JP2001033747A

JP2001033747A - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP2001033747A
Application number: JP11203460A
Authority: JP
Inventors: Goro Saito; 悟郎齋藤; Kenichi Takatori; 憲一高取
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2001-02-09
Also published as: US6573970B1

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、高光利用効率（高開口率）、
高コントラストで高速応答可能な液晶表示素子を提供す
ることにある。【解決手段】自発分極の符号が正である光学活性を有す
る化合物を一つ以上と自発分極の符号が負である光学活
性を有する化合物を一つ以上含み、液晶組成物全体の自
発分極が正または負である液晶組成物を調製し、電極を
有する基板間にその液晶組成物を挟持した液晶表示素子
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、文字、図形等を表
示する表示装置、入射光の透過量が変化する調光装置、
光シャッター等に利用される液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】広視野角、高速応答が期待できる液晶デ
ィスプレイとして、N.A.Clark, S.T.Lagerwall により
強誘電性液晶（ＦＬＣ）の光スイッチング現象を用いた
表示素子が提案されている（App. Phys. Lett., Vol.3
6, P.899(1980) ）。この表示素子（表面安定化強誘電
性液晶（ＳＳＦＬＣ）光学素子）は双安定性であり、電
圧を制御することにより階調表示を行うことが困難とい
う課題がある。これに対して、ＦＬＣを利用して階調表
示を実現するための手法がいくつか提案されている。例
えば、特開平６−１９４６９３号公報では、液晶に微粒
子を添加する技術が報告されている。これは、液晶中に
微粒子を均一に分布させることにより、誘電率の分布を
形成し、これによって、液晶に加わる実効電圧の分布を
形成するものである。実効電圧の分布により、階調表示
を可能としている。また、特開平９−２３６８３０号公
報には、液晶中に単官能性モノマーを反応させた縞状の
構造体を形成する技術が報告されている。これは、縞状
の構造体が、液晶に局所的に異なるしきい値特性を与え
ることにより、電圧印加時に発生するドメインの面積を
制御し、階調表示を可能としている。これらは、液晶中
に異物を混入することによるコントラストの低下につな
がる配向欠陥の発生、駆動電圧の上昇を抑えることが困
難である。

【０００３】別の液晶材料として、Chandaniらにより反
強誘電性相を有する液晶材料（反強誘電性液晶）が報告
され（Jpn. J. Appl. Phys., 28(1989), L1265）、さら
に反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）を利用した表示素子が提
案されている（Jpn. J. Appl. Phys., 29(1990), 175
7）。ＡＦＬＣ材料は反強誘電相と強誘電相との相転移
に基づく三安定性を有し、これらをバイアス電圧印加下
でスイッチングさせることにより、電圧制御で階調表示
が可能な表示素子を作製することができる。しかしなが
ら、階調表示にバイアス電圧が必要であることや、高精
細かつ走査線の多い表示素子では駆動波形が複雑となる
等の問題を有している。

【０００４】一方、乾ら、及び、田中らにより、印加電
圧に対する光透過率を示す曲線がＶ字型であるＡＦＬＣ
材料（以下、無しきいＡＦＬＣ材料と呼ぶ）が報告され
ている（第２１回液晶討論会講演予稿集２Ｃ０４、ｐ．
２２２（１９９５）、及びｐ．２５０（１９９５））。
なお、Ｖ字型特性とは、図１に示すように正の電圧を印
加したときは連続的に透過率が変化し、負の電圧を印加
したときも連続的に透過率が変化し、その形状は正の電
圧を印加したときと電圧０Vを軸としてほぼ対称となる
特性である。この材料を用いた無しきいＡＦＬＣ素子
は、相転移に明確なしきい値を持たずヒステリシス特性
が小さいということが記載されている。

【０００５】さらに、武居らにより、この無しきＡＦＬ
Ｃ素子を薄層トランジスタ（ＴＦＴ）と組み合わせた対
角５．５インチの液晶光学素子が報告されている（日本
学術振興会「情報表示用有機材料第１４２委員会」Ａ部
会（液晶材料）第７４回研究会資料、１４ページ、１９
９９年）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】通常、無しきいＡＦＬ
Ｃ材料は自発分極の値が１００（ｎＣ／ｃｍ2）以上と
高い値を有しおり、前述の無しきＡＦＬＣ素子をＴＦＴ
と組み合わせた液晶光学素子（日本学術振興会「情報表
示用有機材料第１４２委員会」Ａ部会（液晶材料）第７
４回研究会資料、１４ページ、１９９９年）において
も、自発分極値が２２９（ｎＣ／ｃｍ2）の無しきいＡ
ＦＬＣ材料が用いられている。このような高い自発分極
を有する無しきいＡＦＬＣ材料を駆動するためには、自
発分極に比例した電荷の注入が必要となる。しかし、Ｔ
ＦＴから供給できる電荷量には制限があるため、数フレ
ームにわたる電荷注入が必要となり、液晶表示素子にお
ける画面表示が遅くなるという課題がある。

