JP2000010076A - 液晶素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カイラルスメクチック液晶を用いた液晶素子
で階調表示及び良好な動画像を得る。 【解決手段】 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を備えた液晶素子であって、電
圧無印加時では、該液晶の平均分子軸が単安定化された
第一の状態を示し、第一の極性の電圧印加時には、該液
晶の平均分子軸は印加電圧の大きさに応じた角度で該単
安定化された位置から一方の側にチルトし、該第一の極
性とは逆極性の第二の極性の電圧印加時には、該液晶の
平均分子軸は該単安定化された位置を維持することを特
徴とする。

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
等に用いられるライトバルブに使用される液晶素子、該
素子における液晶の配向制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ネマティック液晶表示素子に
おいて、一つ一つの画素にトランジスタ（例えば薄膜ト
ランジスタ／ＴＦＴ）のような能動素子を配置した、ア
クティブマトリクスといわれる液晶素子の開発が行われ
ている。現在このアクティブマトリクス型の液晶表示素
子に用いられるネマチック液晶のモードとして、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Ａｐｐｌｉｅ
ｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ第１８巻、第４号
（１９７１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（Ｔwｉｓｔ
ｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードが広く用いられている。
また、最近では横方向電圧を利用したインプレインスイ
ッチング（Ｉn-Ｐｌａｉn Ｓwｉｔｃｈｉｎｇ）モード
が発表されており、ツイステッドネマチックモード液晶
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。その他、上述したＴFＴ等の能動素子を用いな
い、ネマティック液晶表示素子の代表例として、スーパ
ーツイステッドネマティック（Ｓｕｐｅｒ Ｔwｉｓｔｅ
ｄＮｅｍａｔｉｃ）モードがある。このように、こうし
たネマティック液晶を用いた液晶表示素子は様々なモー
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かかってしまうとい
う問題点が存在した。

【０００３】このような従来型のネマティック液晶素子
の欠点を改善するものとして、液晶が双安定性を示す素
子（ＳＳＦＬＣ／Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅ
ｄ ＦＬＣ）がクラーク（Ｃｌａｒｋ）およびラガウェ
ル（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）により提案されている（特開
昭５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２
４号明細書）。この双安定性を示す液晶としては、一般
にカイラルスメクティックＣ相を示す強誘電性液晶が用
いられている。この強誘電性液晶では、電圧印加の際に
液晶分子の自発分極に電圧が作用し分子の反転スイッチ
ングがなされるため、非常に速い応答速度が得られる上
にメモリー性のある双安定状態を発現させることができ
る。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。更に、カイラルスメクティック
Ｃ相を示す強誘電性液晶にアクティブマトリクス素子を
組み合わせた素子が提案されている（特開平４−２１２
１２６等）。

【０００４】一方、最近では反強誘電性液晶（無閾反強
誘電性液晶）とアクティブマトリクス素子との組み合わ
せ電圧−透過率特性がＶ字型形状を示す素子が注目され
ている。この反強誘電性液晶も強誘電性液晶同様に、液
晶分子の自発分極への作用により分子の反転スイッチン
グがなされるため、非常に速い応答速度が得られる。こ
の液晶材料は、電界無印加時には液晶分子は互いの自発
分極を打ち消し合うような分子配列構造をとるため、電
界を印加しない状態では自発分極は存在しないことが特
徴となっている。

【０００５】こうした自発分極による反転スイッチング
を行う強誘電性液晶や反強誘電性液晶は、いずれもスメ
クチック液晶相を示す液晶である。すなわち、従来ネマ
ティック液晶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、スメクティック液晶を用
いた液晶表示素子の実現が期待されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、高速応答
性能など次世代のディスプレイ等に自発分極を有するス
メクティック液晶が期待されているが、単に応答速度を
高めるだけでは、人間の感じる動画高速応答特性が得ら
れないことが最近の研究（信学技報ＥＩＤ９６−４p.19
など）から明らかになってきている。これらの研究結果
では、人間が動画表示が高速であると感じる手法とし
て、シャッターを用いて時間開口率を５０％以下にする
方式、または２倍速表示方式を用いることにより動画質
改善に効果的であるとの結論が得られている。

【０００７】しかしながら、従来型のネマティック相を
用いるモードでは液晶の応答速度が不十分であるため、
上述の動画表示方法を用いることができないことはもと
より、上述したような高速応答のカイラルスメクチック
液晶素子を用いて上述の高速での良好な動画表示を実現
するためには、駆動方法や周辺回路が複雑になるという
欠点を持っており、コストアップの要因となっていた。

【０００８】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、その課題とするところは、カイラルスメクチ
ック相を示す液晶を用いた液晶素子であって、高速応答
かつ階調制御が可能であり、複雑な回路を用いなくとも
動画質が向上した安価な液晶素子を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第一によれば、
カイラルスメクチック液晶と、該液晶を挟持して対向す
ると共に少なくとも一方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
の基板に偏光板を備えた液晶素子であって、電圧無印加
時では、該液晶に電圧を印加する一対の電極と、該液晶
の平均分子軸が単安定化された第一の状態を示し、第一
の極性の電圧印加時には、該液晶の平均分子軸は印加電
圧の大きさに応じた角度で該単安定化された位置から一
方の側にチルトし、該第一の極性とは逆極性の第二の極
性の電圧印加時には、該液晶の平均分子軸は該単安定化
された位置を維持することと、三角波印加時における電
圧−透過率曲線において、第一の極性の電圧印加時にお
ける下記γ値が３以上でかつ下記ヒステリシスパラメー
タ値Ｔ_diff〔%〕が５０％以下であることを特徴とする
液晶素子、 γ＝Ｖ_95%／Ｖ_5% Ｖ_5%：透過率が５％に達する電圧 Ｖ_95%：透過率が９５％に達する電圧 ヒステリシスパラメータ値Ｔ_diff〔%〕＝ Ｔｄ− Ｔｕ Ｖｕ：立ち上がり時において透過率５０％に達する電圧 Ｖｄ：立ち下がり時において透過率５０％に達する電圧 Ｔｕ〔%〕： 上記２つの平均電圧(Vu+Vd)/2印加時の立
ち上がり曲線での透過率値 Ｔｄ〔%〕： 上記２つの平均電圧(Vu+Vd)/2印加時の立
ち下がり曲線での透過率値 が提供される。

【００１０】また、本発明の第二によれば、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を
備えた液晶素子であって、電圧無印加時では、該液晶の
平均分子軸が単安定化された第一の状態を示し、第一の
極性の電圧印加時には、該液晶の平均分子軸は印加電圧
の大きさに応じた角度で該単安定化された位置から一方
の側にチルトし、該第一の極性とは逆極性の第二の極性
の電圧印加時には、該液晶の平均分子軸は該単安定化さ
れた位置を維持することと、前記一対の基板のうち一方
が、画素に対応する電極に接続したアクティブ素子を有
する基板であり、アクティブマトリクス駆動によりアナ
ログ階調表示を行う駆動回路を備えたことと、該カイラ
ルスメクチック液晶の体積抵抗値が５×１０¹¹Ωｃｍ以
上であり、該液晶の自発分極をＰｓ（ｎＣ／ｃｍ²）、
アクティブマトリクス駆動における一画素の一選択の開
始時から次回の選択期間の開始時までの期間における内
部イオンの再配置分をＱｔ（ｎＣ／ｃｍ²）として（２
Ｐｓ＋Ｑｔ）が３０（ｎＣ／ｃｍ²）以下であることを
特徴とする液晶素子、が提供される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶素子における
カイラルスメクチック相を呈する液晶の配向状態及びス
イッチング過程について、前述した従来型のＳＳＦＬＣ
タイプとの対比の上で図面を参照してモデル上で説明す
る。

【００１２】ＳＳＦＬＣでは、ＳｍＣ*相において、液
晶分子を２状態に安定化させることによって、双安定性
すなわちメモリ性を発現させている。このメモリ状態に
関して図１及び図２に示すモデルを用いて説明する。

【００１３】尚、以下に説明するモデルでは、液晶分子
と、該分子の位置の範囲となり得る仮想コーン、スメク
チック層法線、平均一軸配向処理軸の関係に基づいてい
るが、当該液晶分子は液晶素子内では複数存在し、例え
ば基板法線方向である程度ツイストしており、平均分子
軸の挙動として観察される。即ち、本発明で規定する平
均分子軸は実質的には単独の液晶分子の挙動に相応す
る。

