專利名稱：液晶元件以及液晶顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用了兩種取向狀態(tài)間的轉(zhuǎn)變的新穎的液晶元件以及液晶顯示裝置。
技術(shù)背景
在日本特 許第2510150號公報(專利文獻I)中公開了如下這樣的液晶顯示裝置 其使液晶分子朝向與對相對配置的一對基板分別實施的取向處理的方向組合所限制的旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)方向扭轉(zhuǎn)來實施取向處理，由此提高電光特性(現(xiàn)有例I)。另外，在日本特開2007-293278號公報(專利文獻2)中公開了如下這樣的液晶元件其添加了用于朝向與對相對配置的一對基板分別實施的取向處理的方向組合所限制的旋轉(zhuǎn)方向(第I旋轉(zhuǎn)方向)相反的旋轉(zhuǎn)方向(第2旋轉(zhuǎn)方向)扭轉(zhuǎn)的手性劑，并且使液晶分子朝向上述第I旋轉(zhuǎn)方向扭轉(zhuǎn)來實施取向處理，由此增加液晶層內(nèi)的變形，從而能夠進一步降低閾值電壓而進行低電壓驅(qū)動(現(xiàn)有例2)。
但是，在上述現(xiàn)有例I的液晶顯示裝置中，逆扭轉(zhuǎn)的取向狀態(tài)不穩(wěn)定，雖然可對液晶層施加比較高的電壓來獲得逆扭轉(zhuǎn)的取向狀態(tài)，但是存在隨著時間經(jīng)過會向正扭轉(zhuǎn)的取向狀態(tài)轉(zhuǎn)變的問題。另外，現(xiàn)有例2的液晶元件如上所述具有使閾值電壓降低的優(yōu)點，但存在如下問題當電壓關(guān)斷時，立刻(例如幾秒左右)轉(zhuǎn)變?yōu)檎まD(zhuǎn)的取向狀態(tài)，反之則要提高閾值電壓。另外，在現(xiàn)有例1、2的任意一方中，沒有設(shè)想到將正扭轉(zhuǎn)與逆扭轉(zhuǎn)這兩種取向狀態(tài)積極利用于顯示等用途。即，完全沒有公開和暗示積極利用雙穩(wěn)定性所需的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方法等技術(shù)思想。
對此，在日本特開2010-186045號公報(專利文獻3)中公開了與反向TN(Reverse Twisted Nematic :反向扭轉(zhuǎn)向列)型的液晶元件相關(guān)的技術(shù)這種液晶元件在初始狀態(tài)下為延展(spray)扭轉(zhuǎn)取向,但當施加了一次縱向電場時,穩(wěn)定于反向扭轉(zhuǎn)取向(現(xiàn)有例3)。 但是，現(xiàn)有例3的液晶元件在獲得良好對比度的范圍較窄這一點上還有改良的余地。
因此，本申請的發(fā)明人對能消除上述現(xiàn)有例I 3中的問題的新穎的反向TN型的液晶元件進行了研究。另外，作為采用了上述新穎的反向TN型液晶元件的液晶顯示裝置的一個方式，本申請的發(fā)明人還對排列多個液晶元件并使用薄膜晶體管等開關(guān)元件分別驅(qū)動各個液晶元件的液晶顯示裝置進行了研究。這里，例如在日本特許第4238877號公報(專利文獻4)中公開了用于進行采用了水平電場的驅(qū)動的開關(guān)元件以及電極的構(gòu)造例(現(xiàn)有例4)。但是，該現(xiàn)有例4所公開的開關(guān)元件以及電極的構(gòu)造不適合驅(qū)動本申請的發(fā)明人研發(fā)出的新穎的反向TN型液晶元件。
專利文獻
專利文獻I日本特許第2510150號公報
專利文獻2日本特開2007-293278號公報
專利文獻3日本特開2010-186045號公報
專利文獻4日本特許第4238877號公報發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的具體方式的目的之一是提供一種具有適合產(chǎn)生兩種取向狀態(tài)間的轉(zhuǎn)變的開關(guān)元件及電極的構(gòu)造的新穎的液晶元件。
另外，本發(fā)明的具體方式的另一個目的是提供一種能夠使用新穎的液晶元件進行低功耗驅(qū)動的液晶顯示裝置。
本發(fā)明的一個方式的液晶元件的特征在于，其包含(a)相對配置的第I基板以及第2基板，它們各自的一面被實施了取向處理；(b)第I電極，其設(shè)置在所述第I基板的一面?zhèn)龋?c)第2電極，其與所述第I電極相離地設(shè)置在所述第I基板的一面?zhèn)龋?d)開關(guān)元件，其設(shè)置在所述第I基板的一面?zhèn)龋c所述第I電極或所述第2電極連接；(e)公共電極， 其以至少一部分與所述第I電極以及所述第2電極重疊的方式設(shè)置在所述第2基板的一面?zhèn)?；以?f)液晶層，其設(shè)置在所述第I基板的一面與所述第2基板的一面之間，(g)所述第I基板以及所述第2基板的所述取向處理的方向被設(shè)定為產(chǎn)生第I取向狀態(tài)，該第I取向狀態(tài)使所述液晶層的液晶分子朝向第I方向扭轉(zhuǎn)，(h)所述液晶層含有產(chǎn)生第2取向狀態(tài)的性質(zhì)的手性材料，所述第2取向狀態(tài)使所述液晶分子朝向與所述第I方向相反的第2方向扭轉(zhuǎn)，(i)通過對所述第2電極與所述公共電極之間施加電壓，使得所述液晶層從所述第 2取向狀態(tài)向所述第I取向狀態(tài)轉(zhuǎn)變，通過對所述第I電極與所述第2電極之間施加電壓， 使得所述液晶層從所述第I取向狀態(tài)向所述第2取向狀態(tài)轉(zhuǎn)變。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠獲得具有適合產(chǎn)生兩種取向狀態(tài)間的轉(zhuǎn)變的開關(guān)元件以及電極的構(gòu)造的新穎的液晶元件。