【０００７】この課題を解決する手段の一つとして、Ｔ
ＦＴに大きな補助容量を付加させるという方法がある
が、補助容量を大きくすると液晶光学素子の開口率が低
下し、表示が暗くなるという問題が発生する。さらに
は、発明者らの検討によれば、補助容量の増大につれて
ＲＣ時定数が増大し所定の書き込み時間内に十分な書き
込みを行うためには、ＴＦＴのオン抵抗を低下させ、Ｔ
ＦＴ特性を向上させる必要があることが判明した。すな
わち、容量値が大きくなるため、ＴＦＴのオン電流が十
分に確保できないと、書き込み時間内に書き込みが終ら
なくなってしまうのである。したがって、ＴＦＴ特性が
決まり、液晶材料の自発分極値及びパネル構造が決まる
と、最適な補助容量の限界値が存在し、その値以上の補
助容量はＲＣ時定数を増大させ、書き込み時間内の注入
電荷量を減少させ、結果的に液晶への書き込み電荷量を
減少させてしまう。

【０００８】高い自発分極の液晶材料を駆動できるよう
にするには、ＴＦＴ特性として十分な特性を有するＴＦ
Ｔを用いるか、もしくは、高い電圧での書き込みを行な
うことにより可能である。しかし、この場合、以下のよ
うな課題がある。まず、十分な特性を有するＴＦＴを新
たに開発する必要がある。次に、高い駆動電圧を印加で
きる駆動回路を開発する必要がある。これらの２点を実
現しても、高い自発分極の液晶材料を駆動するには大き
な電荷を流す必要があり、消費電力が極めて大きくなっ
てしまう。

【０００９】こうした高い自発分極値による様々な課題
は、無しきいＡＦＬＣ材料を用いた階調表示素子に限ら
れたものではなく、前述のＦＬＣを利用した階調表示素
子および三安定性を利用したＡＦＬＣ階調表示素子にも
共通した課題である。

【００１０】さらに、三安定性を利用したＡＦＬＣ階調
表示素子においては、ヒステリシスの歪みを少なくする
ために自発分極を低くする必要があることが示されてい
る。例えば、特開平１０−２７９５３４号公報では、三
安定性を利用したＡＦＬＣ表示素子のヒステリシスの歪
みを少なくするために新規なラセミ化合物を含む反強誘
電性液晶組成物によって自発分極を小さくしている。し
かし、この方法での自発分極値はその実施例から１１６
（ｎＣ／ｃｍ2）程度であり、十分小さな値ではない。
また、大きな駆動電圧や大きな消費電力を抑えるため
に、液晶材料の自発分極を低くすることが試みられてい
る。例えば、特開平９−１５１３７５号公報では、三安
定性を利用したＡＦＬＣ表示素子において、３０℃での
自発分極の値を１０（ｎＣ／ｃｍ2）以上１５０（ｎＣ
／ｃｍ2）以下の反強誘電性液晶組成物、光学分割をし
て光学活性の形にすれば反強誘電性液晶化合物となりう
る化合物のラセミ体を反強誘電性液晶組成物中に１．０
（ｗｔ％）以上９０（ｗｔ％）以下含有させた前記反強
誘電性液晶組成物およびそのラセミ体化合物について記
載されている。しかし、ここで規定されている自発分極
値、つまり１０（ｎＣ／ｃｍ2）以上１５０（ｎＣ／ｃ
ｍ2）以下、の根拠は何ら記載されていない。また、特
開平１０−１９５４４３号公報では、光学活性基の異な
る少なくとも２種の自発分極が正（または負）の化合物
を主成分とする自発分極が正（または負）の液晶組成物
に、前記液晶化合物と同じ光学活性基を持つ液晶化合物
のラセミ体を配合した反強誘電性液晶組成物において、
前記液晶組成物の自発分極が正である場合には、正の自
発分極を、負である場合には負の自発分極を持ちかつ前
記液晶化合物の光学活性基とは異なる光学活性基をもつ
少なくとも１種類化合物を配合してなる自発分極の絶対
値が小さい液晶組成物について記載されている。さら
に、液晶化合物の光学活性基および自発分極の絶対値が
３０℃において１３５（ｎＣ／ｃｍ2）以下であること
も記載されている。ここでも、前記引例と同様に、規定
されている自発分極値の根拠は何ら記載されていない。
さらに、この引例および前記特開平９−１５１３７５号
公報の方法では何らかの因子によって化合物の種類が大
きく制限される。つまり、特開平９−１５１３７５号公
報では用いられるラセミ体の化学構造、特開平１０−１
９５４４３号公報では組み合わせることが可能な光学活
性基が制限される。これらの制限は、液晶組成物自身の
特性にも制限を与えるという課題が生じる。例えば、液
晶組成物の動作温度域あるいは使用温度域は、組成物を
形成する化合物の動作温度域あるいは使用温度域および
その組み合わせによって決定されるが、化合物の化学構
造あるいは光学活性基が限定された場合、液晶組成物の
動作温度域あるいは使用温度域の拡大あるいは特定温度
域に設定することが困難となる。さらに、液晶表示素子
の透過率・コントラストに大きな影響を与えるティルト
角においても同様である。これらは、いずれも三安定性
を利用したＡＦＬＣ表示素子に用いられるＡＦＬＣ材料
に関する技術であるが、いずれも前述のように十分では
ない。また、無しきいＡＦＬＣ表示素子に用いられる材
料に関しては何ら知られていない。

