JP2008292851A - 液晶デバイスおよび液晶デバイスの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学応答速度を高くした場合にも、表示品質を実質的に維持することができる液晶デバイスおよびその駆動方法を提供する。
【解決手段】内側に電極を有する一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを含む液晶素子と、該液晶素子への電荷を供給するための電荷供給手段とを少なくとも含む液晶デバイス。前記電荷供給手段から前記一対の電極間に供給すべき電荷量の変化に基づき、液晶素子における液晶分子の配向を制御する。
【選択図】図７

Description

本発明は、液晶デバイス（例えば、高速応答が可能なＰＳＳ−ＬＣＤ（分極遮蔽型スメクチック液晶表示）技術を用いる液晶デバイス）、および液晶デバイスの駆動方法に関する。より詳しくは、本発明は、光学応答速度を高くした場合にも、表示品質を実質的に維持することができるＰＳＳ−ＬＣＤ液晶デバイス、およびＰＳＳ−ＬＣＤ液晶デバイスの駆動方法に関する（本発明者らの研究グループにより開発された、この「ＰＳＳ−ＬＣＤ」技術の詳細については、例えば、特表２００６−５１５９３５号公報を参照することができる）。

一般に、液晶デバイス（表示装置）は、それぞれの内側（液晶材料が挟まれる側）に透明電極を設けた一対（２枚）のガラス基板であって、数μｍ程度のギャップを隔てて対向するものの間に、液晶材料が充填された構造を有している。これら一対の電極間に電圧を掛けると、液晶の配向状態に変化が生じ、したがって、該液晶材料の層を通過する光の状態が制御され、通過する光の量の差により現れる所定のパターンが表示される。すなわち、従来より、液晶デバイスにおいては、上記した一対の電極間に印加する電圧をコントロールすることにより、液晶材料を構成する液晶分子の配向がコントロールされることとなっていた。

しかしながら、従来の液晶デバイスにおいては、光学応答速度を高くした場合には、表示品質の低下が避けがいという欠点を有していた。

一般的に、現在、製品化されている液晶ディスプレイの殆どは、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス駆動によって表示を行っている。このＴＦＴタイプの液晶素子においては、液晶パネルの各画素の制御用にＴＦＴと付加コンデンサを１体１で対応させ、立ち上がりを高速化するとともにメモリー性を持たせる。ＴＮ（ツイステッドネマティック）形液晶の応答性の悪さが解決され、しかも、透過光の干渉に基づく「着色」が目立たないという特徴を有している。

マトリクス駆動においては、格子状に配列された画素に対し縦方向、横方向の電極を配し、その電極を選択して電圧を掛け、縦横の電極がともに選択されて電圧が掛けられている画素を駆動する。この方式によれば、画素が並んでいる行数と列数の和の電源配線のみで済むため、配線数を大幅に削減できる。アクティブマトリクス駆動においては、液晶セルの画素の１つ１つにＴＦＴと付加容量を接続し、これらを介して各画素を制御する。この構造により付加容量に電荷が蓄積され、メモリ性を有するため、ＴＦＴ高速スイッチング回路との組み合わせにより実質のドライバ電圧印加時間を飛躍的に短く出来る。

すなわち、上述したアクティブマトリクス駆動においては、通常は、表示を構成する画素の１つ１つの電圧値を調整して画像の濃淡を表現する制御、すなわち、電圧により液晶分子の配向を制御する。ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス駆動では、ゲートに高電圧を与えることによってソース側からドレイン側に電流を流し、ソース側とドレイン側を同電位にする。そして、ゲートに与えられた高電圧を取り去ることで、ソース側とドレイン側が高抵抗で切り離されるため、ドレイン側の電圧が保持されるメカニズムとなっている（この場合、ゲートに高電圧を与えている時間をゲートオン時間という）。なお、強誘電性液晶の二値表示の面積を電荷量にて制御する面積階調技術は、特開平６−１６０８０９号公報に記載されている。

他方、近年における、いわゆる「ユビキタス社会」を目指す技術の進展とも相まって、ディスプレイ技術全般に対する高速化、高品質化等の種々のニーズが高度化している。このようなニーズに応えるために、光学応答速度を高くした場合においても、表示品質を実質的に低下させない技術に対する需要は、種々の応用分野（例えば、液晶デバイスを利用した大画面のテレビジョン）において、高まる一方である。

しかしながら、上記した高速化等のニーズに沿って液晶デバイスの応答速度を高速化を試みた場合には、他方の重要なニーズたる表示品質の低下が避けがたい場合があった。

特表２００６−５１５９３５号公報 特開平６−１６０８０９号公報

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消可能な液晶デバイスおよびその駆動方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、光学応答速度を高くした場合にも、表示品質を実質的に維持することができる液晶デバイスおよびその駆動方法を提供することにある。

本発明者は鋭意研究の結果、従来におけるように、液晶材料に印加すべき電場強度により液晶分子の配向を制御するのではなく、電極に供給すべき電荷を制御することによって液晶分子の配向を制御することが、上記目的の達成のために極めて効果的なことを見出した。

本発明の液晶デバイスは上記知見に基づくものであり、より詳しくは、それぞれの内側（液晶材料を配置すべき側）に電極を有する一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子と、該液晶素子への電荷を供給するための電荷供給手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；前記電荷供給手段から前記一対の電極間に供給すべき電荷量の変化に基づき、液晶素子における液晶分子の配向を制御可能であることを特徴とするものである。

本発明によれば、更に、それぞれの内側に電極を有する一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子と、該液晶素子への電荷を供給するための電荷供給手段とを含む液晶デバイスの駆動方法であって；前記電荷供給手段から前記一対の電極間に供給すべき電荷量を変化させることにより、液晶素子における液晶分子の配向を制御することを特徴とする駆動方法が提供される。

上記構成を有する本発明の液晶デバイスについて、その本発明者の推定による動作メカニズムを、以下に他の液晶デバイスの動作と比較しつつ述べる。

上述したアクティブマトリクス駆動においては、上記「ゲートオン」時間内にソース側とドレイン側が同電位になりさえすれば、その間のドレイン側の電位の変化などは、従来より、特に問題とされてこなかった。

本発明者の知見によれば、このようにドレイン側の電位変化が問題とされて来なかった理由は、使用している液晶の応答速度がゲートオン時間に比べて著しく遅いため、ゲートオン時間の間の変化が、光学応答としては実質的には現れてこなかったためと推定される。

しかしながら、上述したように、近年における液晶デバイスにおける光学応答の高速化に伴い、表示品質の悪化が顕在化して来た。本発明者の知見によれば、このように表示品質の悪化が顕在化した理由は、下記のように推定される。

通常はゲートオン時間中の光学応答変化も視認されているが、表示保持時間の方が圧倒的に長く、ゲートオン時間中の光学応答変化があったとしても、現状の液晶ディスプレイでは問題とならないと推定される。なぜならば、現在、一般的に上市されている液晶ディスプレイの光学応答速度は、ゲートオン時間中に光学応答変化が見られるほど高速ではないからである。しかしながら、本出願人らにより開発された上述のＰＳＳ−ＬＣＤ技術においては、非常に高速な光学応答が達成可能であるがために、（従来の液晶デバイスでは問題とならなかったような）ゲートオン時間中の光学応答変化が、ゲートオン中の光学応答に現実の差異として現れることが判明した。この差異が顕著に見られる例としては、本発明者らの研究によれば、大画面化・高精細化による配線抵抗・配線寄生容量の増大による信号の劣化などが判明している。また、本発明者らの研究によれば、高解像度化などによる信号の高速化も、相対的に信号が劣化し輝度傾斜などの障害を生じることが判明している。このような信号劣化は、信号波形が意図したものとは違う波形になるということであり、高速な光学応答を示す液晶では、このような（変化した）信号に追従して光学応答を示す傾向が見出されている。したがって、非常に高速な光学応答が達成可能な液晶デバイスにおいては、意図した光学応答とは差異を生むことになり、表示品質が低下する可能性が生ずることとなる。

光学応答の高速化により、該応答時間がゲートオン時間と比べても極めて近いオーダーとなり、ゲートオン時間中の電位差の変化、すなわちＰＳＳ−ＬＣにかかる電場強度の変化の影響が眼に見えてくることとなったものと推定される（例えば、ＰＳＳ−ＬＣＤにおいては、従来の液晶よりも数十倍高速であり、ゲートオン時間と比べても極めて近いオーダーである）。

