液晶显示装置及其制造方法

专利名称：液晶显示装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示装置，特别是涉及可合适地用于要求运动图像特性的便携式信息装置、笔记本PC、台式监视器、电视机等的液晶显示装置。
背景技术：
迄今为止，使用了向列液晶的液晶显示装置被广泛地用作钟表或计算器等的数值段型显示装置。再者，近年来，作为笔记本PC、台式监视器用显示器，有效地利用了节省空间且低功耗的优点，也得到了广泛的普及，特别是在台式监视器的市场中，现有的CRT监视器正在被LCD监视器替代，这样说是并不过分的。而且，这样的潮流也波及到被CRT独占的电视机的市场，各公司纷纷进行了将CRT-TV替换为LCD-TV的研究开发。
在该LCD-TV的普及中，可称之为最大的课题是能与运动图像相对应的高速响应特性和不依赖于观察角度的宽视角性能。这些特性是涉及液晶的电光特性的本质的问题，迄今为止虽然提出了各种各样的解决方案，但目前的情况是尚未找到很好的解决方案。在这些解决方案中作为能兼顾高速响应特性和宽视角特性的模式，近年来引人注目的是OCB(光学补偿双折射)模式。
但是，该OCB模式存在在使用的初期在使其从展曲取向转移到弯曲取向的基础上使其驱动这样的非常麻烦的问题。关于从该展曲取向到弯曲取向的转移，迄今为止已作了详细的分析，但尚未阐明其确切的机理。
由于展曲取向和弯曲(扭曲)取向在相位几何学(拓扑学)中相位不同，故在从展曲取向到弯曲取向中，必定是只通过隔开不连续的两方的区域的向错线的移动来进行的。即，在展曲取向区域内为了发生弯曲取向区域而存在某种能量壁垒。在液晶盒内的衬垫附近或可认为出于在摩擦时形成的取向膜上的损伤等某种原因而液晶的取向发生了紊乱的部位等处，可认为该能量壁垒比较低，在施加了展曲取向与弯曲取向的Gibbs自由能相等的临界电压(Vcr)以上的电压时，可以说这样的能量壁垒低的区域的附近成为开端(核)而使弯曲取向区域得以发生、生长。
但是，因这样的衬垫或取向膜上的损伤、取向紊乱等引起的弯曲转移的概率的要素较大，可靠性较差，而且再现性也较差。为了使全部面板的全部像素高速且可靠地进行弯曲转移，必须在1个像素内预先形成最低1个的成为朝向弯曲转移的核的部分。
例如在特开平11-7018号公报中，公开了通过在像素内部分地设置高倾角区域以从初期起形成进行了弯曲取向的区域或形成非常容易转移到弯曲的区域并将该区域定为弯曲取向转移核的方法。
但是，如上述特开平11-7018号公报中记载的那样，为了在像素内部分地设置高倾角区域，必须在水平取向膜形成后部分地形成垂直取向膜或利用使用了特殊的混合取向膜材料的相分离而形成倾角高的区域和低的区域，这样能使用的取向膜材料的种类就受到很大的限制。除此以外，如果是在弯曲转移核的形成中能使用的液晶材料、取向膜材料受到限制的方法，则从生产工序的工艺上的观点来看，是不理想的。
此外，例如在特开平9-96790号公报中，公开了使用添加了手性剂的液晶将初期取向状态定为π扭曲取向的方法。在该方法中，由于初期取向是π扭曲取向，则只通过施加电压，π扭曲取向就连续地变形为模拟的弯曲取向，可避免展曲-弯曲取向转移的问题。在液晶显示装置的驱动电压范围的高电压一侧，π扭曲取向可模拟地看作是单轴性取向的弯曲取向，从高电压一侧至低电压一侧的弛豫时间与纯粹的弯曲取向同样，流动的效应有效地起作用，可得到与OCB模式同等的几msec这样的高速响应特性。
但是，由于此时将初期取向定为π扭曲取向，故必须添加很多手性剂。如果将液晶盒的盒厚定为d、将添加了手性剂的液晶材料的自然手性间距定为p，则若考虑容限，必须添加到比值d/p约为0.50。如果将手性剂添加到该程度，则在低电压一侧的光学特性、特别是在正交尼科耳棱镜下的45°方位的透射率特性显著地下降。此时，不言而喻，不仅液晶面板的正面方向的光学特性恶化，而且倾斜方向的光学特性，即视角特性也恶化了。
发明的公开本发明是为了解决上述的课题而进行的，其目的在于提供制造容易、此外能高速且可靠地实现液晶层的展曲-弯曲取向转移的液晶显示装置及其制造方法。
本发明的液晶显示装置是具有一对基板、在一对基板之间设置的液晶层和在一对基板中的至少一方的基板的液晶层一侧设置的取向膜的液晶显示装置，其特征在于液晶层具有利用取向膜的表面的取向约束力约束了取向的液晶分子的预倾方向是第1方向的第1区域和预倾方向是与第1方向不同的第2方向的第2区域，应用第1区域的液晶层的弯曲取向来进行显示。按照这样的液晶显示装置，在对液晶层施加了展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压时，液晶层的第2区域成为第1区域的展曲-弯曲转移的核，在第1区域中，能进行高速且可靠的弯曲转移。
在典型的情况下，第1区域的液晶层在未施加电压时呈现展曲取向，在施加电压时呈现弯曲取向。
第2区域的液晶层最好呈现扭曲取向。
较为理想的是，在第2区域的液晶层的整个区域中，在Vcr以上的电压施加时可与弯曲取向连续地联结的TN取向被陷获。在第2区域的液晶层的整个区域中，在Vcr以上的电压施加时，可与弯曲取向连续地联结的TN取向被陷获的情况下，由于第2区域的液晶层的整个区域成为第1区域的液晶层进行展曲-弯曲转移用的转移核，故第1区域的液晶层可更高速且可靠地进行弯曲转移。
较为理想的是，液晶显示装置具有多个像素，多个像素的各自的液晶层包含第1区域和第2区域。这是因为，在多个像素的每一个中液晶层包含第1和第2区域的情况下，在各像素的各第1区域中可更可靠地进行弯曲转移。
如果作为第1区域的预倾方向的第1方向与作为第2区域的预倾方向的第2方向构成的角度Ψ处于30°≤Ψ≤150°的范围内，由于能将第2区域作为非常有效的展曲-弯曲取向转移的核而起作用，故是较为理想的。
如果作为第1区域的预倾方向的第1方向与作为第2区域的预倾方向的第2方向构成的角度Ψ处于70°≤Ψ≤110°的范围内，则可在上述第2区域的整个面上可靠地陷获在实际驱动前施加高电压并在使上述第1区域完全地弯曲后切断电压时发现的(180°)扭曲取向，进而实现了更高速且可靠的弯曲转移。
再者，如果考虑控制液晶层的取向的取向膜的形成的容易程度，则液晶层的第2区域具有与作为第2区域的预倾方向的第2方向平行地延伸的条形形状是较为理想的。
液晶层最好包含手性剂。由此，可更高速地在第1区域的液晶层中实现展曲-弯曲取向转移。
再者，在液晶层含有手性剂的情况下，在将液晶层的厚度定为d、将液晶层的自然手性间距定为p的情况下，将手性剂的添加量设定为满足0＜d/p≤0.50这样的关系式是较为理想的。此时，可更高速且可靠地实现施加了展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压时的弯曲取向的转移，同时在实际上驱动液晶显示装置并进行了白显示时可抑制透射率的下降。
特别是在设定为满足0＜d/p≤0.15的关系式的情况下，与未添加手性剂的液晶显示装置相比，几乎没有透射率的下降，可实现没有光学特性的恶化且品位高的液晶显示装置。
液晶层最好包含在未施加电压时被选择为第2区域的液晶层呈现没有展曲变形的扭曲取向(一致倾斜状态)的规定的手性剂。由此，由于在第2区域的液晶层的整个区域中在Vcr以上的电压施加时可陷获能与弯曲取向连续地联结的TN取向，故第2区域的液晶层的整个区域成为第1区域的液晶层进行展曲-弯曲转移用的转移核，在第1区域的液晶层中可进行更高速且可靠的弯曲转移。
本发明的液晶显示装置的制造方法包含下述工序准备在各自的主面上具有电极的一对基板的工序；在一对基板中的至少一方的基板的上述电极上形成取向膜的工序，取向膜具备具有使液晶分子的预倾方向在第1方向上取向的取向约束力的第1取向膜区域和具有使液晶分子的预倾方向在与上述第1方向不同的第2方向上取向的取向约束力的第2取向膜区域；以及在一对基板之间设置液晶层的工序，液晶层具有利用取向膜的取向约束力约束了取向的液晶分子的预倾方向是上述第1方向的第1区域和利用取向膜的取向约束力约束了取向的液晶分子的预倾方向是上述第2方向且在整个区域中在Vcr以上的电压施加时可与弯曲取向连续地联结的TN取向被陷获的第2区域。按照该液晶显示装置的制造方法，通过包含设置在第2区域的整个区域中在Vcr以上的电压施加时可与弯曲取向连续地联结的TN取向被陷获的液晶层的工序，可在第2区域的液晶层的整个区域中形成使第1区域的液晶层进行展曲-弯曲转移的更有效的转移核。因而，可制造能进行高速且可靠的弯曲转移的液晶显示装置。
上述设置液晶层的工序包含准备包含规定的手性剂的液晶材料的工序，在未施加电压时，第2区域的液晶层可呈现没有展曲变形的扭曲取向。
上述设置液晶层的工序可包含在使第1区域的液晶层的大致整体进行了弯曲取向后从弯曲取向经过π扭曲取向而使之成为展曲取向的取向更新工序。
通过在规定的时间内例如对液晶层施加Vcr的2倍以上的电压来进行上述取向更新工序。
上述第1方向与第2方向构成的角度Ψ最好处于70°≤Ψ≤110°的范围内。
附图的简单的说明