【００１１】以上、本発明の目的は、高光利用効率（高
開口率）、高コントラストで高速応答（応答時間が短
い）可能な液晶表示素子を提供することにある。

【００１２】

【問題を解決するための手段】本発明の液晶表示素子
は、自発分極の符号が正である光学活性を有する化合物
を一つ以上と自発分極の符号が負である光学活性を有す
る化合物を一つ以上含み、液晶組成物全体の自発分極が
正または負である液晶組成物を電極を有する基板間に挟
持してなることを特徴とする。また、自発分極の符号が
正または負である光学活性を有する化合物を一つ以上と
ラセミ体を一つ以上含み、液晶組成物全体の自発分極が
正または負である液晶組成物を電極を有する基板間に挟
持してなることを特徴とする液晶表示素子である。この
際、光学活性を有する化合物において、そのＲ体とＳ体
の比率がＲ体＞Ｓ体またはＲ体＜Ｓ体であっても良い。

【００１３】さらに、前記液晶表示素子において、印加
される電界・電圧に対して素子の透過率または反射率が
連続的に変化することを特徴とする。この時、印加電圧
−透過（反射）率曲線は、図２のように正または負の電
圧のみに対して連続的に変化しても構わないし、図１に
示されるようにＶ字型であっても構わない。また、図３
のように電圧無印加時の透過（反射）率が最大であって
も構わない。

【００１４】本発明の液晶光学素子に用いられる能動素
子としては、薄層トランジスタ（ＴＦＴ）素子、メタル
−インシュレーター−メタル（ＭＩＭ）素子、単結晶シ
リコンによるDRAMなどがあげられるが、アクティブマト
リックス駆動だけではなく、用途に応じて単純マトリッ
クスで駆動させることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に用いられる液晶材料は、
自発分極の符号が正である光学活性を有する化合物を一
つ以上と自発分極の符号が負である光学活性を有する化
合物を一つ以上含み、液晶組成物全体の自発分極が正ま
たは負である液晶組成物である。この時、自発分極が正
の化合物と負の化合物における自発分極の絶対値が、
（正の化合物）＞（負の化合物）あるいは（正の化合
物）＜（負の化合物）でも、（正の化合物）＝（負の化
合物）でも構わない。ただし、光学活性を有する化合物
が正負１つずつである場合、正の化合物と負の化合物の
比率が（正の化合物）＞（負の化合物）あるいは（正の
化合物）＜（負の化合物）であることが望ましい。ま
た、自発分極の符号が正または負である光学活性を有す
る化合物を一つ以上とラセミ体を一つ以上含み、液晶組
成物全体の自発分極が正または負である液晶組成物も用
いられる。さらに、前記の光学活性を有する化合物にお
いて、そのＲ体とＳ体の比率がＲ体＞Ｓ体またはＲ体＜
Ｓ体であっても良い。

