JP3466986B2 - カイラルスメクチック液晶素子および液晶装置 - Google Patents
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Description
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及び
それらを使用した表示装置をはじめとする液晶装置に関
する。
ransistor)等の能動素子を用いた表示素子と
して広範に用いられているネマティック液晶表示素子の
代表的な液晶モードとして、たとえばエム・シャット
(M.Schadt)とダブリュー・ヘルフリッヒ
(W.Helfrich)著“Applied Phy
sics Letters”第18巻、第4号(197
1年2月15日発行)第127頁から128頁において
示されたツイステッドネマチック(Twisted N
ematic)モードが広く用いられている。一方最近
では、横方向電界を利用したインプレインスイッチング
(In−Plain Switching)モードや垂
直配向(Vertical Alignment)モー
ドを用いた液晶ディスプレイが発表されており、従来型
の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。このように、こうしたネマティック液晶
を用いたTFT表示素子に用いるための液晶モードとし
ていくつかのモードが存在するのであるが、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と
遅く、更なる応答速度の改善が要求されている。
の応答速度を改善するものとして、近年、カイラルスメ
クチック相を示す液晶を用いた液晶モードがいくつか提
案されている。例えば、「ショートピッチタイプの強誘
電性液晶」、「高分子安定型強誘電性液晶」、「無閾反
強誘電性液晶」などが提案されており、未だ実用化には
至っていないものの、いずれもサブミリ秒以下の高速応
答性が実現できると報告されている。
45号に記載されている素子(以下「先願1」と記載)
を発明し提案している。当該発明では、例えば、高温側
より等方性液体相(ISO. )−コレステリック相(C
h)−カイラルスメクチックC相(SmC*)又は等方
性液体相(ISO. )−カイラルスメクチックC相(S
mC*)を示す相系列の材料に着目し、仮想コーンのエ
ッジより内側の位置にて単安定化させるようにしてい
る。そして例えば、Ch−SmC*相転移の際、又は等
方相- 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、などによって層方向を一方向
に均一化させ、これにより高速応答且つ階調制御が可能
であり、動画質に優れた高輝度の液晶素子が、高い量産
性とともに実現しうる。そして先願の素子は上述の各種
スメクチック液晶モードと比較して自発分極値を小さく
する事ができることからTFT等のアクティブ素子との
マッチングがよい素子となっている。
6号公報に記載されている素子(以下「先願2」と記
載)を発明し提案している。当該発明では、例えば、高
温側より等方性液体相(ISO. )−コレステリック相
(Ch)−カイラルスメクチックC相又は等方性液体相
(ISO. )−カイラルスメクチックC相を示す相系列
の材料に着目し、仮想コーンエッジの位置にて単安定化
させるようにしている。そして例えば、Ch−SmC*
相転移の際、又は等方相−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、などによ
って層方向を一方向に均一化させ、これにより高速応答
且つ階調制御が可能であり、動画質に優れた高輝度の液
晶素子が、高い量産性とともに実現しうる。また先願2
の素子はヒステリシスが小さく安定な中間調表示が実現
でき、かつ上述した他の各種スメクチック液晶モードと
比較して自発分極値を小さくする事ができることからT
FT等のアクティブ素子とのマッチングがよい素子とな
っている。
を用いたTFT液晶ディスプレイ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、カイ
ラルスメクティック液晶、特に先願1、2の液晶素子を
用いた液晶表示素子の実現が期待されている。
性能など次世代のディスプレイ等に階調表示能を有する
先願のスメクチック液晶素子が期待されるものである。
入後の配向過程において層方向を揃えるために、DCを
印加することが必須となっており、製造の際にDC印加
しつつ冷却する工程が増えること、及び、電界無印加の
状態で一旦コレステリック相になると、層方向を揃える
ために再度DC印加が必要なことから、実質的に素子の
保存上限温度はTc(Ch- SmC*相転移温度)以下
となることが課題となっていた。
されるべく、上下基板の材質変更、上下基板での膜構成
変更などにより、表面電位差を与える方法が考えられ
る。ところが、実際の使用温度においても定常的にDC
を与え続けると、駆動特性に非対称性が生じ、長期駆動
した際に焼き付き現象が観測される。