在上述液晶元件中，優(yōu)選的是，所述第I電極與所述第2電極中的至少一方具有相互分離地平行配置的多個直線部。另外，優(yōu)選的是，所述第I電極與所述第2電極隔著絕緣膜而層疊。
由此，能夠更有效地對液晶層施加產(chǎn)生兩種取向狀態(tài)間的轉(zhuǎn)變所需的與基板面平行的方向的電場(橫向電場)。
在上述液晶元件中，優(yōu)選的是，關(guān)于所述第I基板和所述第2基板，在各自與所述液晶層的界面中對該液晶層的液晶分子賦予了 20°以上的預(yù)傾角。另外，優(yōu)選的是，以使所述液晶層的層厚d與手性間距之比d/p為O. 04以上O. 6以下的方式，添加了所述手性材料。
由此，能夠進一步提高兩種取向狀態(tài)的雙穩(wěn)定性。
本發(fā)明的一個方式的液晶顯示裝置具備多個像素部，該多個像素部的各個像素部分別是用上述本發(fā)明的液晶元件構(gòu)成的。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，通過利用液晶元件的兩種取向狀態(tài)的雙穩(wěn)定性(存儲性)，能夠獲得除了顯示改寫時以外基本不需要電力的低功耗的液晶顯示裝置。


圖I是概略地示出反向TN型液晶元件的原理的示意圖。
圖2是用于說明從反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)向延展扭轉(zhuǎn)(Spray Twist)狀態(tài)轉(zhuǎn)變時的液晶層的取向狀態(tài)與電場方向的關(guān)系的概念圖。
圖3是示出第I實施方式的反向TN型液晶元件的結(jié)構(gòu)例的截面圖。
圖4是圖3所示的反向TN型液晶元件的俯視圖。
圖5是示出第I實施方式的反向TN型液晶元件的制造方法的截面圖。
圖6是示出第I實施方式的反向TN型液晶元件的制造方法的截面圖。
圖7是示出反向TN型液晶顯示元件的顯示特性的一例的圖。
圖8是示出第2實施方式的反向TN型液晶元件的結(jié)構(gòu)例的截面圖。
圖9是圖8所示的反向TN型液晶元件的俯視圖。
圖10是示出第2實施方式的反向TN型液晶元件的制造方法的截面圖。
圖11是示出第2實施方式的反向TN型液晶元件的制造方法的截面圖。
圖12是示意性示出第3實施方式的反向TN型液晶元件的結(jié)構(gòu)例的截面圖。
圖13是示出第3實施方式的反向TN型液晶元件的結(jié)構(gòu)例的截面圖。
圖14是示出第3實施方式的反向TN型液晶元件的反射率特性的一例的圖。
圖15是示意性示出第4實施方式的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。
符號說明
1:上側(cè)基板
2 :下側(cè)基板
3 :液晶層
11:第I基板(下側(cè)基板)
12 :第2基板(上側(cè)基板)
13,13b :第I電極
14,14a :公共線
15 :掃描線
16 :絕緣膜
17 :半導(dǎo)體膜
18 :源電極
19,19a :漏電極
20 :第2電極
21 :第I取向膜
22 :第2取向膜
23 :公共電極
24 :液晶層
25 :信號線
26 :絕緣膜
31 :第I偏振板(下側(cè)偏振板)
32 :第2偏振板(上側(cè)偏振板)
50 :液晶面板
51 :反射板
52 :散射板
53 λ /4波長板
54 :偏振板
100 :像素部
101 :掃描線
102 :信號線
103 :公共線
104、105、106 :驅(qū)動器具體實施方式
以下，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。
圖I是概略地示出反向TN型液晶元件的原理的示意圖。在反向TN型液晶元件中，作為基本結(jié)構(gòu)，具備相對配置的上側(cè)基板I和下側(cè)基板2以及設(shè)置于它們之間的液晶層 3。上側(cè)基板I與下側(cè)基板2各自的表面被實施了摩擦處理等取向處理。以它們的取向處理的方向(在圖中用箭頭表示)按照90°左右的角度彼此交叉的方式，相對地配置上側(cè)基板I與下側(cè)基板2。通過向上側(cè)基板I與下側(cè)基板2之間注入向列型液晶材料來形成液晶層3。該液晶層3采用了添加有手性材料的液晶材料，該手性材料產(chǎn)生使液晶分子在其方位角方向上朝向特定的方向(在圖I的例子中為右旋轉(zhuǎn)方向)扭轉(zhuǎn)的作用。當設(shè)上側(cè)基板 I與下側(cè)基板2的相互間隔(單元厚度)為d、手性材料的手性間距為P時，它們之比d/p 的值例如被設(shè)定為O. 04 O. 6左右。這樣的反向TN型液晶元件通過手性材料的作用而在初始狀態(tài)下成為液晶層3在延展取向的同時進行扭轉(zhuǎn)的延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)(第2取向狀態(tài))。 當在其層厚方向上對該延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的液晶層3施加超過飽和電壓的電壓時，液晶分子轉(zhuǎn)變?yōu)槌蜃笮D(zhuǎn)方向扭轉(zhuǎn)的反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)(均勻扭轉(zhuǎn)(Uniform Twist)狀態(tài)第I取向狀態(tài))。在這種反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的液晶層3中，主體中的液晶分子傾斜，所以表現(xiàn)出降低液晶元件的驅(qū)動電壓的效果。
