JP2000275616A

JP2000275616A - 液晶素子

Info

Publication number: JP2000275616A
Application number: JP8357399A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Terada; 匡宏寺田; Yasushi Asao; 恭史浅尾; Takeshi Togano; 剛司門叶; Yoshimasa Mori; 省誠森; Takashi Moriyama; 孝志森山; Shinichi Nakamura; 真一中村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】実用的な明るさを有し、高速応答且つ階調制
御が可能で、複雑な回路を用いることなく動画質の向上
した液晶素子を提供する。【解決手段】降温時に等方相−コレステリック相−カ
イラルスメクチック相の相転移系列を示すカイラルスメ
クチック液晶を、少なくとも一方に一軸配向処理を施し
た一対の基板間に狭持し、電圧印加及び第二の極性の電
圧印加で単安定状態を、第一の極性の電圧印加で液晶分
子がチルトして第一の透過率を示すように配向させ、特
定のヒステリシス特性或いはイオン量を有し、１フレー
ムを上記第一の極性の電圧印加期間と該期間以上の長さ
の第二の極性の電圧印加期間に分割して、上記単安定状
態において示される透過率と上記第一の透過率の最大値
との間で階調表示を行う素子とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフラットパネルディ
スプレイ、プロジェクションディスプレイ、プリンター
等に用いられるライトバルブに使用される液晶素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ネマチック液晶素子におい
て、画素毎にトランジスタ（例えば薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ））のようなアクティブ素子を配置した、アク
ティブマトリクスタイプの液晶素子の開発が行われてい
る。現在、このアクティブマトリクスタイプの液晶素子
に用いられるネマチック液晶のモードとしては、例えば
Ｍ．シャット（Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ）とＷ．ヘルフリッヒ
（Ｗ．Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）著、ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙ
ｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、第１８巻、第４号（１９７
１年２月１５日発行）第１２７頁〜第１２８頁において
示されたツイステッドネマチック（ＴｗｉｓｔｅｄＮ
ｅｍａｔｉｃ）モードが広く用いられている。また、最
近では横方向電圧を利用したインプレインスイッチング
（Ｉｎ−ＰｌａｉｎＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードが発
表されており、ツイステッドネマチックモード液晶ディ
スプレイの欠点であった視野角特性の改善がなされてい
る。

【０００３】その他、上述したＴＦＴ等のアクティブ素
子を用いない、ネマチック液晶素子の代表例として、ス
ーパーツイステッドネマチック（ＳｕｐｅｒＴｗｉｓ
ｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モードがある。このように、
ネマチック液晶を用いた液晶素子は様々なモードが存在
するが、そのいずれのモードの場合にも液晶の応答速度
が数十ミリ秒以上かかってしまうという問題があった。

【０００４】上記のような従来型のネマチック液晶素子
の欠点を改善するものとして、液晶が双安定性を示す素
子（ＳＳＦＬＣ／ＳｕｒｆａｃｅＳｔａｂｉｌｉｚｅ
ｄＦＬＣ）がクラーク（Ｃｌａｒｋ）及びラガウェル
（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている（特開昭
５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４
号明細書）。この双安定性を示す液晶としては、一般に
カイラルスメクチックＣ相を示す強誘電性液晶が用いら
れている。この強誘電性液晶では、電圧印加の際に液晶
分子の自発分極に電圧が作用し、分子の反転スイッチン
グがなされるため、非常に速い応答速度が得られる上に
メモリ性のある双安定状態を発現させることができる。
さらに、視野角特性も優れていることから、高速、高精
細、大面積の表示素子或いはライトバルブとして適して
いると考えられる。さらに、カイラルスメクチックＣ相
を示す液晶にアクティブ素子を組み合わせた素子が提案
されている（特開平４−２１２１２６号公報）。

【０００５】一方、最近では反強誘電性液晶（無しきい
値反強誘電性液晶）とアクティブ素子とを組み合わせ、
電圧−透過率特性がＶ字型形状を示す素子が注目されて
いる。この反強誘電性液晶も強誘電性液晶同様に、液晶
分子の自発分極の作用により分子の反転スイッチングが
なされるため、非常に速い応答速度が得られる。この液
晶材料は、電圧無印加時には液晶分子は互いに自発分極
を打ち消し合うような分子配列構造を取るため、電圧を
印加しない状態では実質的に自発分極は存在しないこと
が特徴となっている。

【０００６】こうした自発分極による反転スイッチング
を行う強誘電性液晶や反強誘電性液晶は、いずれもスメ
クチック液晶相を示す液晶である。すなわち、従来、ネ
マチック液晶が抱えていた応答速度に関する問題点を解
決できるという意味において、スメクチック液晶を用い
た液晶素子の実現が期待されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、高速応
答性能など次世代のディスプレイ等に自発分極を有する
スメクチック液晶が期待されているが、単に応答速度を
高めるだけでは、人間の感じる動画高速応答特性が得ら
れないことが最近の研究（信学技法ＥＩＤ９６−４ｐ．
１９など）から明らかになってきている。これらの研究
結果では、人間が動画表示が高速であると感じる手法と
して、シャッターを用いて時間開口率を５０％以下にす
る方式、または２倍速表示方式を用いることにより動画
質改善に効果的であるとの結論が得られている。

【０００８】しかしながら、従来型のネマチック相を用
いるモードでは液晶の応答速度が不十分であるため、上
述の動画表示方法を用いることはできないことはもとよ
り、上述したような高速応答のカイラルスメクチック液
晶素子を用いて上述の高速での良好な動画表示を実現す
るためには、駆動方法や周辺回路が複雑になるという問
題を有しており、コストアップの要因となっていた。

【０００９】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その課題とするところは、カイラルスメ
クチック相を示す液晶（カイラルスメクチック液晶）を
用いた液晶素子であって、高速応答且つ階調制御が可能
であり、複雑な回路を用いなくとも動画質が向上した安
価な液晶素子を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記本発明の課題は以下
の構成によって達成される。

【００１１】本発明の第一の液晶素子は、複数画素を個
々に制御して画像を表示する液晶素子であり、カイラル
スメクチック液晶と、該液晶を狭持して対向すると共に
少なくとも一方の液晶との界面に一軸配向処理が施され
た一対の基板と、画素毎に液晶を駆動する電極と、少な
くとも一方の基板の外側に配置した偏光板とを備えた液
晶素子であって、電圧無印加時には、上記液晶の平均分
子軸が単安定化された第一の状態を示し、第一の極性の
電圧印加時には、上記液晶の平均分子軸が印加電圧値に
応じた角度で上記第一の状態から一方の側にチルトし、
上記第一の極性とは逆極性の第二の極性の電圧印加時に
は、上記液晶の平均分子軸は上記単安定化された第一の
状態を維持し、素子の最小透過率を０％、最大透過率を
１００％とした時、三角波印加時における電圧−透過率
曲線において、第一の極性の電圧印加時における下記γ
値が３以上で、下記ヒステリシスパラメータ値Ｔ
_diff［％］が５０％以下であり、 γ＝Ｖ_95%／Ｖ_5% Ｖ_5%：透過率が０％の液晶に印加して透過率が５％に達
する電圧Ｖ_95%：透過率が０％の液晶に印加して透過率が９５％
に達する電圧Ｔ_diff＝Ｔ_d−Ｔ_u Ｔ_u［％］：下記Ｖ_uとＶ_dの平均電圧を透過率が０％の
液晶に印加した時の透過率Ｔ_d［％］：下記Ｖ_uとＶ_dの平均電圧を透過率が１００
％の液晶に印加した時の透過率Ｖ_u：透過率が０％の液晶に印加して透過率が５０％に
達する電圧Ｖ_d：透過率が１００％の液晶に印加して透過率が５０
％に達する電圧１フレームが少なくとも２つのフィールドに分割され、
第一のフィールドにおいて画素毎に表示情報に応じた値
の第一の極性の電圧を印加して画像を表示し、１フレー
ムの残りのフィールドにおいては画素毎に第二の極性の
電圧を印加し、上記第二の極性の電圧を印加する期間を
Ｆ₂、上記第一の極性の電圧を印加する期間をＦ₁とした
時、Ｆ₂≧Ｆ₁と設定されていることを特徴とする。

【００１２】また本発明の第二の液晶素子は、複数画素
を個々に制御して画像を表示する液晶素子であり、カイ
ラルスメクチック液晶と、該液晶を狭持して対向すると
共に少なくとも一方の液晶との界面に一軸配向処理が施
された一対の基板と、画素毎に液晶を駆動する電極と、
画素毎に印加される電圧を制御するアクティブ素子と、
少なくとも一方の基板の外側に配置した偏光板とを備
え、アクティブマトリクス駆動によりアナログ階調表示
を行う液晶素子であって、電圧無印加時には、上記液晶
の平均分子軸が単安定化された第一の状態を示し、第一
の極性の電圧印加時には、上記液晶の平均分子軸が印加
電圧値に応じた角度で上記第一の状態から一方の側にチ
ルトし、上記第一の極性とは逆極性の第二の極性の電圧
印加時には、上記液晶の平均分子軸は上記単安定化され
た第一の状態を維持し、上記液晶の体積抵抗値が５×１
０¹¹Ωｃｍ以上であり、自発分極Ｐｓ［ｎＣ／ｃｍ²］
と一画素の選択期間における内部イオンの再配置分Ｑ_t
［ｎＣ／ｃｍ²］が２Ｐｓ＋Ｑ_t≦３０［ｎＣ／ｃｍ²］の関係にあり、１フレームが少なくとも２つのフィール
ドに分割され、第一のフィールドにおいて画素毎に表示
情報に応じた値の第一の極性の電圧を印加して画像を表
示し、１フレームの残りのフィールドにおいては画素毎
に第二の極性の電圧を印加し、上記第二の極性の電圧を
印加する期間をＦ₂、上記第一の極性の電圧を印加する
期間をＦ₁とした時、Ｆ₂≧Ｆ₁と設定されていることを
特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶素子における
カイラルスメクチック液晶の配向状態及びスイッチング
過程について、従来型のＳＳＦＬＣタイプと対比しなが
ら図面に沿って説明する。

【００１４】尚、以下に説明するモデルにおいては、液
晶分子と該液晶分子の位置の範囲となり得る仮想コー
ン、スメクチック層法線、平均一軸配向処理軸の関係に
基づいて説明しているが、当該液晶分子は液晶素子内で
は複数存在し、例えば基板法線方向である程度ツイスト
しており、光学的には（例えば偏光顕微鏡観察によれ
ば）平均分子軸の挙動として観察される。即ち、上述し
た本発明で規定する平均分子軸は実質的には単独の液晶
分子の挙動に相応する。

【００１５】ＳＳＦＬＣでは、ＳｍＣ^*相（カイラルス
メクチックＣ相）において、液晶分子を２状態に安定化
させることによって、双安定性即ちメモリ性を発現させ
ている。このメモリ状態に関して図１及び図２に示すモ
デルを用いて説明する。

【００１６】図１はＳＳＦＬＣタイプの素子における液
晶分子及び液晶の層構造（スメクチック層の構造）につ
いて模式的に示した図である。当該素子においては、図
１（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板１１及び１２間
に狭持された液晶１３の部分において、液晶分子１４
は、基板１１または１２の界面付近では各基板の一軸配
向処理方向Ｒに沿って基板から所定のプレチルト角αで
立ち上がり（本例では両基板の一軸配向処理方向Ｒが平
行であり且つ同方向、即ち基板に対して同方向に液晶分
子を立ち上がらせるような設定とした）、基板１１及び
１２間で基板法線に対して傾斜角δをなすシェブロン構
造のスメクチック層１６を形成している。