图1是示意性地示出本发明的一种实施形态的液晶元件的结构的图，(a)是在液晶元件中使用的取向膜的平面图，(b)和(c)分别是未施加电压时和施加电压时的液晶元件的剖面图，(d)是示出预倾方向和预倾角的图。
图2(a)是作为本发明的一种实施形态的液晶显示装置的剖面图，(b)是取向膜的平面图，(c)和(d)是(b)的取向膜的剖面图，(e)是示意性地示出(d)的光照射方向与取向膜的高分子链的关系的图。
图3是示意性地示出从基板的法线方向看实施例1的液晶元件的液晶层时的观察结果的图。
图4是示意性地示出从基板的法线方向看比较例的液晶元件的液晶层时的观察结果的图。
图5(a)和(b)是说明实施例1的液晶元件中的朝向弯曲取向的转移的机理用的的液晶元件的剖面图。
图6是比较例的液晶元件的剖面图。
图7(A)～(F)是说明能应用于实施例1的液晶元件的取向膜用的图。
图8(A)、(B)、(D)和(E)是示意性地示出实施例2的液晶元件的液晶层的观察结果的图，(C)和(F)是示意性地示出比较例的液晶元件的液晶层的观察结果的图。
图9是实施例2的液晶元件的取向膜的平面图。
图10是从基板的法线方向看本发明的一种实施形态的液晶元件的1个像素的结构时的示意图。
图11(a)是示意性地示出注入了作为本发明的一种实施形态的液晶元件的液晶材料后的电压施加前的液晶取向状态的图，(b)是示意性地示出该元件的高电压施加后的液晶取向状态的图，(c)是示意性地示出该元件的高电压施加后的最终的液晶取向状态的图，(d)是用(a)的虚线包围的区域11A的部分放大图。
图12(a)是示意性地示出停止了作为本发明的一种实施形态的液晶元件的高电压施加后的液晶取向状态的图，(b)是示意性地示出刚关断了该元件的电压之后的液晶取向状态的图，(c)是示意性地示出停止了该元件的电压施加后的最终的液晶取向状态的图。
图13(a)是示意性地示出对作为本发明的一种实施形态的液晶元件进行了一度施加高电压这样的更新处理后电压施加前的液晶取向状态的图，(b)是示意性地示出该元件的高电压施加之后的液晶取向状态的图，(c)是示意性地示出该元件的高电压施加后的最终的液晶取向状态的图。
图14(a)和(b)是从基板的法线方向看本发明的一种实施形态的液晶元件的1个像素的结构时的示意图。
图15(a)、(b)、(c)和(d)是示出在本发明的一种实施形态的液晶元件中的下侧基板的取向膜上制作第2液晶区域的方法的例子的图。
图16(a)、(b)、(c)和(d)是示出在本发明的一种实施形态的液晶元件中的下侧基板的取向膜上制作第2液晶区域的方法的一例的图。
图17是示出在本发明的一种实施形态的液晶元件中的下侧基板的取向膜上制作第2液晶区域的方法的一例的图。
图18是说明光取向膜聚乙烯肉桂酸酯(PVCi)的分子结构和光二聚反应过程用的图。
图19(a)、(b)、(c)和(d)是说明由光取向膜得到的液晶分子的取向用的图。
图20是示出在本发明的一种实施形态的液晶元件中的下侧基板的取向膜上制作第2液晶区域的方法的一例的图。
图21是从基板的法线方向看本发明的一种实施形态的液晶元件的结构时的示意图。
图22是说明在本发明的一种实施形态的液晶元件中进行了更新处理后的取向状态的状况用的图。
图23是说明在本发明的一种实施形态的液晶元件中进行了更新处理后呈现的各种液晶取向状态的Gibbs自由能的大小关系用的图。
图24是说明在本发明的一种实施形态的液晶元件中施加了3V的电压之后的取向状态的状况用的图。
图25是说明在本发明的一种实施形态的液晶元件中施加了3V的电压之后呈现的各种液晶取向状态的Gibbs自由能的大小关系用的图。
图26是从基板的法线方向看实施例5的液晶元件的结构时的示意图。
图27是示意性地示出从基板的法线方向看实施例5的液晶元件的液晶层时的观察结果的图。
图28是示意性地示出从基板的法线方向看比较例的液晶元件的液晶层时的观察结果的图。
图29(a)、(b)、(c)、(d)和(e)是示意性地示出从基板的法线方向看实施例5的液晶元件的液晶层时的观察结果的图。
图30(a)和(b)是示意性地示出从基板的法线方向看实施例4的液晶元件的液晶层时的观察结果的图，(c)是示意性地示出从基板的法线方向看比较例的液晶元件的液晶层时的观察结果的图。
图31是示意性地示出从基板的法线方向看实施例4的液晶元件的液晶层时的观察结果的图。
图32是示出测定实施例4和比较例的液晶元件的电压-透射率特性用的测定系统的图。
图33是示出实施例4和比较例的液晶元件的电压-透射率特性的测定结果的曲线图。
图34是在实施例4和比较例的液晶元件中用对于非手性样品的比值表示施加白显示电压时的透射率的图。
图35(a)是从基板的法线方向看实施例5的液晶元件的结构时的示意图，(b)是从基板的法线方向看比较例的液晶元件的结构时的示意图。
图36(a)是说明一致倾斜取向状态用的图，(b)是说明展曲倾斜取向状态用的图。
图37(a)是注入了实施例5的液晶元件的液晶材料后的电压施加前示出液晶取向状态的示意图，(b)是示出实施例5的液晶元件的电压施加了之后的液晶取向状态的示意图，(c)是注入了比较例的液晶元件的液晶材料后的电压施加前示出液晶取向状态的示意图，(d)是示出比较例的液晶元件的电压施加了之后的液晶取向状态的示意图。
图38(a)、(b)、(c)和(d)是示出在对实施例5的液晶元件进行更新处理之后关断了电压时的液晶取向状态的时间系列变化的示意图，(e)～(h)示出在对比较例的液晶元件进行更新处理之后关断了电压时的液晶取向状态的时间系列变化的示意图。
用于实施发明的最佳形态以下，一边参照附图，一边说明本发明的实施形态1和2。
(实施形态1)本发明的液晶显示装置是使用液晶分子的弯曲取向进行显示并能较为理想地兼顾高速响应特性和宽视角特性的OCB模式的液晶显示装置。如图2(a)中所示，本发明的一种实施形态的液晶显示装置40具有一对偏振片(起偏振片)2和3；被这些偏振片夹住的液晶元件30；在一方的偏振片2与液晶元件30之间被夹住的光学延迟元件4；以及驱动液晶元件30的驱动电路16。液晶元件30具有利用密封树脂14贴合的一对电极基板5和6，在由这些电极基板和密封树脂14包围的空间内具有液晶层27。
电极基板5具有基板(透光性基板)21；在基板21的液晶层27一侧的表面上设置的透明电极22；以及在透明电极22的液晶层27一侧的表面上设置的取向膜23，与其同样地，电极基板6具有基板24；在基板24的液晶层27一侧的表面上设置的透明电极25；以及在透明电极25的液晶层27一侧的表面上设置的取向膜26。透明电极22和25连接到驱动电路16上，从驱动电路16经透明电极22和25对液晶层27施加基于显示数据的电压。再有，上述基板21、24例如由玻璃构成，透明电极22、25由ITO(铟锡氧化物)构成。
再有，由于图2(a)的液晶元件30示出了1个像素内的区域，故虽然在基板的表面的整个面上形成了透明电极22、25，但实际上透明电极22、25都由具有规定的宽度的多个带状的电极构成，从与基板面垂直的方向看，以互相交叉(在此是正交)的方式来形成。透明电极22和25的各交叉部相当于进行显示的像素，在液晶显示装置的整个面上将这些像素配置成矩阵状。
以下，参照图1，说明在液晶显示装置40中使用的液晶元件30。再有，以下为了简单起见，说明液晶元件30的1个像素。图1是示意性地示出液晶元件30的结构的图。图1(a)是液晶元件的取向膜26的平面图，图1(b)和(c)是图1(a)的与R-R’部对应的液晶元件的剖面图，图1(b)示出未施加电压时的情形，图1(c)示出施加电压时的情形。
在本实施形态的液晶元件30中，被取向膜23和26夹住的液晶层27具有第1液晶区域27F和第2液晶区域27S。第1液晶区域27F在未施加电压时，如图1(b)中所示，呈现展曲取向，在规定的电压施加时，如图1(c)中所示，呈现弯曲取向。使用该第1液晶区域27F的弯曲取向进行液晶显示装置40的显示。在液晶元件30中，由于使第1液晶区域27F进行展曲-弯曲取向转移来进行显示，故第1液晶区域27F的预倾角θ在未施加电压时必须为0≤θ≤45°。在此，所谓预倾角，如图1(d)中所示，在基板的主面上规定了X-Y-Z坐标系统的情况下，指的是由取向膜表面的取向约束力约束了取向的液晶分子32(取向膜与液晶层的界面附近的液晶分子)的长轴与基板表面构成的角度θ。再有，在本实施形态的液晶元件30中，必须将第1液晶区域27F定为展曲取向，为此，预倾角θ必须为0≤θ≤45°。这是因为，一般来说，在液晶分子的预倾角不到45°时，展曲取向一方的Gibbs自由能较低，较为稳定，如果预倾角超过45°，则弯曲取向一方较为稳定。
本实施形态的液晶元件30的特征在于在一方的取向膜26附近，第1液晶区域27F的液晶分子的预倾方向(第1方向)与第2液晶区域27S的液晶分子的预倾方向(第2方向)互不相同。再有，所谓预倾方向，如图1(d)中所示，在基板的主面上规定了X-Y-Z坐标系统的情况下，指的是由取向膜表面的取向约束力约束了取向的液晶分子32的长轴所取的方位角方向(方位角Ψ)。再有，由于液晶分子的预倾方向由取向膜表面的取向约束力来规定，故也有使用「预倾方向」这样的术语来表示取向膜的取向约束力的方向的情况。
上述的预倾方向和预倾角由与液晶层27相接地设置的取向膜23和26来规定。在本实施形态中，液晶分子32的预倾方向由取向膜23和26的摩擦来规定。
以下，参照图1(a)，说明取向膜23和26的摩擦。
在下侧基板24一侧的取向膜26上设置了在第1方向(图1(a)的箭头17方向)上被摩擦了的第1取向膜区域26F和在与第1方向不同的第2方向(箭头19方向)上被摩擦了的第2取向膜区域26S。如图1(a)中所示，将第2方向设定为与第1方向构成角度Ψ，在以后的实施例1中进行说明，但较为理想的是将Ψ设定在30°≤Ψ≤150°的范围内。第2取向膜区域26S具有在第2取向膜区域26S的摩擦方向(第2方向19)上延伸的条形形状。
如果采用在摩擦方向上延伸的条形形状的第2取向膜区域26S，则在取向膜上形成第2取向膜区域26S时使用的掩模的图形形成变得容易，此外，可得到能均匀地摩擦第2取向膜区域26S这样的效果。再有，本实施形态的第2取向膜区域26S的形状不限定于此，如在以后参照图7说明的那样，可取各种各样的形状。
此外，在1个像素中形成1个第2取向膜区域26S的情况下，如图1(a)中所示，较为理想的是，以横截像素的对置的长边的方式形成第2取向膜区域26S，进而在像素的大致中央部形成第2取向膜区域26S，使由该第2取向膜区域26S隔断的2个第1取向膜区域26F的面积大致为相同程度。由此，可进一步缩短液晶层的展曲-弯曲转移中所必要的时间。
再者，如果考虑展曲-弯曲取向转移核的有效的形成和显示面积的减少，则1个像素(例如80μm×240μm)中所占的第2取向膜区域26S的宽度w最好处于5μm～60μm的范围内。此外，如果将1个像素的面积定为1，则第2取向膜区域26S的面积最好约为1/48～1/4。
这样，在下侧基板24一侧的取向膜26中，在第1方向上摩擦与第1液晶区域27F相接的第1取向膜区域26F，在第1方向上约束第1取向膜区域26F附近的液晶分子的预倾方向。此外，在基板24一侧的取向膜26中，在第2方向上摩擦与第2液晶区域27S相接的第2取向膜区域26S，在第2方向上约束第2取向膜区域26S附近的液晶分子的预倾方向。
另一方面，在第1方向(箭头18方向)上摩擦了上侧基板21一侧的取向膜23的大致整个面。由此，在第1方向上约束取向膜23附近的液晶分子的预倾方向。由于取向膜23的摩擦方向与取向膜26的第1取向膜区域26F的摩擦方向平行，故在第1液晶区域27F中，在两方的取向膜23和26的附近，预倾方向为第1方向，第1液晶区域27F呈现展曲取向。
如上所述，通过摩擦取向膜23和26，在未施加电压时，如图1(b)中所示，在基板24一侧的取向膜26附近，第1液晶区域27F的液晶分子的预倾方向与第2液晶区域27S的液晶分子的预倾方向不连续，而且，可使第1液晶区域27F的液晶分子为展曲取向。如果对这样的液晶层27施加展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压，则第2液晶区域27S起到使第1液晶区域27F的液晶分子从展曲取向转移到弯曲取向的核(弯曲取向转移核)的作用，如图1(c)中所示，在第1液晶区域27F中高速且可靠地引起展曲-弯曲转移。
其次，说明上述的取向膜23和26的形成方法。首先，在上侧基板21的透明电极22上和下侧基板24的透明电极25上例如形成聚酰亚胺膜，在第1方向(箭头17、18方向)上摩擦取向膜23和26的大致整个面。对于取向膜26来说，进而以取向膜26的第1取向膜区域26F为掩模，使第2取向膜区域26S露出，在与第1方向构成角度Ψ的第2方向(箭头19方向)上摩擦。由此，在取向膜26中形成在第1方向上被摩擦了的第1取向膜区域26F和在与第1方向构成角度Ψ的第2方向上被摩擦了的第2取向膜区域26S。如上述那样形成取向膜23、26。
或者，在本实施形态的取向膜23和26中也可应用光取向膜。以下说明光取向膜的形成方法的一例。在上侧基板21的透明电极22上和下侧基板24的透明电极25上形成聚乙烯肉桂酸酯(PVCi)，都在第1方向上在整个面上进行摩擦。对于下侧基板24上的聚乙烯肉桂酸酯(PVCi)膜来说，如上所述那样在整个面上进行了摩擦后，只对第2区域26S照射深紫外(deepUV，波长为254nm)光。以下，一边参照图2、(b)、(c)、(d)和(e)，一边说明第2区域26S的形成方法。图2(b)是取向膜(PVCi膜)26的平面图，图2(c)和(d)是图2(b)的PVCi膜26的2c-2d中的剖面图。此外，图2(e)是示意性地示出图2(d)中的光的照射方向与取向膜26的高分子链的关系的图。
首先，对于图2(b)的第2区域26S来说，如图2(c)中所示，从正面方向以1J/cm2的光量照射s波的deepUV偏振光。利用该s波的deepUV偏振光的照射，切断在s波的振动方向上延伸的高分子链。其次，如图2(d)中所示，从倾斜方向(例如入射角为80°)以1J/cm2的光量对第2区域26S照射p波的deepUV偏振光。利用该p波的deepUV偏振光的照射，切断在p波的deepUV偏振光的振动方向上延伸的高分子链A(图2(e))，不切断在与p波的振动方向垂直地延伸的高分子链B(图2(e))，将其按原样留下。作为结果，在高分子链B的延伸的方向上产生液晶分子32的预倾方向。
如以上所述，通过适当地调整所照射的偏振光的方向等，控制取向膜26的第2区域的预倾方向，形成取向膜23、26。
为了确认本实施形态的液晶元件30的液晶层27的取向状态，进行了液晶层27的偏振光显微镜观察。如果在正交尼科耳棱镜下使起偏振片的方向与摩擦方向一致来观察，则第1液晶区域27F在消光位上被看成黑色。由此，在第1液晶区域27F中，液晶分子的方向与起偏振片的方向一致，确认了液晶分子取展曲取向。
与此不同，在第2液晶区域27S中，不存在消光位，观察到入射的偏振光发生了旋光。由此，在第2液晶区域27S中确认了液晶分子取扭曲取向。
再有，在本实施形态中，说明了在未施加电压时第1液晶区域27F呈现展曲取向、第2液晶区域27S呈现扭曲取向的例子，但本发明的液晶元件的取向状态不限定于此。如果在至少一方的取向膜的表面上第1液晶区域与第2液晶区域的预倾方向互不相同，则可使第2液晶区域27S起到弯曲取向转移核的作用，可得到同样的效果。
再有，在本实施形态中，在下侧基板24一侧的取向膜26的像素内设置了作为预倾方向不连续的区域的第2取向膜区域26S，但第2取向膜区域26S的配置不限定于此。例如，可在上侧基板21一侧的取向膜23上设置该第2取向膜区域，也可在上侧基板21的取向膜23和下侧基板24的取向膜26的两者上设置该第2取向膜区域。此外，也可在像素外设置第2取向膜区域。
再者，在本实施形态中，在上侧基板21和下侧基板24这两者上分别设置了取向膜23和26，但如果在至少一方的基板上设置取向膜，则可得到与本发明同样的效果，可适当地省略某一方的取向膜。
此外，如果在本实施形态的液晶元件的液晶层27中添加手性剂，则可更有效地使液晶层27的第2液晶区域27S起到弯曲取向转移核的作用。特别是在后面的实施例2中将要详细地叙述，在将液晶层的厚度定为d、将添加了手性剂的液晶层的自然手性间距定为p的情况下，如果这样来决定手性剂的添加量，使得比值d/p被设定在0＜d/p＜0.50的范围内，则可使液晶层27的第2液晶区域27S起到极为有效的弯曲取向转移核的作用，同时在实际上驱动液晶显示装置使之进行白显示时，可抑制透射率的下降。
再者，如果更为理想地将手性剂的添加量设定在0＜d/p≤0.15的范围内，则在实际上驱动液晶显示装置使之进行白显示时，与没有手性剂的液晶样品相比，可作成几乎没有透射率的下降的装置。
以下，说明本发明的实施例1和2。
(实施例1)本实施例1的液晶显示装置具有与参照图1和图2(a)已说明过的实施形态的液晶显示装置40同样的结构，用与上述实施形态同样的方法来制作。但是，在本实施例1中，使下侧基板24的取向膜26的第2取向膜区域26S(摩擦方向的不连续的区域)的摩擦方向以各种方式变化，制作了多个液晶显示装置。
具体地说，使取向膜26的第1摩擦方向(图1(a)的箭头17、18方向)与第2摩擦方向(箭头19方向)构成的角度Ψ在30°以上至150°以下的范围内变化，制作了下述的表1中示出的5个液晶显示装置(样品#11～#15)。再有，如图1(a)中所示，第2取向膜区域26S具有在第2取向膜区域26S的摩擦方向上延伸的条形形状。此外，下侧基板24一侧的取向膜26的第1取向膜区域26F的摩擦方向(箭头17方向)与上侧基板21一侧的取向膜23的摩擦方向(箭头18方向)互相平行。
再者，为了比较起见，也与本实施例1的样品同样地制作了上述角度Ψ处于上述30°≤Ψ≤150°的范围外的3个液晶显示装置(样品#201～#203)和完全未设置第2取向膜区域26S那样的区域的液晶显示装置(样品#204)。再有，样品#201的第1取向膜区域26F的摩擦方向(箭头17方向)与上侧基板21一侧的取向膜23的摩擦方向(箭头18方向)为正相反对的方向。
表1