本発明は、例えば、以下の態様を含む。

［１］ それぞれの内側（液晶材料を配置すべき側）に電極を有する一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子と、該液晶素子への電荷を供給するための電荷供給手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
前記電荷供給手段から前記一対の電極間に供給すべき電荷量の変化に基づき、液晶素子における液晶分子の配向を制御可能であることを特徴とする液晶デバイス。

［２］ 前記液晶素子が、１０〜２Ｖ／μｍのレベルの印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子である［１］に記載の液晶デバイス。

［３］ 前記液晶素子が、１ｍｓのレベルの高速応答が可能な液晶材料である［１］または［２］に記載の液晶デバイス。

［４］ 前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であり；且つ、該液晶素子中の初期分子配向が、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、外部印加電圧の不存在（absence）下で、一対の基板に対して垂直な自発分極を殆ど示さない液晶素子である［１］〜［３］のいずれかに記載の液晶デバイス。

［５］ 前記一対の電極間に供給すべき電荷量の変化が、電場強度の時間微分値、液晶素子を透過する累積光量、各画素に対応する電圧、ゲートオン時間から選ばれる少なくとも１種類のパラメータに基づく［１］〜［４］のいずれかに記載の液晶デバイス。

［６］ 各画素に対応する電圧が、該各画素にそれぞれ対応する各ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の電圧である［５］に記載の液晶デバイス。

［７］ 前記電荷量供給手段が、ソース電圧に合わせて、ゲート電圧を連動させつつ一定電位差で変化させるゲート電圧供給手段と；前回画素に保持した電荷による電位差であるドレイン電圧に合わせて、ソース電圧を印加できるソース電圧供給手段とを少なくとも含む［１］〜［６］のいずれかに記載の液晶デバイス。

［８］ それぞれの内側に電極を有する一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子と、該液晶素子への電荷を供給するための電荷供給手段とを含む液晶デバイスの駆動方法であって；前記電荷供給手段から前記一対の電極間に供給すべき電荷量を変化させることにより、液晶素子における液晶分子の配向を制御することを特徴とする駆動方法。

［９］ 前記液晶素子に供給する電荷量を制御することにより、前記液晶素子に印加される電場強度の時間に対する電場強度の時間微分値たる増加率または減少率を制御する［８］に記載の駆動方法。

［１０］ 前記液晶素子に印加する電場強度の時間微分値を制御することにより、前記液晶素子を透過する光の累積光量を連続的に制御して階調表示する［８］に記載の駆動方法。

［１１］ 前記電荷供給手段がＴＦＴを含み、且つ、ＴＦＴの各電圧、および／又はゲートオン時間を制御することにより電場強度の時間微分値を制御する［８］に記載の駆動方法。

なお、一般に自発分極を利用した二値表示（例えば、強誘電性液晶）においては、アナログ階調を示すことは出来ない。よって、アナログ階調表示する液晶デバイスに適用するためには、供給する電荷量を制御する概念が必要である。そして、高演色性を求められる昨今では、アナログ階調を示せない強誘電性液晶では市場のニーズに逆行していることは明らかである。

例えば、既存技術である特開平６−１６０８０９号では、強誘電性液晶の二値表示の面積を電荷量にて制御する面積階調技術である。この技術では、画素を拡大して投影するプロジェクタ用途においては、人間の眼の分解能で判別できる大きさに画素内の面積階調部分が拡大されてしまい、その結果、画質が低下して見えることとなる。

また、一般的に強誘電性液晶の自発分極は大きく、したがって階調表示に必要な電荷量はＴＮやＰＳＳ−ＬＣＤなどに比べて桁違いに多いため、消費電流も多くなる。また、自発分極を反転するためにはある一定の閾値を超える電荷量を必要とするため、画素の表示を書き換えるためには一定以上の電流を必要とする。これは、市場のニーズである低消費電流の流れと反するのみならず、大電流を扱いづらいＴＦＴなどでは設計上の制約が増える結果となる。この結果、強誘電性液晶を用いた技術では、コストや外形などのニーズに対応した仕様を実現し難い。

上述したように本発明によれば、光学応答速度を高くした場合にも、表示品質の低下を回避することができる液晶デバイスを得ることができる。

以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準とする。

（液晶デバイス）
本発明の液晶デバイスは、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子（例えば、高速動作可能な液晶素子）と、該液晶素子への電荷を供給するための電荷供給手段とを少なくとも含む液晶デバイスである。この液晶デバイスにおいては、前記電荷供給手段から前記液晶材料に供給すべき電荷量の変化に基づき、液晶素子における液晶分子の配向を制御することができる。

（電荷量の変化に基づく配向制御）
本発明においては、電荷供給手段から液晶材料に供給すべき電荷量の変化に基づき、液晶素子における液晶分子の配向を制御する。このように、液晶分子の配向制御が、（電場強度の変化に基づくものではなく）、液晶材料に供給すべき電荷量の変化に基づくものであることは、以下の方法により確認することができる。

＜電荷量に基づく配向制御の確認方法＞
電荷量は、そこに流れる電流と流れた時間の積算から演算できる。したがって、液晶素子の電極間に定電流源から電流を流し、その時間を制御することによって電荷量を制御することが出来る。この方法による、電荷量に基づく配向制御を確認する構成の一例を図１５に示す。

この図１５の構成においては、定電流回路とタイマーと電荷量制御スイッチからなる電荷量制御回路から、液晶素子に一定の電荷量を供給する。この時の配向をＰＭＴ（光電子増倍管）と偏光素子（偏光子・検光子）とオシロスコープとバックライトを使用して、光学応答の変化として検出する。電荷制御回路から液晶素子に供給される電荷量の変化にしたがって、光学応答に変化が現れれば、電荷量に基づく配向制御されていることが確認できる。

（電荷供給手段）
本発明において、前記液晶素子への電荷を供給するための電荷供給手段としては、後述するような液晶分子の配向制御を可能とする電荷供給手段が、特に制限なく利用可能である。

（電荷供給手段の例示）
本発明においては、例えば、下記に列挙するような種々のタイプの電荷供給手段を使用することができる。

・定電荷回路
・定電流回路
・コンデンサ
・電荷結合素子（ＣＣＤ）

（使用可能な液晶素子）
後述するように、液晶材料を介して対向して配置された一対の電極間に供給すべき電荷量に応じた液晶分子の配向が可能な液晶素子である限り、本発明を適用することが可能である。しかしながら、高速応答性、および高演色性の点からは、上記液晶素子として、後述する特性を有するＰＳＳ−ＬＣＤ（分極遮蔽型スメクチック液晶素子）、すなわち、前記液晶材料中の初期分子配向が、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な方向を有し、外部印加電圧の不存在下で、一対の基板に対して垂直な自発分極を殆ど示さない液晶素子が特に好適に使用可能である。

（ＰＳＳ−ＬＣＤにおける制御）
本発明者らは、自発分極をほとんど有さないＰＳＳ−ＬＣＤにおいても、電極間に供給する電荷量により、配向を制御できることが判明している。図１のグラフに、ＰＳＳ−ＬＣＤにおいて得られた電荷供給量と透過光量の関係の一例を示す。

（本発明のメカニズム）
通常、液晶デバイスにおいては、電極間にはさまれた誘電体である液晶に電圧を印加して、電極間の電場によって液晶に光学応答を生じさせる。すなわち、平行極板コンデンサに電圧印加して誘電体である液晶に電場を与えている。しかしながら、電極間に電場を生じさせるためには、該電極間に電荷を供給する必要がある。

例えば、図２（ａ）の概念図に示すように、電極間に供給する電荷量が少なければ、電極間に現れる電位差は小さく、その電位差による電場強度も弱くなる。逆に図２（ｂ）の概念図に示すように、供給する電荷量が多くなれば、電極間に現れる電位差は大きくなり、その電位差による電場強度も強くなる。電圧を印加して電位差を生じさせることと、電荷を供給して電位差を生じさせる動作は同じように見えるが、本質的には電荷が供給された結果として電極間に電位差を生じるため、駆動の考え方として電荷を供給するということが適切である。