で、その課題とするところは、一対の基板間の電位差
を、外部からの電界未印加の状態で、Tc近傍で層方向
を揃えるのに充分な基板間電位差を確保すること、及
び、実使用温度範囲で、焼き付き等の駆動劣化を生じさ
せないように充分基板間電位差を小さくすることを両立
させることによって、一旦コレステリック相になって
も、外部からの電界が無印加の状態で、冷却によって層
方向の揃った配向が再現する、保存温度上限の無い液晶
素子、また、実使用温度範囲では焼き付き等の駆動劣化
の生じない液晶素子、並びに該素子を用いた液晶装置を
提供することである。
ルスメクチック液晶と、該液晶に電圧を印加する一対の
電極と、該液晶を挟持して対向すると共に、該液晶を配
向させるための一軸性配向処理が施された一対の基板
と、少なくとも一方の基板に偏光板とを備えた液晶素子
であって、前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、等方性液体相(ISO.)−コレステ
リック相(Ch)−カイラルスメクチックC相(SmC
*)又は等方性液体相(ISO.)−カイラルスメクチ
ックC相(SmC*)であり、かつ前記一対の基板の少
なくとも一方は各画素に対応する電極に接続したアクテ
ィブ素子を有しており、Ch−SmC* 又はIso.−
SmC * 相転移温度をTcとした場合Tc−2℃からT
c+2℃の温度範囲で、外部からの電界が無印加の状態
で、該一対の基板間に100mV以上の電位差を与える
手段が具備されていることを特徴とするカイラルスメク
チック液晶素子である。
範囲で、外部からの電界無印加の状態で、該一対の基板
間の電位差が100mV以下であることが好ましい。更
に、Tc−2℃からTc+2℃の温度範囲で、外部から
の電界無印加の状態で、該一対の基板間に与える電位差
として150mV以上3V以下であることが好ましい。
範囲で、外部からの電界無印加の状態で、該一対の基板
間の電位差が100mV以下であることが好ましい。更
に、少なくとも10℃から75℃の温度範囲で、150
mV以上の表面電位変化を示す材料を1種または複数組
み合わせて、一対の基板の片側もしくは両側の基板表面
に用いることが好ましい。
範囲で、150mV以上の表面電位変化を示す上記の材
料を、1種または複数組み合わせて、一対の基板の片側
もしくは両側の基板表面に用いることが好ましい。
液晶装置である。
本発明は、20〜70℃の温度変化によって150mV
以上の表面電位差を発生する高抵抗性材料に着目してな
された。
は、カイラルスメクチック液晶と、該液晶に電圧を印加
する一対の電極と、該液晶を挟持して対向すると共に、
該液晶を配向させるための一軸性配向処理が施された一
対の基板と、少なくとも一方の基板に偏光板とを備えた
液晶素子であって、前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、等方性液体相(ISO. )−
コレステリック相(Ch)−カイラルスメクチックC相
(SmC*)又は等方性液体相(ISO. )−カイラル
スメクチックC相(SmC*)であって、前記液晶素子
に用いる基板の少なくとも一方は各画素に対応する電極
に接続したアクティブ素子を有しており、Ch- SmC
*相転移温度(Tc)近傍で、外部からの電界が無印加
の状態で、該一対の基板間に電位差を与える手段が具備
され、Tc以上の温度になっても、再度Tc以下の温度
で層方向の揃った配向が再現するため、保存温度の上限
が無くなる。かつ、実使用温度範囲では該基板間電位差
が小さく焼き付き等の特性劣化を示さないことを特徴と
する。
を、Tc近傍で層方向を揃えるために充分大きく、実使
用温度領域で駆動劣化を示さぬように十分小さく最適化
することで、外部からの電界が無印加の状態で、一旦コ
レステリック相になっても、外部からの電界が無印加の
状態で、冷却によって層方向の揃った配向が再現し、保
存温度上限の無い液晶素子、並びに該素子を用いた液晶
装置を提供することができる。
る実使用温度範囲で該基板間電位差が充分小さく、焼き
付き等の特性劣化が生じにくい。
差の温度特性を最適化することによって、外部電界印加
での配向処理による従来例のカイラルスメクチック液晶
素子で課題となっていた保存上限温度がTcまでという
制約条件を解決することが可能となる。また、実使用温
度範囲での該基板間表面電位差を抑えることで、焼き付
き等の特性劣化が生じにくい素子が作成可能となった。
基板間電位差の温度特性の制御方法として、配向膜自体
の表面電位の温度特性と、配向膜の下地に設ける電位調
整層の温度特性、更に基板自体の表面電位の温度特性を
一対の基板各々について単独、もしくは組み合わせて制
御可能である。
晶と、該液晶に電圧を印加する一対の電極と、該液晶を
挟持して対向すると共に少なくとも一方の対向面に該液
晶を配向させるための一軸性配向処理が施された一対の
基板と、少なくとも一方の基板に偏光板とを備え、1秒
間に複数フレームでの画像を表示し、各フレーム内にお
いて液晶の配向状態が経時的に変化する液晶素子が提供
される。
法によって作製される素子として、上述したような電圧
