JP2000275618A

JP2000275618A - 液晶素子及びこれを備えた液晶装置

Info

Publication number: JP2000275618A
Application number: JP8244199A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sato; 公一佐藤; Yukio Haniyu; 由紀夫羽生; Koji Noguchi; 幸治野口; Mineto Yagyu; 峰人柳生; Tsuneki Nukanobu; 恒樹糠信
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】見る人に違和感を与えることなく動画と静止
画を同時に表示することのできる液晶素子及びこれを備
えた液晶装置を提供する。【解決手段】一対の基板によりメモリ性を有する液晶
を挟持すると共に、時間開口率が１００％未満である駆
動法により液晶を駆動して階調表示を行う第１表示領域
Ａと、液晶のメモリ性によりメモリ表示を行う第２表示
領域Ｂを形成する。そして、この第２表示領域Ｂにおい
て時間開口率を乗じた値に相当する光透過率によって階
調表示を行なうことにより、第１表示領域Ａとの輝度差
をなくすようにする。

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
ー等に用いられる液晶素子及びこれを備えた液晶装置に
関し、特に動画と静止画を同時に表示するものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、もっとも広範に用いられてきてい
るディスプレイとしてはＣＲＴがあり、このＣＲＴはテ
レビやＶＴＲなどの動画出力、あるいはパソコン等のモ
ニターとして広く用いられている。しかしながら、この
ＣＲＴはその特性上、静止画像に対してはフリッカや解
像度不足による走査縞等が視認性を低下させたり、焼き
付きによる蛍光体の劣化が起こったりする。

【０００３】また、最近ではＣＲＴが発生する電磁波が
人体に悪影響を与えることがわかり、ＶＤＴ作業者の健
康を害することが懸念されている。さらに、ＣＲＴはそ
の構造上、画面後方に広く体積を有することが必須であ
ることから、情報機器の利便性を著しく阻害し、オフィ
ス、家庭の省スペース化を阻害している。

【０００４】ところで、このようなＣＲＴの欠点を解決
するものとして液晶素子がある。そして、この液晶素子
の一例として、例えばエム・シャット（M.Schadt）とダ
ブリュー・ヘルフリッヒ（W.Helfrich）著、アプライド
・フィジックス・レターズ（Applied Physics Letters
）第１８巻、第４号（１９７１年２月１５日発行）第
１２７頁〜１２８頁において示されたツイステッドネマ
チック（twisted nematic ）液晶を用いたものが知られ
ている。

【０００５】さらに、近年、このタイプの液晶を用いて
ＴＦＴといわれる液晶素子の開発、製品化が行われてい
る。ここで、このタイプの液晶素子は一つ一つの画素に
トランジスタを作成するものであり、クロストークの問
題が無く、また、近年の急速な生産技術の進歩によって
１０−１２インチクラスのディスプレイがよい生産性で
作られつつある。しかしながら、さらに大きなサイズあ
るいは動画を問題無く再現できるという点の６０Ｈｚ以
上のフレーム周波数という点では、未だ生産性、液晶の
応答速度、視野角に問題が存在している。

【０００６】一方、自発分極をスイッチングトルクとす
る液晶素子として、例えばカイラルスメクチック液晶素
子がクラーク（Clark ）及びラガウェル（Lagerwall ）
により提案されている（特開昭５６−１０７２１６、米
国特許第４３６７９２４号明細書）。

【０００７】ここで、この液晶としては、一般にカイラ
ルスメクチックＣ相又はカイラルスメクチックＨ相から
なる強誘電性液晶が用いられているが、この強誘電性液
晶は、自発分極により反転スイッチングを行うため、非
常に早い応答速度を有し、さらに視野角特性も優れてい
ることから、高速、高精細、大面積の単純マトリクス表
示素子あるいはライトバルブとして適していると考えら
れる。

【０００８】また、最近ではチャンダニ、竹添らによ
り、カイラルスメクチック反強誘電性液晶素子も提案さ
れている（ジャパニーズジャーナルオブアプライ
ドフィジックス（Japanese Journal of Applied Phys
ics ）第２７巻、１９８８年Ｌ７２９頁）。さらに、最
近この反強誘電液晶材料のうち、閾値レスで、ヒステリ
シスが小さく階調表示に有利な特性を有するＶ字型応答
特性が発見された（例えば、ジャパニーズジャーナル
オブアプライドフィジックス（Japanese Journal
of Applied Physics ）第３６巻、１９９７年３５８６
頁）。

【０００９】また、自発分極をスイッチングトルクとす
るＶ字スイッチング液晶としては、単安定表面安定化Ｆ
ＬＣ（例えばジャーナルオブアプライドフィジックス６
１巻１９８７年２４００頁）、デフォームドヘリックス
ＦＬＣ（例えばフェロエレクトリクス８５巻１９８８
年１７３頁）、ツイストスメクチックＦＬＣ（例えばア
プライドフィジックスレター６０巻１９９２年２８０
頁）、閾値レス反強誘電ＬＣ、高分子液晶安定化ＦＬＣ
（例えば、ＳＩＤ’９６ダイジェスト１９９６年６９９
頁）などがある。

