JP4938044B2 - Display element and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高速応答性並びに広視野の表示性能を有する表示素子および表示装置に関するものである。 The present invention relates to a display element and a display device having high-speed response and display performance with a wide field of view.
液晶表示素子は、各種表示素子のなかでも薄型で軽量かつ消費電力が小さいといった利点を有し、テレビやビデオ等の画像表示装置や、モニタ、ワープロ、パーソナルコンピュータ等のOA(Office Automation)機器に広く用いられている。 Liquid crystal display elements have the advantage of being thin, light and low in power consumption among various display elements, and are suitable for OA (Office Automation) equipment such as TV, video and other image display devices, monitors, word processors and personal computers. Widely used.
液晶表示素子の液晶表示方式としては、従来、例えば、ネマチック液晶を用いたTN(ツイステッドネマチック)モ−ドや、強誘電性液晶(FLC)あるいは反強誘電性液晶(AFLC)を用いた表示モード、高分子分散型液晶表示モ−ド等が知られている。 Conventionally, as a liquid crystal display method of a liquid crystal display element, for example, a display mode using a TN (twisted nematic) mode using a nematic liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal (FLC), or an antiferroelectric liquid crystal (AFLC). A polymer dispersion type liquid crystal display mode is known.
そのなかでも、従来、実用化されている液晶表示素子としては、例えば、ネマチック液晶を用いたTN(ツイステッドネマチック)モ−ドの液晶表示素子が挙げられるが、該TNモードを用いた液晶表示素子には、応答が遅い、視野角が狭い等の欠点があり、これら欠点は、CRT(cathode ray tube)を凌駕する上で大きな妨げとなっている。 Among them, conventionally used liquid crystal display elements include, for example, TN (twisted nematic) mode liquid crystal display elements using nematic liquid crystal, and the liquid crystal display elements using the TN mode. Have drawbacks such as a slow response and a narrow viewing angle. These disadvantages greatly hinder CRT (cathode ray tube) from surpassing.
また、FLCあるいはAFLCを用いた表示モ−ドの場合、応答が速く、視野角が広いといった利点を有してはいるものの、耐ショック性、温度特性等の面で大きな欠点があり、広く実用化されるまでには至っていない。 In addition, the display mode using FLC or AFLC has advantages such as quick response and wide viewing angle, but it has major drawbacks in terms of shock resistance, temperature characteristics, etc. It has not yet been realized.
さらに、光散乱を利用する高分子分散型液晶表示モ−ドは、偏光板を必要とせず、高輝度表示が可能であるが、本質的に位相板による視角制御ができない上、応答特性の面で課題を有しており、TNモードに対する優位性は少ない。 Furthermore, the polymer dispersion type liquid crystal display mode using light scattering does not require a polarizing plate and can display a high luminance, but the viewing angle cannot be controlled by the phase plate, and the response characteristic is not necessary. There is little advantage over the TN mode.
これら表示方式は、何れも、液晶分子が一定方向に整列した状態にあり、液晶分子に対する角度によって見え方が異なるため、視角制限がある。また、これら表示方式は、何れも、電界印加による液晶分子の回転を利用するものであり、液晶分子が整列したまま揃って回転するため、応答に時間を要する。なお、FLCやAFLCを用いた表示モードの場合、応答速度や視野角の面では有利であるが、外力による非可逆的な配向破壊が問題となる。 In any of these display methods, the liquid crystal molecules are aligned in a certain direction, and the appearance differs depending on the angle with respect to the liquid crystal molecules. Each of these display systems uses rotation of liquid crystal molecules due to application of an electric field, and the liquid crystal molecules rotate in an aligned manner, so that it takes time to respond. In the case of a display mode using FLC or AFLC, although it is advantageous in terms of response speed and viewing angle, irreversible alignment breakage due to external force becomes a problem.
一方、電界印加による分子の回転を利用するこれら表示方式に対して、二次の電気光学効果を利用した電子分極による表示方式が提案されている。 On the other hand, a display method based on electronic polarization using a secondary electro-optic effect has been proposed in contrast to these display methods utilizing the rotation of molecules by applying an electric field.
電気光学効果とは物質の屈折率が外部電界によって変化する現象である。電気光学効果には、電界の一次に比例する効果と二次に比例する効果とがあり、それぞれポッケルス効果、カー効果と呼ばれている。特に、カー効果と呼ばれる二次の電気光学効果は、高速の光シャッターへの応用が早くから進められており、特殊な計測機器において実用化がなされている。カー効果は、1875年にJ. Kerr(カー)によって発見されたものであり、これまでに、カー効果を示す材料としては、ニトロベンゼンや二硫化炭素等の有機液体等の材料が知られており、これら材料は、例えば、前記した光シャッターの他に、電力ケーブル等の高電界強度測定等に利用されている。 The electro-optic effect is a phenomenon in which the refractive index of a substance is changed by an external electric field. The electro-optic effect includes an effect proportional to the first order of the electric field and an effect proportional to the second order, which are called the Pockels effect and the Kerr effect, respectively. In particular, the secondary electro-optic effect called the Kerr effect has been applied to high-speed optical shutters from an early stage, and has been put to practical use in special measuring instruments. The Kerr effect was discovered by J. Kerr in 1875. So far, materials such as organic liquids such as nitrobenzene and carbon disulfide have been known as materials showing the Kerr effect. These materials are used for, for example, high electric field strength measurement of power cables and the like in addition to the optical shutter described above.
その後、液晶材料が大きなカー定数を有することが示され、光変調素子、光偏光素子、さらには光集積回路応用に向けての基礎検討が行われ、前記ニトロベンゼンの200倍を
越えるカー定数を示す液晶化合物も報告されている。
After that, it was shown that the liquid crystal material has a large Kerr constant, and a basic study for application to a light modulation element, a light polarization element, and an optical integrated circuit was conducted, and the Kerr constant exceeding 200 times that of the nitrobenzene was shown. Liquid crystal compounds have also been reported.
このような状況において、カー効果の表示装置への応用が検討され始めている。カー効果は、電界の二次に比例するため、相対的に低電圧駆動を見込むことができる上、本質的に、数マイクロ秒〜数ミリ秒の応答特性を示すため、高速応答表示装置への応用が期待される。 In such a situation, application to a display device of the Kerr effect is being studied. Since the Kerr effect is proportional to the second order of the electric field, it can be expected to drive at a relatively low voltage, and essentially exhibits a response characteristic of several microseconds to several milliseconds. Application is expected.
このような状況の中、例えば、特許文献1、特許文献2、および非特許文献1においては、液晶性物質からなる媒質を一対の基板間に封入し、基板に平行または垂直な電界を印加してカー効果を誘起し、表示素子として適用することが提案されている。
Under such circumstances, for example, in
このような表示素子においては、上記基板のそれぞれの外側に、互いの吸収軸が直交する偏光板を配置し、電界無印加時に媒質が光学的に等方であり黒表示を実現する一方、電界印加時には複屈折が発生し、これによる透過率変化をもたらすことにより、階調表示を行っている。このため、基板法線方向のコントラストは極めて高い値を実現することができる。 In such a display element, polarizing plates whose absorption axes are orthogonal to each other are arranged outside each of the substrates, and the medium is optically isotropic when no electric field is applied to achieve black display. When applied, birefringence occurs, resulting in a change in transmittance, thereby performing gradation display. For this reason, the contrast in the normal direction of the substrate can realize a very high value.
しかしながら、本願発明者等による詳細な検討によれば、上記従来の構成を有する表示素子を斜めから見た場合、青色または黄色に着色する方位が存在し、このような方位においては表示品位が大幅に低下することが確認された。これは、上記表示素子による視野角が狭いことを意味し、例えば、上記表示素子を用いたテレビやパソコンモニタとしての実用性の点で問題となる。 However, according to a detailed examination by the inventors of the present application, when the display element having the above-described conventional configuration is viewed from an oblique direction, there is an orientation that is colored blue or yellow, and in such an orientation, the display quality is greatly increased. It was confirmed that This means that the viewing angle by the display element is narrow, and for example, it becomes a problem in terms of practicality as a television or a personal computer monitor using the display element.
なお、上記特許文献1には、視野角特性を向上させるために「く」の字状の電極を用いることが記載されている。しかしながら、本願発明者による検討によれば、上記特許文献1に記載の構成においては透過率の減少が見られ、さらには視野角特性の向上も殆ど無いことが判った。
Note that
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、斜め視角の色付き現象を補償することで、視野角特性を従来よりも向上させることができる表示素子および表示装置を提供することにある。また、本発明のさらなる目的は、透過率の低下を抑えるとともに斜め視角の色付き現象を補償することで、透過率を損なうことなく視野角特性を大きく向上させた表示素子および表示装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a display element and a display device that can improve viewing angle characteristics as compared with the related art by compensating for the coloring phenomenon of the oblique viewing angle. It is to provide. A further object of the present invention is to provide a display element and a display device that greatly improve the viewing angle characteristic without impairing the transmittance by suppressing the decrease in the transmittance and compensating for the coloring phenomenon of the oblique viewing angle. It is in.
本発明にかかる表示素子は、上記課題を解決するために、少なくとも一方が透明な一対の基板と、該一対の基板間に挟持され、外場である電界の印加により光学的異方性の程度が変化する媒質と、上記媒質に電界を印加する、透明電極材料からなる電極とを備え、上記媒質は液晶性物質を含み、該液晶性物質が、電界無印加時に光学的等方性を示し、電界印加時に光学的異方性を示すことで表示を行う表示素子であって、各画素に、電界印加時における上記液晶性物質の屈折率楕円体の長軸方向で示される光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインが存在するとともに、上記少なくとも2つのドメインにおける電界印加時における上記光学的異方性の方向が互いに90度±20度の範囲内の角度をなすことを特徴としている。 In order to solve the above problems, a display element according to the present invention has a pair of substrates at least one of which is transparent and a degree of optical anisotropy sandwiched between the pair of substrates and an electric field that is an external field. And a medium composed of a transparent electrode material that applies an electric field to the medium, the medium including a liquid crystalline substance, and the liquid crystalline substance exhibits optical isotropy when no electric field is applied. A display element that displays an optical anisotropy when an electric field is applied, wherein each pixel has an optical anisotropy indicated in the major axis direction of the refractive index ellipsoid of the liquid crystalline substance when the electric field is applied. Characterized in that there are at least two domains having different directions of properties, and the directions of the optical anisotropy when the electric field is applied in the at least two domains form an angle within a range of 90 ° ± 20 ° to each other. Yes.
本発明において、外場(電界)の印加により光学的異方性の程度が変化するとは、外場の印加に伴って光学的異方性の大きさが変化すること、より具体的には、外場の印加に伴って屈折率楕円体の形状が変化することを示す。すなわち、本発明の表示素子では、外場無印加時と外場印加時とにおける屈折率楕円体の形状の変化を利用することで、異なる表示状態を実現することができる。 In the present invention, the degree of optical anisotropy changes with the application of an external field (electric field) means that the magnitude of optical anisotropy changes with the application of an external field, more specifically, It shows that the shape of the refractive index ellipsoid changes with the application of an external field. That is, in the display element of the present invention, different display states can be realized by utilizing the change in the shape of the refractive index ellipsoid when no external field is applied and when an external field is applied.
すなわち、物質中の屈折率は、一般には等方的ではなく、方向によって異なっており、この屈折率の異方性、つまり、上記物質の光学的異方性は、通常、屈折率楕円体にて示される。一般に、任意の方向に進行する光に対しては原点を通り、光波の進行方向に垂直な面が、屈折率楕円体の切り口と考えられ、この楕円の主軸方向が光波の偏光の成分方向であり、主軸の長さの半分がその方向の屈折率に相当する。よって、このような屈折率楕円体にて光学的異方性を捉えれば、従来の液晶表示装置においては、外場印加時と外場無印加時(なお、従来の液晶表示装置の駆動方式で言えば電界印加時と電界無印加時)とで、液晶分子の屈折率楕円体の形状(屈折率楕円体の切り口の形状)は楕円形のまま変化せず、その長軸方向の向きが変化(回転)することで異なる表示形態を実現していたのに対し
、本発明では、外場無印加時と外場印加時とにおける、上記媒質を構成する分子の屈折率楕円体の形状(屈折率楕円体の切り口の形状)の変化を利用することで、異なる表示状態を実現するようになっている。
That is, the refractive index in a substance is generally not isotropic and varies depending on the direction. This anisotropy of the refractive index, that is, the optical anisotropy of the substance is usually in a refractive index ellipsoid. Shown. In general, for light traveling in an arbitrary direction, the plane that passes through the origin and is perpendicular to the traveling direction of the light wave is considered to be the cut surface of the refractive index ellipsoid, and the principal axis direction of this ellipse is the component direction of the polarization of the light wave. Yes, half the length of the main axis corresponds to the refractive index in that direction. Therefore, if the optical anisotropy is captured by such a refractive index ellipsoid, in a conventional liquid crystal display device, when an external field is applied and when no external field is applied (in addition, in the driving method of the conventional liquid crystal display device) In other words, when the electric field is applied and when no electric field is applied, the shape of the refractive index ellipsoid of the liquid crystal molecules (the shape of the cut surface of the refractive index ellipsoid) remains an ellipse, and its major axis direction changes. In contrast, the present invention realizes a different display form by (rotating), but in the present invention, the shape of the refractive index ellipsoid of the molecules constituting the medium (refracted) when no external field is applied and when an external field is applied. Different display states are realized by utilizing the change in the shape of the cut surface of the ellipsoid.
このように、従来の液晶表示素子は、電界印加に伴う液晶分子の回転による配向方向の変化のみを利用して表示を行うものであり、液晶分子が一定方向に整列した状態で、揃って回転するため、液晶固有の粘度が応答速度に大きく影響していた。これに対して、本発明によれば、媒質における光学的異方性の程度の変化を用いて表示を行う。したがって、本発明によれば、従来の液晶表示素子のように、液晶固有の粘度が応答速度に大きく影響するといった問題がないので、高速応答を実現することができる。また、本発明の表示素子は高速応答性を備えているので、例えば、フィールドシーケンシャルカラー方式の表示装置に利用することもできるという効果を奏する。 As described above, the conventional liquid crystal display element performs display using only the change of the alignment direction due to the rotation of the liquid crystal molecules accompanying the application of the electric field, and the liquid crystal molecules are aligned and rotated together. Therefore, the inherent viscosity of the liquid crystal greatly affects the response speed. On the other hand, according to the present invention, display is performed using a change in the degree of optical anisotropy in the medium. Therefore, according to the present invention, unlike the conventional liquid crystal display element, there is no problem that the viscosity inherent to the liquid crystal greatly affects the response speed, so that a high-speed response can be realized. In addition, since the display element of the present invention has high-speed response, for example, it can be used for a field sequential color display device.
また、従来の液晶表示素子では、駆動温度範囲が液晶相の相転移点近傍の温度に制限され、極めて高精度な温度制御が必要であるという問題があった。これに対して、本発明によれば、上記媒質を、外場印加によって光学的異方性の程度が変化する状態となる温度に保つだけでよいので、温度制御を容易にすることができるという効果を奏する。 Further, the conventional liquid crystal display element has a problem that the driving temperature range is limited to a temperature in the vicinity of the phase transition point of the liquid crystal phase, and extremely accurate temperature control is required. On the other hand, according to the present invention, it is only necessary to maintain the medium at a temperature at which the degree of optical anisotropy is changed by application of an external field, so that temperature control can be facilitated. There is an effect.
また、本発明によれば、媒質における光学的異方性の程度の変化を用いて表示を行うので、液晶分子の配向方向を変化させて表示を行う従来の液晶表示素子よりも、広視野角特性を実現することができる。 In addition, according to the present invention, since the display is performed using the change in the degree of optical anisotropy in the medium, the viewing angle is wider than that of the conventional liquid crystal display element that performs the display by changing the orientation direction of the liquid crystal molecules. Characteristics can be realized.
そして、本発明によれば、各画素に、電界印加時における上記液晶性物質の屈折率楕円体の長軸方向で示される光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインが存在することで、例えば、極角±60度の範囲内での表示の色変化を抑制することができるので、斜め視角の色付き現象を互いに補償しあうことができ、視野角特性を従来よりも向上させることができるという効果を併せて奏する。また、本発明によれば、上記少なくとも2つのドメインにおける電界印加時における上記光学的異方性の方向(ドメイン方向)が、互いに、90度±20度の範囲内の角度(好ましくは90度±20度未満の範囲内の角度)をなすことで、透過率の低下を抑えるとともに、例えば、極角±60度の範囲内での視野角特性を大きく向上させることができるという効果を併せて奏する。また、上記媒質は、電界無印加時に光学的等方性を示し、電界印加時に光学的異方性を示す。この場合、屈折率楕円体の形状は、電界無印加時には球状であり、外場、つまり電界を印加することによって楕円に変化する。上記の構成によれば、電界の印加により、電界無印加時と電界印加時とで上記媒質の屈折率楕円体の形状を変化させることができ、光学的異方性の方向は一定のまま、光学的異方性(配向秩序度、屈折率)の程度を変化させることによって表示を行うことができる。よって、上記の構成によれば、電界無印加時と電界印加時とで表示状態が異なり、駆動温度範囲が広く、広視野角特性および高速応答特性を有する表示素子を実現することができるという効果を奏する。 According to the present invention, each pixel includes at least two domains having different optical anisotropy directions indicated by the major axis direction of the refractive index ellipsoid of the liquid crystalline substance when an electric field is applied. For example, since the color change of display within the range of polar angle ± 60 degrees can be suppressed, the coloring phenomenon of the oblique viewing angle can be compensated for each other, and the viewing angle characteristics can be improved as compared with the conventional case. It also has the effect of being able to. Further, according to the present invention, the direction of optical anisotropy (domain direction) when an electric field is applied in the at least two domains is an angle within a range of 90 degrees ± 20 degrees (preferably 90 degrees ± (An angle within a range of less than 20 degrees) suppresses a decrease in transmittance and, for example, has the effect of greatly improving viewing angle characteristics within a polar angle range of ± 60 degrees. . The medium exhibits optical isotropy when no electric field is applied, and exhibits optical anisotropy when an electric field is applied. In this case, the shape of the refractive index ellipsoid is spherical when no electric field is applied, and changes to an ellipse when an external field, that is, an electric field is applied. According to the above configuration, by applying an electric field, the shape of the refractive index ellipsoid of the medium can be changed between when no electric field is applied and when the electric field is applied, and the direction of optical anisotropy remains constant, Display can be performed by changing the degree of optical anisotropy (degree of alignment order, refractive index). Therefore, according to the above configuration, it is possible to realize a display element that has different display states between when no electric field is applied and when an electric field is applied, has a wide driving temperature range, and has a wide viewing angle characteristic and a high-speed response characteristic. Play.
なお、上記外場として上記したように電界を用いることで、上記表示素子の設計並びに駆動制御を容易に行うことができる。 Note that, by using an electric field as described above as the external field, the design and drive control of the display element can be easily performed.
また、上記表示素子は、上記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板における上記媒質との対向面とは反対側に配置された偏光板を備え、上記各ドメインにおける電界印加時における上記光学的異方性の方向と、上記偏光板の吸収軸とがなす角度は、45度±10度の範囲内であることが好ましく、45度±10度未満の範囲内であることがより好ましい。 In addition, the display element includes a polarizing plate disposed on the opposite side of the pair of substrates from the surface facing the medium in at least one substrate, and the optical difference at the time of applying an electric field in each domain. The angle formed by the direction of isotropic and the absorption axis of the polarizing plate is preferably within a range of 45 degrees ± 10 degrees, and more preferably within a range of less than 45 degrees ± 10 degrees.
つまり、上記各ドメインにおける電界印加時または電界無印加時(上記構成の表示素子
においては電界印加時)における光学的異方性の方向は、上記偏光板の吸収軸とがなす角度が45度のとき、最大透過率を与える。したがって、上記各ドメインにおける電界印加時または電界無印加時(上記構成の表示素子においては電界印加時)における光学的異方性の方向は、上記偏光板の吸収軸とがなす角度が45度であることが最も望ましいが、上記角度が45度のときの透過率を100%とすれば、ほぼ90%以上であれば人間の目には最大輝度を有していると感じられることから、上記角度は、35度≦θ≦55度の範囲内であれば、人間の目には、ほぼ最大輝度もしくは最大輝度に近い輝度を有していると感じられる。そして、この場合、特に、上記角度が35度<θ<55度の範囲内であれば、人間の目には、最大輝度を有していると感じられる。
That is, the direction of the optical anisotropy when the electric field is applied in each domain or when no electric field is applied (when the electric field is applied in the display device having the above structure) is 45 degrees with respect to the absorption axis of the polarizing plate. When giving maximum transmittance. Therefore, the direction of the optical anisotropy when the electric field is applied to each domain or when no electric field is applied (when the electric field is applied in the display device having the above structure) is 45 degrees with respect to the absorption axis of the polarizing plate. Although it is most desirable, if the transmittance when the angle is 45 degrees is 100%, it is felt that the human eye has the maximum luminance if it is approximately 90% or more. If the angle is in the range of 35 degrees ≦ θ ≦ 55 degrees, it is perceived by the human eye as having almost the maximum brightness or a brightness close to the maximum brightness. In this case, in particular, when the angle is within a range of 35 degrees <θ <55 degrees, it is felt that the human eye has the maximum luminance.
したがって、上記の構成によれば、透過率を損なうことなく、視野角特性を大きく向上させることができるという効果を奏する。 Therefore, according to said structure, there exists an effect that a viewing angle characteristic can be improved significantly, without impairing the transmittance | permeability.
特に、上記各ドメインにおける電界印加時における上記光学的異方性の方向と、上記偏光板の吸収軸とがなす角度が45度±10度の範囲内、好適には45度±10度未満の範囲内であり、かつ、各ドメインにおける光学的異方性の方向が、互いに、90度±20度の範囲内、好適には90度±20度未満の範囲内の角度をなすことで、例えば、極角±60度の範囲内での表示の色変化を十分に抑制し、斜め視角の色付き現象を確実に補償することができると共に、ほぼ最大輝度が維持された明るい表示を行うことができるので、透過率の低下を感じさせることなく、視野角特性がより一層大きく向上された表示素子を提供することができるという効果を奏する。 In particular, the angle formed by the direction of the optical anisotropy when the electric field is applied in each domain and the absorption axis of the polarizing plate is within a range of 45 ° ± 10 °, preferably less than 45 ° ± 10 °. The direction of the optical anisotropy in each domain is within the range of 90 ° ± 20 °, preferably less than 90 ° ± 20 °, for example, The color change of the display within the range of polar angle ± 60 degrees can be sufficiently suppressed, the coloring phenomenon of the oblique viewing angle can be surely compensated, and the bright display with almost the maximum luminance can be performed. Therefore, there is an effect that it is possible to provide a display element in which the viewing angle characteristic is further improved without causing a decrease in transmittance.