在表2中示出对上述样品#11～#15和比较样品#201～#204施加了6V、1kHz的矩形波的电压时的观察结果。此外，分别在图3和图4中示意性地示出电压施加时的本实施例的样品#14和比较例的样品#204的液晶层的观察结果。
表2

根据表2和图3，对于本实施例的样品#11～#15来说，利用约6V的电压施加，第2液晶区域起到使第1液晶区域有效地进行展曲取向-弯曲取向转移的核的作用，再者，可知在第1液晶区域中发生的弯曲取向区域扩大了。特别是关于本实施例的样品#12～#14，如图3中所示，从第2液晶区域的大致整个面起发生弯曲取向核，与#11和#15相比，可知起到了更加有效的作用。
与此不同，如表2和图4中所示，关于比较样品#201和#204，完全不发生弯曲取向转移核。此外，关于比较样品#202和#203，从第2液晶区域的很少的一部分起发生弯曲取向转移核，但在第1液晶区域中呈现弯曲取向的区域不扩大。因而，关于比较样品#201～#204，都不能说第2液晶区域起到弯曲取向转移核的作用。
图5是示意性地示出第2液晶区域起到弯曲取向转移核的作用的机理，(a)示出未施加电压时的情形，(b)示出施加电压时的情形。如图5(a)中所示，在未施加电压时，在取向膜26附近，第2液晶区域27S的液晶分子沿第2取向膜区域26S的摩擦方向(第2方向)取向，该第2方向与第1取向膜区域26F的摩擦方向(第1方向)不同。此外，第1液晶区域27F呈现展曲取向，第2液晶区域27S呈现扭曲取向。
如果对这样的液晶层27施加展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压，则首先对于第2取向膜区域26S附近的第1液晶区域27F的液晶分子52来说，变形最集中。因而，如图5(a)中所示，上述液晶分子52以与第2取向膜区域26S附近的第2液晶区域27S的液晶分子54的取向方向匹配的方式旋转，以使该变形得到缓解。在该液晶分子52的转矩的作用下，第1液晶区域27F的液晶分子想要从取向膜26朝向取向膜23的方向旋转。该旋转角依赖于第2取向膜区域26S的摩擦方向与第1取向膜区域26F的摩擦方向构成的角度Ψ(30°≤Ψ≤150°)。此时，由于施加电压为临界电压Vcr以上，故第1液晶区域27F的液晶分子转移到弯曲取向与返回到展曲取向相比在能量方面变得较稳定。由此，如图5(b)中所示，有效地发生了弯曲取向区域42，弯曲取向区域在展曲取向区域44内扩大了。
与此不同，如比较例的样品#201和#204那样，在完全不存在第2液晶区域的情况下，液晶层整体的液晶取向如图6中所示为展曲取向的原有状态，不形成弯曲取向转移核，从而不变化。此外，如比较例的样品#202和#203那样，如果第1取向膜区域26F的摩擦方向与第2取向膜区域26S的摩擦方向接近，则由于第1液晶区域27F的预倾方向与第2液晶区域27S的预倾方向接近，故不能使展曲取向的变形集中部的液晶分子旋转足够的角度，减弱了作为弯曲取向转移核的作用。
在本实施例中，说明了只在下侧基板24一侧的取向膜26上设置了条状的第2取向膜区域26S的液晶显示装置，但第2取向膜区域的配置不限定于此。也可在上侧基板21的取向膜23和下侧基板24的取向膜26的两者上设置该第2取向膜区域。
以下，参照图7，说明在取向膜23和取向膜26上设置该第2取向膜区域的例子。将在取向膜23上设置的第2取向膜区域定为第2取向膜区域23S。
图7(A)～(F)示出各种各样的例子的取向膜23和26的透射平面图。箭头18示出在上侧基板21上设置的取向膜23的第1取向膜区域的摩擦方向，箭头17示出在下侧基板24上设置的取向膜26的第1取向膜区域的摩擦方向。这些方向都是平行的。此外，箭头48示出在上侧基板21上设置的取向膜23的第2取向膜区域23S的摩擦方向，箭头47示出在下侧基板24上设置的取向膜26的第2取向膜区域26S的摩擦方向。
在图7(A)、(B)和(C)中示出的取向膜中，第2取向膜区域23S和第2取向膜区域26S具有横截像素的条形形状。此外，在图7(D)和(E)中示出的取向膜中，第2取向膜区域23S和第2取向膜区域26S具有连接了多个条形的形状。再有，在图7(A)～(E)中示出的取向膜中，第2取向膜区域23S和第2取向膜区域26S的摩擦方向与条形的延伸方向平行。
此外，在图7(F)中第2取向膜区域23S和第2取向膜区域26S具有带有某种曲率的形状。在图7(F)的情况下，第2取向膜区域的在某个点上的接线的倾斜方向与第2取向膜区域的摩擦方向构成的角度Ψ最好处于上述的30°≤Ψ≤150°的范围内。虽然参照图7说明了第2取向膜区域23S和26S可采取的形状的例子，但怎样的形状为最佳，根据显示装置的像素尺寸或像素的形状等，以在最短时间内完成至弯曲取向的转移的方式适当地决定即可。
再有，如图7(A)～(F)中所示，第2取向膜区域23S和26S在x-y平面内(参照图7的xyz坐标)，即在基板21和24的法线方向上最好不重叠而互相偏移。第2液晶区域27S呈现扭曲取向与呈现展曲取向相比，可起到有效的弯曲取向转移核的作用。因而，如果如上所述那样第2取向膜区域23S和26S互相偏移，则由于可使第2液晶区域27S为扭曲取向，故是较为理想的。偏移量的最佳值最好依赖于液晶面板的像素尺寸和开口率等适当地决定。
(实施例2)在本实施例2中，使对液晶层添加的手性剂的量以各种方式变化，用与实施形态同样的方法来制作与上述的实施形态同样的液晶显示装置40。具体地说，制作了液晶元件30的液晶层的厚度d和添加了手性剂的液晶层的自然手性间距p的比为下述的表3中示出的4个液晶显示装置(样品#31～#34)。将本实施例2的样品中的d/p的值设定在0以上至不到0.50的范围内。
在本实施例2的液晶元件中，如图9中所示，只在下侧基板24的取向膜26上设置了第2取向膜区域26S。此外，在取向膜26中，第2取向膜区域26S的摩擦方向19与第1取向膜区域26F的摩擦方向17构成的角度Ψ被设定为120°，第2取向膜区域26S具有与该摩擦方向19平行地延伸的条形形状，具有50μm的宽度。此外，基板21、24和取向膜23、26的尺寸为纵向20mm×横向10mm。
再者，为了比较起见，也用与本实施例2的样品同样的方法制作了上述d/p的值处于上述范围以外的2个液晶显示装置(样品#401和#402)。
表3

对上述样品#31～#34及比较样品#401和#402，施加了6V、1kHz的矩形波的电压，进行了偏振光显微镜观察。在正交尼科耳棱镜中配置起偏振片，在常白的工作下进行由偏振光显微镜进行的观察。在表4中示出该观察结果。此外，在表5中示出在使整个液晶层进行了弯曲转移后切断上述6V、1kHz的矩形波的施加电压(电压0)时的观察结果。再有，在施加电压为0时，弯曲取向瞬时地(几十msec)变形为180°扭曲取向。
再者，在图8中示意性地示出上述电压施加时和切断了施加电压时的观察结果。在图8中，以实施例2为代表，示出样品#31和#33，以比较例的样品为代表，示出样品#401。图8(A)、(B)、(C)示出施加了6V、1kHz的矩形波的电压时的状况，图8(D)、(E)、(F)示出在使整个面进行了弯曲转移之后、切断了该施加电压时的状况。图8(A)、(D)示出本实施例的样品#31，图8(B)、(E)示出本实施例的样品#33，图8(C)、(F)示出比较例的样品#401。
再者，在表6中示出从对本实施例的样品#31～#34及比较样品#401和#402施加了6V、1kHz的矩形波的电压的瞬间起到液晶层的整体转移到弯曲取向为止所花费的时间。此外，在表7中示出在使液晶层的整体进行了弯曲转移之后在切断了上述6V、1kHz的矩形波的电压时从切断了电压的瞬间起到液晶层的整体返回到展曲取向为止所花费的时间。
表4

