μｍ以下）。液晶材料やプレチルト角にもよるが、十分な低電圧化の効果を得る場合は、Δｎ×ｄは０．７５μｍ以上１．５μｍ以下、好ましくは０．８μｍ以上１．２μｍ以下である。
【００３１】
なお、Δｎ×ｄの値が０．７５μｍよりも小さい場合、正面の透過率が低いという問題を生じる。また、Δｎ×ｄの値が大きすぎる場合は、液晶材料は本発明の効果で電圧無印加状態で立ち上がっても、透過率の変化が現れるためには高い電圧を印加する必要が出てくるため、低電圧化の効果が十分得られなくなる。
【発明の効果】
【００３２】
以上の記載から明らかなように、上記した請求項１の本発明によれば、低電圧で駆動可能なＴＮ構造の液晶素子を実現することができる。
また、上記した請求項２の本発明によれば、低電圧で駆動可能なリバースＴＮ構造の液晶素子の正面での透過率を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る液晶素子の実施例と比較例を対比しながら、さらに本発明を詳しく説明する。
【００３４】
＜実施例１＞
ガラス基板上に３０Ω／ｃｍ2 の電気抵抗を持つ面積１×１ｃｍ2 のＩＴＯ透明電極を形成した。このガラス基板上に、チッソ石油（株）製の液晶配向膜用ポリイミドＰＩＡ−Ｘ７６８−０１Ｘを４０重量％、同ＰＩＡ−Ｘ３５９を６０重量％混合したポリイミドの溶液を用いてスピンコーターにより３０００ＲＰＭの条件でポリイミド膜を形成した。
このポリイミド膜に対して、２．５ｃｍのローラー径で、押し込み量０．５ｍｍ、ローラー回転速度１０００ＲＰＭでラビング処理を施した。このようにして作製した配向膜を、ラビング方向が図７に示す配置になるように組み合わせ、基板両端を接着剤で固定することにより液晶セルを作製した。
この液晶セルに、大日本インキ工業（株）製のＲＤＰ９４８０８Ｅ０６２（ピッチ１５μｍ：左回り）を注入した。注入直後は、スプレイツイスト構造を形成した。このセルに、６０Ｈｚ矩形波１０Ｖの電圧を１０分間印加することにより、リバースＴＮ構造を得た。得られたリバースＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を、図８に実施例１として示す。
【００３５】
＜比較例１＞
注入する液晶材料が螺旋構造を持たない（液晶材料にカイラル剤を添加していない）液晶材料（ＲＤＰ９４８０８）であること以外は、上記実施例１記載の液晶素子と同じ構成の液晶素子を作製し、その液晶素子の透過率の印加電圧依存性を測定した。結果を図８に比較例１として示す。
【００３６】
＜比較例２＞
上下配向膜のラビング方向を図９の方向にしたこと以外は、上記実施例１に記載の方法と同様にして作製した液晶素子の透過率の印加電圧依存性を測定した。結果を図８に比較例２として示す。
【００３７】
図８から分かるように、実施例１の場合、螺旋構造を持たないＲＤＰ９４８０８（比較例１）、右回りの同じ螺旋ピッチを持つＲＤＰ９４８０８Ｒ０６２（比較例２）に比べて、閾値電圧はほぼ０Ｖになっており、飽和電圧（最小輝度を示す電圧）も１．２Ｖと、比較例１，２の液晶セルに比べて極めて低くなった。このリバースＴＮ液晶は、電圧無印加状態で５分間安定に存在し、その後、スプレイツイスト構造に変化した。
【００３８】
比較例１の場合、閾値電圧０．９Ｖ、飽和電圧２．７Ｖと、実施例１の結果に比べて高い値を示した。比較例２の場合、閾値電圧２．０Ｖ、飽和電圧５．０Ｖと、実施例１に対して高い値を示した。
【００３９】
＜比較例３＞
使用する配向膜をポリイミドＰＩＡ−Ｘ７６８−０１Ｘ、５０％、ＰＩＡ−Ｘ３５９−０１Ｘ、５０％とすること以外は、上記実施例１と同様にして液晶素子を作製し、透過率の印加電圧依存性を測定した。結果を図１０に比較例３として示す。また、比較するために上記実施例１の結果を図１０に示す。
【００４０】
別に、比較例３の場合と同じポリイミドＰＩＡ−Ｘ７６８−０１Ｘ、５０％、ＰＩＡ−Ｘ３５９−０１Ｘ、５０％の配向膜を用いて反平行（平行で向きは互いに逆）のセルを作製し、プレチルト角測定装置（米国Elsicon 社製 プレチルト角測定システム ＰＡＳ−３０１型）によりプレチルト角を測定した。この配向膜のプレチルト角は、１７度であった。
【００４１】
図１０によると、プレチルト角が１７度である場合、その透過率の印加電圧依存性は実施例１記載のプレチルト角が１３度の場合と全く異なり、閾値電圧２．０Ｖ、（図示は省略したが）飽和電圧９．０Ｖと、比較例１記載のカイラル剤を添加しない場合に比べても極めて高い値となった。この挙動は、通常のＴＮ液晶・スプレイツイスト液晶では説明できない。この液晶構造は、実施例１で飽和電圧以上の透過率が増加したときに出現する状態と同じ、１つのセル内に右回り・左回りの捩じれ構造が共存している状態（図４のダブルツイスト構造）が出現したと考えられる。
【００４２】
＜比較例４＞
使用する配向膜をポリイミドＰＩＡ−Ｘ７６８−０Ｘ、６５％、ＰＩＡ−Ｘ３５９−０１Ｘ、３５％とすること以外は、上記実施例１と同様にして液晶素子を作製し、透過率の印加電圧依存性を測定した。実施例１と同様にして作製した液晶セルに電場処理を行った。しかし、このセルはリバースＴＮ液晶への転移は見られなかった。
