JP3304341B2

JP3304341B2 - 液晶素子

Info

Publication number: JP3304341B2
Application number: JP25651693A
Authority: JP
Inventors: 章夫安田; 敬一仁藤; 英彦高梨; 映保楊
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-09-20
Filing date: 1993-09-20
Publication date: 2002-07-22
Anticipated expiration: 2017-07-22
Also published as: JPH0792469A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一対の基体間に液晶が
配されている液晶素子に関し、特に、透明電極及び液晶
配向膜をこの順に設けた一対の基板が所定の間隙を置い
て対向配置され、前記間隙内に強誘電性液晶が注入され
ている液晶素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶（ＦＬＣ：ferroelectric
liquid crystal) を表示素子に応用しようとする研究開
発は、ここ10年来活発に進められてきている。ＦＬＣデ
ィスプレイは、主として次の（１）〜（３）の特徴を有
する優れたものである。（１）高速応答性（従来のネマチック液晶表示に比較し
て1000倍も高速応答）。（２）視野角依存性が少ない。（３）画像にメモリ性がある等。

【０００３】従来、こうした強誘電性液晶の表示技術と
しては、表示パネルのセルギャップを２μｍ以下にコン
トロールし、パネル界面の分子配向規制力を用いて液晶
分子を配向させ、２状態のみ安定なエネルギー状態をと
る表面安定化強誘電性液晶表示素子がクラークら（米国
特許第4,367,924 号）により提案され、そのμ秒オーダ
の応答性や、画像のメモリ効果などの特徴でもって研究
開発が精力的にすすめられてきた。

【０００４】このように、双安定モードの強誘電性液晶
表示は、メモリ性をもつためにＣＲＴ（陰極線管）など
で問題となっているフリッカーをなくせること、そし
て、単純Ｘ−Ｙマトリックス駆動でも1000本以上の走査
線で駆動できること（ＴＦＴ：薄膜トランジスタでの駆
動をなくせること）、また、現在主流のネマチック液晶
での視野角が狭いという問題に対しても、分子配向が一
様であること、およびパネルのギャップがネマチック液
晶パネルの半分以下であることから、広い視野角を有す
ることなどを特徴としてきた。

【０００５】このようなＦＬＣディスプレイ（強誘電性
液晶表示素子）は、例えば図25に概略的に示すような構
造からなっている。即ち、ガラスなどの透明な基板１ａ
上に、ＩＴＯ（indium tin oxide：インジウムにスズを
ドープした導電性酸化物）などの透明電極層２ａ、及び
液晶配向膜としての例えばＳｉＯ斜方蒸着層３ａを順次
積層した積層体Ａと；これと同様に、基板１ｂ上に、透
明電極層２ｂ、例えばＳｉＯ斜方蒸着層３ｂを順次積層
した積層体Ｂと；を、液晶配向膜である例えばＳｉＯ斜
方蒸着層３ａ、３ｂが互いに対向するように配し、所定
のセルギャップを実現するためのスペーサ４を挟むこと
により液晶セルを構成し、そのセルギャップに強誘電性
液晶５を注入した構造を有している。

【０００６】しかしながら、こうしたＦＬＣディスプレ
イは上記の優れた特長を有してはいるが、階調表示が難
しいことが課題として挙げられていた。即ち、従来の双
安定モードを用いた強誘電性液晶表示は２状態のみ安定
であることから、ビデオ等の階調表示には不適当である
とされてきた。

【０００７】即ち、従来の強誘電性液晶素子（例えば界
面安定型強誘電性液晶素子）は、外部印加電界Ｅに対し
て分子Ｍの配向方向が図26に示すように状態１と状態２
の二つの状態間をスイッチングする。この分子配向の変
化は、液晶素子を直交する偏光板間に設置することによ
って透過率の変化として現れ、図27のように印加電界に
対して透過率がしきい値電圧Ｖ_thで０％から 100％に急
峻に変化する。この透過率が変化する電圧幅は一般的に
１Ｖ以下である。さらに、Ｖ_thがセルギャップの微小な
変動によって変化する。

【０００８】従って、従来の液晶素子では、透過率−印
加電圧のカーブに安定な電圧幅を持たせることが困難で
あり、電圧制御による階調表示は困難若しくは不可能で
ある。

【０００９】このため、サブピクセルを設けて画素面積
を調節することにより階調を行う方法（面積階調法）
や、強誘電性液晶の高速スイッチング性を利用して１フ
ィールドの間にスイッチングを繰り返すことにより階調
を行う方法（タイムインテグレーション階調法）などの
方法が提案されている。しかし、これらの方法でも未だ
階調表示が不十分であるという問題があった。

【００１０】即ち、面積階調法の場合、階調数を増やせ
ば増やすほど、必要なサブピクセルの数が増え、デバイ
ス作製という面から、また、駆動法という観点から考え
ても、コストパフォーマンスが悪いことは明らかであ
る。また、タイムインテグレーション階調法では、タイ
ムインテグレーション階調法単独ではもちろんのこと、
面積階調法との組み合わせを考えても、実用性は低いと
いう問題があった。

【００１１】そこで、画素毎にアナログ階調表示を行う
方法として、一つの画素内で対向電極間の距離を変化さ
せたり、対向電極間に形成した誘電性層の厚みを変化さ
せることにより局所的に電界強度勾配をつける方法や、
対向電極の材質を変えることにより電圧勾配をつけるこ
とが提案されている。

【００１２】しかしながら、実用レベルのアナログ階調
表示特性を有する液晶表示素子を製造することは、工程
的にも繁雑となり、また、製造条件のコントロールも非
常に困難となり、更に製造コストが高いという問題があ
った。

【００１３】他方、特開平３−276126号公報に示される
ように、配向膜上に 0.3〜２μｍのアルミナ微粒子を散
布する等により、この微粒子の存在部分と非存在部分と
で強誘電性液晶の反転を印加電圧によって制御し、階調
表示を行わんとするＦＬＣディスプレイが提案されてい
る。

【００１４】しかしながら、この公知技術の場合、上記
微粒子のサイズが大きすぎ、また散布量の規定等が不明
であるため、実際には、意図する階調表示は極めて困難
である。

【００１５】即ち、例えば２μｍのセルギャップ中に粒
径 0.3〜２μｍの微粒子を単に散布したのでは、実際に
は液晶の反転を一画素内で微細に変化させることは極め
て困難である。しかも、強誘電性液晶ディスプレイがそ
の液晶の複屈折モードでの表示であるため、セルギャッ
プのコントロールは極めて困難であり、色ムラが出現し
てしまう。この状況は、セルギャップの変動が 500Å以
下であることが要求される現在のＳＴＮ（スーパーツイ
ストネマチック）表示素子と同様であると考えられる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の欠点を解消し、液晶素子、特に強誘電性液晶表
示素子において高コントラストを保持しつつ、特にアナ
ログ階調表示を低コストにして容易かつ確実に実現する
ことを目的とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、液晶配
向膜を設けた一対の基体間に液晶が配されている液晶素
子において、前記液晶をスイッチングするためのしきい
値電圧の異なる領域が微細に分布するように、カーボン
ブラックからなる微粒子が添加されており、かつ、前記
液晶配向膜がプレチルト角４度以下のときには反平行に
組まれ、前記液晶配向膜がプレチルト角５度以上のとき
には反平行又は平行に組まれていることを特徴とする液
晶素子に係るものである。