【００１４】図１はＳＳＦＬＣ型の素子における液晶分
子及び液晶の層構造（スメクチック層の構造）について
説明したものである。当該素子では、同図（ａ）及び
（ｂ）に示すように、基板１１及び１２間に挟持された
液晶１３の部分において、液晶分子１４は、基板１１又
は１２の界面付近では各基板の一軸配向処理方向Ａに沿
って基板から所定のプレチルト角αで立ち上がり（本例
では両基板の一軸配向処理方向Ｒが平行であり且つ同方
向、即ち基板に対して同方向に液晶分子を立ち上がらせ
るような設定とした）、基板１１及び１２間で基板法線
に対して傾斜角δをなすシェブロン構造のスメクチック
層１６を形成している。

【００１５】一方、液晶分子１４は、電圧印加により２
Θ（Θ：液晶材料に固有のコーン角）の頂角を有する仮
想コーン１５の壁面の２位置間でスイッチングし且つ電
圧無印加の状態で、当該２位置の近傍で安定的に存在す
る。尚、同図（ａ）及び（ｂ）に示すスメクチック層１
６がシェブロン構造をなす配向状態は、夫々、基板間の
液晶分子１４のプレチルトの方向とスメクチック層１６
のシェブロン構造の折れ曲がり方向の関係により種別さ
れるもので、（ａ）の配向状態をＣ１配向、（ｂ）の配
向状態をＣ２配向と呼ぶ。

【００１６】ここで、図１に示すＳＳＦＬＣの配向状態
では、Ｃ１配向状態及びＣ２配向状態共に一般的にΘ＞
δの関係を満たすことで、電圧無印加時に基板１１及び
１２間でシェブロン構造のスメクチック層１６のキンク
位置（基板間中央の折れがり部分）を含むほぼ全厚み方
向で、液晶分子１４が仮想コーン１５内で安定的に２位
置をとることができ、双安定状態が発現する。図２
（ａ）及び（ｂ）は、夫々図１（ａ）及び（ｂ）に示す
Ｃ１配向状態とＣ２配向状態の夫々における仮想のコー
ン１５の底面１７上への液晶分子の射影を示すものであ
り、液晶分子が１４ａ及び１４ｂの双安定状態（射影１
８ａ，１８ｂ）をとることを示している。

【００１７】液晶が上記のような双安定性の配向状態を
呈する素子では、一対のクロスニコル下の偏光板のう
ち、双安定状態の一方の平均分子軸に偏光軸を合わせ
て、双安定状態間のスイッチングを行い、黒（暗状態）
及び白（明状態）の表示を行う。このスイッチングは、
例えば一方の状態から他方の状態のドメインの生成によ
り、即ちドメインウォールの生成及び消滅を伴ってなさ
れる。但し、このようなスイッチングメカニズムを用い
て表示を行う場合、基本的には黒及び白の２値表示しか
できず、黒白間の階調（中間調）の表示は困難である。

【００１８】これに対し、本発明の第一及び第二の液晶
素子においては、カイラルスメクチック相を示す液晶を
用いた素子において階調表示を実現すべく、図1及び２
に示すようなメモリ性（双安定性）を消失させ、印加電
圧によって液晶分子位置が連続的に可変となるようにす
ることが重要となる。この設定のため、本発明において
は好ましくはＣｈ-ＳｍＣ^*相転移を示す液晶材料を用い
る。

【００１９】図３（ａ）に、液晶素子において、少なく
とも降温下でＣｈ-ＳｍＡ-ＳｍＣ^*相系列を示す液晶材
料の層（スメクチック層）構造の形成過程を、図３
（ｂ）に少なくとも降温下でＣｈ-ＳｍＣ^*相系列を示す
液晶材料の層構造形成過程を示す。同図において矢印Ｒ
は素子における平均一軸配向処理軸の方向である。液晶
分子１４は、電圧を印加した際に仮想コーン１５域の壁
面に沿ってスイッチングし得る。

【００２０】ここで“平均一軸配向処理軸”とは、素子
を構成する両基板の液晶に接する面において一軸配向処
理が施され、その方向（例えばラビング方向）が平行で
同一方向であるか互いに逆方向（反平行）である場合、
並びに一方の基板にのみ一軸配向処理が施されている場
合では、その一軸配向処理の軸自体に相当し、両基板に
おいて一軸配向処理が施された方向（例えばラビング方
向）が互いにクロスしている場合では、両方の一軸配向
処理軸の中心方向の軸、即ちクロス角の１／２の方向に
相当する）。また平均一軸配向処理軸の“方向”とは、
例えば当該配向処理がなされた基板近傍における液晶分
子の基板に対して立ち上がっている、即ちプレチルトを
生じる側への方向であり、一方の基板にのみ一軸配向処
理が施されている場合及び両基板において一軸配向処理
が施され、その方向（例えばラビング方向）が平行で同
一方向である場合は、その処理方向自体であり、両基板
に互いに平行で逆方向の処理が施されている（反平行）
場合は、いずれか一方の基板での処理方向であり、両基
板において一軸配向処理が施された方向（例えばラビン
グ方向）が互いにクロスしている場合では、その中心軸
の方向である。

【００２１】図３（ａ）に示すように、相系列中にＳｍ
Ａ相を有する液晶材料の場合、ＳｍＡ相においてスメク
チック層法線方向（紙面横方向矢印ＬＮ）と一軸配向処
理方向が一致するように液晶分子１４が配列しスメクチ
ック層構造を形成する。そして、ＳｍＣ^*相では、液晶
分子１４はスメクチック層法線方向ＬＮからチルトし、
仮想コーン１５のエッジ近傍もしくはその若干内側の位
置で安定化する。

【００２２】一方、図３（ｂ）に示すようにＳｍＡ相を
含まない相系列では、例えばＣｈ相からＳｍＣ^*相に相
転移する過程で、液晶分子１４はスメクチック層法線方
向ＬＮに対して傾くように、且つ平均一軸配向処理方向
Ｒに配列しスメクチック層構造が形成される。即ち層法
線方向ＬＮが平均一軸配向処理方向Ｒとずれた方向に形
成されることになる。特に本発明では、液晶分子１４
は、ＳｍＣ^*相の温度域を通じて仮想コーン１５のエッ
ジの位置で安定化するように調整している。

【００２３】図３（ａ）及び（ｂ）のいずれの場合も、
例えば図１及び図２に示すような液晶分子１４がシェブ
ロン構造の双安定配向状態、即ち基板と実質的に平行な
２状態で安定になるべきであるが、図３（ｂ）に示す場
合、一軸配向処理の束縛力が強くなり、この２状態のう
ちの一方のみが安定となり（単安定化し）、メモリ性が
消失することになる。

【００２４】以下にこの単安定化現象について具体的に
述べる。Ｃｈ−ＳｍＣ^*相系列を示す液晶材料では、上
述のように層法線方向と一軸配向処理方向とがずれて配
向する。したがってＳｍＣ^*相において液晶分子がコー
ン上、且つ基板面に平行になる２つの分子位置をそれぞ
れＵ１、Ｕ２とした場合、前記いずれか一方の分子位置
のうち、一軸配向処理方向とのなす角が小さい方が安定
となり双安定性が崩れることになる。

【００２５】しかしながら、この一軸配向処理の強度
（Ａ）が限りなくゼロに近い場合を仮定すると、一軸配
向処理方向と層法線方向とのなす角の如何によらず、Ｕ
1とＵ２の安定性（ポテンシャル）に差異は見られない
はずである（図４(a)）。したがって、Ｃｈ−ＳｍＣ^*相
系列を示す材料を用いたとしても、双安定性を有する素
子が実現することは可能である。

【００２６】次いで、一軸配向処理を施しているものの
その強度が十分でない場合（図４(b)）、Ｕ１とＵ２に
おいてポテンシャルに差異が発生し、双安定性が崩れる
ことになる。しかしながら、この図４(b)の状態では、
双安定の一方の状態が安定ではあるものの、もう一方の
状態に関しても準安定な配向状態として存在することに
なる。このような配向状態では、例えば三角波応答時に
おいてヒステリシスが非常に大きく、急峻な閾値特性が
観測されたり、電気的にある一定の直流バイアスを印加
することにより双安定性が再び発現する等といった現象
が観測される。つまり、こうした十分な単安定性が実現
されていない素子では、アクティブマトリクスによる連
続階調制御が困難となることが考えられる。

【００２７】一方、図４(c)に示すように一軸配向処理
の束縛力を十分に強くすることにより、準安定な状態の
存在が無く、完全に単安定化することが可能となり、連
続階調制御特性が大きく向上することになる。

【００２８】また、図４(a)における双安定エネルギー
障壁の高さに関しては、液晶材料特性やセル構成にも依
存して変化すると考えられる。つまり、定性的にはこの
エネルギー障壁の高さは、液晶素子自身が作り出す反電
場量によって変化すると推察される。したがって、準安
定状態が存在しないよう液晶素子を設計するためには、
内部反電場量が大きくなるようセル設計することでエネ
ルギー障壁の高さをあらかじめ低く設定しておくことが
望ましい。例えば、配向制御層としては絶縁性の十分高
いポリイミド配向膜を上下両基板に配設しておくことが
望ましい。