【００４３】
＜実施例２＞
用いる液晶材料をメルク社製のＺＬＩ−４７９２（ＵＲ０１９) 、螺旋ピッチ５０μｍとし、また用いる配向膜材料をチッソ石油化学（株）製のポリイミドＰＩＡ−Ｘ７６８−０１Ｘ、４５％ ＰＩＡ−Ｘ３５９−０１Ｘ，５５％（プレチルト角２１度）を混合したポリイミドとすること以外は、上記実施例１と同様にして液晶素子を作製した。次に実施例１と同様の方法で電場処理を行いリバースＴＮ液晶を作製した。プレチルト角２１度のこの液晶は３時間安定に存在した。このリバースＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を図１１に実施例２として示す。また、比較のために通常のＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を図１１に示す。この実施例でも、低電圧化が実現されている。
【００４４】
＜実施例３＞
実施例２では、配向膜のポリイミドの焼成温度を２００度としたが、この焼成温度を２２０度とすること以外は、全て上記実施例２と同じ条件で液晶素子を作製し、電場処理によってリバースＴＮ液晶素子を形成した。得られたリバースＴＮ液晶素子は３か月間安定に存在した。このリバースＴＮ素子の透過率の印加電圧依存性を図１２に実施例３として示す。また、比較のために通常のＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を図１２に示す。この実施例でも、低電圧化が実現されている。
【００４５】
＜比較例５＞
液晶材料としてカイラル剤を添加せず螺旋構造を持たないこと以外は、上記実施例２と同様にして液晶素子を形成した。この場合ｐ／ｄが小さ過ぎ、リバースＴＮ液晶が形成されず、閾値電圧１．８Ｖ、飽和電圧４．０ＶとリバースＴＮ液晶に比べていずれも高い値になった。
【００４６】
＜比較例６＞
液晶材料として、メルク社製のＺＬＩ−４７９２（ＵＳ０９３) 、螺旋ピッチ１０μｍを用いること以外は、上記実施例２と同様の方法で液晶素子を作製した。この場合電場を印加することによってもリバースＴＮ液晶を形成することはできなかった。すなわち、ｐ／ｄが小さ過ぎると、リバースＴＮ液晶が形成されない。
【００４７】
＜比較例７＞
液晶材料としてメルク社製のＺＬＩ−４７９２（ＵＲ０１２) 、螺旋ピッチ７５μｍを用いること以外は、上記実施例２と同様の方法で液晶素子を作製した。得られた液晶素子に実施例２と同様の方法で電圧を印加する電場処理を施した。螺旋ピッチ７５μｍの場合、閾値電圧の低下はほとんど見られなかった。
【００４８】
＜実施例４＞
実施例３で作製した本発明にかかる液晶素子につき、大塚電子（株）製の液晶電気光学特性測定装置ＬＣＤ５２００を用いて透過率の視野角依存性を測定した。得られた結果を図１３に実施例４として示す。また、比較のために高プレチルト角（２０度）のＴＮ液晶の透過率の視野角依存性を図１３に示す。
【００４９】
通常のＴＮ液晶では、プレチルト角が５度以下で低いため、電圧無印加時には視野角（極角、polar angle ）による透過率の変化はないが、図１３では、プレチルト角が２０度と大きいため、透過率の視野角依存性が見られる。しかし、正面での透過率の減少はさほど大きくない。
【００５０】
それに対して、本発明の液晶素子（実施例４）では、正面透過率は最大透過率の３０％になっている。図１３は正面の電圧無印加時の透過率を１００としているため、図からは分からないが、実際は、正面から見ると透過率が低く暗くなっている。実際上記のように正面から目視した場合暗くなっているのが観察される。これは本発明の場合、電圧無印加で、液晶分子が基板に対して立ち上がるため、正面からみたΔｎが減少するためと考えられる。
【００５１】
先に示した実施例１の図８は、液晶材料として屈折率異方性Δｎが０．１９の液晶材料ＲＤＰ９４０８Ｅ０６２、液晶層の厚みを５μｍとし、Δｎ×ｄ＝０．９５μｍとした場合の透過率の印加電圧依存性を、本発明の液晶素子（実施例１）、及びＴＮ液晶素子（比較例１，２）について示したものである。
【００５２】
この条件の場合、ＴＮ液晶素子では、正面での透過率は最大にはならず閾値付近でいったん透過率が上昇しコブのようになる現象が観察される。それに対して本発明の場合、このコブの部分が、ちょうど電圧無印加時の状態に相当する。すなわち、ＴＮ液晶に１．１Ｖ程度のバイアス電圧を印加した状態に相当する。このことは本発明の液晶素子が、ＴＮ液晶に約１Ｖのバイアス電圧を印加している（ＴＮ液晶の曲線にたいして、本発明の曲線が１Ｖ分左に移動している）ことに相当している。これ故、図１３に図示する場合のように、正面からの透過率は低くならず、目視により正面から見て暗くなる現象も観察されない。
【００５３】
図１４は、Δｎ×ｄ＝０．５μｍの場合の本発明の液晶素子とＴＮ液晶素子の正面での透過率の印加電圧依存性を示すものである。なお、液晶材料はメルク社製のＺＬＩ−４７９２を用い、低プレチルト角（１度）のＴＮ液晶、高プレチルト角（２０度）のＴＮ液晶、及び高プレチルト角（２０度）の本発明のリバースＴＮ液晶である。飽和電圧はＴＮ液晶が４Ｖに対して、本発明の場合２Ｖ程度になっており、約半減していることが判る。