【００１８】本発明者は、上記したカーボンブラックか
らなる微粒子（以下、単に微粒子と称する。）の添加に
よってしきい値電圧の異なる微細領域（マイクロドメイ
ン）を分布させることと、液晶のプレチルト角及び配向
膜の組み合わせとによって、目的とする階調表示が確実
に得られることを見出し、本発明に到達したものであ
る。

【００１９】まず、上記した微粒子の添加について、図
１に例示するように、本発明の液晶素子では、印加電圧
によって透過率が従来（図27）のように急峻に変化する
のではなく、比較的緩やかな変化を示すものである。こ
れは、上記したように、特に、一つの画素内において、
しきい値電圧（Ｖ_th）の異なる微細な領域（マイクロド
メイン）の発現により、印加電圧の大きさに応じてマイ
クロドメインの透過率が変化するためである。そして、
１つのドメイン内では、液晶分子が双安定であるとメモ
リ機能を有し、フリッカーフリーな静止画像を実現で
き、しきい値電圧の異なるμｍオーダのドメインから一
画素が形成されることから、連続階調表示が可能とな
る。

【００２０】図１では、透過率が変化するしきい値電圧
のうち、透過率10％のときをＶ_th1、透過率90％のとき
をＶ_th2とした場合、しきい値電圧の変化幅（△Ｖ_th＝
Ｖ_th2−Ｖ_th1)が２ボルト以上である。

【００２１】マイクロドメインについては、図２（Ａ）
に示すように、透過率25％のときに２μｍφ以上の大き
さの反転ドメインＭＤが 300個以上/mm²（好ましくは 6
00個/mm²以上）の割合で存在するものである。こうした
マイクロドメインによる微細な光透過部分によって、全
体として中間調の画面（透過率）を実現できるが、この
ようなマイクロドメインによる構造は、いわば星空の如
き様相を呈するので、以下に「スターライトテクスチ
ャ」と称することとする。ここで、反転ドメインとは、
例えば白の中に黒のドメイン又はその反対に現れるドメ
インのことである。

【００２２】このスターライトテクスチャによれば、印
加電圧の大小に応じてマイクロドメインによる光透過部
分ＭＤが図２（Ａ）に一点鎖線で示す如くに拡大したり
（透過率上昇）、或いは縮小させる（透過率減少）こと
ができ、印加電圧によって任意に透過率を変化させるこ
とができる。これに反し、従来の構造では、図２（Ｂ）
に示すように、しきい値電圧幅が極めて小さいために、
印加電圧による光透過部分Ｄが急激に増加したり、或い
は消失してしまうだけであり、階調表示が極めて困難で
ある。

【００２３】本発明において、上記のマイクロドメイン
を形成する手段として、液晶中に超微粒子を分散させ
る。図３には、こうした超微粒子10を分散させたＦＬＣ
ディスプレイを例示するが、この基本構造は図25に示し
たものと同様である。セルギャップは1.35〜2.35μｍと
するのが望ましく、このような狭小ギャップでも、微粒
子添加は液晶の性能を低下させることなくその効果を発
揮できる。

【００２４】ここで、超微粒子10によるしきい値電圧の
変化を図４について原理的に説明する。超微粒子10の粒
径をｄ₂ 、誘電率をε₂ 、超微粒子10を除く液晶５の厚
みをｄ₁ 、誘電率をε₁ としたとき、液晶にかかる電界
Ｅeff は、次式（１）で表される。Ｅeff ＝（ε₂ ／（ε₁ ｄ₂ ＋ε₂ ｄ₁ ））×Ｖgap ・・・・・（１）

【００２５】従って、誘電率の値が液晶よりも小さい超
微粒子を添加すると（ε₂ ＜ε₁ ）、液晶層の全厚ｄga
p(＝ｄ₁+ｄ₂)よりも小さな微粒子（ｄ₂）を入れること
により、Ｅeff ＜Ｅgap となり、液晶には、微粒子を入れない場合（Ｅgap)に比
較して小さな電界Ｅeffが作用する。その反対に、誘電
率の値が液晶より大きな微粒子を添加することにより
（ε₂ ＞ε₁ ）、Ｅeff ＞Ｅgap となり、液晶には、微粒子を入れない場合（Ｅgap)に比
較して大きな電界Ｅeffが作用する。

【００２６】以上をまとめると、次の通りとなる。 ε₁ ＞ε₂ のとき → Ｅeff ＜Ｖgap/（ｄ₁＋ｄ₂）
＝Ｖgap/ｄgap ＝Ｅgap ε₁ ＝ε₂ のとき → Ｅeff ＝Ｅgap ε₁ ＜ε₂ のとき → Ｅeff ＞Ｅgap

【００２７】いずれにしても、超微粒子の添加によっ
て、液晶自体に加わる実効電界Ｅeffは変化することに
なり、超微粒子が存在する領域とそうでない領域とで液
晶に加わる実効電界が異なることになる。この結果、同
じ電界Ｅgap を作用させても、それら両領域間では反転
ドメインが生じる領域と生じない領域が存在し、図２
（Ａ）で示した如きスターライトテクスチャ構造を発現
できるのである。

【００２８】しかしながら、本発明者は、上記のスター
ライトテクスチャ構造（即ち、階調表示）は、液晶（特
に強誘電性液晶）に上記した微粒子を添加すれば必ず得
られるものではないことをつき止めた。

【００２９】即ち、上記の微粒子の添加と同時に、液晶
のプレチルト角と液晶配向膜との組み合わせの選択によ
って、液晶の層構造がスターライトテクスチャ構造を確
実に発現させるように変化し、液晶のプレチルト角が４
度以下のときには液晶配向膜を反平行に組むことが必須
不可欠であり、また、液晶のプレチルト角が５度以上の
ときには液晶配向膜を反平行及び平行に組むことはいず
れも有効であること（好ましくは、反平行に組むこと）
を見出したのである。これについては、後記の実施例で
詳述する。

【００３０】こうして得られる本発明によるスターライ
トテクスチャ構造は連続階調を実現するのに好適なもの
となり、超微粒子の添加及びプレチルト角と配向膜の組
み合わせで印加電圧（大きさ、パルス幅等）を制御する
こと（即ち、２種類以上の電圧を印加すること）によっ
て多様な透過率（即ち、２種類以上の階調レベル）を得
ることができる。これに反し、従来のように単に微粒子
を存在させるだけでは、図２（Ｂ）の如きものしか得ら
れず、特に微小な（２μｍ程度の）ギャップ中に 0.3〜
２μｍの微粒子を存在させても目的とする表示性能が得
られないことが明らかであり、また、微小なギャップで
なくても微粒子部分による色ムラが生じてしまう（これ
については、後記の比較例で詳細に説明する）。本発明
では、このような現象を生じることなく、目的とする性
能が得られる。

【００３１】本発明の液晶素子において、液晶に添加す
る微粒子としては、図３に示した対向する透明電極層２
ａ、２ｂの間に存在する液晶５に印加される実効電界強
度に分布を持たせることができるような微粒子であれば
よく、例えば誘電率の異なる複数の材質の微粒子を混合
して使用することができる。このように誘電率の異なる
微粒子を存在させることにより、各画素内に誘電率の分
布が形成される。この結果、上記したように、画素の透
明電極層２ａ、２ｂ間に均一に外部電界を印加した場合
でも、その画素内の液晶に印加される実効電界強度には
分布ができ、液晶（特に強誘電性液晶）の双安定状態間
をスイッチングするためのしきい値電圧の幅を広げるこ
とができ、一画素内でアナログ階調表示が可能となる。