（ＰＳＳ−ＬＣＤを使用する態様）
本発明のＰＳＳ−ＬＣＤを使用する態様においては、例えば、電場強度の時間微分値ｄＥ／ｄｔを制御することにより、液晶の配向を変化させることができる。液晶の配向制御のために、電場強度の時間微分値を制御することは、例えば、電極間への電荷供給を制御することにより達成することができる。

ＰＳＳ−ＬＣＤにおいては、供給する電荷量の制御により、表示品質の安定を達成することができる。更なる表示品質向上のためは、供給する電荷量を制御することにより、電場強度の微分値ｄＥ／ｄｔを任意に設定し、階調表示の幅を広げることもできる。このような詳細な電荷供給制御のための手段は特に制限されないが、例えば、後述するような現行の駆動回路の改良により、該電荷供給制御を達成することができる。

（ＴＦＴ素子）
本発明においては、前記した液晶素子への電荷を供給するための電荷供給手段として、ＴＦＴを含むものが好適に使用可能である。

従来のＴＦＴ素子においては、通常、ゲートとソース間またはゲートとドレイン間、ソースとドレイン間の電位差の大きさに依存してソースとドレイン間に流せる電流が決まる。図３（ａ）はゲートとソース間の電位差に対する電流の特性を示したものであるが、電位差により対数的に流せる電流が大きくなっていることがわかる。また、図３（ｂ）はソースとドレイン間の電位差に対する電流の特性を示したものであるが、ゲートとソース間の電流特性に比べて、電位差による電流特性の変化度合いは小さいものの、やはり電位差が大きくなると流せる電流が大きくなっていることがわかる。電流を時間で積分したものが電荷となるため、電流を制御することにより電荷が制御できる。電流制御のためには、前述の電流特性から、ゲートとソース間またはゲートとドレイン間、ソースとドレイン間の各電圧を制御すればよいことが理解されよう。

図４は従来のＴＦＴを示す摸式的回路図である。このＴＦＴにて複数階調を有する画像を表示する場合、各ＴＦＴは、それぞれ画像を構成する画素に合わせた階調の電圧を保持するようになっている。画像が変れば、各ＴＦＴが保持する電圧が変るため、ソース駆動回路からＴＦＴのソース側に保持する電圧を出力して、ゲート電圧が印加されたとき、そのソース側に印加されている電圧をドレイン側に保持する。このとき、前にドレイン側に保持されていた電圧に関わらず、次に保持したい電圧を印加する。したがって、前述の電流特性から、ソースとドレイン間の電位差は表示する画像によって常に変化しており、一定の電流値とはならないことが理解されよう。

また、図５の模式的グラフに示すように、ソースとドレイン間の電位差は、電荷を供給する過程で小さくなっていく。これは、図３（ｂ）のグラフでわかる通り、ドレインとソース間の電位差が小さくなると、ソースとドレイン間に流せる電流が小さくなるためである。以上のように、電流が変化するということは、供給する電荷量が変化するということになってしまい、細かな電荷制御が難しくなる傾向が生ずる。

（ゲートＯＮ時間を制御する態様）
他方、例えば、図６の模式的グラフに示すように、ゲートとソース間の電位差を一定に制御することにより、一定に近い形で電流を流せる状態になる。更に、図７の模式的グラフに示すように、ソースとドレイン間の電位差を一定にすることで、ほぼ電流を一定にすることが出来る。電流が一定であれば、電流を流す時間で電荷量は決定されるので、ゲートをＯＮする時間を制御することによって電荷量を制御できる。

（単位時間あたりの電荷供給量を制御する態様）
また、それぞれの電位差を任意の電圧値に制御することにより、一定になる電流値を任意の値に制御することができ、単位時間あたりの電荷供給量を任意の値とすることができる。

（電場の時間微分値を制御する態様）
こうすることにより、ドレイン側の液晶電位差の変化の速度、すなわち、電場の時間微分値を任意の値にすることができる。

（ゲートＯＮ時間の制御のための駆動回路構成の一例）
駆動回路構成としては、例えば、図６の模式的グラフに示すようにソース電圧に合わせてゲート電圧が連動しながら一定電位差で変化する回路を備え、図７の模式的グラフに示すように前回画素に保持した電荷による電位差であるドレイン電圧に合わせてソース電圧を印加できる回路を備え、ゲートＯＮ時間を制御するような構成とすることが好ましい。このような駆動回路構成を採用することにより、ＰＳＳ−ＬＣＤにおいて、より厳密な配向制御ができる。

（電場強度の時間微分値のための駆動回路構成の一例）
本発明においては、電場の時間微分値を制御することにより、その電場の時間微分値で階調を表せるＰＳＳ−ＬＣＤを使用する態様においては、従来以上の演色性を持たせることが可能となる。

この態様においては、例えば、電荷量を制御することにより、前記液晶素子に印加される電場強度の時間に対する増加率または減少率（電場強度の時間微分値）を制御すればよい。

（電場強度の時間微分値のための駆動回路構成）
このような態様のための駆動回路構成の一例を、図１６に示す。この図１６に示す回路構成においては、定電流回路と階調−電荷量変換ＬＵＴからなる電荷量制御回路に階調信号が入力され、その階調信号に対応した電荷量供給プロファイルで定電流回路から電荷を液晶素子に供給する。

このときの電荷供給プロファイルとは、電場の時間微分値を制御するために、電荷量を調整して電場強度の時間に対する増加率または減少率を変化させることを指す。すなわち、供給する電荷量を多くすれば、液晶素子に印加される電場の時間に対する増加率は大きくなり、少なくすれば増加率は小さくなる。電場を取り除く場合も、逆供給する（電荷量制御回路が吸い込む）電荷量が大きければ減少率は大きくなり、小さければ減少率は小さくなる。こうした構成により、実際に液晶素子に印加される電場強度の変化率を調整することにより、詳細な階調表現が出来る。

（ＬＣＤの累積光量制御のための駆動回路構成の一例）
本発明においては、液晶素子に印加する電場強度の時間微分値を制御することにより、ＬＣＤの累積光量を連続的に制御して階調表示することも可能である。

（ＬＣＤの累積光量制御のための駆動回路構成の一例）
このような態様のための駆動回路構成の一例は、基本的に、その駆動回路構成は図１６と同様のものであるが、１画面の書き換え時間であるフレームレートを速くして、人間の眼の時間分解能を超える速さ（例えば、１６．７ミリ秒以下の程度、より好ましくは８．３ミリ秒以下の程度）で前述の電場強度の時間微分値を制御して、各フレームの累積透過光量をもって階調表現をする。こうすることにより、さらに詳細な階調表現を実現することが、更に容易となる。

（ＴＦＴの各電圧／ゲートオン時間制御のための駆動回路構成の一例）
本発明においては、既存のＴＦＴにて、電場強度の時間微分値を制御するために、ＴＦＴの各電圧、および／又はゲートオン時間を制御することも可能である。

（ＴＦＴの各電圧／ゲートオン時間制御のための駆動回路構成の一例）
このような態様のための駆動回路構成の一例を、図１７に示す。この図１７に示す回路構成においては、表示制御系から来た階調信号をソースドライバが受け取り、ＴＦＴに印加されるソース電圧とライン書き込みの信号であるゲート電圧を制御する。前述の通り、ソース電圧と液晶素子とつながっているドレイン電圧との電位差が小さくなると、流せる電流が小さくなるという特性がある。また、ゲートとソース電圧の電位差が小さくなると、同様に流せる電流が小さくなる。したがってソースドライバは、図７のようにソース電圧とドレイン電圧が常に一定になるようする。このときの印加ソース電圧をもとに、ゲート電圧を図６のように調整しゲート電圧とソース電圧が一定になるようにする。このとき、ゲート電圧を生成するためには、あらかじめ印加ソース電圧を知っておく必要があるため、ソース電圧波形生成は先に行っておく必要がある。そして、ゲート電圧印加と同時にソース電圧を印加できるように、印加ソース波形をメモリに記録しておく。生成されたゲート電圧は、常に電流が一定になるように調整されているため、ゲートをオンする時間を変化させることにより、任意の階調を表示することが出来る。