【００５４】
以上、記載した実施例及び比較例に基づき、特許請求の範囲に記載した本発明に係る液晶素子を説明したが、本発明の技術的範囲は、何ら既述の実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】リバースＴＮ液晶の液晶分子の配列を概念的に示した斜視図である。
【図２】スプレイ構造の液晶分子の配列を概念的に示した断面図である。
【図３】スプレイツイスト構造の液晶分子の配列を概念的に示した斜視図である。
【図４】右回りと左回りが共存するダブルツイスト構造の液晶分子の配列を概念的に示した斜視図である。
【図５】液晶分子の極角を印加電圧をパラメータとして配向膜からの距離の関数として示したグラフである。
【図６】ピッチだけを変化させたときの飽和電圧（透過率が飽和する印加電圧）の変化をプロットしたグラフである。
【図７】実施例１のラビング方向を示した図である。
【図８】実施例１、比較例１，２の液晶の透過率の印加電圧依存性を示したグラフである。
【図９】比較例２のラビング方向を示した図である。
【図１０】実施例１、比較例３の液晶の透過率の印加電圧依存性を示したグラフである。
【図１１】実施例２のリバースＴＮ液晶、通常のＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を示したグラフである。
【図１２】実施例３のリバースＴＮ液晶、通常のＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を示したグラフである。
【図１３】高プレチルト角のＴＮ液晶、実施例４のリバースＴＮ液晶の視野角に対する透過率を現したグラフである。
【図１４】低プレチルト角のＴＮ液晶、高プレチルト角のＴＮ液晶、本発明のリバースＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１ 液晶分子
２ 下の配向膜
３ 上の配向膜
４ 軸方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子に関するもので、特にリバースＴＮ液晶素子の低電圧化、安定化、視野角依存性に関する発明である。
なお、この明細書では、両配向膜の配向処理の方向の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩じれ方向に対して反対方向の捩じれ方向を与える螺旋ピッチを有する光学活性物質を上記液晶材料が含有し、その液晶分子がユニフォームツイスト構造を形成するＴＮ液晶を、リバースＴＮ液晶と呼ぶ。
【背景技術】
【０００２】
液晶素子は、ディスプレイとして急速にその市場を拡大している。液晶ディスプレイは、解像度で他のディスプレイ方式に比べて優位であり、従来問題となっていたコントラストや色再現性の視野角依存性・コントラストの問題は解決され、現在は、応答速度（特に低温の応答速度）と、駆動電圧の低減化が特に改善すべき問題点として残っている。
【０００３】
ＴＮ液晶に対しても、上記２つの問題点を改善することが強く望まれている。もちろん、これらの点を改善した際に、例えば、透過型ＴＮ液晶素子に特有の問題として、後述するように、正面からの透過率が暗くなるというような副次的悪影響が生じる場合には、それを避けるための方策も講じる必要がある。
【０００４】
特許文献１には、配向膜間に配置されてキラルネマティック液晶材料を有し、２つの配向膜間に誘発された９０度未満の捩じれと、液晶材料の捩じれ方向が反対方向を向いている液晶素子が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、両配向膜に施された配向処理の方向のなす角が約９０度である液晶素子であって、配向膜の配向処理の方向の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩じれ方向に対して反対方向の捩じれ方向を与える螺旋ピッチを有する光学活性物質を液晶材料が含有し、上記液晶分子がユニフォームツイスト構造を形成する液晶素子が開示されている。
【０００６】
さらに、本願発明者等が先に学会発表を行った非特許文献１〜３がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１９９９０３号公報
【特許文献２】特開２００７−２９３２７８号公報
【非特許文献１】K.Takatoh, T. Kaneko, T.Uesugi, S. Kobayashi, Proceeding of IDW2007, 421(2007)
【非特許文献２】高頭、金子、上杉、小林 日本液晶学会討論会 講演予稿集 ３ｐＡ０３
【非特許文献３】高頭 液晶ディスプレイの高速・高画質・広視野角化技術、１０ページ、技術情報協会（２００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載されている方法では、低電圧化の程度は極めて限られている。最も大きな効果を示す値でも、飽和電圧が３Ｖに対して２．５Ｖ程度である。