【００２９】図３（ｂ）に示すＣｈ-ＳｍＣ^*相転移の
際、図５に示すように２通りの異なった層法線方向（Ｌ
Ｎ１及びＬＮ２）を示すスメクチック層構造が形成する
ことが考えられる。このとき、カイラルスメクチック液
晶を挟持するセルの上下一対の基板の一軸配向処理の状
態（処理方向等の条件、配向材料等）が完全に対称であ
れば上記図５に示すような２つのスメクチック層構造が
均等な割合で形成される。

【００３０】更に、本発明の第一及び第二の液晶素子に
おいては、まず適切な液晶材料を用い、セルの設計を調
整し、更に液晶材料のＣｈ-ＳｍＣ^*相転移の過程におい
てセル内の内部電位に偏りを持たせるような処理を施す
ことによって、図５に示す２つの層構造のうち一方の層
構造のみに揃え、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、液晶分
子１４を仮想コーン１５の一エッジに単安定化させ、そ
のメモリ性を消失させたＳｍＣ^*相の配向状態を得てい
る。この内部電位の偏りの持たせ方として、 １）Ｃｈ-ＳｍＣ^*又はＩ−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。 ２）上下一対の基板に異なる材料からなる配向膜を用い
る。 ３）上下一対の基板の配向膜の処理法（膜の形成条件、
ラビング強度、ＵＶ照射等の処理条件）を変える。 ４）上下一対の基板の配向膜の下地に設ける層の膜種ま
たは膜厚を変えるなど、様々な方法が考えられるが、い
ずれの手段を用いてもよい。

【００３１】特に１）によるＤＣ印加条件としては、Ｄ
Ｃを長時間印加することによって素子の一対の基板間が
ショートすることを避けるために、ＤＣはＣｈ-ＳｍＣ^*
相転移又はＩ−ＳｍＣ^*相転移近傍において、スメクチ
ック層の方向を一方向に揃えるために必要且つ最小限の
印加電圧にとどめておくことが好ましい。具体的に１０
０ｍＶ以上、１０Ｖ以下の範囲でのＤＣ電圧を印加する
ことが好ましい。

【００３２】上述したような液晶材料及び上記２）〜
４）で設定される配向膜及び液晶材料中のイオンはＴＦ
Ｔ駆動に悪影響を及ぼさないように極力低減しておくこ
とが望ましい。

【００３３】次いで、本発明の液晶素子の配向状態、即
ち図に示すようなＳｍＣ^*相での層構造の一方を優先的
に形成した配向状態を有するセルにおいて、電圧に対す
る液晶分子１４の反転挙動について図６及び図７を参照
して説明する。図６では、電圧印加による液晶の仮想コ
ーン１５内での液晶分子の挙動についてのモデル、図７
では、当該液晶のセル内での配向状態について、セル上
面から見た場合、側面から見た場合、仮想コーン底面へ
の射影で見た場合でのモデルを説明している。

【００３４】図６（ｂ）に示すような電圧無印加時にお
いては液晶分子１４はほぼ平均一軸配向処理方向（矢印
Ｒ）に沿って、且つ液晶分子が電圧印加によりスイッチ
ングを行う仮想コーン１５の一端（エッジ）側に安定的
に配列する。この、液晶分子１４が仮想コーン１５のエ
ッジに単安定する状態をとる場合としては、スメクチッ
ク層構造が実質的にブックシェルフ構造（層傾斜角δが
３°以下）であり液晶分子１４のプレチルト角が極めて
小さい場合（図７（ａ）に示す配向状態）、あるいはス
メクチック層構造が斜めブックシェルフ構造であり、層
傾斜角δがプレチルト角にほぼ一致したような場合（図
７（ｂ）に示す配向状態）が考えられる。

【００３５】ここで、一軸配向処理方向Ｒに偏光軸の一
方（Ｐ）を一致させたクロスニコル図６（ｄ）下にセル
を配置し、液晶を透過する光量を最低の状態にして暗状
態（黒状態、第一の出射光量）を得る。

【００３６】そして、例えば液晶の有する屈折率異方性
Δｎ、セル厚をｄとし、Δｎｄを可視光の２分の１波長
近傍に設定した場合、上記図６（ｂ）に示すような配向
状態に対し、第一の極性（同図の場合正極性）の電圧を
印加したときには図６（ｃ）に示すように、液晶分子１
４は、電圧無印加時の位置に対して電圧の極性に応じた
方向にチルト（スイッチング）する。このチルトの角度
は印加電圧の大きさに応じたものとなる。一方、上記第
一の極性と逆極性の第二の極性（同図の場合負極性）の
電圧を加えたときには、液晶分子１４は電圧無印加時と
同様の位置にとどまる。こうして、第一の極性（正極
性）の電圧を印加したときには、その電圧絶対値が大き
くなるに伴いセル内の液晶部分を透過する光量が連続的
に変化して大きくなり、液晶分子１４が仮想コーン１５
内の所定の状態となった際に、電圧無印加時の透過光量
の大きさと最も異なる最大透過光量が得られる。負の電
圧を印加した場合は、液晶を透過する光量は最低の状態
のまま維持される。

【００３７】ここで、例えば図６（ｄ）に示すような一
対の偏光板を用いる場合、正極性電圧印加時における液
晶分子１４の最大チルトの状態における、電圧無印加時
の液晶分子１４の位置を基準としたチルトの角度が４５
°より小さい場合では、液晶分子１４が仮想コーン１５
のエッジにある時、即ち最大チルトの状態において、正
極性電圧印加時での最大透過光量が得られる。一方、上
記チルトの角度が４５°以上である場合には、液晶分子
１４が仮想コーン１５のエッジの内側にある時におい
て、正極性電圧印加の際の最大透過光量が得られる。

【００３８】上述したような液晶分子のスイッチング挙
動を示す素子の電圧（Ｖ）−光の透過率（Ｔ）特性の
例、特に正極性電圧印加の際に液晶分子が最大チルト状
態となる時に最大透過率が得られる場合の素子の例を図
８に示す。正極性の電圧印加時にはその電圧値に沿って
液晶分子のチルトにより透過率が上昇し、電圧Ｖ１以上
で最大透過率Ｔ１を示す。一方、負極性の電圧印加時に
は、その電圧値（絶対値）によらず液晶分子がチルトせ
ず、−Ｖ１であっても透過率は電圧無印加時と同様に０
である。

【００３９】本発明の液晶素子の図６及び７に示すよう
な配向状態及び図８に示すような特性を、一般的なＴＦ
Ｔを備えたアクティブマトリックスタイプの液晶パネル
に適用し、交流的な駆動波形を印加し、液晶部分を光シ
ャッターとして機能させ、一極性の電圧印加期間、例え
ば図８に示す正極性側の電圧印加による光学応答特性を
利用する期間と、逆極性の電圧印加期間、例えば図８に
示す負極性側の電圧印加による光学応答特性を利用する
期間を組み合せることで、時間開口率を５０％以下にす
る方式と同等の効果が得ることができる。こうして、複
雑な周辺回路等を用いなくとも動画質の向上した液晶素
子を実現することが可能となる。

【００４０】次いで、本発明の液晶素子の配向状態にお
ける液晶分子の反転メカニズムについて簡単のためシェ
ブロン構造を有する配向状態を用いて説明する。尚、本
発明の液晶素子では、上述したように、スメクチック層
構造が実質的にブックシェルフ構造である場合や、斜め
ブックシェルフ構造である場合を想定しているのである
が、基本的な考え方はシェブロン構造の場合と同様であ
る。

【００４１】図１及び２に示すＳＳＦＬＣでの配向状態
では、液晶分子１４が双安定状態間をスイッチングする
ためには、所定の高さのエネルギー障壁を超えることが
必要であり、このエネルギー障壁の存在が双安定性の起
源となっている。これに対し、本発明の液晶素子におけ
る、例えば図６に示すような配向状態では、液晶分子１
４がＳＳＦＬＣでの双安定ポテンシャルの一方側に近い
位置で極端に安定化された状態となっている。これによ
り安定状態が一つしか存在せず、印加電圧の大きさに応
じた安定状態がアナログ的に存在し、且つ印加電圧と安
定な分子位置が一対一で対応するため、連続的且つドメ
インの生成を伴わない反転が実現できる。