【００１０】そして、これらの液晶を用い、アクティブ
マトリクスタイプの液晶素子とし、動画表現するに充分
な高速のディスプレイを実現しようという動きが活発に
なってきている（例えば、特開平９−５００４９）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の液晶
素子においては、これらの液晶を用い、動画と静止画と
を同時に表示するようにしたものがある。しかし、この
ように動画と静止画を同時に表示した場合、特に時間開
口率が１００％未満である駆動法により液晶を駆動する
場合、動画と静止画との間に輝度差が生じ、これにより
見る人に違和感を与えてしまうという問題があった。

【００１２】そこで本発明は、このような現状に鑑みて
なされたものであり、見る人に違和感を与えることなく
動画と静止画を同時に表示することのできる液晶素子及
びこれを備えた液晶装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、一対の基板に
よりメモリ性を有する液晶を挟持すると共に、時間開口
率が１００％未満である駆動法により前記液晶を駆動す
る階調表示可能な液晶素子であって、前記時間開口率が
１００％未満である駆動法により前記液晶を駆動して階
調表示を行う第１表示領域と、前記液晶のメモリ性によ
りメモリ表示を行うと共に、前記時間開口率を乗じた値
に相当する光透過率により階調表示を行なう第２表示領
域と、を有することを特徴とするものである。

【００１４】また本発明は、前記第１表示領域で動画を
表示することを特徴とするものである。

【００１５】また本発明は、前記第２表示領域で静止画
を表示することを特徴とするものである。

【００１６】また本発明は、前記時間開口率が５０％以
下であることを特徴とするものである。

【００１７】また本発明は、前記基板は、前記液晶に電
圧を印加する画素電極と、該画素電極に接続された能動
素子とを有していることを特徴とするものである。

【００１８】また本発明は、前記駆動法は、前記時間開
口率が１００％未満となるよう前記画素電極及び能動素
子を介し前記液晶に対して交互に極性の反転した電気信
号を印加するものであることを特徴とするものである。

【００１９】また本発明は前記能動素子としてトラン
ジスタ又は薄膜トランジスタを用いることを特徴とする
ものである。

【００２０】また本発明は、前記液晶は、双安定性を有
する強誘電性液晶であることを特徴とするものである。

【００２１】また本発明は、前記液晶は、双安定性を有
するカイラルスメクチック液晶であることを特徴とする
ものである。

【００２２】また本発明は、前記カイラルスメクチック
液晶は、スメクチック相もしくは潜在的スメクチック相
を持つフッ素含有液晶化合物であって、（ａ）カイラル
もしくはアカイラルな、少なくとも１つのメチレングル
ープを有し、少なくとも一つの連鎖中エーテル酸素を有
していてもよいフルオロケミカル末端部分と、（ｂ）カ
イラルもしくはアカイラルな飽和炭化水素末端部分と、
（ｃ）それら末端部分を結んでいる中央コア部と、から
なる化合物を含有するカイラルスメクチック液晶組成物
を用いることを特徴とするものである。

【００２３】また本発明は、前記液晶の自発分極が１０
ｎＣ／ｃｍ² 以下であることを特徴とするものである。

【００２４】また本発明は、液晶素子を備えた液晶装置
において、前記液晶素子は前記請求項１乃至１１のいず
れかに記載のものであることを特徴とするものである。

【００２５】また本発明は、前記液晶素子の背部に光源
を配したことを特徴とするものである。

【００２６】また本発明のように、一対の基板によりメ
モリ性を有する液晶を挟持すると共に、時間開口率が１
００％未満である駆動法により液晶を駆動して階調表示
を行う第１表示領域と、液晶のメモリ性によりメモリ表
示を行う第２表示領域を形成する。そして、この第２表
示領域において時間開口率を乗じた値に相当する光透過
率によって階調表示を行なうことにより、第１表示領域
との輝度差をなくすようにする。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２８】図１は本発明の実施の形態に係る液晶素子
の構成を示す断面図であり、同図において、１は液晶
（組成物）からなる液晶層であり、液晶としてカイラル
スメクチック液晶を用いる場合、通常、強誘電相の安定
性を実現させるため、この液晶層１の層厚は５μｍ以下
が好ましい。また、２ａ，２ｂは基板であり、ガラス、
プラスチック等が用いられる。３ａ，３ｂはＩＴＯ等の
透明電極、５はシール材、８ａ，８ｂは偏光板、９は光
源である。

【００２９】また、４ａ，４ｂは配向制御膜であり、少
なくとも一方の配向制御膜は一軸配向制御膜である。な
お、一軸配向制御膜の形成方法としては、例えば基板上
に溶液塗工又は蒸着あるいはスパッタリング等により、
一酸化珪素、二酸化珪素、酸化アルミニウム、ジルコニ
ア、フッ化マグネシウム、酸化セリウム、フッ化セリウ
ム、シリコン窒化物、シリコン炭化物、ホウ素窒化物な
どの無機物や、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポ
リイミドアミド、ポリエステル、ポリアミド、ポリエス
テルイミド、ポリパラキシレン、ポリカーボネート、ポ
リビニルアセタール、ポリビニルクロライド、ポリスチ
レン、ポリシロキサン、セルロース樹脂、メラミン樹
脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂などの有機物を用いて披
膜形成したのち、表面をビロード、布あるいは紙等の繊
維状のもので摺擦（ラビング）することにより得られ
る。

【００３０】また、ＳｉＯ等の酸化物あるいは窒化物な
どを基板の斜方から蒸着する斜方蒸着法なども用いられ
得る。さらに、このほかにショート防止層を設けること
も可能である。