特許文献２の液晶素子は、不安定であり電圧無印加状態では数分でスプレイツイスト構造に戻るという問題点が発見された。１度使用をやめた後に、次に使用をはじめる場合には、電場を再度印加して全体をＴＮ構造にする必要がある。すなわち、特許文献２の液晶素子は、大きな低電圧化駆動の可能性を示すが、安定性は低い。
そこで、本発明は、低電圧化の程度が大きく、かつ、安定性にすぐれた液晶素子を提案することを第１の課題とする。
【０００９】
また、通常の液晶素子設計のガイドライン（例えば、非特許文献３に記載されている）に沿って設計するだけでは、正面からみた透過率が低くなるという透過型ＴＮ液晶素子に特有の問題点が生じる場合がある。
そこで、本発明は、そのような問題点を解決するための方策を提案することを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記第１の課題は、請求項１の発明により解決された。
すなわち、略平行に配置され少なくとも一方が透明な１組の基板と、それぞれの基板の内側に配設された１組の配向膜と、上記１組の配向膜の間に充填された液晶材料を備え、上記配向膜の表面に上記液晶材料中の液晶分子が同一方向に向くように配向処理が施され、両配向膜に施された配向処理の方向のなす角が７０度から１１０度である液晶素子であって、上記１組の配向膜の配向処理の方向の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩じれ方向に対して反対方向の捩じれ方向を与える螺旋ピッチを有する光学活性物質を上記液晶材料が含有し、上記液晶分子がユニフォームツイスト構造を形成する液晶素子において、上記配向膜に対する上記液晶分子のプレチルト角が１０度以上かつ電場無印加時にダブルツイスト構造を形成する角度θph以下であることと、上記螺線ピッチｐと液晶層の厚みｄの比が２＜ｐ／ｄ＜１２であることを特徴とする液晶素子によって解決された。
【００１１】
また、上記第２の課題は、請求項２の発明により解決された。
すなわち、上記請求項１の発明に係る液晶素子において、上記液晶材料の屈折率異方性をΔn とするとき、上記液晶層の厚みｄとの積Δn ×ｄの値が０．５μｍより大きく３μｍ以下の値であり、好ましくは０．７５μｍ以上１．５μｍ以下、さらに望ましくは０．８μｍ以上１．２μｍ以下であることを特徴とする液晶素子によって解決された。
【００１２】
配向膜に垂直な方向（この明細書では、この方向を軸方向と呼ぶ）に垂直な面に対する角度を、この明細書では極角（ azimuth角）という。配向膜と平行なとき極角はゼロ、軸方向に平行なとき極角は９０度または−９０度である。
【００１３】
図１は、リバースＴＮ液晶の中での液晶分子１の配列を示す。両側の配向膜２，３の配向方向は９０度をなし（下の配向膜２は４時の方向、上の配向膜３は１時の方向）、液晶分子は両方の配向膜に接する部分で、その配向膜の配向方向と軸方向４を含む面内で配向膜に対してあるプレチルト角で立ち上がる。中間の領域では、液晶分子の極角を余り変えないで（正確には、後述するように、中間の領域では液晶分子の極角はやや軸方向４に近づく）、配向方向を９０度旋回させる。
【００１４】
図２は、スプレイ構造の配列を示している。両配向膜２，３に接する領域でのプレチルト角の方向が等しく、中間の領域では、液晶分子１の極角がゼロになるように変化する。すなわち、一旦軸方向に対して直角の方向になる。この結果、液晶分子の配向方向が扇形に分布するスプレイ構造を形成している。
【００１５】
図３は、スプレイツイスト構造の配列を示す。スプレイツイスト構造とは、スプレイ構造と、上下基板間で９０度捩じれるツイスト構造が組み合わさった構造である。
【００１６】
本願の発明者等は、安定なリバースＴＮ液晶が得られるプレチルト角を求めて、低プレチルト角を実現する配向膜材料と、高プレチルト角を実現する配向膜材料との混合比を種々変えて混合することで、数々のプレチルト角を示す配向膜を作製し、リバースＴＮ構造の液晶の安定性を調べた。
その結果、プレチルト角が１０度の配向膜を用いた場合、少なくとも１分以上の間、リバースＴＮ液晶が安定に持続させ得ることが確認された。
【００１７】
他方、プレチルト角の上限について、本願の発明者等は、プレチルト角とリバースＴＮ構造の安定性を調べた。
その結果、プレチルト角が一定の角度θph以上になると、リバースＴＮ構造が実現されなくなることが分かった。これは予想外の結果であった。
【００１８】
スプレイ構造あるいはスプレイツイスト構造において、プレチルト角が大きくなると、スプレイ構造はより圧縮された構造となる。すなわち、ギブスのフリーエネルギーが高くなり、これらの構造は不安定になる。一方、リバースＴＮ液晶が不安定であるのは、リバースＴＮ液晶がスプレイツイスト液晶に転移するためである。従って、プレチルト角を大きくすると、リバースＴＮ液晶が相対的に安定になる、すなわち、安定なリバースＴＮ液晶が得られると予想していたからである。
【００１９】