上記表示素子において、上記各ドメインにおいて光学的異方性を発生させる手段としては、例えば電界、磁場、光等が挙げられるが、そのなかでも、電界が、上記表示素子の設計および駆動制御が容易であることから好ましい。 Examples of means for generating optical anisotropy in each of the domains in the display element include an electric field, a magnetic field, and light. Among them, the electric field is easy to design and drive control the display element. Therefore, it is preferable.
上記表示素子は、上記電極が、各画素において上記媒質に対し上記基板に略平行な電界を印加し、上記電極は、上記各画素において上記媒質に対して部分的に異なる方向に電界を印加するものであってもよい。 In the display element, the electrode applies an electric field substantially parallel to the substrate to the medium in each pixel, and the electrode applies an electric field in a partially different direction to the medium in each pixel. It may be a thing.
また、電界は、上記媒質の光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインを形成する(ドメイン分割する)手段としても用いられる。 The electric field is also used as means for forming (domain division) at least two domains having different directions of optical anisotropy of the medium.
よって、上記表示素子の各画素内には、上記電極として、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも2つの電極対からなる電極対群が設けられており、互いに隣接する各電極対は、互いに、90度±20度の範囲内、好適には90度±20度未満の範囲内の角度をなす電界を上記媒質に印加することが好ましい。 Therefore, in each pixel of the display element, an electrode pair group including at least two electrode pairs for applying an electric field substantially parallel to the substrate to the medium is provided as the electrode. The pairs preferably apply to the medium an electric field that forms an angle with each other within a range of 90 ° ± 20 °, preferably within a range of less than 90 ° ± 20 °.
さらに、上記電極対は、それぞれ櫛形状の一対の電極からなり、櫛歯部分が互いに噛み合う方向に対向して設けられていると共に、上記電極対群は、各電極対の櫛歯部分が、隣接する他の電極対における櫛歯部分とは、90度±20度の範囲内、好適には90度±20度未満の範囲内の角度をなすように配置されていることが好ましい。 Further, each of the electrode pairs is composed of a pair of comb-shaped electrodes, and is provided so as to face each other in a direction in which the comb-tooth portions are engaged with each other. It is preferable that the comb-tooth portion in the other electrode pair is arranged so as to form an angle within a range of 90 ° ± 20 °, preferably within a range of less than 90 ° ± 20 °.
上記の各構成によれば、各ドメインの電界印加時における光学的異方性の方向を、容易に互いに90度±20度の範囲内、好適には90度±20度未満の範囲内で異ならせることができるので、斜め視角の色付き現象を互いに補償しあうことができ、透過率を損なうことなく、視野角特性を大きく向上させることができるという効果を奏する。 According to each of the above configurations, the direction of the optical anisotropy when the electric field is applied to each domain is easily different from each other within a range of 90 ° ± 20 °, preferably within a range of less than 90 ° ± 20 °. Thus, the coloring phenomenon of the oblique viewing angle can be compensated for each other, and the viewing angle characteristic can be greatly improved without impairing the transmittance.
また、上記媒質は、キュービック対称性を示す秩序構造を有するものであってもよい。 Further, the medium may have an ordered structure exhibiting cubic symmetry.
また、上記媒質は、キュービック相またはスメクチックD相を示す分子からなるものであってもよい。 The medium may be composed of molecules exhibiting a cubic phase or a smectic D phase.
上記した物質は何れも電界を印加することによって光学的異方性の程度が変化する。従って、上記した物質は何れも上記媒質として用いることができる。 In any of the above substances, the degree of optical anisotropy changes when an electric field is applied. Therefore, any of the above substances can be used as the medium.
また、本発明の表示装置は、上記の課題を解決するために、上記の何れかの構成を有する本発明にかかる表示素子を備えていることを特徴としている。 Further, in order to solve the above-described problems, a display device according to the present invention includes the display element according to the present invention having any one of the above-described configurations.
したがって、本発明によれば、駆動温度範囲が広く、広視野角特性および高速応答特性を備え、しかも、斜め視角の色付き現象を互いに補償しあうことができ、従来よりも視野角特性が向上された表示装置を提供することができるという効果を奏する。該表示装置は、例えば、フィールドシーケンシャルカラー方式の表示装置として好適に利用することができる。 Therefore, according to the present invention, the driving temperature range is wide, the wide viewing angle characteristic and the high-speed response characteristic are provided, and the coloring phenomenon of the oblique viewing angle can be compensated for each other, and the viewing angle characteristic is improved as compared with the conventional case. The display device can be provided. The display device can be suitably used, for example, as a field sequential color display device.
本発明にかかる表示素子は、以上のように、少なくとも一方が透明な一対の基板と、該一対の基板間に挟持され、外場である電界の印加により光学的異方性の程度が変化する媒質と、上記媒質に電界を印加する、透明電極材料からなる電極とを備え、上記媒質は液晶性物質を含み、該液晶性物質が、電界無印加時に光学的等方性を示し、電界印加時に光学的異方性を示すことで表示を行う表示素子であり、各画素に、電界印加時における上記液晶性物質の屈折率楕円体の長軸方向で示される光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインが存在することで、駆動温度範囲が広く、広視野角特性および高速応答特性を備え、しかも、斜め視角の色付き現象を互いに補償しあうことができ、従来よりも視野角特性を向上させることができるという効果を奏する。また、本発明によれば、上記少なくとも2つのドメインにおける電界印加時における上記光学的異方性の方向(ドメイン方向)が、互いに、90度±20度の範囲内の角度(好ましくは90度±20度未満の範囲内の角度)をなすことで、透過率の低下を抑えるとともに、例えば、極角±60度の範囲内での視野角特性を大きく向上させることができるという効果を併せて奏する。 As described above, the display element according to the present invention is sandwiched between a pair of substrates at least one of which is transparent, and the degree of optical anisotropy is changed by applying an electric field as an external field. A medium and an electrode made of a transparent electrode material that applies an electric field to the medium, the medium including a liquid crystal substance, and the liquid crystal substance exhibits optical isotropy when no electric field is applied. It is a display element that displays by sometimes showing optical anisotropy, and each pixel has an optical anisotropy direction indicated by a major axis direction of a refractive index ellipsoid of the liquid crystalline substance when an electric field is applied. Due to the presence of at least two different domains, it has a wide driving temperature range, a wide viewing angle characteristic and a high-speed response characteristic, and can compensate each other for the coloring phenomenon of the oblique viewing angle. Can improve There is an effect that. Further, according to the present invention, the direction of optical anisotropy (domain direction) when an electric field is applied in the at least two domains is an angle within a range of 90 degrees ± 20 degrees (preferably 90 degrees ± (An angle within a range of less than 20 degrees) suppresses a decrease in transmittance and, for example, has the effect of greatly improving viewing angle characteristics within a polar angle range of ± 60 degrees. .
また、本発明にかかる表示装置は、以上のように、本発明にかかる上記表示素子を備えていることで、駆動温度範囲が広く、広視野角特性および高速応答特性を備え、しかも、斜め視角の色付き現象を互いに補償しあうことができ、従来よりも視野角特性を向上させることができるという効果を奏する。 Further, as described above, the display device according to the present invention includes the display element according to the present invention, and thus has a wide driving temperature range, a wide viewing angle characteristic, a high-speed response characteristic, and an oblique viewing angle. The coloring phenomenon can be compensated for each other, and the viewing angle characteristics can be improved as compared with the conventional case.
〔実施の形態1〕
本発明の実施の一形態について図1〜図12および図18〜図25に基づいて説明すれば、以下の通りである。
[Embodiment 1]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 12 and FIGS. 18 to 25.
図1は、本実施の形態にかかる表示素子における各ドメインの電界印加方向と偏光板吸収軸方向との関係を説明する図である。図2(a)は、電界無印加状態(OFF状態)における本実施の形態にかかる表示素子の要部の概略構成を模式的に示す断面図であり、図2(b)は電界印加状態(ON状態)における本実施の形態にかかる表示素子の要部の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図23は、本実施の形態にかかる表示素子を用いる表示装置の要部の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態にかかる表示素子は、駆動回路とともに表示装置に配されて用いられる。 FIG. 1 is a diagram for explaining the relationship between the electric field application direction of each domain and the polarizing plate absorption axis direction in the display element according to the present embodiment. FIG. 2A is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of the main part of the display element according to the present embodiment in an electric field non-application state (OFF state), and FIG. It is sectional drawing which shows typically schematic structure of the principal part of the display element concerning this Embodiment in an ON state. FIG. 23 is a block diagram showing a schematic configuration of a main part of a display device using the display element according to the present embodiment. The display element according to this embodiment is used in a display device together with a drive circuit.
図23に示すように、本実施の形態にかかる表示装置60は、画素71…がマトリクス状に配された表示素子70と、駆動回路としてのソースドライバ61およびゲートドライバ62と、電源回路63等とを備えている。
As shown in FIG. 23, the
また、上記表示素子70には、複数のデータ信号線SL1〜SLv(vは2以上の任意の整数を示す)と、各データ信号線SL1〜SLvにそれぞれ交差する複数の走査信号線GL1〜GLw(wは2以上の任意の整数を示す)とが設けられ、これらデータ信号線SL1〜SLvおよび走査信号線GL1〜GLwの組み合わせ毎に、上記画素71…が設けられている。
Further, the
上記電源回路63は、上記ソースドライバ61およびゲートドライバ62に、上記表示素子70にて表示を行うための電圧を供給し、これにより、上記ソースドライバ61は、上記表示素子70のデータ信号線SL1〜SLvを駆動し、ゲートドライバ62は、表示素子70の走査信号線GL1〜GLwを駆動する。
The
上記各画素71には、図示しないスイッチング素子が設けられている。該スイッチング素子としては、例えばFET(電界効果型トランジスタ)あるいはTFT(薄膜トランジスタ)等が用いられ、上記スイッチング素子のゲート電極が走査信号線GLwに、ソース電極がデータ信号線SLvに、さらに、ドレイン電極が、図示しない画素電極に接続されている。これにより、上記各画素71において、走査信号線GLu(uは1以上の任意の整数を示す)が選択されると、スイッチング素子が導通し、図示しないコントローラ(表示用制御部、表示用制御装置)から入力される表示データ信号に基づいて決定される信号電圧が、ソースドライバ61によりデータ信号線SLu(uは1以上の任意の整数を示す)を介して表示素子70に印加される。表示素子70は上記走査信号線GLuの選択期間が終了してスイッチング素子が遮断されている間、理想的には、遮断時の電圧を保持し続ける。
Each
本実施の形態において、上記表示素子70は、電界(電圧)印加時または電界(電圧)無印加時に光学的等方性(巨視的、具体的には、可視光波長領域、つまり、可視光の波長スケール、もしくは、それよりも大きなスケールで見て等方であればよい)を示す媒質(液晶性媒質(液晶材料)、誘電性物質)を用いて表示を行うようになっている。
In the present embodiment, the
本実施の形態にかかる表示素子70の構成の一例について、以下に詳細に説明する。
An example of the configuration of the
図2(a)・(b)に示すように、本実施の形態にかかる表示素子70は、媒質保持手段(光学変調層保持手段)として、互いに対向して配置された一対の基板1・2を備え、これら一対の基板1・2間に、光学変調層として、電界の印加により光学変調する媒質(以下、媒質Aと記す)からなる媒質層3が挟持されていると共に、これら一対の基板1・2の外側、つまり、これら両基板1・2の対向面とは反対側の面に、偏光板6・7がそれぞれ設けられている構成を有している。
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the
上記一対の基板1・2のうち、少なくとも一方の基板は透光性を有する、例えばガラス基板等の透明な基板からなり、これら一対の基板1・2のうち、一方の基板1における他方の基板2との対向面には、図2(b)に示すように上記基板1に略平行な電界(横向きの電界)を上記媒質層3に印加するための電界印加手段(電界印加部材)である櫛形状の櫛形電極4・5が、図1に示すようにこれら櫛形電極4・5の櫛歯部分4a・5a(櫛歯電極)が互いに噛み合う方向に対向配置されている。
Of the pair of
上記櫛形電極4・5は、例えばITO(インジウム錫酸化物)等の透明電極材料等の電極材料からなり、本実施の形態では、例えば線幅5μm、電極間距離(電極間隔)5μm、厚み0.3μmに設定されている。但し、上記電極材料並びに線幅および電極間距離、および厚みは単なる一例であり、これに限定されるものではない。
The
上記表示素子70は、例えば、上記櫛形電極4・5が設けられた基板1と、基板2とを、図示しないシール剤により、必要に応じて、例えば図示しないプラスチックビーズやガラスファイバースペーサ等のスペーサを介して貼り合わせ、その空隙に、前記媒質Aを封入することにより形成される。
The
本実施の形態に用いられる上記媒質Aは、電界を印加することにより、光学的異方性の程度が変化する媒質である。物質中に外部から電界Ejを加えると、電気変位Dij=εij・Ejを生じるが、そのとき、誘電率(εij)にもわずかな変化が見られる。光の周波数では屈折率(n)の自乗は誘電率と等価であるから、上記媒質Aは、電界の印加により、屈折率が変化する物質と言うこともできる。なお、上記媒質Aは、液体、気体、固体の何れであっても構わない。 The medium A used in this embodiment is a medium whose degree of optical anisotropy changes when an electric field is applied. When an electric field E j is applied to the material from the outside, an electric displacement D ij = ε ij · E j is generated, and at that time, a slight change is also seen in the dielectric constant (ε ij ). Since the square of the refractive index (n) is equivalent to the dielectric constant at the frequency of light, the medium A can also be said to be a substance whose refractive index changes when an electric field is applied. The medium A may be liquid, gas, or solid.
このように、本実施の形態にかかる表示素子70は、電界の印加により物質の光学的異方性の程度が変化する現象、例えば、物質の屈折率が外部電界によって変化する現象(電気光学効果)を利用して表示を行うものであり、電界印加により分子(分子の配向方向)が一定方向に整列した状態で、揃って回転することを利用した従来の液晶表示素子とは異なり、光学的異方性の方向は殆ど変化せず、その光学的異方性の程度の変化(主に、電子分極や配向分極)により表示を行うようになっている。
As described above, the
なお、従来の液晶表示素子は、このように、電界印加に伴う液晶分子の回転による配向方向の変化のみを利用して表示を行うものであり、液晶分子が一定方向に整列した状態で、揃って回転するため、液晶固有の粘度が応答速度に大きく影響していた。これに対して、本実施の形態にかかる表示素子70は、上記したように、媒質Aにおける光学的異方性の程度の変化を用いて表示を行う。したがって、本実施の形態にかかる表示素子70によれば、従来の液晶表示素子のように、液晶固有の粘度が応答速度に大きく影響するといった問題がないので、高速応答を実現することができる。また、本実施の形態にかかる表示素子70は、上記した表示方式を利用することから、高速応答性を備えているので、例えば、フィールドシーケンシャルカラー方式の表示装置に利用することもできる。
Note that the conventional liquid crystal display element performs display using only the change in the alignment direction due to the rotation of the liquid crystal molecules accompanying the application of an electric field, and the liquid crystal molecules are aligned in a certain direction. Therefore, the inherent viscosity of the liquid crystal greatly affects the response speed. In contrast, the
また、従来の液晶表示素子では、駆動温度範囲が液晶相の相転移点近傍の温度に制限さ
れ、極めて高精度な温度制御が必要であるという問題があった。これに対して、本実施の形態にかかる表示素子70によれば、上記媒質Aを、電界印加によって光学的異方性の程度が変化する状態となる温度に保つだけでよいので、温度制御を容易にすることができる。
Further, the conventional liquid crystal display element has a problem that the driving temperature range is limited to a temperature in the vicinity of the phase transition point of the liquid crystal phase, and extremely accurate temperature control is required. On the other hand, according to the
また、本実施の形態にかかる表示素子70によれば、媒質Aにおける光学的異方性の程度の変化を用いて表示を行うので、液晶分子の配向方向を変化させて表示を行う従来の液晶表示素子よりも、広視野角特性を実現することができる。
Further, according to the
本実施の形態において用いられる上記媒質Aとしては、ポッケルス効果またはカー効果を示す物質等、電界無印加時に光学的には等方(巨視的に見て等方であればよい)であり、電界印加により光学的異方性が発現する物質であってもよく、電界無印加時に光学的異方性を有し、電界印加により該光学的異方性が消失し、光学的に等方性(巨視的に見て等方であればよい)を示す物質であってもよい。また、上記媒質Aは、電界無印加時に光学的異方性を示し、電界を印加することによって光学的異方性の程度が変化するものであってもよい。典型的には、電界無印加時には光学的に等方(巨視的に見て等方であればよい)であり、電界印加により光学変調(特に電界印加により複屈折が上昇することが望ましい)を発現する媒質である。 As the medium A used in the present embodiment, a substance exhibiting the Pockels effect or the Kerr effect is optically isotropic at the time of no application of an electric field (if it is viewed from the macroscopic viewpoint), the electric field It may be a substance that exhibits optical anisotropy when applied, has optical anisotropy when no electric field is applied, disappears when applied with an electric field, and is optically isotropic ( It may be a substance that shows an isotropic view in a macroscopic manner). The medium A may exhibit optical anisotropy when no electric field is applied, and the degree of optical anisotropy may be changed by applying an electric field. Typically, it is optically isotropic when no electric field is applied (it should be isotropic when viewed macroscopically), and optical modulation (especially, it is desirable that birefringence is increased by applying an electric field) by applying an electric field. It is a medium to express.
ポッケルス効果、カー効果(それ自身は、等方相状態で観察される)は、それぞれ、電界の一次または二次に比例する電気光学効果であり、電界無印加状態では、等方相であるため光学的に等方的であるが、電界印加状態では、電界が印加されている領域において、電界方向に化合物の分子の長軸方向が配向し、複屈折が発現することにより透過率を変調することができる。例えば、カー効果を示す物質を用いた表示方式の場合、電界を印加して1つの分子内での電子の偏りを制御することにより、ランダムに配列した個々の分子が各々別個に回転して向きを変えることから、応答速度が非常に速く、また、分子が無秩序に配列していることから、視角制限がないという利点がある。なお、上記媒質Aのうち、大まかに見て電界の一次または二次に比例しているものは、ポッケルス効果またはカー効果を示す物質として扱うことができる。 The Pockels effect and the Kerr effect (which are themselves observed in the isotropic phase state) are electro-optic effects proportional to the primary or secondary electric field, respectively, and are in the isotropic phase when no electric field is applied. Although optically isotropic, in the state where an electric field is applied, the long axis direction of the compound molecules is oriented in the direction of the electric field in the region where the electric field is applied, and birefringence is expressed, thereby modulating the transmittance. be able to. For example, in the case of a display method using a substance exhibiting the Kerr effect, by controlling the bias of electrons within one molecule by applying an electric field, each randomly arranged individual molecule rotates and becomes oriented. Is advantageous in that the response speed is very fast and the molecules are arranged randomly, and there is no viewing angle limitation. The medium A that is roughly proportional to the primary or secondary electric field can be treated as a substance exhibiting the Pockels effect or the Kerr effect.
ポッケルス効果を示す物質としては、例えば、ヘキサミン等の有機固体材料等が挙げられるが、特に限定されるものではない。上記媒質Aとしては、ポッケルス効果を示す各種有機材料、無機材料を用いることができる。 Examples of the substance exhibiting the Pockels effect include, but are not limited to, organic solid materials such as hexamine. As the medium A, various organic materials and inorganic materials exhibiting the Pockels effect can be used.
また、カー効果を示す物質としては、例えば、PLZT(ジルコン酸鉛とチタン酸鉛との固溶体にランタンを添加した金属酸化物)や、下記構造式(1)〜(4) Examples of the substance exhibiting the Kerr effect include PLZT (a metal oxide obtained by adding lanthanum to a solid solution of lead zirconate and lead titanate) and the following structural formulas (1) to (4).
で示される液晶性物質等が挙げられるが、特に限定されるものではない。 Although the liquid crystalline substance shown by these is mentioned, it does not specifically limit.
カー効果は、入射光に対して透明な媒質中で観測される。このため、カー効果を示す物質は、透明媒質として用いられる。通常、液晶性物質は、温度上昇に伴って、短距離秩序を持った液晶相から、分子レベルでランダムな配向を有する等方相に移行する。つまり、液晶性物質のカー効果は、ネマチック相ではなく、液晶相−等方相転移温度以上の等方相状態の液体に見られる現象であり、上記液晶性物質は、透明な誘電性液体として使用される。 The Kerr effect is observed in a medium transparent to incident light. For this reason, the substance showing the Kerr effect is used as a transparent medium. Usually, a liquid crystalline substance shifts from a liquid crystal phase having a short-range order to an isotropic phase having random orientation at a molecular level as the temperature rises. In other words, the Kerr effect of a liquid crystalline substance is a phenomenon that is observed in a liquid in an isotropic phase state above the liquid crystal phase-isotropic phase transition temperature, not in the nematic phase, and the liquid crystalline substance is a transparent dielectric liquid. used.