圖2是用于說明從反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)向延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變時的液晶層的取向狀態(tài)與電場方向的關(guān)系的概念圖。如圖2(A)所不,針對相對于基板面處于水平方向的電場,將電場的施加方向設(shè)定為，使其與反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下的液晶層的層厚方向的大致中央的液晶分子(圖中為附有圖樣的液晶分子)的長軸方向盡量不平行，而是成為垂直或接近垂直的狀態(tài)。由此，液晶層的層厚方向的大致中央的液晶分子沿著電場方向重新進行取向，所以如圖2(B)所示，液晶層的取向狀態(tài)從反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變至延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。此外，當對反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的液晶層施加了電場而使其成為與該層厚方向的大致中央的液晶分子的長軸方向平行或接近平行的狀態(tài)時，難以產(chǎn)生從反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)向延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。這是因為，在液晶層的層厚方向的大致中央，幾乎不會因電場而產(chǎn)生液晶分子的重新取向。根據(jù)以上情況，為了在反向TN型液晶元件中在兩種取向狀態(tài)之間自如地轉(zhuǎn)變，需要產(chǎn)生與液晶層的層厚方向相應(yīng)的電場(縱向電場)和與其垂直的方向的電場(橫向電場)，而且對于橫向電場而言，需要成為與反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的液晶層的層厚方向的大致中央的液晶分子的長軸方向大致垂直或者接近于垂直的方向。關(guān)于用于自如地施加這些縱向電場與橫向電場的元件構(gòu)造，以下舉出具體例子進行說明。
圖3是示出第I實施方式的反向TN型液晶元件的結(jié)構(gòu)例的截面圖。另外，圖4是圖3所示的反向TN型液晶元件的俯視圖。此外，圖3示出了圖4所示的II-II線處的截面。各圖所示的本實施方式的反向TN型液晶元件構(gòu)成為包含第I基板(下側(cè)基板)11、第2基板(上側(cè)基板)12、第I電極13、公共線14、掃描線15、絕緣膜16、半導(dǎo)體膜17、源電極18、漏電極19、第2電極(像素電極)20、第I取向膜21、第2取向膜22、公共電極23、液晶層24、信號線25、第I偏振板(下側(cè)偏振板)31以及第2偏振板(上側(cè)偏振板)32。
第I基板11以及第2基板12彼此相對配置，例如分別是玻璃基板、塑料基板等透明基板。在第I基板11與第2基板12彼此之間，例如分散地配置有多個間隔物(粒狀體) (未圖示)，利用這些間隔物來保持第I基板11與第2基板12之間的相互間隔。
在第I基板11的一面?zhèn)仍O(shè)置有第I電極13。該第I電極13如圖4所示例如形成為大致矩形，而且其一部分與公共線14連接。例如通過對氧化銦錫(ITO)等透明導(dǎo)電膜進行構(gòu)圖來獲得該第I電極13。
在第I基板11的一面?zhèn)仍O(shè)置有公共線14，該公共線14在一個方向(圖4所示的 Y方向)上延伸。經(jīng)由該公共線14，從未圖示的電壓供給單元對第I電極13提供規(guī)定的電位。作為公共線14，例如可采用鋁與鑰的層疊膜等金屬膜。
在第I基板11的一面?zhèn)仍O(shè)置有掃描線15,該掃描線在一個方向(圖4所不Y方向)上延伸。如圖4所示，本例的掃描線15與公共線14之間隔著第I電極13進行配置。 作為掃描線15，例如可采用鋁與鑰的層疊膜等金屬膜。
在第I基板11的一面?zhèn)?，以覆蓋第I電極13、公共線14以及掃描線15的方式設(shè)置了絕緣膜16。作為該絕緣膜16，例如可采用氮化硅膜、氧化硅膜或者它們的層疊膜。
在絕緣膜16上，在與掃描線15重疊的規(guī)定位置處設(shè)置有半導(dǎo)體膜17。該半導(dǎo)體膜17如圖4所示被構(gòu)圖成島狀。作為半導(dǎo)體膜17，例如可采用非晶硅膜。掃描線15的與半導(dǎo)體膜17重疊的部分作為薄膜晶體管的柵電極發(fā)揮功能。另外，絕緣膜16的與半導(dǎo)體 17重疊的部分作為薄膜晶體管的柵絕緣膜發(fā)揮功能。
在絕緣膜16上的規(guī)定位置處設(shè)置了源電極18，其一部分與半導(dǎo)體膜17連接。本例的源電極18如圖4所示與信號線25形成為一體。作為這些源電極18以及信號線25，例如可采用鋁與鑰的層疊膜等金屬膜。
在絕緣膜16上的規(guī)定位置處設(shè)置有漏電極19，其一部分與半導(dǎo)體膜17連接。作為該漏電極19，例如可采用鋁與鑰的層疊膜等金屬膜。
在絕緣膜16上，第2電極20被設(shè)置在其至少一部分與上述第I電極13重疊的規(guī)定位置處。該第2電極20如圖4所示具有多個開口部(縫隙)20a。例如通過對氧化銦錫 (ITO)等透明導(dǎo)電膜進行構(gòu)圖來獲得該第2電極20。關(guān)于第2電極20的尺寸，例如可設(shè)為 位于各開口部20a之間的直線部的寬度(圖3的X方向上的長度)約為20 μ m，各開口部 20a的寬度(圖3的X方向上的長度)約為20 μ m。通過在該第2電極20與上述第I電極 13之間施加電壓來對液晶層24施加橫向電場。