このように既存のＴＦＴを利用する態様においては、各ドライバＩＣを設計変更するだけで本技術を適用することが出来る。

（高解像度化の容易性）
また、ソースとゲート間、ソースとドレイン間の一定にする電位差を電流特性の良い電圧値に固定すると、ドレイン電圧が目標電圧に到達する速度が上がり、ゲートＯＮ時間を短くでき、ゲートスキャンタイムを短くできる。これは、高解像度化しやすいことを意味する。

（他の液晶素子への応用性）
上述した本発明の基本概念の説明においては、説明の便宜上、主にＰＳＳ−ＬＣＤの電気光学応答を用いる態様（高演色性の点から有利である）について述べてきたが、電極間に供給する電荷に応じた液晶分子の配向をとることが可能な液晶素子である限り、ＰＳＳ−ＬＣＤに関わらず、本発明を適用することが可能である。本発明の効果を更に効果的に発揮させる点からは、充分な速度での応答時間が可能な液晶素子であることが好ましい。

（偏光素子）
本発明に使用可能な偏光素子としては、従来より液晶デバイスを構成するために使用されている偏光素子を、特に制限なく使用することができる。また、その形状、サイズ、構成要素等も、特に制限されない。

（好適な偏光素子）
本発明において好適に使用可能な偏光素子としては、例えば、以下のものを挙げることができる。

π−セル：Molecular Crystals and Liquid Crystals誌、Ｖｏｌ．１１３，３２９ページ（１９８４），Phil Bos and K.R.Kehler-Beran
・ガラス偏光フィルター
・偏光フィルム
・偏光プリズム
・反射式偏光子

（液晶素子）
本発明の態様による液晶素子は、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む。

（液晶材料）
本発明においては、本発明の方式を適用するために、および印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転を有する電気光学素子を構成可能な液晶材料である限り、特に制限なく使用することができる。本発明において、ある液晶材料が使用可能か否かは、以下の「光学軸方位の回転の確認方法」で確認することができる。また、本発明において所定の高速応答が可能な観点から好適に使用可能であるように、ある液晶材料が充分な速度での応答が可能か否かは、以下の「応答時間の確認方法」で確認することができる。

（光学軸方位の回転の確認方法）
液晶素子としての光学軸方位の回転の測定方法としては、偏光子が検光子に垂直に配置されるクロスニコル配置中に液晶素子を置く場合、光学軸が検光子の吸収軸と一致する場合に透過光の強度が最小になる。従って、クロスニコル配置中で透過光の最小強度が得られる角度が光学軸方位の角度となる。この時、液晶素子には電場が印加されていない状態にある。これを基準角度として、液晶素子に電場を印加して、クロスニコル配置中での透過光量の最小強度が得られる角度を探す。電場印加して最小強度になる角度が存在し、上述の基準角度からずれた角度にその最小強度になる角度となり、電場の大きさ又は方向を変化させた時に変化量に応じた回転角の増減が見られれば、光学軸方向が回転していると確認できる。確認するための装置例としては、光学軸方位の確認方法と同様に図２２の構成で確認することができる。

（応答時間の確認方法）
液晶素子に光学軸方位の回転が見られる場合、この回転の速さが応答時間にあたる。偏光子が検光子に垂直に配置されるクロスニコル配置中に透過光量が最小になるような角度で液晶素子を配置し、液晶素子に電場を印加する。電場印加によって光学軸方位が回転するため、透過光量が変化する。従って、この透過光量の変化度合いが回転の変化度合いとなる。電場を印加しない状態の透過光量を０％として、電場印加によって変化して最終的に定常状態となった透過光量を１００％とした時、電場を印加しない状態から電場を印加して透過光量が１０％から９０％になるまでの時間を立ち上がり応答時間、電場を印加した状態から電場の印加をやめて透過光量が９０％から１０％になるまでの時間を立ち下がり応答時間とする。例えば、ＰＳＳ−ＬＣＤにおいては、立ち上がり応答時間、立ち下がり応答時間ともに４００μｓ程度である。確認するための装置例としては、後述する「光学軸方位の確認方法」の場合と同様に、図２２の構成で確認することができる。

（ＰＳＳ−ＬＣＤ）
本発明において好適に使用可能な液晶材料は、ＰＳＳ−ＬＣＤ、すなわち、該液晶材料中の初期分子配向が配向処理方向に対してほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、実質的に、外部印加電圧の不存在下で、一対の基板に対して少なくとも垂直な自発分極を全く示さないものである。

（初期分子配列）
本発明において、液晶材料中の初期分子配向（または方向）では、液晶分子の長軸は液晶分子に対する配向処理方向にほぼ平行な方向を有する。液晶分子の長軸が配向処理方向に対してほぼ平行な方向を有するという事実は、例えば、以下のやり方で確認することができる。本発明による液晶素子が望ましい表示性能を示すことを可能とするために、以下の方法により測定されるラビング方向と液晶分子の配向方向間の角度（絶対値）は、好ましくは、３°以下、更に好ましくは２°以下、特に１°以下であることが可能である。厳密な意味で、ポリイミド膜等のポリマー配向膜がラビングを受ける場合、複屈折がポリイミド最表層に誘発され、それによって遅相軸を与えることは知られている。更に、一般に、液晶分子の長軸は遅相軸に平行に配向することは知られている。ポリマー配向膜の殆どすべてに関して、ある種の角度ずれがラビング方向と遅相軸間で起こることは知られている。一般に、ずれは比較的小さく、約１〜７度であることが可能である。しかしながら、この角度のずれは、極端な例として、ポリスチレンの場合のように９０度であることができる。従って、本発明において、ラビング方向と液晶分子の長軸（すなわち、光軸）の配向方向間の角度は、好ましくは、３°以下であることが可能である。この時点で、液晶分子の長軸と、ラビング等によりポリマー（ポリイソミド等）、ポリマー配向膜中に提供される遅相軸の配向方向は、好ましくは、３°以下、更に好ましくは２°以下、特に１°以下であることが可能である。

上述のように、本発明において、配向処理方向は、液晶分子長軸の配向方向を決める遅相軸（ポリマー最表層における）の方向を指す。

＜液晶分子に対する初期分子配向状態を測定する方法＞
一般に、液晶分子の長軸は、光軸とよく一致する。従って、偏光子が検光子に垂直に配置されるクロスニコル配置中に液晶パネルを置く場合、透過光線の強度は、液晶の光軸が検光子の吸収軸とよく一致する場合に最小となる。初期配向軸の方向は、液晶パネルが透過光線の強度を測定しつつクロスニコル配置中で回転する方法により測定することができ、それによって、透過光線の最小強度を与える角度を測定することができる。

＜液晶分子長軸方向と配向処理方向との平行度を測定する方法＞
ラビング方向は設定角により決定され、ラビングにより提供されるポリマー配向膜最表層の遅相軸は、ポリマー配向膜の種類、膜製造方法、ラビング強度、等により決定される。従って、消光位が遅相軸の方向と平行に提供される場合、分子長軸、すなわち、分子光軸が遅相軸の方向に平行にあることが確認される。

（自発分極）
本発明において、初期分子配向では、自発分極（強誘電性液晶の場合の自発分極に類似している）は、少なくとも、基板に垂直である方向に対しては発生しない。本発明において、「実質的に自発分極を提供しない初期分子配向は、自発分極が発生しないものである」は、例えば、以下の方法により確認することができる。

＜基板に垂直な自発分極の存在を測定する方法＞
液晶セル中の液晶が自発分極を有する場合、特に、自発分極が初期状態における基板方向、すなわち、初期状態における電場方向（すなわち、外部電場がない場合の）に垂直な方向に発生する場合において、低周波数三角波電圧（約０．１Ｈｚ）が液晶セルに印加される時、印加電圧の正から負へ、または負から正への極性変化と共に、自発分極の方向は上方方向から下方方向へ、または下方方向から上方方向へ反転する。こうした反転と共に、実際の電荷が輸送される（すなわち、電流が発生する）。自発分極は、印加電場の極性が反転する時だけ反転する。従って、図１９に示されるようにピーク状電流が現れる。ピーク状電流の積算地は、輸送しようとする全電荷量、すなわち、自発分極の強度に対応する。この測定で非ピーク状電流が観察される場合、自発分極反転の発生が無いことは、直接、こうした現象により証明される。更に、図１８に示されるような電流の直線的な増加が観察される場合、液晶分子の長軸が、電場強度の増加に応じて、それらの分子配向方向において連続的にまたは引き続き変化することが見出される。換言すれば、図１８に示されるようなこのケースでは、印加される電場強度に応じて、誘導分極等のために分子配向方向の変化が起こることが見出されてきた。