液晶性物質等の誘電性液体は、加熱による使用環境温度(加熱温度)が高いほど、等方相状態となる。よって、上記媒質として液晶性物質等の誘電性液体を使用する場合には、該誘電性液体を透明、すなわち可視光に対して透明な液体状態で使用するために、例えば、(1)媒質層3の周辺に、図示しないヒータ等の加熱手段を設け、該加熱手段により上記誘電性液体をその透明点以上に加熱して用いてもよいし、(2)バックライトからの熱輻射や、バックライトおよび/または周辺駆動回路からの熱伝導(この場合、上記バックライトや周辺駆動回路が加熱手段として機能する)等により、上記誘電性液体をその透明点以上に加熱して用いてもよい。また、(3)上記基板1・2の少なくとも一方に、ヒータとしてシート状ヒータ(加熱手段)を貼合し、所定の温度に加熱して用いてもよい。さらに、上記誘電性液体を透明状態で用いるために、透明点が、上記表示素子70の使用温度範囲下限よりも低い材料を用いてもよい。
A dielectric liquid such as a liquid crystal substance is in an isotropic phase state as the use environment temperature (heating temperature) by heating is higher. Therefore, when a dielectric liquid such as a liquid crystal substance is used as the medium, in order to use the dielectric liquid in a liquid state that is transparent, that is, transparent to visible light, for example, (1)
上記媒質Aは、液晶性物質を含んでいることが望ましく、上記媒質Aとして液晶性物質を使用する場合には、該液晶性物質は、巨視的には等方相を示す透明な液体であるが、微視的には一定の方向に配列した短距離秩序を有する分子集団であるクラスタを含んでいることが望ましい。なお、上記液晶性物質は可視光に対して透明な状態で使用されることから、上記クラスタも、可視光に対して透明(光学的に等方)な状態で用いられる。 The medium A preferably contains a liquid crystalline substance. When a liquid crystalline substance is used as the medium A, the liquid crystalline substance is a transparent liquid that shows a macroscopic isotropic phase. However, microscopically, it is desirable to include a cluster which is a molecular group having a short-range order arranged in a certain direction. Since the liquid crystalline substance is used in a state transparent to visible light, the cluster is also used in a state transparent (optically isotropic) to visible light.
このために、上記表示素子70は、上述したように、ヒータ等の加熱手段を用いて温度制御を行ってもよいし、前記特許文献2に記載されているように、媒質層3を、高分子材
料等を用いて小区域に分割して用いてもよく、上記液晶性物質の直径を例えば0.1μm以下とする等、上記液晶性物質を、可視光波長よりも小さな径を有する微小ドロップレットとし、光の散乱を抑制することにより透明状態とするか、あるいは、使用環境温度(室温)にて透明な等方相を示す液晶性化合物を使用する等してもよい。上記液晶性物質の直径、さらにはクラスタの径(長径)が0.1μm以下、つまり、可視光波長(入射光波長)よりも小さい場合の光の散乱は無視することができる。このため、例えば上記クラスタの径が0.1μm以下であれば、上記クラスタもまた可視光に対して透明である。
Therefore, as described above, the
なお、上記媒質Aは、上述したようにポッケルス効果またはカー効果を示す物質に限定されない。このため、上記媒質Aは、分子の配列が、可視光波長未満(例えばナノスケール)のスケールのキュービック対称性を有する秩序構造を有し、光学的には等方的に見えるキュービック相(非特許文献3・6〜8参照)を有していてもよい。キュービック相は上記媒質Aとして使用することができる液晶性物質の液晶相の一つであり、キュービック相を示す液晶性物質としては、例えば、下記構造式(5)
The medium A is not limited to a substance exhibiting the Pockels effect or the Kerr effect as described above. For this reason, the medium A has a cubic structure in which the molecular arrangement has a cubic symmetry with a scale less than the visible light wavelength (for example, nanoscale), and is optically isotropic (non-patent document). You may have
で示されるBABH8等が挙げられる。このような液晶性物質に電界を印加すれば、微細構造に歪みが与えられ、光学変調を誘起させることが可能となる。 BABH8 etc. which are shown by these. When an electric field is applied to such a liquid crystalline substance, the fine structure is distorted and optical modulation can be induced.
BABH8は、136.7℃以上、161℃以下の温度範囲では、格子定数が約6nmと光学波長より1桁以上も小さく、可視光波長未満のスケールの、キュービック対称性(立方晶の対称性)を有する秩序構造からなるキュービック相(立方晶相)を示す。このように、BABH8は、上記温度範囲において、可視光波長未満のスケールの秩序構造を有し、電界無印加時に光学的等方性(巨視的に見て等方であればよい)を示すことで、直交ニコル下において良好な黒表示を行うことができる。 BABH8 is cubic symmetries (cubic symmetries) in the temperature range of 136.7 ° C. or higher and 161 ° C. or lower, with a lattice constant of about 6 nm, which is one order of magnitude smaller than the optical wavelength and less than the visible light wavelength. The cubic phase (cubic phase) which consists of an ordered structure which has is shown. Thus, BABH8 has an ordered structure with a scale less than the visible light wavelength in the above temperature range, and exhibits optical isotropy (if it is macroscopically isotropic) when no electric field is applied. Thus, good black display can be performed under crossed Nicols.
一方、上記BABH8の温度を、例えば前記した加熱手段等を用いて136.7℃以上、161℃以下に制御しながら、櫛形電極4・5間に電界(電圧)を印加すると、キュービック対称性を有する構造(秩序構造)に歪みが生じる。すなわち、上記BABH8は、上記の温度範囲において、電界無印加状態では等方的であり、電界(電圧)印加により光学的異方性が発現する。
On the other hand, when an electric field (voltage) is applied between the comb-shaped
これにより、上記媒質層3において複屈折が発生するので、上記表示素子70は、良好な白表示を行うことができる。なお、複屈折が発生する方向は一定であり、その大きさが電界(電圧)印加によって変化する。また、櫛形電極4・5間に印加する電圧と透過率との関係を示す電圧透過率曲線は、136.7℃以上、161℃以下の温度範囲、すなわち、約20Kという広い温度範囲において安定した曲線となる。このため、上記BABH8を上記媒質Aとして使用した場合、温度制御を極めて容易に行うことができる。すなわち、上記BABH8からなる媒質層3は、熱的に安定な相であるため、急激な温度依存性が発現せず、温度制御が極めて容易である。
Thereby, birefringence occurs in the
また、上記媒質Aとしては、液晶分子が可視光波長未満のサイズで放射状に配向した集合体で充填された、光学的に等方的に見えるような系を実現することも可能であり、その手法としては非特許文献4に記載の液晶マイクロエマルションや、非特許文献5に記載の
液晶・微粒子分散系(溶媒(液晶)中に微粒子を混在させた混合系、以下、単に液晶微粒子分散系と記す)の手法を応用することも可能である。これらに電界を印加すれば、放射状配向の集合体に歪みが与えられ、光学変調を誘起させることが可能である。
Further, as the medium A, it is possible to realize a system that is optically isotropic, in which liquid crystal molecules are filled with aggregates that are radially aligned with a size less than the visible light wavelength. As a method, the liquid crystal microemulsion described in
なお、これら液晶性物質は、何れも、単体で液晶性を示すものであってもよいし、複数の物質が混合されることにより液晶性を示すものであってもよいし、これらの物質に他の非液晶性物質が混入されていてもよい。さらには、前記非特許文献1に記載されているような高分子・液晶分散系の物質を適用することもできる。また、非特許文献2に記載されているようなゲル化剤を添加してもよい。
Any of these liquid crystalline substances may be liquid crystalline as a single substance, or may be liquid crystalline by mixing a plurality of substances. Other non-liquid crystalline substances may be mixed. Furthermore, a polymer / liquid crystal dispersion material as described in
また、上記媒質Aとしては、有極性分子を含有することが望ましく、例えばニトロベンゼン等が媒質Aとして好適である。なお、ニトロベンゼンもカー効果を示す媒質の一種である。 The medium A preferably contains a polar molecule. For example, nitrobenzene or the like is suitable as the medium A. Nitrobenzene is also a type of medium that exhibits the Kerr effect.
以下に、上記媒質Aとして用いることができる物質もしくは該物質の形態の一例を示すが、本発明は以下の例示にのみ限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the substance or the form of the substance that can be used as the medium A will be shown, but the present invention is not limited to the following examples.
〔スメクチックD相(SmD)〕
スメクチックD相(SmD)は、上記媒質Aとして使用することができる液晶性物質の液晶相の一つであり、三次元格子構造を有し、その格子定数が可視光波長未満である。このため、スメクチックD相は、光学的には等方性を示す。
[Smectic D phase (SmD)]
The smectic D phase (SmD) is one of liquid crystal phases of a liquid crystalline material that can be used as the medium A, has a three-dimensional lattice structure, and has a lattice constant of less than a visible light wavelength. For this reason, the smectic D phase is optically isotropic.
スメクチックD相を示す液晶性物質としては、例えば、前記非特許文献3もしくは非特許文献8に記載の下記一般式(6)・(7)
Examples of liquid crystalline substances exhibiting a smectic D phase include the following general formulas (6) and (7) described in
で表されるANBC16等が挙げられる。なお、上記一般式(6)・(7)において、mは任意の整数、具体的には、一般式(6)においてはm=16、一般式(7)においてはm=15を示し、Xは−NO2基を示す。 ANBC16 represented by the following. In the general formulas (6) and (7), m represents an arbitrary integer, specifically, m = 16 in the general formula (6), m = 15 in the general formula (7), and X Represents a —NO 2 group.
上記ANBC16は、171.0℃〜197.2℃の温度範囲において、スメクチックD相が発現する。スメクチックD相は、複数の分子がジャングルジム(登録商標)のような三次元的格子を形成しており、その格子定数は、数十nm以下であり、可視光波長未満である。すなわち、スメクチックD相は、キュービック対称性を有しており、可視光波長未満の配向秩序(秩序構造)を有している。なお、本実施形態に示したANBC16の格子定数は約6nmである。このため、スメクチックD相は、光学的には等方性を示す。しかしながら、ANBC16がスメクチックD相を示す上記の温度領域において、ANBC
16に電界を印加すれば、ANBC16の分子自身に誘電異方性が存在するため、分子が電界方向に向くため、格子構造に歪が生じる。すなわち、ANBC16に光学的異方性が発現する。なお、ANBC16に限らず、スメクチックD相を示す物質であれば、電界印加時と電界無印加時とで光学的異方性の程度が変化するので、本実施の形態にかかる表示素子70の媒質Aとして適用することができる。
The ANBC16 exhibits a smectic D phase in a temperature range of 171.0 ° C. to 197.2 ° C. In the smectic D phase, a plurality of molecules form a three-dimensional lattice such as jungle gym (registered trademark), and the lattice constant thereof is several tens of nm or less, which is less than the visible light wavelength. That is, the smectic D phase has cubic symmetry and has an orientation order (ordered structure) less than the visible light wavelength. In addition, the lattice constant of ANBC16 shown in this embodiment is about 6 nm. For this reason, the smectic D phase is optically isotropic. However, in the above temperature range where the ANBC 16 exhibits a smectic D phase, the ANBC
When an electric field is applied to 16, the ANBC 16 molecules themselves have dielectric anisotropy, and the molecules are oriented in the direction of the electric field, so that the lattice structure is distorted. That is, the optical anisotropy appears in ANBC16. Note that the material of the
〔液晶マイクロエマルション〕
液晶マイクロエマルションとは、前記非特許文献4において提案された、O/W型マイクロエマルション(油の中に水を界面活性剤で水滴の形で溶解させた系で、油が連続相となる)の油分子をサーモトロピック液晶分子で置換したシステム(混合系)の総称である。
[Liquid crystal microemulsion]
The liquid crystal microemulsion is an O / W type microemulsion proposed in Non-Patent Document 4 (a system in which water is dissolved in oil in the form of water droplets in an oil, and the oil becomes a continuous phase). Is a generic term for a system (mixed system) in which oil molecules are replaced with thermotropic liquid crystal molecules.
液晶マイクロエマルションの具体例としては、例えば、前記非特許文献4に記載されている、ネマチック液晶相を示すサーモトロピック液晶であるペンチルシアノビフェニル(5CB)と、逆ミセル相を示すリオトロピック(ライオトロピック)液晶であるジドデシルアンモニウムブロマイド(DDAB)の水溶液との混合系がある。この混合系は、図7および図8に示すような模式図で表される構造を有している。
Specific examples of the liquid crystal microemulsion include, for example, pentylcyanobiphenyl (5CB), which is a thermotropic liquid crystal showing a nematic liquid crystal phase, and a lyotropic (lyotropic) showing a reverse micelle phase, as described in
また、この混合系は、典型的には逆ミセルの直径が50Å程度、逆ミセル間の距離が200Å程度である。これらのスケールは光の波長より一桁程度小さい。すなわち、上記の混合系(液晶マイクロエマルション)は可視光波長未満の配向秩序(秩序構造)を有する。また、逆ミセルが三次元空間的にランダムに存在しており、各逆ミセルを中心に5CBが放射状に配向している。したがって、この混合系は、光学的には等方性を示す。 In this mixed system, the diameter of reverse micelles is typically about 50 mm, and the distance between the reverse micelles is about 200 mm. These scales are about an order of magnitude smaller than the wavelength of light. That is, the above mixed system (liquid crystal microemulsion) has an alignment order (ordered structure) less than the visible light wavelength. In addition, reverse micelles exist randomly in three-dimensional space, and 5CB are radially oriented around each reverse micelle. Therefore, this mixed system is optically isotropic.
そして、この混合系からなる媒質に電界を印加すれば、5CBに誘電異方性が存在するため、分子自身が電界方向に向こうとする。すなわち、逆ミセルを中心に放射状に配向していたため光学的に等方であった系に、配向異方性が発現し、光学的異方性が発現する。なお、上記の混合系に限らず、電界無印加時には光学的に等方性を示し、電界印加によって光学的異方性が発現する液晶マイクロエマルションであれば、本実施の形態にかかる表示素子70の媒質Aとして適用することができる。
When an electric field is applied to a medium composed of this mixed system, the molecule itself tends to move in the direction of the electric field because there is dielectric anisotropy in 5CB. That is, orientation anisotropy appears in a system that is optically isotropic because it is oriented radially around a reverse micelle, and optical anisotropy appears. The
〔リオトロピック液晶〕
リオトロピック(ライオトロピック)液晶とは、液晶を形成する主たる分子が、他の性質を持つ溶媒(水や有機溶剤など)に溶けているような他成分系の液晶を意味する。本実施の形態においては、上記リオトロピック液晶として、特定の相を有するリオトロピック液晶を適用することができる。ここで、上記特定の相とは、電界印加時と電界無印加時とで、光学的異方性の程度が変化する相であり、例えば、電界無印加時に光学的に等方性を示す相である。このような特定の相としては、例えば、非特許文献11に記載されているミセル相、スポンジ相、キュービック相、逆ミセル相がある。図9に、リオトロピック液晶相の分類図を示す。
[Lyotropic LCD]
The lyotropic liquid crystal means a liquid crystal of another component system in which the main molecules forming the liquid crystal are dissolved in a solvent having other properties (such as water or an organic solvent). In the present embodiment, a lyotropic liquid crystal having a specific phase can be applied as the lyotropic liquid crystal. Here, the specific phase is a phase in which the degree of optical anisotropy changes between when an electric field is applied and when no electric field is applied. For example, a phase that is optically isotropic when no electric field is applied. It is. Examples of such a specific phase include a micelle phase, a sponge phase, a cubic phase, and a reverse micelle phase described in Non-Patent Document 11. FIG. 9 shows a classification diagram of the lyotropic liquid crystal phase.
両親媒性物質である界面活性剤には、ミセル相を発現する物質がある。例えば、イオン性界面活性剤である硫酸ドデシルナトリウムの水溶液やパルチミン酸カリウムの水溶液等は球状ミセルを形成する。また、非イオン性界面活性剤であるポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルと水との混合液では、ノニルフェニル基が疎水基として働き、オキシエチレン鎖が親水基として働くことにより、ミセルを形成する。他にも、スチレン−エチレンオキシドブロック共重合体の水溶液でもミセルを形成する。 Surfactants that are amphiphilic substances include substances that develop a micelle phase. For example, an aqueous solution of sodium decyl sulfate, which is an ionic surfactant, an aqueous solution of potassium palmitate, and the like form spherical micelles. Further, in a mixed solution of polyoxyethylene nonylphenyl ether, which is a nonionic surfactant, and water, micelles are formed by the nonylphenyl group acting as a hydrophobic group and the oxyethylene chain acting as a hydrophilic group. In addition, micelles are formed even in an aqueous solution of a styrene-ethylene oxide block copolymer.
例えば、球状ミセルは、分子が空間的全方位にパッキング(分子集合体を形成)して球状を示す。また、球状ミセルのサイズは、可視光波長未満であるため、光学的異方性を示
さず、等方的に見える。すなわち、球状ミセルは、可視光波長未満の秩序構造(配向秩序)を有する。しかしながら、このような球状ミセルに電界を印加すれば、球状ミセルが歪むため光学的異方性を発現する。よって、球状ミセル相を有するリオトロピック液晶もまた、本実施の形態にかかる表示素子70の媒質Aとして適用することができる。なお、球状ミセル相に限らず、他の形状のミセル相、すなわち、紐状ミセル相、楕円状ミセル相、棒状ミセル相等を媒質Aとして使用しても、同様の効果を得ることができる。
For example, spherical micelles exhibit a spherical shape by packing molecules (forming molecular aggregates) in all spatial directions. Moreover, since the size of the spherical micelle is less than the visible light wavelength, it does not show optical anisotropy and looks isotropic. That is, the spherical micelle has an ordered structure (orientation order) less than the visible light wavelength. However, when an electric field is applied to such spherical micelles, the spherical micelles are distorted, so that optical anisotropy is expressed. Therefore, a lyotropic liquid crystal having a spherical micelle phase can also be applied as the medium A of the
また、濃度、温度、界面活性剤の条件によっては、親水基と疎水基とが入れ替わった逆ミセルが形成されることが一般に知られている。このような逆ミセルは、光学的にはミセルと同様の効果を示す。したがって、逆ミセル相を媒質Aとして適用することにより、ミセル相を用いた場合と同等の効果を奏する。なお、前述した液晶マイクロエマルションは、逆ミセル相(逆ミセル構造)を有するリオトロピック液晶の一例である。 Further, it is generally known that reverse micelles in which a hydrophilic group and a hydrophobic group are exchanged are formed depending on the conditions of concentration, temperature, and surfactant. Such reverse micelles optically show the same effects as micelles. Therefore, by applying the reverse micelle phase as the medium A, an effect equivalent to that obtained when the micelle phase is used is obtained. The liquid crystal microemulsion described above is an example of a lyotropic liquid crystal having a reverse micelle phase (reverse micelle structure).
また、非イオン性界面活性剤であるペンタエチレングリコール−ドデシルエーテルの水溶液には、図9に示したような、スポンジ相やキュービック相を示す濃度および温度領域が存在する。このようなスポンジ相やキュービック相は、可視光波長未満の秩序(配向秩序、秩序構造)を有しているので透明な物質である。すなわち、これらの相からなる媒質は、光学的には等方性を示す。そして、これらの相からなる媒質に電界(電圧)を印加すると、配向秩序(秩序構造)が変化して光学的異方性が発現する。したがって、スポンジ相やキュービック相を有するリオトロピック液晶もまた、本実施の形態にかかる表示素子70の媒質Aとして適用することができる。
Further, an aqueous solution of pentaethylene glycol-dodecyl ether, which is a nonionic surfactant, has a concentration and temperature range showing a sponge phase and a cubic phase as shown in FIG. Such a sponge phase or cubic phase is a transparent substance because it has an order (orientation order, ordered structure) less than the visible light wavelength. That is, a medium composed of these phases is optically isotropic. When an electric field (voltage) is applied to a medium composed of these phases, the orientation order (ordered structure) changes and optical anisotropy appears. Therefore, a lyotropic liquid crystal having a sponge phase or a cubic phase can also be applied as the medium A of the
〔液晶微粒子分散系〕
また、媒質Aは、例えば、非イオン性界面活性剤ペンタエチレングリコール−ドデシルエーテルの水溶液に、表面を硫酸基で修飾した直径100Å程度のラテックス粒子を混在させた、液晶微粒子分散系であってもよい。上記液晶微粒子分散系ではスポンジ相が発現するが、本実施の形態において用いられる媒質Aとしては、前述したミセル相、キュービック相、逆ミセル相等を発現する液晶微粒子分散系、つまり、電界印加時と電界無印加時とで光学的異方性の程度が変化する相を示す液晶微粒子分散系であってもよい。なお、上記ラテックス粒子に代えて前記DDABを使用することによって、前述した液晶マイクロエマルションと同様な配向構造を得ることもできる。
[Liquid crystal fine particle dispersion]
The medium A may be, for example, a liquid crystal fine particle dispersion system in which latex particles having a diameter of about 100 mm whose surface is modified with a sulfate group are mixed in an aqueous solution of a nonionic surfactant pentaethylene glycol-dodecyl ether. Good. In the liquid crystal fine particle dispersion system, a sponge phase is expressed. As the medium A used in the present embodiment, the liquid crystal fine particle dispersion system expressing the above-described micelle phase, cubic phase, reverse micelle phase, etc., that is, when an electric field is applied. It may be a liquid crystal fine particle dispersion system showing a phase in which the degree of optical anisotropy changes when no electric field is applied. In addition, by using the DDAB in place of the latex particles, an alignment structure similar to the liquid crystal microemulsion described above can be obtained.