【００１７】一方、液晶分子１４は、電圧印加により２
Θ（Θ：液晶材料に固有の物性であるコーン角）の頂角
を有する仮想コーン１５の壁面の２位置間でスイッチン
グし且つ電圧無印加の状態で、当該２位置の近傍で安定
的に存在する。尚、同図（ａ）及び（ｂ）に示すスメク
チック層１６がシェブロン構造をなす配向状態は、それ
ぞれ、基板間の液晶分子１４のプレチルトの方向とスメ
クチック層１６のシェブロン構造の折れ曲がり方向の関
係により種別されるもので、（ａ）の配向状態をＣ１配
向、（ｂ）の配向状態をＣ２配向と呼ぶ。

【００１８】ここで、図１に示すＳＳＦＬＣの配向状態
では、Ｃ１配向状態及びＣ２配向状態共に一般的にΘ＞
δの関係を満たすことで、電圧無印加時に基板１１及び
１２間でシェブロン構造のスメクチック層１６のキンク
位置（基板間中央の折れ曲がり部分）を含むほぼ全厚み
方向で、液晶分子１４が仮想コーン１５内で安定的に２
位置をとることができ、双安定状態が発現する。

【００１９】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１
（ａ）及び（ｂ）に示すＣ１配向状態とＣ２配向状態の
それぞれにおける仮想コーン１５の底面１７上への液晶
分子の射影を示すものであり、液晶分子が１４ａ及び１
４ｂの双安定状態（射影１８ａ、１８ｂ）をとることを
示している。

【００２０】液晶が上記のような双安定性の配向状態を
呈する素子では、一対のクロスニコル下の偏光板のう
ち、双安定状態の一方の平均分子軸（液晶分子の位置）
に偏光軸を合わせて、双安定状態間のスイッチングを行
い、黒（暗状態）及び白（明状態）の表示を行う。この
スイッチングは、例えば一方の状態から他方の状態のド
メインの生成により、即ちドメインウォールの生成及び
消滅を伴ってなされる。但し、このようなスイッチング
メカニズムを用いて表示を行う場合、基本的には黒及び
白の２値表示しかできず、黒白間の階調（中間調）の表
示は困難である。

【００２１】これに対し、本発明の液晶素子において
は、カイラルスメクチック液晶を用いた素子において階
調表示を実現すべく、図１及び図２に示すようなメモリ
性（双安定性）を消失させ、印加電圧によって液晶分子
の位置が連続的に可変となるようにしたものである。こ
の設定のため、本発明においては好ましくは等方相（Ｉ
ｓｏ）−コレステリック相（Ｃｈ）−ＳｍＣ^*、或い
は、Ｉｓｏ−ＳｍＣ^*の相転移系列を示す液晶材料を用
いる。

【００２２】図３（ａ）に、液晶素子において、少なく
とも降温下でＣｈ−ＳｍＡ−ＳｍＣ^*相転移系列を示す
液晶材料の層（スメクチック層）構造の形成過程を、図
３（ｂ）に少なくとも降温下でＣｈ−ＳｍＣ^*相転移系
列を示す液晶材料の層構造形成過程を示す。同図におい
て、矢印Ｒは素子における平均一軸配向処理軸の方向で
ある。液晶分子１４は、電圧を印加した際に仮想コーン
１５域の壁面に沿ってスイッチングし得ることとする。

【００２３】ここで、”平均一軸配向処理軸”とは、素
子を構成する両基板の液晶に接する面において一軸配向
処理が施され、その方向（例えばラビング方向）が平行
で同一方向であるか互いに逆方向（反平行）である場
合、並びに一方の基板にのみ一軸配向処理が施されてい
る場合では、その一軸配向処理の軸自体に相当し、両基
板において一軸配向処理が施された方向（例えばラビン
グ方向）が互いにクロスしている場合には、両方の一軸
配向処理軸の中心方向の軸、即ちクロス角の１／２の方
向に相当する。また、平均一軸配向処理軸の”方向”と
は、例えば当該配向処理がなされた基板近傍における液
晶分子の基板に対して立ち上がっている、即ちプレチル
トを生じる側への方向であり、一方の基板にのみ一軸配
向処理が施されている場合及び両基板において一軸配向
処理が施され、その方向（例えばラビング方向）が平行
で同一方向である場合は、その処理方向自体であり、両
基板に互いに平行で逆方向の処理が施されている（反平
行）場合、いずれか一方の基板での処理方向であり、両
基板において一軸配向処理が施された方向（例えばラビ
ング方向）が互いにクロスしている場合では、その中心
軸の方向である。

【００２４】図３（ａ）に示すように、相転移系列中に
ＳｍＡ相を有する液晶材料の場合、ＳｍＡ相においてス
メクチック層法線方向（紙面横方向矢印ＬＮ）と一軸配
向処理方向が一致するように液晶分子１４が配列しスメ
クチック層構造を形成する。そして、ＳｍＣ^*相では、
液晶分子１４はスメクチック層法線方向ＬＮからチルト
し、仮想コーン１５のエッジ近傍もしくはその若干内側
の位置で安定化する。

【００２５】一方、本発明で好適に用いられる図３
（ｂ）に示すようにＳｍＡ相を含まない相転移系列で
は、例えばＣｈ相からＳｍＣ^*相に相転移する過程で、
液晶分子１４はスメクチック層法線方向ＬＮに対して傾
くように、且つ平均一軸配向処理方向Ｒに沿って配列し
スメクチック層構造が形成される。即ち、層法線方向Ｌ
Ｎが平均一軸配向処理方向Ｒとずれた方向に形成される
ことになる。特に本発明は、液晶分子１４はＳｍＣ^*相
内の温度域で、仮想コーン１５のエッジの位置で安定化
するように調整される。

【００２６】図３（ａ）及び（ｂ）のいずれの場合も、
例えば図１及び図２に示すような液晶分子１４がシェブ
ロン構造の双安定配向状態、即ち基板と実質的に平行な
２状態で安定になるべきであるが、図３（ｂ）に示す場
合、一軸配向処理の束縛力が強くなり、この２状態のう
ちの一方のみが安定となり（単安定化し）、メモリ性が
消失することになる。

【００２７】以下にこの単安定化現象について具体的に
述べる。Ｃｈ−ＳｍＣ^*相転移系列を示す液晶材料で
は、上述のように層法線方向と一軸配向処理方向とがず
れて配向する。従ってＳｍＣ^*相において液晶分子がコ
ーン上、且つ基板面に平行になる２つの分子位置をそれ
ぞれＵ１，Ｕ２とした場合、前記いずれか一方の分子位
置のうち、一軸配向処理方向とのなす角度が小さい方が
安定となり双安定性が崩れることになる。

【００２８】しかしながら、この一軸配向処理の強度が
限りなくゼロに近い場合を仮定すると、一軸配向処理方
向と層法線方向とのなす角度の如何によらず、Ｕ１とＵ
２の安定性（ポテンシャル）の差異は見られないはずで
ある（図４（ａ））。従って、Ｃｈ−ＳｍＣ^*相転移系
列を示す材料を用いたとしても、双安定性を有する素子
が実現することは可能である。

【００２９】次いで、一軸配向処理を施しているものの
その強度が十分でない場合（図４（ｂ））、Ｕ１とＵ２
においてポテンシャルに差異が発生し、双安定性が崩れ
ることになる。しかしながら、この図４（ｂ）の状態で
は、双安定の一方の状態が安定ではあるものの、もう一
方の状態に関しても準安定な配向状態として存在するこ
とになる。このような配向状態では、例えば三角波応答
時においてヒステリシスが非常に大きく、急峻なしきい
値特性が観測されたり、電気的にある一定の直流バイア
スを印加することにより双安定性が再び発現する等とい
った現象が観測される。つまり、こうした十分な単安定
性が実現されていない素子では、アクティブマトリクス
による連続階調制御が困難となることが考えられる一
方、図４（ｃ）に示すように一軸配向処理の束縛力を十
分に強くすることにより、準安定な状態の存在がなく、
完全に単安定化することが可能となり、連続階調制御特
性が大きく向上することになる。

【００３０】また、図４（ａ）における双安定エネルギ
ー障壁の高さに関しては、液晶材料特性やセル構成にも
依存して変化すると考えられる。つまり、定性的にはこ
のエネルギー障壁の高さは、液晶素子自身が作り出す反
電場量によって変化すると推察される。従って、準安定
状態が存在しないよう液晶素子を設計するためには、内
部反電場量が大きくなるようにセル設計することでエネ
ルギー障壁の高さを予め低く設定しておくことが望まし
い。例えば、配向膜として絶縁性の十分高いポリイミド
配向膜を上下両基板に配設しておくことが望ましい。

【００３１】図３（ｂ）に示すＣｈ−ＳｍＣ^*相転移の
際、図５に示すように２通りの異なった層法線方向（Ｌ
Ｎ₁及びＬＮ₂）を示すスメクチック層構造が形成するこ
とが考えられる。この時、カイラルスメクチック液晶を
狭持するセルの上下一対の基板の一軸配向処理の状態
（処理方向等の条件、配向材料等）が完全に対称であれ
ば図５に示すような２つのスメクチック層構造が均等な
割合で形成される。

【００３２】本発明の液晶素子においては、先ず適切な
液晶材料を用い、セルの設計を調製し、さらに液晶材料
のＣｈ−ＳｍＣ^*相転移或いはＩｓｏ−ＳｍＣ^*相転移の
過程においてセル内の内部電位に偏りを持たせるような
処理を施すことによって、図５に示す２つの層構造のう
ち一方の層構造のみに揃え、即ち平均一軸配向処理軸と
スメクチック層法線方向のズレ方向が一定となるように
し、液晶分子１４を仮想コーン１５の一エッジに単安定
化させ、そのメモリ性を消失させたＳｍＣ^*相の配向状
態を得る。この内部電位の偏りの持たせ方として、１）Ｃｈ−ＳｍＣ^*相転移の際、またはＩｓｏ−ＳｍＣ^*
相転移の際に一対の基板間に正負いずれかのＤＣ電圧を
印加する。２）上下一対の基板に異なる材料からなる配向膜（配向
制御膜）を用いる。３）上下一対の基板の配向膜の処理法（膜の形成条件、
ラビング強度、ＵＶ照射等の処理条件）を変える。４）上下一対の基板の配向膜の下地に設ける層の膜種ま
たは膜厚を変える。など、様々な方法が考えられるが、
いずれの手段を用いても良い。

【００３３】特に１）によるＤＣ印加条件としては、Ｄ
Ｃを長時間印加することによって配向膜自体が永久双極
子を有する変化（エレクトレット化）を避けるために、
ＤＣはＣｈ−ＳｍＣ^*相転移近傍において、層方向を一
方向に揃えるのに必要且つ最小限の印加時間にとどめて
おくことが好ましい。具体的には１００ｍＶ以上１０Ｖ
以下の範囲でのＤＣ電圧を印加することが好ましい。

【００３４】上述したような液晶材料及び上記２）〜
４）で設定される配向膜及び液晶材料中のイオンはＴＦ
Ｔ駆動に悪影響を及ぼさないよう極力低減しておくこと
が望ましい。

【００３５】次いで、本発明の液晶素子の配向状態、即
ち図５に示すようなＳｍＣ^*相での層構造の一方を優先
的に形成した配向状態を有するセルにおいて、電圧に対
する液晶分子１４の反転挙動について図６及び図７を参
照して説明する。図６には、電圧印加による液晶の仮想
コーン１５内での液晶分子の挙動についてのモデル、図
７には、当該液晶のセル内での配向状態について、セル
上面から見た場合、側面から見た場合、仮想コーン底面
への射影で見た場合のモデルを示している。