（基板）
本発明において使用可能な基板は、それが上述の特定「初期分子配向状態」を与えることができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する基板は、ＬＣＤの使用法または用途、その材料およびサイズ、等の観点から適切に選択することができる。本発明において使用可能な特定例としては、以下のものが挙げられる。

その上にパターン化透明電極（ＩＴＯ等）を有するガラス基板
非晶質シリコンＴＦＴアレイ基板
低温ポリシリコンＴＦＴアレイ基板
高温ポリシリコンＴＦＴアレイ基板
単結晶シリコンアレイ基板

（好ましい基板例）
これらの中で、本発明が大型液晶表示パネルに適用される場合において、以下の基板を用いることは好ましい。

非晶質シリコンＴＦＴアレイ基板

（ＰＳＳ−ＬＣＤ材料）
本発明において好適に使用可能なＰＳＳ−ＬＣＤ液晶材料は、それが上述の特定「初期分子配向状態」を与えることができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する液晶材料は、物理的特性、電気または表示性能、等の観点から適切に選択することができる。例えば、文献に例示されるような種々の液晶材料（種々の強誘電性または非強誘電性液晶材料を含む）は、一般に、本発明において用いることが可能である。本発明において、用いることができるこうした液晶材料の特定の好ましい例には、以下が挙げられる。

（好ましい液晶材料の例）
これらの中で、本発明が投影型液晶ディスプレイに適用される場合、以下の液晶材料を用いることが好ましい。

（配向膜）
本発明において使用可能な配向膜は、それが上述の特定「初期分子配向状態」を与えることができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する配向膜は、物理的特性、電気または表示性能、等の観点から適切に選択することができる。例えば、文献に例示されるような種々の配向膜は、一般に、本発明において用いることが可能である。本発明において、用いることができるこうした配向膜の特定の好ましい例には、以下が挙げられる。

ポリマー配向膜：ポリイミド、ポリアミド、ポリアミド−イミド
無機配向膜：ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、Ｔａ₂Ｏ₅、等

（好ましい配向膜例）
これらの中で、本発明が投影型液晶ディスプレイに適用される場合、以下の配向膜を用いることは好ましい。

無機配向膜

本発明において、上述の基板、液晶材料、および配向膜として、必要に応じて、日刊工業新聞社（日本、東京）発行の“Liquid Crystal Device Handbook”（１９８９）に記載されているそれぞれの項目に対応する材料、成分または構成要素を用いることは可能である。

（他の構成要素）
本発明による液晶ディスプレイを構成するために用いられる透明電極、電極パターン、マイクロカラーフィルタ、スペーサ、および偏光子等の他の材料、構成要素または成分は、それらが本発明の目的に反しない限り（すなわち、それらが上述の特定「初期分子配向状態」を与えることができる限り）、特に限定されない。加えて、本発明において使用可能である液晶表示素子を製造するための方法は、液晶表示素子が上述の特定「初期分子配向状態」を与えるために構成されるべきであることを除き、特に限定されない。液晶表示素子を構成するための種々の材料、構成要素または成分の詳細に関しては、必要に応じて、日刊工業新聞社（日本、東京）発行の“Liquid Crystal Device Handbook”（１９８９）を参照することは可能である。

（特定の初期配向を実現するための手段）
こうした配向状態を実現するための手段または方策は、それが上述の特定の「初期分子配向状態」を実現することができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する特定の初期配向を実現するための手段または方策は、物理的特性、電気または表示性能、等の観点から適切に選択することができる。

以下の手段は、好ましくは、本発明が大型テレビパネル、小型高解像度表示パネル、および直視型ディスプレイに適用される場合に用いることが可能である。

（初期配向を与えるための好ましい手段）
本発明者らの知見によれば、上述の適する初期配向は、以下の配向膜（焼成により形成される配向膜の場合、その厚さは焼付け後の厚さで示される）およびラビング処理を用いることにより、容易に実現することが可能である。他方、通常の強誘電性液晶ディスプレイにおいて、配向膜の厚さは３，０００Ａ（オングストローム）以下、ラビング強度（すなわち、ラビングの押し込み量）は０．３ｍｍ以下である。

配向膜の厚さ：好ましくは４，０００Ａ以上、更に好ましくは５，０００Ａ以上（特に、６，０００Ａ以上）

ラビング強度（すなわち、ラビングの押し込み量）：好ましくは０．３ｍｍ以上、更に好ましくは０．４ｍｍ以上（特に、０．４５ｍｍ以上）

上述の配向膜厚さおよびラビング強度は、例えば、後述する製造例１に記載されるような方法で測定することが可能である。

（使用可能なＰＳＳ−ＬＣＤ−別の態様１）
本発明においては、下記の構成を有するＰＳＳ−ＬＣＤも、好適に使用することができる。

少なくとも一対の基板と、一対の基板の間に配置された液晶材料と、一対の基板の外側に配置された一対の偏光フィルムを含む液晶素子であって；該一対の偏光フィルムの一つは液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な初期分子配向を有し、一対の偏光フィルムの他方は液晶材料に対する配向処理方向に垂直な偏光吸収方向を有し、且つ

液晶素子は外部印加電圧の不存在下で消光角を示すＰＳＳ−ＬＣＤ。

こうした態様による液晶ディスプレイは、上述のものに加えてその消光位が実質的に温度依存性を有しないという利点を有する。従って、この態様において、コントラスト比の温度依存性を比較的小さくすることが可能である。

偏光フィルムの偏光吸収軸方向が実質的に液晶材料の配向処理方向に並べられる上述の関係において、偏光フィルムの偏光吸収軸と液晶材料の配向処理方向間の角度は、好ましくは２°以下、更に好ましくは１°以下、特に０．５°以下であることが可能である。

加えて、液晶素子が外部印加電圧の不存在下での消光位を示す現象は、例えば、以下の方法により確認することが可能である。

＜消光位を確認する方法＞
試験しようとする液晶パネルを、クロスニコル関係において配置される偏光子と検光子の間に挿入し、透過光の最小光量を与える角度を、液晶パネルが回転している間に測定する。このように測定された角度が消光位の角度である。

（使用可能なＰＳＳ−ＬＣＤ−別の態様２）
本発明においては、下記の構成を有するＰＳＳ−ＬＣＤも、好適に使用することができる。

一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；該一対の基板を通過する電流は、実質的に、連続的、線形に変化する電圧波形が液晶素子に印加される場合、ピーク状電流を全く示さないＰＳＳ−ＬＣＤ。

一対の基板を通過する電流が、実質的に、その強度が連続的、線形に変化する電圧波形の印加下でピーク状電流を示さないことは、例えば、以下の方法により確認することが可能である。この態様において、「電流が実質的にピーク状電流を示さない」は、液晶分子配向変化において、自発分極が少なくとも直接的なやり方で液晶分子配向変化に関与しないことを意味する。こうした態様による液晶ディスプレイは、上述のものに加えて、それが能動駆動素子の中でも非晶質シリコンＴＦＴアレイ素子等の最低の電子移動度を有する素子においてさえ、充分な液晶駆動を可能とする利点を有する。

液晶それ自体がかなり高い表示性能を示すことができる時でさえ、その能力が比較的大きい場合、こうした液晶を、電子移動度に関する限定を有する非晶質シリコンＴＦＴアレイ素子を用いることによって駆動することは難しい。結果として、高品質表示性能を与えることは実際上不可能である。このケースにおいてさえ、液晶を駆動する能力の観点から、非晶質シリコンよりも大きな電子移動度を有する低温ポリシリコンおよび高温ポリシリコンＴＦＴアレイ素子、または、最大電子移動度を与えることができる単結晶シリコン（シリコンウエハー）を用いることにより、充分な表示性能を与えることは可能である。他方、非晶質シリコンＴＦＴアレイは、製造コストの観点から経済的に有利である。更に、パネルのサイズが増大する場合、非晶質シリコンＴＦＴアレイの経済的利点は、他のタイプの能動素子よりも一段と大きい。