〔デンドリマー〕
デンドリマーとは、モノマー単位毎に枝分かれのある三次元状の高分岐ポリマーである。デンドリマーは、枝分かれが多いために、ある程度以上の分子量になると球状構造となる。この球状構造は、可視光波長未満の秩序(秩序構造、配向秩序)を有しているので透明な物質であり、電界(電圧)印加によって配向秩序が変化して光学的異方性が発現する(光学的異方性の程度が変化する)。したがって、デンドリマーもまた、本実施の形態にかかる表示素子70の媒質Aとして適用することができる。また、前述した液晶マイクロエマルションにおいてDDABに代えて上記デンドリマーを使用することにより、前述した液晶マイクロエマルションと同様な配向構造を得ることができる。このようにして得られた媒質もまた、上記媒質Aとして適用することができる。
[Dendrimer]
A dendrimer is a three-dimensional hyperbranched polymer having a branch for each monomer unit. Since dendrimers have many branches, they have a spherical structure when the molecular weight exceeds a certain level. Since this spherical structure has an order (ordered structure, orientation order) less than the visible light wavelength, it is a transparent material, and the orientation order is changed by application of an electric field (voltage), and optical anisotropy appears. (The degree of optical anisotropy changes). Therefore, a dendrimer can also be applied as the medium A of the
〔コレステリックブルー相〕
コレステリックブルー相は、螺旋軸が3次元的に周期構造を形成しており、その構造は、高い対称性を有していることが知られている(例えば、前記非特許文献6・7参照)。コレステリックブルー相は、可視光波長未満の秩序(秩序構造、配向秩序)有しているのでほぼ透明な物質であり、電界印加によって配向秩序の程度が変化して光学的異方性が発現する。すなわち、コレステリックブルー相は、光学的に概ね等方性を示し、電界印加によって液晶分子が電界方向に向くために格子が歪み、光学的異方性を発現する(光学的異
方性の程度が変化する)。
[Cholesteric blue phase]
It is known that the cholesteric blue phase has a three-dimensional periodic structure in the helical axis, and the structure has high symmetry (for example, see
なお、コレステリックブルー相を示す物質としては、例えば、「JC1041」(商品名、チッソ社製混合液晶)を48.2mol%、「5CB」(4−シアノ−4’−ペンチルビフェニル、ネマチック液晶)を47.4mol%、「ZLI−4572」(商品名、メルク社製カイラルドーパント)を4.4mol%の割合で混合してなる組成物が知られている。該組成物は、330.7Kから331.8Kの温度範囲で、コレステリックブルー相を示す。 As a substance showing a cholesteric blue phase, for example, “JC1041” (trade name, mixed liquid crystal manufactured by Chisso Corporation) is 48.2 mol%, “5CB” (4-cyano-4′-pentylbiphenyl, nematic liquid crystal). A composition obtained by mixing 47.4 mol% and “ZLI-4572” (trade name, chiral dopant manufactured by Merck & Co., Inc.) at a ratio of 4.4 mol% is known. The composition exhibits a cholesteric blue phase in the temperature range of 330.7K to 331.8K.
〔スメクチックブルー相〕
スメクチックブルー(BPSm)相は、コレステリックブルー相と同様、高い対称性の構造を有し(例えば、前記非特許文献7・10等参照)、可視光波長未満の秩序(秩序構造、配向秩序)を有しているのでほぼ透明な物質であり、電界印加によって配向秩序の程度が変化して光学的異方性が発現する(光学的異方性の程度が変化する)。すなわち、スメクチックブルー相は、光学的に概ね等方性を示し、電界印加によって液晶分子が電界方向に向くために格子が歪み、光学的異方性を発現する。
[Smectic blue phase]
Similar to the cholesteric blue phase, the smectic blue (BP Sm ) phase has a highly symmetric structure (for example, see
なお、スメクチックブルー相を示す物質としては、例えば、上記非特許文献10に記載されているFH/FH/HH−14BTMHC等が挙げられる。該物質は、74.4℃〜73.2℃でBPSm3相、73.2℃〜72.3℃でBPSm2相、72.3℃〜72.1℃でBPSm1相を示す。BPSm相は、前記非特許文献7に示すように、高い対称性の構造を有するため、概ね光学的等方性が示される。また、物質FH/FH/HH−14BTMHCに電界を印加すると、液晶分子が電界方向に向くことにより格子が歪み、同物質は光学的異方性を発現する。よって、同物質は、本実施の形態にかかる表示素子70の媒質Aとして使用することができる。
In addition, as a substance which shows a smectic blue phase, FH / FH / HH-14BTMHC etc. which are described in the said
以上のように、本実施の形態にかかる表示素子70において媒質Aとして使用することができる物質は、電界の印加により光学的異方性(屈折率、配向秩序度)が変化するものでありさえすれば、ポッケルス効果またはカー効果を示す物質であってもよく、キュービック相、スメクチックD相、コレステリックブルー相、スメクチックブルー相の何れかを示す分子からなるものであってもよく、ミセル相、逆ミセル相、スポンジ相、キュービック相の何れかを示すリオトロピック液晶もしくは液晶微粒子分散系であってもよい。また、上記媒質Aは、液晶マイクロエマルションやデンドリマー(デンドリマー分子)、両親媒性分子、コポリマー、もしくは、上記以外の有極性分子等であってもよい。
As described above, the substance that can be used as the medium A in the
また、上記媒質Aは、液晶性物質に限らず、電界印加時または電界無印加時に可視光波長未満の秩序構造(配向秩序)を有することが好ましい。秩序構造が可視光波長未満であれば、光学的に等方性を示す。従って、電界印加時または電界無印加時に秩序構造が可視光波長未満となる媒質を用いることにより、電界無印加時と電界印加時とにおける表示状態を確実に異ならせることができる。 The medium A is not limited to a liquid crystal substance, and preferably has an ordered structure (orientation order) less than the visible light wavelength when an electric field is applied or when no electric field is applied. If the ordered structure is less than the visible light wavelength, it is optically isotropic. Therefore, by using a medium whose ordered structure is less than the visible light wavelength when an electric field is applied or when no electric field is applied, the display state can be reliably changed between when no electric field is applied and when an electric field is applied.
以下、本実施の形態では、上記媒質Aとして、前記構造式(1)で示されるペンチルシアノビフェニル(5CB)を使用するものとするが、上記媒質Aとしては、これに限定されるものではなく、上記5CBに代えて、上述した各種物質を適用することができる。 Hereinafter, in this embodiment, pentylcyanobiphenyl (5CB) represented by the structural formula (1) is used as the medium A. However, the medium A is not limited to this. Instead of the above 5CB, the various substances described above can be applied.
本実施の形態によれば、上記櫛形電極4・5としてITOを使用し、線幅5μm、電極間距離5μm、媒質層3の層厚(すなわち基板1・2間の距離)を10μmとし、媒質Aとして5CBを使用し、外部加温装置(加熱手段)により上記5CBをネマチック等方相の相転移直上近傍の温度(相転移温度よりも僅かに高い温度、例えば+0.1K)に保ち、電界(電圧)印加を行うことにより、透過率を変化させることができた。なお、上記5
CBは、33.3℃未満の温度でネマチック相、それ以上の温度で等方相を示す。
According to the present embodiment, ITO is used as the comb-shaped
CB exhibits a nematic phase at a temperature lower than 33.3 ° C. and an isotropic phase at a temperature higher than that.
本実施の形態において、基板1・2におけるそれぞれの対向面上には、後述する各ドメインDM・DM’(微小領域)において、電界の印加時における光学的異方性の方向が互いに異なるようにラビング処理が施された図示しない誘電体薄膜(配向膜)が必要に応じて形成されていてもよい。上記一対の基板1・2のうち少なくとも一方の基板の内側に上記誘電体薄膜が形成されていることで、上記配向の秩序(秩序構造、配向秩序)の度合いを向上させることができ、より大きな電気光学効果、例えばより大きなカー効果を得ることができる。
In the present embodiment, directions of optical anisotropy at the time of applying an electric field are different from each other on domains D M and D M ′ (minute regions) described later on the opposing surfaces of the
上記誘電性薄膜としては、それぞれ、有機膜であってもよいし、無機膜であってもよく、上記配向効果を得ることができさえすれば、特に限定されるものではないが、上記誘電体薄膜を有機薄膜により形成した場合、良好な配向効果を示すことから、上記誘電性薄膜としては有機薄膜を用いることがより望ましい。このような有機薄膜の中でもポリイミドは安定性、信頼性が高く、極めて優れた配向効果を示すことから、上記誘電性薄膜材料にポリイミドを使用することで、より良好な表示性能を示す表示素子70を提供することができる。
Each of the dielectric thin films may be an organic film or an inorganic film, and is not particularly limited as long as the orientation effect can be obtained. When the thin film is formed of an organic thin film, it exhibits a good alignment effect, and therefore it is more desirable to use an organic thin film as the dielectric thin film. Among such organic thin films, polyimide has high stability and reliability, and exhibits an extremely excellent alignment effect. Therefore, a
上記誘電体薄膜は、上記一対の基板1・2のうち少なくとも一方の基板の内側、例えば、上記基板1上に、上記櫛形電極4・5を覆うように形成すればよく、その膜厚は特に限定されない。また、上記基板1上に設けられた誘電性薄膜と、基板2上に設けられた誘電性薄膜とは、例えば、上記櫛形電極4・5の櫛歯部分4a・5aに沿って互いに逆方向にラビング処理が施される。
The dielectric thin film may be formed so as to cover the comb-shaped
次に、本実施の形態にかかる表示素子(表示素子70)における表示原理について図3(a)・(b)ないし図5(a)〜(h)並びに図24を参照して以下に説明する。 Next, the display principle of the display element (display element 70) according to the present exemplary embodiment will be described below with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b) to FIGS. 5 (a) to 5 (h) and FIG. .
なお、以下の説明では、主に、本実施の形態にかかる表示素子70として透過型の表示素子を使用し、電界無印加時に光学的にはほぼ等方、好適には等方であり、電界印加により光学的異方性が発現する物質を用いる場合を例に挙げて説明するものとするが、本発明はこれに限定されるものではない。
In the following description, a transmissive display element is mainly used as the
図3(a)は電界無印加状態(OFF状態)における上記表示素子70の媒質を模式的に示す断面図であり、図3(b)は電界印加状態(ON状態)における上記表示素子70の断面を模式的に示す図である。図4は、上記表示素子70における印加電圧と透過率との関係を示すグラフであり、図5(a)〜(h)は、本実施形態にかかる表示素子(表示素子70)と従来の液晶表示素子との表示原理の違いを、電界無印加時(OFF状態)および電界印加時(ON状態)における媒質の平均的な屈折率楕円体の形状(屈折率楕円体の切り口の形状にて示す)およびその主軸方向にて模式的に示す断面図であり、図5(a)〜(h)は、順に、本実施の形態にかかる表示素子(表示素子70)の電界無印加時(OFF状態)の断面図、該表示素子(表示素子70)の電界印加時(ON状態)の断面図、従来のTN(Twisted Nematic)方式の液晶表示素子の電界無印加時の断面図、該TN方式の液晶表示素子の電界印加時の断面図、従来のVA(Vertical Alignment)方式の液晶表示素子の電界無印加時の断面図、該VA方式の液晶表示素子の電界印加時の断面図、従来のIPS(In Plane Switching)方式の液晶表示素子の電界無印加時の断面図、該IPS方式の液晶表示素子の電界印加時の断面図を示す。
FIG. 3A is a cross-sectional view schematically showing a medium of the
物質中の屈折率は、一般には等方的でなく方向によって異なっている。この屈折率の異方性(光学的異方性)は、基板面に平行な方向(基板面内方向)でかつ両櫛形電極4・5の対向方向、基板面に平行な方向(基板面内方向)でかつ両櫛形電極4・5の対向方向に
垂直な方向、基板面に垂直な方向(基板法線方向)を、それぞれx,y,z方向とすると、任意の直交座標系(X1,X2,X3)を用いて次式(1)
In general, the refractive index in a material is not isotropic and varies depending on the direction. This refractive index anisotropy (optical anisotropy) is a direction parallel to the substrate surface (in-plane direction), a direction opposite to the
(nji=nij、i,j=1,2,3)
で表される楕円体(屈折率楕円体)で示される(例えば非特許文献12参照)。ここで、上記式(1)を楕円体の主軸方向の座標系(Y1,Y2,Y3)を使用して書き直すと、次式(2)
(N ji = n ij , i, j = 1,2,3)
(Refractive index ellipsoid) (for example, refer nonpatent literature 12). Here, when the above equation (1) is rewritten using the coordinate system (Y 1 , Y 2 , Y 3 ) in the principal axis direction of the ellipsoid, the following equation (2)
で示される。n1,n2,n3(以下、nx,ny,nzと記す)は主屈折率と称され、楕円体における三本の主軸の長さの半分に相当する。原点からY3=0の面と垂直な方向に進行する光波を考えると、この光波はY1とY2との方向に偏光成分を有し、各成分の屈折率はそれぞれnx,nyである。一般に、任意の方向に進行する光に対しては原点を通り、光波の進行方向に垂直な面が、屈折率楕円体の切り口と考えられ、この楕円の主軸方向が光波の偏光の成分方向であり、主軸の長さの半分がその方向の屈折率に相当する。 Indicated by n 1 , n 2 , n 3 (hereinafter referred to as nx, ny, nz) are called main refractive indexes, and correspond to half the length of the three main axes in the ellipsoid. Considering a light wave traveling in a direction perpendicular to the Y 3 = 0 plane from the origin, this light wave has polarization components in the directions of Y 1 and Y 2, and the refractive indexes of the respective components are nx and ny, respectively. . In general, for light traveling in an arbitrary direction, the plane that passes through the origin and is perpendicular to the traveling direction of the light wave is considered to be the cut surface of the refractive index ellipsoid, and the principal axis direction of this ellipse is the component direction of the polarization of the light wave. Yes, half the length of the main axis corresponds to the refractive index in that direction.
まず、本実施形態にかかる表示素子70と従来の液晶表示素子との表示原理の相違について、従来の液晶表示素子として、TN方式、VA方式、IPS方式を例に挙げて説明する。
First, the difference in display principle between the
図5(c)・(d)に示すように、従来のTN方式の液晶表示素子は、対向配置された一対の基板101・102間に液晶層105が挟持され、上記両基板101・102上にそれぞれ透明電極103・104(電極)が設けられている構成を有し、電界無印加時には、液晶層105における液晶分子の長軸方向がらせん状に捻られて配向しているが、電界印加時には、上記液晶分子の長軸方向が電界方向に沿って配向するようになっている。この場合における平均的な屈折率楕円体105aは、電界無印加時には、図5(c)に示すように、その主軸方向(長軸方向)が基板面に平行な方向(基板面内方向)を向き、電界印加時には、図5(d)に示すように、その主軸方向が基板面法線方向を向く。すなわち、電界無印加時と電界印加時とで、屈折率楕円体105aの形状は楕円であり、電界印加によって、その長軸方向(主軸方向、屈折率楕円体105aの向き)が変化する。すなわち、屈折率楕円体105aが回転する。なお、電界無印加時と電界印加時とで、屈折率楕円体105aの形状および大きさは、ほぼ変わらない。
As shown in FIGS. 5C and 5D, in the conventional TN liquid crystal display element, a
従来のVA方式の液晶表示素子は、図5(e)・(f)に示すように、対向配置された一対の基板201・202間に液晶層205が挟持され、上記両基板201・202上にそれぞれ透明電極(電極)203・204が備えられている構成を有し、電界無印加時には、液晶層205における液晶分子の長軸方向が、基板面に対して略垂直な方向に配向しているが、電界印加時には、上記液晶分子の長軸方向が電界に垂直な方向に配向する。この場合における平均的な屈折率楕円体205aは、図5(e)に示すように、電界無印加時には、その主軸方向(長軸方向)が基板面法線方向を向き、図5(f)に示すように、電界印加時にはその主軸方向が基板面に平行な方向(基板面内方向)を向く。すなわち、
VA方式の液晶表示素子の場合にも、TN方式の液晶表示素子と同様、電界無印加時と電界印加時とで、屈折率楕円体205aの形状は楕円であり、電界印加によって、その長軸方向が変化する(屈折率楕円体205aが回転する)。また、電界無印加時と電界印加時とで、屈折率楕円体205aの形状および大きさは、ほぼ変わらない。
As shown in FIGS. 5E and 5F, a conventional VA liquid crystal display element has a
Also in the case of a VA liquid crystal display element, the shape of the
また、従来のIPS方式の液晶表示素子は、図5(g)・(h)に示すように、同一の基板301上に、1対の電極302・303が対向配置された構成を有し、図示しない対向基板との間に挟持された液晶層に、上記電極302・303により電界(電圧)が印加されることで、上記液晶層における液晶分子の配向方向(屈折率楕円体305aの主軸方向(長軸方向))を変化させ、電界無印加時と電界印加時とで、異なる表示状態を実現することができるようになっている。すなわち、IPS方式の液晶表示素子の場合にも、TN方式およびVA方式の液晶表示素子と同様、図5(g)に示す電界無印加時と図5(h)に示す電界印加時とで、屈折率楕円体305aの形状および大きさはほぼ変わらず(つまり楕円形のまま)、電界印加によって、その主軸方向が変化する(屈折率楕円体305aが回転する)。
In addition, as shown in FIGS. 5G and 5H, the conventional IPS liquid crystal display element has a configuration in which a pair of
このように、従来の液晶表示素子では、電界無印加時でも液晶分子が何らかの方向(典型的には一方向)に配向しており、電界を印加することによって、各分子の配向方向が揃った状態で、その配向方向を変化させて表示(透過率の変調)を行っている。すなわち、電界無印加時と電界印加時とで、屈折率楕円体の形状および大きさを保ったまま(つまり楕円形のまま)、屈折率楕円体の主軸(長軸)方向のみが、電界印加によって回転(変化)することを利用して表示を行っている。よって屈折率楕円体の長軸方向は電界印加方向に対して、垂直あるいは平行とは限らない。つまり、従来の液晶表示素子では、液晶分子の配向秩序度はほぼ一定であり、配向方向を変化させることによって表示(透過率の変調)を行っている。つまり、従来の液晶表示素子では、電界印加によって、配向秩序度はほぼ一定のまま、配向容易軸の方向が変化する。 As described above, in the conventional liquid crystal display element, the liquid crystal molecules are aligned in some direction (typically one direction) even when no electric field is applied, and the alignment direction of each molecule is aligned by applying the electric field. In the state, the orientation direction is changed to perform display (modulation of transmittance). That is, the electric field is applied only to the principal axis (major axis) direction of the refractive index ellipsoid while maintaining the shape and size of the refractive index ellipsoid (that is, the elliptical shape) when no electric field is applied and when an electric field is applied. The display is performed by using the rotation (change) by. Therefore, the major axis direction of the refractive index ellipsoid is not always perpendicular or parallel to the electric field application direction. That is, in the conventional liquid crystal display element, the degree of alignment order of liquid crystal molecules is substantially constant, and display (modulation of transmittance) is performed by changing the alignment direction. That is, in the conventional liquid crystal display element, the direction of the easy alignment axis changes with the application of an electric field while the degree of alignment order remains substantially constant.
これに対し、本実施の形態にかかる表示素子70は、図5(a)・(b)に示すように、電界無印加時における屈折率楕円体3aの形状は球状、すなわち、光学的に等方(nx=ny=nz、可視光波長以上のスケールでの配向秩序度≒0(ほぼゼロ))であり、電界を印加することによって異方性(nx>ny、可視光波長以上のスケールでの配向秩序度>0)が発現して、屈折率楕円体3aが楕円になる(光学的異方性を示す)。また、このとき屈折率楕円体3aの長軸方向は電界方向と垂直になる。つまり、誘電性物質の誘電異方性が負(ネガ型液晶)の場合、全ての電圧値において、屈折率楕円体3aの長軸方向は電界方向に垂直(直交状態)になり、誘電異方性が正(ポジ型液晶)の場合、全ての電圧値において、屈折率楕円体3aの長軸方向は電界方向に平行になる。本発明において、電界方向と屈折率楕円体3aの主軸方向の少なくとも一つとは、常に平行もしくは直交である。なお、本発明において、可視光波長以上のスケールでの配向秩序度≒0(配向秩序度が殆ど無い)というのは、可視光より小さいスケールで見た場合には、液晶分子等が、ある方向に並んでいる割合が多い(配向秩序がある)が、可視光より大きいスケールで見ると、配向方向が平均化されていて配向秩序が無いことを意味している。すなわち、配向秩序度が可視光波長域、及び、可視光波長域より大きい波長の光に対して何ら影響を与えない程度に小さいことを示す。例えば、クロスニコル下で黒表示を実現している状態を示す。一方、本発明において、可視光波長以上のスケールでの配向秩序度>0とは、可視光波長以上のスケールでの配向秩序度が、ほぼゼロの状態よりも大きいことを示し、例えば、クロス二コル下で白表示を実現している状態を示す。(この場合、階調表示であるグレーも含まれる)。
On the other hand, in the
すなわち、本実施の形態にかかる表示素子70では、電界無印加時に分子8は、あらゆる方向を向いている。但し、これらの分子8は、可視光波長スケール未満の秩序(秩序構
造、配向秩序)を有しているので、光学的異方性が発現せず(可視光波長以上のスケールでの配向秩序度≒0)、図5(a)に示すように、屈折率楕円体3aの形状が球状となる。ところが、図5(b)に示すように、電界印加時には、個々の分子8が負の誘電異方性を有しているため基板面内方向(基板面に平行な方向)を向こうとして配向状態が変化する。また、この際、可視光波長未満の秩序構造に歪みが生じて光学的異方性(可視光波長以上のスケールでの配向秩序度>0)が発現する。このように、本実施の形態にかかる上記表示素子70では、電界無印加時には屈折率楕円体3aの形が等方的(nx=ny=nz)であり、電界印加によって屈折率楕円体3aの形に異方性(下界面(すなわち、図5(b)においては下側の基板1との界面)付近:nx>ny、上界面(すなわち、図5(b)においては上側の基板2との界面)付近:ny>nx)が例えばこのように発現する。つまり、本実施の形態にかかる表示素子70では、電界印加によって屈折率楕円体3aの形状、大きさが変化する。ここで、上記nx,ny,nzは、それぞれ、基板面に平行な方向(基板面内方向)でかつ両櫛形電極4・5の対向方向の主屈折率、基板面に平行な方向(基板面内方向)でかつ両櫛形電極4・5の対向方向に垂直な方向の主屈折率、基板面に垂直な方向(基板法線方向)の主屈折率を表している。
That is, in the
また、図24は、図1に示す表示素子70における電界印加時の上記媒質Aの一分子(分子8)の屈折率楕円体3aの形状を示す模式図である。このように、上記屈折率楕円体3aの形状は、原点を通り、光波の進行方向に垂直な面を切り口とする、屈折率楕円体(楕円)の切り口の形状にて示され、前記したように、楕円の主軸方向が光波の偏光の成分方向であり、主軸の長さの半分がその方向の屈折率に相当する。
FIG. 24 is a schematic diagram showing the shape of the
本実施の形態かかる上記媒質Aは、上記したように電界無印加時に光学的等方性(等方相)を示し、電界を印加することによって光学的異方性を発現させる。このため、電界無印加時における屈折率楕円体3aの形状は球状、すなわち、光学的に等方であり、電界を印加することによって異方性が発現するようになっている。
The medium A according to the present embodiment exhibits optical isotropy (isotropic phase) when no electric field is applied as described above, and exhibits optical anisotropy by applying an electric field. For this reason, the shape of the
そこで、図24に示すように電界方向に垂直な方向の屈折率によって示される、光学的異方性の発現による、電界印加時の楕円の主軸方向(すなわち、光波の偏光の成分方向)の屈折率、つまり、上記分子8の長軸方向における屈折率(異常光屈折率)をne、上記楕円の主軸方向に垂直な方向の屈折率、つまり、上記分子8の短軸方向における屈折率(常光屈折率)をnoとすると、上記屈折率異方性(Δn)(複屈折変化)は、Δn=ne−noで表される。 Therefore, as shown in FIG. 24, refraction in the principal axis direction of the ellipse (that is, the polarization component direction of the light wave) at the time of electric field application due to the development of optical anisotropy indicated by the refractive index in the direction perpendicular to the electric field direction. The refractive index in the major axis direction of the molecule 8 (abnormal light refractive index) is ne, the refractive index in the direction perpendicular to the major axis direction of the ellipse, that is, the refractive index in the minor axis direction of the molecule 8 (ordinary light). When the refractive index is no, the refractive index anisotropy (Δn) (birefringence change) is represented by Δn = ne−no.