在第I基板11的一面?zhèn)鹊慕^緣膜16上以覆蓋半導(dǎo)體膜17、源電極18、漏電極19 以及第2電極20的方式設(shè)置了第I取向膜21。同樣，在第2基板12的一面?zhèn)纫愿采w公共電極23的方式設(shè)置了第2取向膜22。對第I取向膜21與第2取向膜22分別實施了單軸取向處理(例如，摩擦處理、光取向處理等)。作為本實施方式的第I取向膜21以及第2取向膜22，采用了能夠產(chǎn)生比較高的預(yù)傾角(20°以上，更優(yōu)選為35° ±10°左右)的取向膜。第I取向膜21的取向處理的方向RL與第2取向膜22的取向處理的方向RL被設(shè)定為， 使得液晶層24的取向狀態(tài)為反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)時的層厚方向的大致中央的液晶分子的取向方向D與由第I電極13和第2電極20產(chǎn)生的電場方向E大致垂直(參照圖4)。
在第2基板12的一面?zhèn)仍O(shè)置有公共電極23。該公共電極23形成為其至少一部分與第I電極13以及第2電極20重疊。例如，通過對氧化銦錫(ITO)等透明導(dǎo)電膜進行構(gòu)圖來獲得該公共電極23。通過在該公共電極23與上述第I電極13 (或第2電極20)之間施加電壓，能夠?qū)σ壕?4施加縱向電場。
在第I基板11的一面與第2基板12的一面彼此之間設(shè)置有液晶層24。在本實施方式中，采用了介電常數(shù)各向異性ε>0)的向列型液晶材料來構(gòu)成液晶層 24。液晶層24中圖示的粗線示意性表示液晶層24內(nèi)的液晶分子。未施加電壓時的液晶分子相對于第I基板11以及第2基板12各自的基板面以規(guī)定的預(yù)傾角進行取向。另外，第 I取向膜21與第2取向膜22各自的取向處理的方向RU、RL(參照圖4)所成的角度例如被設(shè)定為90°左右，由此使得未施加電壓時的液晶層24的液晶分子在第I基板11與第2基板12之間朝向方位角方向扭轉(zhuǎn)而進行取向。
在絕緣膜16的一面?zhèn)仍O(shè)置有信號線25，該信號線25在與公共線14以及掃描線 15大致垂直的一個方向(圖4所示的X方向)上延伸。如圖4所示，本例的信號線25與源電極18形成為一體。作為信號線25，例如可采用鋁與鑰的層疊膜等金屬膜。
在第I基板11的外側(cè)配置了第I偏振板31。在第2基板12的外側(cè)配置了第2偏振板32。在本實施方式中，使用者從該第2偏振板32側(cè)進行目視觀察。這些第I偏振板 31和第2偏振板32例如以彼此的透射軸大致垂直的方式進行配置(交叉尼科爾配置)。
接著，參照圖5、圖6來說明第I實施方式的反向TN型液晶元件的制造方法的一例。
首先，準備作為第I基板11以及第2基板12而使用的玻璃基板。例如，采用由板厚為O. 7mm的無堿玻璃構(gòu)成的玻璃基板。
接著，在第I基板11的一面上形成公共線14以及掃描線15(圖5(A))。具體地說，例如通過濺射法等成膜法，在第I基板11的整個一面上形成鋁膜，進而在其上形成鑰膜。然后，利用干刻蝕法等對鋁膜以及鑰膜的層疊膜進行構(gòu)圖。
接著，在第I基板11的一面?zhèn)鹊囊?guī)定位置處形成第I電極13(圖5(B))。具體地說，例如通過濺射法等成膜法，在第I基板11的整個一面上形成氧化銦錫膜(ΙΤ0膜)。然后，通過濕刻蝕法等對該ITO膜進行構(gòu)圖。
接著，在第I基板11的一面?zhèn)?，以覆蓋第I電極13、公共線14以及掃描線15的方式形成絕緣膜16(圖5(C))。具體地說,例如通過派射法或等離子CVD(ChemicalVapor Deposition :化學(xué)氣相沉積)法等成膜法來形成氮化娃膜。
接著，在第I基板11的絕緣膜16上的規(guī)定位置處形成半導(dǎo)體膜17(圖5(D))。具體地說，例如通過等離子CVD法等成膜法在第I基板11的整個一面上形成非晶硅膜。然后， 利用干刻蝕法等將該非晶硅膜構(gòu)圖成島狀。
接著，在第I基板11的絕緣膜16上的規(guī)定位置處形成源電極18、漏電極19以及信號線25(圖5(E))。具體地說，例如通過濺射法等成膜法，在第I基板11的整個一面上形成鑰膜/鋁膜/鑰膜的層疊膜。然后，通過干刻蝕法等對該層疊膜進行構(gòu)圖。
接著，在第I基板11的絕緣膜16上的規(guī)定位置處形成第2電極20 (圖5 (F))。具體地說，例如通過濺射法等成膜法在第I基板11的整個一面上形成ITO膜。然后，通過濕刻蝕法等對該ITO膜進行構(gòu)圖。此外，還可以在絕緣膜16上設(shè)置鈍化膜(未圖示)。
另一方面，在第2基板12的一面上形成公共電極23(圖5(G))。具體地說，例如通過濺射法等成膜法在第2基板12的整個一面上形成ITO膜。此外，在實際的制造工序中， 在基板整面上存在公共電極23時，有可能產(chǎn)生主密封部的短路、因劃線引起的裂片時的膜剝離等，所以優(yōu)選在濺射時利用金屬遮蔽物等來遮蔽(限制)外周。
接著，在第I基板11的絕緣膜16上整體形成第I取向膜21 (圖6(A))，在第2基板12的公共電極23上整體形成第2取向膜22 (圖6 (B))。這里例如，使用降低了被一般用作垂直取向膜的材料的側(cè)鏈密度后的聚酰亞胺膜來形成各取向膜。利用柔印法、噴墨法、旋涂法、縫隙涂布法、縫隙法和旋涂法的組合等適當?shù)姆椒?，在第I基板11上、第2基板12上分別以適當?shù)哪ず?例如500 800 A左右)涂布取向膜材料，并進行熱處理(例如以160 180°C，燒制I小時)。然后，對第I取向膜21、第2取向膜22分別進行取向處理。這里，例如進行摩擦處理，將作為其條件的押入量設(shè)為O. 8_(強摩擦條件)。這里，將摩擦方向設(shè)定為，當?shù)贗基板11與第2基板12重合時各基板上的液晶分子的扭轉(zhuǎn)角大致為90°。