【００３６】図６（ｂ）に示すような電圧無印加時にお
いては液晶分子１４はほぼ平均一軸配向処理方向（矢印
Ｒ）に沿って、且つ液晶分子が電圧印加によりスイッチ
ングを行う仮想コーン１５の一端（エッジ）側に安定的
に配列する。この、液晶分子１４が仮想コーン１５のエ
ッジに単安定する状態をとる場合としては、スメクチッ
ク層構造が実質的にブックシェルフ構造（層傾斜角δが
３°以下）であり液晶分子１４のプレチルト角が極めて
小さい場合（図７（ａ）に示す配向状態）、或いはスメ
クチック層構造が斜めブックシェルフ構造であり、層傾
斜角δがプレチルト角にほぼ一致したような場合（図７
（ｂ）に示す配向状態）が考えられる。

【００３７】ここで、一軸配向処理方向Ｒに偏光軸の一
方（Ｐ）を一致させたクロスニコル（図６（ｄ））下に
セルを配置し、液晶を透過する光量を最低状態（最小透
過率）にして暗状態（黒状態）を表示する。尚、本発明
においては、液晶に第二の極性の電圧を加えた場合及び
電圧無印加の状態での透過率を第一の透過率、液晶に第
一の極性の電圧を加えた場合に液晶が呈する透過率を第
二の透過率とする。また、本発明において「透過率」と
は「光透過率」を示すものである。

【００３８】そして、例えば液晶の有する屈折率異方性
Δｎ、セル厚をｄとし、Δｎｄを可視光の２分の１波長
近傍に設定した場合、上記図６（ｂ）に示すような配向
状態に対し、第一の極性（図６の場合、正極性）の電圧
を印加したときには図６（ｃ）に示すように、液晶分子
１４は電圧無印加時の位置に対して電圧の極性に応じた
方向にチルト（スイッチング）する。このチルトの角度
は印加電圧の大きさに応じたものとなる。一方、上記第
一の極性と逆極性の第二の極性（図６の場合、負極性）
の電圧を加えた時には、液晶分子１４は電圧無印加時と
同様の位置にとどまる。こうして、第一の極性（正極
性）の電圧を印加したときには、その電圧絶対値が大き
くなるに伴い、セル内の液晶の透過率が増加し、該液晶
を透過する光量が変化して大きくなり、液晶分子１４が
仮想コーン１５内の所定の位置にチルトした状態（第二
の透過率の最大値）となった際に、電圧無印加時の透過
光量の大きさと最も異なる最大透過光量が得られる。負
の電圧を印加した場合は、液晶の透過率は変化せず（第
一の透過率のまま）、液晶を透過する光量は最低の状態
のまま維持される。

【００３９】ここで、例えば図６（ｄ）に示すような一
対の偏光板を用いる場合、正極性電圧印加時における液
晶分子１４の最大チルトの状態における、電圧無印加時
の液晶分子１４の位置を基準としたチルトの角度が４５
°より小さい場合では、液晶分子１４が仮想コーン１５
のエッジにある時、即ち最大チルトの状態において、正
極性電圧印加時での最大透過光量が得られる。一方、上
記チルトの角度が４５°以上である場合には、液晶分子
１４が仮想コーン１５のエッジの内側にある時におい
て、正極性電圧印加の際の最大透過光量が得られる。

【００４０】上述したような液晶分子のスイッチング挙
動を示す素子の電圧（Ｖ）−透過率（Ｔ）特性の例、特
に正極性電圧印加の際に液晶分子が最大チルト状態とな
るときに最大透過率が得られる場合の素子の特性を図８
に示す。正極性の電圧印加時にはその電圧値に沿って液
晶分子のチルトにより透過率（第二の透過率）が上昇
し、電圧Ｖ₁以上で最大透過率Ｔ₁を示す。一方負極性の
電圧印加時には、その電圧値（絶対値）によらず液晶分
子がチルトせず、−Ｖ₁であっても透過率は電圧無印加
時と同様に０（第一の透過率）である。

【００４１】本発明の液晶素子の図６及び図７に示すよ
うな配向状態及び図８に示すような特性を、一般的なＴ
ＦＴを備えたアクティブマトリクスタイプの液晶素子に
適用し、交流的な駆動波形を印加し、液晶部分を光シャ
ッターとして機能させ、一極性の電圧印加期間（例えば
図８に示す正極性側の電圧印加による光学応答特性を利
用する期間）と逆極性の電圧印加期間（例えば図８に示
す負極性側の電圧印加による光学応答特性を利用する期
間）を組み合わせることで、時間開口率を５０％以下に
する方式と同等の効果を得ることができる。こうして複
雑な周辺回路等を用いることなく、動画質の向上した液
晶素子を実現することが可能となる。

【００４２】次いで、本発明の液晶素子の配向状態にお
ける液晶分子の反転メカニズムについて説明する。

【００４３】図１及び図２に示すＳＳＦＬＣでの液晶分
子の配向状態では、液晶分子１４が双安定状態間をスイ
ッチングするためには、所定の高さのエネルギー障壁を
超えることが必要であり、このエネルギー障壁の存在が
双安定性の起源となっている。これに対し、本発明の液
晶素子における、例えば図６に示すような配向状態で
は、液晶分子１４がＳＳＦＬＣでの双安定ポテンシャル
の一方側に近い位置で極端に安定化された状態となって
いる。これにより、安定状態が一つしか存在せず、印加
電圧の大きさに応じた安定状態がアナログ的に存在し、
且つ印加電圧と安定な分子位置が一対一で対応するた
め、連続的且つドメインの生成を伴わない反転が実現で
きる。

【００４４】上記エネルギー障壁（ポテンシャル）の状
態のモデルを図９及び図１０に示す。

【００４５】図９（ａ）及び（ｂ）はＳＳＦＬＣにおけ
る双安定配向状態でのポテンシャルの状態をＣ１配向状
態、Ｃ２配向状態のそれぞれについて示したものであ
る。Ａ１及びＡ２は双安定状態のそれぞれの状態のポテ
ンシャルを示す。これらの図より明らかなように、Ｃ１
配向、Ｃ２配向によって上記ポテンシャルの状態が若干
異なってくる。ＳＳＦＬＣにおいてＣ１配向である場
合、液晶−基板界面での液晶分子の開き角はＣ２配向で
ある場合よりも大きくなるため（図２（ａ）及び（ｂ）
における基板界面付近の射影参照）、エネルギー障壁の
高さも高くなる。

【００４６】一方、図１０（ａ）及び（ｂ）には、本発
明の液晶素子における配向状態でのポテンシャルの状態
をＣ１配向状態、Ｃ２配向状態のそれぞれについて示し
たものである。Ｂ１は、電圧無印加での液晶分子のポテ
ンシャル（図６（ｂ）の場合）、Ｂ２は一方の極性の電
圧の印加による最大チルトでの液晶分子のポテンシャル
（図６（ｃ）の場合）を示す。

【００４７】上述のＳＳＦＬＣの場合で示したようなＣ
１配向、Ｃ２配向という双安定状態間のエネルギー障壁
の高さが異なる配向状態のそれぞれに対し、双安定状態
のうち一方を安定化させた場合にはそれぞれの駆動特性
が異なったものになってしまう。特にエネルギー障壁の
高いＣ１配向状態においては、図１０（ａ）に示すよう
に、双安定ポテンシャルの一方（Ｂ１）が極端に安定化
された状態とした場合においても、双安定状態が２つ残
ったまま、或いは一方が準安定状態（Ｂ２もポテンシャ
ルのレベルは高いが周囲に比して安定）となってしまう
状態が発生する。これにより電圧印加による応答の際、
ある一定のポテンシャルに達するまでは印加電圧の大き
さに応じた安定状態がアナログ的に存在し、且つ印加電
圧と安定な分子位置が一対一で対応するため、連続的且
つドメインの生成を伴わない反転が実現できるものの、
ある一定のポテンシャルを超えた際に不連続な配向状態
を形成する、即ちドメインウォールの生成を伴った不連
続な反転挙動となることがある。

【００４８】これに対し、Ｃ２配向状態では、双安定の
ＳＳＦＬＣである場合のエネルギー障壁が低いことか
ら、図１０（ｂ）に示すように、一方（Ｂ１）が極端に
安定化された状態とした場合にもＢ２の状態まで連続的
且つドメインの生成を伴わない反転が実現できている。
さらに、これらの図からＣ１配向の方が駆動電圧が高く
なり易いことが理解できる。

【００４９】以上述べた点から、本発明の液晶素子にお
ける配向状態については、アナログ階調性能及び低駆動
電圧化の観点から、平行ラビングしたセルにおいてはＣ
２配向を用いることが望ましい。或いは、Ｃ１配向及び
Ｃ２配向が混在している配向状態の場合は、これらの特
性ばらつきを最小限に抑えるためにもプレチルト角が低
いことが望ましい。或いは、反平行ラビングであること
が望ましい。

【００５０】本発明の液晶素子では、三角波印加時の電
圧−透過率曲線を求めた場合において若干のヒステリシ
スが存在する場合がある。但し、実際のＴＦＴを備えた
素子の場合のように交流波形において駆動される場合に
は、三角波印加時のように白状態から中間調状態へと連
続的に光学変調されることはないため特に問題になるこ
とはない。即ち、図８に示す特性によれば、印加される
極性に応じて常に白黒の反転をしながら光学変調される
ことから、例えば白から中間調へと光学変調される際に
は、白状態から黒の配向状態を経由した後中間調の配向
状態へと変調されるため、交流を印加した際には一方の
極性では常に黒側にリセットされた後に書き込むという
駆動が実現されているため、前状態の履歴の影響を受け
ることが原理的にほとんどない。

【００５１】本発明の第一の液晶素子においては、三角
波応答におけるヒステリシスパラメータ値Ｔ_diff、及び
γ値が特定のレベルに設定されている。これらヒステリ
シスパラメータ値及びγ値を以下に定義する。

【００５２】電圧無印加時に透過光量が０、即ち第一の
透過率が素子の最低透過率とした透過型素子に対して三
角波を印加し、該最低透過率を０％、最大透過率を１０
０％として、横軸に印加電圧、縦軸に透過率というグラ
フを描画した時、図１６に示したように、一方の極性の
電界に対しては光学応答が存在せず、もう一方の極性の
電界に対してのみ光学応答する。この時、低電圧から高
電圧へと変化する時に描画される曲線（立ち上がり曲
線）及び高電圧から低電圧へと変化する時に描画される
曲線（立ち下がり曲線）の２本が描画されるのが一般的
である。条件によっては、これら２本が完全に重なり合
って１本になる場合もある。

【００５３】本発明ではγ値を立ち上がり曲線において
光量が最大となる時の透過率（第二の透過率の最大値）
を１００％とし、透過率０％の状態の液晶に印加して透
過率が５％に達する電圧をＶ_5%、透過率が０％の状態の
液晶に印加して透過率が９５％となる電圧をＶ_95%と
し、γ＝Ｖ_95%／Ｖ_5%と定義する。このγ値は１以上の
値となるが、１に近づくほどしきい値特性が急峻になり
階調制御が困難になる。逆にこの値が１より十分に大き
いと階調制御性に優れた素子特性が得られる。本発明第
一の液晶素子では該γの値を３以上に設定し、安定的な
階調制御を可能としたものである。

【００５４】また、三角波応答極性における立ち上がり
時において透過率が０％の液晶に印加して透過率が５０
％となる電圧をＶ_u、立ち下がり時において透過率が１
００％の液晶に印加して透過率が５０％となる電圧をＶ
_dと定義し、これらの平均値（Ｖ_u＋Ｖ_d）／２の電圧を
印加した時にとりうる２つの透過率Ｔ_u［％］、Ｔ
_d［％］の差Ｔ_diff［％］を本発明におけるヒステリシ
スパラメータとして定義する。