無印加時に液晶が単安定状態を呈するようなカイラルス
メクチック液晶を用いた液晶素子が提供される。
平10−177145号あるいは特開2000−010
076号公報に記載の素子であり、該液晶材料の相転移
系列が等方性液体相(ISO.)−コレステリック相
(Ch)−カイラルスメクチックC相(SmC* )、ま
たは等方性液体相(ISO.)−カイラルスメクチック
C相(SmC* )を示し、SmC* 相への転移温度にお
いて一対の基板間に生じる電位差によって、2つの層方
向のうち一方の層方向のみに揃え、即ち平均一軸配向処
理軸とスメクチック層法線方向のずれ方向が一定となる
ようにし、電圧無印加の状態で液晶分子仮想コーンエッ
ジ上、あるいはその内側に安定化させ、そのメモリ性を
消失させたSmC* 相の配向状態を得ている。
チック液晶は相転移系列が、高温側より、等方性液体相
(ISO. )−コレステリック相(Ch)−カイラルス
メクチックC相又は等方性液体相(ISO. )−カイラ
ルスメクチックC相であるものが好ましい。
成する好ましい化合物の具体例を(1)〜(4)に示
す。
換基を有していてもよい直鎖または分岐状のアルキル基 X1,X2:単結合、O、COO、OOC Y1,Y2,Y3,Y4:HまたはF n:0または1
換基を有していてもよい直鎖または分岐状のアルキル基 X1,X2:単結合、O、COO、OOC Y1,Y2,Y3,Y4:HまたはF
換基を有していてもよい直鎖または分岐状のアルキル基 X1,X2:単結合、O、COO、OOC Y1,Y2,Y3,Y4:HまたはF
換基を有していてもよい直鎖または分岐状のアルキル基 X1,X2:単結合、O、COO、OOC Y1,Y2,Y3,Y4:HまたはF
具体的な一実施形態について説明する。
ス、プラスチック等透明性の高い材料からなる基板81
a、81b間に液晶85、好ましくはカイラルスメクチ
ック相を呈する液晶を挟持したセルが互いに偏光軸が直
交した一対の偏光板87a及び87b間に挟装した構造
となっている。
電圧を印加するためのIn2 O3 、ITO等の材料から
なる電極82a、82bが設けられており、例えば後述
するように一方の基板にドット状の透明電極をマトリッ
クス状に配置し、各透明電極にTFTやMIM(Met
al−Insulator−Metal)等のスイッチ
ング素子を接続し、他方の基板の一面上あるいは所定パ
ターンの対向電極を設けアクティブマトリックス構造を
形成している。
これらのショートを防止する等の機能を持つSiO2 、
TiO2 、Ta2 O5 等の材料からなる絶縁膜83a,
83bが夫々設けられる。
85に接し、その配向状態を制御するべく機能する配向
制御膜84a,84bが設けられている。かかる配向制
御膜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、ナイロン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、あるいは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
した無機材料の斜方蒸着膜を用いることができる。
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85の分子のプレチルト角(液晶分子の配
向制御膜界面付近で膜面に対してなす角度)が調整され
る。
も一軸配向処理がなされた膜である場合、夫々の膜の一
軸配向処理方向(特にラビング方向)を、用いる液晶材
料に応じて反平行、平行、またはクロスラビング、ある
いは片側のみのラビングに設定するすることができる。
を介して対向している。かかるスペーサー86は、基板
81a、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。
81b間の接着性を向上させ、カイラルスメクチック相
を示す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)。
するための配向膜の下地層として下述するような表面電
位温度特性調整膜88を片側、もしくは、両側基板上に
設けることが有効である。膜88として、ラダー型のポ
リシロキサン膜や有機変成シリカ膜等の表面エネルギー
の分散項が配向制御層のポリイミド等より相対的に低い
材料を主成分として用いることができる。更に、基板間
電位差の温度特性を向上させるべく、その体積抵抗値を
1.0×104 〜1.0×1010Ωcmの範囲とした層
とすることが好ましい。
電気特性を実現すべく、例えば、微粒子(導電性微粒
子)を絶縁性母材、バインダー中に分散させた膜を用い
ることができる。かかる微粒子には必要に応じて導電性
制御不純物を添加し導電性を調整する。
dO、ZnCdOx等の12族元素の酸化物、Ge
O2、SnO2、GeSnOx、TiO2、ZrO2、Ti
ZrOx等の4族元素、14族元素の酸化物、Si、S
iC等の14族半導体の微粒子が挙げられる。
性制御不純物としては、12族元素の酸化物に対してド
ープする導電性制御不純物には、例えばn型不純物(ド
ナー/電子伝導を高める不純物)として13族元素であ