【００３１】特に、より良好な一軸配向性を得るために
ポリイミドラビング膜を一軸配向制御膜として用いるこ
とが好ましい。ここで、通常ポリイミドはポリアミック
酸の形で塗膜し、焼成することで得られる。なお、ポリ
アミック酸は溶剤に易溶解性であるため生産性に優れ
る。さらに、最近では溶剤に可溶なポリイミドも生産さ
れており、そういった技術の進歩の上からもポリイミド
は、より良好な一軸配向性を得られ、高い生産性を有す
る点で好ましく用いられる。

【００３２】さらに好ましい具体的な例として、一軸配
向性をよくするため、下記の一般式（Ｉ）の繰返し単位
を有するポリイミド配向膜が設けられている。

【００３３】

【化１】式中、Ａ；芳香環、芳香族多環、複素環、又は縮合多環構造の
４価の基、Ｂ；脂環基を含む脂肪族基、又は、−（Ph）_a −(O)_c−（CH₂)_x −(D)_e−（CH₂)_y −
(O)_d−（Ph）_b −（Phはフェニル基）ａ＝ｂ：０又は１ｃ＝ｄ：ａ＝ｂ＝０のとき０、ａ＝ｂ＝１のとき０又は
１ｘ，ｙ：それぞれ独立に１以上の整数ただし、ｘ＋ｙ＋ｅは２以上１０以下である。

【００３４】一方、両基板２ａ，２ｂは、不図示のスペ
ーサを介して対向しているが、このスペーサは、基板間
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、このスペーサにより決
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、また電界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。

【００３５】また両基板上に構成されている配向制御膜
（ポリイミド膜）４ａ，４ｂの少なくとも一方は一軸配
向性を付与するため、通常ラビングされるが、この配向
制御膜４ａ，４ｂの膜厚は薄い方が反電場による悪影響
を抑制する意味で好ましく、具体的には２００Å以下が
好ましい。また、同じ理由で液晶材料の自発分極も小さ
い方が好ましく、具体的には１０ｎＣ／ｃｍ² 以下が好
ましい。

【００３６】ところで、本発明の液晶素子おいては、時
間開口率が１００％未満である駆動法を用い、かつメモ
リ性を有する液晶を使用すると共に、この駆動法により
駆動される第１表示領域と、液晶のメモリ性を利用し、
メモリ表示を行う頻繁には駆動されない第２表示領域を
形成している。さらに、第２表示領域において第１表示
領域の時間開口率を乗じた値に相当する光透過率により
階調表現を行なうようにしている。

【００３７】ここで、図２及び図３は、このような液晶
素子の表示部を示す図である。同図において、Ａで示す
領域は、時間開口率が１００％未満である駆動法により
駆動される第１表示領域であり、この第１表示領域Ａは
好ましく動画を表示することができるが、もちろん静止
画を表示してもよい。

【００３８】なお、動画を表示するためには液晶の応答
速度は速い方が好ましく、例えば６０Ｈｚで駆動しよう
とするような場合、液晶の応答速度は１０ｍｓ以下が好
ましく、さらに好ましくは５ｍｓ以下、もっと好ましく
は１ｍｓ以下である。

【００３９】このため、本液晶素子においては、ＯＣＢ
液晶、強誘電液晶、双安定性を有する表面安定化強誘電
液晶、反強誘電液晶等のカイラルスメクチック液晶が好
ましく用いられる。特に、強誘電性を有する液晶は自発
分極をスイッチングトルクとしているため高速液晶素子
を実現することができ、スイッチングスピードとして、
１ｍｓ以下あるいは５００μｓ以下あるいは１００μｓ
以下にすることも可能である。

【００４０】また、動画を表示するためには、液晶の応
答が速いのみならず、非ホールド表示をすることも重要
であると言われている（例えば、ＩＤＲＣ１９９７
２０３頁から２０６頁のSueokaら）。この観点から、こ
の第１表示領域Ａにおける時間開口率は５０％以下が好
ましい。

【００４１】一方、同図において、Ｂで示す領域はメモ
リ性を利用してメモリ表示を行う頻繁には駆動されない
第２表示領域であり、この第２表示領域Ｂにおいては第
１表示領域Ａの時間開口率を乗じた値に相当する光透過
率により階調表示を行なうと共に、静止画を表示するこ
とができる。もちろん動画を表示してもよい。

【００４２】なお、メモリ性を有する液晶としては、ネ
マチック、スメクチック液晶等各種存在する。この中
で、応答遠度が速いと言う点で動画表示能力と両立する
意味で、強誘電性を有するカイラルスメクチック液晶、
なかでも双安定性を有する表面安定化強誘電液晶が好ま
しく用いられる。

【００４３】ここで、この表面安定化強誘電液晶は、無
電界状態でメモリ性を有する少なくとも２つの安定状態
を有しており、この変調状態を複数のドメイン共存状態
あるいは一方のドメインのみが存在する状態でメモリす
ることができるため、一部分をメモリ状態として第２表
示領域Ｂとして利用でき、その他の部分を第１表示領域
Ａとして利用できる。

【００４４】そして、このように時間開口率が１００％
未満である駆動法により駆動される第１表示領域Ａと、
頻繁には駆動されない第２表示領域Ｂを両有することに
より、第１表示領域Ａで画質の優れた動画を表示しつ
つ、メモリ性を利用して第２表示領域Ｂで高精細の静止
画を同時に表示することができる。