【００３２】また、使用する微粒子として、誘電率が同
じものを使用する場合には、大きさに分布をもたせれば
よい。このように、誘電率は異ならないが大きさが異な
る微粒子を存在させることにより液晶層の厚みに分布が
できる。その結果、一画素の透明電極層２ａ、２ｂ間に
均一に外部電界を印加した場合でも、その画素内の液晶
に印加される実効電界強度には分布ができ、一画素内で
アナログ階調表示が可能となる。微粒子の大きさの分布
について、その分布の広がりはある程度大きい方が、優
れたアナログ階調表示ができるので好ましい。

【００３３】本発明の液晶素子では、液晶に添加する微
粒子はpH2.0 以上の表面を有することが望ましいが、こ
れは、pH2.0 未満では酸性が強すぎるとプロトンにより
液晶が劣化し易いからである。

【００３４】また、この微粒子は、50重量％以下、 0.1
重量％以上の割合で液晶に添加されているのが望まし
い。添加量があまり多いと、凝集してスターライトテク
スチャ構造が発現し難く、また液晶の注入が困難となり
易い。

【００３５】使用可能な微粒子はカーボンブラックから
なるが、このカーボンブラックはファーネス法で作製し
たカーボンブラックであるのがよい。ファーネス法で作
製したカーボンブラックは、微粒子の粒度分布が比較的
広い。

【００３６】使用可能な微粒子は、凝集していない一次
微粒子の状態で、液晶セルギャップの半分以下の大きさ
(0.4μｍ以下、特に 0.1μｍ以下）が好ましい。また、
その粒度分布によって階調表示特性をコントロールでき
るが、粒度分布の標準偏差が9.0nm以上であることが透
過率の変化（トランスミタンス）を緩やかにできる点で
望ましい。微粒子の比重が液晶の 0.1〜５倍であること
が、液晶中に分散させた際の沈降防止の点で望ましく、
また、微粒子が良分散性を示すようにシランカップリン
グ剤等で表面処理されているのがよい。

【００３７】本発明において、微粒子は対向する電極間
に存在させる必要があるが、その場所は特に限定され
ず、液晶中でも、液晶配向膜中又は液晶配向膜上でもよ
い。

【００３８】本発明の液晶素子においては、液晶の層傾
斜角が配向膜近傍領域とこれ以外のバルク領域とで異な
っているのがよく、また、液晶の層傾斜角を示すＸ線回
折強度のピークが、Ｘ線入射角90°以下又は90°以上に
おいて少なくとも２つ存在するのがよい。この場合のＸ
線回折強度のピークの半値幅が３°以上であるのが、階
調性を出し易いので好ましい。

【００３９】また、本発明においては、しきい値電圧の
異なる複数のドメインを構成する液晶分子のみかけのチ
ルト角（コーン角）が、モノドメインの状態よりも±１
°以上変化していることがよい。そして、液晶分子のコ
ーン角の温度依存性が、モノドメインの状態よりも小さ
いことが望ましい。

【００４０】基本的には、通常、強誘電性液晶は層構造
をもち、その構造はブックシェルフまたはシェブロンで
あるのに対して、本発明によるスターライトテクスチャ
構造はそのどちらでもなく、配向膜表面近傍では、バル
ク部分と異なった層傾斜角をもっている構造をなす。

【００４１】さらに、チルト角がモノドメイン状態であ
るときに比較して小さくなることは、次のように考えら
れる。即ち、実験的に確認されたことであるが、配向処
理方向に対して、小さくなったチルト角が対称であるこ
とから、配向膜表面の液晶分子は配向膜方向に対して平
行に配向していることが分かった。また、この配向膜表
面の液晶分子は、電界によってスイッチングせずに、不
動であることが分かった。従って、みかけのチルト角が
表面の液晶分子がスイッチングする場合に比べて、小さ
く観測されることになる。また、チルト角が大きくなる
ことは、通常の層傾斜角に比べて、増大したか、若しく
は、プレチルト角が増大したために、起こった変化であ
ると考えられる。

【００４２】本発明による液晶素子は、常法に従って製
造することができる。例えば、ガラス基板にスパッタ法
により透明ＩＴＯ層を形成し、フォトリソグラフ法によ
り所定のパターニングを行った後、ＳｉＯを基板に対し
斜めに真空蒸着させる。

【００４３】このようにして液晶セルを組み立てた後
に、セルギャップに特に微粒子を均一に混入した液晶を
注入することにより製造することができる。液晶配向膜
としては、ラビング処理されたポリイミド膜やＳｉＯ斜
方蒸着膜を使用することができる。

【００４４】配向膜が酸化シリコンの蒸着層からなって
いるときは、その蒸着後にアニール処理が施されたもの
であることが、その表面性を変化させてスターライトテ
クスチャ構造を出現させる上で好ましい。

【００４５】

【実施例】以下、本発明を実施例について比較例の参照
下に更に詳細に説明する。

【００４６】実施例１種々のプレチルト角を持つ配向膜と、強誘電性液晶とし
て下記の表１に示すチッソ（株）製のＣＳ−１０１４、
ＣＳ−１０２５、ＣＳ−１０２８、メルク社製のＺＬＩ
−３７７４とを用い、また、微粒子としてはキャボット
社製のカーボンブラックＭｏｇｕｌＬを１重量％添加
した液晶組成物を用いた。この組成物は、 100℃に加熱
し（即ち、アイソトロピック温度に加熱し）、超音波ホ
モジナイザーを用いて均一に分散させた。

【００４７】この組成物を真空中でアイソトロピック温
度に加熱して、テストセルに注入した。このときのテス
トセルの作製において、スパッタ法により 400オングス
トローム厚の透明ＩＴＯ膜（面抵抗 100Ω/cm²）を設け
たガラス基板上に、液晶配向膜としてポリイミド膜又は
ＳｉＯ斜方蒸着膜を形成した。

【００４８】ポリイミド膜の場合、常法に従い、スピン
コート後に、液晶分子を一定方向に配向させるためにラ
ビング処理を行った。即ち、ローラーにバフ材としてベ
ンベルグＣＦやレーヨンを巻付け、真空チャックした基
板を押し込み量 0.1〜0.2mm、ステージ速度 150mm／
分、ローラー回転速度95rpm の条件で２回ラビングを行
った。

【００４９】また、ＳｉＯ斜方蒸着膜の場合は、蒸着角
度は基板の法線に対して85度、基板温度は 170℃とし、
50nmの膜厚に蒸着した。蒸着後、 300℃で空気中でアニ
ールした。

【００５０】このように処理した２枚のガラス基板を、
1.6μｍ径のスペーサ（真し球：触媒化学株式会社製）
と紫外線硬化型接着剤（フォトレック：積水ファインケ
ミカル株式会社製）とを用いて、ＳｉＯ斜方蒸着膜の蒸
着方向が互いに反平行又は平行になるように液晶セルに
組み立て、このセルギャップに上記の各強誘電性液晶組
成物を注入し、得られた液晶セルに、周波数 100Hzで±
35Ｖの交流電界を印加して液晶表示素子を製造した。

【００５１】こうして作製された液晶セルについて、透
過率が25％となるような電圧を印加して、階調表示に必
要なスターライトテクスチャが発現するかどうかを調べ
た。この結果を下記の表１に示す。