【００５５】上記ヒステリシスに関しては、上述のよう
に実際の駆動時における影響は原理的にはほとんど考慮
しなくても良いが、Ｔ_diff［％］がおよそ５０％を超え
るような大きな値となった場合、前状態の履歴が実際の
駆動に影響する場合がある。これはＴ_diff［％］が大き
い場合には潜在的な双安定性素子特性が発現し、黒リセ
ット後においても前状態履歴が残存するためであろうと
推察される。従って、本発明の第一の液晶素子において
もヒステリシスパラメータＴ_diff［％］を単安定性の指
標として評価し、５０％以下に設定している。

【００５６】次に、本発明の第二の液晶素子について説
明する。本発明の第二の液晶素子は、アクティブマトリ
クス液晶素子であって、自発分極値及び内部イオンの許
容値が特定のレベルに設定されている。以下にこの点に
ついて説明するが、この説明中において、液晶及び内部
イオンの応答はゲートオン期間と比較すると十分遅い、
即ちゲートオン期間内での自発分極の反転及び内部イオ
ンの移動はわずかであるため、ゲートオン期間後の保持
時間内での問題として説明している（最も厳しい条件設
定である）。

【００５７】アクティブマトリクスセルには通常保持容
量（ストレージキャパシタンス）と呼ばれる容量Ｃ_sが
液晶容量Ｃ_lcと並列になるよう付与されているため、駆
動電圧Ｖ_opを印加した際には、液晶素子内には電荷Ｑと
してＱ＝Ｖ_op×（Ｃ_lc＋Ｃ_s）の電荷が注入される。次
いで、電荷注入された後、自発分極の反転及び内部イオ
ンの再配置、即ち液晶層に印加される電圧によってセル
内でイオンが移動し、セル厚方向で新たなイオン分布へ
と再構築される現象が発生する。

【００５８】この電荷の移動量は、自発分極の反転分が
２×Ｐｓ、内部イオンの再配置分がＱ_tであるため、
「２×Ｐｓ＋Ｑ_t」だけの電荷が移動することになる。

【００５９】尚、ここでいうＰｓの値は、液晶配向の変
化に寄与した自発分極の値であって、液晶材料物性値で
いうところのＰｓ値とは異なる場合がある。即ち、仮に
５０％透過率を得るために液晶分子がセル内において５
０％分反転したと仮定すると、内部電荷の移動に寄与し
た自発分極値は液晶材料物性値でいうところのＰｓ値
（Ｐｓ₀）の５０％の値となる。但し、飽和電圧以上の
電圧を与えられて、全液晶分子がスイッチングした場合
は、このＰｓ値がＰｓ₀と等しくなるため、結局Ｐｓ値
は液材料物性値のＰｓ値を考えればよい。

【００６０】一方、内部イオンの再配置分Ｑ_tは、まさ
に実際の駆動条件（電圧及び周波数）で関与する分であ
る。

【００６１】液晶の抵抗値が低い場合は、オーミックな
抵抗成分を流れる電荷によってもセル内に残存する電荷
量Ｑ_resetが減少する。ＴＦＴを実際に駆動するにあた
り、６０Ｈｚ駆動を想定した場合、１フレーム期間は１
６．７ｍｓであり、この期間内でオーミックな抵抗成分
による電圧減少分を１０％以下にするためには、液晶の
体積抵抗値を５×１０¹¹Ωｃｍ以上（２μｍ厚セルでの
実液晶抵抗値が１．０×１０⁸Ω）にする必要がある
（液晶の誘電率εを３．５〜７、セル厚を１〜２μｍと
して、液晶層の容量は１．５〜６．２［ｎＦ／ｃｍ²］
より、ＣＲ時定数で計算）。

【００６２】逆に、上記の条件内であれば、電圧降下は
下記に説明するその他の要因が支配的になることにな
る。以下、オーミックな抵抗成分以外の要因による電圧
降下を説明する。

【００６３】スイッチング完了及び内部イオンの再配置
が完了した後のセル内に残存する電荷量Ｑ_resetは、Ｑ
_reset＝Ｖ_op×（Ｃ_lc＋Ｃ_s）−（２×Ｐｓ＋Ｑ_t）とな
る。そして、上記式で表された残存電荷量から内部電圧
の値Ｖ_resetが決定され、この値と印加電圧Ｖ_opとの比
によって電圧保持率ＨＶＲが決定される。即ち、ＨＶＲ＝Ｖ_reset／Ｖ_op ＝［｛Ｖ_op×（Ｃ_lc＋Ｃ_s）−（２×Ｐｓ＋Ｑ_t）｝／（Ｃ_lc＋Ｃ_s）］／Ｖ_op ＝１−（２×Ｐｓ＋Ｑ_t）／｛Ｖ_op×（Ｃ_lc＋Ｃ_s）｝となる。

【００６４】一般的な液晶ディスプレイとして、６０Ｈ
ｚ駆動のマトリクス駆動（１フレーム期間は１６．７ｍ
ｓ）を想定し、液晶の誘電率εを３〜６、セル厚を１〜
２μｍとして、液晶層の容量は１．３〜５．３［ｎＦ／
ｃｍ²］、駆動最大電圧を５Ｖとする。この時、上記式
の「Ｑ_t」の最大値は、５Ｖ、１６．７ｍｓのパルス内
で測定されるＱ_tとなる。ここで、１０〜２０インチサ
イズのＸＧＡ〜ＳＸＧＡパネルを想定し、開口率をある
程度以上確保するためには、保持容量Ｃ_sは、液晶層の
容量Ｃ_lcの５倍以内とする必要がある。

【００６５】電圧保持率の好ましい値を５０％以上とす
ると、上記式の「２×Ｐｓ＋Ｑ_t」は３０［ｎＣ／ｃ
ｍ²］以下にする必要がある。また、電圧保持率のより
好ましい値として８０％以上とすると、「２×Ｐｓ＋Ｑ
_t」は１２［ｎＣ／ｃｍ²］以下にする必要がある。ま
た、ゲートオン期間（ＸＧＡ〜ＳＸＧＡパネルを想定し
た場合、ゲートオン期間は最小１６．３μｓ）内にＶ_op
×（Ｃ_lc＋Ｃ_s）だけの電荷注入が完了するよう、ＴＦ
Ｔのモビリティー値を設定する必要がある。

【００６６】以上述べたように、こうしたイオン量の条
件、特に「２×Ｐｓ＋Ｑ_t」の値を３０［ｎＣ／ｃｍ²］
以下、好ましくは１２［ｎＣ／ｃｍ²］以下にするため
に液晶材料や配向膜材料を適宜選択し、必要に応じて精
製等を行う必要がある。

【００６７】本発明者等は、特に液晶組成物中のエステ
ル骨格を有している化合物の含有比率に着目し、鋭意検
討したところ、その「エステル骨格化合物の含有比率」
が５０％以下であれば、５Ｖ、１６．７ｍｓのパルス内
で測定される実効Ｑ_tを３０［ｎＣ／ｃｍ²］以下にする
ことができ、さらにエステル骨格化合物の含有比率が２
０％以下であれば、５Ｖ、１６．７ｍｓのパルス内で測
定される実効Ｑ_tを１２［ｎＣ／ｃｍ²］以下にすること
ができる結果を得た。

【００６８】ここで、Ｐｓの大きさは、カイラル成分の
比率を変えることでほぼ自由に（０〜数十の範囲で）設
定することが可能なため、Ｐｓが最小値０に近い場合を
想定した。

【００６９】尚、特公平６−１０５３３２号公報には、
Ｃｈ−ＳｍＣ^*相転移系列を有する液晶材料を用いて、
電圧無印加時に単安定状態をとりうる液晶素子につい
て、交流駆動することが開示されている。しかしなが
ら、当該公報に記載の液晶素子では、印加電圧−透過光
強度を見ると、メモリ状態を有する電圧範囲が存在し、
ヒステリシスも大きく、印加電圧増加に対する透過率上
昇の仕方も実質的にしきい値を有しており、急峻である
が故にアクティブマトリクス駆動を用いても安定的な階
調制御を行うことができない。また、当該公報記載の素
子では、液晶材料としてエステル系化合物を主成分とし
て用いており、液晶材料中の不純物の除去が困難であ
り、液晶純度を十分に高くすることはできず、アクティ
ブマトリクス駆動における電圧保持率を確保できないと
いった観点から、当該駆動には不適である。

【００７０】尚、上記した本発明第一の液晶素子及び第
二の液晶素子を組み合わせることも好ましく適用され
る。

【００７１】以下、図１１を参照して本発明の液晶素子
の一実施形態について説明する。図１１は本発明の液晶
素子の一実施形態の１画素の構成を模式的に示す断面図
である。同図に示す液晶素子８０は、一対のガラス、プ
ラスチック等透明性の高い材料からなる基板８１ａ，８
１ｂ間にカイラルスメクチック液晶層８５を狭持してな
る。

【００７２】基板８１ａ，８１ｂには、それぞれカイラ
ルスメクチック液晶層８５に電圧を印加するためのＩｎ
₂Ｏ₃、ＩＴＯ等の材料からなる電極８２ａ、８２ｂが設
けられている。上記電極は、単純マトリクスタイプの場
合（本発明第一の液晶素子の場合）には、例えばストラ
イプ状に形成され、互いに交差してマトリクス電極構造
を形成している。また、アクティブマトリクスタイプの
場合（本発明第一の液晶素子の好ましい形態、及び本発
明第二の液晶素子）には、一方の基板に画素毎に画素電
極をドット状に配置し、各画素電極にＴＦＴやＭＩＭ
（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）等の
アクティブ素子（スイッチング素子）を接続し、他方の
基板には一面或いは所定のパターン状に共通電極を設け
てアクティブマトリクス電極構造を形成する。

【００７３】電極８２ａ，８２ｂ上には、必要に応じて
これらの電極間でのショートを防止する等の機能を持た
せたＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅等の材料からなる絶縁
膜８３ａ、８３ｂがそれぞれ設けられる。

【００７４】さらに、絶縁膜８３ａ，８３ｂ上には、液
晶層８５に接し、その配向状態を制御するべく機能する
配向膜８４ａ，８４ｂが設けられている。かかる配向膜
８４ａ、８４ｂの少なくとも一方には一軸配向処理が施
されている。かかる膜としては、例えば、ポリイミド、
ポリイミドアミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール
等の有機材料を溶液塗工した膜の表面にラビング処理を
施したもの、或いはＳｉＯ等の酸化物、窒化物を基板に
対し斜め方向から所定の角度で蒸着した無機材料の斜法
蒸着膜を用いることができる。

【００７５】尚、配向膜８４ａ，８４ｂについては、そ
の材料の選択、処理（一軸配向処理等）の条件等によ
り、液晶層８５の液晶分子のプレチルト角（液晶分子の
配向膜付近で膜面に対してなす角度）が調整される。

【００７６】尚、配向膜８４ａ，８４ｂがいずれも一軸
配向処理がなされた膜である場合、それぞれの膜の一軸
配向処理方向（特にラビング方向）を、用いる液晶材料
に応じて平行、反平行、或いは４５°以下の範囲でクロ
スするように設定することができる。

【００７７】尚、配向膜としては、少なくとも一方の基
板において有機膜を用い、且つリタデーションの値が、
有機配向膜が十分延伸されることが一軸配向規制の起源
と考えられることから、０．０５ｎｍ以上の大きさとす
ることが好ましい。