【００４５】また、第２表示領域Ｂにおいて、第１表示
領域Ａの時間開口率を乗じた値に相当する光透過率によ
り階調表示を行なうことにより、第１表示領域Ａの輝度
と第２表示領域Ｂにおける輝度を同等にすることがで
き、これにより見る人の違和感を大きく改善することが
できる。例えば、既述したような時間開口率が５０％以
下であるような場合でも、１００％の白を表示する際の
両者の輝度差による見る人の違和感を大きく改善するこ
とができる。

【００４６】なお、本発明においては、厳密に時間開口
率を乗じた光透過率に一致させることが本発明の本質で
はなく、同じ階調表示で同程度の輝度を表示できている
ことが重要である。したがって、好ましくはその輝度差
を２０％以内に設定するようにすれば良い。

【００４７】ところで、液晶素子に用いられる表面安定
化強誘電液晶は、閾値特性が異なる状態が好ましく用い
られる。ここで、この閾値特性が異なる状態は、例えば
セル上下で配向制御膜を異なるものとした場合、あるい
は強誘電性を有する液晶において、いずれかの状態に焼
付きを起こした場合等において実現できる。さらに代表
的には、上下の配向制御膜に帯電特性の差の大きいもの
を使用することにより、良く実現できる。

【００４８】なお、このようにセル上下で異なる配向制
御膜の例としては、前記した一軸配向制御膜と一軸配向
性のない（又は付与していない）膜の組み合わせがあ
る。さらに一軸配向を付与していない膜の例としては、
前記一軸配向制御膜に使用した材質で一軸配向制御処理
をしていないもの、各種高分子材料、反電場の影響を抑
制する意味で導電性を有する膜等がある。

【００４９】また、導電性を有する膜として、導電微粒
子をバインダー材質に分散した膜が挙げられ、一軸配向
制御膜として好ましく使用されるポリイミドと帯電特性
に差をつけることができる点で好ましく用いられる。

【００５０】なお、塗布溶媒を変えることでもその非対
称性を変化させることが可能である。また、駆動上の方
法を用いて単安定状態を使用する方法もあり、ＤＣ電圧
で一定時間処理するなどして、過度に片側安定状塵に焼
付いた状態を作り込むことも可能である。

【００５１】ところで、表面安定化強誘電液晶が双安定
性を発現するためには、２つの状態間の遷移の活性化エ
ネルギーが大きい必要があり、様々な方法で実現し得
る。以下に双安定性を得やすい例を挙げる。ここで、カ
イラルスメクチック液晶においては、チルト角が大きい
ものが好ましく用いられる。なお、代表的には１５°以
上が好ましい。

【００５２】また、ツイスト状態をもたないユニフォー
ムの２状態をもつ双安定性液晶も好ましく用いられる。
この場合、ツイスト状態を抑制する意味で液晶中のイオ
ンの存在が少ないほど好ましい。さらなる例としては、
自発分極があまりに大きくないカイラルスメクチック液
晶も２状態間の閾値電圧が大きくなる傾向を持ってお
り、好ましく用いられる。代表的には自発分極は１０ｎ
Ｃ／ｃｍ² 以下が好ましい。また、ヒステリシスを抑制
する意味でも小さい自発分極は好ましい。

【００５３】そこで用いられる液晶組成物としては、具
体的にはスメクチック相もしくは潜在的スメクチック相
を持つフッ素含有液晶化合物であって、（ａ）カイラル
もしくはアカイラルな、少なくとも１つのメチレングル
ープを有し、少なくとも一つの連鎖中エーテル酸素を有
していてもよいフルオロケミカル末端部分、（ｂ）カイ
ラルもしくはアカイラルな飽和炭化水素末端部分、
（ｃ）それら末端部分を結んでいる中央コア部からなる
化合物を含有するカイラルスメクチック液晶組成物が好
ましい。

【００５４】さらに好ましくはスメクチック相もしくは
潜在的スメクチック相を持つフッ素含有液晶化合物であ
って、（ａ）カイラルもしくはアカイラルな、少なくと
も１つのメチレングループを有し、少なくとも一つの連
鎖中エーテル酸素を有していてもよいフルオロケミカル
末端部分、（ｂ）カイラルもしくはアカイラルな飽和炭
化水素末端部分、（ｃ）それら末端部分を結んでいる中
央コア部からなる化合物群のみからなるカイラルスメク
チック液晶組成物である。

【００５５】さらに、この液晶組成物は、良く精製する
ことにより、イオン含有量を少なくできる点、良好なユ
ニフォーム配向性を持つ点、ジグザグ欠陥を回避できる
ブックシェルフあるいは層傾き角の小さい構造を現出で
きる点で好ましく用いられる。また、この液晶組成物
は、一つ以上の上記化合物からなるものであり、本質的
にその他の化合物を含まない液晶組成物が良いが、特性
を悪化させない範囲でごく微量の不純物等のコンタミが
含有することは許容できる。