【００４２】このエネルギー障壁（ポテンシャル）の状
態のモデルを図９及び図１０に示す。

【００４３】図９（ａ）及び（ｂ）はＳＳＦＬＣにおけ
る双安定配向状態でのポテンシャルの状態をＣ１配向状
態、Ｃ２配向状態の夫々について示したものである。Ａ
１及びＡ２は双安定状態の夫々の状態のポテンシャルを
示す。これら図より明らかなように、Ｃ１配向、Ｃ２配
向によって上記ポテンシャルの状態が若干異なってく
る。ＳＳＦＬＣにおいてＣ１配向である場合、液晶−基
板界面での液晶分子の開き角はＣ２配向である場合より
も大きくなるため（図２（ａ）及び（ｂ）における基板
界面付近の射影参照）、エネルギー障壁の高さも高くな
る。

【００４４】一方、図１０（ａ）及び（ｂ）には、本発
明の液晶素子における配向状態でのポテンシャルの状態
をＣ１配向状態、Ｃ２配向状態の夫々についてを示した
ものである。Ｂ１は、電圧無印加での液晶分子のポテン
シャル（図６（ｂ）の場合）、Ｂ２は一方の極性の電圧
の印加による最大チルトでの液晶分子のポテンシャル
（図６（ｃ）の場合）を示す。

【００４５】上述のＳＳＦＬＣの場合で示したようなＣ
１配向，Ｃ２配向という双安定状態間のエネルギー障壁
の高さが異なる配向状態のそれぞれに対し、双安定の状
態のうち一方を安定化させた場合にはそれぞれの駆動特
性が異なったものになってしまう。特にエネルギー障壁
の高いＣ１配向状態においては、図１０（ａ）に示すよ
うに、双安定ポテンシャルの一方（Ｂ１）が極端に安定
化された状態とした場合においても、安定状態が２つに
残ったまま、あるいは一方が準安定状態（Ｂ２もポテン
シャルのレベルは高いが周囲に比して安定）となってし
まう状態が発生する。これにより電圧印加による応答の
際、ある一定のポテンシャルに達するまでは印加電圧の
大きさに応じた安定状態がアナログ的に存在し、且つ印
加電圧と安定な分子位置が一対一で対応するため、連続
的且つドメインの生成を伴わない反転が実現できるもの
の、ある一定のポテンシャルを越えた際に不連続な配向
状態を形成する、すなわちドメインウォールの生成を伴
った不連続な反転挙動となることがある。

【００４６】これに対し、Ｃ２配向状態では、双安定の
ＳＳＦＬＣである場合のエネルギー障壁が低いことか
ら、図１０（ｂ）に示すように、一方（Ｂ１）が極端に
安定化された状態とした場合にもＢ２の状態まで連続的
且つドメインの生成を伴わない反転が実現できている。
さらに、これらの図からＣ１の方が駆動電圧が高くなり
易いことが理解できる。

【００４７】以上述べた点から、本発明の液晶素子にお
ける配向状態については、アナログ階調性能及び低駆動
電圧化の観点から、平行ラビングしたセルにおいてはＣ
２配向を用いることが望ましい。あるいは、Ｃ１及びＣ
２が混在している配向状態の場合は、これらの特性ばら
つきを最小限に押さえるためにもプレチルト角が低いこ
とが望ましい。あるいは、反平行ラビングであることが
望ましい。

【００４８】本発明の液晶素子では、三角波印加時の電
圧−透過率曲線を求めた場合において若干のヒステリシ
スが存在する場合がある。但し、実際のＴＦＴを備えた
素子の場合のように交流波形において駆動される場合に
は、三角波印加時のように白状態から中間調状態へと連
続的に光学変調されることはないため特に問題になるこ
とはない。即ち、図８に示す特性によれば、印加される
極性に応じて常に白黒の反転をしながら光学変調される
ことから、たとえば白から中間調へと光学変調される際
には、白状態から黒の配向状態を経由した後中間調の配
向状態へと変調されるため、交流を印加した際には一方
の極性では常に黒側にリセットされた後に書き込むとい
う駆動が実現されているため、前状態の履歴の影響を受
けることが原理的にほとんどない。

【００４９】本発明の第一の液晶素子においては、三角
波応答におけるヒステリシス値、及びγ値ｔが特定のレ
ベルに設定されている。

【００５０】これらヒステリシス値、及びγ値を以下に
定義する。電圧無印加時に出射光量が０となる透過型素
子に対して三角波を印加し、横軸に印加電圧、縦軸に光
量（透過光量）というグラフを描画したとき、図１６に
示すように、一方の極性の電界に対しては光学応答が存
在せず、もう一方の極性の電界に対してのみ光学応答す
る。このとき、低電圧から高電圧へと変化するときに描
画される曲線（立ち上がり曲線）及び高電圧から低電圧
へと変化するときに描画される曲線（立ち下がり曲線）
の２本が描画されるのが一般的である。条件によって
は、これら２本が完全に重なり合って１本になる場合も
ある。本発明ではγ値を立ち上がり曲線において光量が
最大となる時を透過率１００％とし、透過率５％に達す
る電圧をＶ_5%、透過率９５％に達する電圧をＶ_95%と
し、γ＝Ｖ_95%／Ｖ_5%と定義する。このγ値は１以上の
値となるが、この値が１に近づくほど閾値特性が急峻と
なり階調制御が困難となる。逆にこの値が１より十分に
大きいと階調制御性に優れた素子特性が実現する。本発
明の素子では、γの値を３以上と設定し、安定的な階調
制御を可能としたものである。

【００５１】また、ヒステリシス値を三角波応答曲線に
おける立ち上がり時において透過率５０％に達する電圧
をＶｕ、立ち下がり時において透過率５０％に達する電
圧をＶｄと定義し、（Ｖｕ＋Ｖｄ）／２の電圧を印加し
たときにとりうる２つの透過率値Ｔｕ〔%〕、Ｔｄ〔%〕
の差Ｔ_diff〔%〕を本発明におけるヒステリシスパラメ
ータとして定義する。このヒステリシスに関しては、上
述のように実際の駆動時における影響は原理的にはほと
んど考慮しなくてもよいわけであるが、Ｔ_diff〔%〕が
およそ５０％を越えるような大きな値となった場合、前
状態の影響が実際の駆動に影響する場合がある。これは
Ｔ_diff〔%〕が大きい場合には潜在的な双安定素子特性
が発現し、黒リセット後においても前状態履歴が残存す
るためであろうと推察される。従って、本発明の液晶素
子においてもヒステリシスパラメータＴ_diff〔%〕を単
安定性の指標として評価し、５０％以下に設定してい
る。

【００５２】次に、本発明の第二の液晶素子では、アク
ティブマトリクス液晶素子であって、自発分極値及び内
部イオンの許容値が特定のレベルに設定されている。以
下この点について説明するが、この説明中において、液
晶及び内部イオンの応答はゲートオン時間と比較すると
十分遅い、すなわちゲートオン期間内での自発分極の反
転及び内部イオンの移動はわずかであるため、ゲートオ
ン期間後の保持時間内での問題として説明している（最
も厳しい条件設定をしていることになる）。

【００５３】アクティブマトリクスセルには通常ストレ
ージキャパシタンスと呼ばれる容量Ｃ_Sが液晶容量Ｃ_LC
と並列になるよう付与されているため、駆動電圧Ｖ_OPを
印加した際には、液晶素子内には電荷Ｑとして、Ｑ＝Ｖ
_OP×（Ｃ_LC＋Ｃ_S）だけの電荷が注入される。次いで、
電荷注入された後、自発分極の反転及び内部イオンの再
配置、即ちアクティブマトリクス駆動で、ある一画素で
の選択期間の開始時から次の選択期間の開始時までの期
間（例えば１フレーム、１フィールド期間）において、
液晶層で印加される電圧によってセル内でイオンが移動
し、セル厚方向で新たなイオン分布へと再構築される現
象がが発生する。

【００５４】この電荷の移動量は、自発分極の反転分が
２×Ｐ_S、内部イオンの再配置分がＱ_tであるため、「２
×Ｐ_S＋Ｑ_t」だけの電荷が移動することになる。

【００５５】尚、ここでいうＰ_Sの値は液晶配向の変化
に寄与した自発分極の値であって、液晶材料物性値で言
うところのＰＳ値とは異なる場合がある。すなわち、仮
に５０％透過率を得るために液晶分子がセル内において
５０％分反転したと仮定すると、内部電荷の移動に寄与
した自発分極値は液晶材料物性値で言うところのＰ_S値
（Ｐｓ0）の５０％の値となる。但し、飽和電圧以上の
電圧を与えられて、全液晶分子がスイッチングした場合
は、このＰｓ値がＰｓ0と等しくなるため、結局Ｐｓ値
は、液晶材料物性値のＰ_S値を考えればよい。