しかし、実験結果が、上記のように予想に反するものとなった理由は、プレチルト角が高くなった場合、スプレイツイスト構造とは別の構造である、（図４に示す）右回りと左回りが共存する、ダブルツイスト構造が形成されるためと推定している。
【００２０】
図４に示すダブルツイスト構造は、プレチルト角が１０度程度の場合でも、飽和電圧に近い電場を印加すると形成されることが判っている（非特許文献１，２）。このような構造をとる場合、駆動電圧が大きく増加し、低電圧化を図るという本発明の目的を達成することができない。
【００２１】
図５は、図４のダブルツイスト構造における、液晶分子の極角を配向膜からの距離の関数として示したものである。図から分かるように、極角は配向膜の近傍で一旦逆方向に曲がり、中間領域で反転し、さらに他方の配向膜の近傍で一旦行過ぎてから戻るという、複雑な極角分布を伴う。これは、ストレスエネルギーを、複雑な捩れでエネルギーで吸収するためであると説明できる。
【００２２】
プレチルト角が１０度程度の場合、電圧無印加時ではこのような構造は生じない。しかし、プレチルト角を大きくすることは、大きな印加電圧を印加することと同様の効果を持つため、電圧無印加時でも図４のようなダブルツイスト構造が形成されると考えられる。
【００２３】
このような構造が生じることがあるため、安定なリバースＴＮ液晶素子を作るためには、プレチルト角に上限があることが分かった。すなわち、プレチルト角は、所定の角θph以下であることが必要である。ここで、所定角θphは、電圧を印加してもリバースＴＮ液晶構造を維持し、他の構造が形成されない最大角度である。これは、液晶材料、液晶素子の弾性率、および（後述する）ｐ／ｄの値で変わる。
【００２４】
リバースＴＮ液晶において、液晶層の厚みをｄ、液晶材料の螺旋ピッチをｐとするとき、ｐ／ｄの値は重要な指標である。例えば、ｐ＝５μｍ、ｄ＝５μｍであれば、ｐ／ｄ＝１となり、３６０度の螺旋構造となる。ｐ＝１５μｍ、ｄ＝５μｍの場合はｐ／ｄ＝３となり、液晶層内で１／３ピッチが形成される。すなわち１２０度捩じれた構造となる。ｐ＝１０μｍ、ｄ＝５μｍの場合はｐ／ｄ＝２となり、１８０度捩じれた構造となる。ｐ／ｄ＝１０の場合、３６度捩じれた構造になる。
【００２５】
リバースＴＮ液晶では、上下配向膜のプレチルト角の組み合わせで決まる捩じれ方向と、液晶材料の捩じれ方向が逆になっており、かつスプレイツイスト構造ではなく、ユニフォームツイスト構造となっている。すなわち、リバースＴＮ構造では、液晶材料は液晶材料本来の螺旋構造とは逆の向きに捩じれている。その結果、液晶材料内でストレスが発生している。これ故、リバースＴＮ液晶では、ｐ／ｄの値が大きいほど、液晶材料内部のストレスが小さく安定である。しかし、低電圧化の程度は小さくなる。ｐ／ｄ＝１２より大きい場合、低電圧化の効果が現れないので、リバースＴＮ構造を形成する価値はほとんどなくなる。
【００２６】
一方、ｐ／ｄが小さい場合、低電圧化の効果が顕著になるが、リバースＴＮの構造が不安定になる。プレチルト角が１０度からθphの場合、ｐ／ｄが２以下のとき、リバースＴＮ液晶は１分以内にスプレイツイスト構造に戻る。このように非常に不安定な構造となる。このため、ｐ／ｄは２以上であることが必要である。
【００２７】
図６は、同じ条件でピッチｐだけを変化させたときの飽和電圧（透過率が飽和する印加電圧）の変化をプロットした図である。図から分かるように、ピッチｐが大きい領域では、ｐが小さくなるに従って直線的に飽和電圧が下がる。しかし、ピッチｐがある限界値より小さくなると、グラフは折れ曲がり、飽和電圧が急激に低下する。本発明は、この限界値より小さいピッチｐで、リバースＴＮ液晶を作成することを推奨するものである。
なお、特許文書１の液晶は、このグラフでは、右の部分のピッチｐが大きい領域の液晶に関するものである。
【００２８】
一般にＴＮ素子は、電圧無印加時の透過率を最大にとるために、液晶材料の屈折率異方性をΔｎ、液晶の厚みをｄとするとき Δｎ×ｄ＝０．５μｍとして設計する（例えば、非特許文献３）。工業製品として、この条件から逸脱することはない。しかしながら、本発明の液晶素子を、この条件で作製すると、正面の透過率が低下することが分かった。
【００２９】
後述するように、本発明の液晶素子では、正面透過率は最大透過率の３０％になり、正面から目視した場合暗くなっているのが観察される。これは本発明の場合、電圧無印加で、液晶分子が基板に対して立ち上がるため、正面からみたΔｎが減少するためである。
【００３０】
この問題を解決するための方法として、従来のΔｎ×ｄ＝０．５μｍの条件ではなく、Δｎ×ｄを０．５μｍより大きくすればいいことが分かった（実用上では３μｍ以下）。液晶材料やプレチルト角にもよるが、十分な低電圧化の効果を得る場合は、Δｎ×ｄは０．７５μｍ以上１．５μｍ以下、好ましくは０．８μｍ以上１．２μｍ以下である。
【００３１】
なお、Δｎ×ｄの値が０．７５μｍよりも小さい場合、正面の透過率が低いという問題を生じる。また、Δｎ×ｄの値が大きすぎる場合は、液晶材料は本発明の効果で電圧無印加状態で立ち上がっても、透過率の変化が現れるためには高い電圧を印加する必要が出てくるため、低電圧化の効果が十分得られなくなる。