接著，在一個基板(例如第I基板11)上形成含有適量(例如2 5wt%)的間隙控制劑的主密封劑。主密封劑的形成例如是基于絲網(wǎng)印刷或點膠機。另外，關(guān)于間隙控制劑的直徑，設(shè)液晶層24的厚度為4μπι左右。另外，在另一個基板(例如第2基板12)上散布間隙控制劑。例如在本實施方式中，通過干式的間隙散布機來散布粒徑4μ m的塑料珠。 然后，使第I基板11和第2基板12重合，在利用沖壓機等施加一定壓力的狀態(tài)下進行熱處理，由此使主密封劑硬化。這里，例如在150°C下進行3小時的熱處理(圖6(C))。
接著，通過在第I基板11與第2基板12的間隙中填充液晶材料來形成液晶層 24(圖6(D))。例如通 過真空注入法來進行液晶材料的填充。在本實施方式中，采用了介電常數(shù)各向異性Λ ε為正且添加了手性材料的液晶材料。手性材料的添加量優(yōu)選設(shè)定成d/ P為O. 04以上O. 6以下，例如設(shè)定成d/p為O. 16。在注入這樣的液晶材料之后，在其注入口涂布端部密封劑進行密封。然后，以液晶材料的相移溫度以上的溫度進行適當?shù)臒崽幚?(例如在120°C下進行I小時)，由此來調(diào)整液晶層24的液晶分子的取向狀態(tài)。
接著，在第I基板11的外側(cè)粘合第I偏振板31，第2基板12的外側(cè)粘合第2偏振板32。這些第I偏振板31與第2偏振板32被配置成彼此的透射軸大致垂直(交叉尼科爾配置)。以上就完成了第I實施方式的反向TN型液晶元件(參照圖3)。
關(guān)于經(jīng)過以上這樣的工序而完成的反向TN型液晶元件，利用各個電極對液晶層施加電壓，確認了延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)與反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)相互轉(zhuǎn)變時的狀況，結(jié)果如下。
本實施方式的反向TN型液晶元件在初始狀態(tài)下液晶層24的液晶分子取向為延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。在該延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下，外觀上獲得了比較亮的狀態(tài)的白顯示(亮顯示)。與此相對，通過從未圖示的電壓施加單元對第I電極13與公共電極23分別施加電壓來產(chǎn)生縱向電場。例如，施加10V、IOOHz的交流電壓(矩形波)約O. 01 O. 5秒，然后立刻停止電壓的施加。由此，液晶層24的取向狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蚺まD(zhuǎn)狀態(tài)。在該反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)中，外觀上獲得了比較暗的狀態(tài)的黑顯示(暗顯示)。作為參考，在圖7中示出了反向TN型液晶顯示元件的顯示特性的一例。例如，在將該反向TN型液晶元件排列成矩陣狀來構(gòu)成液晶顯示裝置的情況下，在從該延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)向反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變時難以針對各個獨立的像素(每個元件)進行控制，所以針對全部像素同時地控制狀態(tài)轉(zhuǎn)變，或者針對共享公共線14的多個第I電極13的每根線控制狀態(tài)轉(zhuǎn)變。
接著，從電壓施加單元對掃描線15施加規(guī)定電壓來使薄膜晶體管成為導(dǎo)通狀態(tài)， 而且，從電壓施加單元對信號線25施加規(guī)定電壓、從而經(jīng)由薄膜晶體管對第2電極20施加電壓。由此，在第I電極13與第2電極20之間產(chǎn)生相對的電位差，所以對液晶層24施加了橫向電場，液晶層24的取向狀態(tài)從反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)向延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變。對掃描線15施加的電壓(柵極電壓)例如是IOV的脈沖波，對信號線25施加的電壓例如是按照每一幀翻轉(zhuǎn)±10V而得到的電壓。施加橫向電場的時間例如大約是O. 01至O. 5秒左右。
無論是上述延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)還是反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)，在解除電壓施加之后都能維持其取向狀態(tài)，所以在改寫顯示之后基本不需要施加電壓，能夠?qū)⒐囊种频脴O低。例如，在將該反向TN型液晶元件排列成矩陣狀來構(gòu)成液晶顯示裝置時，在希望重復(fù)改寫顯示的情況下， 針對全部像素同時進行控制，或者針對共享公共線14的多個第I電極13的每根線進行控制來施加縱向電場，接著使用薄膜晶體管來控制對第2電極20的電壓施加/不施加，由此， 通過針對每個像素有選擇地施加橫向電場，能夠進行期望的圖像顯示。關(guān)于針對每根線改寫顯示的方式，在閱讀小說等文章的情況下，可以依次改寫已讀完的線，所以，雖然切換需要少許時間，但能夠減輕讀者的壓力。
接著，對反向TN型液晶元件的其它結(jié)構(gòu)例進行說明。