＜ピーク状電流を確認する方法＞
約０．１Ｈｚの極端に低い周波数を有する三角波電圧を、試験しようとする液晶パネルに印加する。液晶パネルは、こうした印加電圧を、ＤＣ電圧がほぼ線形に増大し減少するように感じるであろう。パネル中の液晶が強誘電性液晶相を示す場合、光学応答、および電荷移動状態は、三角波電圧の極性に応じて決まるが、しかしながら、実質的に三角波電圧の頂点値（またはｐ−ｐ値）には依存しない。換言すれば、自発分極の存在のために、液晶の自発分極は、印加電圧の極性が負から正へ、または正から負へ変わる場合のみに、外部印加電圧と連結される。自発分極が反転する場合、電荷は、パネル内部でピーク状電流を生成するように一時的に移動する。反対に、自発分極の反転が起こらない場合、ピーク状電流は全く見られず、電流は単調増加、減少または一定値を示す。従って、パネルの分極は、低周波数三角波電圧をパネルに印加し、正確に得られる電流を測定し、それによって電流波形のプロファイルを測定することにより決定することが可能である。

（使用可能なＰＳＳ−ＬＣＤ−別の態様３）
本発明においては、下記の構成を有するＰＳＳ−ＬＣＤも、好適に使用することができる。

液晶材料用の液晶分子配向処理が低表面プレチルト角を与える液晶分子配向膜と関連づけて行われるＰＳＳ−ＬＣＤ。

この態様において、プレチルト角は、好ましくは１．５°以下、更に好ましくは１．０°以下（特に０．５°以下）であることが可能である。こうした態様による液晶ディスプレイは、上述の項目に加えて、それが広い面における均一な配向、および広視野角を与えることができるという利点を有する。何故広視野角が提供されるかという理由は以下の通りである。

本発明による液晶分子配向において、液晶分子は円錐様領域内に動くことが可能であり、それらの電気光学応答は同じ平面内に留まらない。一般に、平面から離れるこうした分子挙動が起こる場合、複屈折の入射角依存が起こり、視野角が狭くなる。しかしながら、本発明による液晶分子配向において、液晶分子の分子光軸は、常に、図２０に示すように、円錐の上部に関して、時計回りまたは反時計周りに、対称的に且つ高速で動くことが可能である。高速対称運動のために、極端な対称画像を時間平均の結果として得ることが可能である。従って、視野角の観点から、この態様は高対称および小さな角依存性を有する画像を与えることができる。

（使用可能なＰＳＳ−ＬＣＤ−別の態様４）
本発明においては、下記の構成を有するＰＳＳ−ＬＣＤも、好適に使用することができる。

液晶材料が強誘電性液晶相転移系列に対してスメクチックＡ相を示す液晶素子。

この態様において、液晶材料が「スメクチックＡ相−強誘電性液晶相転移系列」を有する現象は、例えば、以下の方法により確認することができる。こうした態様による液晶ディスプレイは、上述の項目に加えて、それがそのために保存温度のより高い上限値を与えることができるという利点を有する。更に詳細には、液晶表示用保存温度の上限値を決定しようとする場合、温度が強誘電性液晶相からスメクチックＡ相への転移温度を超える時でさえ、それは、温度がスメクチックＡ相からコレステリック相への転移温度を超えない限り、初期分子配向を取り戻すために強誘電性液晶相に戻ることができる。

＜相転移系列を確認する方法＞
スメクチック液晶の相転移系列は以下のように確認することが可能である。

クロスニコル関係下で、液晶パネルの温度を等方性相温度から下げる。この時、ラビング方向を検光子に平行にする。偏光顕微鏡による観測の結果として、花火様形状が円形状に変わる複屈折変化が最初に見られる。温度を更に下げる場合、消光方向はラビング方向に平行に起こる。温度を更に下げると、相はいわゆる強誘電性液晶相に変換する。この相において、パネルが消光位の近傍３〜４°の角度で回転する場合、温度低下と共に消光位から位置が外れる時に透過光強度が増大することが見出される。

本明細書において、強誘電性液晶相のヘリカルピッチおよび基板のパネルギャップを、例えば、以下の方法により確認することは可能である。

＜ヘリカルピッチを確認する方法＞
互いに平行にある配向処理を与えるためにラビングされた基板を有するセルにおいて、液晶材料を期待ヘリカルピッチの少なくとも５倍であるセルギャップを有するパネル間に注入する。結果として、ヘリカルピッチに対応する縞模様がディスプレイ表面に現れる。

＜パネルギャップを確認する方法＞
液晶材料の注入前に、光干渉を用いる液晶パネルギャップ測定装置を用いることにより、パネルギャップを測定することは可能である。

（光学軸方位の角度の測定方法と装置構成）
液晶素子としての光学軸方位の厳密な測定方法としては、偏光子が検光子に垂直に配置されるクロスニコル配置中に液晶素子を置く場合、光学軸が検光子の吸収軸と一致する場合に透過光の強度が最小になる。従って、クロスニコル配置中で透過光の最小強度が得られる角度が光学軸方位の角度となる。測定装置として、偏光顕微鏡の鏡筒部にＰＭＴ（光電子増倍管）などの光検出素子を取り付けたものを例としてあげる。

図２２の模式斜視図に、光学軸方位の厳密な測定に好適な要素の一例の構成を示す。偏光顕微鏡の偏光子と検光子をクロスニコル配置として、サンプルステージ上に検光子の吸収軸と測定する液晶素子の基準角度と同一になるように配置し、ＰＭＴにて検出した光量が最小になるようにサンプルステージを回転させる。このときのサンプルステージ角度がすなわち、液晶素子の基準角度に対する光学軸方位の角度となる。
（液晶素子の容量変化の補正機構）
一般に液晶は、印加電圧により液晶の静電容量が変化することがわかっている。また、その静電容量変化が時間的遅延をもっていることも知られている。したがって、電荷量をより詳細に制御するためには、液晶の静電容量変化を考慮した電荷供給が必要となる。

（液晶素子の静電容量変化の補正）
一般に、液晶材料は電場印加により配向が変化するため、誘電率が変化することがわかっている。また、その誘電率変化が時間的遅延をもっていることも知られている。したがって、電極間に液晶材料を配置した液晶素子としての静電容量も変化する。静電容量が変化した場合、印加されている電場を保持するためには電荷量を調整する必要がある。また、静電容量の変化は直線的なものでないことが多い。このことにより、電荷量をより詳細に制御するためには、液晶素子の静電容量変化を考慮した電荷供給が必要となる。

（液晶素子の静電容量変化の確認方法）
液晶素子静電容量の印加電圧依存性を測定することにより、直接的に使用する液晶素子の静電容量変化を確認することができる。また、培風館社発行の“液晶 基礎編”（岡野光治・小林駿介 共著／１９８５／初版）の２１５ページにある“抵抗率および誘電率の測定”に記載されている方法を参照して、液晶素子誘電率の印加電圧依存性を測定することによって、静電容量変化を導き出すことができる。ここで測定された静電容量の印加電圧依存性は、コンデンサの静電容量の式、Ｃ（静電容量）＝Ｑ（電荷量）／Ｖ（電圧）から、液晶素子に各電場（＝各階調）で必要な電荷量の計算ができる。

測定装置としては、静電容量が測定でき、測定液晶素子に印加する電圧を変化させられるものであれば測定方式や性能、特性等の観点から適切に選択することが出来る。例えば、Ａｇｉｌｅｎｔ社製ＬＣＲメーター４２８４Ａを使用することができる。

（静電容量変化を考慮した電荷供給方法）
静電容量変化を考慮した電荷供給方法を示す。前述の確認方法にて得た各電場で必要な電荷量の結果をＬＵＴ（Look Up Table）などに記録し、画素の階調情報から適切な電荷量への変換を行う。変換された電荷量を印加することによって、より精度の高い階調表現が可能となる。