【００５２】この場合、テストセルの性能を次のように
評価した。 ◎：スターライトテクスチャが十分に発現（２μｍφ以
上の反転ドメインが1000個／mm²以上） ○：スターライトテクスチャがかなり発現（２μｍφ以
上の反転ドメインが 600個〜1000個／mm²） △：スターライトテクスチャが発現（２μｍφ以上の反
転ドメインが 300個〜 600個／mm²） ×：スターライトテクスチャが実質的に発現せず

【００５３】また、各種配向膜でのプレチルト角を下記
の表２に示す。プレチルト角の測定は、それぞれの配向
膜で50μｍギャップの反平行セルを作製し、メルク社製
ネマチック液晶ＺＬＩ−２００８−１００を注入し、ク
リスタルローテーション法及びゼロ磁場法にて、測定し
た結果である。

【００５４】

【００５５】

【００５６】この結果から、階調表示に必要なスターラ
イトテクスチャが発現した系は、プレチルト角が４度以
下の場合には、反平行に配向膜を組んだ時のみであるこ
とが明らかである。また、プレチルト角が５度以上の場
合には、平行、反平行どちらの場合も階調表示が可能と
なるが、単位となるドメインの細かさ、安定性という観
点からは、反平行の組み合わせが好ましい。

【００５７】このように、強誘電性液晶（ＦＬＣ）中に
単にカーボンブラック微粒子を添加するのみではスター
ライトテクスチャが発現しないことがあり、同じＦＬＣ
を用いても、平行配向でプレチルト角が小さい場合に
は、階調表示に特徴的なスターライトテクスチャは全く
出現しないが、反平行配向にするとスターライトテクス
チャが出現することが多くなる。即ち、プレチルト角の
コントロールが重要であることが明らかである。このこ
とは、超微粒子を同様に加えても、液晶の層構造に与え
る影響が配向膜の組み方によって異なるために生じると
考えられる。

【００５８】実施例２実施例１において、ＦＬＣとしてＣＳ−１０１４を使用
し、配向膜としてＳｉＯ斜方蒸着膜を反平行に組み、そ
の他は同様にして作製した液晶セルに対し、直交ニコル
下で、図５に示すような駆動波形を液晶表示素子に印加
した。まず、リセットパルス（Ｖreset パルス（パルス
幅１msec））を印加し、次にリセットパルス以下のグレ
イパルス（Ｖgrayパルス（パルス幅１msec））を印加し
た。リセットパルス印加後（ダークレベル）の光透過強
度とグレイパルス印加後（グレイレベル）の光透過強度
を比較することによりコントラスト比を求めた。

【００５９】こうして、印加電圧によるコントラスト比
（透過率に対応）の変化を測定した結果を図６に示す。
この結果から明らかなように、本実施例で得られた液晶
表示素子は、電圧に応じて異なるコントラスト比が得ら
れており、強誘電性液晶の双安定状態間のスイッチング
のためのしきい値電圧（コントラスト比が最大値の1/10
〜9/10又は透過率が10〜90％の範囲内でのしきい値電圧
の変化幅）が２Ｖ以上と広くかつメモリ性を有し、アナ
ログ階調表示が可能であることを示している。従って、
ＴＦＴなどのアクティブ素子を画素毎に設けることな
く、単純マトリックスでの画像表示が可能となることが
分かる。

【００６０】これに反し、カーボンブラックを添加しな
い比較例１の液晶表示素子は、しきい値が急峻なカーブ
を有しているので、アナログ階調性を有していないこと
が分かる。

【００６１】参考例１実施例２において、超微粒子として酸化チタンを用い、
出光興産社製のチタニアのうち、高分散タイプのＩＴ−
ＵＤを１重量％添加した。この酸化チタンは、非晶質で
あることを特徴とするもので、このタイプの平均粒径は
17nmであった。そして、実施例１と同様にして液晶セル
を作製した。

【００６２】酸化チタン超微粒子添加系（実施例３）と
従来系（即ち、ＣＳ−１０１４のみ）（比較例１）とに
ついて、コーン角の温度依存性を調べた。その結果を図
７に示す（ここでは、30度の時のコーン角を１として規
格化してある）。

【００６３】この結果から、この参考例によるスターラ
イトテクスチャの方がコーン角の温度依存性が小さいこ
とがわかる。このことは、表面での液晶分子の不動化が
あるために、温度に対して層構造が安定となり、その結
果、コーン角がより高温度まで狭くならないということ
になっていると考えられる。即ち、通常のテクスチャで
は、ＳｍＡ相からＳｍＣ相への相転移点近傍に温度が近
付くと、次第にチルト角が小さくなり、転移点では、チ
ルト角が０度になるが、その減少の仕方が、スターライ
トテクスチャでは、より小さくなっているというメリッ
トを持つ。

【００６４】参考例２実施例２と同様に、液晶としてＣＳ−１０１４、配向膜
もＳｉＯ配向膜を用いた。添加する微粒子としては、出
光興産社製のチタニアのうち、表面が親水性であり、粒
度分布のみが異なるＩＴ−Ｓ、ＩＴ−ＰＡ、ＩＴ−ＰＢ
をそれぞれ用いた。それぞれの平均粒径は、17nm、24n
m、40nmであった（これらの粒度分布を図８に示す）。
そして、実施例１と同様にして液晶セルを作製した。

【００６５】これらの酸化チタン超微粒子を１重量％加
えた系での、透過率と印加電圧との関係を図９に示す。
即ち、傾きがＩＴ−Ｓ＞ＩＴ−ＰＡ＞ＩＴ−ＰＢの順に
急峻になっていることが分かった。従って、超微粒子の
粒度分布によってしきい値電圧幅及びその印加電圧によ
る変化を制御できる。即ち、酸化チタンの粒度分布が広
くなると、しきい値電圧幅も広くなる傾向があることも
分かった。この実施例で得られた液晶表示素子も、電圧
に応じて異なるコントラスト比が得られており、強誘電
性液晶の双安定状態間のスイッチングのためのしきい値
電圧幅が広く、かつメモリ性を有し、アナログ階調表示
が可能であることを示している。従って、ＴＦＴなどの
アクティブ素子を画素毎に設けることなく、単純マトリ
ックスでの画像表示が可能となることが分かった。

【００６６】さらに、粒度分布の標準偏差と透過率変化
の傾きとの関係を調べると、図10のようにリニアに近い
関係があることが明らかになった。即ち、階調表示のた
めのしきい値電圧特性のコントロールは、添加する粒子
の粒度分布のコントロールによって可能であり、その標
準偏差を 9.0nm以上とすれば透過率変化の勾配（即ち、
しきい値電圧の変化幅）を良好にでき、スターライトテ
クスチャ構造を得易い。

【００６７】実施例３１）ＳｉＯ斜方蒸着配向膜の形成及び評価セルの作製方
法スパッタＩＴＯ膜（面抵抗100Ω／cm²）付ガラス基板
（2.5mm厚）上に、ガラス基板法線が垂線と85°をなす
ように置き、ガラス基板を170℃に保ちながら、真空度
８×10^-6Torrにて、ピンホールの開いたＴａボート（日
本バックスメタル社製）に入れた一酸化珪素ＳｉＯ（フ
ルウチ化学社製：純度99.99％、粉末）を抵抗加熱法に
より蒸着速度１Å/secで膜厚500Åの斜方蒸着膜を形成
した。膜厚及び蒸着速度は水晶振動子膜厚計によりフィ
ードバックコントロールした。