るB、Al、Ga、In等が、p型不純物(アクセプタ
/ホール伝導度を高める不純物)として1族、11族元
素であるCu、Ag、Au、Li等用いられる。また1
4族元素の酸化物、半導体にドープする導電性制御不純
物には、例えば、n型不純物として15族元素である
P、As、Sb、Biが、p型不純物として13族元素
であるB、Al、Ga、In等が挙げられる。
当該不純物が添加された材料を含む配向制御層を有する
基板側の表面電位を正とする場合はドナーを、負とする
場合はアクセプタを用いる、不純物の添加濃度について
は、材料(微粒子、不純物の材料の組合せ)の種類、結
晶状態(結晶欠陥密度の多寡)に応じて設定されるが、
不純物が添加された状態での材料の自由電子あるいは自
由正孔の濃度が1.0×1011〜1.0×1014atm
/cm3程度となるようにすることが好ましい。不純物
を添加する母体の材料として多結晶又は非晶質の材料を
用いる場合は、不純物の添加効率を考慮して、1.0×
1017〜1.0×1020atm/cm3(母体材料に対
して0.01〜1%程度)を実際の添加量とする。上記
微粒子を分散させるバインダーとなる材料としては、例
えば、SiOx、TiOx、ZrOx、その他の酸化物
溶融母材、シロキサンポリマー等が挙げられる。
してカイラルスメクチック相を示す液晶を用いる場合に
ついては、その材料の組成を調整し、更に液晶材料の処
理や素子構成、例えば配向制御膜84a及び84bの材
料、処理条件等を適宜設定することにより、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度が
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、印加電圧の大きさに応じた
角度でチルトするような特性を示すようにする。このと
き、第一の極性の電圧印加による最大チルト角度が、第
二の極性の電圧印加による最大チルト角度より大きいよ
うな特性を示すようにしてもよい。または第2の極性の
電圧印加時には平均分子軸が印加電圧の大きさによらず
チルトしないような特性にしても良い。
晶材料85としては、前述したような特性(液晶材料固
有の物性値コーン角Θ、スメクチック層の層間隔d、傾
斜角δについての特性)を示すようなビフェニル骨格や
フェニルシクロヘキサンエステル骨格、フェニルピリミ
ジン骨格等を有する炭化水素系液晶材料、ナフタレン系
液晶材料、ポリフッ素系液晶材料を適宜選択して調製し
た組成物を用いる。
の一方に少なくともR,G,Bのカラーフィルターを設
け、カラー液晶素子とすることもできる。また光源とし
てR,G,Bの光源を順次切り替えることで、時分割に
よる混色を利用してフルカラー表示させる方法を用いる
こともできる。
bの両方の基板に一対の偏光板を設けた透過型の液晶素
子、即ち基板81a及び81bのいずれも透光性の基板
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、又は
少なくとも一方の基板に偏光板を設けた反射型の液晶素
子、即ち基板81a及び81bのいずれか一方の側に反
射板を設けるかあるいは一方の基板自体又は基板に設け
る部材として反射性の材料を用いて、入射光及び反射光
を変調し、入射側と同様の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。
信号を供給する駆動回路を設け、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
なチルト角度の変化、及び素子からの出射光量が連続的
に変化する特性を利用し階調表示を行う液晶表示素子を
構成することができる。例えば、液晶素子の一方の基板
として前述したようなTFT等を備えたアクティブマト
リクス基板を用い、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。
晶素子において、このようなアクティブマトリクス基板
を用いた例について説明する。図2は、当該液晶素子
を、駆動手段を備えた形で、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ものであ
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に連結した走査線に相当する図面上水平方向のゲ
ート線Gl、G2・・・・と、駆動手段である情報信号
ドライバ92に連結した情報信号線に相当する図面上縦
方向のソース線Sl、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
素に対応してスイッチング素子に相当する薄膜トランジ
スタ(TFT)94及び画素電極95が設けられている
(同図では簡略化のため5×5画素の領域のみを示
す)。尚、スイッチング素子として、TFTの他、MI
M素子を用いることもできる。ゲート線Gl、G2・・
・はTFT94のゲート電極(図示せず)に接続され、
ソース線Sl、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。かかる構