（静電容量変化を考慮した電荷供給回路構成）
このような態様のための駆動回路構成の一例を、図２３に示す。この回路構成においては、定電流回路と階調−電荷量変換ＬＵＴからなる電荷量制御回路に階調信号が入力され、その階調信号に対応した電荷量を定電流回路から液晶素子に供給する。このときの階調信号に対応した電荷量とは、静電容量変化を考慮した各電場で必要な電荷量を指す。こうした構成により、より精度の高い階調表現が出来る。

以下、製造例および実施例により本発明を更に具体的に説明する。

製造例１
市販のＦＬＣ混合物材料（メルク（Merck）：ＺＬＩ−４８５１−１００）、液晶性光重合物質（大日本インキ化学工業：ＵＣＬ−００１）、および重合開始剤（メルク：ダロキュア（Darocur）１１７３）を用いて、特開平１１−２１５５４号公報（特願平０９−１７４４６３号）に基づき、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルを組み立てた。混合物は、９３質量％のＺＬＴ−４８５１−１００ＦＬＣ混合物、６質量％のＵＣＬ−００１、および１質量％のダロキュア１１７３を有した。

ここで用いる基板は、その上にＩＴＯフィルムを有するガラス基板（ナノロア社（Nono Loa Inc.）より市販されているホウケイ酸ガラス、厚さ０．７ｍｍ、サイズ：５０ｍｍ×５０ｍｍ）であった。

スピンコーター使用によりポリイミド配向材料を塗布し、次に、得られる膜を予備的に焼き、得られる生成物を最終的にクリーンオーブン中で焼成することにより、ポリイミド配向膜を形成した。ここで用いるべき一般的な工業手順の詳細に関しては、必要に応じて、文献“Liquid Crystal Display Techniques”Sangyo Tosho（１９９６，東京），Chapter ６を参照することが可能である。

液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを４，５００Ａ〜５，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布（Yoshikwa Kako製、商品名１９ＲＹ）により、図２１に示すように基板の中心方向に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．５ｍｍとした。

＜ラビング条件＞
ラビングの押し込み量：０．５ｍｍ
ラビング数：１回
ステージ移動速度：２ｍｍ／秒
ローラー回転周波数：１０００ｒｐｍ（Ｒ＝４０ｍｍ）

スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。上記混合材料を１１０℃温度等方においてパネルに注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、混合材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に２℃の割合で徐冷した。その後、自然冷却によりパネルが充分室温になったところで、１０分間、＋／−１０Ｖ、周波数５００Hzの三角波電圧をパネルに印加した（ＮＦ Circuit Block 社製のファンクション・ジェネレータ、商品名：ＷＦ１９４６Ｆの使用による）。１０分間電圧印加の後、同じ電圧印加を保持しつつ、３６５ｎｍの紫外光を照射した（ＵＶＰ 社製紫外光、商品名：ＵＶＬ−５６の使用による）。照射の条件は、５，０００ｍＪ／ｃｍ²であった。ここで用いるべき一般的な工業手順の詳細に関しては、必要に応じて、文献“Liquid Crystal Display Techniques”Sangyo Tosho（１９９６，東京），Chapter ６を参照することが可能である。

このパネルの初期分子配向方向は、ラビング方向と同じであった。このパネルの電気応答測定は、三角波電圧の印加によりアナログ階調を示した。

ここで用いるべき一般的な工業手順の詳細に関しては、必要に応じて、文献“The Optics of Thermotropic Liquid Crystals”Taylor and Francis：１９９８，英国ロンドン；Chapter ８およびChapter ９を参照することが可能である。

製造例２
液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを６，５００Ａ〜７，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図２１に示すように基板の中心線に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．５ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。このパネルにおいて、市販のＦＬＣ混合物材料（メルク：ＺＬＩ−４８５１−１００）を１１０℃温度等方において注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、ＦＬＣ材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に１℃の割合で徐冷した。スメクチックＡ相からカイラルスメクチックＣ相へのこの徐冷過程（７５℃から４０℃まで）において、＋／−２Ｖ、周波数５００Ｈｚの三角波電圧を印加した。パネル温度が４０℃に達した後、印加三角波電圧を＋／−１０Ｖに上げた。その後自然冷却により、パネル温度が室温になるまで印加し続けた。このパネルの初期分子配向方向は、大部分の視野においてラビング方向と同じであったが、しかしながら、極めて限定された面では＋／−２０度を示しラビング角からずれた。このパネルの電気応答測定は、偏光顕微鏡測定での２０倍程度の視野範囲の平均として、アナログ階調スイッチングを示した。

この製造例において、徐冷の段階での大きすぎる電圧印加が初期ＦＬＣ分子配向を低下させることが見出された。例えば、スメクチックＡ相を示す温度で、＋／−５Ｖ程度の電圧を印加すると、ラビング方向に沿って筋状の配向欠陥が示される。一旦このタイプの欠陥が発生すると、カイラルスメクチックＣ相（強誘電性液晶相）は欠陥を排除しない。徐冷での電圧印加は有効であるが、しかしながら、その条件は厳しく制御されるべきである。これらの製造例において、スメクチックＡにおいて１Ｖ／μｍ以下、スメクチックＡ相から、スメクチックＡ相からカイラルＳｍＣ相への転移温度の１０℃下までで１．５Ｖ／μｍ以下、相転移温度から２０℃下までで５Ｖ／μｍ以下、これより低い温度範囲で７．５Ｖ／μｍ以下が良好な結果を得るために好ましいことが示された。

製造例３
液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを６，５００Ａ〜７，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図２１に示すように基板の中心線に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．６ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．８ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で２．０ミクロンであった。このパネルにおいて、文献Molecular Crystals and The liquid crystals;“Naphthalene Base Ferroelectric liquid crystal and Its Electro Optical Properties”；Ｖｏｌ．２４３，ｐｐ．７７−ｐｐ．９０，（１９９４）に記載のナフタレン系ＦＬＣ混合物材料を１３０℃温度等方において注入した。この液晶材料の室温におけるヘリカルピッチは、２．５ｍｍであった。

液晶材料を注入後、周辺温度を制御して、１３０℃から１分間に１℃の割合で強誘電性液晶相を見せる５０℃まで徐冷した。スメクチックＡ相からカイラルスメクチックＣ相へのこの徐冷過程（９０℃から５０℃まで）において、＋／−１Ｖ、周波数５００Ｈｚの三角波電圧を印加した。パネル温度が５０℃に達した後、印加三角波電圧を＋／−７Ｖに上げた。その後自然冷却により、パネル温度が室温になるまで印加し続けた。このパネルの初期分子配向方向は、大部分の視野面において、ラビング方向と同じであった。小さくわずかな面のみにラビング角からの＋／−１７度のずれが見られた。このパネルの電気応答測定は、図１９に示すように、偏光顕微鏡測定での２０倍程度の視野範囲の平均として、アナログ階調スイッチングを示した。この製造例において、徐冷の間の印加電圧は三角波に限定されず、正弦波、矩形波でもラビング方向に平行な初期分子配向を安定化させるために有効であることも、また、見出された。

上記製造例において得られた結果を以下の表１にまとめる。

製造例の要約

実施例１
本発明の実施例として、ゲート電圧制御方式の一例を示す。画素数３２０×２４０のアモルファスシリコンＴＦＴガラス基板を用い、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルを作成した。この基板の対向側は、ＩＴＯベタでブラックマスク（ＢＭ）のみをパーターニングしたガラス基板で、モノクロ表示である。両基板表面にポリイミドを塗布、焼成したのちにラビングを行う。ラビングはナイロン製布で、押し込み量０．２ｍｍ、ラビングロール回転数１５００ｒｐｍ、サンプル送り速度５０ｍｍ／秒で行った。
２枚のガラス基板を対向させて張り合わせて液晶層のギャップを一定にするため、粒径が１．８μｍのシリカスペーサーを用いた。このシリカスペーサーを溶液に分散させて、ガラス基板上に塗布し、溶液が乾いたところで張り合わせる。このとき基板上に撒かれた上記スペーサの密度は、１平方ｍｍあたり１００個であった。接着剤には２液性エポキシ樹脂を用い、２枚のガラス基板の重なった部分に塗布・充填して固定する。

このガラス基板に、ＰＳＳ−ＬＣＤ用液晶材料（ナノロア社製）を１１０℃等方相にて注入し、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルを作成した。このパネルの光学軸方位の角度は、光学軸方位の確認の結果、ラビング方向とほぼ平行であった。