すなわち、本発明において、上記屈折率異方性(Δn)は、Δn=ne−no(ne:異常光屈折率、no:常光屈折率)で示される複屈折変化を示し、本発明は、上記neおよびnoが変化するのに対し、従来の液晶表示装置は、上記neおよびnoは変化しない。 That is, in the present invention, the refractive index anisotropy (Δn) indicates a birefringence change represented by Δn = ne−no (ne: extraordinary light refractive index, no: ordinary light refractive index). While ne and no change, the conventional liquid crystal display device does not change ne and no.
また、上記電界印加時の屈折率楕円体3aの長軸方向は、電界方向に対して平行(誘電異方性が正の媒質の場合)、または、垂直(誘電異方性が負の媒質を用いる場合)となる。
The major axis direction of the
これに対して、従来の液晶表示素子では、電界印加によって屈折率楕円体の長軸方向を回転させて表示を行うので、屈折率楕円体の長軸方向は、電界方向に対して平行または垂直になるとは限らない。 On the other hand, in the conventional liquid crystal display element, display is performed by rotating the major axis direction of the refractive index ellipsoid by applying an electric field, so that the major axis direction of the refractive index ellipsoid is parallel or perpendicular to the electric field direction. It does not always become.
このように、本実施の形態にかかる表示素子70は、光学的異方性の方向は一定(電界印加方向は変化しない)で例えば可視光波長以上のスケールでの配向秩序度を変調させることによって表示を行うものであり、媒質Aそのものの光学的異方性(例えば可視光波長
以上のスケールにおける配向秩序)の程度を変化させている。したがって、従来の液晶表示素子とは表示原理が大きく異なっている。
As described above, the
なお、上記媒質層3に封入される媒質Aは、電界の印加によって、光学的異方性の程度が変化するものであればよく、電界印加時または電界無印加時には光学的に概ね等方(可視光以上のスケールでの配向秩序度≒0)であり、電界印加により光学変調を誘起(つまり、電界印加により光学的異方性を示す)される媒質であってもよい。また、上記媒質Aは、電界印加に伴い、分子8、または分子集合体(クラスタ)の可視光以上のスケールでの配向秩序度が上昇(光学変調が既に誘起されている状態(可視光以上のスケールでの配向秩序度>0)から、可視光以上のスケールでの分子8の配向秩序度がさらに上昇)する物質(媒質)であってもよい。また、上記媒質Aは、電界印加に伴い、電界印加前と比較して、可視光以上のスケールでの分子8の配向秩序度(光学的異方性の程度)が低下する媒質であってもよく、例えば、電界印加により光学的異方性を示す状態(可視光以上のスケールでの配向秩序度>0)から光学的等方性を示す状態(可視光以上のスケールでの配向秩序度≒0)に変化する媒質であってもよい。
The medium A enclosed in the
本発明において、電界の印加により媒質Aの光学異方性の程度が変化するとは、前記したように、電界の印加に伴って屈折率楕円体3aの形状が変化することを示し、上記したように電界無印加時に光学的等方性を示し、電界を印加することによって光学的異方性の程度が変化する場合、つまり、電界を印加することによって光学的異方性が発現する場合、屈折率楕円体3aの形状は、電界の印加により、球状から楕円に変化する。また、上記媒質Aが電界無印加時に光学的異方性を示し、電界印加時に光学的等方性を示す場合、屈折率楕円体3aの形状は、電界の印加により、楕円から球状に変化する。また、上記媒質Aが、電界無印加時に光学的異方性を示し、電界を印加することによって、電界印加前と比較して光学的異方性の程度が大きくなるか、あるいは、小さくなる場合、屈折率楕円体3aの長軸方向あるいは短軸方向の長さが電界の印加により伸縮し、電界印加前後で長軸および短軸の割合が変化する(この結果、例えば曲率が変化する)ことで、例えば、電界印加後に光学的異方性の程度がより大きくなる場合、電界印加により、電界印加前(電界無印加時)よりも短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比率がより大きな楕円となる。また、電界印加後に光学的異方性の程度がより小さくなる場合、電界印加により、電界印加前(電界無印加時)よりも短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比率がより小さな楕円(つまり、上記比率が1に近づく(ほぼ球状も含む))となる。
In the present invention, the change in the degree of optical anisotropy of the medium A due to the application of an electric field indicates that the shape of the
本実施の形態にかかる表示素子70は、図3(a)に示すように、櫛形電極4・5に電界(電圧)を印加していない状態では、基板1・2間に封入される媒質Aが等方相を示し、光学的にも等方となるので、黒表示になる。
As shown in FIG. 3A, the
一方、図3(b)に示すように、櫛形電極4・5に電界(電圧)を印加すると、上記媒質Aの各分子8が、その長軸方向が上記櫛形電極4・5間に形成される電界に沿うように配向されるので、複屈折現象が発現する。この複屈折現象により、図4に示すように、櫛形電極4・5間の電圧に応じて表示素子70の透過率を変調することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, when an electric field (voltage) is applied to the
なお、相転移温度(転移点)から十分遠い温度においては表示素子70の透過率を変調させるために必要な電圧は大きくなるが、転移点のすぐ直上の温度では0〜100V前後の電圧で、十分に透過率を変調させることが可能になる。
Note that the voltage required to modulate the transmittance of the
例えば、非特許文献9および前記非特許文献12によれば、電界方向の屈折率と、電界方向に垂直な方向の屈折率とを、それぞれn//、n⊥とすると、複屈折変化(Δn=n//−n⊥)と、外部電界、すなわち電界E(V/m)との関係は、Δn=λ・Bk・E2で表される。なお、λは真空中での入射光の波長(m)、Bkはカー定数(m/V2)、E
は印加電界強度(V/m)である。
For example, according to Non-Patent Document 9 and Non-Patent Document 12, if the refractive index in the electric field direction and the refractive index in the direction perpendicular to the electric field direction are n // and n⊥, respectively, the birefringence change (Δn = N // − n⊥) and the external electric field, that is, the electric field E (V / m), is expressed by Δn = λ · B k · E 2 . Λ is the wavelength (m) of incident light in vacuum, B k is the Kerr constant (m / V 2 ), E
Is the applied electric field strength (V / m).
カー定数Bkは、温度(T)の上昇とともに1/(T−Tni)に比例する関数で減少することが知られており、転移点(Tni)近傍では弱い電界強度で駆動できていたとしても、温度(T)が上昇するとともに急激に必要な電界強度が増大する。このため、転移点から十分遠い温度(転移点よりも十分に高い温度)では透過率を変調させるために必要な電圧が大きくなるが、相転移直上の温度では、約100V以下の電圧で、透過率を十分に変調させることができる。 The Kerr constant B k is known to decrease with a function proportional to 1 / (T−Tni) as the temperature (T) increases, and it can be driven with a weak electric field strength in the vicinity of the transition point (Tni). However, as the temperature (T) rises, the required electric field strength increases rapidly. For this reason, the voltage necessary for modulating the transmittance increases at a temperature sufficiently far from the transition point (a temperature sufficiently higher than the transition point), but at a temperature immediately above the phase transition, the transmission is performed at a voltage of about 100 V or less. The rate can be modulated sufficiently.
図1に示すように、本実施の形態にかかる表示素子70は、各画素71内に、上記櫛形電極4・5からなる電極対10が、少なくとも2つ設けられた構成を有し、各電極対10は、それぞれ、各電極対10を構成する櫛形電極4・5における櫛歯部分4a・5aが、各画素71内において隣接する他の電極対10における櫛歯部分4a・5aとは非平行に配置され、各画素71内において媒質Aに対して部分的に異なる方向に電界を印加するようになっている。具体的には、本実施の形態にかかる表示素子70は、各画素71内に設けられた各電極対10における櫛歯部分4a・5aが、各画素71内において隣接する他の電極対10における櫛歯部分4a・5aとは90度の角度をなすように配置され、互いにほぼ直交する電界を印加するようになっている。これにより、本実施の形態にかかる表示素子70は、各画素71内に、電界の印加時における光学的異方性の方向が互いに90度の角度をなす少なくとも2つのドメインDM・DM’(微小領域)を有している。
As shown in FIG. 1, the
本願発明者等の検討によれば、各画素71に、電界印加時における上記媒質Aの光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインDM・DM’が存在することで、通常、広視野角と称される極角45度を大きく上回るとともに測定における信頼性が高い極角60度の範囲内(つまり、光軸を中心として、光軸±60度の範囲内)での表示の色変化を抑制することができ、斜め視角の色付き現象を互いに補償しあうことができ、この結果、透過率を損なうことなく、視野角特性を大きく向上させることができる。
According to the study by the inventors of the present application, since each
また、図1に示すように、両基板1・2にそれぞれ設けられた偏光板6・7は、互いの吸収軸6a・7a、つまり、偏光板吸収軸方向が直交するように形成されている。また、各偏光板6・7における吸収軸6a・7aと櫛形電極4・5における櫛歯部分4a・5aの電極伸長方向とは45度の角度をなすように形成されている。このため、各偏光板6・7における吸収軸6a・7aは、櫛形電極4・5の電界印加方向に対して、45度の角度をなすように形成されている。
Further, as shown in FIG. 1, the
媒質層3は、電界印加方向に配向秩序度が上昇することにより光学的異方性が発現し、透過率が変化するシャッタ型の表示素子として機能し得る。したがって、互いに直交する偏光板吸収軸方向に対して、その光学的異方性の方向は45度の角度をなす時に最大透過率を与える。
The
図6に、2つのドメインDM・DM’において光学的異方性が発現する方位が、上記偏光板6・7のうち、一方の偏光板6の吸収軸6aにそれぞれ±θ(度)の角度に存在するとしたときの透過率を示す。
In FIG. 6, the orientation in which the optical anisotropy appears in the two domains D M and D M ′ is ± θ (degrees) on the
透過率(P)は、P(%)=Sin2(2θ)より見積もられ、図6に示すように、上記θは、45度の時に最大輝度となることが判る。なお、上記θが45度の時の透過率を100%とすれば、ほぼ90%以上であれば人間の目には最大輝度を有していると感じられることから、上記θは、35度≦θ≦55度の範囲内であれば、人間の目には、ほぼ最大輝度もしくは最大輝度に近い輝度を有していると感じられ、35度<θ<55度の範囲内であれば、人間の目には、最大輝度を有していると感じられる。 The transmittance (P) is estimated from P (%) = Sin 2 (2θ), and as shown in FIG. 6, it can be seen that the θ has the maximum luminance when it is 45 degrees. If the transmittance when the θ is 45 degrees is 100%, it is felt that the human eye has the maximum luminance when the transmittance is approximately 90% or more. Therefore, the θ is 35 degrees. If it is within the range of ≦ θ ≦ 55 degrees, it is perceived that the human eye has almost the maximum luminance or luminance close to the maximum luminance, and if it is within the range of 35 degrees <θ <55 degrees, The human eye feels it has maximum brightness.
そして、斜め視角の色付き現象を互いに補償しあう2つのドメインDM・DM’を形成するためには、上記ドメインDM・DM’における光学的異方性の方向が、偏光板吸収軸方向に対して±45度、互いのドメイン方向がなす角度としては90度が好ましい角度となる。 In order to form two domains D M · D M ′ that mutually compensate for the coloring phenomenon of the oblique viewing angle, the direction of the optical anisotropy in the domain D M · D M ′ is determined by the polarizing plate absorption axis. The preferred angle is ± 45 degrees with respect to the direction and 90 degrees as the angle between the domain directions.
但し、前述したように、偏光板吸収軸に対してθが35度≦θ≦55度の範囲内、特に、35度<θ<55度の範囲内では大きな輝度の差異を感じないために、色付き現象の補償に対しても互いのドメイン領域の輝度が10%程度の差であれば、色の差異をほぼ感じることはなく、この範囲でほぼ実用上十分な効果が得られる。すなわち、互いのドメイン領域の光学的異方性のなす角度は、図6から、90度±20度の範囲内(つまり、70度以上、110度以下の範囲内)であることが好ましく、90度±20度未満の範囲内(つまり、70度を超えて110度未満の範囲内)であることがより好ましく、90度±10度の範囲内(つまり、80度以上、100度以下の範囲内)であることがより一層好ましく、最も望ましい角度が90度ということになる。 However, as described above, in order that θ is not in the range of 35 ° ≦ θ ≦ 55 ° with respect to the polarizing plate absorption axis, particularly in the range of 35 ° <θ <55 °, a large luminance difference is not felt. Even in the compensation of the coloring phenomenon, if the brightness of the domain regions of each other is about 10%, the difference in color is hardly felt, and a practically sufficient effect can be obtained in this range. That is, the angle formed by the optical anisotropy of each domain region is preferably within a range of 90 ° ± 20 ° (that is, within a range of 70 ° or more and 110 ° or less) from FIG. More preferably, it is within the range of less than ± 20 degrees (that is, within the range of more than 70 degrees and less than 110 degrees), and within the range of 90 degrees ± 10 degrees (that is, the range of 80 degrees to 100 degrees). Inner), and the most desirable angle is 90 degrees.
よって、人間の目の誤差を考えれば、各ドメインDM・DM’の電界印加時における光学的異方性の方向と、上記偏光板6・7の吸収軸6a・6bとがなす角度がそれぞれ約45度(45度±10度の範囲内、好適には45度±10度未満の範囲内、より好適には45度±5度の範囲内、最も好適には45度)であり、各ドメインDM・DM’の電界印加時における光学的異方性の方向は、互いに約90度(90度±20度の範囲内、好適には90度±20度未満の範囲内、より好適には90度±10度の範囲内、最も好適には90度)の角度をなすことが望ましい。特に、上記偏光板6・7の吸収軸6a・6bとがなす角度が45度±10度未満の範囲内であり、および/または、各ドメインDM・DM’の電界印加時における光学的異方性の方向が90度±20度未満の範囲内であれば、人間の目には最大輝度が得られると感じられる。また、上記偏光板6・7の吸収軸6a・6bとがなす角度が45度±5度未満の範囲内であり、および/または、各ドメインDM・DM’の電界印加時における光学的異方性の方向が90度±10度未満の範囲内であれば、例えば図6に示す結果から、測定値として97%以上の輝度を得ることができることがわかる。そして、上記偏光板6・7の吸収軸6a・6bとがなす角度が45度、すなわち、各ドメインDM・DM’の電界印加時における光学的異方性の方向が90度であれば、例えば図6に示す結果から、測定値として100%の輝度を得ることができる。
Therefore, considering the error of the human eye, the angle formed between the direction of optical anisotropy when the electric field is applied to each domain D M · D M ′ and the absorption axes 6a and 6b of the
そこで、図1に示すように、各偏光板6・7における吸収軸方向が、櫛形電極4・5の電界印加方向に対して、45度の角度をなすと共に、各電極対10の櫛歯部分4a・5aが、各画素71内において隣接する他の電極対10における櫛歯部分4a・5aとは90度の角度をなす表示素子70を作成し、白を基準として、該表示素子70の電界印加時における極角60度方向の色を観測したところ、あらゆる視角(視角A’,B’,C’,D’,A,B,C,D)において着色現象は観測されなかった。なお、視角A’,B’,C’,D’は偏光板吸収軸方位、視角A,Cは電界印加方位、視角B,Dは電界印加方位と直交する方位を示す。なお、図1に示す表示素子70において、視覚A,Cにて示す電界印加方位は、ドメインDM’における電界印加方位にて示すものとし、ドメインDMにおいては視覚B,Dが電界印加方位、視覚A,Cが電界印加方位と直交する方位となるが、何れにしても観測結果は同じである。
Therefore, as shown in FIG. 1, the absorption axis direction of each
一方、比較のために、図10に示すように、各画素81内において上記櫛形電極4・5における櫛歯部分4a・5aが何れも平行に形成された、比較用の表示素子80を作製した。すなわち、上記比較用の表示素子80を用いた比較例においては、各画素81が1ドメインからなる構造とし、上記と同様の測定(着色現象の観測)を行ったところ、視角A’,B’,C’,D’には色付きはほとんど無かったが、視角A,Cは青色の着色、視角
B、Dは黄色の着色が観察され、表示品位の低下が見られた。この原因は定かではないが、上記したようにドメイン分割を行わない場合、媒質Aが電界印加によって発現する光学的異方性に、波長分散が存在するためと考えられる。なお、本比較例でも、視角A’,B’,C’,D’は偏光板吸収軸方位、視角A,Cは電界印加方位、視角B,Dは電界印加方位と直交する方位を示す。
On the other hand, for comparison, as shown in FIG. 10, a
また、本発明にかかる表示素子70として、図1に示すようにドメイン分割を行った場合、つまり、1画素中に、電界印加により発生する媒質Aの光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインDM・DM’を設けた場合と、比較として、図10に示すようにドメイン分割を行わなかった場合とで、斜め視角の色度を測定した結果を、図18に示す。
Further, as the
図18は、図1に示す表示素子70および図10に示す比較用の表示素子80における色度データを示すグラフ(xy色度図)であり、横軸は、x軸方向における色度(色度座標)を示し、縦軸は、y軸方向における色度(色度座標)を示す。なお、図1に示す表示素子70におけるx軸方向の色度とは、前記x方向、つまり、例えばドメインDMにおける基板面に平行な方向(基板面内方向)でかつ両櫛形電極4・5における櫛歯部分4a・5aの対向方向における色度(色度座標)を示し、図10に示す表示素子80におけるx軸方向の色度とは、該表示素子80における1つの画素81における基板面に平行な方向(基板面内方向)でかつ両櫛形電極4・5における櫛歯部分4a・5aの対向方向における色度(色度座標)を示す。また、図1に示す表示素子70におけるy軸方向の色度とは、前記y方向、例えばドメインDMにおける基板面に平行な方向(基板面内方向)でかつ両櫛形電極4・5の櫛歯部分4a・5aの対向方向に垂直な方向における色度(色度座標)を示し、図10に示す表示素子80におけるy軸方向の色度とは、該表示素子80における1つの画素81における基板面に平行な方向(基板面内方向)でかつ両櫛形電極4・5における櫛歯部分4a・5aの対向方向における色度(色度座標)を示す。
18 is a graph (xy chromaticity diagram) showing chromaticity data in the
なお、上記色度データの測定には、各表示素子70・80として、例えば図2(a)・(b)に示すように、互いに対向して配置された、一対のガラス製の基板1・2間に、以下に示す混合物(I)からなる媒質Aが、媒質層3として挟持されていると共に、これら一対の基板1・2の外側に、偏光板6・7がそれぞれ設けられ、一方の基板1における他方の基板2との対向面に、櫛形電極4・5が、これら櫛形電極4・5の櫛歯部分4a・5aが互いに噛み合う方向に対向配置されてなるセル(1)・(2)を使用した。
For the measurement of the chromaticity data, as the
ここで、上記媒質層3は、ネマチック液晶混合体である「JC−1041xx」(商品名、チッソ社製)44.7mol%、ネマチック液晶である「5CB」(4−シアノ−4’−ペンチルビフェニル、アルドリッチ(Aldrich)社製)43.4mol%、カイラル剤としての「ZLI−4572」(商品名、メルク(Merck)社製)4.9mol%、重合により配向補助剤を形成する光重合性モノマーとしての「EHA」(2−エチルヘキシルアクリレート、アルドリッチ(Aldrich)社製のモノアクリレート)4.0mol%および「RM257」(商品名、メルク社製のジアクリレートモノマー)2.6mol%、光重合開始剤としての「DMPAP」(2,2−ジメトキシ−2−ペンチルアセトフェノン、アルドリッチ(Aldrich)社製)0.33mol%からなる混合物(I)を、常にコレステリックブルー相になるように温度調節しながら、電界を印加せずに紫外線照射を行うことにより形成した。
Here, the
上記コレステリックブルー相の確認は、メトラートレド社製の温度調節機「FP90」(商品名)により、上記混合物(I)の温度を260.0K〜326.4Kに調節し、偏光顕微鏡観察において、コレステリックブルー相特有の質感(テクスチャ)を確認することにより、行った。 The cholesteric blue phase is confirmed by adjusting the temperature of the mixture (I) to 260.0K to 326.4K with a temperature controller “FP90” (trade name) manufactured by METTLER TOLEDO. This was done by checking the texture specific to the blue phase.
また、上記セル(1)・(2)は、上記一方の基板1の表面に、図1または図10に示すパターンを有する櫛形電極4・5を、それぞれ、電極幅9μm、各電極間スペース10μmにて形成した後、この櫛形電極4・5が形成された基板1・2を、プラスチックビーズ等のスペーサ(図示せず)を介して、両者の間隔(媒質層3の厚さ)が5μmとなるように調整し、上記混合物(I)の注入口を除いてシール材(図示せず)で周囲を封じることにより上記基板1・2を貼り合わせた後、これら基板1・2間に、上記混合物(I)を注入して上記注入口を封止し、上記基板1・2の外側に、偏光板6・7を、それぞれ、互いの吸収軸6a・7aが互いに直交するように貼り合わせ、前記したように上記混合物(I)を、常にコレステリックブルー相になるように温度調節しながら、電界を印加せずに紫外線照射を行うことにより形成した。
In the cells (1) and (2),
また、色度の測定には、ELDIM社の光学測定器「EZContrast」を使用し、測定温度は20℃、印加電圧は84.3Vとした。 For measurement of chromaticity, an optical measuring instrument “EZContrast” manufactured by ELDIM was used, the measurement temperature was 20 ° C., and the applied voltage was 84.3V.