【００１６】本発明の液晶材料の自発分極は、使用する
ＴＦＴの走査線本数、目的とする液晶材料の応答時間に
よるが、０．０６（ｎＣ／ｃｍ2 ）以上、９６（ｎＣ／
ｃｍ2 ）以下であることが必要である。自発分極が０．
０６（ｎＣ／ｃｍ2 ）未満であると、応答速度が非常に
遅くなるという問題が発生する。また、９６（ｎＣ／ｃ
ｍ2 ）を越えると、駆動できる走査線数が少なくなり、
高精細パネルには適用できない。特に、走査線数が多
く、低電圧駆動、広い温度範囲、および高速応答が要求
される高性能ディスプレイの場合には、０．９５（ｎＣ
／ｃｍ2 ）以上２１（ｎＣ／ｃｍ2 ）以下が好ましい。

【００１７】上記の自発分極の値は、以下のようにして
求められる。下限に関しては、応答速度の点から決定さ
れる。ＡＣ駆動時の１フィールド、すなわち、１フレー
ムの半分の時間内に応答することが必要条件となる。通
常、フレーム周波数は３０（Ｈｚ）なので、（１／３
０）×１０3 ／２≒１６．７（ｍｓ）以下の応答が必要
である。応答速度は、簡単には、ＳＳＦＬＣと同様に次
式で与えられる。

【００１８】

【数１】

【００１９】液晶材料の粘性ηが１００（ｍＰａ・ｓ）
で、電圧が２０（Ｖ）、セルギャップが２（μｍ）の条
件では電界Ｅは１０7（Ｖ／ｍ）となり、自発分極Ｐｓ
が０．０６（ｎＣ／ｃｍ2 ）以下となると、応答速度τ
は１６．７（ｍｓ）より長くなってしまう。要求される
温度範囲が広く粘性が先ほどの条件より４００（ｍＰａ
・ｓ）まで高くなったとし、低電圧駆動で電圧が５
（Ｖ）、セルギャップが２（μｍ）の条件では、自発分
極が０．９５（ｎＣ／ｃｍ2 ）以下となると、応答速度
は１６．７（ｍｓ）より長くなってしまい、１フィール
ド内での応答が得られない。

【００２０】一方、上限に関しては、書き込み電荷の配
分の点から決定される。ＴＦＴからの書き込み電荷とし
ては、自発分極を持たない静電容量としてのセル容量に
蓄えられる電荷Ｑ１と、書き込み時間内に自発分極が若
干応答することによる分極電荷Ｑ２の２種類の電荷が書
き込み時間内に書き込まれる。静電容量への書き込み電
荷Ｑ１は、セル容量をＣｓとし、書き込み電圧をＶｄ、
ＴＦＴのオン抵抗をＲon、書き込み時間をτg とする
と、

【００２１】

【数２】となる。通常、９９％以上の書き込みがなされるので、

【００２２】

【数３】とみなせる。書き込み時間内に自発分極Ｐｓが応答する
ことで流れる電荷Ｑ２は、ここでは、セルの面積をＳと
した時、自発分極による電荷全体（Ｐｓ・Ｓ）のｋ分の
１であるとする。液晶の応答が終了した状態では、自発
分極は完全に応答し、この自発分極による反電場の影響
を受けてセル両端の電圧は低下する。この状態でのセル
内の電荷は、自発分極による電荷Ｑ３と、静電容量に残
った電荷Ｑ４の２種類となる。最終的なセル両端の電圧
をＶｓとすると、Ｑ４＝Ｃｓ・Ｖｓであり、また一方、
Ｑ３＝Ｐｓ・Ｓである。これらより、電荷の保存が成り
立ち、

【００２３】

【数４】となる。ここで、セルの容量Ｃｓは、真空の誘電率をε
0 、液晶の比誘電率をεlc、液晶層の厚みをｄlc、配向
膜の比誘電率をεol、配向膜の厚みをｄolとすると、配
向膜が両方の基板に存在する場合、

【００２４】

【数５】となる。これらの関係から、自発分極を表わす式を求め
ると、

【００２５】

【数６】となる。以下では、ｋ＝４、すなわち、書き込み時間内
に全自発分極の４分の１が応答するとし、ｄlc＝２（μ
ｍ）、ｄol＝５０（ｎｍ）、εlc＝１０、εol＝３、Ｖ
ｓ＝１（Ｖ）とする。電圧が十分に印加でき、Ｖｄ＝２
０（Ｖ）とすると、Ｐｓ＝９６．１（ｎＣ／ｃｍ2 ）と
なる。一方、電圧がＶｄ＝５（Ｖ）とすると、Ｐｓ＝２
０．２（ｎＣ／ｃｍ2 ）となる。これらの結果より、上
記のような上限値を決定している。