【００５６】一方、内部イオンの再配置分Ｑ_tは、まさ
に実際の駆動条件（電圧及び周波数）で関与する分であ
る。

【００５７】液晶の抵抗値が低い場合、オーミックな抵
抗成分を流れる電荷によってもセル内に残存する電荷量
Ｑ_restが減少する。ＴＦＴを実際に駆動するにあたり６
０Hz駆動を想定した場合、１フレーム期間は16.7msであ
り、この期間内で、オーミックな抵抗成分による電圧減
少分を１０％以下にするためには、液晶の体積抵抗値を
５×１０¹¹Ωcm以上（2μmセルでの実液晶抵抗値が１．
０×１０⁸Ω）にする必要がある（液晶の誘電率εを
３．５〜７、セル厚を１〜２μmとして、液晶層の容量
は１．５〜６．２〔nF/cm²〕より、ＣＲ時定数で計
算）。

【００５８】逆に、上記の条件内であれば、電圧降下
は、下記に説明するその他の要因が支配的になることに
なる。

【００５９】以下、オーミックな抵抗成分以外の要因に
よる電圧降下を説明する。

【００６０】スイッチング完了及び内部イオンの再配置
が完了した後のセル内に残存する電荷量はＱ_restは、Ｑ
_rest＝Ｖ_OP×（Ｃ_LC＋Ｃ_S）−（２×Ｐ_S＋Ｑ_t）とな
る。そして、上式で表された残存電荷量から内部電圧の
値Ｖ_restが決定され、この値と印加電圧Ｖ_OPとの比によ
って電圧保持率ＨＶＲが決定される。すなわち、ＨＶＲ
＝Ｖ_rest／Ｖ_OP＝〔｛Ｖ_OP×（Ｃ_LC＋Ｃ_S）−（２×Ｐ_S
＋Ｑ_t）｝／（Ｃ_LC＋Ｃ_S）〕／Ｖ_OP＝１−（２×Ｐ_S＋
Ｑ_t）／｛Ｖ_OP×（Ｃ_CL＋Ｃ_S）｝となる。

【００６１】一般的な液晶ディスプレイとして、６０Hz
駆動のマトリクス駆動（１フレーム期間は１６．７ｍ
ｓ）を想定し、液晶の誘電率εを３〜６、セル厚を１〜
２μmとして、液晶層の容量は１．３〜５．３〔nF/c
m²〕、駆動最大電圧を５Ｖとする。この時、上式の「Ｑ
_t」の最大値は、５V、１６．７msのパルス内で測定され
るＱ_tとなる。ここで、１０〜２０インチサイズのＸＧ
Ａ〜ＳＸＧＡパネルを想定し、開口率をある程度以上確
保するためには、保持容量Ｃ_Sは、液晶層の容量Ｃ_LCの
５倍以内とする必要がある。

【００６２】電圧保持率の好ましい値として５０％以上
として、上式の「２×Ｐ_S＋Ｑ_t」は、３０〔nC/cm²〕以
下にする必要がある。また、電圧保持率のより好ましい
値として８０％以上とすると、「２×Ｐ_S＋Ｑ_t」は、１
２〔nC/cm²〕以下にする必要がある。

【００６３】また、ゲートオン期間（ＸＧＡ〜ＳＸＧＡ
パネルを想定した場合ゲートオン期間は最小１６．３μ
ｓ）内にＶ_OP×（Ｃ_LC＋Ｃ_S）だけの電荷注入が完了す
るよう、ＴＦＴのモビリティー値を設定する必要があ
る。

【００６４】以上述べたように、こうしたイオン量の条
件、特に「２×Ｐ_S＋Ｑ_t」の値を３０〔nC/cm²〕以下、
好ましくは１２〔nC/cm²〕以下にするために液晶材料や
配向膜材料を適宜選択し、必要に応じて精製等を行う必
要がある。

【００６５】本発明者らは、特に液晶組成物中のエステ
ル骨格を有している化合物の含有比率に着目し鋭意検討
したところ、その「エステル骨格化合物の含有比率」が
５０％以下であれば、５Ｖ、１６．７ｍｓのパルス内で
測定される実効Ｑ_tを３０〔nC/cm²〕以下にする事が出
来、さらにエステル骨格化合物の含有比率が２０％以下
であれば、５V、１６．７ｍｓのパルス内で測定される
実効Ｑｔを１２〔nC/cm²〕以下にする事が出来る結果を
得た。

【００６６】ここで、Ｐ_Sの大きさは、カイラル成分の
比率を変えることでほぼ自由に（０〜数十の範囲で）設
定することが可能なため、Ｐ_Sが最小値０に近い場合を
想定した。

【００６７】尚、特公平６−１０５３３２には、Ｃｈ相
−ＳｍＣ^*相転移系列を有する液晶材料を用いて、電圧
無印加時に単安定状態をとり得る液晶素子について、交
流駆動することが開示されている。しかしながら、当該
公報に記載の液晶素子では、印加電圧−透過光強度を見
ると、メモリー状態を有する電圧レンジが存在し、ヒス
テリシスも大きく、印加電圧増加に対する透過率上昇の
仕方も実質的に閾値を有しており、急峻である故にアク
ティブマトリクス駆動を用いても安定的な階調制御を行
うことができない。また、当該公報記載の素子では、液
晶材料としてエステル系化合物を主成分として用いてお
り、液晶材料中の不純物の除去が困難であり、液晶純度
を十分に高くすることはできず、アクティブマトリクス
駆動における電圧保持率を確保できないといった観点か
ら、当該駆動には不適である。

【００６８】以下、図１１を参照して本発明の液晶素子
の一実施形態について説明する。

【００６９】同図に示す液晶素子８０では、一対のガラ
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間にカイラルスメクチック相を示す液晶８５
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。

【００７０】基板８１ａ、８１ｂには、夫々液晶８５に
電圧を印加するためのＩｎ₂Ｏ₃、ＩＴＯ等の材料からな
る電極８２ａ、８２ｂが例えばストライプ状に設けられ
ており、これらが互いに交差してマトリックス電極構造
（単純マトリックス）を形成している。また、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（Metal-Insu
lator-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にすることが好ましい。

【００７１】電極８２ａ，８２ｂ上には、必要に応じて
これらのショートを防止する等の機能を持つＳｉＯ₂、
ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅等の材料からなる絶縁膜８３ａ，８
３ｂが夫々設けられる。

【００７２】更に、絶縁膜８３ａ，８３ｂ上には、液晶
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
ール等の有機材料を溶液塗工した膜の表面にラビング処
理（例えば同図に示す矢印Ａの方向）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。尚、配向制御膜８４ａ，８４ｂについ
ては、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。

【００７３】また、配向制御膜８４ａ，８４ｂがいずれ
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
料に応じて平行、反平行、あるいは４５°以下の範囲で
クロスするように設定するすることができる。

【００７４】尚、配向制御膜としては、少なくとも一方
の基板において有機膜を用い、且つリタデーションの値
が、有機配向膜が十分延伸されることが一軸配向規制の
起源と考えられることから、０．０５ｎｍ以上の大きさ
とすることが好ましい。

【００７５】本発明の液晶素子において、電圧無印加時
の液晶分子（平均分子軸）の単安定化のためには一軸配
向規制力が十分大きいことが必要となる。この配向規制
力に関して、コレステリック液晶を用いて配向規制力を
評価する方法が内田ら（Liquid Crystals, 5, p.1127(1
989)）によって提案されている。すなわちコレステリッ
ク相での螺旋ピッチと配向規制力とのトルクバランスに
よって決定される「実効ねじれ角」を評価することによ
り配向規制力が評価できる。本発明でもこの考えを用い
てこの一軸配向規制力を以下のように定義する。本発明
の素子においてＣｈ相が存在する場合、Ｃｈ相における
コレステリックピッチをｐ、及びセル厚ｄｇとすると、
配向規制力が存在しない場合、セル内でのねじれ角φと
すると、ｄｇ／ｐ＝φ／２πなる関係となる。また、上
下基板において平行に一軸配向規制されており、配向規
制力が無限大である場合にはφはゼロとなる。尚、この
φの値は内田らの報告と同様に、偏光顕微鏡下において
旋光性を測定することにより容易に評価できる。すなわ
ち、セル中では配向規制力によって本来のピッチｐより
大きい仮想ピッチｐ^*（＝２π・ｄｇ／φ）を有してお
り、ｐ^*＝ｐのとき配向規制力ゼロ、ｐ^*＝無限大のとき
配向規制力も無限大であると言い換えることができる。

【００７６】本発明では単安定化のためには少なくとも
ｐ*≧２×ｐとなることが好ましい。ｐ^*≧１０×ｐとな
ることがより好ましい。これらの値となるようなことを
考慮して一軸配向処理条件（ラビング条件等）、配向膜
厚、配向膜種、焼成条件等を適宜調整することが好まし
い。