【００５６】上記フッ素含有化合物として、具体的には
特開平６−３２９５９１（特に表１〜１５に記載の化合
物）、特開平７−３１６５５５（特に表１−１〜１８に
記載の化合物）に記載され、パーフルオロ末端部分を有
する化合物については、特開昭６３−２７４５１（特に
表１に記載の化合物）、特開平２−１４２７５３（特に
表１に記載の化合物）、ＷＯ９６／３３２５（特にTa
ble ｌに記載の化合物）に記載されている。また、側鎖
末端が上記置換基で置換された化合物については、特開
平７−１１８１７８［特に（Ｉ−１）〜（Ｉ−１８０）
に記載の化合物］、特開平６−２５６２３１［特に（Ｉ
−１）〜（Ｉ−２２３）記載の化合物］に記載されてい
る。

【００５７】ところで、このような液晶を用いた液晶素
子は、以上述べてきたような階調表示可能な２つの領域
Ａ，Ｂを少なくとも有することから、クロストークや情
報信号による揺らぎ等による光透過率の変化を抑制する
意味で、パッシブマトリクスより、アクティブマトリク
ス、即ち能動素子を用いた方が好ましい。

【００５８】図４は、図１に示す構成を一画素とする能
動素子の一例を示すものであり、同図において、４１、
４２は、一対の透明基板（例えばガラス基板）であり、
この透明基板４１，４２のうち、下側基板４１には透明
な画素電極４３と画素電極４３に接続されたアクティブ
素子４４とがマトリクス状に形成されている。

【００５９】なお、このアクティブ素子４４としては、
アモルファスシリコンベース、ポリシリコンタイプ、あ
るいはμクリスタルベース、単結晶シリコン等の半導体
を用いたＴＦＴと言われる薄膜トランジスタから構成さ
れる。また、このアクティブ素子４４は基板４１上に形
成された不図示のゲート電極と、ゲート電極を覆う不図
示のゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成された不図
示の半導体層と、半導体層の上に形成された不図示のソ
ース電極及びドレイン電極とを有している。

【００６０】一方、この下基板４１には図５に示すよう
に画素電極４３の行間にゲートライン（走査ライン）４
５が、また画素電極４３の列間に情報信号ライン４６が
それぞれ配線されている。そして、各ＴＦＴ４４のゲー
ト電極は対応するゲートライン４５に接続され、ドレイ
ン電極は対応する情報信号ライン４６に接続されてい
る。

【００６１】さらに、各ゲートライン４５は端部４５ａ
を介し、ゲート信号を印加してゲートライン４５をスキ
ャンする行ドライバ３１に接続され、各情報信号ライン
４６は端部４６ａを介し、表示データに対応する信号を
情報信号ライン４６に印加する列ドライバ３２に接続さ
れる。

【００６２】なお、ゲートライン４５は端部４５ａを除
いてＴＦＴ４４のゲート絶縁膜で覆われており、情報信
号ライン４６はこのゲート絶縁膜の上に形成されてい
る。また、画素電極４３はゲート絶縁膜の上に形成され
ており、その一端部においてＴＦＴ４４のソース電極に
接続されている。

【００６３】一方、図４の上側の基板４２には下側の基
板４１の各画素電極４３と対向する透明電極４７が形成
されている。ここで、この対向電極４７は第１表示領域
Ａ全体にわたる面積の１枚の電極から構成され、基準電
圧が印加されている。そして、画素電極４３に印加され
る情報信号電圧に応じて透過率が変化し、階調表示を行
なうことができる。また、画素毎に補助容量となるコン
デンサが配置されることが良く行われる。

【００６４】なお、同図において、１８、１９は配向制
御膜、２０はシール部材、２１は液晶、２２はスペーサ
である。また、２３、２４はクロスニコルに配された偏
光板である。

【００６５】また、以上に記した能動素子においては、
ゲートオン状態時に電荷が画素である液晶セルに注入さ
れ、短時間でゲートはオフとなり、次の走査ライン上の
画素に情報が書き込まれる。ここで、液晶２１は自発分
極を有することから、ゲートオン時間内にスイッチング
を完了する場合を除き、自発分極の反転に伴い、ゲート
オフ時の電圧降下因子となる。したがって、自発分極は
大き過ぎないことが好ましく、具体的には１０ｎＣ／ｃ
ｍ² 以下が好ましい。これは、極性の不純物等の混入に
よる配向劣化を抑制するためにも好ましい。

【００６６】ところで、例えば図２において、各画素に
能動素子であるＴＦＴが作成されている場合、第１表示
領域Ａでは、６０Ｈｚのフレーム周波数でゲート線が入
力され続ける。その間常時、情報信号ライン４６から５
０％時間開口率の動画に相当する信号、例えば交互に極
性の反転した電圧信号が入力され、結果としてこの領域
に動画が表示される。また、第２表示領域Ｂでは、ある
時点で一時的にゲート線を走査し、メモリ反転特性に対
応する信号を情報信号ライン４６から入力する。

【００６７】このとき、双安定性を有する表面安定化強
誘電液晶においては、アクティブ駆動状態で消光位でな
い方向の双安定状態に揃っている１００％反転している
場合と、消光位でない方向の双安定状態に揃っているメ
モリ状態ではほば同等の光透過量を示すため、時間開口
率５０％を乗じた値に相当する信号を入力する必要があ
る。

【００６８】そして、このような駆動方法を用いること
で、例えば第１表示領域Ａと第２表示領域Ｂの白表示の
輝度がほぼ一致し、両領域Ａ，Ｂの表示が、見る人の違
和感なく良好に表示される。なお、図３については、第
１表示領域Ａの駆動時に常時第１表示領域Ａに相当する
情報信号ライン４６のみが駆動される点が図２と異なる
が、その他は図２のケースと同様に駆動することによ
り、良好な表示が実現される。