【００６８】次に、このガラス基板をクリーンオーブン
（ヤマト科学製ＤＴ62）にて 300℃で１時間加熱処理し
た後（液晶配向性を向上させるため）、斜方蒸着方向が
反平行となるように 1.4μｍ径スペーサ（触媒化成工業
社製の真し球）を分散させた紫外線硬化樹脂（積水ファ
インケミカル製のフォトレック）を挟んで組み、紫外線
を照射して硬化させ、所望のセルギャップを形成した。

【００６９】２）微粒子の分散中間階調を可能とする微小ドメインの発現を誘起するた
めに、実施例１で述べたように強誘電性液晶中に微粒子
を分散させた。 100℃、つまり等方相に加熱したチッソ
社製の強誘電性液晶：ＣＳ−１０１４ 100mgに対して、
キャボット社製のカーボンブラックＭｏｇｕｌＬを１
mg混ぜ、超音波ホモジナイザーにて攪拌した（よって、
微粒子の重量比はおよそ１％となる）。上述のように作
製した素子に、微粒子を分散させた強誘電性液晶ＣＳ−
１０１４を等方相にて注入した後、室温まで自然冷却し
た。

【００７０】３）しきい値特性の評価上記の方法で作製した強誘電性液晶素子を、一方のメモ
リ状態が偏光板の透過軸に一致するように直交偏光板間
に置き、パルス幅１msec、電圧±25Ｖの矩形波（リセッ
トパルス）印加後の透過光強度Ｔ_darkとパルス幅１mse
c、電圧±30Ｖ以下の矩形波（セレクトパルス）印加後
の透過光強度Ｔ_brightの比により、コントラスト比ＣＲ
を以下のように決定した。ＣＲ＝Ｔ_bright／Ｔ_dark

【００７１】セレクトパルスの電圧値を変化させること
により、コントラスト比のしきい値特性（最低コントラ
スト（＝１）から最高コントラスト比までの電圧幅）を
測定した。その測定結果は図６に示したものと同様（横
軸はセレクトパルスの電圧、縦軸はメモリ状態のコント
ラスト比）であった。微粒子を添加しない強誘電性液晶
素子ではしきい値幅がおよそ１Ｖと非常に急峻であるの
に対し、微粒子を添加した強誘電性液晶素子ではおよそ
10Ｖに広がり、中間階調表示が可能となる。

【００７２】偏光顕微鏡による観察により、上述の微粒
子を添加した強誘電性液晶素子の中間階調状態は、〜μ
ｍ径のごく微小なマルチドメイン状態となっており、 1
00μｍ角程度の高精細素子の一画素中での中間階調表示
にも対応できる（しきい値幅10Ｖである強誘電性液晶素
子では、非常に均一なドメインである）。また、微粒子
を添加するしないにかかわらず、40以上の高コントラス
ト比である。

【００７３】４）層構造の解析Ｘ線回折法を用いて、上述の方法で作製した強誘電性液
晶素子の強誘電性を持つＳｍＣ^*相における層構造を解
析した。測定した強誘電性液晶素子では、Ｘ線の透過量
を考え、 100μｍ厚のガラス基板を用いて作製した。理
学電機社製の回転対陰極型Ｘ線源ＲＵ−３００（ターゲ
ットＣｕ、Ｋα線 1.542Å：50kV、 240mA）を用いた。

【００７４】図11に示すように、入射Ｘ線（ピンホール
コリメーターによりビーム径 2.5mmに絞られる。）は、
理学電機社製の繊維試料台ＦＳ−３を組み合わせた理学
電機社製の広角ゴニオメーターＣＮ２１５５Ｄ５に配向
処理方向が水平となるように取付けられた試料により回
折し、入射Ｘ線に対して試料固有のブラック角θ_Bの２
倍角（ＣＳ−１０１４は２θ_B＝3.08°）に固定された
モノクロメーターにより波長選択（この場合、ＣｕＫα
線 1.542Å）された後（試料とモノクロメーターの間に
１mm角のスリットあり）、理学電機社製ＮａＩシンチレ
ーションカウンターＳＣ−３０により、１秒間当たりの
カウント数を計数した（モノクロメーターとシンチレー
ションカウンターの間に２’幅スリットあり）。

【００７５】広角ゴニオメーターにより入射Ｘ線の入射
角度αを、繊維試料台により試料面内での回転角βをそ
れぞれ変えることができる。角度αは試料基板面が入射
Ｘ線と平行になるときを原点とし（従って、入射Ｘ線が
試料基板面に垂直のとき90°）、上から見て時計回りを
正とする。また、角度βは試料の配向処理方向が水平と
なるときを原点とし、時計回りを正とする。

【００７６】以上の光学系において、図12に示すよう
に、基板法線に対する層傾斜角度δは、β＝０°及びβ
＝180 °で角度αをスキャンした場合の回折Ｘ線強度の
極大値の角度αをそれぞれα₁、α₂ とすると、 δ＝｜α₁−α₂ ｜／２と求めることができる。また、回折強度ピークが複数あ
った場合、β＝０°及びβ＝180 °のＸ線回折パターン
について、α＝90°に対して対称な位置にあるピークに
対して同様に求めればよい。測定における以上の操作
は、試料基板面を正確に入射Ｘ線に対して垂直にするこ
とが困難なために行った。

【００７７】図13（ａ）に、しきい値特性（しきい値
幅）が１Ｖの強誘電性液晶素子の測定結果を、同図
（ｂ）にしきい値幅が10Ｖの素子の測定結果を示す。
（ａ）では、回折強度ピークは非常にシャープな（ピー
ク半値幅２°）一本（層傾斜角32°）のピークだけであ
るが、（ｂ）では、α＝90°〜135 °にわたってブロー
ドな三本のピーク（層傾斜角８°（８°）、32°（４
°）、45°（８°）；カッコ内は各層傾斜角度を示すＸ
線回折ピークの半値幅）が見られる。

【００７８】以上の測定により、考えられる層構造はそ
れぞれ、図14（ａ）及び（ｂ）のようになる。図中の角
度δは、Ｘ線回折法により求めた基板法線に対する層傾
斜角であり、また、その値の後ろにＸ線回折ピークの半
値幅（つまり、その層傾斜角度の広がりを示す。）の半
分を±として示してある。

【００７９】以上の層構造の違いにより、しきい値幅の
相違を考える。しきい値幅１Ｖの場合は、非常にＸ線回
折ピークがシャープであり、液晶分子（即ち、スイッチ
ングの源である自発分極）が、均一に配向している。従
って、ある大きさの電界を印加した場合に大部分の液晶
分子が一斉にスイッチングする。それに対し、しきい値
幅10Ｖの場合は、その層構造は種々の層傾斜角を持ち、
液晶分子（即ち、自発分極）が広い分布をもって配向し
ている。よって、ある電界を印加した場合に、スイッチ
ングする部分、しない部分が現れ、画素全体として中間
階調が表示できる。こうした一画素内の中間階調表示
は、図14（ｂ）に例示したように、層傾斜角の分布が広
い層構造に起因すると考えられる。この場合、配向膜近
傍で層傾斜角が変化し、それ以外のバルク部分では層傾
斜角が揃っている。

【００８０】実施例４本実施例では、上記した各実施例で述べたＦＬＣディス
プレイの階調駆動法を説明する。

【００８１】駆動波形の有効性を確認するために、ま
ず、単一ピクセル液晶セルにその電圧を印加し、直交偏
光板間のセルの透過率制御の可能性を確認した。

【００８２】セルの作製は次のように行った。40×20×
３mm³の透明電極付きＩＴＯガラス基板二枚で液晶セル
を作製し、ガラス基板は標準ソーダ素材のものであり、
透明電極はスパッタによって 500Åコーティングされ
た。ＩＴＯの抵抗は 100Ω/cm²であった。