表5

表6

表7

从表4和表6可知，对于本实施例的样品#31～#34来说，由于约6V的电压施加的缘故，第2液晶区域成为核，在第1液晶区域中有效地进行了弯曲取向转移，但弯曲取向区域的行进速度有所不同。具体地说，如果增加手性剂的添加量，即，可知如果盒厚d与液晶层的手性间距p的比值d/p增加，则弯曲取向区域的扩大速度变快。
与此不同，如果添加手性剂直到比较样品#401和#402那样的程度，则从未施加电压的初始状态起，液晶分子呈现了从取向膜23朝向取向膜26的方向液晶分子的长轴方向扭曲180°这样的180°扭曲取向。在从未施加电压的初始状态起液晶层呈现180°扭曲取向的情况下，如果施加电压，则液晶层从180°扭曲取向连续地变化为弯曲取向，不需要至弯曲的转移。但是，如果实际上驱动这样的液晶显示装置，则在黑显示时没有问题，但在白显示时在几～几十msec这样的短时间内，液晶层从弯曲取向转移到扭曲取向，存在透射率大幅度地下降的问题。因而，为了使弯曲转移变得容易，手性剂的添加量多(d/p大)是较为理想的，但如果从实际驱动中的白显示时的透射率(面板的亮度)这样的观点来看，手性剂的添加量以少为宜。
此外，从表5和表7可知，本实施例的样品#31～#34在切断了电压时，随时间的流逝返回到展曲取向，但比较样品#401和#402仍保持180°扭曲取向，不返回到展曲取向。因而，为了加长液晶层从弯曲取向返回到展曲取向的时间，可知手性剂的添加量多(d/p大)是较为理想的。
如以上已说明的那样，通过比较考虑电压施加时(表4和表6)和切断了电压时(表5和表7)中的结果，可得出以下的结论手性剂的添加量的优选的范围是满足0≤d/p＜0.50的范围。
(实施形态2)在本发明的实施形态2的液晶显示装置中，在第2液晶区域的整个区域中在Vcr以上的电压施加时可与弯曲取向连续地联结的TN取向被陷获。在本说明书中，TN取向指的是扭曲角为30°以上至150°以下、更为理想的为处于70°以上至110°以下的范围的扭曲取向。在以下的说明中，例示扭曲角为90°的情况。
在实施形态2的液晶显示装置中，上述第2液晶区域的整个区域在液晶显示装置的实际驱动时(Vcr以上的电压施加时)成为第1液晶区域进行展曲-弯曲取向转移用的转移核。因而，与实施形态1的液晶显示装置相比，可更加可靠且高速地实现第1液晶区域的展曲-弯曲取向转移。
为了形成上述第2液晶区域，例如在使第1液晶区域的大致整体进行了弯曲取向后，可使用从弯曲取向经过π扭曲取向使之成为展曲取向的取向更新工序。该取向更新工序例如通过对液晶层在规定的时间内施加Vcr的2倍以上的高的电压来进行。
或者，通过对液晶材料添加规定量的手性剂，也可形成上述第2液晶区域。
以下，参照附图，具体地说明实施形态2的液晶显示装置。
〔取向更新处理〕首先，说明应用取向更新工序形成上述第2液晶区域的情况。
由于实施形态2的液晶显示装置40和液晶显示装置40所具备的液晶元件30的结构分别与图2(a)中示出的实施形态1的液晶显示装置40和液晶显示装置40所具备的液晶元件30的结构是同样的，故省略其说明。再有，以下为了简单起见，说明液晶元件30的1个像素。
图10是从基板的法线方向看实施形态2的液晶显示装置40所具备的液晶元件30的1个像素时的平面图。
如图10中所示，液晶元件30的液晶层27具有第1液晶区域27F和第2液晶区域27S。第2液晶区域27S例如存在于像素内的外缘部，而且，具有以将像素一分为二的方式横截像素的中央附近的条形形状。由此，在1个像素内形成用第2液晶区域27S包围其周围的2个第1液晶区域27F。再有，第2液晶区域27S也可存在于像素外。
对于液晶层27来说，由与液晶层27相接地设置的取向膜23和26的表面的取向约束力约束了其取向。在图10的情况下，对于取向膜23和26来说，例如通过摩擦规定了液晶分子的预倾方向和预倾角。
下侧基板24的取向膜26的第1取向膜区域26F的摩擦方向(第1方向)17与取向膜26附近的第1液晶区域27F的预倾方向平行，取向膜26的第2取向膜区域26S的摩擦方向(第2方向)19与取向膜26附近的第2液晶区域27S的预倾方向平行。如图10中所示，在液晶元件30中，在下侧基板24的取向膜26附近，第1液晶区域27F的预倾方向与第2液晶区域27S的预倾方向互相正交。
上侧基板的取向膜23的大致整个面相对于下侧基板的取向膜26的第1取向膜区域26F的摩擦方向17(第1方向)平行地被摩擦。在图10中用参照号码18示出了该上侧基板的取向膜23的摩擦方向。
第1液晶区域27F在未施加电压时呈现展曲取向，第2液晶区域27S在未施加电压时呈现TN取向(90°扭曲取向)。如果施加展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压，则第1液晶区域27F呈现弯曲取向，使用该弯曲取向状态的第1液晶区域27F进行液晶显示装置17的显示。
如在实施形态1中已说明的那样，在第2液晶区域27S被施加了展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压时，成为第1液晶区域27F的展曲-弯曲取向转移的核。
以下，参照图11、图12和图13，详细地说明取向更新工序。图11、图12和图13都是示出液晶层27的取向状态的图。图11和图12示出了在液晶显示装置的实际驱动前进行的取向更新工序中的液晶层的取向状态，图13示出了进行取向更新工序后的实际驱动时的液晶层的取向状态。在图11、图12和图13的各图中，用粗线示出向错线。但是，也用相同的粗线示出了像素的外延。在此，例示在液晶材料中未添加手性剂的情况，但如后述那样，通过调整手性剂的种类(旋转方向)和添加量，可使被向错线包围的区域的TN取向变得稳定。
在液晶显示装置的实际的驱动前，最少进行一次图11和图12中示出的取向更新工序。
如果在对置的电极基板5与6之间注入液晶，则如图11(a)中所示，液晶层27的第1液晶区域27F呈现展曲取向，第2液晶区域27S呈现90°扭曲取向(TN取向)。在呈现TN取向的第2液晶区域27S中形成多条向错线。
对图11(a)中示出的液晶层27施加高电压。施加电压最好为Vcr的2倍以上的高的电压。由于在实测中液晶材料的Vcr为2.3V，故在本实施形态中，例如定为8V。如果施加电压，则如图11(b)中所示，在第2液晶区域27S内，被向错线包围的TN取向区域成为转移核，接近于该转移核的第1液晶区域27F变形为弯曲取向。伴随朝向该弯曲取向的变形，向错线在第1液晶区域27F内部移动。
以下，参照图11(d)和图36(a)、(b)，详细地说明图11(a)和(b)中的液晶层的取向状态。图11(d)是用图11(a)的虚线包围的区域11A的部分放大图。
在图11(a)中示出的未施加电压时，第2液晶区域27S的整个面呈现TN取向，但其中存在2种不同的取向状态。如图11(a)和(d)中用①所示那样，一方是在用向错线包围其周围的区域中存在的取向状态，另一方是经向错线与①邻接的、用②示出的区域中存在的取向状态。
在作为TN取向区域的第2液晶区域27S中，两基板界面附近的液晶分子的取向方向由图11(d)中示出的摩擦方向18(上侧基板21的取向膜23的摩擦方向)和19(下侧基板24的取向膜26的摩擦方向)来约束。因而，在第2液晶区域27S的液晶取向状态中存在左旋90°扭曲和右旋90°扭曲。根据偏振光显微镜观察的结果确认了，区域①是左旋90°扭曲取向，区域②是右旋90°扭曲取向。再有，图11(d)的区域①和区域②中分别示意性地示出下侧基板的取向膜26附近的液晶分子68a和上侧基板的取向膜23附近的液晶分子68b。在区域①中示出了液晶分子从上侧基板朝向下侧基板左旋扭曲了90°的状态，在区域②中示出了液晶分子从上侧基板朝向下侧基板右旋扭曲了90°的状态。
在上述中，说明了区域①和②的扭曲方向不同，但实际上也存在倾角的差别。接着，参照图36(a)和(b)，说明倾角。图36(a)、(b)分别是示意性地示出区域①和②的液晶分子的取向状态的图。在这些图中，解开液晶分子的扭曲，只着眼于倾斜状态而在2维平面上示出。
如图36(a)中所示，区域①的液晶分子从上侧基板21到下侧基板24处于倾斜方向为均匀的倾斜(一致倾斜)状态，所谓一致倾斜状态，如图36(a)中所示，指的是如果单侧基板(例如上侧基板21)界面的液晶分子68b的头53a朝向液晶盒内部，则相反一侧基板(例如下侧基板24)界面的液晶分子68a的头54a与基板面接触那样的取向状态。
另一方面，如图36(b)中所示，区域②的液晶分子处于在液晶层27的中央部集中了展曲变形的倾斜(展曲倾斜)状态。所谓展曲倾斜状态，如图36(b)中所示，指的是如果单侧基板(例如上侧基板21)界面的液晶分子68b的头53b朝向液晶盒内部，则相反一侧基板(例如下侧基板24)界面的液晶分子68a的头54b也朝向液晶盒内部那样的取向状态。即，是展曲变形集中于液晶层的中央附近的液晶分子68c那样的取向状态。
利用连续的变形(弯曲、扭曲、展曲)使处于一致倾斜状态的液晶分子和处于展曲倾斜状态的液晶分子成为相同的状态是不可能的。因而，用清晰的向错线隔开区域①和②。
如果解开液晶分子的扭曲，只着眼于倾斜状态，则π扭曲取向和弯曲取向是与上述的区域①同样的一致倾斜状态，这些取向在相位几何学(拓扑学)中是同类的。因而，由于区域①可连续地(平滑地)变形为π扭曲取向或弯曲取向，故区域①起到弯曲转移核的作用。与此不同，区域②处于展曲倾斜状态，为了将其变形为π扭曲取向或弯曲取向，必须经过形成区分等的取向不连续点的过程。因而，区域②不能成为弯曲转移核。
如以上已说明的那样，在图11(a)中，第2液晶区域27S内的一部分中存在的区域①起到弯曲转移核的作用。因而，如果施加高电压，则如图11(b)中所示，第2液晶区域27S内的一部分区域①成为转移核，第1液晶区域27F变形为弯曲取向。
如果从施加高电压起经过规定的时间，则如图11(c)中所示，第1液晶区域27F完全变形为弯曲取向。在第1液晶区域27F完全变形为弯曲取向后，停止电压施加。
在停止了高电压施加后，如果经过几十～一百几十msec的时间，则如图12(a)中所示，第1液晶区域27F的大致整体变形为π扭曲取向。
其后，如果再经过规定的时间，则如图12(b)中所示，从呈现了π扭曲取向的第1液晶区域27F的一部分中发生展曲取向区域。该展曲取向区域伴随向错在呈现了π扭曲取向的第1液晶区域27F内扩展，π扭曲取向在第1液晶区域27F内逐渐地缩小。
如果停止高电压施加后经过充分的时间，则如图12(c)中所示，在第1液晶区域27F内朝向第2液晶区域27S移动的向错线在第1液晶区域27F与第2液晶区域27S的边界处停止。第1液晶区域27F的大致整体呈现展曲取向，π扭曲取向从第1液晶区域27F中消失。此时，π扭曲取向在第2液晶区域27S内的整个区域中作为可在电压施加时(特别是Vcr以上的电压施加时)与弯曲取向连续地联结的TN取向(90°扭曲取向)被陷获。与图11(d)的区域①同样，第2液晶区域27S内的整个区域的扭曲方向是左旋90°，是一致倾斜状态(图36(a))。因而，第2液晶区域27S的整个区域成为弯曲转移核。
在上述的说明中，所谓「陷获」，意味着「封闭地使其保持」，所谓「π扭曲取向在第2液晶区域27S内的整个区域中作为可在电压施加时(特别是Vcr以上的电压施加时)与弯曲取向连续地联结的TN取向(90°扭曲取向)被陷获」，意味着在TN取向区域(第2液晶区域27S)的整个区域中将可与π扭曲取向连续地(平滑地)联结的扭曲取向作为90°扭曲取向封闭而且使其保持在该位置上。此外，在上述的说明中，所谓「可连续地联结」，表示TN取向区域可不经π扭曲取向区域和向错线等的取向不连续点而相接。
如图12(b)中所示，在电压关断的状态下，在第1液晶区域27F(平行摩擦区域，即上侧基板21的取向膜23的摩擦方向与下侧基板24的取向膜26的摩擦方向平行)中，由于展曲取向比π扭曲取向在能量方面较稳定，故π扭曲取向区域伴随展曲取向区域的扩大而缩小。此时，如果在液晶层中不存在TN取向，则π扭曲取向(或可与其连续地联结的扭曲取向)区域伴随展曲取向区域的扩大而缩小，最终消失。但是，通过如本实施形态那样在液晶层内预先设置TN取向区域(第2液晶区域27S)，如图12(c)中所示，π扭曲取向(或可与其连续地联结的扭曲取向)被该TN取向区域吸收。由此，该π扭曲取向最终不会消失，而是作为可与π扭曲取向连续地联结的90°扭曲取向封闭在TN取向区域27S中，而且被保持在该位置上。
进行了以上已说明的取向更新处理后，如果为了进行显示而施加Vcr以上的电压，则与不进行取向更新处理而施加Vcr以上的电压相比，第2液晶区域27S成为更有效的转移核，第1液晶区域27F可更高速且可靠地进行展曲-弯曲取向转移。以下，参照图13(a)～(c)，说明为了进行显示而施加Vcr以上的电压后的液晶层27的取向状态的变化。