【００６９】ところで、本発明においては、第１表示領
域Ａにおける一画素に着目すると既述したように情報信
号ライン４６から交互に極性の反転した電圧信号が入力
されることが好ましく、このような極性反転駆動を行な
う場合、以下に記載する方法が好ましく用いられる。

【００７０】即ち、双安定性を有する表面安定化強誘電
性液晶を用いる場合、好ましくは双安定性のそれぞれの
閾値が異なる方がよいことから、まず初期状態から安定
方向でない方向へスイッチングする符号の電圧信号を与
え、液晶２１をスイッチングさせ、光変調信号に変換す
る。これはもちろん階調表示が可能である。

【００７１】次に、極性の異なる信号を与え、液晶２１
を安定方向にスイッチングする。ここで、安定方向にス
イッチングした状態は、直交した偏光板２３，２４の光
軸の一方を安定状態の光軸合わせて使用する黒表示又は
初期ブラックの素子として使用した場合、黒状態もしく
はそれに非常に近い状態を表示することになる。この場
合、表示素子としてこの素子を見ると非ホールド型表示
となり、本発明の液晶素子が高速スイッチングすること
から、動画表示の画質に優れる点で非常に好ましい。

【００７２】なお、安定方向にスイッチングさせている
期間と、安定でない方向にスイッチングさせている期間
の時間比は特に限定しないが、ＤＣ成分の偏りを最小化
することで焼付きを抑制する意味で１対９から９対１の
範囲が好ましく、さらに好ましくは３対７から７対３の
範囲である。

【００７３】また、安定方向にスイッチングさせる情報
信号電圧値に関して、この時間比と合わせてトータルで
ＤＣ成分の偏りを最小化することも好ましい方法として
挙げられる。代表的には、時間比を１対１とし、極性の
異なる信号が直前の又は直後の光変調信号と絶対値の同
等の信号を与える方法が挙げられ、好ましい。

【００７４】一方、駆動方法として、一旦より安定な状
態ヘリセットしたのち、所望の階調状態の書き込みを行
なう方法を用いることができる。ここで、この駆動方法
は、より不安定な状態ヘリセットすることに比べ、前状
態履歴を抑制し、階調表示能力の再現性を高める効果を
有している。

【００７５】なお、この駆動方法をとるためには、２状
態間の閾値が１００ｍＶ以上差があることが好ましい。
さらに好ましくは２００ｍＶ以上、もっと好ましくは３
００ｍＶ以上である。

【００７６】ところで、このようなマトリクス素子は透
過型の液晶装置や、反射型の液晶装置で用いられたりす
る。なお、透過型の液晶装置であれば、通常光源が使用
され、反射型の液晶装置であれば、反射層が素子中に構
成される。また、直視型にも投写型にも応用される。ま
た、プリンター等のライトバルブとしても使用可能であ
る。

【００７７】一方、図６は、このような液晶素子を備え
た液晶装置の一例である液晶表示装置のブロック構成図
であり、この液晶表示装置は液晶素子を表示パネル部に
使用している。

【００７８】なお、同図において、１０１は液晶表示装
置、１０２はグラフィックコントローラ、１０３は表示
パネル、１０４は走査線駆動回路、１０５は情報線駆動
回路、１０６はデコーダ、１０７は走査信号発生回路、
１０８はシフトレジスタ、１０９はラインメモリ、１１
０は情報信号発生回路、１１１は駆動制御回路、１１２
はＧＣＰＵ（中央演算処理装置）、１１３はホストＣＰ
Ｕ、１１４はＶＲＡＭ（画像情報格納用メモリ）であ
る。なお、表示パネル１０３の裏面には、光源が配置さ
れている（図１参照）。

【００７９】ここで、グラフィックコントローラ１０２
は、ＧＣＰＵ１１２及びＶＲＡＭ１１４を核にホストＣ
ＰＵ１１３と液晶表示装置１０１間の画像情報の管理や
通信を司るものであり、グラフィックコントローラ１０
２からの画像情報は、転送クロックにしたがって駆動制
御回路１１１を経て情報線駆動回路１０５に表示情報と
して、また走査線駆動回路１０４に走査線アドレス情報
として転送されるようになっている。

【００８０】さらに、この後、情報線駆動回路１０５に
おいては、転送された表示情報に基づき、後述する図８
に示すような情報信号を情報信号発生回路１１０を介し
て表示パネル１０３へと転送するようになっている。

【００８１】そして、このような構成の液晶表示装置で
は、液晶素子が前述したように良好なスイッチング特性
を有するため、優れた駆動特性、信頼性を発揮し、高精
細、高速、大面積の表示画像を得ることができる。

【００８２】なお本発明の液晶素子は、以上述べてきた
ような２つの領域Ａ，Ｂを両有するが、もちろん全面で
前者の駆動を行なうことも可能であり、あるいは全面で
後者のようなメモリ性を利用した駆動を行なうことも可
能であり、応用性にも優れている。