圖8是示出第2實施方式的反向TN型液晶元件的結(jié)構(gòu)例的截面圖。另外，圖9是圖8所示的反向TN型液晶元件的俯視圖。此外，圖8示出了圖9所示的VIII-VIII線處的截面。各圖所示的本實施方式的反向TN型液晶元件5包含第I基板(下側(cè)基板)11、第2 基板(上側(cè)基板)12、第I電極13、公共線14a、掃描線15、絕緣膜16、半導(dǎo)體膜17、源電極 18、漏電極19a、第2電極20、第I取向膜21、第2取向膜22、公共電極23、液晶層24、信號線25、絕緣膜26、第I偏振板(下側(cè)偏振板)31以及第2偏振板(上側(cè)偏振板)32。此外， 針對與第I實施方式相同的構(gòu)成要素使用同一符號，并省略它們的詳細說明。
在第I基板11的一面?zhèn)鹊慕^緣膜26上設(shè)置有公共線14a，該公共線14a在一個方向(圖8所示的Y方向)上延伸。該公共線14a如圖9所示與第2電極20連接，并經(jīng)由該公共線14a，從未圖示的電壓供給單元對第2電極20施加規(guī)定的電位。
在絕緣膜16上的規(guī)定位置處設(shè)置有漏電極19a，而且其一部分貫通絕緣膜16而與第I電極13連接。作為該漏電極19a，例如可采用鋁和鑰的層疊膜等金屬膜。
在第I基板11的一面?zhèn)鹊慕^緣膜16上，以覆蓋半導(dǎo)體膜17、源電極18以及漏電極19a的方式設(shè)置了絕緣膜26。作為該絕緣膜26，例如可采用氮化硅膜、氧化硅膜或者它們的層疊膜。
在絕緣膜26上，第2電極20被設(shè)置在其至少一部分與上述第I電極13重疊的規(guī)定位置處。該第2電極20如圖9所示與公共線14a連接。在本例中，第2電極20和公共線14形成為一體。例如通過對氧化銦錫(ITO)等透明導(dǎo)電膜進行構(gòu)圖來獲得該第2電極 20?？赏ㄟ^在該第2電極20與上述第I電極13之間施加電壓，來對液晶層24施加橫向電場。
在第I基板11的一面?zhèn)鹊慕^緣膜26上，以覆蓋公共線14a以及第2電極20的方式設(shè)置了第I取向膜21。
接著，參照圖10、圖11來說明第2實施方式的反向TN型液晶元件的制造方法的一例。此外，對于與第I實施方式相同的內(nèi)容，適當省略說明。
在第I基板11的一面上形成由規(guī)定的金屬膜構(gòu)成的掃描線15 (圖10 (A))。接著， 在第I基板11的一面?zhèn)鹊囊?guī)定位置處形成由ITO膜等構(gòu)成的第I電極13 (圖10(B))。接著，在第I基板11的一面?zhèn)?，以覆蓋第I電極13以及掃描線15的方式形成絕緣膜16(圖 10(C))。
接著，在第I基板11的絕緣膜16上的規(guī)定位置處形成半導(dǎo)體膜17(圖10(D))， 進而形成源電極18、漏電極19a以及信號線25 (圖10(E))。關(guān)于漏電極19a，預(yù)先在絕緣膜16的規(guī)定位置處設(shè)置了使第I電極13的一部分露出的開口部，然后利用濺射法等進行金屬膜的成膜和構(gòu)圖，由此能夠形成所述漏電極19a。
接著，在第I基板11的絕緣膜16上形成覆蓋半導(dǎo)體膜17、源電極18、漏電極19a 以及信號線25的絕緣膜26 (圖10(F))。接著，在第I基板11的絕緣膜26上的規(guī)定位置處形成公共線14a以及第2電極20 (圖10 (G))。此外，還可以在絕緣膜26上設(shè)置鈍化膜(未圖示)。另一方面，在第2基板12的一面上形成公共電極23 (圖11 (A))。
接著，在第I基板11的絕緣膜16上全部形成第I取向膜21 (圖11⑶)，在第2基板12的公共電極23上全部形成第2取向膜22 (圖11 (C))。
接著，在一個基板上形成主密封劑，在另一個基板上散布間隙控制劑，然后使第I 基板11與第2基板12重合，在利用沖壓機等施加一定壓力的狀態(tài)下進行熱處理，由此使主密封劑硬化(圖11 (D))。接著，通過在第I基板11與第2基板12的間隙中填充液晶材料來形成液晶層24 (圖11(E))。
然后，在第I基板11的外側(cè)粘合第I偏振板31，在第2基板12的外側(cè)粘合第2偏振板32。這些第I偏振板31與第2偏振板32被配置成彼此的透射軸大致垂直(交叉尼科爾配置)。以上就完成了第2實施方式的反向TN型液晶元件(參照圖8)。
關(guān)于經(jīng)過以上這樣的工序而完成的反向TN型液晶元件，利用各個電極對液晶層施加電壓，確認了延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)與反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)相互轉(zhuǎn)變時的狀況，結(jié)果如下。
本實施方式的反向TN型液晶元件在初始狀態(tài)下液晶層24的液晶分子取向為延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。在該延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)中，外觀上獲得了比較亮的狀態(tài)的白顯示(亮顯示)。與此相對，如上所述使用第I電極13與公共電極23來產(chǎn)生縱向電場。例如，施加10V、IOOHz的交流電壓(矩形波)約O. 01 O. 5秒，然后立刻停止電壓的施加。由此，液晶層24的取向狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪蚺まD(zhuǎn)狀態(tài)。在該反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)中，外觀上獲得了比較暗的狀態(tài)的黑顯示(暗顯示)。例如，在將該反向TN型液晶元件排列成矩陣狀來構(gòu)成液晶顯示裝置的情況下，在從該延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)向反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變時，可針對每個獨立的像素(每個元件)進行控制。 此時要求第I電極13處于在電氣上自由的狀態(tài)。