【００７８】本発明の液晶素子において、電圧無印加時
の液晶分子（平均分子軸）の単安定化のためには一軸配
向規制力が十分大きいことが必要となる。この配向規制
力に関して、コレステリック液晶を用いて配向規制力を
評価する方法が内田ら（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ
ｓ，５，ｐ．１１２７（１９８９））によって提案され
ている。即ち、コレステリック相でのらせんピッチと配
向規制力とのトルクバランスによって決定される「実効
ねじれ角」を評価することにより配向規制力が評価でき
る。本発明でもこの考えを用いてこの一軸配向規制力を
以下のように定義する。

【００７９】本発明の液晶素子においてＣｈ相が存在す
る場合、Ｃｈ相におけるコレステリックピッチをｐ、及
びセル厚をｄ_gとすると、配向規制力が存在しない場
合、セル内でのねじれ角をφとすると、ｄ_g／ｐ＝φ／
２πの関係となる。また、上下基板において平行に一軸
配向規制されており、配向規制力が無限大である場合に
はφはゼロになる。尚、このφの値は内田等の報告と同
様に、偏光顕微鏡下において旋光性を測定することによ
り容易に評価できる。すなわち、セル中では配向規制力
によって本来のピッチｐより大きい仮想ピッチｐ^*（＝
２π・ｄ_g／φ）を有しており、ｐ^*＝ｐの時配向規制力
はゼロ、ｐ^*＝無限大の時配向規制力も無限大であると
言い換えることができる。

【００８０】本発明では単安定化のためには少なくとも
ｐ^*≧２×ｐとなることが好ましい。ｐ^*≧１０×ｐとな
ることがより好ましい。これらの値となるようなことを
考慮して、一軸配向処理条件（ラビング条件等）、配向
膜厚、配向膜種、焼成条件等を適宜調整することが好ま
しい。

【００８１】また、本発明の液晶素子においては、一対
の基板の少なくとも一方の液晶との界面に一軸配向処理
が施されていれば良く、上記配向膜に限定されるもので
はない。

【００８２】基板８１ａ，８１ｂは、スペーサー８６を
介して対向している。かかるスペーサー８６は、基板８
１ａ，８１ｂの間の距離（セルギャップ）を決定するも
のであり、シリカビーズ等が用いられる。ここで決定さ
れるセルギャップについては、液晶材料の違いによって
最適範囲及び上限値が異なるが、均一な一軸配向性、ま
たは電圧無印加時に液晶分子の平均分子軸をほぼ配向処
理軸の平均方向の軸と実質的に同一にする配向状態を発
現させるべく、０．３〜１０μｍの範囲に設定すること
が好ましい。

【００８３】スペーサー８６に加えて、基板１１ａ及び
１１ｂ間の接着性を向上させ、カイラルスメクチック液
晶の耐衝撃性を向上させるべく、エポキシ樹脂等の樹脂
材料等からなる接着粒子を分散配置することもできる
（図示せず）。

【００８４】上記構造の液晶素子８０では、カイラルス
メクチック液晶層８５としては、その材料の組成を調整
し、好ましくはエステル骨格を有している化合物の含有
比率が５０％以下であれば、さらに液晶材料の処理や素
子構成、例えば配向膜８４ａ及び８４ｂの材料、処理条
件等を適宜設定することにより、前述の図３（ｂ）、図
６、図７に示すように、電圧無印加時では、該液晶の平
均分子軸（液晶分子）が単安定化されている配向状態を
示し、駆動時では一方の極性（第一の極性）の電圧印加
時に印加電圧の大きさに応じて平均分子軸の単安定化さ
れる位置を基準としたチルト角が連続的に変化し、他方
の極性（第二の極性）の電圧印加時には液晶の平均分子
軸は、電圧無印加時と同様に平均一軸配向処理軸と実質
的に一致し、印加電圧の大きさによってもチルトしない
ような特性を示すようにする。好ましくは、カイラルス
メクチック液晶材料として、降温下でＩｓｏ−Ｃｈ−Ｓ
ｍＣ^*の相転移系列、或いはＩｓｏ−ＳｍＣ^*の相転移系
列を示すものを用い、前述した１）〜４）の処理により
ＳｍＣ^*でメモリ性を消失させた状態を形成する。

【００８５】さらに、所望の液晶素子の構成要件に応じ
て、液晶材料等の調製により、前述したγ、ヒステリシ
ス特性及びイオン量を設定する。

【００８６】このような特性下において、基板８１ａ及
び８１ｂの少なくとも一方の外側に偏光板を設け、電圧
無印加の状態で最暗状態となるようにセルを配置し、電
圧印加時には上記したようなチルト角の連続的な変化に
伴う透過率変化によって、例えば図８に示すような特性
で素子の透過光量をアナログ的に制御することができ
る。

【００８７】当該液晶素子には、基板８１ａ及び８１ｂ
の一方に少なくとも、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の
カラーフィルタを設け、カラー液晶素子とすることもで
きる。

【００８８】尚、本発明の液晶素子は、基板８１ａ及び
８１ｂの両側に偏光板（図示せず）を設けた透過型の素
子、即ち基板８１ａ及び８１ｂのいずれも透光性基板で
あり、一方の基板側からの入射光（例えば外部光源によ
る光）を変調し、他方側に出射するタイプの素子、或い
は、少なくとも一方の基板側に偏光板を設けた反射型の
液晶素子、即ち基板８１ａ及び８１ｂの少なくとも一方
の側に反射板を設けるかもしくは一方の基板自体または
基板に別途設ける部材として反射性の材料を用いること
によって、入射光及び反射光を変調し、入射側に光を出
射するタイプの素子、のいずれにも適用することができ
る。

【００８９】本発明の液晶素子には、階調信号を供給す
る駆動回路を接続し、上述したような電圧の印加により
液晶の平均分子軸の単安定位置からの連続的なチルト角
の変化及び素子からの透過光量が連続的に変化する特性
を利用し、階調表示を行うことができる。例えば、液晶
素子の一方の基板を前述したようなＴＦＴ等を備えたア
クティブマトリクス基板とし、駆動回路で振幅変調によ
るアクティブマトリクス駆動を行うことでアナログ階調
表示が可能となる。

【００９０】以下に本発明の液晶素子を、上記のような
アクティブマトリクス基板を用いて構成した場合につい
てその一実施形態を挙げ、図１２〜図１４を参照して説
明する。

【００９１】図１２は、本発明の液晶素子の一実施形態
に駆動手段を接続した形で、一方の基板（アクティブマ
トリクス基板）の構成を中心に模式的に示した平面図で
ある。

【００９２】図１２に示す構成では、液晶素子に相当す
るパネル部９０において、駆動手段である走査信号ドラ
イバ９１に接続された走査信号線に相当する図面上水平
方向のゲート線Ｇ₁、Ｇ₂、…と、駆動手段である情報信
号ドライバ９２に接続された情報信号線に相当する図面
上縦方向のソース線Ｓ₁、Ｓ₂、…が互いに絶縁された状
態で直交するように設けられており、その各交点の画素
に対応してアクティブ素子（スイッチング素子）である
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）９４及び画素電極９５が設
けられている。尚、図１２では便宜上、５×５画素の領
域のみを示す。スイッチング素子としては、ＴＦＴの他
に、ＭＩＭ素子も用いることができる。

【００９３】ゲート線Ｇ₁、Ｇ₂、…はＴＦＴ９４のゲー
ト電極（図示せず）に接続され、ソース線Ｓ₁、Ｓ₂、…
はＴＦＴ９４のソース電極（図示せず）に接続され、画
素電極９５はＴＦＴ９４のドレイン電極（図示せず）に
接続されている。

【００９４】かかる構成において、走査信号ドライバ９
１によりゲート線Ｇ₁、Ｇ₂、…が例えば線順次に走査選
択されてゲート電圧が供給され、このゲート線の走査選
択に同期して情報信号ドライバ９２から、各画素に書き
込み情報に応じた情報信号電圧がソース線Ｓ₁、Ｓ₂、…
に供給され、ＴＦＴ９４を介して各画素電極に印加され
る。

【００９５】図１３は、図１２に示したようなパネル構
成における各画素部分（１ビット分）の断面構造の一例
を示す模式図である。同図に示す構造では、ＴＦＴ９４
及び画素電極９５を備えたアクティブマトリクス基板２
０と共通電極４２を備えた対向基板４０間に、自発分極
を有する液晶層４９が狭持され、液晶容量（Ｃ_lc）３１
が構成されている。

【００９６】アクティブマトリクス基板２０について
は、ＴＦＴ９４としてアモルファスＳｉＴＦＴを用いた
例を示している。ＴＦＴ９４はガラス等からなる基板上
に形成され、図１２に示すゲート線Ｇ₁、Ｇ₂、…に接続
されたゲート電極２２上に窒化シリコン（ＳｉＮ_x）等
の材料からなる絶縁膜（ゲート絶縁膜）２３を介してａ
−Ｓｉからなる半導体層２４が設けられており、該半導
体層２４上に、それぞれｎ⁺ａ−Ｓｉからなるオーミッ
クコンタクト層２５，２６を介してソース電極２７、ド
レイン電極２８が互いに離間して設けられている。ソー
ス電極２７は図１２に示すソース線Ｓ₁、Ｓ₂、…に接続
され、ドレイン電極２８はＩＴＯ等の透明導電膜からな
る画素電極９５に接続されている。また、ＴＦＴ９４に
おける半導体層２４上をチャネル保護膜２９が被覆して
いる。このＴＦＴ９４は、該当するゲート線が走査選択
された期間においてゲート電極２２にゲートパルスが印
加されオン状態となる。

【００９７】さらに、アクティブマトリクス基板２０に
おいては、画素電極９５と、該電極の基板２１側に設け
られた保持容量電極３０により絶縁膜２３（ゲート電極
２２上の絶縁膜と連続的に設けられた膜）を狭持した構
造により保持容量（Ｃ_s）３２が液晶容量３１と並列の
形で設けられている。保持容量電極３０はその面積が大
きい場合、開口率を低下させるため、ＩＴＯ膜等の透明
導電膜により形成される。

【００９８】また、アクティブマトリクス基板２０のＴ
ＦＴ９４及び画素電極９５上には液晶の配向状態を制御
するための例えばラビング処理等の一軸配向処理が施さ
れた配向膜４３ａが設けられている。一方、対向基板４
０では、ガラス等の基板４１上に、全面同様の厚みで共
通電極４２、及び液晶の配向状態を制御するための配向
膜４３ｂが積層されている。尚、本発明においては、一
対の基板の少なくとも一方の液晶との界面に一軸配向処
理が施されていれば良く、上記配向膜に限定されるもの
ではない。

【００９９】尚、上記セル構造は、互いに偏光軸が直交
した関係にある一対の偏光板（図示せず）間に狭持され
て用いられる。

【０１００】上記構造のセルの画素部分において、液晶
層４９としては、図１１で説明したように、自発分極を
有するカイラルスメクチック液晶が用いられ、図３、図
６〜図８に示すような配向状態及び光学特性を示すよう
に設定される。

【０１０１】尚、図１２、図１３に示したＴＦＴ９４と
しては、多結晶Ｓｉ（ｐ−Ｓｉ）ＴＦＴを用いることも
できる。

【０１０２】図１３のパネルの画素部分の等価回路を図
１４に、駆動波形の一例を図１５に示し、本発明の液晶
素子におけるアクティブマトリクス駆動について説明す
る。

【０１０３】本発明の液晶素子におけるアクティブマト
リクス駆動では、例えば一画素においてある情報を表示
するための期間（１フレーム）を複数のフィールド（例
えば図１５に示す１Ｆ及び２Ｆ）に分割し、これら２フ
ィールドにおいて平均的に所定の情報に応じた透過光量
を得る。以下に、液晶層４９が図８に示すような光学特
性を示す場合における、１フレームが２フィールドに分
割された例について説明する。