如果对进行了上述的取向更新处理的液晶层(图13(a))27施加Vcr以上的电压，则如图13(b)中所示，呈现了TN取向的第2液晶区域27S的整个区域成为转移核，第1液晶区域27F进行展曲-弯曲转移。由于第2液晶区域27S的整个区域成为转移核，故与不进行取向更新处理而施加了实际驱动用的电压的情况相比，可高速且可靠地引起该展曲-弯曲转移。伴随该展曲-弯曲转移，在第1液晶区域27F与第2液晶区域27S的边界处存在的向错线朝向第1液晶区域27F内部移动。如果从电压施加起经过规定的时间，则如图13(c)中所示，第1液晶区域27F的大致整体转移为弯曲取向。
在上述的说明中，说明了第2液晶区域27S在图11(b)中呈现弯曲取向，在图12(b)中呈现π扭曲取向，但弯曲取向与π扭曲取向是基本上相同的取向状态，根据施加电压的大小而改变了名称。即，在施加电压为0V～不到Vcr时，称为π扭曲取向，在施加电压为Vcr以上时，称为弯曲取向。因而，在第2液晶区域27S中被陷获了的TN取向在未施加电压时(电压关断时)成为「与π扭曲取向连续地联结」那样的表现，在Vcr以上的电压施加时，成为「与弯曲取向连续地联结」那样的表现。
以下，参照图10，说明取向膜23和26的摩擦。
在下侧基板24一侧的取向膜26中设置了在第1方向(图10的箭头17方向)上被摩擦了的第1取向膜区域26F和在与第1方向不同的第2方向(箭头19方向)上被摩擦了的第2取向膜区域26S。第2方向如图10中所示，被设定为与第1方向构成约90°的角度。
第2取向膜区域26S最好被形成为包围第1取向膜区域26F的整个周围。例如，如图10中所示，在1个像素中形成面积大致相等的2个分离的第1取向膜区域26F，而且，将第2取向膜区域26S设置为包围该2个第1取向膜区域26F。在第2取向膜区域26S为图10中示出的形状的情况下，与例如第2取向膜区域26S为图1中示出的形状的情况相比，可进一步缩短在使第1液晶区域27F成为弯曲取向所需的时间。
此外，例如在工艺方面难以用第2取向膜区域26S包围第1取向膜区域26F的方式来形成的情况下，也可沿第1取向膜区域26F的一个边形成第2取向膜区域26S。例如，如图14(a)中所示，第2取向膜区域26S具有条形形状，在像素的2个短边附近和像素的中央附近这3个部位上进行设置。
或者，也可将第2取向膜区域26S设置成点状。如图14(b)中所示，第2取向膜区域26S例如具有正方形形状，在像素的中央附近和像素的2个短边的各自的中央附近这3个部位上进行设置。即使在各取向膜区域具有图14中示出的形状的情况下，也可缩短在使第1液晶区域27F成为弯曲取向所需的时间。再有，第2取向膜区域26S的形状等不限定于上述的形状，可与面板的设计相一致地适当加以决定。
如在实施形态1中已说明的那样，1个像素(例如80μm×240μm)中所占的第2取向膜区域26S的宽度w最好处于5μm～60μm的范围内。此外，如果将1个像素的面积定为1，则第2取向膜区域26S的面积最好约为1/48～1/4。在第2取向膜区域26S的尺寸处于上述范围的情况下，由于利用取向更新处理在第2液晶区域27S的整个面上可使180°扭曲取向作为90°扭曲取向有效地陷获，故可使第2液晶区域27S作为有效的转移核起作用。
其次，说明取向膜23和26的制作方法。再有，在以下的说明中，第1取向膜区域26F和第2取向膜区域26S不限于图10中所示那样配置的取向膜，说明各取向膜区域具有各种各样的形状的取向膜的制作方法。再有，本实施形态2的取向膜也可利用实施形态1中已说明的方法来制作。也可利用以下说明的方法来制作实施形态1的取向膜。
首先，在上侧基板21的透明电极22上形成取向膜23，在下侧基板24的透明电极25上形成取向膜26。例如使用聚酰亚胺膜作为取向膜23和26。在第1方向(箭头18和17的方向)上摩擦该取向膜23和26的大致整个面。
对取向膜26再进行使用了掩模的摩擦处理。以下，参照图15(a)～(c)，说明取向膜26的摩擦处理。再有，图15(a)～(c)中示出的掩模65只图示了一部分的开口部。开口部的1个可与1个像素相对应，多个开口部也可与1个像素相对应。
首先，在取向膜26上放置开出了物理的狭缝(空间)的塑料制的掩模65。该物理的掩模不限定于塑料制的，可以是金属制的，也可以是玻璃基板。此外，与所希望的第2取向膜区域26S的形状等对应地适当决定狭缝的形状等。与所希望的第2取向膜区域26S的形状相对应，狭缝可以是图15(a)中示出的平行的多个条状、图15(b)中示出的配置成矩阵状的点状、或图15(c)中示出的配置成矩阵状的四边形形状。也可使用图示以外的具有各种各样形状的微细的狭缝的掩模。掩模的厚度例如约为50μm。
在取向膜26上放置并固定了塑料制的掩模24后，使与狭缝部分对应的取向膜的区域露出，在与第1方向构成90°的角度的第2方向(箭头19方向)上摩擦。由此，在取向膜26上形成在第1方向上被摩擦了的第1取向膜区域26F和在与第1方向构成90°的角度的第2方向上被摩擦了的第2取向膜区域26S。
如上述那样形成取向膜23、26。
例如，也可利用以下说明的方法形成取向膜26。再有，图15(d)中示出的取向膜26可与1个像素相对应，也可与多个像素相对应。
在第1方向(箭头17方向)上摩擦了取向膜26的大致整个面后，进而如图15(d)中所示，使用具有微细的周期性的凹凸形状的不锈钢制的滚筒55，有选择地在箭头19的方向(第2方向)上摩擦取向膜26的规定的区域。
滚筒的材质不限于不锈钢制的，也可以是塑料制或其它的材质。将图15(d)中示出的不锈钢制的滚筒55加工成具有微细的多个凹凸。例如，凸部的宽度w为10μm，凸部相互间的间隔Δ为100μm，对于凸部的除此以外的部分的高度h为300μm。再有，凸部的宽度w、凸部相互间的间隔Δ、凸部的高度h不限于上述的值，可根据实际上制作的液晶显示装置的像素设计、所希望的第2取向膜区域26S的形状、生产工艺上的合格品率或成品率等适当地决定。
从不锈钢制的滚筒55的凸部正好与取向膜26接触时起，在凸部压入取向膜26中约50μm的位置上固定滚筒55的旋转轴。一边使该滚筒55以每分钟500转(500rpm)的转数旋转，一边在滚筒55下以1.0cm/s的移动速度使取向膜26通过。如果进行这样的处理，则在取向膜26上有选择地在箭头19的方向上磨削(摩擦)不锈钢制的滚筒55的凸部压入了的区域，形成第2取向膜区域26S。
此外，由于凸部的朝向取向膜表面的压入量为50μm，凸部的高度h为300μm，故不锈钢制的滚筒55的邻接的凸部的间隙部分通过的区域不与滚筒接触，保持了起先进行的箭头17方向的摩擦，该部分成为图像显示中使用的第1取向膜区域26F。
如上述那样形成取向膜26。
或者，也可应用半导体工序中使用的光刻工艺来制作本实施形态的取向膜26。以下，参照图16说明使用了光刻工艺的掩模摩擦的一例。再有，图16中示出的光掩模60只图示了一部分的开口部。开口部的1个可与1个像素相对应，多个开口部也可与1个像素相对应。
如图16(a)中所示，在第1方向(箭头17方向)上摩擦了取向膜26的大致整个面后，如图16(b)中所示，在取向膜26上涂敷正型的光致抗蚀剂29。进行了预烘烤后，如图16(c)中所示，经光掩模60进行UV照射，浸渍在显影液中。其后，进行后烘烤以使抗蚀剂61坚固。
利用上述工序，如图16(d)中所示，有选择地使最终成为第2取向膜区域26S的规定的区域露出，在与第1方向构成90°的角度的第2方向(箭头19方向)上摩擦，剥离抗蚀剂61。根据以上所述，在取向膜26上形成在第1方向上被摩擦了的第1取向膜区域26F和在与第1方向构成90°的角度的第2方向上被摩擦了的第2取向膜区域26S。如上述那样形成取向膜26。
取向膜23和26也可以是光取向膜。以下，参照图17～图20说明光取向膜的形成方法的一例。再有，图17中示出的光掩模62只图示了一部分的开口部。1个开口部可与1个像素相对应，多个开口部也可与1个像素相对应。
首先，在上侧基板21的透明电极22上和在下侧基板24的透明电极25上分别形成由聚乙烯肉桂酸酯(PVCi)构成的取向膜23和26。接着，关于取向膜23，对整个面照射非偏振光的UV。另一方面，关于取向膜26，如图17中所示，经光掩模62照射非偏振光的UV，使其有选择地对最终成为第1取向膜区域的区域进行光照射。
作为光掩模62，如图17中所示，使用了将多个正方形的开口部设置成矩阵状的掩模，但开口部的形状等可根据所希望的第2取向膜区域26S的形状等适当地决定。UV照射量例如在254nm的波长下定为60J/cm2。
如上述那样进行了光照射后，对取向膜23和26的整个面进行摩擦处理。
如果使用所得到的取向膜23和26来制作液晶显示元件，则第1液晶区域27F沿摩擦方向为单轴取向，第2液晶区域27S为TN取向(90°扭曲取向)。此外，第1液晶区域27F的取向膜26附近的预倾方向与第2液晶区域27S的取向膜26附近的预倾方向大致构成90°。
以下一边参照图18～图20，一边说明各液晶区域27F、27S如上所述那样取向的原因。图19(a)示意性地示出了在基板上形成的取向膜23、26的分子结构。图19(b)和(c)的左半部分示意性地示出了取向膜23和取向膜26的第1取向膜区域26F的分子结构，(b)和(c)的右半部分示意性地示出了取向膜26的第2取向膜区域26S的分子结构，(d)示意性地示出了(c)中的液晶分子的取向状态。
如图18(上侧)和图19(a)中所示，聚乙烯肉桂酸酯(PVCi)膜由主链部和与其正交的侧链部构成。在对其照射偏振光UV的情况下，如图18(下侧)中所示，在侧链部的延伸方向与偏振方向一致的情况下，已知有选择地进行光二聚反应。其结果是，液晶分子在与偏振光UV方向正交的方向，即与主链平行的方向上取向。
另一方面，如果照射非偏振光UV，则如图19(b)的左图中所示，在全方位上进行光二聚反应。如果对该在全方位上进行了光二聚反应的取向膜进行摩擦处理，则如图19(c)的左图中所示，由于PVCi的主链在摩擦方向上排列，故作为结果，如图19(d)的左图中所示，液晶分子就在摩擦方向上取向。
与此不同，如图19(b)的右图中所示，如果不对取向膜照射UV而进行摩擦处理，则如图19(c)的右图中所示，PVCi的主链在摩擦方向上排列，但侧链为未反应的，故作为结果，如图19(d)的右图中所示，液晶分子就在与摩擦方向正交的方向上取向。
考虑以上的情况，采用参照图17已说明的方法对取向膜26进行光照射，如图20中所示，形成具有第1取向膜区域26F和第2取向膜区域26S的取向膜26。如以上所述那样形成光取向膜23、26。
如以上已说明的那样，可使用各种各样的方法形成取向膜23、26。
如果对本实施形态的液晶元件的液晶层27添加手性剂，则能更可靠地在电压施加时使第2液晶区域27S起到向弯曲取向的取向转移核的作用。
关于手性剂的添加量，如例如在实施例1中已说明的那样、此外，如后述的实施例3中说明的那样，在将液晶层的厚度定为d、将添加了手性剂的液晶层的自然手性间距定为p的情况下，最好将该比值d/p设定在0≤d/p＜0.50的范围内。
由于在上述的范围内将手性剂的添加量抑制得较少，故在实际上驱动液晶显示装置使其进行白显示时，可抑制透射率的下降或视角特性的非对称性。
更为理想的是，如果将手性剂的添加量设定在0＜d/p≤0.15的范围内，在实际上驱动液晶显示装置使其进行白显示时，与没有手性剂的液晶样品相比，可以几乎没有透射率的下降。即，按照本实施形态，可满足用现有的方法不能解决的弯曲转移的可靠性和光学特性的维持这样的不能相容的2个条件。
在以上的说明中，假定第2液晶区域27S的预倾方向19与第1液晶区域27F的预倾方向17构成的角Ψ大致定为90°，但角Ψ不限于90°。只要Ψ处于70°≤Ψ≤110°的范围内，通过在实际驱动前进行取向更新处理，可有效地陷获在第2液晶区域的整个面上发生的π扭曲取向作为在Vcr以上的电压施加时可与弯曲取向连续地联结的TN取向。
其次，通过如本实施形态那样进行取向更新处理，使用Gibbs自由能来说明弯曲转移变得容易的原因。开始，说明进行了取向更新处理时的液晶分子的取向变化(与图11和图12相对应)。
在此在计算中使用的液晶盒参数是，盒厚d为6μm，液晶材料的手性间距p为40μm。此外，如图21中所示，考虑在1个像素内配置第1液晶区域27F和第2液晶区域27S，取向膜26一侧的第1液晶区域27F的预倾方向(第1方向17)与第2液晶区域27S的预倾方向(第2方向19)互相正交的情况。此外，假定在液晶层中添加了左旋手性剂的胆甾基壬酸酯(CN)。
由于取向更新处理的缘故，第1或第2液晶区域内发生的液晶取向为左旋π扭曲取向、左旋π/2扭曲取向、展曲这3种状态。在以下的表8中示出理论上计算了该3种取向状态中的未施加电压时的Gibbs自由能的结果。
表8