【発明の効果】
【００３２】
以上の記載から明らかなように、上記した請求項１の本発明によれば、低電圧で駆動可能なＴＮ構造の液晶素子を実現することができる。
また、上記した請求項２の本発明によれば、低電圧で駆動可能なリバースＴＮ構造の液晶素子の正面での透過率を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る液晶素子の実施例と比較例を対比しながら、さらに本発明を詳しく説明する。
【００３４】
＜実施例１＞
ガラス基板上に３０Ω／ｃｍ2 の電気抵抗を持つ面積１×１ｃｍ2 のＩＴＯ透明電極を形成した。このガラス基板上に、チッソ石油（株）製の液晶配向膜用ポリイミドＰＩＡ−Ｘ７６８−０１Ｘを４０重量％、同ＰＩＡ−Ｘ３５９を６０重量％混合したポリイミドの溶液を用いてスピンコーターにより３０００ＲＰＭの条件でポリイミド膜を形成した。
このポリイミド膜に対して、２．５ｃｍのローラー径で、押し込み量０．５ｍｍ、ローラー回転速度１０００ＲＰＭでラビング処理を施した。このようにして作製した配向膜を、ラビング方向が図７に示す配置になるように組み合わせ、基板両端を接着剤で固定することにより液晶セルを作製した。
この液晶セルに、大日本インキ工業（株）製のＲＤＰ９４８０８Ｅ０６２（ピッチ１５μｍ：左回り）を注入した。注入直後は、スプレイツイスト構造を形成した。このセルに、６０Ｈｚ矩形波１０Ｖの電圧を１０分間印加することにより、リバースＴＮ構造を得た。得られたリバースＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を、図８に実施例１として示す。
【００３５】
＜比較例１＞
注入する液晶材料が螺旋構造を持たない（液晶材料にカイラル剤を添加していない）液晶材料（ＲＤＰ９４８０８）であること以外は、上記実施例１記載の液晶素子と同じ構成の液晶素子を作製し、その液晶素子の透過率の印加電圧依存性を測定した。結果を図８に比較例１として示す。
【００３６】
＜比較例２＞
上下配向膜のラビング方向を図９の方向にしたこと以外は、上記実施例１に記載の方法と同様にして作製した液晶素子の透過率の印加電圧依存性を測定した。結果を図８に比較例２として示す。
【００３７】
図８から分かるように、実施例１の場合、螺旋構造を持たないＲＤＰ９４８０８（比較例１）、右回りの同じ螺旋ピッチを持つＲＤＰ９４８０８Ｒ０６２（比較例２）に比べて、閾値電圧はほぼ０Ｖになっており、飽和電圧（最小輝度を示す電圧）も１．２Ｖと、比較例１，２の液晶セルに比べて極めて低くなった。このリバースＴＮ液晶は、電圧無印加状態で５分間安定に存在し、その後、スプレイツイスト構造に変化した。
【００３８】
比較例１の場合、閾値電圧０．９Ｖ、飽和電圧２．７Ｖと、実施例１の結果に比べて高い値を示した。比較例２の場合、閾値電圧２．０Ｖ、飽和電圧５．０Ｖと、実施例１に対して高い値を示した。
【００３９】
＜比較例３＞
使用する配向膜をポリイミドＰＩＡ−Ｘ７６８−０１Ｘ、５０％、ＰＩＡ−Ｘ３５９−０１Ｘ、５０％とすること以外は、上記実施例１と同様にして液晶素子を作製し、透過率の印加電圧依存性を測定した。結果を図１０に比較例３として示す。また、比較するために上記実施例１の結果を図１０に示す。
【００４０】
別に、比較例３の場合と同じポリイミドＰＩＡ−Ｘ７６８−０１Ｘ、５０％、ＰＩＡ−Ｘ３５９−０１Ｘ、５０％の配向膜を用いて反平行（平行で向きは互いに逆）のセルを作製し、プレチルト角測定装置（米国Elsicon 社製 プレチルト角測定システム ＰＡＳ−３０１型）によりプレチルト角を測定した。この配向膜のプレチルト角は、１７度であった。
【００４１】
図１０によると、プレチルト角が１７度である場合、その透過率の印加電圧依存性は実施例１記載のプレチルト角が１３度の場合と全く異なり、閾値電圧２．０Ｖ、（図示は省略したが）飽和電圧９．０Ｖと、比較例１記載のカイラル剤を添加しない場合に比べても極めて高い値となった。この挙動は、通常のＴＮ液晶・スプレイツイスト液晶では説明できない。この液晶構造は、実施例１で飽和電圧以上の透過率が増加したときに出現する状態と同じ、１つのセル内に右回り・左回りの捩じれ構造が共存している状態（図４のダブルツイスト構造）が出現したと考えられる。
【００４２】
＜比較例４＞
使用する配向膜をポリイミドＰＩＡ−Ｘ７６８−０Ｘ、６５％、ＰＩＡ−Ｘ３５９−０１Ｘ、３５％とすること以外は、上記実施例１と同様にして液晶素子を作製し、透過率の印加電圧依存性を測定した。実施例１と同様にして作製した液晶セルに電場処理を行った。しかし、このセルはリバースＴＮ液晶への転移は見られなかった。
【００４３】
＜実施例２＞