【０１０４】図１５（ａ）は、任意の一画素に着目した
際に、当該画素に接続された走査信号線となる一ゲート
線に印加される電圧を示す。図１２、図１３に示された
構造の液晶素子では、各フィールド毎にゲート線Ｇ₁、
Ｇ₂、…が例えば線順次で選択され、一ゲート線には選
択期間Ｔ_onにおいて所定のゲート電圧Ｖ_gが印加され、
ゲート電極２２に電圧Ｖ_gが加わり、ＴＦＴ９４がオン
状態となる。他のゲート線が選択されている期間に相当
する非選択期間Ｔ_offにはゲート電極２２に電圧が加わ
らずＴＦＴ９４は高抵抗状態（オフ状態）となる。

【０１０５】図１５（ｂ）は、当該画素の情報信号線
（ソース線）に印加される電圧Ｖ_sを示す。図１５
（ａ）で示すように各フィールドで選択期間Ｔ_onでゲー
ト電極２２にゲート電圧が印加された際、これに同期し
て当該画素に接続されたソース線Ｓ₁、Ｓ₂、…からソー
ス電極２７に、所定のソース電圧（情報信号電圧）Ｖ_s
（基準電位を共通電極４２の電位Ｖ_cとする）が印加さ
れる。

【０１０６】ここで、１フレームを構成する第一のフィ
ールド（１Ｆ）では、当該画素に書き込まれる情報、例
えば用いる液晶に応じた図８に示すような電圧−透過率
特性を基に当該画素で得ようとする光学状態または表示
情報（透過率）に応じたレベルＶ_xの正極性のソース電
圧（情報信号電圧）（基準電位を共通電極４２の電位Ｖ
_cとする）が印加される。この時、ＴＦＴ９４がオン状
態であるため、上記ソース電極２７に印加される電圧Ｖ
_xがドレイン電極２８を介して画素電極９５に印加さ
れ、液晶容量（Ｃ_ls）３１及び保持容量（Ｃ_s）３２に
充電がなされ、画素電極９５の電位が情報信号電圧Ｖ_x
になる。続いて当該画素の属するゲート線の非選択期間
Ｔ_offにおいてＴＦＴ９４は高抵抗（オフ状態）となる
ため、この非選択期間には、液晶容量（Ｃ_lc）３１及び
保持容量（Ｃ_s）３２では選択期間Ｔ_onで充電された電
荷が蓄積された状態を維持し、電圧Ｖ_xが保持される。
そして、当該画素における液晶層４９に第１フィールド
１Ｆの期間を通して電圧Ｖ_xが印加され、当該画素の液
晶部分ではこの電圧値に応じた光学状態（透過光量）が
得られる。

【０１０７】次に、第二のフィールド（２Ｆ）の選択期
間Ｔ_onでは、第一のフィールド１Ｆとは極性が逆で絶対
値が同じ電圧値Ｖ_xを有するソース電圧（−Ｖ_x）がソー
ス電極２７に印加される。この時、ＴＦＴ９４がオン状
態であり、画素電極９５に電圧−Ｖ_xが印加されて、液
晶容量（Ｃ_lc）３１及び保持容量（Ｃ_s）３２が充電さ
れ、画素電極９５の電位が情報信号電圧−Ｖ_xになる。
続いて、非選択期間Ｔ_offにおいてＴＦＴ９４は高抵抗
（オフ状態）となるため、この非選択期間には液晶容量
（Ｃ_lc）３１及び保持容量（Ｃ_s）３２では選択期間Ｔ
_onで充電された電荷が蓄積された状態を維持し、電圧−
Ｖ_xが保持される。

【０１０８】図１５（ｃ）は、上述したような画素の液
晶容量及び保持容量に実際に保持され液晶層４９に印加
される電圧値Ｖ_pixを、図１５（ｄ）は当該画素での液
晶の実際の光学応答（透過型液晶素子とした場合での光
学応答）を模式的に示す。（ｃ）に示すように、２フィ
ールド１Ｆ及び２Ｆを通じて印加電圧は互いに極性が反
転しただけの同一レベル（絶対値）Ｖ_xである。一方、
（ｄ）に示すように、第一フィールド１Ｆでは、例えば
図８に示す特性に基づいてＶ_xに応じた階調表示状態
（透過光量）が得られ、第二フィールド２Ｆでは、−Ｖ
_xにより透過光量が０レベルとなる。従って、１フレー
ム全体では、Ｔ_xと０を平均した透過光量が得られる。

【０１０９】上述したようなアクティブマトリクス駆動
では、カイラルスメクチック液晶を用いた場合に良好な
高速応答性に基づいた階調表示が可能となると同時に、
一画素においてあるレベルの階調表示を、高い透過光量
を得る第一フィールドと透過光量が０の第二フィールド
に分割して連続的に行い、第二フィールドを第一フィー
ルドと同じか或いは長く設定することにより、時間開口
率が５０％以下となり、人間の目に感じる動画高速応答
特性も良好になる。

【０１１０】さらに、第一及び第二フィールドで同様の
レベルの電圧が極性反転して液晶層４９に印加されるた
め、液晶層４９に実際に印加される電圧が交流化され、
液晶の劣化が防止される。

【０１１１】上記のアクティブマトリクス駆動では、２
フィールドからなる１フレーム全体では、Ｔ_xと０を平
均した透過光量が得られる。このため、情報信号電圧Ｖ
_sについては、図８に示す特性に沿って、実際の当該フ
レームで当該画素で得ようとする画像情報（階調情報）
に応じて、所定のレベルだけ大きな透過光量を得ること
のできる電圧値を選択して印加することにより、第一フ
ィールド１Ｆにおいて、所望の階調状態より高いレベル
の透過光量での階調状態を表示することが好ましい。

【０１１２】本発明の液晶素子においては、第二の極性
の電圧を印加する期間をＦ₂、上記第一の極性の電圧を
印加する期間をＦ₁とした時、Ｆ₂≧Ｆ₁と設定する。こ
れにより、表示画像の動画質が向上する。例えば、上記
した液晶素子のアクティブマトリクス駆動においては、
第二フィールド２Ｆを第一フィールド１Ｆと同じか或い
は長時間になるように設定する。この時、第一フィール
ド期間をＦ₁、第二フィールド期間をＦ₂、第一フィール
ドで液晶層に印加される第一の極性の電圧値をＶ₁、第
二フィールドで液晶層に印加される第二の極性の電圧値
をＶ₂とした時、本発明においては、Ｆ₁≦Ｆ₂であり、
好ましくは、Ｆ₁×Ｖ₁＝Ｆ₂×Ｖ₂とする。このように、
各期間の長さと電圧値とを設定することにより、各フィ
ールドで印加される電圧の積分値が同一となり、実質的
に液晶層に印加される直流成分がゼロとなって液晶の劣
化が最小限に抑えられる。

【０１１３】

【実施例】（実施例１）〔液晶セルの作製〕透明電極（電極面積１ｃｍ²）とし
て厚さ７００ÅのＩＴＯ膜を形成した厚さ１．１ｍｍの
一対のガラス基板を用意した。該基板の透明電極上に、
配向膜として市販の「ＳＥ−７９９２」（日産化学社
製）をスピンコート法により塗布し、その後、８０℃で
５分間の前乾燥を行った後、２００℃で１時間加熱焼成
を施し、膜厚２００Åのポリイミド被膜を得た。尚、こ
の配向膜を用いたセル中にＴＦＴ型液晶素子用高純度液
晶材料として市販の「ＫＮ５０１５ＬＡ」（チッソ社
製）を注入してイオン量を測定したところ、測定限界以
下となっていた。従って、この配向膜からの不純物イオ
ンの発生はないと考えられることから、以下の実施例に
おける不純物の量は全て液晶材料自身の有する不純物イ
オン量であるとみなすことができる。

【０１１４】続いて、当該基板上のポリイミド膜に対し
て一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理を
施した。ラビング処理の条件は、直径１０ｃｍのロール
にナイロン（帝人社製「ＮＦ−７７」）を貼り合わせた
ラビングロールを用い、押し込み量０．３ｍｍ、送り速
度１０ｃｍ／ｓ、回転数１０００ｒｐｍ、送り回数４回
とした。

【０１１５】次いで、一方の基板上にスペーサーとし
て、平均粒径１．６μｍのシリカビーズを散布し、各基
板のラビング処理方向が互いに反平行（アンチパラレ
ル）となるように対向させ、均一なセルギャップ（１．
５５μｍ）のセル（単画素の空セル）を得た。

【０１１６】尚、このセルの複屈折位相差（リタデーシ
ョン）を下記方法により測定したところ、０．０８ｎｍ
であった。

【０１１７】屈折位相差（リタデーション）の測定方法
は以下の通りである。

【０１１８】装置は、オーク製作所社製の自動複屈折測
定装置「ＡＤＲ−３００ＬＣ−Ａ」を用いた。本装置
は、Ｘ−Ｙ自動位置決めステージ及び専用光学系を有し
た本体と電源ボックス、制御パソコンなどから構成され
ている。また、光学系はＨｅ−Ｎｅレーザを使用してい
る。

【０１１９】測定は、入射角０°（垂直入射）でレーザ
を入射し、測定基板をセットしたステージを３６０°回
転させ、検出された複屈折位相差の値から、屈折率楕円
体を計算して求める。

【０１２０】実際の測定は次のように行った。

【０１２１】７５ｍｍ×７５ｍｍのＩＴＯ基板に、配向
膜を所定の膜厚で塗布、焼成し、本装置にセットした。
これは、ガラス基板と配向膜下地の複屈折の影響を除く
ために行う（バックグラウンド測定）ものである。

【０１２２】ここで、入射方位角０°、傾斜角０°にセ
ットし、所定の配向膜の屈折率、膜厚を入力し、測定を
開始した。この時の測定ポイントは８１ポイントでその
平均を得た。

【０１２３】次に、この基板を取り出し、所定の条件で
ラビングし、同様の操作を行った。測定後、ラビング後
の複屈折位相差データからバックグラウンドの複屈折位
相差データを引くことで、所定の複屈折位相差（リタデ
ーション）が求められる。

【０１２４】〔アクティブマトリクスセルの作製〕上記
同様の材料、及び条件の透明電極、ポリイミド配向膜を
用い、さらに、一方の基板をゲート絶縁膜として窒化シ
リコン膜を備えたａ−ＳｉＴＦＴを有するアクティブマ
トリクス基板とし、他方の基板にＲ、Ｇ、Ｂのカラーフ
ィルタを形成し、図１３に示す画素構造のアクティブマ
トリクスセル（パネル）を作製した。尚、ＴＦＴにおけ
る保持容量（Ｃ_s）はそれぞれの液晶の容量（Ｃ_lc）の
５倍となるように設定した。画面サイズは１０．４イン
チ、画素数は８００×６００×ＲＧＢとした。

【０１２５】〔液晶組成物の調製〕下記液晶性化合物を
それぞれ下記の重量比率で混合し、液晶組成物Ａ〜Ｇを
調製した。

【０１２６】

【表１】

【０１２７】上記液晶組成物Ａ〜Ｇの物性パラメータと
して等方相（Ｉｓｏ）からの降温時の相転移温度を表２
に、Ｔ_c−Ｔ＝１０℃（Ｔ_cはＣｈ→ＳｍＣ^*相転移温
度）における自発分極、チルト角、ＳｍＣ^*相でのらせ
んピッチを表３に示す。