【００２６】さらには、大きな補助容量を付加すると、
Ｃｓの値を増加することができ、式（Ｆ）で表わされる
書き込み可能な自発分極値を増大させることができると
考えられる。しかし、前述のように、一定値以上の補助
容量の増大は、式（Ｂ）で表わされるＴＦＴからの書き
込み時定数（ＲＣ時定数）を増大させる。その結果、書
き込みが不十分となり、99%以上の書き込みという式
（Ｃ）の仮定が成り立たなくなる。この状況では、ＴＦ
Ｔからの書き込み電荷Ｑ１があまり増大せず、式（Ｄ）
の電荷保存の式から分かるように、（Ｆ）の式の形も変
り、自発分極値があまり増大しないことが分かる。

【００２７】本発明の液晶表示素子は、液晶層を電極を
有する２枚の透明な基板間に挟持した構造である光透過
型のみならず、一方の基板が不透明な光反射型にも適用
できる。これらは例えば液晶層を電極を有する透明な基
板と電極を有する光反射板間に挟持した素子構造、電極
を有する透明な基板と電極を有する光吸収板間に挟持し
た素子構造がある。

【００２８】素子の構成としては、従来の技術が適用で
きる。電極としてはインジウム−スズ−オキサイド（Ｉ
ＴＯ）等の材質のものが利用できるが、ポリピロール等
の有機導電性薄膜も利用できる。また、使用する基板自
身が導電性を有している場合は、基板を電極としても利
用することもできる。電極は調光層と密着した状態で設
置する。これらの電極付き基板は液晶が配向するように
処理されていることが望ましい。この際、２枚の基板と
もホモジニアス配向であることが望ましいが、用途に応
じて、他の配向状態であっても構わない。この配向処理
には、ＴＮ液晶、ＳＴＮ液晶等に用いられるポリイミド
等の通常の配向膜が利用できるが特に低いプレティルト
角を有するものが望ましい。

【００２９】ポリイミド等の配向膜は、ポリイミド等が
溶剤に溶け込んでいる可溶性タイプでもよいし、焼成し
てポリイミド化する焼成タイプであっても構わない。ま
たラビング等の配向処理を行うことが望ましい。

【００３０】本発明に用いられる基板の材質は、ガラ
ス、プラスチック、金属等である。またカラーフィルタ
ーを有する基板を用いたり、顔料や色素等を基板中に分
散させることによって、カラー化することができる。基
板は電極が調光層側になるように設置する。

【００３１】基板の間隔設定には、通常の液晶デバイス
に用いられるガラスまたは高分子樹脂から成るロッド
状、球状のスペーサーを使用することができ、その間隔
は１μｍ〜４μｍ程度が望ましい。

【００３２】光反射板は光を反射する材料で構成されて
いれば無機材料でも有機材料でも構わない。また反射強
度または反射波長は目的とする素子特性により任意に変
更できる。その構造は光反射材料が光反射板全体を形成
しているものであってもよいし、光反射材料がガラス等
の別の材質の基板上にコーティングされていてもよい。
光反射材料をコーティングした場合、光反射材料が液晶
層側にある必要はない。また光反射材料をコーティング
する基板は光反射材料が調光層側に位置していない場合
は必ずしも透明である必要はない。

【００３３】光吸収板は光を吸収する材料で構成されて
いれば無機材料でも有機材料でも構わない。吸収強度ま
たは吸収波長は目的とする素子特性により任意に変更で
きる。その構造は光吸収材料が光吸収板全体を形成して
いるものであってもよいし、光吸収材料がガラス等の異
なる材質の基板上にコーティングされていてもよい。光
吸収材料をコーティングした場合、光吸収材料が液晶層
側にある必要はない。また光吸収材料をコーティングす
る基板は光吸収材料が液晶層側に位置していない場合は
必ずしも透明である必要はない。光反射材料または光吸
収材料が導電性を有している場合はこれらを電極として
も利用することもできる。

【００３４】本発明の液晶表示素子は、印加電圧・電界
に対して素子の透過（反射）率が連続的に変化する。こ
のため、階調表示が可能である。また、薄層トランジス
タ（ＴＦＴ）素子、メタル−インシュレーター−メタル
（ＭＩＭ）素子などの能動素子と組み合わせて、液晶表
示装置が実現できる。

【００３５】次に本発明の液晶表示素子を用いた例を図
面で説明する。図４は、液晶表示素子の構成を示す断面
図である。図４を参照すると、一対の透明基板１上に透
明電極２を形成し、透明電極２上に配向膜３を形成し
（本図では両側の基板上に形成しているが片側の基板の
みでも素子の構成は可能である）、透明電極２が対向す
るように配置して液晶セルが構成される。この液晶セル
の内部に液晶材料が狭持される。また、液晶セルの外側
の透明基板上に一対の偏光板５が貼り合わされ、液晶表
示素子が構成される。