成において、走査信号ドライバ91によリゲート線G
l、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、各画素に書き込む情報に応じ
た情報信号電圧がソース線Sl、S2・・・に供給さ
れ、TFT94を介して各画素電極に印加される。
ける各画素部分(1ビット分)の断面構造の一例を示
す。同図に示す構造では、TFT94及び画素電極95
を備えるアクティブマトリクス基板20と共通電極32
を備えた対向基板40間に、自発分極を有する液晶層4
9が挟持され、液晶容量(C1c)31が構成されてい
る。
は、TFT94としてアモルファスSiTFTを用いた
例が示されている。TFT94はガラス等からなる基板
21上に形成され、図2に示すゲート線Gl、G2・・
・に接続したゲート電極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層24が設けられており、該a−Si層2
4上に、夫々n+a−Si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。
l、S2・・・に接続し、ドレイン電極28はITO膜
等の透明導電膜からなる画素電極95に接続している。
また、TFT94におけるa−Si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2
2にゲートパルスが印加されオン状態となる。
いては、画素電極95と、該電極のガラス基板側に設け
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)を挟持した構
造により保持容量(Cs)32が液晶層49と並列の形
で設けられている。保持容量電極はその面積が大きい場
合、開口率が低下するため、ITO膜等の透明導電膜に
より形成される。
4及び画素電極95上には液晶の配向状態を制御する為
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。
上に、全面同様の厚みで共通電極42、及び液晶の配向
状態を制御する為の配向膜43bが積層されている。
尚、上記セル構造は、互いに偏光軸が直交した関係にあ
る一対の偏光板間に挟持されている(図示せず)。
晶層49としては、自発分極を有する液晶、例えばカイ
ラルスメクチック相を呈する液晶が用いられる。
において、アクティブマトリクス基板として、多結晶S
i(p−Si)TFTを備えた基板を用いることができ
る。
図4に示す。図4及び図5を参照して上記構造の液晶素
子における特性を利用したアクティブマトリクス駆動に
ついて述べる。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5に示すlF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出射光
量を得る。以下では、液晶層49が一方の極性の電圧印
加で十分な透過光強度であり、逆極性ではそれより小さ
い透過光強度である特性を示す場合における2フィール
ドに分割された例について説明する。
該画素に接続する走査線となる一ゲート線に印加される
電圧を示す。上記構造の液晶素子では、各フィールド毎
にゲート線Gl、G2・・・が例えば線順次で選択さ
れ、一ゲート線には選択期間Tonにおいて所定のゲー
ト電圧Vgが印加され、ゲート電極22に電圧Vg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Toff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)となり、Toff毎に所定の同一のゲート
線が選択されてゲート電極22にゲート電圧Vgが印加
される。
ース線)に印加される電圧Vsを示す。図5(a)で示
すように各フィールドで選択期間Tonでゲート電極2
2にゲート電圧が印加された際、これに同期して当該画
素に接続する情報線となるソース線Sl、S2・・・か
らソース電極27に、所定のソース電圧(情報信号電
圧)Vs(基準電位を共通電極42の電位Vcとする)
が印加される。
ールド(lF)では、当該画素に書込まれる情報、例え
ば用いる液晶に応じた電圧−透過率特性を基に当該画素
で得ようとする光学状態又は表示情報(透過率)に応じ
たレベルVx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Vc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Vxがドレイン電極2
8を介して画素電極95に印加され、液晶容量(C1c)
31及び保持容量32(Cs)に充電がなされ、画素電
極の電位が情報信号電圧Vxになる。続いて、当該画素
の属するゲート線の非選択期間ToffにおいてTFT
94は高抵抗(オフ状態)となるため、この非選択期間
には、液晶セル(液晶容量C1c)31及び保持容量(C
s)32では選択期間Tonで充電された電荷が蓄積さ