接著，從電壓施加單元向掃描線15施加規(guī)定電壓來使薄膜晶體管成為導(dǎo)通狀態(tài)， 而且，從電壓施加單元對信號線25施加規(guī)定電壓來對第2電極20施加電壓。由此，在第I 電極13與第2電極20之間產(chǎn)生相對的電位差,所以對液晶層24施加了橫向電場,液晶層 24的取向狀態(tài)從反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檠诱古まD(zhuǎn)狀態(tài)。對掃描線15施加的電壓(柵電壓) 例如為IOV的脈沖波，對信號線25施加的電壓例如為按照每一幀翻轉(zhuǎn)±10V而得到的電壓。施加橫向電場的時間例如是O. 01 O. 5秒左右。
無論是上述延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)還是反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)，在解除電壓施加之后都能維持其取向狀態(tài)，所以在改寫顯示之后完全不需要施加電壓，能夠?qū)⒐囊种频脴O低。例如，在將該反向TN型液晶元件排列成矩陣狀來構(gòu)成液晶顯示裝置時，在本實施方式中，從延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)向反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變、以及從反向扭轉(zhuǎn)狀態(tài)向延展扭轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變都可以針對每個像素進行控制。因此，與第I實施方式相比，顯示改寫的自由度更高。例如，在當前已提出的電泳方式的電子紙顯示器中，都需要暫時將整個畫面復(fù)位成白顯示或黑顯示，如果不這樣做，有時無法使全部的電泳粒子移動至期望的位置，而且當反復(fù)地進行顯示切換時，電泳粒子會發(fā)生轉(zhuǎn)向，但根據(jù)本實施方式，不會產(chǎn)生這樣的問題。
接著，對反向TN型液晶元件的其它結(jié)構(gòu)例進行說明。
圖12是示意性示出第3實施方式的反向TN型液晶元件的結(jié)構(gòu)例的截面圖。圖12(A)所示的第3實施方式的反向TN型液晶元件是利用來自外部的光進行顯示的反射型液晶元件，具備液晶面板50、配置在該液晶面板50的下表面?zhèn)鹊姆瓷浒?1、配置在液晶面板 50的上表面?zhèn)鹊纳⑸浒?2、與該散射板52重疊配置的λ/4波長板53、以及與該λ/4波長板53重疊配置的偏振板54。作為反射板51，例如可采用銀膜。另外,作為散射板52例如，可采用由多片霧度值為43% 45%的板層疊而成的散射板。另外,作為λ/4波長板53， 例如可采用相位差為約137nm的板。此外，散射板52也可配置在液晶面板50的下表面?zhèn)取?在此情況下，在反射板51與液晶面板50彼此之間配置有散射板52。
如圖12(B)所示，液晶面板50中的下側(cè)基板的摩擦方向RL、上側(cè)基板的摩擦方向 RU所成的角度例如可設(shè)定為70° (反射型的理想值的一例)。在液晶層的液晶材料中以例如d/p=0. 143的方式添加了手性材料。液晶層的液晶材料的Λ η的值例如是O. 065 O. 15 左右。偏振板54的透射軸P被設(shè)定為與上側(cè)基板的摩擦方向RU平行，λ /4波長板53的相位差軸P’被設(shè)定為與偏振板54的透射軸大致成45°的角度。液晶面板50的內(nèi)部構(gòu)造與上述第I實施方式或第2實施方式的液晶元件相同(都去除了偏振板)。
圖13是示出第3實施方式的反向TN型液晶元件的結(jié)構(gòu)例的截面圖。這里作為一例，圖示了采用第I實施方式 的液晶元件作為液晶面板50的情況，但采用第2實施方式的液晶元件的情況也是同樣的。該液晶面板50的第I電極13b由金屬膜構(gòu)成，而且在表面設(shè)置有凹凸。由此，第I電極13b還能兼任反射板51以及散射板52的功能。第3實施方式的反向TN型液晶元件的制造方法與上述第I實施方式或第2實施方式相同，例如，當使第 I電極13b的形成工序成為與掃描線15的形成工序共同的工序時，除此以外的工序也可以采用共同的工序。此外，第I電極13b僅兼任反射板51的功能，而關(guān)于散射板52，如上所述可附于外部。
圖14是示出第3實施方式的反向TN型液晶元件的反射率特性的一例的圖。在該圖中，將液晶層的扭轉(zhuǎn)角設(shè)定為70°，從相對于液晶元件的基板面法線成30°的方向入射光，示出了從法線方向測定反射率時的An依賴性的反射率特性。在此情況下可知，當液晶材料的Λη是O. 08時，反射率以及對比度比特別良好。此外，雖然這里將λ/4波長板53 的相位差軸設(shè)定為與液晶層的層厚方向的大致中央的液晶分子的長軸方向垂直，并將偏振板54的透射軸設(shè)定為與上側(cè)基板的摩擦方向平行，但各個設(shè)定不限于此。通過構(gòu)成為反射型，不需要背光源，特別能夠抑制功耗。
接著，作為第4實施方式，說明能夠利用上述第I 第3實施方式中的任意一個液晶元件所具有的存儲性來實現(xiàn)低功耗驅(qū)動的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)例。