【００８３】基板表面に、液晶分子配向させるための配
向膜を、ＳｉＯ斜方蒸着膜によって作製した。蒸着角は
85度で、配向膜の厚さは 500Åにした。液晶セルは、蒸
着方向が平行と反平行となるように二種類の液晶セルを
作製した。液晶セルのギャップは、二枚のガラス基板を
接着するシール材にシリカの微粒を混合して制御した。
シリカのサイズは 1.4〜2.0 μｍのものを使用した。

【００８４】強誘電性液晶は、チッソ石油化学（株）製
のＣＳ−１０１４を使用した。液晶は、等方相(110℃）
で脱気し、同様に等方相において毛細管効果を利用し
て、 1.5μｍのガラス間の隙間に注入された。液晶が完
全に注入された後に、徐々にセルを室温に冷却した。冷
却時間は２〜３時間であった。

【００８５】強誘電性液晶に超微粒子として、上記実施
例１のようにカーボン微粒子を混合した。その混合方法
は、液晶を等方相に加熱してカーボン微粒子を混合し、
超音波攪拌機で微粒子と液晶を均一に混合させた。そし
て、上記した実施例１と同様にして液晶セルを作製し
た。

【００８６】この場合、強誘電性液晶セルは、階調表示
させるために、図15に示すように、透明電極がついたガ
ラス基板１ａおよび１ｂで強誘電性液晶セルを作製し
た。透明電極は、基板１ｂにＸ方向に平行な一群２ｂを
Ｎ本有し、基板１ａにはＹ方向に平行な一群２ａをＭ本
有する（配向膜は図示省略）。そして、図16に示すよう
に、それぞれのＹ方向の透明電極に画素の表示を選択す
る電気信号、Ｘ方向に表示する情報の内容、白もしくは
黒、あるいは中間階調を表示するための電気信号を印加
した。

【００８７】Ｙ方向に印加される選択電気信号の波形
は、次の通りであった。１．選択パルスは正負対称な二パルスから構成される。
そのパルス電圧強度および高さは図１に示した液晶素子
のしきい値によって決定される。パルス幅は液晶の応答
速度で決定される。パルスの高さは黒表示をしている液
晶のモノドメインにスターライトテクスチャが出る電
圧：直交偏光板間の液晶セルの透過率変化（Ｔ_r）と印
加電圧（Ｖ）との関係のＴ_r−Ｖカーブの電圧しきい値
Ｖ_thlowである。

【００８８】２．選択パルスの前に対称なリセットパル
スを設定する。リセットパルスの幅は選択パルスの２倍
であり、その高さは液晶を完全にスイッチングさせるた
めの電圧：Ｔ_r−ＶカーブにＶ_thhighにΔＶを足したも
のである。ΔＶは、後述する基板１ｂのＸ方向の電極に
印加される最大信号電圧とする。

【００８９】また、Ｘ方向に印加されるデータ用の電気
信号の波形は、次の通りであった。１．信号電気信号は正負対称のパルス二つによって構成
される。パルス幅は選択信号の幅と等しくする。信号電
圧の高さＶ_Sは表示する液晶のグレーレベルによって０
からＶ_thhigh−Ｖ_thlowの間で変化する。

【００９０】２．信号電圧パルスの極性は、選択パルス
の極性と逆になるように設定する。このことにより、デ
ィスプレイ上の（ｎ，ｍ）にある画素に印加される電圧
はＶ_S＋Ｖ_thlowの和となり、Ｖ_thhigh−Ｖ_thlowの間
で変化する。

【００９１】図17には、上記した電圧を印加した時に得
られた液晶セルの透過率の変化を示している。ここで使
用したセルは、配向膜としてＳｉＯの蒸着方向が平行に
なるように作製された。セルギャップは 1.6μｍであっ
た（ギャップ測定は大塚電子（株）製のＭＳ−２０００
膜厚測定装置を使用した）。このセルでは、カーボン微
粒子：モーガルＬを 1.3重量％液晶中に添加した。液晶
セルは直交偏光板間に設置し、電圧を印加していないメ
モリ状態で液晶セルの透過率が最低になるように、セル
の方向を設定した。

【００９２】信号パルスの幅は 350μｓで、リセットパ
ルス幅はその２倍の 700μｓとした。しきい値電圧はこ
のセルでは34Ｖであったために、リセット電圧を35Ｖと
した。信号電圧は18Ｖから30Ｖの間に変化させ、セルの
透過率の変化を測定した。図17からわかるように、セル
の透過率は印加電圧18Ｖから28Ｖまでの範囲に連続的に
変化する。電圧強度を制御することで、液晶セルの透過
率を制御できることを示した。

【００９３】実施例５図18には、上記と同様に作製されたセルギャップが１.8
μｍであり、配向膜のＳｉＯの蒸着方向が反平行になる
ように作製したセルの透過率−電圧の関係を示してい
る。ここでは、電界印加しないときにセルの透過率が最
大になるようにセル方向を設置した。

【００９４】波形として、信号パルス幅は 350μｓに
し、リセットパルス幅はその２倍の 700μｓであった。
リセットパルスの強度は35Ｖにした。透過率は信号電圧
25Ｖから30Ｖまでの間で測定した。上記と同様に、電圧
によって透過率を制御する可能性はここでも示されてい
る。

【００９５】実施例６実施例４、５のデータに基いて、カーボン微粒子混合の
強誘電性液晶を用いたセルの階調表示のマトリクス駆動
を行った。

【００９６】セルの作製は次のように行った。ガラス基
板はコーニング製の７０５９、サイズは52×52×0.7mm³
であった。電極は、スパッタリングによって作製したＩ
ＴＯを使用した。電極の形状は図19に示し、ＩＴＯの抵
抗は 100Ω/cm²であった。セルは、同様なガラス基板二
枚を用いて図20に示すように、両電極が直交するように
作製した。液晶配向膜はＳｉＯ斜方蒸着膜を使用した。
蒸着方向は反平行であった。セルギャップは 1.5μｍで
あった。また、カーボン微粒子はモーガルＬを使用し、
液晶に対する濃度は２重量％であった。使用した液晶は
チッソ石油化学（株）製のＣＳ−１０１４であった。

【００９７】図21に基板１ｂのＸ方向、図22に基板１ａ
のＹ方向の電極に印加される電圧波形をそれぞれ示して
いる。Ｙ方向の電極に印加される信号の構成は次のよう
にした。リセット電圧は24Ｖで選択電圧は20Ｖにした。
信号パルスの幅 400μｓであった。リセットパルス幅は
その２倍の 800μｓにした。Ｘ方向の電極への印加電圧
は、パルス幅が信号電圧と同様 300μｓで、電圧の強度
は10Ｖから 2.5Ｖの間で変化させた。

【００９８】図23に印加波形によって表示される表示パ
ターンを示した。これによれば、良好な階調表示が実現
されていることがわかった。

【００９９】比較例１既述した特開平3−276126号公報に示された内容に基い
て、以下のようにしてＦＬＣディスプレイを作製した。

【０１００】長さ40mm、幅25mmで３mmの厚みをもつＩＴ
Ｏ透明電極付きガラス（ＩＴＯ面抵抗＝100 Ω/cm²、膜
厚 500Å）に日本合成ゴム社製のポリイミドＪＡＬＳ−
２４６を 500Åの厚みでスピンコートした。スピンコー
トの条件は、 300rpm ３秒、3000rpm 30秒であった。こ
のポリイミドをコートしたガラス基板を、レイヨン布を
ローラに巻き付け固定したラビング装置を用いて、毛の
押し込み深さを0.15mm、ローラの回転速度を 94rpm、ス
テージの送り速度を５cm／分とし、３回のラビングを行
った。