【００３６】図５は、本発明の液晶表示素子をＴＦＴア
レイ基板と組み合わせた構造のＴＦＴアレイを示す図で
ある。この構造は、ＴＦＴ基板と対向基板から構成さ
れ、ＴＦＴ基板は図に示すようにゲートバスライン、ド
レインバスライン、ＴＦＴアレイを有し、各画素に少な
くとも一つの画素電極を有する。この液晶パネルの内部
では、液晶材料は画素内に均一に配向しており、印加電
圧・電界に対して素子の透過（反射）率が連続的に変化
する。この実施形態の動作は次のようである。各ドレイ
ンバスラインには、所定周波数（通常は３０Ｈｚ、フリ
ッカを考慮する時は６０Ｈｚ以上に変えることもあり、
フィールドシーケンシャル表示では３倍の180Hzもしく
はそれ以上とすることもあり、逆に、液晶の応答が遅い
場合はもっと低い周波数とすることもある）での駆動を
ゲートライン数で分割した波形が各ゲートラインに対応
して印加される。一方、各ゲートバスラインには、その
ラインが選択される時にＴＦＴのスイッチをオンするよ
うな波形が印加され、これにより、ドレインラインの波
形が表示電極により液晶に印加される。再度ゲートライ
ンが選択されるまで液晶部に電圧が保持される。これに
より液晶がメモリ性を持たなくても、表示の保持動作が
可能である。また、印加電圧・電界に対して素子の透過
（反射）率が連続的に変化しアナログ階調表示が可能で
あるため、データバスラインに各階調に対応する波形を
印加することにより階調表示が実現される。本発明で
は、液晶材料の自発分極が低いため大きな補助容量が必
要ない。しがたって、液晶表示素子における画素の開口
率を高くすることができる。また、同様の理由で１フレ
ーム内で電荷の注入を行うことができる。つまり、液晶
材料自身の短い応答時間を生かし、液晶表示素子の応答
時間を短くすることができる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
るが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に
限定されるものではない。

【００３８】（実施例１）４８０本のゲートバスライン
及び６４０本のドレインバスラインはスパッタ法で形成
されたクロミウム（Ｃｒ）を用い、線幅を１０μｍと
し、ゲート絶縁膜には窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を用い
た。一単位画素の大きさは縦３３０μｍ、横１１０μｍ
とし、アモルファスシリコンを用いＴＦＴ（薄膜トラン
ジスタ）を形成し、画素電極は透明電極である酸化イン
ジウム錫（ＩＴＯ）を用い、スパッタ法で形成した。こ
のようにＴＦＴをアレイ状に形成したガラス基板を第１
の基板とした。この第１の基板と対向する第２の基板に
は、クロミウムを用いた遮光膜を形成した後、ＩＴＯを
用いた透明電極（共通電極）を形成し、さらにカラーフ
ィルタを染色法によりマトリクス状に形成しその上面に
シリカを用いた保護層を設けた。その後、スピンコート
法によりポリアミック酸を塗布し２００℃でベーキング
しイミド化しポリイミド膜を形成した。このポリイミド
膜をナイロンを使用したバフ布を直径１５０ｍｍのロー
ラーに巻き付け、ローラーの回転数５００ｒｐｍ、ステ
ージ移動速度５０ｍｍ／秒、押し込み量１．０ｍｍ、ラ
ビング回数２回でパラレルラビングとなるような方向に
ラビングした。接触段差計で測定した配向膜の厚さは約
５００Åであり、クリスタルローテーション法で測定し
たプレチルト角は約１°であった。このような一対のガ
ラス基板の一方に約２μｍ径の球状スペーサであるミク
ロパール（商品名）を散布し、また他方に約２μｍ径の
円柱状のガラス製ロッドスペーサを分散させた熱硬化性
のシール材を塗布した。これらの基板をラビング処理方
向が互いにパラレルスラビングとなるように両基板を対
向させて配置し熱処理によりシール材を硬化させてギャ
ップ２μｍのパネルを組み立てた。このパネルに液晶組
成物１（自発分極が＋２１５（ｎＣ／ｃｍ2）である液
晶化合物Ａ、自発分極が＋１７９（ｎＣ／ｃｍ2）であ
る液晶化合物Ｂ、自発分極が−２０６（ｎＣ／ｃｍ2）
である液晶化合物Ｃを含み、自発分極が＋７．７（ｎＣ
／ｃｍ2）でありＶ字型特性を有する液晶組成物）を、
真空中において等方相（Ｉｓｏ）状態で注入した。得ら
れた液晶パネルの表示は、コントラスト比１００以上
で、広い視野角を有していた。また、焼き付きや残像の
無い良好な表示であった。走査線数が４８０本のため、
ＴＦＴの書き込み時間は、３０（μｓ）と、これまで報
告されている他のＶ字形特性を有する液晶表示素子より
短い。しかし、自発分極値がこれまでよりはるかに小さ
いため、書き込み時間内に十分な電荷を供給することが
できた。