図18に、正面の色度を「×」で示す。また、比較用のセル(2)における極角60度の色度を、偏光板6・7の吸収軸6a・7aの何れか一方(例えば偏光板7の吸収軸7a)を基準として、該偏光板吸収軸(例えば上記偏光板7の吸収軸7a)に対する方位角が45度(つまり、上記方位角45度で極角60度(以下、(45,60)と記す))のとき「▲」、上記方位角が135度(つまり、方位角135度(45度+90度)で極角60度(以下、(135,60)と記す))のとき「△」で示す。また、本発明におけるセル(1)における、極角60度、上記方位角が45度および135度のとき(つまり、(45,60)および(135,60)のとき)の色度を「●」で示す。つまり、本発明のセル(1)を用いた場合、上記方位角が45度のときと135度のときとで、同じ色度が得られた。
In FIG. 18, the chromaticity of the front is indicated by “x”. Further, the chromaticity at a polar angle of 60 degrees in the comparative cell (2) is determined based on one of the absorption axes 6a and 7a of the
図18に示す結果から、ドメイン分割を行わない場合、極角±60度の範囲内で表示素子80(セル(2))を観察すると、「▲」から「△」までの範囲内で色が変化することが判るとともに、ドメイン分割(上記セル(1)では1画素当たり2ドメイン)を行った場合、上記セル(2)と同様に、極角±60度の範囲内で表示素子70(セル(1))を観察すると、「×」と「●」との間で色が変化することが判る。したがって、上記ドメイン分割を行うことで、図18に示すように、極角±60度の範囲内での色変化(同じ画像を異なる角度から見たときの色変化(色度座標距離√{△x2+△y2}で示される色度座標変化の範囲)を、上記ドメイン分割を行わない場合の凡そ半分程度に収めることができることが判る。 From the results shown in FIG. 18, when the domain division is not performed, when the display element 80 (cell (2)) is observed within the polar angle of ± 60 degrees, the color is within the range from “▲” to “Δ”. When the domain division (two domains per pixel in the cell (1)) is performed, the display element 70 (cells within the range of the polar angle ± 60 degrees is the same as the cell (2). Observing (1)), it can be seen that the color changes between “×” and “●”. Therefore, by performing the domain division, as shown in FIG. 18, color change within the range of polar angle ± 60 degrees (color change when the same image is viewed from different angles (chromaticity coordinate distance √ {Δ It can be seen that the range of the chromaticity coordinate change represented by x 2 + Δy 2 } can be accommodated in about half of the case where the domain division is not performed.
また、図19〜図22に示すように、前記セル(1)および(2)において各画素71における各ドメインDM・DM’の電界印加により発生する光学的異方性の方位同士がなす角度(各ドメインDM・DM’において矢印d1・d2間のなす角度)、および、各ドメインDM・DM’の電界印加により発生する光学的異方性の方位と各偏光板6・7の吸収軸6a・7aとがなす角度を種々変更したときの、各セル(1)・(2)の正面から見たときのx軸方向およびy軸方向の色度(色度座標)と、極角60度で、偏光板6・7の吸収軸6a・7aの何れか一方(例えば偏光板7の吸収軸7a)を基準として、該偏光板吸収軸(例えば上記偏光板7の吸収軸7a)に対する方位角が45度および135度のときの各色度(色度座標)と、上記各方位における、上記媒質層3が空のとき(空気のみのとき)のY値を1(Y=1)としたときの明るさ(相対的なY値;以下、単にY値と記す)とを測定した。
Further, as shown in FIGS. 19 to 22, in the cells (1) and (2), the orientations of optical anisotropy generated by applying an electric field of each domain D M · D M ′ in each
図19〜図22において、矢印d1・d2は、各ドメインDM・DM’において電界印加により発生する光学的異方性の方位であり、本発明のセル(1)において1つのドメイ
ン(以下、説明の便宜上、「ドメイン1」と記す)における電界印加により発生する光学的異方性の方位、並びに、比較用のセル(2)における電界印加により発生する光学的異方性の方位を矢印d1で示す。また、上記セル(1)において上記「ドメイン1」と隣接するドメイン(以下、説明の便宜上、「ドメイン2」と記す)における電界印加により発生する光学的異方性の方位を矢印d2で示す。なお、以下の説明において、「ドメイン1」と「ドメイン2」との割合は、特に断らない限り、同じ割合(1:1)を有しているものとする。
19 to 22, arrows d1 and d2 are directions of optical anisotropy generated by applying an electric field in each of the domains D M and D M ′, and one domain (hereinafter referred to as “domain”) in the cell (1) of the present invention. For convenience of explanation, the direction of optical anisotropy generated by applying an electric field in “
なお、図19〜図22において、矢印d1・d2で示される光学的異方性の方位は、何れか一方の偏光板吸収軸を中心に対称、もしくは、各々の偏光板6・7の吸収軸6a・7aとなす角度が等しくなるように設けられている。すなわち、矢印d1で示される光学的異方性の方位と2つの偏光板吸収軸の方位(吸収軸方向)とでなす各角度と、矢印d2で示される光学的異方性の方位と2つの偏光板吸収軸の方位(吸収軸方向)とでなす各角度とは、同じ角度となるように設定されている。
19 to 22, the direction of optical anisotropy indicated by arrows d1 and d2 is symmetric with respect to any one of the polarizing plate absorption axes, or the absorption axes of the respective
また、Y値の測定には、前記したELDIM社の光学測定器「EZContrast」を使用し、測定温度は20℃、印加電圧は84.3Vとした。 The Y value was measured using the above-mentioned ELDIM optical measuring instrument “EZContrast”, the measurement temperature was 20 ° C., and the applied voltage was 84.3 V.
図19に示すように、上記セル(1)・(2)において偏光板6・7の吸収軸6a・7aの何れか一方(ここでは偏光板7の吸収軸7a)を基準として、該偏光板吸収軸(偏光板7の吸収軸7a)と、上記矢印d1で示される光学的異方性の方位とがなす角度(以下、説明の便宜上、角度(1)と記す)、並びに、他方の偏光板吸収軸(ここでは偏光板6の吸収軸6a)と上記矢印d1で示される光学的異方性の方位とがなす角度(以下、説明の便宜上、角度(2)と記す)をそれぞれ45度とし、矢印d1・d2で示される、各ドメインDM・DM’(「ドメイン1」、「ドメイン2」)で電界印加により発生する光学的異方性の方位同士がなす角度(以下、説明の便宜上、角度(3)と記す)を90度としたとき、つまり、セル(1)において、偏光板6・7の吸収軸6a・7aの何れか一方(ここでは偏光板7の吸収軸7a)を基準として、該偏光板吸収軸(偏光板7の吸収軸7a)と、上記矢印d1・d2で示される光学的異方性の方位とがなす角度(以下、説明の便宜上、上記偏光板吸収軸(偏光板7の吸収軸7a)と矢印d2で示される光学的異方性の方位とがなす角度を角度(4)と記す)をそれぞれ45度、135度(角度(1)=45度、角度(4)=135度)としたときの、各セル(1)・(2)の正面から見たときのx軸方向およびy軸方向の色度(色度座標)と、極角60度で、偏光板6・7の吸収軸6a・7aの何れか一方(例えば偏光板7の吸収軸7a)を基準として、該偏光板吸収軸(例えば上記偏光板7の吸収軸7a)に対する方位角が45度および135度のときの各色度座標(つまり、(45,60)および(135,60)における色度座標)と、各色度座標におけるY値とをまとめて表1に示す。
As shown in FIG. 19, in the cells (1) and (2), the
なお、上記測定においても本発明のセル(1)を用いた場合、上記方位角が45度のときと135度のときとで、同じ色度が得られたため、表1においては、セル(1)における(45,60)および(135,60)での色度座標をまとめて示す。また、このときの上記セル(1)およびセル(2)における色度座標距離は、本発明の上記セル(1)で0.0303、比較用の上記セル(2)で0.0887であった。 In the measurement, when the cell (1) of the present invention was used, the same chromaticity was obtained when the azimuth angle was 45 degrees and 135 degrees. The chromaticity coordinates at (45, 60) and (135, 60) in FIG. Moreover, the chromaticity coordinate distance in the cell (1) and the cell (2) at this time was 0.0303 in the cell (1) of the present invention and 0.0887 in the cell (2) for comparison. .
また、図20に示すように、角度(1)を55度、角度(2)を35度(すなわち、d1・d2で示される各ドメインにおける光学的異方性の方位と両偏光板吸収軸とのなす角度は、35度もしくは55度となる)、角度(3)を90度としたとき、つまり、角度(1)=55度、角度(4)=145度としたときの、各セル(1)・(2)の正面から見たときのx軸方向およびy軸方向の色度(色度座標)と、(45,60)および(135,60)における色度座標と、各色度座標におけるY値とをまとめて表2に示す。 Further, as shown in FIG. 20, the angle (1) is 55 degrees and the angle (2) is 35 degrees (that is, the orientation of the optical anisotropy in each domain represented by d1 and d2 and the absorption axes of both polarizing plates). (When the angle (3) is 90 degrees, that is, the angle (1) = 55 degrees and the angle (4) = 145 degrees) 1) Chromaticity (chromaticity coordinates) in the x-axis direction and y-axis direction when viewed from the front of (2), chromaticity coordinates in (45, 60) and (135, 60), and each chromaticity coordinate Table 2 summarizes the Y values.
なお、上記測定においても本発明のセル(1)を用いた場合、上記方位角が45度のときと135度のときとで、同じ色度が得られたため、表2においても、セル(1)における(45,60)および(135,60)での色度座標をまとめて示す。また、このときの上記セル(1)およびセル(2)における色度座標距離は、本発明の上記セル(1)で0.0318、比較用の上記セル(2)で0.0862であった。 In the above measurement, when the cell (1) of the present invention was used, the same chromaticity was obtained when the azimuth angle was 45 degrees and when the angle was 135 degrees. The chromaticity coordinates at (45, 60) and (135, 60) in FIG. Further, the chromaticity coordinate distance in the cell (1) and the cell (2) at this time was 0.0318 in the cell (1) of the present invention and 0.0862 in the cell (2) for comparison. .
また、図21に示すように、角度(1)を35度、角度(2)を55度(すなわち、d1・d2で示される各ドメインにおける光学的異方性の方位と両偏光板吸収軸とのなす角度は、35度もしくは55度となる)、角度(3)を110度としたとき、つまり、角度(1)=35度、角度(4)=145度としたときと、図22に示すように、角度(1)を55度、角度(2)を35度(すなわち、d1・d2で示される各ドメインにおける光学的異方性の方位と両偏光板吸収軸とのなす角度は、35度もしくは55度となる)、角度(3)を70度としたとき、つまり、角度(1)=55度、角度(4)=125度としたときとにおける、各セル(1)・(2)の正面から見たときのx軸方向およびy軸方向の色度(色度座標)と、(45,60)および(135,60)における色度座標と、各色度座標におけるY値とを測定した結果、何れも、図19に示す結果と同じ結果が得られた。すなわち、図21に示す場合と図22に示す場合とにおける上記セル(1)およびセル(2)による色度座標距離は、何れも、本発明の上記セル(1)で0.0318、比較用の上記セル(2)で0.0862であった。 Further, as shown in FIG. 21, the angle (1) is 35 degrees and the angle (2) is 55 degrees (that is, the orientation of the optical anisotropy in each domain indicated by d1 and d2 and both polarizing plate absorption axes) 22 is 35 degrees or 55 degrees), and when the angle (3) is 110 degrees, that is, when the angle (1) = 35 degrees and the angle (4) = 145 degrees, FIG. As shown, the angle (1) is 55 degrees and the angle (2) is 35 degrees (that is, the angle formed between the orientation of optical anisotropy in each domain indicated by d1 and d2 and both polarizing plate absorption axes is When the angle (3) is 70 degrees, that is, when the angle (1) = 55 degrees and the angle (4) = 125 degrees, the cells (1), ( 2) Chromaticity (chromaticity coordinates) in the x-axis direction and y-axis direction when viewed from the front, (45 60) and (135,60 and the chromaticity coordinates in), a result of measuring a Y value of each chromaticity coordinates, both, the same results were obtained with the results shown in Figure 19. That is, in the case shown in FIG. 21 and the case shown in FIG. 22, the chromaticity coordinate distance by the cell (1) and the cell (2) is 0.0318 in the cell (1) of the present invention, and is for comparison. Of the above cell (2).
上記測定結果から、本発明によれば、上記したようにドメイン分割することで、各画素71における各ドメインDM・DM’の電界印加により発生する光学的異方性の方位同士がなす角度(各ドメインDM・DM’において矢印d1・d2間のなす角度)、および、
各ドメインDM・DM’の電界印加により発生する光学的異方性の方位と各偏光板6・7の吸収軸6a・7aとがなす角度を、図19〜図22に示すように種々変更した場合でも、ドメイン分割を行わない場合と比較して、上記色度座標距離を小さくすることができることが判る。したがって、本発明によれば、上記したようにドメイン分割することで、同じ画像に対する視野角の違いによる色変化を従来よりも小さくすることができる(つまり、色度座標の改善効果を得ることができる)ことが判る。
From the above measurement results, according to the present invention, the angle formed by the orientations of the optical anisotropy generated by the electric field application of each domain D M · D M ′ in each
As shown in FIGS. 19 to 22, various angles are formed between the orientation of optical anisotropy generated by applying an electric field of each domain D M · D M ′ and the
また、上記測定結果から、正面のY値(相対値)を図19〜図22に示す各々の場合で比較すると、図19に示す場合が最も大きくなる(最も明るくなる)ことが判る。すなわち、各ドメインにおける電界印加により発生する光学的異方性の方向と偏光板吸収軸とがなす角度が45度、各ドメインにおける電界印加により発生する光学的異方性の方向がなす角度が互いに90度であるとき、最も良好な結果が得られることが判る。 Further, from the above measurement results, it can be seen that when the front Y value (relative value) is compared in each case shown in FIGS. 19 to 22, the case shown in FIG. 19 is the largest (lightest). That is, the angle formed by the direction of optical anisotropy generated by applying an electric field in each domain and the polarizing plate absorption axis is 45 degrees, and the angle formed by the direction of optical anisotropy generated by applying an electric field in each domain is mutually It can be seen that the best results are obtained when the angle is 90 degrees.
なお、上記図20〜図22においては、ドメイン1およびドメイン2における、偏光板6・7の吸収軸6a・7aに対する光学的異方性の方位(d1、d2)を、図19に示す方位に対して±10度回転させたが、上記図20〜図22に示すようにこれらd1・d2と各偏光板吸収軸(偏光板6・7の吸収軸6a・7a)とがなす角度の対称性の点から、上記光学的異方性の方位(d1、d2)を、各偏光板吸収軸(偏光板6・7の吸収軸6a・7a)に対して何れの方向に回転させた場合でも、同じ結果を得ることができる。
20 to 22, the orientations (d1, d2) of the optical anisotropy with respect to the absorption axes 6a and 7a of the
また、比較のために、前記特許文献1の図2に示すように、各画素に、平面視「く」の字状の櫛歯部分を有する櫛形電極を有する表示素子を作製し、上記と同様の測定を行った。上記「く」の字状の電極のなす角度(湾曲角(屈曲角))、すなわち、隣接するドメイン同士の電界印加方向は、上記特許文献1の図2に示す構造から35度とした。この結果、上記電極構造とした場合、前記比較例(つまり、ドメイン分割しない場合(図10参照))と比較して、透過率は33%程度に減少した。但し、視角による色付き現象は、大きくは改善しなかったものの、ドメイン分割を行わない場合と比較すれば改善効果が得られることが判った。
For comparison, as shown in FIG. 2 of
但し、上記特許文献1は、視野角特性を向上させるために平面視「く」の字状の電極を用いることを開示してはいるものの、上記引用文献1に記載の表示素子は、上記電極表面並びに対向基板表面に、誘電体薄膜としてのポリイミド膜が形成された構成を有し、これらポリイミド膜を配向処理してポリイミド膜表面に位置するクラスタと称される分子集団を一定方向に配向させるものであり、上記引用文献1は、ドメイン分割を行っておらず、本発明とは異なるものである。
However, although the said
なお、上記特許文献1は、液晶表示素子におけるSIPSモードの手法を単にそのまま適用しただけであると考えられる。しかしながら、本願発明者による検討によれば、液晶表示素子と表示原理が全く異なる上記した表示素子では、SIPSモードにおける最適形状は逆に好ましくなく、上記したようにSIPSモードにおけるドメイン分割構造を適用した場合、本願発明の課題は解決されないことが判った。
In
また、本願発明者が検討した結果、液晶表示素子における表示方式の一種であるSIPS(Super In Plane Switching)モードでは、各ドメインの電界印加により発生する光学的異方性の方向は、逆に、90度は適切な角度ではなく、むしろ、0度に近い方が好ましい。この理由を、図11(a)・(b)を参照して以下に説明する。 In addition, as a result of examination by the inventors of the present application, in the SIPS (Super In Plane Switching) mode which is a kind of display method in the liquid crystal display element, the direction of the optical anisotropy generated by the electric field application of each domain is reversed, 90 degrees is not an appropriate angle, but is preferably closer to 0 degrees. The reason for this will be described below with reference to FIGS. 11 (a) and 11 (b).
図11(a)は、上記SIPSモードにおいて「く」の字状の電極51・52を、それぞれ、湾曲角(屈曲角)90度、つまり、隣接するドメイン同士の電界印加方向が90度の角度をなすように設けた場合における液晶分子53の回転を模式的に示す図である。ま
た、図11(b)は、上記SIPSモードにおいて「く」の字状の電極51・52を、それぞれ、湾曲角(屈曲角)35度、つまり、隣接するドメイン同士の電界印加方向が35度の角度をなすように設けた場合における液晶分子53の回転を模式的に示す図である。
FIG. 11 (a) shows that each of the "<"-shaped
前記したように透過率が最大になるためには、各ドメインにおける液晶分子53は、電界の印加により45度回転する必要があり、これら液晶分子53は、電界印加方向に向こうとして回転する。図11(a)に示す場合、電界印加方向と液晶分子53の方向とが完全に一致しなければならず、大きな電界印加が必要となる。一方、図11(b)の場合は、45度の回転は単なる通過点であるため、45度までの回転にはさほど大きな電圧を必要としない。すなわち、液晶表示素子におけるSIPSモードにおけるドメイン分割では、互いの電界印加方向が異なってさえいればよく、むしろ0度に近い方が有利になる。なお、SIPSモードで配向方向と電極51・52とを0度から少しずらしておくのは、電界により液晶分子53が回転する方向を2通りのうちのどちらかを選ぶためのものであり、典型的には数度〜20度程度で十分である。
As described above, in order to maximize the transmittance, the
以上のように、本実施の形態によれば、電界の印加により光学的異方性の程度が変化する媒質Aを用いた上記表示素子70において、図1に示すように、微小領域に互いに電界印加方向が直交する2つの領域(ドメインDM・DM’)を形成するように上記櫛形電極4・5を設けることにより、透過率を損なうことなく、あらゆる方位について着色現象が抑制された視野角の広い表示素子70を得ることができる。なお、上記の構成とすることであらゆる視角において着色現象が観測されなくなる理由は定かではないが、視角A,C方向の特性と視角B,D方向の特性とが互いに補償しあうことにより、結果として着色現象を抑制することができたと考えられる。
As described above, according to the present embodiment, in the
上記したように本実施の形態にかかる表示素子70によれば、光学的異方性の方向が異なる2つのドメイン(ドメインDM・DM’)により色付き現象を互いに補償しあうことができるので、各画素71に、光学的異方性の方向が1方向のみからなるドメイン(例えばドメインDM)しか存在しない場合(つまりドメイン分割しない場合)と比べると、光学的異方性の方向が異なる他のドメイン(例えばドメインDM’)が、各画素71に少しの割合でも混在していれば、色付き現象の抑制に効果がある。この場合、各ドメインDM・DM’における電界印加時における上記光学的異方性の方向は、前記したように互いに90度±20度の範囲内の角度をなすことが好ましく、90度±20度未満の範囲内の角度をなすことがより好ましく、90±10度の範囲内の角度をなすことがより一層好ましい。
As described above, according to the
ここで、前記図19に示すセル(1)の配置(角度(1)=角度(2)=45度、角度(3)=90度、角度(4)=135度)において、「ドメイン1」と「ドメイン2」との割合(比率)を変化させた場合における各画素71に占める「ドメイン2」の比率(つまり、各画素71における光学的異方性の異なるドメインの比率)と、(45,60)および(135,60)における各色度座標(x軸方向の色度座標およびy軸方向の色度座標)と、各色度座標におけるY値と、上記各比率を有する各セルにおける色度座標距離とを、表3にまとめて示す。
Here, in the arrangement of cell (1) shown in FIG. 19 (angle (1) = angle (2) = 45 degrees, angle (3) = 90 degrees, angle (4) = 135 degrees), “
表1および表3に示す結果から明らかなように、上記(45,60)および(135,60)における各色度座標および各色度座標におけるY値は、各画素71における光学的異方性の異なるドメインの比率0.5よりも少なければ少ないほど表1に示すセル(2)(45、60)の値に近い値となり、上記比率が0.5に近づくにつれて表1に示すセル(1)の値に近づく。そして、上記(45,60)および(135,60)における各色度座標および各色度座標におけるY値は、上記比率が0.5の場合に表1に示すセル(1)と同じ値になり、上記比率が0.5を超えて1に近づくほど表1に示すセル2(135、60)の値に近づく。また、この場合、上記色度座標距離も、上記比率が0.5(つまり、「ドメイン1」:「ドメイン2」=1:1)に近づくほど小さくなることから、上記
比率は、0.5に近いほど好ましい。また、上記した測定結果から、上記比率が、0.1〜0.9の範囲内である場合、目視上、色付きの改善(補償)効果が大きいことが判る。
As is clear from the results shown in Tables 1 and 3, the chromaticity coordinates in the above (45, 60) and (135, 60) and the Y value in each chromaticity coordinate are different in optical anisotropy in each
なお、本実施の形態では、主に、表示素子70として、透過型の表示素子を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記表示素子70としては、反射型の表示素子としてもよい。
In the present embodiment, the transmissive display element is mainly described as an example of the
図12に、本実施の形態にかかる表示素子70として、本発明を適用した、本実施の形態にかかる反射型の表示素子の概略構成の一例を示す。
FIG. 12 shows an example of a schematic configuration of a reflective display element according to the present embodiment, to which the present invention is applied, as the
上記反射型の表示素子70は、例えば、ガラス基板等からなる一方の基板1上に反射層41を設けると共に、該反射層41上に、絶縁層42を介して例えばITO等の櫛形電極4・5が設けられている構成を有している。なお、その他の構成については、前記した通りである。上記絶縁層42としては、アクリル系樹脂等の有機膜;窒化ケイ素、酸化ケイ素等の無機膜;を適用することができる。また、上記反射層41としては、アルミニウムや銀の薄膜等を適用することができる。上記の構成においては、反射層41がガラス基板等の透明基板からなる他方の基板2から入射してきた光を反射することができるため、反射型の表示素子として機能する。
In the
なお、本実施の形態にかかる表示素子70を反射型の表示素子として使用する場合、上記櫛形電極4・5としては、透過型の表示素子として用いる場合のようにITO等の透明電極材料以外にも、アルミニウム等の金属電極材料等、電極材料として従来公知の各種材料を用いることができる。また、櫛形電極4・5の線幅や電極間距離(電極間隔)等も特に限定されるものではなく、例えば、基板1と基板2との間のギャップ等に応じて任意に設定することができる。
When the
さらに、本実施の形態では、上記基板1・2として、ガラス基板を用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、基板1・2のうち、少なくとも一方が透明な基板であればよく、例えば従来公知の各種基板を使用することができる。
Furthermore, in the present embodiment, the case where a glass substrate is used as the
なお、上記基板1・2としては、従来基板として用いられているものに限定されるものではなく、例えばフィルム状であってもよく、また、可撓性を有するものであってもよく、少なくとも一方が透明であり、上記媒質Aを基板間、つまり、内部に保持(挟持)することができるものであれば、媒質Aの種類や相の状態等に応じて、様々な材料を使用することができる。
The
また、本実施の形態では、具体例として、媒質Aとして電界無印加時に光学的には等方であり、電界印加により光学的異方性が発現する物質を使用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記媒質Aが電界印加により光学的異方性が消失し、光学的に等方性を示す物質であってもよいことは、前述した通りである。 In this embodiment, as a specific example, a case where a material that is optically isotropic when no electric field is applied and that exhibits optical anisotropy when an electric field is applied is used as a medium A will be described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the medium A may be a substance that loses optical anisotropy by application of an electric field and exhibits optical isotropy as described above. Street.