在图22中示意性地示出由于更新处理的缘故在液晶层27中呈现的各取向状态。时刻T＝t1表示停止更新处理用的高电压施加并经过了短暂的时间后，时刻T＝t2表示经过比t1长的时间，隔开展曲取向与π扭曲取向的向错线到达了第1液晶区域27F与第2液晶区域27S之间的边界线的时刻。
图23中示意性地示出使用表8的Gibbs自由能的计算值后在时刻T＝t1和t2处的各取向状态的能量的大小关系。图23的纵轴示出Gibbs自由能的计算值，如图22中所示，横轴示出在液晶层27中取了X轴的情况的离第1液晶区域与第2液晶区域的边界线的距离(单位任意)。
在T＝t1时，在第1液晶区域(x＞0)27F内形成了从像素周围起发生了的、能量较低的展曲取向区域。如图23中所示，由于该展曲取向区域的扩大的缘故，能量较高的左旋π扭曲取向区域逐渐地缩小。即，展曲取向区域侵蚀能量较高的左旋π扭曲取向区域。以下，有时将在某个取向状态(A)的区域中形成其它的取向状态(B)的区域、伴随该其它的取向状态(B)的区域的扩大、取向状态(A)的区域逐渐地缩小的状态称为「取向状态(A)的区域被侵蚀」。由于展曲取向与左旋π扭曲取向不能连续地联结，故如图23中所示，在两取向区域之间存在能隙，两取向区域的边界作为向错线来区别。
隔开展曲取向与左旋π扭曲取向的向错线朝向第1液晶区域与第2液晶区域的边界线(x＝0)移动，在时刻T＝t2时，停止在第1液晶区域与第2液晶区域的边界线上。可以说这是因为，如图23中所示，作为第2液晶区域(x≤0)的取向状态的左旋π/2扭曲取向的能量比展曲取向的能量稳定(能量低)，故展曲取向不进入到能量较低的第2液晶区域内。
根据以上所述，即使在能量计算上，也示出了利用取向更新处理可在第2液晶区域(x≤0)中完全陷获与左旋π扭曲取向连续地联结的左旋π/2扭曲取向。
其次，进行下述方面的说明在利用上述取向更新处理将第1液晶区域27F完全变形为弯曲取向后，在施加了展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压时，弯曲取向从在第2液晶区域内被陷获了的TN取向起在第1液晶区域内生长。由于实验中使用的液晶材料的Vcr在实测中为2.3V，故例如计算3V施加时的能量状态。
在此，在第1液晶区域或第2液晶区域内可发生的液晶取向为弯曲、左旋π/2扭曲取向和展曲这3种状态。如果用理论计算来估计该3种状态的Gibbs自由能，则如以下的表9中所示。施加电压定为3V。
表9

在图24中示意性地示出施加3V的电压并经过规定的时间后的液晶层27的取向状态。使用表9的计算结果，在图25中示出此时的各取向状态的大小关系。图25的纵轴示出Gibbs自由能的计算值，如图24所示，横轴示出在液晶层中取了x轴的情况的离第1液晶区域与第2液晶区域的边界线的距离(单位任意)。
左旋π/2扭曲取向与弯曲取向连续地联结，在3V施加时，在第1液晶区域(x＞0)中，从左旋π/2扭曲取向起连续地联结的弯曲取向侵蚀第1液晶区域内的能量较高的展曲取向。由于弯曲取向与展曲取向不是连续地联结，故两者间存在能隙，被向错线隔开。
以上示出了，如果施加展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压，则从第2液晶区域内被陷获的TN取向起，弯曲取向可在第1液晶区域的展曲取向区域内平滑地生长，这一点即使在能量计算上也能不矛盾地被说明。
以下，说明本发明的实施例3～5。
(实施例3)在到以上为止的说明中，主要将第2液晶区域27S的预倾方向19与第1液晶区域27F的预倾方向17构成的角Ψ大致定为90°来进行说明，但也可不一定是该角度。为了研究所构成的角Ψ与展曲-弯曲转移的相关性，在本实施例3中，使下侧基板24的取向膜26的第2取向膜区域26S的摩擦方向以各种方式变化，制作了多个液晶显示装置。
具体地说，使第2液晶区域27S的预倾方向19和第1液晶区域27F的预倾方向17构成的Ψ在30°以上至150°以下的范围内变化，制作了下述的表10中示出的5个液晶显示装置(样品#11～#15)。此外，如图26中所示，第2液晶区域27S具有在第2液晶区域27S的摩擦方向上延伸的条形形状。此外，下侧基板24一侧的取向膜26的第1取向膜区域26F的摩擦方向(箭头17方向)与上侧基板21一侧的取向膜23的摩擦方向(箭头18方向)互相平行。
再者，为了比较起见，与本实施例3的样品同样地制作了上述角度Ψ处于上述30°≤Ψ≤150°的范围外的3个液晶显示装置(样品#201～#203)和完全不设置第2取向膜区域26S那样的区域的液晶显示装置(样品#204)。此外，样品#201的第1取向膜区域26F的摩擦方向(箭头19方向)与第2取向膜区域26S的摩擦方向为正相反对的方向。
表10

在表11中示出对上述样品#11～#15和比较样品#201～#204施加了6V、1kHz的矩形波的电压时的观察结果。此外，分别在图27和图28中示意性地示出电压施加时的本实施例的样品#14和比较例的样品#204的液晶层的观察结果。
表11

从表11和图27可知，关于本实施例的样品#11～#15，利用约6V的电压施加，第2液晶区域27S有效地起到使第1液晶区域27F进行展曲-弯曲取向转移的核的作用，再者，在第1液晶区域27F中发生的弯曲取向区域扩大了。
与此不同，在比较例的样品#201和#204的情况下，液晶层整体的液晶取向如图28中所示为展曲取向的原有状态，不形成弯曲取向转移核，从而不变化。此外，如比较例的样品#202和#203那样，如果第1取向膜区域26F的摩擦方向与第2取向膜区域26S的摩擦方向接近，则由于第1液晶区域27F的预倾方向与第2液晶区域27S的预倾方向接近，故不能使展曲取向的变形集中部的液晶分子旋转足够的角度，减弱了作为弯曲取向转移核的作用。
其次，说明对上述样品#11～#15和比较样品#201～#204进行了取向更新处理的结果。如在实施形态2中已说明的那样，在各样品的基板间注入了液晶材料后，在实际驱动前通过在规定的时间内施加高电压来进行该取向更新处理。
在表12中归纳了停止高电压施加之后的目测观察结果。此外，在图29中示意性地示出停止高电压施加并经过了规定的时间后的观察结果。
表12

从表12、图29可知，在第2液晶区域27S与第1液晶区域27F的预倾方向构成的角度Ψ处于70°≤Ψ≤110°的范围内的本实施例的样品(#12～#14)中，如果进行取向更新处理，则在第2区域的整个面上陷获所发生的π扭曲取向作为TN取向，而且可在该处保持。因而，Ψ的最佳的角度范围为70°≤Ψ≤110°，如果设定在该范围内，则只通过施加展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压，弯曲取向就从在第2液晶区域内预先被陷获的TN取向起平缓地生长，实现了更高速且可靠的弯曲转移。
(实施例4)在本实施例4中，使对液晶层添加的手性剂的量以各种方式变化，用与实施形态2同样的方法来制作与上述的实施形态2同样的液晶显示装置40(图10和图2(a))。具体地说，制作了其中的液晶元件30的液晶层的厚度d和添加了手性剂的液晶层的自然手性间距p的比值为下述的表13中示出的8个液晶显示装置(样品#21～#28)。将本实施例4的样品中的d/p的值设定在0以上至不到0.50的范围内。
表13

在本实施例4的液晶元件中，如图10中所示，在下侧基板24的取向膜26上形成第1取向膜区域26F和第2取向膜区域26S。此外，在取向膜26中，将第2取向膜区域26S的摩擦方向与第1取向膜区域的摩擦方向构成的角度Ψ设定为90°。第2取向膜区域26S具有与该摩擦方向19平行地延伸的条形形状，具有50μm的宽度。此外，基板21、24和取向膜23、26的尺寸为纵向20mm×横向10mm。
再者，为了比较起见，也用与本实施例4的样品同样的方法制作了上述d/p的值处于上述范围以外的2个液晶显示装置(样品#301和#302)。本实施例4的样品、比较样品的液晶元件的盒厚d都是6μm。
对上述样品#21～#28及比较样品#301和#302，施加了6V、1kHz的矩形波的电压，进行了偏振光显微镜观察。在正交尼科耳棱镜中配置起偏振片，在常白的工作下进行由偏振光显微镜进行的观察。在表14中示出该观察结果。
表14

再者，在表15中示出从对本实施例的样品#21～#28及比较样品#301和#302施加了6V、1kHz的矩形波的电压的瞬间起到液晶层的整体转移到弯曲取向为止所花费的时间。
表15