【０１０１】そして、その基板上に 0.5μｍの粒径のア
ルミナを、ソノコム社製のスペーサ散布機を用いて、１
mm²中に散布密度として 300個となるように散布した
（これは、それ以上の散布濃度にするためには、アルミ
ナの微粒子が凝集を起こしてしまうためである）。この
基板上にさらに、２μｍのスペーサを同じ散布機を用い
て散布した。この散布密度は、25個／mm²とした。

【０１０２】ここで、他方のガラス基板において、三井
東圧社製のストラクトボンドをシール剤として用いて、
基板の周辺部にスクリーン印刷機を用いて塗布した。そ
して、両者の基板を位置合わせした後、貼り合わせギャ
ップが 1.7μｍに均一にとれるまで、均一に圧力を加え
た。その際、配向方向は、平行及び反平行の両方を作製
した。その圧力は、１kg/cm²であった。その貼り合わせ
状態のまま、セルを温風式ヒータに入れ、 180℃に２時
間置いて、シール剤を硬化させた。その後、ギャップを
大塚電子社製のセルギャップ測定装置を用いて測定する
と、 1.7μｍ±0.1 μｍにセル全体にわたってギャップ
がコントロールされていることを確認した。

【０１０３】次に、このセルにメルク（株）社製の強誘
電性液晶組成物：ＺＬＩ−３７７５を80℃で真空脱気
後、アイソトロピック温度領域である 110℃に昇温し、
真空中で注入した。この過程は、 1.5時間を要した。こ
のセルを室温に徐冷した後、直交した偏光板の間にはさ
み、顕微鏡下でその液晶分子配向性、および電気光学特
性を測定した。

【０１０４】１）液晶分子配向について：平行配向セ
ル：図24に示すように、スペーサのまわりが全体を黒の
状態にしても、光もれを起こしており、そのことがセル
のコントラストを低下させる主因となる黒レベルの低下
を引き起こしていた。

【０１０５】また、強誘電性液晶は、複屈折モードでの
表示であるために、セルギャップは極めて均一に最適な
厚みにコントロールされなければならない。しかしなが
ら、0.5μｍのアルミナを散布した近傍部分では、これ
がスペーサとして作用し、最適のセルギャップから大き
くずれてしまうために、色ムラが顕著に観測された。こ
のことは、いうまでもなく表示品位を大きく低下させ
る。このことは、スペーサが可視光の波長に対して、十
分な大きさをもつことによると考えられる。スペーサ散
布密度をいたずらに増すことは、スペーサの周りの光も
れにより、コントラストを低下してしまい、やはり好ま
しくない。

【０１０６】しかしながら、本発明に基づくスターライ
トテクスチャ構造は、上述した超微粒子の分散によるも
のであるから、光もれが低減し、また液晶の配向も乱す
ことはなく、誘電率分布による実効電界分布を効果的に
生ぜしめることができる。

【０１０７】反平行配向セル：液晶分子の配向テクスチ
ャとしては、配向処理方向にμｍオーダーの細かな縞が
観測された。スペーサのまわりが全体を黒の状態にして
も、光もれを起こしており、そのことがセルのコントラ
ストを低下させる主因となる黒レベルの低下を引き起こ
している。また、スペーサの周りには、多くの欠陥が見
られ、そのことが光もれの大きな原因であると考えられ
る。

【０１０８】２）電気光学効果について：平行配向セ
ル：パルス幅１mm秒で電圧が30Ｖのリセットパルスをバ
イポーラで印加後、信号パルスとして、パルス幅１mm秒
で、１Ｖから30Ｖまで電圧を変化させ、そのときの透過
率変化が通常の双安定モードの強誘電性液晶と異なるか
どうかを調べた。

【０１０９】この結果、電圧を変化させて加えていく
と、スペーサの上の部分から液晶分子が動きはじめてい
くようには、顕微鏡下では見えず、スペーサの上の部分
では、液晶の分子配向は乱れており、決してユニフォー
ムではない（全体が黒ならば、輝点として観測され、全
体が白ならば、黒い点として観測される。いずれの場合
にも、コントラストを低下させる：図24参照）。

【０１１０】また、肝心の反転のスイッチングである
が、スペーサ部分（及びその近傍）から反転が起こるこ
ともあり、また、他の部分から反転スイッチングがはじ
まることも観測された。即ち、必ずしも、スペーサ部分
及びその近傍部分から反転スイッチングが起こるとは限
らない。

【０１１１】更に、重要なことは、反転が起きてドメイ
ンが広がるが、その広がりがしきい値電圧幅をもつなら
ば、スイッチング電圧幅をもたなければならない。しか
し、結果的には、しきい値電圧の幅の広がりは、従来系
に比較して殆ど見られなかった。即ち、この系でのしき
い値電圧幅は、１Ｖであった。また、電圧をＤＣ的に変
化させて、そのスイッチングのドメインの変化を検討し
た結果、典型的なボート型ドメインであり、また、セル
の端の部分にジグザグ欠陥が散見されたことから、層構
造としては、 chevron構造であることが確認された。セ
ル全体のスイッチング特性としては、反転がスペーサ部
分及びその近傍から起きる場合もあるということであっ
て、通常のセルと同様のスイッチング特性であった。従
って、一画素内階調表示というレベルのものでは、到底
ありえないものであった。

【０１１２】反平行配向セル：パルス幅１ｍ秒で電圧が
30Ｖのリセットパルスをバイポーラで印加後、信号パル
スとして、パルス幅１ｍ秒で、１Ｖから30Ｖまで電圧を
変化させ、そのときの透過率変化が通常の双安定モード
の強誘電性液晶と異なるかどうかを調べた。

【０１１３】この結果、電圧を変化させて加えていく
と、スペーサの上の部分から液晶分子が動きはじめてい
くようには、顕微鏡下では見えず、μｍオーダーの細か
な、ラビング処理方向に出現した縞に沿って、スイッチ
ングが起こっていることが明らかになった。ここでも、
スペーサの上の部分では、液晶の分子配向は乱れてお
り、決してユニフォームではない（図24参照）。

【０１１４】次に検討したものとして、スペーサの散布
密度を変化させてその影響を検討した。その結果、スペ
ーサの散布密度が０〜500 個／１mm²のセルでは、セル
全体としてのスイッチング特性は、上に述べた 300個／
１mm²の場合と同様であることが、実験によって確認さ
れた。

【０１１５】次に、セルギャップの変化として、平行配
向の場合には 1.8μｍ、 1.5μｍの中心値を持つもの
（いずれの場合も、±0.1 μｍの間にセルギャップはコ
ントロールしてある。）でも、全く同様のデバイス特性
を示した。また、反平行セルにおいても、 1.5μｍ、
1.8μｍに中心値を持つものをさらに検討したが、結果
は全く同様であった。

【０１１６】以上をまとめると、本検討により、特開平
３−276126号のディスプレイは、その実施例に忠実に追
試実験を行った結果、階調表示技術として、同公報に述
べられているような効果は得られず、実用的な技術では
ないことが判明した。