以下に、上記媒質Aとして電界印加により光学的異方性が消失し、光学的に等方性を示す物質を用いた具体例を示す。 Hereinafter, a specific example in which the medium A is made of a material that loses optical anisotropy by application of an electric field and exhibits optical isotropy will be described.
本具体例においては、ガラス基板からなる透明な2枚の基板1・2のうち一方の基板1における基板2との対向面に、ITOからなる透明な櫛形電極4・5と、ポリイミドからなる配向膜とを形成すると共に、両基板1・2間に、媒質Aとして、透明な誘電性物質である4’−n−アルコキシ−3’−ニトロビフェニル−4−カルボン酸(ANBC−22)を封入した。また、上記表示素子70における媒質層3の厚みは、上記基板1・2の対向面に予めプラスチックビーズを散布しておくことにより、4μmになるように調整した
。
In this specific example, transparent comb-shaped
なお、偏光板6・7は、前記したように、互いの吸収軸6a・7aが直交するとともに、各偏光板6・7における吸収軸6a・7aと櫛形電極4・5における櫛歯部分4a・5aの電極伸長方向とが45度の角度をなすように、それぞれ基板1・2の外側(対向面の反対側)に設けた。
As described above, the
このようにして得られた表示素子70を、外部加温装置(加熱手段)により、スメクチックC相−キュービック相の相転移近傍の温度(相相転移温度の低温側10K程度まで)に保ち、電圧印加(50V程度の交流電場(0より大きく数百kHzまで))を行ったところ、透過率を変化させることができた。すなわち、電界無印加時に光学的異方性を示すスメクチックC相(明状態)に、電界を印加することにより、等方的なキュービック相(暗状態)に変化させることができた。
The
また、後述する実施の形態2に示すように基板1・2に、それぞれ電極を設け、基板面法線方向の電界を発生させても、ほぼ同様の結果が得られた。すなわち、電界方向は基板面水平方向だけでなく、基板面法線方向でもほぼ同様な結果が得られた。
Further, as shown in the second embodiment to be described later, substantially the same results were obtained even when electrodes were respectively provided on the
このように、本実施の形態にかかる表示素子70に用いられる媒質Aとしては、電界無印加時に光学的異方性を有し、電界印加により光学的異方性が消失して光学的等方性を示す媒質を用いてもよい。
As described above, the medium A used in the
また、上記媒質Aは、正の誘電異方性を有するものであっても、負の誘電異方性を有するものであってもよい。媒質Aとして正の誘電率異方性を有する媒質を用いた場合には、基板1・2に概ね平行な電界にて駆動する必要があるが、負の誘電異方性を有する媒質を適用した場合にはその限りではない。例えば、基板1・2に対し斜めの電界によっても駆動可能であり、垂直な電界によっても駆動可能であり、この場合には、電極の形状、材質および配置位置を適宜変更すればよい。なお、透明電極を用いて垂直に電界を印加すれば、開口率の点で有利である。
The medium A may have positive dielectric anisotropy or negative dielectric anisotropy. When a medium having a positive dielectric anisotropy is used as the medium A, the medium A needs to be driven by an electric field substantially parallel to the
なお、本実施の形態では、主に、各画素71に、電界印加時における上記媒質の光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインが存在する場合を例に挙げて説明したが、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、各画素71におけるドメイン数は、2つ以上形成されていてもよく、例えば、図25に示すような電極配置(ドメイン構造)としてもよい。人間の目の誤差を考えれば、各ドメインの電界印加時における光学的異方性の方向と、上記偏光板6・7の吸収軸6a・7aとがなす角度は、それぞれ約45度(45度±10度の範囲内、より好適には45度±10度未満の範囲内、より一層好適には45度±5度の範囲内)であることが好ましい。また隣り合うドメインの電界印加時における光学的異方性の方向は、互いに約90度(90度±20度の範囲内、好適には90度±20度未満の範囲内、より好適には90±10度の範囲内)の角度、あるいは、ほぼ同じ方向(一方のドメインにおける光学的異方性の方向を基準(0度)とすると、0度±20度の範囲内、好適には0度±20度未満の範囲内、より好適には0度±10度の範囲内)であることが好ましい。
In the present embodiment, the case where at least two domains having different directions of the optical anisotropy of the medium when an electric field is applied exists as an example mainly in each
つまり、本実施の形態によれば、電界印加時における光学的異方性の方向が、偏光板の吸収軸に対して約45度の角度を有する2つ以上のドメインが、好適には互いに約90度(90度±20度の範囲内、より好適には90度±20度未満の範囲内、より一層好適には90±10度の範囲内)の角度を有することにより、ドメイン同士で互いに色付きを補償し合う。このため、例えば図25に示すように、本実施の形態にかかる上記表示素子70は、各画素71に、一方の偏光板吸収軸(例えば吸収軸6a)に対して、約45度(45
度±10度の範囲内、より好適には45度±10度未満の範囲内、より一層好適には45度±5度の範囲内)の角度をなす方向に光学的異方性を有するドメインを少なくとも1つ有し、他方の偏光板吸収軸(例えば吸収軸7a)に対して、約45度(45度±10度の範囲内、より好適には45度±10度未満の範囲内、より一層好適には45度±5度の範囲内)の角度をなす方向に光学的異方性を有するドメインを少なくとも1つ有することが好ましい。
That is, according to the present embodiment, two or more domains having an optical anisotropy direction at the time of applying an electric field having an angle of about 45 degrees with respect to the absorption axis of the polarizing plate are preferably about one another. By having an angle of 90 degrees (within a range of 90 ± 20 degrees, more preferably within a range of less than 90 ± 20 degrees, and even more preferably within a range of 90 ± 10 degrees), the domains Compensate for coloring. For this reason, as shown in FIG. 25, for example, the
Domain having an optical anisotropy in the direction of an angle within a range of ± 10 °, more preferably within a range of less than 45 ° ± 10 °, and even more preferably within a range of 45 ° ± 5 °. About 45 degrees (within a range of 45 degrees ± 10 degrees, more preferably within a range of less than 45 degrees ± 10 degrees, with respect to the other polarizing plate absorption axis (for example, the
図25に示す表示素子70においても、各画素71に、光学的異方性の方向が1方向のみからなるドメイン(1ドメイン)しか存在しない場合(つまりドメイン分割しない場合)と比べると、光学的異方性の方向が異なる他のドメインが、各画素71に少しの割合でも混在していれば、色付き現象の抑制に効果がある。この場合、各ドメインにおける電界印加時における上記光学的異方性の方向は、上記したように互いに90度±20度の範囲内の角度をなすことが好ましく、90度±20度未満の範囲内の角度をなすことがより好ましく、90±10度の範囲内の角度をなすことがより一層好ましい。
In the
また、各画素71における各ドメインの割合は、前記したように、光学的異方性の向きが異なる2つのドメインの割合(「ドメイン1」:「ドメイン2」、例えばx方向に光学的異方性を有するドメインと、上記x方向と同一平面内にて交差(直交)するy方向に光学的異方性を有するドメインとの割合)が1:9〜1:1の場合(好適には約1:1)、目視上、色付きの改善(補償)効果が大きい。したがって、例えば図25では、一方の偏光板6の吸収軸6aに対して約45度の角度を有するドメインの面積和(例えば図25においてはDM2+DM3+DM5、(すなわち、同一画素71内における光学的異方性の方向が同じドメインの面積和であれば、各ドメイン同士は離間(分散)して設けられていてもよい))と、他方の偏光板7の吸収軸7aに対して約45度の角度を有するドメインDMの面積和(例えば図25においてはDM1+DM4)との割合が1:9〜1:1(好適には、約1:1)であることが好ましい。
Further, as described above, the ratio of each domain in each
〔実施の形態2〕
本発明の実施の他の形態について図13(a)・(b)〜図15に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、主に、前記実施の形態1との相違点について説明するものとし、前記実施の形態1で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
Another embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 13 (a) and 13 (b) to FIG. In the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and components having the same functions as those used in the first embodiment are designated by the same reference numerals. A description thereof will be omitted.
前記実施の形態1では、基板面に平行な方向に電界を印加したが、本実施の形態では、基板面法線方向に電界を印加する場合を例に挙げて説明する。 In the first embodiment, an electric field is applied in a direction parallel to the substrate surface. In the present embodiment, an example in which an electric field is applied in the normal direction of the substrate surface will be described.
図13(a)は、電界無印加状態(OFF状態)における本実施の形態にかかる表示素子の要部の概略構成を模式的に示す断面図であり、図13(b)は電界印加状態(ON状態)における本実施の形態にかかる表示素子の要部の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図14は、本実施の形態にかかる表示素子における1画素中の各ドメインの配向処理方向を説明する図であり、図15は、従来の表示素子における各画素の配向処理方向を説明する図である。 FIG. 13A is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a main part of the display element according to the present embodiment in an electric field non-application state (OFF state), and FIG. It is sectional drawing which shows typically schematic structure of the principal part of the display element concerning this Embodiment in an ON state. FIG. 14 is a diagram for explaining the orientation processing direction of each domain in one pixel in the display element according to the present embodiment, and FIG. 15 is for explaining the orientation processing direction of each pixel in the conventional display element. FIG.
本実施の形態にかかる表示素子70は、図13(a)・(b)に示すように、前記実施の形態1における櫛形電極4・5に代えて、透明電極21・22が、基板1・2の対向面にそれぞれ備えられている構成を有している。
As shown in FIGS. 13A and 13B, the
このような表示素子70においても、媒質Aが、図13(a)に示すように、透明電極21・22に電界(電圧)を印加していない状態では、基板1・2間に封入される媒質Aが等方相を示し、光学的にも等方となるので、黒表示になる。
In such a
一方、図13(b)に示すように、透明電極21・22に電界(電圧)を印加すると、上記媒質Aの各分子8が、その長軸方向が上記透明電極21・22間に形成される電界に垂直な方向に配向するので、複屈折現象が発現する。この複屈折現象により、透明電極21・22間の電圧に応じて表示素子70の透過率を変調することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 13B, when an electric field (voltage) is applied to the
なお、このような構成の表示素子70においても、前記実施の形態1と同様、相転移温度(転移点)よりも十分に高い温度では、透過率を変調させるために必要な電圧が大きくなるが、転移点のすぐ直上の温度では0〜100V前後の電圧で、十分に透過率を変調させることが可能である。
Even in the
また、本実施の形態にかかる表示素子70は、図13(a)・(b)に示すように、上記透明電極21・22上に、光官能性の官能基(以下、光官能基と記す)を有する配向膜23・24(すなわち光官能基を有する材料(化合物)からなる配向膜(光配向膜))がそれぞれ設けられている構成を有している。
Further, as shown in FIGS. 13A and 13B, the
本実施の形態では、ガラス基板からなる透明な2枚の基板1・2の対向面にそれぞれITOからなる透明電極21・22並びにポリイミドからなる配向膜23・24を形成すると共に、両基板1・2間に、媒質Aとして、前記構造式(2)〜(4)で示される化合物をそれぞれ順に30重量%、40重量%、30重量%の割合で混合してなる組成物からなる透明な誘電性液体を封入した。上記誘電性液体は、113℃未満の温度でネガ型ネマチック液晶相、それ以上の温度で等方相を示すことが確認された。また、上記表示素子70における媒質層3の厚みは、上記基板1・2の対向面に予めプラスチックビーズを散布しておくことにより、5μmになるように調整した。
In the present embodiment,
なお、上記配向膜23・24には予め配向処理を施しておいた。互いの配向処理方向は反平行とし、その方位は、偏光板吸収軸と45度の角度をなすようにした。また、両基板1・2の外側には、図13(a)・(b)に示すように、それぞれ偏光板6・7を配置した。このようにして得られた表示素子70を、外部加温装置(加熱手段)によりネマチック等方相の相転移直上近傍の温度に保ち、電界(電圧)印加を行うことにより、透過率を変化させることができた。
The
また、本実施の形態では、図14に示すように、両基板1・2表面(上記配向膜23・24)に、互いの偏光が平行である偏光紫外光照射を行って配向規制力を発現させることにより、両基板1・2で互いの配向規制力方向(配向処理方向)が平行で、かつ、各画素71に、互いに配向規制力方向(配向処理方向)が直交する2つのドメインDM・DM’(微小領域)が形成されるように配向処理を施した。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 14, the surface of both
これにより、各画素71に、電界の印加により発生する媒質Aの光学的異方性の方向が互いに90度の角度をなす少なくとも2つのドメインDM・DM’(微小領域)を有し、各ドメインDM・DM’の電界印加により発生する光学的異方性の方向と、偏光板6・7の吸収軸6a・7aとがなす角度がそれぞれ45度であり、かつ、各ドメインDM・DM’の電界印加により発生する光学的異方性の方向が互いに90度の角度をなす表示素子70を作製した。
Thereby, each
このようにして作製された(つまり、2ドメイン処理を施した)本実施の形態にかかる表示素子70の、電界印加時における極角60度方向の色を観測したところ、あらゆる視角(視角A’,B’,C’,D’,A,B,C,D)において着色現象は観測されなかった。
When the color in the direction of the polar angle of 60 degrees at the time of applying an electric field of the
一方、比較のために、図15に示すように、両基板1・2表面(上記配向膜23・24)に、一方向の配向規制力を発現させることにより、両基板1・2で互いの配向規制力方向(配向処理方向)が平行で、かつ、各画素(画素81)が、1ドメインとなるように配向処理を施して上記と同様の測定を行った。この結果、偏光板吸収軸から45度をなす方位において、青および黄色の着色現象が観測された。
On the other hand, for comparison, as shown in FIG. 15, the two
以上のように、本実施の形態によれば、各画素71に、電界印加時における媒質Aの光学的異方性の方向が異なる2つのドメインDM・DM’が存在し、各ドメインDM・DM’の電界印加により発生する光学的異方性の方向と、偏光板6・7の吸収軸6a・7aとがなす角度がそれぞれ45度±10度未満の範囲内であり、かつ、各ドメインDM・DM’の電界印加により発生する光学的異方性の方向が互いに90度の角度をなすように、前記した表示素子70において各画素71内に、互いに配向方向が90度異なる配向処理が施された領域を2つ設けることで、透過率を損なうことなく、あらゆる方位について着色現象が抑制された視野角の広い表示素子70を、電極構造を変更することなく得ることができる。具体的には、本実施の形態によれば、図14に示すように微小領域に互いに配向規制力方向(配向処理方向)が直交する2つの領域(ドメインDM・DM’)を形成するように上記配向処理が施された配向膜23・24を設けることにより、各画素71内に、互いに配向方向が90度異なる配向処理が施された領域を形成することができる。
As described above, according to the present embodiment, each
また、上記配向膜23・24は、基板1・2のうち少なくとも一方の基板に少なくとも1つ配されていればよく、該配向膜としては、その配向制御が容易であることから光官能基を有していることが望ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、上記光官能基としては、例えば二量化反応をするシンナメート系、カルコン系等や、異性化反応をするアゾ系等が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。
In addition, the
また、本実施の形態でも、前記実施の形態1同様、各画素71におけるドメイン数は2つ以上形成されていてもよく、また、人間の目の誤差を考えれば、各ドメインDM・DM’の電界印加時における光学的異方性の方向と、上記偏光板6・7の吸収軸とがなす角度は、それぞれ約45度(好適には45度±10度の範囲内、より好適には45度±10度未満の範囲内、より一層好適には45度±5度の範囲内)であればよく、各ドメインDM・DM’の電界印加時における光学的異方性の方向は、互いに約90度(好適には90度±20度の範囲内、より好適には90度±20度未満の範囲内、より一層好適には90±10度の範囲内)の角度をなしていればよい。
Also in this embodiment, the number of domains in each
また、本実施の形態においても、各画素71における各ドメインの割合は、前記実施の形態1同様、光学的異方性の向きが異なる2つのドメインの割合(面積和の割合)が1:9〜1:1(好適には、約1:1)であることが好ましい。
Also in the present embodiment, the ratio of each domain in each
〔実施の形態3〕
本発明の実施の他の形態について図16および図17に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、主に、前記実施の形態1との相違点について説明するものとし、前記実施の形態1で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. In the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and components having the same functions as those used in the first embodiment are designated by the same reference numerals. A description thereof will be omitted.
図16および図17は、それぞれ、本実施の形態にかかる表示素子における各画素の電極構成の一例を模式的に示す平面図である。 FIG. 16 and FIG. 17 are plan views each schematically showing an example of the electrode configuration of each pixel in the display element according to the present embodiment.
本実施の形態では、前記実施の形態1に記載の表示素子構造を用いて、スイッチング素子、信号線、走査線、対向電極線を設けることにより、マトリクス状の画素群を形成した。すなわち、本実施の形態では、櫛形電極4・5としてITOを使用し、線幅5μm、電
極間距離5μm、媒質層3の層厚(すなわち基板1・2間の距離)を10μmとし、媒質Aとして、前記構造式(1)で示されるペンチルシアノビフェニル(5CB)を使用し、外部加温装置(加熱手段)により上記5CBをネマチック等方相の相転移直上近傍の温度に保ち、電界印加を行って透過率を変化させることにより表示を行った。
In this embodiment mode, a matrix pixel group is formed by using the display element structure described in
本実施の形態にかかる表示素子70は、図16および図17に示すように、マトリクス状に配置された複数の画素71の各列および各行にデータ信号線31(SLv)および走査信号線32(GLw)がそれぞれ設けられていると共に、各画素71内に、櫛形電極4からなる櫛形状の画素電極と、櫛形電極5からなる対向電極とが設けられた構成を有している。より具体的には、本実施の形態にかかる表示素子70は、マトリクス状に配置された複数のデータ信号線31および走査信号線32と、上記データ信号線31と走査信号線32との各交差点に対応して設けられた少なくとも一つのTFT33(スイッチング素子)と、該TFT33に接続された櫛形状の画素電極である櫛形電極4と、上記櫛形電極4の櫛歯部分4a・4a間に挿設され、上記櫛歯部分4aと咬合するように形成された櫛歯部分5aを有する櫛形状の対向電極である櫛形電極5とを備え、各櫛歯部分4a・5aが、各画素71内に、両櫛形電極4・5によって互いに90度の角度をなす電界が印加される少なくとも2つのドメインDM・DM’が形成されるように、基板1・2に略平行な面内で、それぞれ湾曲角(屈曲角)90度でジグザグ状(楔型形状)に折れ曲がっている構成を有している。
As shown in FIGS. 16 and 17, the
これにより、前記実施の形態1では、各画素71内に、櫛形電極4・5からなる少なくとも2つの電極対10が設けられ、一方の電極対10の櫛歯部分4a・5aが、各画素内において隣接する他の電極対10における櫛歯部分4a・5aとは90度の角度をなすように配置されることで、上記電極対10によって形成される少なくとも2つのドメインDM・DM’で互いにほぼ直交する電界が印加されるようになっていたが、本実施の形態では、各櫛歯部分4a・5aがそれぞれ90度の角度で折れ曲がっていると共に、各櫛歯部分4a・5aが、互いに咬合するように対向して配置されていることで、櫛歯部分4a・5a間に、互いにほぼ直交する電界が印加される少なくとも2つのドメインDM・DM’(微小領域)が形成されるようになっている。
Accordingly, in the first embodiment, at least two electrode pairs 10 each including the comb-shaped
すなわち、本実施の形態にかかる表示素子70は、各櫛歯部分4a・5aが、それぞれ、互いに90度の角度をなす屈曲部4a1、4a2、…4ar・5a1、5a2、…5ar(rは電界が印加されることで、各画素71内に、電界の印加により発生する光学的異方性の任意の整数)からなり、屈曲部4a1・5a1と屈曲部4a2・5a2とで互いにほぼ直交する方向が互いに90度の角度をなす少なくとも2つのドメインDM・DM’が設けられている構成を有している。
That is, the
なお、本実施の形態にかかる表示素子70もまた、基板1・2の外側に偏光板6・7が設けられ、これら偏光板6・7は、互いの吸収軸6a・7a、つまり、偏光板吸収軸方向が直交するように形成されており、各偏光板6・7における吸収軸6a・7aと櫛形電極4・5における櫛歯部分4a・5aの電極伸長方向、すなわち、各屈曲部4ar・5arの電極伸長方向とは45度の角度をなすように形成されている。このため、各偏光板6・7における吸収軸6a・7aは、各屈曲部4ar・5arの電界印加方向に対して、45度の角度をなすように形成されている。
The
本願発明者等の検討によれば、以上の構成によっても、透過率を損なうことなく、あらゆる方位について着色現象が抑制された視野角の広い表示素子70を得ることができることが判った。
According to the study by the inventors of the present application, it has been found that even with the above configuration, it is possible to obtain the
なお、図16に示す電極構造においては、データ信号線31と画素71内の対向電極、
つまり、上記データ信号線31と対向して設けられた櫛形電極5との間に、大きな非表示領域34が存在することがわかる。
In the electrode structure shown in FIG. 16, the counter electrode in the data signal
That is, it can be seen that there is a
そこで、図17では、データ信号線31を、直線とせず、画素71内の櫛形電極4・5の折れ曲がりと平行になるように形成したところ、上記非表示領域34は大幅に減少した。
Therefore, in FIG. 17, when the data signal
すなわち、図16に示す構造では表示領域が30%程度であったものが、図17に示す構造を適用することにより、表示領域を40%にまで上昇させることができた。 That is, in the structure shown in FIG. 16, the display area was about 30%, but by applying the structure shown in FIG. 17, the display area could be increased to 40%.