【０１２８】

【表２】

【０１２９】

【表３】

【０１３０】上記のプロセスで作製した単画素セル
（１）及びアクティブマトリクスセル（２）のそれぞれ
に液晶組成物Ａ〜ＧをＩｓｏ相の温度で注入し、液晶を
カイラルスメクチック相を示す温度まで冷却し、それぞ
れ液晶素子サンプルＡ（１）〜Ｇ（１）、Ａ（２）〜Ｇ
（２）を作製した。この冷却の際、Ｃｈ−ＳｍＣ^*相転
移前後において＋３Ｖのオフセット（直流）電圧を印加
して冷却する処理を行った。かかるサンプルについて下
記の評価を行った。

【０１３１】１．配向状態素子サンプルＡ（１）〜Ｇ（１）の液晶の配向状態につ
いて偏光顕微鏡観察を行った。

【０１３２】その結果、最暗軸がラビング方向とほぼ平
行となる配向状態であり、且つ層法線方向がセル全体で
一方向しかないほぼ均一な配向状態が観測された。

【０１３３】２．三角波応答液晶素子が示す電気光学応答を測定するために、素子サ
ンプルＡ（１）〜Ｇ（１）についてセルをクロスニコル
下でフォトマルチプライヤー付き偏光顕微鏡に、ラビン
グ方向に偏光軸を合わせて暗視野となるように配置し
た。

【０１３４】これにＴ_c−Ｔ＝１０℃において±５Ｖ、
０．２Ｈｚの三角波を印加した際の光学応答を観測する
と、正極性の電圧印加に対しては、印加電圧の大きさに
応じて徐々に透過光量（透過率）が増加していくのに対
し、負極性の電圧印加に対しては、電圧無印加時の黒状
態から実質的に透過光量が変化しないことがわかった。

【０１３５】また、正極性の電圧を印加した状態（白表
示）から電圧を切ると、黒状態へ緩和（スイッチング）
することが確認された。

【０１３６】また、この光学応答から、いずれの素子サ
ンプルにおいてもγ特性が緩やかで立ち上がりのしきい
値は明確に存在しない結果となっている。即ち、立ち上
がり曲線において透過率が最大透過率の９５％となる電
圧をＶ_95%、最大透過率の５％となる電圧をＶ_5%とした
時の、γ＝Ｖ_95%／Ｖ_5%はいずれの素子サンプルにおい
ても５以上の値を示していた。この結果から、素子サン
プルがいずれも連続階調性に優れていることが分かっ
た。

【０１３７】次いで、ヒステリシス量の評価を行った。
即ち、三角波応答曲線における立ち上がり時の透過率が
５０％に達する電圧をＶ_u、立ち下がり時の透過率が５
０％に達する電圧をＶ_dとし、これらの平均値の電圧
（Ｖ_u＋Ｖ_d）／２を印加した時にとりうる２つの透過率
Ｔ_u、Ｔ_dの差Ｔ_diffをそれぞれのサンプルについて評価
した。結果を表４に示す。

【０１３８】

【表４】

【０１３９】上記の結果から、素子サンプルＡ（１）及
びＢ（１）に関しては、ヒステリシスパラメータＴ_diff
の値が５０％を超えており、アクティブマトリクス駆動
における階調表示性に問題が生じるものとなっている
が、素子サンプルＣ（１）〜Ｇ（１）に関しては、ヒス
テリシスパラメータの値も小さく、良好な階調表示性能
が期待できるものとなっている。

【０１４０】３．矩形波応答素子サンプルＡ（１）〜Ｇ（１）について、三角波応答
と同様の装置を用いて、６０Ｈｚの矩形波を印加して電
圧（＋５Ｖ〜−５Ｖの範囲）を変化させながら光学レベ
ルを測定した。

【０１４１】その結果、全ての素子が正極性の電圧のみ
に応答し、電圧レベルを変えることで輝度レベルを変化
させることが可能であった。しかしながら、素子サンプ
ルＡ（１）及びＢ（１）については、上述のヒステリシ
スパラメータＴ_diffの値が大きいため、その光学応答は
前状態に依存し、安定した中間調を得ることはできなか
った。

【０１４２】それに対し、素子サンプルＣ（１）〜Ｇ
（１）については、上述のヒステリシスパラメータが小
さいため、その光学応答は前状態には依存せず安定した
中間調が得られることが確認できた。従って、素子サン
プルＣ（１）〜Ｇ（１）については、アクティブマトリ
クス駆動による振幅変調によりアナログ階調表示が可能
である。

【０１４３】また、この正極性の矩形波電圧（飽和電圧
は全て約５Ｖ）印加による、立ち上がり時間（最暗状態
から、所定の電圧印加により得ようとする透過率の９０
％の透過率となる時間）と、立ち下がり時間（所定の電
圧での飽和透過率状態から当該透過率の１０％の透過率
となる時間）での応答速度は、高電圧（５Ｖ程度）印加
の際には、それぞれ０．６〜０．９ｍｓ、０．２〜０．
３ｍｓであり、低電圧（１Ｖ程度）印加の際には、それ
ぞれ１．６〜２．１ｍｓ、０．３〜０．５ｍｓであり、
一般的なネマチック液晶でのスイッチングに比較しても
高速応答性が確認された。

【０１４４】４．イオン量及び電圧保持率の測定素子サンプルＡ（１）〜Ｇ（１）について、Ｔ_c−Ｔ＝
１０℃における内部イオンの再配置分（Ｑ_t）ならびに
電圧保持率、セルでの実液晶抵抗値の測定を行った。結
果を表５〜表７に示す。ここで、表７中の液晶の抵抗値
は、セルギャップ２μｍのＡｌ電極セル中で測定された
値であるが、素子サンプルＡ（１）〜Ｇ（１）の実液晶
抵抗値から算出される値とほぼ完全に一致している。ま
た、表７中の算出電圧保持率は、セルでの実液晶抵抗値
と液晶容量（２ｎＦ）から時定数計算されたものであ
る。

【０１４５】測定には、東陽テクニカ社製の液晶電圧保
持率測定システム「ＶＨＲ−１Ａ／Ｓ型」並びに液晶セ
ルイオン密度測定システムを用い、印加電圧は±５Ｖと
し、ゲート信号オフ時から１６．７ｍｓ後の内部電圧の
値を測定し、印加電圧５Ｖとの比を算出することにより
それぞれのサンプルにおける電圧保持率を求めた。

【０１４６】

【表５】

【０１４７】

【表６】

【０１４８】

【表７】

【０１４９】５−１．実駆動／動画質評価ＡＴＦＴを用いたアクティブマトリクスパネルである素子
サンプルＡ（２）〜Ｇ（２）を用いて、動画質評価を行
った。この動画質評価は１０名程度の非専門家による主
観評価とし、下記５段階の尺度（カテゴリー）で評価し
た。評価に使用した画像は、ＢＴＡのハイビジョン標準
画像（静止画）から３種類（肌色チャート、観光案内
板、ヨットハーバー）を選び、その中の中心部分の４３
２×１６８画素を切り出して使用した。

【０１５０】さらにこれらの画像を高速な動きの動画
像：１３．６（ｄｅｇ／ｓ）の一定速度（テレビ番組の
一般的な動き速度程度である６．８（ｄｅｇ／ｓ）の２
倍の速度）で移動させた像を作成し、画像のボケを評価
した。

【０１５１】尺度５…画面の周辺ボケが全く観察されずキレの良い良
好な動画質尺度４…画面の周辺ボケがほとんど気にならない尺度３…画面の周辺ボケが観察され、細かい文字は判別
し難い尺度２…画面の周辺ボケが顕著となり、大きな文字も判
別し難い尺度１…画面全体にボケが顕著となり、原画像がほとん
ど判別不能

【０１５２】この時の画像ソースのコンピュータ側から
の出力は、１秒間に６０画面分を順次走査（プログレッ
シブ）するようなピクチャーレートとした。

【０１５３】先ず、ＴＦＴパネル側（サンプル）の表示
は、１秒間に６０フレームの表示を行い、１フレームを
複数フィールドに分割せず、フレーム反転駆動を行っ
た。その結果、若干ではあるが動画質の周辺ボケが観測
された。この周辺ボケ度合いを主観評価すると、上記５
段階評価で３程度であった。

【０１５４】さらに、１フレームを２つのフィールドに
分割し、最初のフィールドで正極性電圧、続くフィール
ドで負極性電圧（両フィールドの電圧レベルは同じ）を
印加し、実質的に周波数１２０Ｈｚで動作させた場合、
フリッカが全く観察されず、周辺ボケがほぼ感じられな
い動画質が観察され、上記の５段階評価では４のレベル
であった（表８）。

【０１５５】尚、この評価を一般的なＣＲＴを用いて行
うと５段階評価で全員が５、応答が数十ｍｓかかる市販
のＴＦＴタイプの液晶素子を用いると５段階評価で１〜
２程度の評価結果であった。その結果を表８に示す。

【０１５６】

【表８】

【０１５７】上記の結果から分かる通り、Ｃ（２）及び
Ｄ（２）はやや暗いが、色再現性や残像の問題はなく、
高速応答性能による動画像の表示もほぼ良好な高画質の
液晶ディスプレイが実現できている。さらに、Ｅ
（２）、Ｆ（２）、Ｇ（２）は、明るく、残像もなく、
色再現性や動画像の表示もほぼ良好な高画質の液晶ディ
スプレイが実現されている。

【０１５８】５−２実駆動／動画質評価Ｂ次に、１フレームを時間比率で１：２の２つのフィール
ドに分割し、実質的に１２０Ｈｚで駆動した（パルス幅
としては、５．６ｍｓと１１．１ｍｓ）、最初のフィー
ルドで０〜５Ｖの正極性電圧、続くフィールドで０〜
２．５Ｖの負極性電圧（両フィールドの電圧レベルは
２：１の比率）を印加し動作させた場合、フリッカが全
く観察されず、周辺ボケが全く感じられない動画像が観
察され、理想的な動画像が得られた。Ｃ（２）〜Ｇ
（２）で、上記の５段階評価では５のレベルであった。
結果を表９に示す。

【０１５９】

【表９】

【０１６０】上記の結果から分かる通り、Ｃ（２）及び
Ｄ（２）はやや暗いが、色再現性や残像の問題はなく、
高速応答性能による動画像の表示も良好な高画質の液晶
ディスプレイが実現されている。さらに、Ｅ（２）、Ｆ
（２）、Ｇ（２）は、明るく、残像もなく、色再現性や
動画像の表示もほぼ良好な高画質の液晶ディスプレイが
実現されている。

【０１６１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
高速応答且つ階調表示が可能なカイラルスメクチック液
晶素子が得られ、特に、複雑な回路を用いることなく動
画質を向上し、同時に液晶の劣化を防止し、長期にわた
って良好な動画質を表示しうる耐久性に富んだ液晶素子
が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＳＳＦＬＣタイプの液晶素子における液晶配向
状態での液晶分子及び液晶層構造を示す模式図である。