从表14和表15可知，关于本实施例的样品#21～#28，利用约6V的电压施加，第2液晶区域27S成为核，在第1液晶区域27F中弯曲取向转移有效地行进，但弯曲取向转移的行进速度不同。具体地说，可知如果增加手性剂的添加量，即，如果增加液晶层的盒厚d与液晶层的自然手性间距p的比值d/p，则弯曲取向区域的扩大速度变快。
与此不同，如果添加手性剂直到比较样品#301和#302那样的程度，则从未施加电压的初始状态起，液晶分子呈现了从取向膜26朝向取向膜23的方向液晶分子的长轴方向扭转180°这样的π扭曲取向。在从未施加电压的初始状态起液晶层呈现π扭曲取向的情况下，如果施加电压，则液晶层从π扭曲取向连续地变形为弯曲取向，不需要向弯曲的转移。但是，如果实际上驱动这样的液晶显示装置，则在黑显示时没有问题，但在白显示时在几～几十msec这样的短时间内，液晶层从弯曲取向转移到扭曲取向，存在透射率大幅度地下降的问题。因而，为了使弯曲转移变得容易，手性剂的添加量以多(d/p大)为宜，但如果从实际驱动中的白显示时的透射率(面板的亮度)这样的观点来看，手性剂的添加量以少为宜。
其次，说明对上述样品进行了取向更新处理的结果。如在实施形态2中已说明的那样，在各样品的基板间注入了液晶材料后，在实际驱动前通过在规定的时间内施加高电压来进行该取向更新处理。使用偏振光显微镜观察了在高电压施加后经过了充分的时间后(约1个月)的第1和第2液晶区域的液晶取向状态。在表16中示出液晶取向状态的目测观察结果。此外，在图30中示出观察结果的代表画面。
再有，将起偏振片作为正交尼科耳棱镜，在使第1液晶区域27F的平行摩擦方向与起偏振片的轴一致的消光位上进行由偏振光显微镜进行的观察。在固定了偏振光显微镜的检偏振片时，只使起偏振片按顺时针或反时针方向旋转，用此时的色变化来判断作为第2液晶区域27S的TN部位的液晶分子的扭曲方向是右旋或左旋。
表16

从表16和图30可知，利用取向更新处理，在本实施例4的样品#21中在大致整个面上在第2液晶区域27S内可陷获在电压施加时能与弯曲取向连续地联结的左旋TN取向，在本实施例4的样品#22～#28中在整个面上在第2液晶区域27S内可陷获在电压施加时能与弯曲取向连续地联结的左旋TN取向。如果施加展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压，则如图31所示，以这种方式在第2液晶区域27S内陷获了的左旋TN取向伴随向错线的移动平缓地侵蚀在第1液晶区域27F内的展曲取向区域，实现高速且可靠的弯曲转移。
与此不同，可知如果添加手性剂直到比较样品#301和#302那样的程度，则在取向更新处理后第1液晶区域27F呈现π扭曲取向的原有状态，不返回到展曲取向。在液晶层呈现π扭曲取向的情况下，如果施加电压，则液晶层从π扭曲取向连续地变形为弯曲取向，不需要向弯曲的转移。但是，如果实际上驱动这样的液晶显示装置，则在黑显示时没有问题，但在白显示时在几～几十msec这样的短时间内，液晶层从弯曲取向转移到扭曲取向，存在透射率大幅度地下降的问题。因而，为了使弯曲转移变得容易，手性剂的添加量以多(d/p大)为宜，但如果从实际驱动中的白显示时的透射率(面板的亮度)这样的观点来看，手性剂的添加量以少为宜。
因而，考虑了第2液晶区域的作为展曲-弯曲取向转移的取向转移核的有效性和更新处理后能与弯曲取向连续地联结的TN取向的向第2液晶区域的陷获性以及透射率的恶化，根据第1液晶区域在初始状态下至少必须是展曲取向这样的要求，可以说盒厚d与自然手性间距p的比值d/p在0≤d/p＜0.50的范围内是较为理想的。
如上所述，只要仅仅追求弯曲转移的容易性，希望手性剂的添加量越多越好，但如果添加手性剂过多，则发现光学特性，即白显示时的低电压一侧的透射率的下降或视角特性的恶化、视角特性的非对称性而特性变差。因此，以下测定了本实施例4的样品#21～#28和比较样品#301、#302的电压-透射率特性。用在图32中示出的系统进行了测定。
使偏振光显微镜为正交尼科耳棱镜，在偏振光显微镜下配置了液晶显示元件，使得第1液晶区域的摩擦方向(取向膜26的摩擦方向17和取向膜23的摩擦方向18)与起偏振片和检偏振片的透射轴构成45°。用黑基体遮蔽了第2液晶区域。首先，施加Vcr以上的电压，使图像显示中使用的第1液晶区域完全弯曲化。在本测定中，例如将6V的电压施加时的第1液晶区域的透射率定为黑显示，为了补偿6V施加时的液晶元件的第1液晶区域的残留延迟量，插入延迟片，使得在与液晶层的滞后轴正交的方位上配置滞后轴，这样合计的延迟量为零，即得到了黑显示。
用光电倍增器检测从该黑显示的6V起使电压下降时的电压-透射率特性，图33中示出该曲线图。根据图33，利用手性剂的添加量使d/p不同的本实施例4的样品#21～#28中特别是#22～#26与未添加手性剂的液晶样品#21相比，可知几乎没有透射率的下降，维持了光学特性。此外，由于本实施例的液晶材料的展曲-弯曲临界电压Vcr为2.3V，故考虑驱动电压容限，将实际驱动中的驱动电压范围定为2.5V至6.0V之间，在6.0V下定为黑显示，在2.5V下定为白显示。
在图34中重新示出进行本实施例4的样品与比较例的样品的透射率比较的情况。将白显示电压2.5V中没有手性剂的样品#21的透射率定为100，通过对其它的样品的透射率进行规格化来进行透射率的比较。从图34可知，本实施例的样品#21～#28中特别是#22～#26与非手性的样品#21相比，可将透射率的下降抑制在几％以内，维持了光学特性。
根据以上所述，更佳的d/p的范围是0＜d/p≤0.15，在设定成对于液晶材料的手性剂的添加量满足上述关系式的情况下，几乎没有因手性剂的添加导致的液晶显示元件的光学特性的下降，在实用上没有问题。
在以上的说明中，应用取向更新处理，在第2液晶区域的整个区域中陷获了在Vcr以上的电压施加时可与弯曲取向连续地联结的90°扭曲取向，但通过调整对液晶材料添加的手性剂的种类(旋转方向)和添加量，可在不进行取向更新处理的情况下形成上述的第2液晶区域。以下说明利用手性剂的添加形成上述第2液晶区域的方法。
〔手性剂的添加〕在图10中示出的液晶显示元件30中，通过添加规定量的左旋用的手性剂，即使不进行取向更新处理，也可在第2液晶区域27S的整个区域中将液晶分子的扭曲取向定为图36(a)中示出的一致倾斜状态(没有展曲变形的扭曲取向)。为了在不进行取向更新处理的情况下对液晶材料添加手性剂来得到上述一致倾斜状态，最好以d/p为0.07以上的方式来设定手性剂的添加量。如在实施例4中已说明的那样，由于手性剂的添加量增多光学特性就下降，故在重视光学特性的情况下，最好将手性剂的添加量设定为d/p不到0.05，更为理想的是d/p为0.15以下。
如上所述，通过在液晶材料中添加规定的旋转方向的手性剂，在不进行取向更新处理的情况下，如在图12(c)中示出了液晶层的取向状态那样，可形成在第2液晶区域27S的整个区域中陷获了在Vcr以上的电压施加时能与弯曲取向连续地联结的90°扭曲取向的液晶层。因而，第2液晶区域27S的整个区域成为转移核，更可靠且高速地实现第1液晶区域的展曲-弯曲取向转移。也可再对该液晶层进行取向更新处理。
(实施例5)在本实施例5中，通过对液晶层添加规定的旋转方向的手性剂，制作了具有在第2液晶区域的整个区域中陷获了在Vcr以上的电压施加时能与弯曲取向连续地联结的90°扭曲取向的液晶层的液晶显示装置。
如图35(a)中所示，制作了其中的液晶层27具有2个分离了的第1液晶区域27F和包围该2个第1液晶区域27F的周围的第2液晶区域27S的实施例5的液晶显示装置(样品#31)。下侧基板的取向膜26的第1取向膜区域26F在第1方向17上被摩擦，第2取向膜区域26S在与第1方向大致正交的第2方向19a上被摩擦。上侧基板的取向膜23的大致整个面在与上述第1方向17平行的方向18上被摩擦。第1液晶区域27F和第2液晶区域27S的取向状态由取向膜23和26的摩擦方向所规定。1个像素的尺寸为80μm×240μm，第2液晶区域27S的宽度w为10μm。在液晶层27中添加了作为左旋手性剂的胆甾基壬酸酯(CN)。将添加量调整为液晶分子的间距p为40μm。
对于样品#31来说，在取向膜26附近，第2液晶区域27S的预倾方向是从左到右方向(图35(a)的箭头19a的方向)，而且，已添加的手性剂为左旋(箭头64a的方向)。因而，关于第2液晶区域27S的TN取向，扭曲状态是左旋扭曲，倾斜状态是图36(a)中所示的一致倾斜状态。
再者，制作了比较用的液晶显示装置。比较例的液晶显示装置(样品#401)的取向膜26的第2取向膜区域26S的摩擦方向19b与样品#31的第2取向膜区域26S的摩擦方向19a的方向相反，在这一点上与样品#31不同。关于比较例的液晶显示装置#401，在取向膜26附近，第2液晶区域27S的预倾方向是从右到左方向(图35(b)的箭头19b的方向)，而且，已添加的手性剂是左旋(箭头64a的方向)。因而，关于第2液晶区域27S的TN取向，扭曲状态是左旋扭曲，倾斜状态是图36(b)中所示的展曲倾斜状态。
在此，在表17中示出表示液晶层的取向状态的表现的定义。在表17中，示出呈现各取向状态的液晶层的区域的发生部位(第1液晶区域还是第2液晶区域)、扭曲角度(扭转了多少度)、扭曲方向(从上基板向下基板是右旋扭曲还是左旋扭曲)和倾斜状态(一致倾斜还是展曲倾斜)。
表17