圖15是示意性示出第4實施方式的液晶顯示裝置的結(jié)構(gòu)例的圖。圖15所示的液晶顯示裝置是矩陣狀地排列多個像素部100而構(gòu)成的有源矩陣型的液晶顯示裝置，作為各像素部100，可采用上述任意一個實施方式中的液晶元件。具體地說，液晶顯示裝置構(gòu)成為包含在第I方向上延伸的多個掃描線101、對各掃描線101提供電壓的驅(qū)動器104、分別與掃描線101垂直而在第2方向上延伸的多個信號線102和公共線103、對各信號線102提供電壓的驅(qū)動器105、對各公共線103提供電壓的驅(qū)動器106、以及設(shè)置在各掃描線101與各信號線102的交點處的像素部100。各像素部100的第I電極和第2電極中的一方與公共線103連接，另一方與薄膜晶體管連接。另外，在各像素部100上公共地設(shè)置了公共電極。
根據(jù)以上這樣的各實施方式，能夠獲得具有適合產(chǎn)生兩種取向狀態(tài)間的轉(zhuǎn)變的開關(guān)元件以及電極的構(gòu)造的新穎的液晶元件。另外，通過利用液晶元件的兩種取向狀態(tài)的雙穩(wěn)定性(存儲性)，能夠獲得除了顯示改寫時以外基本不需要電力的低功耗的液晶顯示裝置。
此外，本發(fā)明不被上述內(nèi)容所限定，可以在本發(fā)明的主旨范圍內(nèi)進行各種變形而予以實施。
例如，在上述各實施方式中，雖然將液晶層的扭轉(zhuǎn)角設(shè)為70° (反射型)或 90° (透射型)，但扭轉(zhuǎn)角不限于此。在此情況下，為了進一步確保白顯示中的亮度，可調(diào)整液晶層內(nèi)的延遲值。
另外，以上例示了第I偏振板和第2偏振板各自的透射軸所成的角度為90°左右的常白(normally white)狀態(tài)的液晶元件,但也可以是常黑(normally black)狀態(tài)的液晶元件。另外，取向處理方法不限于摩擦法。
另外，作為開關(guān)元件一例的薄膜晶體管的構(gòu)造不限于例示的底部柵極型，也可以是頂部柵極型。
另外，第2電極不限于具有上述這樣的多個縫隙，例如可以是具有多個電極支(直線部)的梳齒狀電極。此外，可以將第I電極也設(shè)為梳齒狀電極，并互不相同地配置第2電極的各電極支和第I電極的各電極支。在此情況下，可以將第I電極和第2電極配置在同一面上。
權(quán)利要求
1.ー種液晶兀件,其包含 相對配置的第I基板以及第2基板，它們各自的一面被實施了取向處理； 第I電極，其設(shè)置在所述第I基板的一面?zhèn)龋? 第2電極，其與所述第I電極相離地設(shè)置在所述第I基板的一面?zhèn)龋? 開關(guān)元件，其設(shè)置在所述第I基板的一面?zhèn)?，與所述第I電極或所述第2電極連接；公共電極，其以至少一部分與所述第I電極以及所述第2電極重疊的方式設(shè)置在所述第2基板的一面?zhèn)?；以? 液晶層，其設(shè)置在所述第I基板的一面與所述第2基板的一面之間， 所述第I基板以及所述第2基板的所述取向處理的方向被設(shè)定為產(chǎn)生第I取向狀態(tài)，該第I取向狀態(tài)是所述液晶層的液晶分子朝向第I方向扭轉(zhuǎn)， 所述液晶層含有產(chǎn)生第2取向狀態(tài)的性質(zhì)的手性材料，所述第2取向狀態(tài)是所述液晶分子朝向與所述第I方向相反的第2方向扭轉(zhuǎn)， 通過對所述第2電極與所述公共電極之間施加電壓，使得所述液晶層從所述第2取向狀態(tài)向所述第I取向狀態(tài)轉(zhuǎn)變，通過對所述第I電極與所述第2電極之間施加電壓，使得所述液晶層從所述第I取向狀態(tài)向所述第2取向狀態(tài)轉(zhuǎn)變。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的液晶元件，其中， 所述第I電極與所述第2電極中的至少一方具有相互分離地平行配置的多個直線部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的液晶元件，其中， 所述第I電極與所述第2電極隔著絕緣膜而層疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任意I項所述的液晶元件，其中， 關(guān)于所述第I基板和所述第2基板，在各自與所述液晶層的界面中對該液晶層的液晶分子賦予了 20°以上的預(yù)傾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任意I項所述的液晶元件，其中， 以使所述液晶層的層厚d與手性間距之比d/p為O. 04以上O. 6以下的方式，添加了所述手性材料。
6.—種液晶顯不裝置， 該液晶顯示裝置具備多個像素部， 該多個像素部分別是用權(quán)利要求I 5中任意I項所述的液晶元件構(gòu)成的。
全文摘要
本發(fā)明提供液晶元件以及液晶顯示裝置。液晶元件具備第1基板、第2基板、設(shè)置在第1基板上的第1電極、與第1電極相離地設(shè)置在第1基板的一面?zhèn)鹊牡?電極、與第1電極或第2電極連接的開關(guān)元件、與第1電極及第2電極重疊地設(shè)置于第2基板的公共電極、設(shè)置于第1基板與第2基板之間的液晶層，第1基板及第2基板的取向處理的方向被設(shè)定為產(chǎn)生使液晶層的液晶分子朝向第1方向扭轉(zhuǎn)的第1取向狀態(tài)，液晶層含有產(chǎn)生第2取向狀態(tài)的性質(zhì)的手性材料，第2取向狀態(tài)是液晶分子向與第1方向相反的第2方向扭轉(zhuǎn)，通過對第2電極與公共電極之間施加電壓來使液晶層向第1取向狀態(tài)轉(zhuǎn)變，通過對第1電極與第2電極之間施加電壓來使液晶層向第2取向狀態(tài)轉(zhuǎn)變。
文檔編號G02F1/1343GK102981313SQ20121031285
公開日2013年3月20日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月5日
發(fā)明者都甲康夫 申請人:斯坦雷電氣株式會社