用いる液晶材料をメルク社製のＺＬＩ−４７９２（ＵＲ０１９) 、螺旋ピッチ５０μｍとし、また用いる配向膜材料をチッソ石油化学（株）製のポリイミドＰＩＡ−Ｘ７６８−０１Ｘ、４５％ ＰＩＡ−Ｘ３５９−０１Ｘ，５５％（プレチルト角２１度）を混合したポリイミドとすること以外は、上記実施例１と同様にして液晶素子を作製した。次に実施例１と同様の方法で電場処理を行いリバースＴＮ液晶を作製した。プレチルト角２１度のこの液晶は３時間安定に存在した。このリバースＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を図１１に実施例２として示す。また、比較のために通常のＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を図１１に示す。この実施例でも、低電圧化が実現されている。
【００４４】
＜実施例３＞
実施例２では、配向膜のポリイミドの焼成温度を２００度としたが、この焼成温度を２２０度とすること以外は、全て上記実施例２と同じ条件で液晶素子を作製し、電場処理によってリバースＴＮ液晶素子を形成した。得られたリバースＴＮ液晶素子は３か月間安定に存在した。このリバースＴＮ素子の透過率の印加電圧依存性を図１２に実施例３として示す。また、比較のために通常のＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を図１２に示す。この実施例でも、低電圧化が実現されている。
【００４５】
＜比較例５＞
液晶材料としてカイラル剤を添加せず螺旋構造を持たないこと以外は、上記実施例２と同様にして液晶素子を形成した。この場合ｐ／ｄが小さ過ぎ、リバースＴＮ液晶が形成されず、閾値電圧１．８Ｖ、飽和電圧４．０ＶとリバースＴＮ液晶に比べていずれも高い値になった。
【００４６】
＜比較例６＞
液晶材料として、メルク社製のＺＬＩ−４７９２（ＵＳ０９３) 、螺旋ピッチ１０μｍを用いること以外は、上記実施例２と同様の方法で液晶素子を作製した。この場合電場を印加することによってもリバースＴＮ液晶を形成することはできなかった。すなわち、ｐ／ｄが小さ過ぎると、リバースＴＮ液晶が形成されない。
【００４７】
＜比較例７＞
液晶材料としてメルク社製のＺＬＩ−４７９２（ＵＲ０１２) 、螺旋ピッチ７５μｍを用いること以外は、上記実施例２と同様の方法で液晶素子を作製した。得られた液晶素子に実施例２と同様の方法で電圧を印加する電場処理を施した。螺旋ピッチ７５μｍの場合、閾値電圧の低下はほとんど見られなかった。
【００４８】
＜実施例４＞
実施例３で作製した本発明にかかる液晶素子につき、大塚電子（株）製の液晶電気光学特性測定装置ＬＣＤ５２００を用いて透過率の視野角依存性を測定した。得られた結果を図１３に実施例４として示す。また、比較のために高プレチルト角（２０度）のＴＮ液晶の透過率の視野角依存性を図１３に示す。
【００４９】
通常のＴＮ液晶では、プレチルト角が５度以下で低いため、電圧無印加時には視野角（極角、polar angle ）による透過率の変化はないが、図１３では、プレチルト角が２０度と大きいため、透過率の視野角依存性が見られる。しかし、正面での透過率の減少はさほど大きくない。
【００５０】
それに対して、本発明の液晶素子（実施例４）では、正面透過率は最大透過率の３０％になっている。図１３は正面の電圧無印加時の透過率を１００としているため、図からは分からないが、実際は、正面から見ると透過率が低く暗くなっている。実際上記のように正面から目視した場合暗くなっているのが観察される。これは本発明の場合、電圧無印加で、液晶分子が基板に対して立ち上がるため、正面からみたΔｎが減少するためと考えられる。
【００５１】
先に示した実施例１の図８は、液晶材料として屈折率異方性Δｎが０．１９の液晶材料ＲＤＰ９４０８Ｅ０６２、液晶層の厚みを５μｍとし、Δｎ×ｄ＝０．９５μｍとした場合の透過率の印加電圧依存性を、本発明の液晶素子（実施例１）、及びＴＮ液晶素子（比較例１，２）について示したものである。
【００５２】
この条件の場合、ＴＮ液晶素子では、正面での透過率は最大にはならず閾値付近でいったん透過率が上昇しコブのようになる現象が観察される。それに対して本発明の場合、このコブの部分が、ちょうど電圧無印加時の状態に相当する。すなわち、ＴＮ液晶に１．１Ｖ程度のバイアス電圧を印加した状態に相当する。このことは本発明の液晶素子が、ＴＮ液晶に約１Ｖのバイアス電圧を印加している（ＴＮ液晶の曲線にたいして、本発明の曲線が１Ｖ分左に移動している）ことに相当している。これ故、図１３に図示する場合のように、正面からの透過率は低くならず、目視により正面から見て暗くなる現象も観察されない。
【００５３】
図１４は、Δｎ×ｄ＝０．５μｍの場合の本発明の液晶素子とＴＮ液晶素子の正面での透過率の印加電圧依存性を示すものである。なお、液晶材料はメルク社製のＺＬＩ−４７９２を用い、低プレチルト角（１度）のＴＮ液晶、高プレチルト角（２０度）のＴＮ液晶、及び高プレチルト角（２０度）の本発明のリバースＴＮ液晶である。飽和電圧はＴＮ液晶が４Ｖに対して、本発明の場合２Ｖ程度になっており、約半減していることが判る。
【００５４】
以上、記載した実施例及び比較例に基づき、特許請求の範囲に記載した本発明に係る液晶素子を説明したが、本発明の技術的範囲は、何ら既述の実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】リバースＴＮ液晶の液晶分子の配列を概念的に示した斜視図である。