なお、本実施の形態では、上記櫛形電極4・5の櫛歯部分4a・5aがデータ信号線31に沿って設けられ、上記データ信号線31が、上記櫛歯部分4a・5aの形状に沿ってジグザグ状に折れ曲がっている構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記櫛歯部分4a・5aは、上記走査信号線32に沿って延設されていてもよく、また、上記データ信号線31および走査信号線32は、その少なくとも一方が、ジグザグ状に形成されていればよい。
In the present embodiment, the comb-shaped
また、本実施の形態でも、前記実施の形態1、2同様、各ドメインDM・DM’の電界印加時における光学的異方性の方向と、上記偏光板6・7の吸収軸とがなす角度は、それぞれ約45度(45度±10度の範囲内、より好適には45度±10度未満の範囲内、より一層好適には45度±5度の範囲内)であることが好ましく、各ドメインDM・DM’の電界印加時における光学的異方性の方向は、互いに約90度(90度±20度の範囲内、より好適には90度±20度未満の範囲内、より一層好適には90±10度の範囲内)の角度をなしていることが好ましい。
Also in the present embodiment, as in the first and second embodiments, the direction of the optical anisotropy of each domain D M · D M ′ when an electric field is applied and the absorption axis of the
さらに、本実施の形態においても、各画素71における各ドメインDM・DM’の割合は、前記実施の形態1、2同様、光学的異方性の向きが異なる2つのドメインDM・DM’の割合(面積和の割合)が1:9〜1:1(好適には、約1:1)であることが好ましい。
Further, also in the present embodiment, the ratio of each domain D M · D M ′ in each
なお、上記した各説明においては、主に、電界印加時における各ドメインDM・DM’の光学的異方性を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記したように、電界の印加により光学的異方性の程度が変化するものでありさえすれば、電界印加時に光学的異方性を示すものであっても電界無印加時に光学的異方性を示すものであってもよく、光学的異方性が発現している状態において、各画素71に、媒質Aの光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインDM・DM’が存在していればよい。
In each of the above descriptions, the optical anisotropy of each domain D M · D M ′ when an electric field is applied has been mainly described as an example, but the present invention is not limited to this. As described above, as long as the degree of optical anisotropy changes with the application of an electric field, even if it exhibits optical anisotropy when an electric field is applied, it is optically anisotropic when no electric field is applied. In the state where the optical anisotropy is exhibited, each
また、上記した各説明においては、主に、各画素71内に、光学的異方性の方向が同じドメインが2種類設けられている場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光学的異方性の方向が同じドメインが2種類以上設けられていてもよい。すなわち、上記したように、各ドメインにおける電界印加時または電界無印加時における上記光学的異方性の方向と、上記偏光板6・7の吸収軸6a・7aとがなす角度は、約45度(45度±10度の範囲内)であることが好ましく、各ドメインにおける電界印加時または電界無印加時における上記光学的異方性の方向は、互いに約90度(90度±20度の範囲内)の角度をなすことが好ましいが、前記実施の形態1において例えば図20〜図22に示したように、上記した各角度は、それぞれ独立して、45度あるいは90度からずれていても構わない。つまり、上記記載からも判るように、各画素71における媒質Aの光学的異方性の方向は、2方向のみに限定されるものではなく、前記したように、各画素に、電界印加時または電界無印加時における上記媒質の光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインDM・DM’が存在していればよい。
Further, in each of the above descriptions, the case where two types of domains having the same optical anisotropy direction are provided in each
以上のように、本発明にかかる表示素子70は、電界の印加により光学的異方性の程度が変化する媒質Aを用いて表示を行う表示素子であり、各画素71に、電界印加時または電界無印加時における上記媒質Aの光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインDM・DM’が存在することで、駆動温度範囲が広く、広視野角特性および高速応答特性を備え、しかも、斜め視角の色付き現象を互いに補償しあうことができ、従来よりも視野角特性を向上させることができる。
As described above, the
そして、特に、本発明によれば、各画素71に、電界印加時または電界無印加時における上記媒質Aの光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインDM・DM’が存在し、各ドメインDM・DM’の電界印加時または電界無印加時における光学的異方性の方向と、上記偏光板6・7の吸収軸6a・7aとがなす角度が、前記したように、それぞれ45度±10度の範囲内、好適には45度±10度未満の範囲内であり、かつ、各ドメインDM・DM’の電界印加時または電界無印加時における光学的異方性の方向が、前記したように、互いに90度±20度の範囲内、好適には90度±20度未満の範囲内の角度をなすことで、斜め視角の色付き現象を互いに補償しあうことができ、透過率を損なうことなく、視野角特性を大きく向上させることができる。
In particular, according to the present invention, each
また、本発明にかかる表示装置60は、以上のように、本発明にかかる上記表示素子70を備えていることで、駆動温度範囲が広く、広視野角特性および高速応答特性を備え、しかも、斜め視角の色付き現象を互いに補償しあうことができ、従来よりも視野角特性を向上させることができる。
Further, as described above, the
なお、上記各実施の形態においては、上記媒質Aの光学的異方性の程度を変化させる手段として、主に、電界の印加を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電界を印加する代わりに、磁場を印加してもよく、磁場印加時と無印加時とで、光学的異方性の程度を変化させてもよい。 In each of the above embodiments, the description has been mainly given of the application of an electric field as means for changing the degree of optical anisotropy of the medium A, but the present invention is limited to this. Instead of applying an electric field, a magnetic field may be applied, or the degree of optical anisotropy may be changed depending on whether a magnetic field is applied or not.
つまり、外場としては、電場と同様に磁場も利用できる。磁場印加により媒質Aの光学的異方性の程度を変化させるには、媒質Aの磁気異方性を利用する。よって、この場合、上記媒質Aとしては、磁化率の異方性が大きいものが好ましい。有機分子の場合、磁化率への寄与の殆どは反磁性磁化率によるものなので、磁界の変化によってπ電子が分子内で環状に運動できる場合に、その絶対値が大きくなる。従って、例えば分子内に芳香環がある場合に、磁界の方向に対して芳香環(芳香環の列、芳香環含有鎖)が垂直に向くような場合に磁化率の絶対値が大きくなる。この場合、芳香環の水平面方向の磁化率の絶対値は、垂直方向の磁化率に比べて小さいので、磁化率の異方性が大きくなる。よって、上記媒質Aとしては、分子内に6員環(例えばベンゼン環)等の環状構造を有するものが好ましい。また、磁化率の異方性を上げるには、媒質A内の電子スピンを配列させることも好ましい。分子内に、N、O、NO等の遊離基(ラジカル)の電子スピンを導入することにより、分子が安定なスピンを持つことができる。この場合、例えば、平面上の共役系分子を積み重ねることにより、スピンを平行に配列させることができる。この場合、上記媒質Aとしては、例えば、中心のコア部分が積み重なりカラムを形成しているディスコチック液晶が好ましい。 That is, as an external field, a magnetic field can be used in the same manner as an electric field. In order to change the degree of optical anisotropy of the medium A by applying a magnetic field, the magnetic anisotropy of the medium A is used. Therefore, in this case, the medium A is preferably a medium having a large magnetic susceptibility anisotropy. In the case of organic molecules, most of the contribution to the magnetic susceptibility is due to the diamagnetic magnetic susceptibility, so that the absolute value becomes large when π electrons can move in a ring shape in the molecule due to the change of the magnetic field. Therefore, for example, when there is an aromatic ring in the molecule, the absolute value of the magnetic susceptibility increases when the aromatic ring (row of aromatic rings, aromatic ring-containing chain) is perpendicular to the direction of the magnetic field. In this case, since the absolute value of the magnetic susceptibility of the aromatic ring in the horizontal plane direction is smaller than the magnetic susceptibility in the vertical direction, the anisotropy of the magnetic susceptibility is increased. Therefore, the medium A preferably has a ring structure such as a 6-membered ring (for example, a benzene ring) in the molecule. In order to increase the anisotropy of the magnetic susceptibility, it is also preferable to arrange the electron spins in the medium A. By introducing electron spins of free radicals (radicals) such as N, O, and NO into the molecule, the molecule can have a stable spin. In this case, for example, spins can be arranged in parallel by stacking conjugated molecules on a plane. In this case, the medium A is preferably, for example, a discotic liquid crystal in which central core portions are stacked to form a column.
上記外場として磁場を使用する場合、例えば、上記電極4・5等の電界印加部材に代えて上記セルの外側、例えば上記表示素子70の外表面等に、電磁石等の磁界発生部材を設ける等の手法を採用する等すればよい。このように、上記媒質に上記電界に代えて磁界を印加することで、上記と同様の駆動を行うことができる。
When a magnetic field is used as the external field, for example, a magnetic field generating member such as an electromagnet is provided outside the cell, for example, on the outer surface of the
また、上記外場としては、光を利用することもできる。この場合の光の波長としては、
特に限定されるものではないが、例えばNd:YAG(yttrium aluminum garnet)レーザで532nmの光を発振させて上記媒質Aに照射することにより、光学的異方性の程度を変化させることができる。
Moreover, light can also be used as the outside field. In this case, the wavelength of light is
Although not particularly limited, the degree of optical anisotropy can be changed by, for example, oscillating 532 nm light with an Nd: YAG (yttrium aluminum garnet) laser and irradiating the medium A.
この場合に使用することができる媒質Aとしては、特に限定されるものではないが、この場合、光によるカー効果を利用するため、光照射により光学的異方性の程度が変化する媒質が好ましい。なお、上記媒質Aとしては、外場として、電場を使用する場合と同様の媒質、より具体的には、前記実施の形態1に例示の媒質を使用することができる。 The medium A that can be used in this case is not particularly limited, but in this case, a medium whose degree of optical anisotropy is changed by light irradiation is preferable in order to use the Kerr effect by light. . As the medium A, a medium similar to that used when an electric field is used as the external field, more specifically, the medium exemplified in the first embodiment can be used.
なお、上記外場として光を使用する場合、上記媒質A中に、色素が少量含まれていることがより好ましい。上記媒質A、具体的には前記液晶性物質に、色素を少量添加することにより、色素を添加する前に比べて、光学的異方性の程度の変化が大きくなる。上記媒質A中における色素の含有量は、0.01重量%以上、5重量%未満であることが好ましい。上記含有量が0.01重量%未満であると、色素の量が少なく、その効果を十分に発揮することができない。一方、上記含有量が5重量%以上であると、励起光が色素に吸収されてしまう。 In addition, when using light as the said external field, it is more preferable that the said medium A contains a small amount of pigment | dyes. By adding a small amount of a dye to the medium A, specifically, the liquid crystalline substance, the change in the degree of optical anisotropy becomes larger than before adding the dye. The pigment content in the medium A is preferably 0.01% by weight or more and less than 5% by weight. When the content is less than 0.01% by weight, the amount of the dye is small and the effect cannot be sufficiently exhibited. On the other hand, when the content is 5% by weight or more, excitation light is absorbed by the dye.
この場合、上記媒質Aとしては、例えば、前記構造式(1)で示される化合物(液晶性物質)が挙げられる。該液晶性物質は、媒質Aとして、そのまま用いてもよく、該液晶性物質に、色素を加えて使用してもよい。 In this case, examples of the medium A include a compound (liquid crystalline substance) represented by the structural formula (1). The liquid crystalline substance may be used as it is as the medium A, or a dye may be added to the liquid crystalline substance.
上記色素としては、特に限定されるものではないが、色素の吸収帯が励起光の波長にあるものが好ましく、例えば、下記構造式(8) The dye is not particularly limited, but preferably has an absorption band of the dye at the wavelength of the excitation light. For example, the following structural formula (8)
で示される化合物(1−アミノ−アントロキノン(以下、「1AAQ」と記す)、アルドリッチ(Aldrich)社製)を加えてもよい。 (1-amino-anthroquinone (hereinafter referred to as “1AAQ”), manufactured by Aldrich) may be added.
前記構造式(1)で示される化合物(「5CB」(ペンチルシアノビフェニル))に対し、上記「1AAQ」を、これら「5CB」および「1AAQ」からなる媒質A中の含有量が0.03重量%となるように添加することで、光励起による光学的異方性の程度の変化は、上記「1AAQ」を添加する前に比べて10倍程度大きくなった。 With respect to the compound represented by the structural formula (1) (“5CB” (pentylcyanobiphenyl)), the content of “1AAQ” in the medium A composed of “5CB” and “1AAQ” is 0.03 wt. As a result, the change in the degree of optical anisotropy due to photoexcitation was about 10 times larger than that before adding the “1AAQ”.
すなわち、本発明にかかる表示素子は、少なくとも一方が透明な一対の基板と、該一対の基板間に挟持され、外場の印加により光学的異方性の程度が変化する媒質とを備え、各画素に、外場印加時または外場無印加時における上記媒質の光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインが存在するものであってもよい。 That is, a display element according to the present invention includes a pair of substrates, at least one of which is transparent, and a medium that is sandwiched between the pair of substrates and has a degree of optical anisotropy that changes when an external field is applied, The pixel may have at least two domains having different directions of optical anisotropy of the medium when an external field is applied or when no external field is applied.
上記表示素子において、上記各ドメインで光学的異方性を発生させる手段としては、上記したように、例えば電界、磁場、光等が挙げられるが、そのなかでも、電界が、上記表
示素子の設計および駆動制御が容易であることから好ましい。
In the display element, the means for generating optical anisotropy in each of the domains includes, for example, an electric field, a magnetic field, and light as described above. Among them, the electric field depends on the design of the display element. And it is preferable because drive control is easy.
したがって、上記表示素子は、外場印加手段として、例えば、電極等の電界印加手段や、電磁石等の磁場印加手段等を備えていてもよく、上記外場印加手段としては、上記表示素子の設計および駆動制御の点から、電界印加手段であることが好ましい。 Therefore, the display element may include, for example, an electric field application unit such as an electrode or a magnetic field application unit such as an electromagnet as an external field application unit. The external field application unit may be a design of the display element. From the viewpoint of drive control, it is preferable to use an electric field applying means.
なお、本発明において、上記外場印加手段としては、外場の印加前後で上記媒質の光学的異方性の程度を変化させることができるものであれば特に限定されるものではなく、上記外場印加手段としては、電極等の電界印加手段や、電磁石等の磁場印加手段の他に、レーザ装置、例えば上記Nd:YAGレーザ等の光照射手段(励起光生成手段)等を用いることができる。 In the present invention, the external field applying means is not particularly limited as long as it can change the degree of optical anisotropy of the medium before and after the application of the external field. As the field applying means, in addition to an electric field applying means such as an electrode and a magnetic field applying means such as an electromagnet, a laser device, for example, a light irradiation means (excitation light generating means) such as the Nd: YAG laser can be used. .
よって、本発明において、上記表示素子は、予め基板表面に、ドメイン分割のための配向処理が施されている等、各画素に、外場印加時または外場無印加時における媒質の光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインが形成される構成を有していればよく、表示素子自身が、上記外場印加手段を備えている必要は必ずしもない。 Therefore, in the present invention, the display element has an optical difference in the medium when an external field is applied or when no external field is applied to each pixel, for example, the substrate surface is previously subjected to an alignment treatment for domain division. The display element itself is not necessarily provided with the external field applying unit as long as it has a configuration in which at least two domains having different directions of orientation are formed.
すなわち、上記外場印加手段は、上記表示素子自身が備えていてもよく、上記表示素子とは別に設けられていてもよい。 That is, the external field applying means may be provided in the display element itself, or may be provided separately from the display element.
つまり、本発明にかかる表示装置は、上記外場印加手段が設けられた表示素子を備えるものであってもよく、上記表示素子とは別に上記外場印加手段を備えているものであってもよい。言い換えれば、上記表示装置は、本発明にかかる上記表示素子、つまり、各画素に、外場印加時または外場無印加時における上記媒質の光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインが存在する表示素子と、該表示素子における媒質に外場を印加する外場印加手段とを備えている構成を有していてもよい。 That is, the display device according to the present invention may include a display element provided with the external field applying unit, or may include the external field applying unit separately from the display element. Good. In other words, in the display device, the display element according to the present invention, that is, each pixel has at least two domains having different directions of optical anisotropy of the medium when an external field is applied or when no external field is applied. You may have the structure provided with the display element which exists, and the external field application means which applies an external field to the medium in this display element.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明の表示素子は、透過率を損なうことなく、あらゆる方位について着色現象が抑制された、広視野角特性および高速応答特性に優れた表示素子であり、例えば、テレビやモニタ等の画像表示装置(表示装置)や、ワープロやパーソナルコンピュータ等のOA機器、あるいは、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話等の情報端末等に備えられる画像表示装置(表示装置)に、広く適用することができる。また、本発明の表示素子は、上記したように、広視野角特性および高速応答特性を有しているので、大画面表示や動画表示を行う表示装置にも適している。また、本表示素子は、高速応答性を有しているので、例えばフィールドシーケンシャルカラー方式の表示装置にも好適である。 The display element of the present invention is a display element excellent in wide viewing angle characteristics and high-speed response characteristics in which coloring phenomenon is suppressed in all directions without impairing transmittance. For example, an image display apparatus such as a television or a monitor It can be widely applied to image display devices (display devices) provided in (display devices), office automation equipment such as word processors and personal computers, or information terminals such as video cameras, digital cameras, and mobile phones. Further, as described above, the display element of the present invention has a wide viewing angle characteristic and a high-speed response characteristic, and thus is suitable for a display device that performs large-screen display or moving image display. In addition, since the present display element has high-speed response, it is suitable for, for example, a field sequential color display device.
1 基板
2 基板
3 媒質層
3a 屈折率楕円体
4 櫛形電極(電極、電界印加手段)
4a 櫛歯部分
4a1,4a2,…4ar 屈曲部
5 櫛形電極(電極、電界印加手段)
5a 櫛歯部分
5a1,5a2,…5ar 屈曲部
6 偏光板
6a 吸収軸
7 偏光板
7a 吸収軸
10 電極対
21 透明電極(電極)
22 透明電極(電極)
23 配向膜
24 配向膜
31 データ信号線
32 走査信号線
33 TFT
34 非表示領域
41 反射層
42 絶縁層
60 表示装置
70 表示素子
71 画素
DM ドメイン
DM ’ ドメイン
A 媒質
DESCRIPTION OF
22 Transparent electrode (electrode)
23
34
Claims (12)
各画素に、電界印加時における上記液晶性物質の屈折率楕円体の長軸方向で示される光学的異方性の方向が異なる少なくとも2つのドメインが存在するとともに、
上記少なくとも2つのドメインにおける電界印加時における上記光学的異方性の方向が互いに90度±20度の範囲内の角度をなすことを特徴とする表示素子。 A pair of substrates at least one of which is transparent, a medium sandwiched between the pair of substrates and exhibiting optical anisotropy by application of an electric field, and an electrode made of a transparent electrode material that applies an electric field to the medium The medium includes a liquid crystal substance, and the liquid crystal substance exhibits optical isotropy when no electric field is applied, and displays an optical anisotropy when an electric field is applied.
Each pixel has at least two domains having different optical anisotropy directions indicated by the major axis direction of the refractive index ellipsoid of the liquid crystalline substance when an electric field is applied,
The display element according to claim 1, wherein the directions of the optical anisotropy when the electric field is applied in the at least two domains form an angle within a range of 90 ° ± 20 °.
上記各ドメインにおける電界印加時における上記光学的異方性の方向と、上記偏光板の吸収軸とがなす角度が45度±10度の範囲内であることを特徴とする請求項1記載の表示素子。 Of the pair of substrates, comprising a polarizing plate disposed on the opposite side to the surface facing the medium in at least one substrate,
2. The display according to claim 1, wherein an angle formed between the direction of the optical anisotropy when the electric field is applied in each domain and the absorption axis of the polarizing plate is within a range of 45 degrees ± 10 degrees. element.
上記電極は、上記各画素において上記媒質に対して部分的に異なる方向に電界を印加することを特徴とする請求項1記載の表示素子。 The electrode applies an electric field substantially parallel to the substrate to the medium in each pixel,
The display element according to claim 1, wherein the electrode applies an electric field in a partially different direction with respect to the medium in each pixel.
9の何れか1項に記載の表示素子。 The medium has an ordered structure exhibiting cubic symmetry.
The display element according to any one of 9.
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