れた状態を維持し、電圧Vx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lFの期間
を通して電圧Vx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。
このとき液晶の応答速度がゲートオン期間より遅い場
合、液晶セル(液晶容量C1c)31及び保持容量
(Cs)32に充電が完了し、ゲートがオフされた非選
択期間にスイッチングが開始される。このような場合は
自発分極の反転によって充電された電荷が相殺されて、
液晶層に印加される電圧が図5(c)のようにVxより
小さいVx’という値を取る。
間Tonでは、第一のフィールドlFとは極性が逆で実
質的に同様の電圧値Vxを有するソース電圧(−Vx)
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−Vxが印加され
て、液晶容量(C1c)31及び保持容量32(Cs)に
充電がなされ、画素電極の電位が情報信号電圧−Vxに
なる。続いて、非選択期間Toff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、液晶セル(液晶容量C1c)31及び保持容量
(Cs)32では選択期間Tonで充電された電荷が蓄
積された状態を維持し、電圧−Vxが保持される。そし
て、当該画素における液晶層49に第2のフィールド2
F期間を通して電圧−Vxが印加され、当該画素ではこ
の電圧値に応じた光学状態(出射光量)が得られる。こ
のときも同様に液晶の応答速度がゲートオン期間より遅
い場合、液晶セル(液晶容量C1c)31及び保持容量
(Cs)32に充電が完了し、ゲートがオフされた非選
択期間にスイッチングが開始される。このような場合は
自発分極の反転によつて充電された電荷が相殺されて、
液晶層に印加される電圧が図5(c)のように−Vxよ
り小さい−Vx’という値を取る。
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Vpixを、図5(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。図5(c)に示すように、
2フィールドlF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)Vx’であ
る。一方、図5(d)に示すように第一フィールドlF
では、Vx’に応じた階調表示状態(出射光量)が得ら
れ、第二フィールド2Fでは、−Vx’に応じた階調表
示状態が得られるが、実際にはわずか透過光量の変化し
か得られず、透過光量はTxより小さく、0レベルに近
いTyとなる。
では、カイラルスメクチック相を示す液晶を用いた場合
で良好な高速応答性に基づいた階調表示が可能となると
同時に一画素で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低い透過光量を得る第二フィー
ルドに分割して連続的に行うため、時間開口率が50%
以下となり、人間の目の感じる動画高速応答特性も良好
になる。また、第二フィールドにおいては液晶分子の若
干のスイッチング動作により完全に透過光量が0にはな
らないので、フレーム期間全体での人間の目に感じる輝
度は確保される。更に、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
液晶の劣化を防止する。
フィールドからなる1フレーム全体では、TxとTyを
平均した透過光量が得られる。このため、情報信号電圧
Vsについては、実際に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
て印加することで、第一フィールドlFにおいて、所望
の階調状態より高いレベル透過光量での階調状態を表示
することも好ましい。
記駆動法を応用し、RGB各色光源とを組み合わせるこ
とにより時分割による混色を利用してフルカラー表示さ
せる方法を用いることも可能である。
る。
組成物LC−1を調製した。構造式に併記した数値は混
合の際の重量比率である。
を以下に示す。 相転移温度(℃) Iso.(86.3)Ch(61.2)SmC*(−
7.2)Cry. 自発分極(30℃):Ps=2.9nC/cm2 コーン角(30℃):Θ=23.3°(100Hz,±
12.5V,セルギヤップ=1.4μm) δ(30℃) :21.6° SmC*相でのらせんピッチ(30℃):20μm以上
述べた画素構造を有し、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、対向する基板としてRGBのカラーフィル
タ(CF)と透明電極を有している、厚さ1. 1mmの
一対の基板を用意した。画面サイズは10.4インチ、
画素数は800×600とした。
をスピンコート法により塗布し、その後、180℃で1
時間乾燥させて膜厚500Åのナイロン被膜を得た。
重合体にラダー型のポリシロキサンを重合比で40%混
合したシリコン酸化物母材中に、粒径が約100ÅのS
nOxの酸化物超微粒子を分散した溶液)をスピンコー