【００７７】基板８１ａ及び８１ｂは、スペーサー８６
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。

【００７８】スペーサー８６に加えて、基板１１ａ及び
１１ｂ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）。

【００７９】上記構造の液晶素子８０では、カイラルス
メクチック相を示す液晶８５については、その材料の組
成を調整し、好ましくはエステル骨格を有している化合
物の含有比率が５０％以下であれば、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、前述の図３
（ｂ）、図６、７に示すように、電圧無印加時では、該
液晶の平均分子軸（液晶分子）が平均一軸配向処理軸と
実質的に一致し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、
電圧無印加時と同様に平均一軸配向処理軸と実質的に一
致し、印加電圧の大きさによってもチルトしないような
特性を示すようににする。好ましくは、カイラルスメク
チック相を示す液晶材料として降温下でＩ相−Ｃｈ相−
ＳｍＣ^*相の相転移系列又はＩ相−ＳｍＣ^*相の相転移系
列を示すものを用い、前述した１）〜４）の処理により
ＳｍＣ^*相でメモリ性を消失された状態を形成する。

【００８０】更に、液晶材料等の調整により、前述した
ようなγ、ヒステリス特性及びイオン量の設定とする。

【００８１】加えて、カイラルスメクチック相を示す液
晶のパルク状態でのらせんピッチをセルギャップの２倍
以上に設定することが好ましい。

【００８２】このような特性下において、基板８１ａ及
び８１ｂの少なくとも一方側に偏光板を設け、電圧無印
加の状態で最暗状態となるようにセルを配置し、電圧印
加時には、このようなチルト角の連続的な変化に伴い、
例えば図８に示すような特性で素子の透過光量（出射光
量）を電圧変化に伴いアナログ的に制御することができ
る。

【００８３】当該液晶素子では、基板８１ａ及び８１ｂ
の一方側にに少なくともＲ，Ｇ，Ｂのカラーフィルター
を設けたカラー液晶素子としてもよい。

【００８４】尚、当該液晶素子は、基板８１ａ及び８１
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
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に反
射性材料を用い入射光及び反射光を変調し、入射光と同
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。

【００８５】本発明では、上述の液晶素子に対して階調
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、及び液晶部分の透過光量が連続的
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。

【００８６】図１２〜１４を参照して、本発明の液晶素
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。

【００８７】図１２は、当該素子を、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。

【００８８】図１２に示す構成では、液晶素子に相当す
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Ｇ１、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Ｓ１、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（ＴＦ
Ｔ）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５x５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、ＭＩＭ（素子を用い
ることもできる。ゲート線Ｇ１、Ｇ２…はＴＦＴ９４の
ゲート電極（図示せず）に接続され、ソース線Ｓ１、Ｓ
２…はＴＦＴ９４のソース電極（図示せず）に接続さ
れ、画素電極１５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によりゲート線Ｇ１、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Ｓ
１、Ｓ２…に供給され、ＴＦＴ９４を介して各画素電極
に印加される。

【００８９】図１３は、図１２に示すようなパネル構成
における各画素部分（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９
５を備えるアクティブマトリクス基板２０と共通電極４
２を備えた対向基板４０間に、自発分極を有する液晶層
４９が挟持され、液晶容量（Ｃ_LC）３１が構成されてい
る。

【００９０】アクティブマトリクス基板２０について
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１２に示すゲート線Ｇ１、Ｇ２…
に接続したゲート電極５０上に窒化シリコン（ＳｉNx）
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２４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。ソース電極２７は図１２に示すソース線Ｓ１、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、ＴＦＴ
９４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２２にゲートパ
ルスが印加されオン状態となる。

【００９１】更に、アクティブマトリクス基板２０にお
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５０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、開口率の低下するため、ＩＴＯ膜等の透明導電膜に
より形成される。

【００９２】アクティブマトリクス基板２０のＴＦＴ１
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３２ａが設けられている。

【００９３】一方、対向基板４０では、ガラス基板４１
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３２ｂが積層されている。

【００９４】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）。

【００９５】上記構造のパネルの画素部分において、液
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。そし
て、液晶層４９は、図３、６、７、及び８に示すような
配向状態及び光学特性を示すように設定される。

【００９６】尚、図１２及び１３に示すようなパネル構
成において、アクティブマトリクス基板として、多結晶
Ｓｉ（ｐ−Ｓｉ）ＴＦＴを備えた基板を用いることがで
きる。

【００９７】図１３に示すパネルの画素部分の等価回路
を図１４に示す。

【００９８】図１４及び図１５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。本発明の液晶装置におけるアクティ
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１５に示す１Ｆ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状
態を形成する。以下では、液晶層４９が図８に示すよう
な光学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。

【００９９】図１５（ａ）は、一画素を着目した際に、
当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。上記構造の液晶装置では、各フィールド
毎にゲート線Ｇ１、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Ｔ
ＦＴ９４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２
２に電圧が加わらずＴＦＴ１２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。

【０１００】図１５（ｂ）は、当該画素の情報信号線
（ソース線）に印加される電圧Ｖｓを示す。図１５
（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２２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Ｓ１、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。

【０１０１】ここで、１フレームを構成する第一のフィ
ールド（１Ｆ）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図８に示すような電圧−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、ＴＦＴ１４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２８を介して画素電極（９５）に印加さ
れ、液晶容量（Ｃlc）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Ｔ
offにおいてＴＦＴ１４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Ｃlc）３
１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１フィ
ールド１Ｆの期間を通して電圧Ｖｘが印加される。

【０１０２】次に、第二のフィールド（２Ｆ）の選択期
間Ｔｏｎでは、第一のフィールド１Ｆ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、ＴＦＴ１４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（Ｃlc）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ＴＦＴ１４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Ｃlc）３１及び保持容量（Ｃｓ）３
２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２Ｆ期間を通し
て電圧−Ｖｘが印加される。

【０１０３】図１５（ｃ）は、上述したような当該画素
の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１５（ｄ）は当該画素で
の液晶の実際の光学応答（透過型液晶素子した場合での
光学応答）を模式的に示す。（ｃ）に示すように、２フ
ィールド１Ｆ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、（ｄ）に示すように第一フィールド１Ｆでは、図８
に示す特性に基づいてＶｘに応じた階調表示状態（透過
光量）が得られ、第二フィールド２Ｆでは、−Ｖｘによ
り透過光量が実質的に０レベルとなる。従って、１フレ
ーム全体では、Ｔｘと０を平均した透過光量が得られ
る。

【０１０４】上述したようなアクティブマトリクス駆動
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
の第一フィールドと低い透過光量の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が防止す
る。

【０１０５】上記のメカニズムのため、情報信号電圧Ｖ
ｓについては、図８に示す特性に沿って、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１Ｆ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が好ましい。

【０１０６】

【実施例】（実施例1） （液晶セルの作製）透明電極（電極面積1cm²）として70
0ÅのITO膜を形成した厚さ１.１ の一対のガラス基板
を用意した。該基板の透明電極上に、TFT配向膜として
市販のSE-7992（日産化学社製）をスピンコート法によ
り塗布し、その後、80℃5分間の前乾燥を行なった後、2
00℃で1時間加熱焼成を施し膜厚200Åのポリイミド被膜
を得た。なお、この配向膜を用いたセル中にＴＦＴ用高
純度液晶材料として市販のＫＮ５０１５ＬＡ（チッソ社
製）を注入してイオン量を測定したところ、測定限界以
下となっていた。したがって、この配向膜からの不純物
イオンの発生はないと考えられることから、以下の実施
例における不純物の量は全て液晶材料自身の有する不純
物イオン量であるとみなすこととする。

【０１０７】続いて、当該基板上のポリイミド膜に対し
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。ラビング処理の条件は、径10 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0.3 、送り速度10/sec、回転数1000r
pm、送り回数4回とした。

【０１０８】続いて、一方の基板上にスペーサーとし
て、平均粒径1．6μmのシリカビーズを散布し、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、均一なセルギャップ（1．55μ
m）のセル（単画素の空セル）を得た。

【０１０９】なお、このセルの複屈折位相差（リタデー
ション）を下記方法により測定したところ、0．08nmで
あった。

【０１１０】屈折位相差（リタデーション）の測定は以
下の通りである。

【０１１１】装置は、株式会社オーク製作所製 自動複
屈折測定装置ＡＤＲ−３００ＬＣ−Ａを用いた。本装置
は、Ｘ−Ｙ自動位置決めステージおよび専用光学系を有
した本体と電源ボックス、制御パソコンなどから構成さ
れている。また光学系はＨｅ−Ｎｅレーザを使用してい
る。

【０１１２】測定は、入射角０゜（垂直入射）でレーザ
を入射し、測定基板をセットしたステージを360゜回転
させ、検出された複屈折位相差の値から、屈折率楕円体
を計算して求めている。