【０１１７】以上、本発明を実施例について説明した
が、上述した実施例は本発明の技術的思想に基いて更に
変形が可能である。

【０１１８】例えば、上述した液晶や配向膜の種類をは
じめ、液晶素子の各構成部分の材質、構造、形状、組み
立て方法、更には微細なマイクロドメインの形成に用い
る超微粒子の物性、種類等は種々に変更することができ
る。また、超微粒子の添加方法も変更してよいし、その
分布位置は液晶中のみならず、配向膜上、或いは配向膜
中であってよい。

【０１１９】また、本発明に基づくスターライトテクス
チャ構造は、既述したようにＸ線回折スペクトルによっ
て、Ｘ線入射角αが90度以下でピークが２つ以上存在す
ることに特徴があるが、Ｘ線入射角αが90度以上でピー
クが２つ以上存在していてもよい。要は、αが90度以下
又は以上でピークが少なくとも２つ存在していればよ
い。これは、従来技術による液晶セルの層傾斜角では、
αが90度付近でピークが１つしか存在しないか或いはα
が90度以下又は90度以上でピークが１つしか存在してい
ないものに比べて、本質的に異なる点である。

【０１２０】なお、上述した実施例では、表示素子に好
適な液晶素子について説明したが、表示素子では特に階
調性（中間調）を実現できる点で好ましいものである。
しかし、本発明は、表示素子に限らず、液晶素子をフィ
ルタやシャッタ、ＯＡ機器のディスプレイ画面、スクリ
ーンや、ウォブリング用の位相制御素子等にも適用可能
である。これらのいずれも、上述したしきい値電圧幅に
よって駆動電圧に応じた透過率又はコントラスト比を示
すことを利用して、従来にはない性能を得ることができ
る。

【０１２１】

【発明の作用効果】本発明は上述した如く、液晶配向膜
を設けた一対の基体間に液晶が配されている液晶素子に
おいて、前記液晶をスイッチングするためのしきい値電
圧の異なる領域が微細に分布するように、カーボンブラ
ックからなる微粒子を添加し、かつ、液晶のプレチルト
角が４度以下のときには前記液晶配向膜を反平行に組
み、液晶のプレチルト角が５度以上のときには前記液晶
配向膜を反平行又は平行に組んでいるので、上記の微粒
子の添加と同時に、液晶のプレチルト角と液晶配向膜と
の組み合わせの選択によって、液晶の層構造をスターラ
イトテクスチャ構造を確実に発現させるように変化さ
せ、特に、一つの画素内において、しきい値電圧
（Ｖ_th）の異なる微細な領域（マイクロドメイン）の発
現により、印加電圧の大きさに応じてマイクロドメイン
の透過率が比較的緩やかに変化することになる。そし
て、１つのドメイン内では、液晶分子が双安定であると
メモリ機能を有し、フリッカーフリーな静止画像が実現
でき、しきい値電圧の異なるμｍオーダのドメインから
一画素が形成されていることから、高コントラストでア
ナログ的な連続階調表示が可能となる。

【０１２２】また、こうした階調性は、特殊なピクセル
や駆動法によらずとも実現できるので、液晶素子の作製
を低コストにして容易かつ確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく液晶表示素子のしきい値電圧特
性を示す透過率−印加電圧特性図である。

【図２】同液晶表示素子のスイッチング時の透過率の変
化を説明するための概略図（Ａ）であり、同図（Ｂ）は
階調性のない場合の同様の概略図である。

【図３】同液晶表示素子の概略断面図である。

【図４】同液晶表示素子の液晶中での実効電界を説明す
るための概略図である。

【図５】液晶表示素子における印加電圧とコントラスト
比との関係を評価するためのパルス波形図である。

【図６】液晶表示素子の印加電圧とコントラスト比との
関係を比較して示す特性図である。

【図７】液晶表示素子の液晶コーン角の温度依存性を比
較して示すグラフである。

【図８】酸化チタンの粒度分布図である。

【図９】添加微粒子を変えたときの液晶表示素子の印加
電圧とコントラスト比との関係を比較して示す特性図で
ある。

【図１０】液晶表示素子の透過率変化の勾配と添加微粒
子の粒度分布の標準偏差との関係を示すグラフである。

【図１１】液晶表示素子のＸ線回折測定時の概略配置図
である。

【図１２】同Ｘ線回折測定時のＸ線入射角による回折現
象を説明するための概略図である。

【図１３】同Ｘ線回折測定による回折強度を比較して示
すスペクトル図である。

【図１４】液晶の層傾斜角を比較して示す概略図であ
る。

【図１５】液晶表示素子の概略斜視図である。

【図１６】液晶表示素子の走査波形図及び信号波形図で
ある。

【図１７】液晶表示素子の印加電圧と透過率との関係を
示す特性図である。

【図１８】他の液晶表示素子の印加電圧と透過率との関
係を示す特性図である。

【図１９】液晶表示素子の電極形状を示す概略平面図で
ある。

【図２０】同電極を交差して配した液晶表示素子の概略
平面図である。

【図２１】具体的な走査波形図である。

【図２２】具体的な信号波形図である。

【図２３】同波形によって得られた表示パターン図であ
る。

【図２４】比較例による液晶表示素子の透過状態を説明
するための概略図である。

【図２５】従来の液晶表示素子の概略断面図である。

【図２６】強誘電性液晶のモデル図である。

【図２７】従来の液晶表示素子のしきい値電圧特性を示
す透過率−印加電圧特性図である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ・・・基板２ａ、２ｂ・・・透明電極層３ａ、３ｂ・・・液晶配向膜４・・・スペーサ５・・・液晶 10・・・超微粒子Ｖ_th・・・しきい値電圧ＭＤ・・・マイクロドメインＤ・・・ドメインＥeff ・・・実効電界

フロントページの続き (72)発明者楊映保東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (56)参考文献特開平２−240192（ＪＰ，Ａ) 特開平４−58224（ＪＰ，Ａ) 特開平３−276126（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/1337 510 G02F 1/133 560

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶配向膜を設けた一対の基体間に液晶
が配されている液晶素子において、前記液晶をスイッチ
ングするためのしきい値電圧の異なる領域が微細に分布
するように、カーボンブラックからなる微粒子が添加さ
れており、かつ、前記液晶配向膜がプレチルト角４度以
下のときには反平行に組まれ、前記液晶配向膜がプレチ
ルト角５度以上のときには反平行又は平行に組まれてい
ることを特徴とする液晶素子。
【請求項２】カーボンブラックからなる微粒子がpH2.
0以上の表面を有している、請求項１に記載した液晶素
子。
【請求項３】カーボンブラックからなる微粒子が50重
量％以下の割合で液晶に添加されている、請求項１に記
載した液晶素子。
【請求項４】カーボンブラックがファーネス法で作製
されたカーボンブラックである、請求項１に記載した液
晶素子。
【請求項５】しきい値電圧特性をカーボンブラックか
らなる微粒子の粒度分布によってコントロールするよう
に構成した、請求項１〜４のいずれか１項に記載した液
晶素子。
【請求項６】カーボンブラックからなる微粒子の粒度
分布の標準偏差が9.0nm以上である、請求項５に記載し
た液晶素子。
【請求項７】カーボンブラックからなる微粒子の比重
が液晶の0.1〜５倍である、請求項１〜６のいずれか１
項に記載した液晶素子。
【請求項８】カーボンブラックからなる微粒子が良分
散性を示すように表面処理されている、請求項１〜７の
いずれか１項に記載した液晶素子。
【請求項９】セルギャップが1.35〜2.35μｍである、
請求項１〜８のいずれか１項に記載した液晶素子。