ト法により塗布し、200℃で1時間焼成して膜厚20
00Åの被膜Bを得た。該被膜B上にナイロンAの蟻酸
溶液をスピンコート法により塗布し、その後、180℃
で1時間乾燥させて膜厚50Åのナイロン被膜を得た。
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、径85mmのロールに
ナイロン(NF−77/帝人製)を貼り合わせたラビン
グロールを用い、押し込み量0.35mm、基板送り速
度20mm/sec、回転数1000rpm、送り回数
1回とした。
て、平均粒径1.5μmのシリカビーズを散布し、もう
一方の基板に粒径約5μmの接着粒子(エポキシ樹脂粒
子)を分散させた溶液をスピンコート法により塗布し、
基板周辺部にシール材としてエポキシ接着剤を描画・仮
焼成したのち、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、圧着後焼
成・硬化を行い、均一なセルギャップのセルを得た。
物LC−1をCh相の温度で注入し、液晶をカイラルス
メクティック液晶相を示す温度まで冷却し、液晶パネル
Aを作製した。
施例1と同様にセル作成・液晶注入を行い、液晶パネル
Bを作成した。
で、ナイロン500Åとして、この工程以外は実施例1
と同様にセル作成・液晶注入を行い、液晶パネルCを作
成した。
イロン100Åとして、この工程以外は実施例1と同様
にセル作成・液晶注入を行い、液晶パネルDを作成し
た。
ンプルについて、Tc温度での基板間電位差と、表面電
位による電位の向きに対応する層方向の割合の評価を行
った。その結果を下記の表1に示す。
ではTc温度での基板電位差が大きいため層方向割合が
100%に近く、30℃連続100時間駆動で焼き付き
が発生していない。実施例2では、層方向均一割合が若
干劣るが、膜厚が厚いためプロセス安定性は高い。比較
例1では層均一割合が低いが、上下基板での対称性が高
く、焼き付きは生じていない。比較例2では基板間電位
差が比較的大きく、層方向性均一化はある程度進んでい
るが、30℃連続30時間時点で焼き付きが発生してい
る。
コレステリック相に転移してもカイラルスメクチック相
に戻る時に層方向が揃うため、保存上限温度が無くな
り、かつ、実使用温度領域で焼き付き等の駆動劣化の少
ない液晶素子が提供される。また、その液晶素子を用い
ることにより液晶装置が提供される。
ある。
の基板の構成を中心に模式的に示した図である。
分(1ビット分)の断面構造の一例を示す概略図であ
る。
である。
Claims (7)
- 【請求項1】 カイラルスメクチック液晶と、該液晶に
電圧を印加する一対の電極と、該液晶を挟持して対向す
ると共に、該液晶を配向させるための一軸性配向処理が
施された一対の基板と、少なくとも一方の基板に偏光板
とを備えた液晶素子であって、前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、等方性液体相(I
SO.)−コレステリック相(Ch)−カイラルスメク
チックC相(SmC*)又は等方性液体相(ISO.)
−カイラルスメクチックC相(SmC*)であり、かつ
前記一対の基板の少なくとも一方は各画素に対応する電
極に接続したアクティブ素子を有しており、Ch−Sm
C* 又はIso.−SmC * 相転移温度をTcとした場合
Tc−2℃からTc+2℃の温度範囲で、外部からの電
界が無印加の状態で、該一対の基板間に100mV以上
の電位差を与える手段が具備されていることを特徴とす
るカイラルスメクチック液晶素子。 - 【請求項2】 少なくとも10℃から50℃の温度範囲
で、外部からの電界無印加の状態で、該一対の基板間の
電位差が100mV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3】 Tc−2℃からTc+2℃の温度範囲
で、外部からの電界無印加の状態で、該一対の基板間に
与える電位差として150mV以上3V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4】 少なくとも10℃から50℃の温度範囲
で、外部からの電界無印加の状態で、該一対の基板間の
電位差が100mV以下であることを特徴とする請求項
3記載の液晶素子。 - 【請求項5】 少なくとも10℃から75℃の温度範囲
で、150mV以上の表面電位変化を示す材料を1種ま
たは複数組み合わせて、一対の基板の片側もしくは両側
の基板表面に用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】 少なくとも10℃から50℃の温度範囲
で、150mV以上の表面電位変化を示す請求項5に記
載の材料を、1種または複数組み合わせて、一対の基板
の片側もしくは両側の基板表面に用いることを特徴とす
る請求項4記載の液晶素子。 - 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかに記載の液晶
素子を用いた液晶装置。
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