【０１１３】実際の測定は、次のように行った。

【０１１４】７５角のITO基板に、配向膜を所定の膜厚
で塗布、焼成し、本装置にセットした。これは、ガラス
基板と配向膜下地の複屈折の影響を除くために行う（バ
ックグラウンド測定）ものである。

【０１１５】ここで、入射方位角０゜傾斜角０゜にセッ
トし所定の配向膜の屈折率、膜厚を入力し測定を開始し
た。このときの測定ポイントは８１ポイントを測定しそ
の平均を得た。

【０１１６】次に、この基板を取り出し、所定の条件で
ラビングし、同様の操作を行った。測定後、ラビング後
の複屈折位相差データからバックグラウンドの複屈折位
相差データを引くことで、所定の複屈折位相差（リタデ
ーション）が求められる。

【０１１７】（アクティブマトリクスセルの作成）上記
同様の材料、および条件の透明電極、ポリイミド配向膜
を用い、さらに、一方の基板を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
マトリクス基板とし、一方の基板にＲ，Ｇ，Ｂのカラー
フィルターを有し、図１０に示す画素構造のアクティブ
マトリクスセル（パネル）を作製した。なおＴＦＴにお
けるストレージキャパシタンス（C_S）は夫々の液晶の容
量（C_LC）の5倍となるように設定した。画面サイズは1
0．4インチ、画素数は800×600×ＲＧＢとした。

【０１１８】（液晶組成物の調製）下記液晶性化合物を
それぞれ下記の重量比率で混合し、液晶組成物A〜Gを調
整した。

【０１１９】

【表１】

【０１２０】上記液晶組成物A〜Gの物性パラメータとし
て等方相からの降温時の相転移温度を表２に、Tc-T=10
℃における自発分極、チルト角、SmC^*相でのらせんピッ
チを表３に示す。

【０１２１】

【表２】

【０１２２】

【表３】

【０１２３】上記のプロセスで作製した単画素セル
（1）及びアクティブマトリクスセル（2）の夫々に液晶
組成物A〜Gを等方相の温度で注入し、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、夫々液晶素
子サンプルA（1）〜G（1）、A（2）〜G（2）を作製し
た。この冷却の際、Ch-SmC*相転移前後において−３Ｖ
のオフセット（直流）電圧を印加して冷却する処理を行
った。かかるサンプルについて下記の評価を行なった。

【０１２４】１．配向状態 素子サンプルA（1）〜G（1）の液晶の配向状態について
偏光顕微鏡観察を行なった。

【０１２５】その結果、最暗軸がラビング方向とほぼ平
行となる配向状態であり、かつ層法線方向がセル全体で
一方向しかないほぼ均一な配向状態が観測された。

【０１２６】２．三角波応答 液晶素子が示す電気光学応答を測定するために、素子サ
ンプルA（1）〜G（1）についてセルをクロスニコル下で
フォトマルチプライヤー付き偏光顕微鏡に、ラビング方
向に偏光軸をあわせて暗視野となるように配置した。

【０１２７】これにTc-T=10℃において±5V、0.2Hzの三
角波を印加した際の光学応答を観測すると、正極性への
応答は電圧強度を上げるとそれに応じて徐々に透過光量
が増加していくのに対し、一方負極性への応答では、電
界無印加時の黒状態から実質的に透過光量が変化しない
ことがわかった。

【０１２８】また、正極性電圧を印加した状態（白表
示）から電圧を切ると、黒状態へ緩和（スイッチング）
する事が確認された。

【０１２９】また、この光学応答から分かる通り、いず
れの素子サンプルにおいてもγ特性が緩やかで立ち上が
りの閾値は明確に存在しない結果となっている。すなわ
ち立ち上がり曲線において透過光量が最大透過光量の５
％に達する電圧をＶ_5%、透過光量が最大透過光量の９５
％に達する電圧をＶ_95%とし、γ＝Ｖ_95%／Ｖ_5%と定義す
ると、γの値はいずれの素子サンプルにおいても５以上
の値を示していた。この結果から連続階調性に優れてい
ることが分かる。

【０１３０】次いで、ヒステリシス量の評価を行った。
ここで、三角波応答曲線における立ち上がり時において
透過光量が最大透過光量の５０％に達する電圧をＶ_u、
立ち下がり時において透過光量が最大透過光量の５０％
に達する電圧をＶ_dと定義し、（Ｖ_u＋Ｖ_d）／２の電圧
を印加したときにとりうる２つの透過光量値Ｔ_u、Ｔ_dの
差Ｔ_diffをそれぞれのサンプルについて評価した。結果
を表４に示す。

【０１３１】

【表４】

【０１３２】この結果から、素子サンプルA(1)及びB(1)
に関しては、ヒステリシスの値が50（％）を越えており
TFT駆動における階調表示性に問題が生じるものとなっ
ているが、素子サンプルC(1)〜G(1)に関しては、ヒステ
リシスも小さく良好な階調表示性能が期待できるものと
なっている。

【０１３３】３．矩形波応答 素子サンプルA（1）〜G（1）について、三角波応答と同
様の装置を用いて、60Ｈｚの矩形波を印加して電圧（＋
５Ｖ〜−５Ｖの範囲）を変化させながら光学レベルを測
定した。

【０１３４】その結果、全ての素子が正極性の電圧のみ
に応答し、電圧レベルを変えることで輝度レベルを変化
させることが可能であった。しかしながら、素子サンプ
ルA(1)及びB(1)については、上述のヒステリシスが大き
いため、その光学応答は前状態に依存し、安定した中間
調が得られることは出来ない素子であった。

【０１３５】それに対し、素子サンプルC(1)〜G(1)につ
いては、上述のヒステリシスが小さいため、その光学応
答は前状態には依存せず安定した中間調が得られること
が確認できた。したがって、素子サンプルC(1)〜G(1)に
ついては、TFTアクティブマトリックス駆動による振幅
変調によりアナログ階調表示が可能である。

【０１３６】また、この正極性の矩形波電圧（飽和電圧
は全て約５ｖ）印加による、立ち上がり時間（最暗状態
から、所定の電圧印加により得ようとする透過率の９０
％の透過率となる時間）と、立ち下がり時間（所定の電
圧での飽和透過率状態から当該透過率の１０％の透過率
となる時間）での応答速度は、高電圧（５Ｖ程度）印加
の際には、夫々０．６〜０．９ｍｓ、０．２〜０．３ｍ
ｓであり、低電圧（１Ｖ程度）印加の際には、夫々１．
６〜２．１ｍｓ、０．３〜０．５ｍｓであり、一般的な
ネマチック液晶でのスイッチングに比較しても高速応答
性が確認された。

【０１３７】４．イオン量及び電圧保持率の測定 素子サンプルA（1）〜G（1）について、Tc-T=10℃にお
ける内部イオンの再配置分（Qt）ならびに電圧保持率、
セルでの実液晶抵抗値の測定を行なった。

【０１３８】結果を表５〜表７に示す。ここで、表6中
の液晶の体積抵抗値は、セルギャップ2μmのAl電極セル
中で測定された値であるが、素子サンプルA（1）〜G
（1）の実液晶抵抗値から算出される値とほぼ完全に一
致している。また、表７中の算出電圧保持率は、セルで
の実液晶抵抗値と液晶容量（2nF）から時定数計算され
たものである。

【０１３９】測定には株式会社東陽テクニカ社製液晶電
圧保持率測定システム（VHR-1A/S型）ならびに液晶セル
イオン密度測定システムを用い、印加電圧は±5Vとし、
ゲート信号オフ時から16．7msec後の内部電圧の値を測
定し、印加電圧5Vとの比を算出することにより夫々のサ
ンプルにおける電圧保持率を求めた。

【０１４０】

【表５】

【０１４１】

【表６】

【０１４２】

【表７】

【０１４３】5.パネル評価TFTを用いたアクティブマト
リクスパネルであるサンプルA（2）〜G（2）を用いてパ
ネルの画質評価を主観評価した。その結果を表８に示
す。

【０１４４】

【表８】

【０１４５】この結果から分かる通り、C(2)及びD(2)は
やや暗いが、色再現性や残像の問題はなく、高速応答性
能による動画像の表示も良好な高画質の液晶ディスプレ
イが実現出来ている。さらに、E(2)、F(2)、G(2)は、明
るく、残像もない、色再現性や動画像の表示も良好な高
画質の液晶ディスプレイが実現されている。

【０１４６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
カイラルスメクチック相を示す液晶を用いた液晶素子で
あって、高速応答且つ階調制御が可能であり、動画質に
優れた液晶素子が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）及び（ｂ）：ＳＳＦＬＣ型の素子におけ
る液晶配向状態での液晶分子及び液晶の層構造を示す模
式図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）：図１（ａ）及び（ｂ）に示
す液晶配向状態における、ダイレクタを示す模式図。