【図２】スプレイ構造の液晶分子の配列を概念的に示した断面図である。
【図３】スプレイツイスト構造の液晶分子の配列を概念的に示した斜視図である。
【図４】右回りと左回りが共存するダブルツイスト構造の液晶分子の配列を概念的に示した斜視図である。
【図５】液晶分子の極角を印加電圧をパラメータとして配向膜からの距離の関数として示したグラフである。
【図６】ピッチだけを変化させたときの飽和電圧（透過率が飽和する印加電圧）の変化をプロットしたグラフである。
【図７】実施例１のラビング方向を示した図である。
【図８】実施例１、比較例１，２の液晶の透過率の印加電圧依存性を示したグラフである。
【図９】比較例２のラビング方向を示した図である。
【図１０】実施例１、比較例３の液晶の透過率の印加電圧依存性を示したグラフである。
【図１１】実施例２のリバースＴＮ液晶、通常のＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を示したグラフである。
【図１２】実施例３のリバースＴＮ液晶、通常のＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を示したグラフである。
【図１３】高プレチルト角のＴＮ液晶、実施例４のリバースＴＮ液晶の視野角に対する透過率を現したグラフである。
【図１４】低プレチルト角のＴＮ液晶、高プレチルト角のＴＮ液晶、本発明のリバースＴＮ液晶の透過率の印加電圧依存性を示したグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１ 液晶分子
２ 下の配向膜
３ 上の配向膜
４ 軸方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平行に配置され少なくとも一方が透明な１組の基板と、それぞれの基板の内側に配設された１組の配向膜と、上記１組の配向膜の間に充填された液晶材料を備え、上記配向膜の表面に上記液晶材料中の液晶分子が同一方向に向くように配向処理が施され、両配向膜に施された配向処理の方向のなす角が７０度から１１０度である液晶素子であって、上記１組の配向膜の配向処理の方向の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩じれ方向に対して反対方向の捩じれ方向を与える螺旋ピッチを有する光学活性物質を上記液晶材料が含有し、上記液晶分子がユニフォームツイスト構造を形成する液晶素子において、上記配向膜に対する上記液晶分子のプレチルト角が１０度以上かつ電場無印加時にダブルツイスト構造を形成する角度θph以下であることと、上記螺線ピッチｐと液晶層の厚みｄの比が２＜ｐ／ｄ＜１２であることを特徴とする液晶素子。
【請求項２】
上記液晶材料の屈折率異方性をΔn とするとき、上記液晶層の厚みｄとの積Δn ×ｄの値が０．５μｍより大きく３μｍ以下の値であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶素子。
【請求項１】
略平行に配置され少なくとも一方が透明な１組の基板と、それぞれの基板の内側に配設された１組の配向膜と、上記１組の配向膜の間に充填された液晶材料を備え、上記配向膜の表面に上記液晶材料中の液晶分子が同一方向に向くように配向処理が施され、両配向膜に施された配向処理の方向のなす角が７０度から１１０度である液晶素子であって、上記１組の配向膜の配向処理の方向の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩じれ方向に対して反対方向の捩じれ方向を与える螺旋ピッチを有する光学活性物質を上記液晶材料が含有し、上記液晶分子がユニフォームツイスト構造を形成する液晶素子において、上記配向膜に対する上記液晶分子のプレチルト角が１０度以上かつ電場無印加時にダブルツイスト構造を形成する角度θph以下であることと、上記螺線ピッチｐと液晶層の厚みｄの比が２＜ｐ／ｄ＜１２であることを特徴とする液晶素子。
【請求項２】
上記液晶材料の屈折率異方性をΔn とするとき、上記液晶層の厚みｄとの積Δn ×ｄの値が０．５μｍより大きく３μｍ以下の値であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−８９１１（Ｐ２０１０−８９１１Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７０７８３（Ｐ２００８−１７０７８３）
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（８０３０００１１５）学校法人東京理科大学 (545)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月３０日（２００８．６．３０）
【出願人】（８０３０００１１５）学校法人東京理科大学 (545)
【Ｆターム（参考）】
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