【００８３】次に、本実施の形態の実施例について説明
する。なお、本実施の形態（本発明）はこれらの実施例
に限定されるものではない。

【００８４】

【実施例】〈実施例１〉本実施例においては、下記の化
合物をＡ／Ｂ／Ｃ／Ｄ＝１５／５５／２５／５（重量
％）で混合し、液晶組成物αを調製した。

【００８５】

【化２】なお、この液晶組成物αの相転移温度はTisoが８７℃、
ＡＣ転移温度が５２℃であった。また、チルト角は２６
°、自発分極は６．０ｎＣ／ｃｍ² （いずれも３０℃）
であった。

【００８６】次に、以下の方法にて液晶セルを作製し
た。

【００８７】まず、厚さが１．１ｍｍのガラス基板（２
枚使用）に、透明電極として約７０ｍｍ厚のＩＴＯ膜を
形成した。次に、このようなＩＴＯ膜が形成された一対
の基板に対して下記に示す繰り返し単位を有するポリイ
ミドの前駆体のポリアミック酸０．７ｗｔ％溶液を１回
目は５００ｒｐｍで５秒間、２回目は１５００ｒｐｍで
３０秒間の条件で回転塗布した。

【００８８】

【化３】次に、８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２２０℃で
１時間加熱焼成を施し、この後、両基板上の配向膜に対
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。なお、このときの膜厚は６０Åであった。

【００８９】次に、片方の基板にラダー型のポリシロキ
サンの母材と、アンチモンドープのＳｎＯｘの酸化物超
微粒子（粒径約１００Å）の分散した固形分濃度１０ｗ
ｔ％のエタノール／メタノール／イソプロパノール＝４
４／４３／１３（重量％）溶液を１５００ｒｐｍ、１０
秒の条件でスピンコート法により塗布した。さらに、こ
の後、８０℃、５分間の前乾操をした後、２００℃で１
時間加熱乾燥し、もう一方の基板を作成した。

【００９０】次に、ポリイミドでない基板の表面に、平
均粒径２．４μｍのシリカビーズを０．０１重量％で分
散させたＩＰＡ溶液を１５００ｒｐｍ、１０ｓｅｃの条
件でスピン塗布し、分散密度１００／ｍｍ² 程度のビー
ズスペーサを散布した。そして、この後、この基板上
に、熱硬化型の液状接着剤を印刷法により塗工した。

【００９１】そして、このようにして得られた２枚の基
板を対向して貼り合わせ、１５０℃のオーブンで９０分
間加熱硬化し、液晶セルを得た。

【００９２】次に、上記の液晶に活性アルミナ微粒子１
ｗｔ％混合すると共に、この液晶を、上記のようにして
作製した液晶セルに注入し、この後、５Ｈｚ、±７Ｖの
三角波を印加し、後述する光学応答測定法により電圧一
透過率曲線を測定した。その結果、典型的な双安定強誘
電液晶のヒステリシスカーブが得られた。そして、この
ときの５０％反転時のしきい値電圧の差は１８０ｍＶで
あった。

【００９３】次に、図７に示すようにこの液晶セル（面
積０．９ｃｍ² ）Ｓと、シリコン単結晶トランジスタＴ
（オン抵抗５０Ω）と、２ｎＦのセラミックコンデンサ
Ｃを用いて、アクティブ素子を作成した。

【００９４】そして、このアクティブ素子に選択期間が
３０μｓとなるようなゲイト信号を与え、情報信号ライ
ンからは図８に示した波形を与えた。なお、図８では、
プラス方向の電圧で白もしくはグレー状態へのスイッチ
ングを行い、マイナス方向の電圧信号で初期（黒）状態
へのリセットが行われる。１フレームが１６ｍｓで、８
ｍｓが表示、８ｍｓが非表示となる。

【００９５】（光学応答）次に作製したサンプルの電気
光学応答を測定した。測定は光電子増倍管を備えた偏光
顕微鏡を用い、透過率の変化をクロスニコル下で測定し
た。この時、電界無印加の状態で、より安定な配向方向
を最暗となるようにセルを設置した。

【００９６】下記に白１の時の透過率を１００％とした
場合の各フレーム毎の透過率を示す。白２９９％白３９９％白４１００％グレー１３５％グレー２３９％グレー３３９％グレー４４１％黒１＜１％黒２＜１％黒３＜１％黒４＜１％このように、本実施例の液晶素子は、ヒステリシスがほ
とんど無く、かつ良好な階調表現能力を有していること
が示され、動画表示可能な応答特性を有していたことが
わかった。

【００９７】次に図７の装置を用いて、初期状態から上
記と同様に３０μｓのゲート信号を１６ｍｓ間隔で２回
入力し、最初のゲート信号に合わせ情報信号ラインから
矩形波Ｖａを入力し、２番目のゲート信号から１０ｍｓ
後の透過率を測定した。矩形波Ｖａに対応した透過率は
以下のようであった。Ｖａ透過率％２．０Ｖ＜１％６．０Ｖ４％７．０Ｖ１５％７．５Ｖ３０％８．０Ｖ５０％８．５Ｖ７５％９．０Ｖ８８％以上の結果から、本実施例の液晶素子は、メモリ性を利
用して階調表現が可能であることがわかった。

【００９８】さらに動画駆動時の時間開口率５０％に相
当する透過率を表現するところのメモリ駆動時の信号を
使用することで、既述した図２あるいは図３における第
１表示領域Ａと第２表示領域Ｂにおいて輝度差のない、
見る人に違和感のない良好な２領域共存の表示素子を実
現できることがわかった。