【図２】図１の液晶配向状態における液晶分子の仮想コ
ーン底面への射影を示す模式図である。

【図３】ＳＳＦＬＣタイプの液晶素子及び本発明の液晶
素子の一実施形態の各液晶相での配向状態を示す模式図
である。

【図４】カイラルスメクチック液晶素子におけるポテン
シャルの状態について示す模式図である。

【図５】カイラルスメクチックＣ相での配向状態を示す
模式図である。

【図６】本発明の液晶素子の一実施形態におけるカイラ
ルスメクチック液晶相での電圧印加による液晶分子の反
転挙動を示す模式図である。

【図７】本発明の液晶素子における配向状態の例を示す
模式図である。

【図８】本発明の液晶素子における電圧−透過率特性の
一例を示す図である。

【図９】ＳＳＦＬＣにおける双安定配向状態でのポテン
シャルの状態を示す模式図である。

【図１０】本発明の液晶素子における配向状態でのポテ
ンシャルの状態を示す模式図である。

【図１１】本発明の液晶素子の一実施形態の一画素の構
造を模式的に示す断面図である。

【図１２】本発明の液晶素子をアクティブマトリクスタ
イプに適用した場合の構成例を示す平面模式図である。

【図１３】本発明の液晶素子をアクティブマトリクスタ
イプに適用した場合の一画素の構成例を示す断面模式図
である。

【図１４】図１３に示した素子構造の等価回路を示す図
である。

【図１５】本発明の液晶素子をアクティブマトリクス駆
動する際の駆動波形及び光学応答の一例を示す図であ
る。

【図１６】本発明の液晶素子における電圧−透過率特性
の他の例を示す図である。

【符号の説明】

１１，１２基板１３液晶１４，１４ａ，１４ｂ液晶分子１５コーン１６スメクチック層１７コーン底面１８，１８ａ，１８ｂ液晶分子の仮想コーン底面への
射影２０アクティブマトリクス基板２１基板２２ゲート電極２３ゲート絶縁膜２４半導体層２５，２６オーミックコンタクト層２７ソース電極２８ドレイン電極２９チャネル保護膜３０保持容量電極３１液晶容量３２保持容量４０対向基板４１基板４２共通電極４３ａ，４３ｂ配向膜４９液晶層５０自発分極８０液晶素子８１ａ，８１ｂ基板８２ａ，８２ｂ電極８３ａ，８３ｂ絶縁膜８４ａ，８４ｂ配向膜８５液晶層８６スペーサー９０パネル部９１走査信号ドライバ９２情報信号ドライバ９４ＴＦＴ９５画素電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者門叶剛司東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者森省誠東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者森山孝志東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者中村真一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H090 KA13 LA04 MA02 MA10 2H093 NA16 NA52 NA61 NC34 NC38 ND06 ND32 ND47 NF16 NG02 NG12 5C006 AA01 AA14 AA22 AF44 BA13 BB12 BB16 FA11 FA56 GA02 GA03 GA04 5C080 AA10 BB05 DD04 DD08 EE19 EE29 FF11 FF12 JJ02 JJ04 JJ05 JJ06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数画素を個々に制御して画像を表示す
る液晶素子であり、カイラルスメクチック液晶と、該液
晶を狭持して対向すると共に少なくとも一方の液晶との
界面に一軸配向処理が施された一対の基板と、画素毎に
液晶を駆動する電極と、少なくとも一方の基板の外側に
配置した偏光板とを備えた液晶素子であって、電圧無印
加時には、上記液晶の平均分子軸が単安定化された第一
の状態を示し、第一の極性の電圧印加時には、上記液晶
の平均分子軸が印加電圧値に応じた角度で上記第一の状
態から一方の側にチルトし、上記第一の極性とは逆極性
の第二の極性の電圧印加時には、上記液晶の平均分子軸
は上記単安定化された第一の状態を維持し、素子の最小
透過率を０％、最大透過率を１００％とした時、三角波
印加時における電圧−透過率曲線において、第一の極性
の電圧印加時における下記γ値が３以上で、下記ヒステ
リシスパラメータ値Ｔ_diff［％］が５０％以下であり、 γ＝Ｖ_95%／Ｖ_5% Ｖ_5%：透過率が０％の液晶に印加して透過率が５％に達
する電圧Ｖ_95%：透過率が０％の液晶に印加して透過率が９５％
に達する電圧Ｔ_diff＝Ｔ_d−Ｔ_u Ｔ_u［％］：下記Ｖ_uとＶ_dの平均電圧を透過率が０％の
液晶に印加した時の透過率Ｔ_d［％］：下記Ｖ_uとＶ_dの平均電圧を透過率が１００
％の液晶に印加した時の透過率Ｖ_u：透過率が０％の液晶に印加して透過率が５０％に
達する電圧Ｖ_d：透過率が１００％の液晶に印加して透過率が５０
％に達する電圧１フレームが少なくとも２つのフィールドに分割され、
第一のフィールドにおいて画素毎に表示情報に応じた値
の第一の極性の電圧を印加して画像を表示し、１フレー
ムの残りのフィールドにおいては画素毎に第二の極性の
電圧を印加し、上記第二の極性の電圧を印加する期間を
Ｆ₂、上記第一の極性の電圧を印加する期間をＦ₁とした
時、Ｆ₂≧Ｆ₁と設定されていることを特徴とする液晶素
子。
【請求項２】電圧無印加及び第二の極性の電圧印加に
よって各画素の液晶が第一の透過率を呈し、第一の極性
の電圧印加によって各画素の液晶が第二の透過率を呈
し、印加される第一の極性の電圧の大きさにより、液晶
の平均分子軸の上記単安定化された位置からのチルトの
角度を変化させることで、上記第二の透過率の最大値と
第一の透過率との間で透過率を連続的に変化させる請求
項１記載の液晶素子。
【請求項３】上記第一の透過率が素子における最小透
過率であり、上記第二の透過率の最大値が素子の最大透
過率である請求項２記載の液晶素子。
【請求項４】上記カイラルスメクチック液晶の相転移
系列が、高温側より、等方相−コレステリック相−カイ
ラルスメクチックＣ相、或いは、等方相−カイラルスメ
クチックＣ相である請求項１〜３のいずれかに記載の液
晶素子。
【請求項５】上記カイラルスメクチック液晶のバルク
状態でのらせんピッチがセル厚の２倍より長い請求項１
〜４のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項６】上記液晶素子が画素毎に画素電極とアク
ティブ素子を備え、アナログ階調表示を行う請求項１〜
５のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項７】上記第一の極性の電圧値が、表示情報に
応じた電圧値よりも高く、該電圧値を印加された画素の
液晶が表示情報に応じた透過率よりも大きい透過率を呈
する請求項６記載の液晶素子。
【請求項８】透過型液晶素子である請求項１〜７のい
ずれかに記載の液晶素子。
【請求項９】反射型液晶素子である請求項１〜７のい
ずれかに記載の液晶素子。
【請求項１０】上記第一の極性の電圧を印加する期間
Ｆ₁と該期間に液晶に印加される第一の極性の電圧値
Ｖ₁、及び、第二の極性の電圧を印加する期間Ｆ₂と該期
間に液晶に印加される第二の極性の電圧値−Ｖ₂との関
係が、Ｆ₁≦Ｆ₂であり、且つ、Ｆ₁×Ｖ₁＝Ｆ₂×Ｖ₂であ
る請求項６〜９のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項１１】複数画素を個々に制御して画像を表示
する液晶素子であり、カイラルスメクチック液晶と、該
液晶を狭持して対向すると共に少なくとも一方の液晶と
の界面に一軸配向処理が施された一対の基板と、画素毎
に液晶を駆動する電極と、画素毎に印加される電圧を制
御するアクティブ素子と、少なくとも一方の基板の外側
に配置した偏光板とを備え、アクティブマトリクス駆動
によりアナログ階調表示を行う液晶素子であって、電圧
無印加時には、上記液晶の平均分子軸が単安定化された
第一の状態を示し、第一の極性の電圧印加時には、上記
液晶の平均分子軸が印加電圧値に応じた角度で上記第一
の状態から一方の側にチルトし、上記第一の極性とは逆
極性の第二の極性の電圧印加時には、上記液晶の平均分
子軸は上記単安定化された第一の状態を維持し、上記液
晶の体積抵抗値が５×１０¹¹Ωｃｍ以上であり、自発分
極Ｐｓ［ｎＣ／ｃｍ²］と一画素の選択期間における内
部イオンの再配置分Ｑ_t［ｎＣ／ｃｍ²］が２Ｐｓ＋Ｑ_t≦３０［ｎＣ／ｃｍ²］の関係にあり、１フレームが少なくとも２つのフィール
ドに分割され、第一のフィールドにおいて画素毎に表示
情報に応じた値の第一の極性の電圧を印加して画像を表
示し、１フレームの残りのフィールドにおいては画素毎
に第二の極性の電圧を印加し、上記第二の極性の電圧を
印加する期間をＦ₂、上記第一の極性の電圧を印加する
期間をＦ₁とした時、Ｆ₂≧Ｆ₁と設定されていることを
特徴とする液晶素子。
【請求項１２】上記（２Ｐｓ＋Ｑ_t）が１２［ｎＣ／
ｃｍ²］以下である請求項１１記載の液晶素子。
【請求項１３】電圧無印加及び第二の極性の電圧印加
によって各画素の液晶が第一の透過率を呈し、第一の極
性の電圧印加によって各画素の液晶が第二の透過率を呈
し、印加される第一の極性の電圧の大きさにより、液晶
の平均分子軸の上記単安定化された位置からのチルトの
角度を変化させることで、上記第二の透過率の最大値と
第一の透過率との間で透過率を連続的に変化させる請求
項１１または１２に記載の液晶素子。
【請求項１４】上記第一の透過率が素子における最小
透過率であり、上記第二の透過率の最大値が素子の最大
透過率である請求項１３記載の液晶素子。
【請求項１５】上記カイラルスメクチック液晶の相転
移系列が、高温側より、等方相−コレステリック相−カ
イラルスメクチックＣ相、或いは、等方相−カイラルス
メクチックＣ相である請求項１１〜１４のいずれかに記
載の液晶素子。
【請求項１６】上記カイラルスメクチック液晶のバル
ク状態でのらせんピッチがセル厚の２倍より長い請求項
１１〜１５のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項１７】上記第一の極性の電圧値が、表示情報
に応じた電圧値よりも高く、該電圧値を印加された画素
の液晶が表示情報に応じた透過率よりも大きい透過率を
呈する請求項１１〜１６のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項１８】透過型液晶素子である請求項１１〜１
７のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項１９】反射型液晶素子である請求項１１〜１
７のいずれかに記載の液晶素子。
【請求項２０】素子の最小透過率を０％、最大透過率
を１００％とした時、三角波印加時における電圧−透過
率曲線において、第一の極性の電圧印加時における下記
γ値が３以上で、下記ヒステリシスパラメータ値Ｔ_diff
［％］が５０％以下である請求項１１〜１９のいずれか
に記載の液晶素子。 γ＝Ｖ_95%／Ｖ_5% Ｖ_5%：透過率が０％の液晶に印加して透過率が５％に達
する電圧Ｖ_95%：透過率が０％の液晶に印加して透過率が９５％
に達する電圧Ｔ_diff＝Ｔ_d−Ｔ_u Ｔ_u［％］：下記Ｖ_uとＶ_dの平均電圧を透過率が０％の
液晶に印加した時の透過率Ｔ_d［％］：下記Ｖ_uとＶ_dの平均電圧を透過率が１００
％の液晶に印加した時の透過率Ｖ_u：透過率が０％の液晶に印加して透過率が５０％に
達する電圧Ｖ_d：透過率が１００％の液晶に印加して透過率が５０
％に達する電圧
【請求項２１】上記第一の透過率で表示する期間Ｆ₁
と該期間に液晶に印加される第一の極性の電圧値Ｖ₁、
及び、第二の透過率で表示する期間Ｆ₂と該期間に液晶
に印加される第二の極性の電圧値−Ｖ₂との関係が、Ｆ₁
≦Ｆ₂であり、且つ、Ｆ₁×Ｖ₁＝Ｆ₂×Ｖ₂である請求項
１１〜２０のいずれかに記載の液晶素子。