【００３９】（比較例１）実施例１と同様に作成した液
晶パネルに、液晶組成物２（自発分極が１６２（ｎＣ／
ｃｍ2）でありＶ字型特性を有する液晶組成物）を注入
したパネルを作製した。表示は、ほとんど認識できなか
った。測定した結果では、コントラスト比は、５以下で
あった。自発分極値が大きいため、短い書き込み時間の
間に電荷が供給できなかったためと考えられる。

【００４０】（実施例２）この実施例では、ポリシリコ
ン(多結晶シリコン、poly Si)のＴＦＴアレイを作製
し、自発分極値が特に小さい液晶材料３（自発分極が＋
１７９（ｎＣ／ｃｍ2）である液晶化合物Ｂ、自発分極
が−２０６（ｎＣ／ｃｍ2）である液晶化合物Ｃ、自発
分極が＋２００（ｎＣ／ｃｍ2）である液晶化合物Ｄを
含み、自発分極が＋１．１（ｎＣ／ｃｍ2）でありＶ字
型特性を有する液晶組成物）を駆動した。具体的には、
ガラス基板上に酸化シリコン膜を形成した後、アモルフ
ァスシリコンを成長させた。次にエキシマレーザを用い
アニールしアモルファスシリコンをポリシリコン化さ
せ、更に100Åの酸化シリコン膜を成長させた。パター
ニングした後、フォトレジストをゲート形状より若干大
きく(後にLDD領域を形成するため)パターニングしリン
イオンをドーピングすることによりソースとドレイン領
域を形成した。更に、酸化シリコン膜を成長させた後、
マイクロクリスタルシリコン（μ-c-Si）とタングステ
ンシリサイド（WSi）を成長させ、ゲート形状にパター
ニングした。更に、パターニングしたフォトレジストに
より必要領域にのみリンイオンをドーピングすることに
よりLDD領域を形成した。酸化シリコン膜と窒化シリコ
ン膜を連続成長させた後、コンタクト用の穴をあけ、ア
ルミニウムとチタンをスパッタで形成しパターニングし
た。窒化シリコン膜を形成し、コンタクト用の穴をあ
け、画素電極用に透明電極であるITOを形成しパターニ
ングした。このようにして図6に示すようなプレーナ型
のＴＦＴ画素スイッチを作成しＴＦＴアレイを形成し
た。ガラス基板上にはＴＦＴスイッチによる画素アレイ
のみ設け駆動回路は基板内に設けず、単結晶シリコンに
より外部に取り付けた。このようにして作製したＴＦＴ
アレイ基板と、対向電極となるＩＴＯを全面にパターニ
ングした後、遮光用のクロムのパターニング層を有した
対向基板とを用意した。対向基板側に1.8μのパターニ
ングされた柱を作製し、スペーサ及び耐衝撃力を有する
ようにした。また、対向基板の画素領域外部に紫外線硬
化用のシール材を塗布した。ＴＦＴ基板と対向基板を接
着した後、液晶材料３を等方相（Iso）の状態で注入し
た。得られた表示は、焼き付きや残像が無く、広い視野
角を有していた（コントラスト比１００以上）。