上記により得たＰＳＳ−ＬＣＤパネルに、ソース電圧＋５Ｖ、ゲートオフ電圧−１８Ｖ、ゲートオン時間４００μｓで、ゲートオン電圧−１８Ｖ〜＋１８Ｖの間で変化させた。ゲートオン電圧を変化させることによって、液晶素子電極部に供給される電荷量が変化するため、図８〜図１１のように、光学応答の傾きが上昇していった。このときの測定系は図１９の通りであった。従来のソース電圧を制御する方式では、図１２にあるようにソース電圧に対する光量の傾きの変化は非常に小さいが、図１３に示すゲートオン電圧を変化させることによる電荷供給量制御を行うと、光学応答の傾きが連続的に変化でき、累積透過光量に差異があることが確認された。

実施例２
本発明の実施例として、ゲート電圧制御方式とソース電圧制御方式併用の一例を示す。画素数３２０×２４０のアモルファスシリコンＴＦＴガラス基板を用い、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルを作成した。この基板の対向側は、ＩＴＯベタでブラックマスク（ＢＭ）のみをパーターニングしたガラス基板で、モノクロ表示である。両基板表面にポリイミドを塗布、焼成したのちにラビングを行う。ラビングはナイロン製布で、押し込み量０．２ｍｍ、ラビングロール回転数１５００ｒｐｍ、サンプル送り速度５０ｍｍ／秒で行った。
２枚のガラス基板を対向させて張り合わせて液晶層のギャップを一定にするため、粒径が１．８μｍのシリカスペーサーを用いた。このシリカスペーサーを溶液に分散させて、ガラス基板上に塗布し、溶液が乾いたところで張り合わせる。このとき基板上に撒かれた上記スペーサの密度は、１平方ｍｍあたり１００個であった。接着剤には２液性エポキシ樹脂を用い、２枚のガラス基板の重なった部分に塗布・充填して固定する。

このガラス基板に、ＰＳＳ−ＬＣＤ用液晶材料（ナノロア社製）を１１０℃等方相にて注入し、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルを作成した。このパネルの光学軸方位の角度は、光学軸方位の確認の結果、ラビング方向とほぼ平行であった。

上記により得たＰＳＳ−ＬＣＤパネルに、ソース電圧０〜＋１０Ｖ、ゲートオフ電圧−１８Ｖ、ゲートオン時間６０μｓ、ゲートオン電圧−１８〜＋１８Ｖの間で変化させた信号を印加した。ゲートオン電圧を−１８Ｖから＋１８Ｖへ変化させて、供給する電荷量を制御しつつ、さらにソース電圧も制御することにより、さらなる高演色性表示を行う。図１４は、ソース電圧を０Ｖ、２．５Ｖ、５Ｖ、７．５Ｖ、１０Ｖの５階調表示したものと、供給する電荷量を制御してソース電圧制御での５階調の間の階調を補完したものを示している。このときの測定系は図２８の通りであった。２つを併用することにより、従来制御より４倍もの階調が表現できていることがわかり、さらなる高演色性表示ができることが確認された。

ＰＳＳ−ＬＣにおける電荷供給量と透過光量の一例を示すグラフである。 電荷供給量と電場・電位差との関係の一例を説明するための模式図である。 液晶デバイスを駆動させるためのＴＦＴの電流特性の一例を示すグラフである。 液晶デバイスを駆動させるためのＴＦＴの構造の一例を示す模式的回路図である。 ゲートＯＮでのソース電圧とドレイン電圧の関係の一例を模式的に示すグラフである。 ゲート−ソース間電圧を一定にした際の関係の一例を模式的に示すグラフである。 ドレイン−ソース電圧一定によるドレイン電圧の傾き制御と高速化の関係の一例を模式的に示すグラフである。 ゲート電圧を変化させて、電荷供給量を調整したときの光学応答（１）の関係の一例を模式的に示すグラフである。 ゲート電圧を変化させて、電荷供給量を調整したときの光学応答（２）の関係の一例を模式的に示すグラフである。 ゲート電圧を変化させて、電荷供給量を調整したときの光学応答（３）の関係の一例を模式的に示すグラフである。 ゲート電圧を変化させて、電荷供給量を調整したときの光学応答（４）の関係の一例を模式的に示すグラフである。 従来のソース電圧制御での透過光量の平均傾きの関係の一例を模式的に示すグラフである。 ゲート電圧を変化させて、電荷供給量を調整したときの透過光量の平均傾きの関係の一例を模式的に示すグラフである。 従来のソース電圧制御の階調と電荷供給量を調整した時の階調の関係の一例を模式的に示すグラフである。

電荷量に基づく配向制御を確認する構成の一例を示す模式図である。 電場強度の時間微分値のための駆動回路構成の一例を示す模式図である。 ＴＦＴの各電圧／ゲートオン時間制御のための駆動回路構成の一例を示すブロック図である。 三角波電圧印加の下での分子配向スイッチングの間の分極スイッチング電流の例を示すグラフである。 従来のＳＳＦＬＣＤパネルの場合におけるスイッチングの間の分極スイッチングピーク電流の例を示すグラフである。 ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤのｃ−ダイレクタプロファイルを説明するための模式図である。 積層パネルのラビング角を説明するための模式図である。 本発明において使用可能な、光学軸方位の厳密な測定に好適な要素の一例の構成を示す模式斜視図である。

電荷量を制御するソース電圧制御を行う際に使用可能な測定系の一例の構成を示す模式斜視図である。

Claims (11)

1. それぞれの内側（液晶材料を配置すべき側）に電極を有する一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子と、該液晶素子への電荷を供給するための電荷供給手段とを少なくとも含む液晶デバイスであって；
   前記電荷供給手段から前記一対の電極間に供給すべき電荷量の変化に基づき、液晶素子における液晶分子の配向を制御可能であることを特徴とする液晶デバイス。
2. 前記液晶素子が、１０〜２Ｖ／μｍのレベルの印加電場の大きさ、および／又は方向に応じた光学軸方位の回転が可能な液晶素子である請求項１に記載の液晶デバイス。
3. 前記液晶素子が、１ｍｓのレベルの高速応答が可能な液晶材料である請求項１または２に記載の液晶デバイス。
4. 前記液晶素子が、一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であり；且つ、該液晶素子中の初期分子配向が、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、外部印加電圧の不存在（absence）下で、一対の基板に対して垂直な自発分極を殆ど示さない液晶素子である請求項１〜３のいずれかに記載の液晶デバイス。
5. 前記一対の電極間に供給すべき電荷量の変化が、電場強度の時間微分値、液晶素子を透過する累積光量、各画素に対応する電圧、ゲートオン時間から選ばれる少なくとも１種類のパラメータに基づく請求項１〜４のいずれかに記載の液晶デバイス。
6. 各画素に対応する電圧が、該各画素にそれぞれ対応する各ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の電圧である請求項５に記載の液晶デバイス。
7. 前記電荷量供給手段が、ソース電圧に合わせて、ゲート電圧を連動させつつ一定電位差で変化させるゲート電圧供給手段と；前回画素に保持した電荷による電位差であるドレイン電圧に合わせて、ソース電圧を印加できるソース電圧供給手段とを少なくとも含む請求項１〜６のいずれかに記載の液晶デバイス。
8. それぞれの内側に電極を有する一対の基板と、該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子と、該液晶素子への電荷を供給するための電荷供給手段とを含む液晶デバイスの駆動方法であって；
   前記電荷供給手段から前記一対の電極間に供給すべき電荷量を変化させることにより、液晶素子における液晶分子の配向を制御することを特徴とする駆動方法。
9. 前記液晶素子に供給する電荷量を制御することにより、前記液晶素子に印加される電場強度の時間に対する電場強度の時間微分値たる増加率または減少率を制御する請求項８に記載の駆動方法。
10. 前記液晶素子に印加する電場強度の時間微分値を制御することにより、前記液晶素子を透過する光の累積光量を連続的に制御して階調表示する請求項８に記載の駆動方法。
11. 前記電荷供給手段がＴＦＴを含み、且つ、ＴＦＴの各電圧、および／又はゲートオン時間を制御することにより電場強度の時間微分値を制御する請求項８に記載の駆動方法。