对样品#31和样品#401以各向同性相注入液晶材料，在正交尼科耳棱镜下使用偏振光显微镜观察了返回到常温的液晶层的取向状态。在图37中示出液晶注入后、电压施加前的观察结果。图37(a)和(b)是本实施例5样品#31的观察结果，图37(c)和(d)是比较样品#401的观察结果。在图37中，用粗线示出向错线。但是，也用相同的粗线示出了像素的外延。
在本实施例5的样品#31中，只通过注入液晶材料，就如图37(a)中所示在第2液晶区域27S的整个面上陷获在电压施加时可与弯曲取向连续地联结的、伴随左旋的一致倾斜状态的TN取向。用参照号码LU-90示出了呈现伴随该左旋的一致倾斜状态的TN取向的液晶区域。第1液晶区域27F的整个面是展曲取向区域S。
如果对液晶层施加展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压，则如图37(b)中所示，在第1液晶区域27F与第2液晶区域27S的边界上形成的向错线D朝向第1液晶区域27F平缓地移动，与此相伴，在第1液晶区域27F中弯曲取向区域B扩大，第1液晶区域27F的展曲取向区域S缩小，在第1液晶区域27F中平缓地实现展曲-弯曲转移。
另一方面，在比较样品#401的情况下，如果注入液晶材料，则如图37(c)中所示，第2液晶区域27S呈现伴随左旋的展曲倾斜状态的TN取向。用参照号码LS-90示出了呈现伴随该左旋的展曲倾斜状态的TN取向的液晶区域。第2液晶区域27S之所以成为伴随左旋的展曲倾斜状态的TN取向，是因为第2液晶区域27S的下侧基板的取向膜的摩擦方向被图35(b)中示出的箭头19b的方向规定，下侧基板的界面附近的液晶分子的预倾方向被该摩擦方向所约束。该左旋的展曲倾斜状态的TN取向与展曲取向在相位几何学(拓扑学)中是同类的，故在呈现在第2液晶区域27S中形成的左旋的TN取向的液晶区域LS-90与在第1液晶区域27F中形成的展曲取向区域S的边界上未观察到清晰的向错线。但是，该左旋的展曲倾斜状态的TN取向在电压施加时不与弯曲取向连续地联结。
基于这一点，如果施加展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压，则如图37(d)中所示，首先，在第2液晶区域27S内发生被向错线D包围的、伴随右旋的一致倾斜状态的TN取向区域RU-90。接着，以伴随了该右旋的一致倾斜状态的TN取向区域RU-90为转移核，伴随向错线D的移动，在第1液晶区域27F中弯曲取向区域B扩大。与此相伴，第1液晶区域27F的展曲取向区域S被侵蚀。
因而，在比较样品#401中，在电压施加后，首先，在第2液晶区域27S内发生一致倾斜状态的TN取向区域RU-90，以其为转移核，在第1液晶区域27F内必须有弯曲取向区域B扩大这样的二重过程。该在第2液晶区域27S内的转移核发生过程与来自现有的衬垫、凸起或取向膜表面的损伤等的转移核发生过程同样，没有可靠性，也没有再现性。即，在比较样品#401中，难以实现高速且可靠的展曲-弯曲取向转移。
如以上已说明的那样，在实施例5的液晶显示装置中，设定了对液晶材料添加的手性剂的种类(旋转方向)和摩擦方向，以便在未施加电压的状态下第2液晶区域27S的液晶分子的扭曲方向成为一致倾斜状态(没有展曲变形的扭曲取向)。因而，在第2液晶区域27S的整个面上陷获在Vcr以上的电压施加时能与弯曲取向连续地联结的TN取向。作为结果，在Vcr以上的电压施加时，更可靠且高速地实现第1液晶区域27F的展曲-弯曲转移。
如果对本实施例5的液晶显示装置进行取向更新处理，则进而更可靠且高速地实现第2液晶区域27S的展曲-弯曲取向转移。以下，参照图38，一边将本实施例5的液晶显示装置中进行了取向更新处理时的液晶层的取向状态的变化与在比较例的液晶显示装置中进行了取向更新处理时的液晶层的取向状态的变化进行对比，一边进行说明。图38示出在正交尼科耳棱镜下对取向更新处理工序的液晶取向状态进行了偏振光显微镜观察的结果。图38(a)～(d)示出本实施例5的样品#31的液晶取向状态的时间系列变化，图38(e)～(h)示出比较样品#401的液晶取向状态的时间系列变化。在图38中，用粗线示出向错线。但是，也用相同的粗线示出了像素的外延。
首先，对两样品施加2Vcr以上的电压。利用电压施加，在样品#31中，如图38(a)中所示，第1液晶区域2 7F成为弯曲取向区域B，第2液晶区域27S成为左旋均匀TN取向区域LU-90。在比较样品#401中，如图38(e)中所示，第1液晶区域27F成为弯曲取向区域B，第2液晶区域27S成为右旋均匀TN取向区域RU-90。
如果停止电压施加，则如图38(b)和(f)中所示，样品#31和#401都在其后(十几msec后)，第1液晶区域27F内的弯曲取向变形为左旋的π扭曲取向，第1液晶区域27F的整个面成为左旋的π扭曲取向区域L-π。再有，如上所述，之所以从弯曲取向变形为左旋的π扭曲取向，是因为使用了对两样品添加了左旋手性剂胆甾基壬酸酯(CN)的液晶材料。
其后，作为左旋的π扭曲取向区域L-π的第1液晶区域27F转移到更稳定的展曲取向。关于该转移过程，在样品#31和样品#401中，在第1液晶区域27F内展曲取向区域S的扩展方式(左旋的π扭曲取向区域L-π的侵蚀方式)有很大的不同。
在本实施例5的样品#31中，如图38(c)中所示，例如从第1液晶区域27F的中央附近的衬垫等的周围起发生展曲取向区域S，在第1液晶区域27F中，展曲取向区域S侵蚀左旋的π扭曲取向区域L-π。与此相伴，左旋π扭曲取向区域L-π缩小，在第2液晶区域27S的方向上后退。
如果停止电压施加并经过规定的时间，则如图38(d)中所示，向错线D到达第1液晶区域27F与第2液晶区域27S的边界并静止于该处，第1液晶区域27F的整个面成为展曲区域S。此时，在第2液晶区域27S的整个面上陷获了电压施加时能与弯曲取向连续地联结的左旋TN取向。
向错线D静止于第1液晶区域27F与第2液晶区域27S的边界，在第2液晶区域27S的整个区域中维持了陷获在Vcr以上的电压施加时能与弯曲取向连续地联结的TN取向的状态，其结果是，如果施加Vcr以上的电压，则由于第2液晶区域27S的整个区域中形成了弯曲取向转移核，故弯曲取向区域在第1液晶区域27F的展曲取向区域中扩展。与此相伴，在第1液晶区域27F内展曲取向区域缩小。最终，第1液晶区域27F的整个区域成为弯曲取向区域B。
如上所述，在本实施例5的样品#31中，只通过施加Vcr以上的电压，从在第2液晶区域27S内被陷获了的TN取向起，弯曲取向容易扩展。作为结果，在第1液晶区域27F中实现高速且可靠的弯曲转移。
另一方面，在比较样品#401中，在施加了取向更新处理用的电压后，如图38(g)中所示，从第1液晶区域27F的四角附近起，发生更稳定的展曲取向区域S。该展曲取向区域S朝向第1液晶区域27F的中央附近，侵蚀左旋的π扭曲取向区域L-π。此时，只是左旋的π扭曲取向区域L-π被侵蚀，在第2液晶区域27S中不会陷获TN取向。
再有，在高电压施加时，尽管对液晶材料添加了的手性剂是左旋的，但如图38(g)中所示，第2液晶区域27S取右旋TN取向，这是因为，如果施加高电压，则展曲变形变大，变得不稳定，故取没有展曲变形的右旋TN取向。因而，在高电压关断之后，呈现了右旋的一致倾斜状态的TN取向的第2液晶区域27S随时间的流逝，左旋手性剂的效应占支配地位，变形为更稳定的左旋的展曲倾斜状态的TN取向。因而，在第2液晶区域内不会陷获在电压施加时能与弯曲取向连续地联结的TN取向。
工业上的可利用性按照本发明，使液晶层的手性剂的自发的扭曲方向(左旋或右旋)与第2液晶区域的界面上的液晶分子的预倾方向相匹配，如果在第2液晶区域中设定为容许在手性剂的自发的扭曲方向上液晶分子旋转的、伴随没有展曲变形的一致倾斜状态的TN取向，则只通过注入液晶材料，在第2液晶区域的整个面上可陷获在电压施加时能与弯曲取向连续地联结的TN取向。此外，如果进行取向更新处理，则可更可靠地在第2液晶区域的整个面上可陷获在电压施加时能与弯曲取向连续地联结的TN取向。
如上所述，只要能在第2液晶区域中陷获TN取向，只通过施加展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压，弯曲取向区域就在第1液晶区域中平缓地扩展，实现高速且可靠的弯曲转移。
如上所述，本发明的液晶显示装置的特征在于液晶层具有利用取向膜的表面的取向约束力约束了取向的液晶分子的预倾方向是第1方向的第1液晶区域和预倾方向是与第1方向不同的第2方向的第2液晶区域，使用第1区域的液晶层的弯曲取向来进行显示，由此，在对液晶层施加了展曲-弯曲临界电压(Vcr)以上的电压时，液晶层的第2区域成为第1区域的展曲-弯曲转移的核，在第1区域中，能进行高速且可靠的弯曲转移。
此外，通过在第2液晶区域的整个区域中陷获在第1液晶区域内发生的π扭曲取向作为TN取向，可实现更高速且可靠的弯曲转移。
再者，由于在本发明的液晶显示装置中可将手性剂添加量抑制得较少，故在Vcr附近的低电压一侧，可抑制因手性剂的旋光性的发现导致的透射率的下降等的光学特性的下降。
权利要求
1.一种液晶显示装置，具有一对基板；在上述一对基板之间设置的液晶层；以及在上述一对基板中的至少一方的基板的上述液晶层一侧设置的取向膜，其特征在于上述液晶层具有利用上述取向膜的表面的取向约束力约束了取向的液晶分子的预倾方向是第1方向的第1区域和上述预倾方向是与上述第1方向不同的第2方向的第2区域，应用上述第1区域的上述液晶层的弯曲取向来进行显示。
2.如权利要求1中所述的液晶显示装置，其特征在于上述第1区域的上述液晶层在未施加电压时呈现展曲取向，在施加电压时呈现弯曲取向。
3.如权利要求1或权利要求2中所述的液晶显示装置，其特征在于上述第2区域的上述液晶层呈现扭曲取向。
4.如权利要求1至权利要求3的任一项中所述的液晶显示装置，其特征在于在上述第2区域的上述液晶层的整个区域中，在Vcr以上的电压施加时可与弯曲取向连续地联结的TN取向被陷获。
5.如权利要求1至权利要求4的任一项中所述的液晶显示装置，其特征在于具有多个像素，上述多个像素的各自的上述液晶层包含上述第1区域和上述第2区域。
6.如权利要求1至权利要求5的任一项中所述的液晶显示装置，其特征在于上述第1方向与上述第2方向构成的角度Ψ处于30°≤Ψ≤150°的范围内。
7.如权利要求1至权利要求6的任一项中所述的液晶显示装置，其特征在于上述第1方向与上述第2方向构成的角度Ψ处于70°≤Ψ≤110°的范围内。
8.如权利要求1至权利要求7的任一项中所述的液晶显示装置，其特征在于上述第2区域具有与上述第2方向平行地延伸的条形形状。
9.如权利要求1至权利要求8的任一项中所述的液晶显示装置，其特征在于上述液晶层包含手性剂。
10.如权利要求9中所述的液晶显示装置，其特征在于在将上述液晶层的厚度定为d、将上述液晶层的自然手性间距定为p的情况下，0＜d/p＜0.50。
11.如权利要求9或权利要求10中所述的液晶显示装置，其特征在于在将上述液晶层的厚度定为d、将上述液晶层的自然手性间距定为p的情况下，0＜d/p≤0.15。
12.如权利要求1至权利要求11的任一项中所述的液晶显示装置，其特征在于上述液晶层包含在未施加电压时被选择为上述第2区域的上述液晶层呈现没有展曲变形的扭曲取向的规定的手性剂。
13.一种液晶显示装置的制造方法，其特征在于，包含下述工序准备在各自的主面上具有电极的一对基板的工序；在上述一对基板中的至少一方的基板的上述电极上形成取向膜的工序，上述取向膜具备具有使液晶分子的预倾方向在第1方向上取向的取向约束力的第1取向膜区域和具有使液晶分子的预倾方向在与上述第1方向不同的第2方向上取向的取向约束力的第2取向膜区域；以及在上述一对基板之间设置液晶层的工序，上述液晶层具有利用上述取向膜的上述取向约束力约束了取向的液晶分子的预倾方向是上述第1方向的第1区域和利用上述取向膜的上述取向约束力约束了取向的液晶分子的预倾方向是上述第2方向且在整个区域中在Vcr以上的的电压施加时可与弯曲取向连续地联结的TN取向被陷获的第2区域。
14.如权利要求13中所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于上述设置液晶层的工序包含准备包含规定的手性剂的液晶材料的工序，在未施加电压时，上述第2区域的上述液晶层呈现没有展曲变形的扭曲取向。
15.如权利要求13或权利要求14中所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于上述设置液晶层的工序包含在使上述第1区域的上述液晶层的大致整体进行了弯曲取向后从上述弯曲取向经过π扭曲取向而使之成为展曲取向的取向更新工序。
16.如权利要求13至权利要求15的任一项中所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于通过在规定的时间内对上述液晶层施加展曲-弯曲临界电压的2倍以上的电压来进行上述取向更新工序。
17.如权利要求15或权利要求16的任一项中所述的液晶显示装置的制造方法，其特征在于上述第1方向与上述第2方向构成的角度Ψ处于70°≤Ψ≤110°的范围内。
全文摘要
本发明涉及OCB型液晶显示装置。为了高速且可靠地实现液晶层的展曲－弯曲转移，本发明的液晶显示装置中的液晶层(27)具有利用取向膜(26)的表面约束了取向的液晶分子(32)的预倾方向是第1方向(17)的第1区域(27F)和预倾方向是与该第1方向不同的第2方向(19)的第2区域(27S)，该第1区域的液晶层(27F)在未施加电压时呈现展曲取向，在施加电压时呈现弯曲取向，同时该第2区域的液晶层(27S)成为使该第1区域的液晶层(27F)进行展曲－弯曲转移用的转移核。本发明的液晶显示装置可合适地使用于要求运动图像特性的便携式信息装置、笔记本PC、台式监视器、电视机等。
文档编号G02F1/1337GK1575435SQ0282118
公开日2005年2月2日 申请日期2002年10月4日 优先权日2001年10月24日
发明者内田龙男, 井上威一郎 申请人:夏普株式会社, 内田龙男