【００９９】〈実施例２〉本実施例においては、実施例
１の素子を用いて、図４に示したアクティブマトリクス
素子を作成した。そして、このアクティブマトリクス素
子に、図２に示す第１表示領域Ａでは１０秒毎に白黒交
互に切り替わる、実施例１の動画に相当する信号を入力
し、第２表示領域Ｂには駆動の最初に実施例１で用いた
と同様の形で白に相当する５０％、即ち８．０Ｖの信号
を入力した。

【０１００】この素子を目視したところ、第１表示領域
Ａが白を表示したときの輝度と第２表示領域Ｂの輝度と
の間に差はほとんど無く、動画領域と静止画領域の共存
状態が違和感なく表示されることがわかった。

【０１０１】

【比較例】実施例１で用いた装置にＴＮ液晶を用いて、
同様の実験を行なったところ、応答速度は信号に追従せ
ず、かつメモリ表示も不可能であった。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように本発明のように、時
間開口率が１００％未満である駆動法により液晶を駆動
して階調表示を行う第１表示領域と、液晶のメモリ性に
よりメモリ表示を行う第２表示領域を形成すると共に、
第２表示領域において時間開口率を乗じた値に相当する
光透過率によって階調表示を行なうことにより、第１表
示領域との輝度差をなくすことができる。これにより、
見る人に違和感を与えることなく動画と静止画を同時に
表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る液晶素子の構成を示
す断面図。

【図２】上記液晶素子の表示部を示す図。

【図３】上記液晶素子の表示部を示す他の図。

【図４】図１に示す構成を一画素として用いる能動素子
の構成を示す断面図。

【図５】上記液晶素子の一方の基板の上視図。

【図６】上記液晶素子を備えた液晶装置のブロック構成
図。

【図７】本実施の形態の実施例１で作製したアクティブ
（能動）素子の回路図。

【図８】上記アクティブ素子に印加する波形を示す図。

【符号の説明】

１液晶層２ａ，２ｂ基板３ａ，３ｂ透明電極９光源２１液晶４１，４２透明基板４４アクティブ素子１０１液晶表示装置１０３表示パネルＡ第１表示領域Ｂ第２表示領域

フロントページの続き (72)発明者野口幸治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)発明者柳生峰人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)発明者糠信恒樹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） 2H093 NA11 NA16 NA52 ND06 ND09 NE06 NF17 NG02 NG12 5C094 AA03 AA07 AA54 AA55 AA60 BA03 BA49 CA19 CA25 DA09 DB04 EA04 EA05 EB02 FB01 GA10 HA08 JA01 JA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板によりメモリ性を有する液晶
を挟持すると共に、時間開口率が１００％未満である駆
動法により前記液晶を駆動する階調表示可能な液晶素子
であって、前記時間開口率が１００％未満である駆動法により前記
液晶を駆動して階調表示を行う第１表示領域と、前記液晶のメモリ性によりメモリ表示を行うと共に、前
記時間開口率を乗じた値に相当する光透過率により階調
表示を行なう第２表示領域と、を有することを特徴とする液晶素子。
【請求項２】前記第１表示領域で動画を表示すること
を特徴とする請求項１記載の液晶素子。
【請求項３】前記第２表示領域で静止画を表示するこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の液晶素子。
【請求項４】前記時間開口率が５０％以下であること
を特徴とする請求項１記載の液晶素子。
【請求項５】前記基板は、前記液晶に電圧を印加する
画素電極と、該画素電極に接続された能動素子とを有し
ていることを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
【請求項６】前記駆動法は、前記時間開口率が１００
％未満となるよう前記画素電極及び能動素子を介し前記
液晶に対して交互に極性の反転した電気信号を印加する
ものであることを特徴とする請求項１又は５記載の液晶
素子。
【請求項７】前記能動素子としてトランジスタ又は薄
膜トランジスタを用いることを特徴とする請求項５記載
の液晶素子。
【請求項８】前記液晶は、双安定性を有する強誘電性
液晶であることを特徴とする請求項１記載の液晶素子。
【請求項９】前記液晶は、双安定性を有するカイラル
スメクチック液晶であることを特徴とする請求項８記載
の液晶素子。
【請求項１０】前記カイラルスメクチック液晶は、ス
メクチック相もしくは潜在的スメクチック相を持つフッ
素含有液晶化合物であって、（ａ）カイラルもしくはア
カイラルな、少なくとも１つのメチレングループを有
し、少なくとも一つの連鎖中エーテル酸素を有していて
もよいフルオロケミカル末端部分と、（ｂ）カイラルも
しくはアカイラルな飽和炭化水素末端部分と、（ｃ）そ
れら末端部分を結んでいる中央コア部と、からなる化合
物を含有するカイラルスメクチック液晶組成物を用いる
ことを特徴とする請求項９記載の液晶素子。
【請求項１１】前記液晶の自発分極が１０ｎＣ／ｃｍ
² 以下であることを特徴とする請求項１、８乃至１０の
いずれかに記載の液晶素子。
【請求項１２】液晶素子を備えた液晶装置において、
前記液晶素子は前記請求項１乃至１１のいずれかに記載
のものであることを特徴とする液晶装置。
【請求項１３】前記液晶素子の背部に光源を配したこ
とを特徴とする請求項１２記載の液晶装置。