【００４１】（実施例３）本実施例では、マイクロディ
スプレイを作製し反射型のプロジェクタを作製した。ア
ドバンスト・イメージング誌の１９９７年１月号の巻頭
に示されるようなディスプレイテック社によるマイクロ
ディスプレイと同様に作製した。具体的には、シリコン
ウエハ上にＭＯＳ−ＦＥＴを０．８μｍルールで形成す
る事によってＤＲＡＭを作製した。サイズ等は、ダイサ
イズ１／２インチで、画素ピッチ１０μｍ程度、１メガ
−ＤＲＡＭを形成した。画素の開口率は９０％以上であ
った。更に、形成されたＤＲＡＭ表面にケミカル・メカ
ニカル・ポリッシング技術を施す事により平坦化した。
一方、対向する基板は、顕微鏡観察用のカバーガラスを
使用した。シリコンウエハから駆動回路を含む部分を切
り出し、可溶性ポリイミドによる配向膜を印刷し１７０
℃でベーキングして溶媒を除去した。このポリイミド膜
をナイロンを使用したバフ布を直径１５０ｍｍのローラ
ーに巻き付け、ローラーの回転数５００ｒｐｍ、ステー
ジ移動速度３０mm／秒、押し込み量０．８mm、ラビング
回数２回でラビングした。接触段差計で測定した配向膜
の厚さは約５００Åであり、クリスタルローテーション
法で測定したプレチルト角は１．５度であった。また約
２μｍ径の円柱状のガラス製ロッドスペーサを分散させ
た光硬化性のシール材を塗布した。これらの基板を対向
させて配置し、非接触で紫外線処理することによりシー
ル材を硬化させてギャップ２μｍのパネルを組み立て
た。このパネルに、前記実施例１で用いた液晶組成物１
を真空中において等方相（Ｉｓｏ）状態で注入した。

【００４２】等方相（Ｉｓｏ）状態のまま、任意波形発
生器と高出力アンプを用いてパネル全面に周波数が３ｋ
Ｈｚで振幅が±１０Ｖの矩形波を印加し、電界を印加し
ながら、室温まで０．１℃／minの速度で徐冷した。更
に、３色の発光ダイオードと平行光を得るためのコリメ
ートレンズ、偏光変換素子、投射用レンズ、を用いて、
反射型フィールドシーケンシャル・プロジェクタを作製
した。この方法により、高速応答なプロジェクタ表示が
得られた。

【００４３】

【発明の効果】本発明を用いることにより、光利用効率
（開口率）が高く、高コントラストかつ応答時間の短い
高精細・広視野角・動画表示可能な液晶表示素子・ディ
スプレイが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｖ字型特性における印加電圧に対する光透過率
の変化を示す図である。

【図２】印加電圧・電界に対して素子の透過（反射）率
が連続的に変化する例を示す図である。

【図３】印加電圧・電界に対して素子の透過（反射）率
が連続的に変化する例を示す図である。

【図４】本発明の液晶表示素子の構成を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の実施例１に係わる薄膜トランジスタア
レイの説明図である。

【図６】本発明の実施例２で使用したプレーナ型ポリシ
リコンＴＦＴスイッチの断面構造を示す図である。

【符号の説明】

１．透明基板２．透明電極３．配向膜４．液晶材料５．偏光板６．画素電極７．ドレインバスライン８．ゲートバスライン９．ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）ポリシリコンＬＤＤソース電極およびドレイン電極酸化シリコン膜もしくは窒化シリコン膜

フロントページの続きＦターム(参考） 2H093 NA43 NA53 ND12 ND22 NE01 NE02 NE04 NE06 NG02 NH02 4H027 BC03 BC05 BC06 BD08 BD19 BD20 BD21 BD24 BE02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自発分極の符号が正である光学活性を有す
る化合物を一つ以上と自発分極の符号が負である光学活
性を有する化合物を一つ以上含み、液晶組成物全体の自
発分極が正または負である液晶組成物を電極を有する基
板間に挟持してなることを特徴とする液晶表示素子。
【請求項２】自発分極の符号が正または負である光学活
性を有する化合物を一つ以上とラセミ体を一つ以上含
み、液晶組成物全体の自発分極が正または負である液晶
組成物を電極を有する基板間に挟持してなることを特徴
とする液晶表示素子。
【請求項３】光学活性を有する化合物におけるＲ体とＳ
体の比率がＲ体＞Ｓ体またはＲ体＜Ｓ体であることを特
徴とする請求項１、２に記載の液晶表示素子
【請求項４】印加される電界に対して素子の透過率また
は反射率が連続的に変化することを特徴とする請求項１
〜３に記載の液晶表示素子。
【請求項５】液晶組成物の自発分極の絶対値が０．０６
（ｎＣ／ｃｍ2）以上９６（ｎＣ／ｃｍ2）以下であるこ
とを特徴とする請求項１〜４に記載の液晶表示素子。
【請求項６】液晶組成物の自発分極の絶対値が０．９５
（ｎＣ／ｃｍ2）以上２１（ｎＣ／ｃｍ2）以下であるこ
とを特徴とする請求項１〜４に記載の液晶表示素子。
【請求項７】電界を印加する手段として能動素子を備え
ることを特徴とする請求項１〜６に記載の液晶表示素
子。