【図３】（ａ）：ＳＳＦＬＣにおける各液晶相での配向
状態を示す模式図。 （ｂ）：本発明の液晶素子の一態様における各液晶相で
の配向状態を示す模式図。

【図４】（ａ）〜（ｃ）カイラルスメクチック液晶を用
いた素子におけるポテンシャルの状態について示す模式
図。

【図５】本発明の液晶素子の一態様におけるカイラルス
メクチック液晶相での配向状態を示す模式図。

【図６】（ａ）〜（ｃ）：本発明の液晶素子の一態様に
おけるカイラルスメクチック液晶相での電圧印加による
液晶分子の反転挙動を示す模式図。

【図７】（ａ）：本発明の液晶素子における液晶の配向
状態の一例を示す模式図。 （ｂ）：本発明の液晶素子における液晶の配向状態の他
の例を示す模式図。

【図８】本発明の液晶素子における電圧−透過率特性の
一例を示す線図。

【図９】（ａ）及び（ｂ）：ＳＳＦＬＣにおける双安定
配向状態でのポテンシャルの状態をＣ１配向状態、Ｃ２
配向状態の夫々について示す模式図。

【図１０】（ａ）及び（ｂ）：本発明の液晶素子におけ
る配向状態でのポテンシャルの状態をＣ１配向状態、Ｃ
２配向状態の夫々について示す模式図。

【図１１】本発明の液晶素子の一実施態様を示す断面
図。

【図１２】本発明の液晶素子をアクティブマトリクス型
の素子に適用した場合の構成例を示す平面図。

【図１３】本発明の液晶素子をアクティブマトリクス型
の素子に適用した場合の一画素の構成例を示す断面図。

【図１４】図１３に示す素子構造の等価回路を示す図。

【図１５】本発明の液晶素子をアクティブマトリクス駆
動する際の駆動波形及び光学特性の一例を示す図。

【図１６】本発明の液晶素子における電圧−透過率特性
の他の例を示す線図。

【符号の説明】

１１、１２ 基板 １３ 液晶 １４，１４ａ，１４ｂ，１４Ｃ 液晶分子 １５ コーン １６ スメクチック層 １７ コーン底面 １８ａ，１８ｂ Ｃダイレクタ ８１ａ，８１ｂ 基板 ８２ａ，８２ｂ 電極 ８３ａ、８３ｂ 絶縁膜 ８４ａ，８４ｂ 配向制御膜 ８５ カイラルスメクチック液晶 ８６ スペーサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 門叶 剛司 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 森 省誠 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 森山 孝志 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 中村 真一 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 NA43 NA53 NC34 NC35 NC38 ND06 ND17 ND32 NE04 NF20 NH02 NH15 NH18

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カイラルスメクチック液晶と、該カイラ
   ルスメクチック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、 電圧無印加時では、該液晶の平均分子軸が単安定化され
   た第一の状態を示し、第一の極性の電圧印加時には、該
   液晶の平均分子軸は印加電圧の大きさに応じた角度で該
   単安定化された位置から一方の側にチルトし、該第一の
   極性とは逆極性の第二の極性の電圧印加時には、該液晶
   の平均分子軸は該単安定化された位置を維持すること
   と、 三角波印加時における電圧−素子を通過する光の透過率
   曲線において、第一の極性の電圧印加時における下記γ
   値が３以上でかつ下記ヒステリシスパラメータ値Ｔ_diff
   〔%〕が５０％以下であることを特徴とする液晶素子。 γ＝Ｖ_95%／Ｖ_5% Ｖ_5%：透過率が５％に達する電圧 Ｖ_95%：透過率が９５％に達する電圧 ヒステリシスパラメータ値Ｔ_diff〔%〕＝ Ｔｄ− Ｔｕ Ｖｕ：立ち上がり時において透過率５０％に達する電圧 Ｖｄ：立ち下がり時において透過率５０％に達する電圧 Ｔｕ〔%〕： 上記２つの平均電圧(Vu+Vd)/2印加時の立
   ち上がり曲線での透過率値 Ｔｄ〔%〕： 上記２つの平均電圧(Vu+Vd)/2印加時の立
   ち下がり曲線での透過率値
2. 【請求項２】 前記素子からの出射光量が、前記第一の
   状態において第一の光量となり、前記第一の極性の電圧
   印加時においては、液晶の平均分子軸の所定のチルト状
   態で該第一の光量と最も異なる大きさの第二の光量とな
   り、該出射光量は、前記第一の極性の電圧の大きさによ
   り液晶の平均分子軸の前記単安定化された位置からのチ
   ルトの角度を変化させることで、該第一及び第二の光量
   間で連続的に可変となることを特徴とする請求項１記載
   の液晶素子。
3. 【請求項３】 前記第一の光量が前記液晶素子からの出
   射光量の中で最低値であり、前記第二の光量が、前記素
   子からの出射光量の中で最大値である請求項２記載の液
   晶素子。
4. 【請求項４】 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 −コレステリック
   相−カイラルスメクチック相、又は等方性液体相−カイ
   ラルスメクチックＣ相であることを特徴とする請求項１
   記載の液晶素子。
5. 【請求項５】 前記カイラルスメクチック液晶のバルク
   状態でのらせんピッチはセル厚の２倍より長い請求項1
   記載の液晶素子。
6. 【請求項６】 複数の画素を有し、前記一対の基板のう
   ち一方が、画素に対応する電極に接続したアクティブ素
   子を有する基板であり、アナログ階調表示を行う駆動回
   路を備えたことを特徴とする請求項1記載の液晶素子。
7. 【請求項７】 前記素子からの出射光量が、前記第一の
   状態において第一の光量となり、前記第一の極性の電圧
   印加時においては、液晶の平均分子軸の所定のチルト状
   態で該第一の光量と最も異なる大きさの第二の光量とな
   り、該出射光量は、前記第一の極性の電圧の大きさによ
   り液晶の平均分子軸の前記単安定化された位置からのチ
   ルトの角度を変化させることで、該第一及び第二の光量
   間で連続的に可変となることと、 複数の画素を有し、前記一対の基板のうち一方が、画素
   に対応する電極に接続したアクティブ素子を有する基板
   であり、アクティブマトリクス駆動を行う駆動回路を備
   えることと、 該駆動回路は、一画素において出射光量を変化させて所
   望の階調表示を行う回路であって、所望の階調表示に相
   応する該第一の光量及び該第二の光量間の大きさの光量
   以上を得るための電圧値以上の第一の極性の電圧を印加
   する第一の期間と、該第一の光量を得るための第二の極
   性の電圧を該液晶に印加する第二の期間からなる駆動信
   号を供給するものであり、 該第一の期間及び該第二の期間を合わせた期間で、該所
   望の階調表示を行うことを特徴とする請求項１乃至３の
   いずれかに記載の液晶素子。
8. 【請求項８】 透過型液晶素子である請求項１乃至７の
   いずれかに記載の液晶素子。
9. 【請求項９】 反射型液晶素子である請求項１乃至７の
   いずれかに記載の液晶素子。
10. 【請求項１０】 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を、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を備えた液晶素子であって、 電圧無印加時では、該液晶の平均分子軸が単安定化され
    た第一の状態を示し、第一の極性の電圧印加時には、該
    液晶の平均分子軸は印加電圧の大きさに応じた角度で該
    単安定化された位置から一方の側にチルトし、該第一の
    極性とは逆極性の第二の極性の電圧印加時には、該液晶
    の平均分子軸は該単安定化された位置を維持すること
    と、 前記一対の基板のうち一方が、画素に対応する電極に接
    続したアクティブ素子を有する基板であり、アクティブ
    マトリクス駆動によりアナログ階調表示を行う駆動回路
    を備えたことと、 該カイラルスメクチック液晶の体積抵抗値が５×１０¹¹
    Ωｃｍ以上であり、該液晶の自発分極をＰｓ（ｎＣ／ｃ
    ｍ²）、アクティブマトリクス駆動における一画素の一
    選択期間開始時から次回の選択期間開始時までの期間に
    おける内部イオンの再配置分 をＱｔ（ｎＣ／ｃｍ²）と
    して（２Ｐｓ＋Ｑｔ）が３０（ｎＣ／ｃｍ²）以下であ
    ることを特徴とする液晶素子。
11. 【請求項１１】 前記（２Ｐｓ＋Ｑｔ）が１２（ｎＣ／
    ｃｍ²）以下であることを特徴とする請求項１０記載の
    液晶素子。
12. 【請求項１２】 前記素子からの出射光量が、前記第一
    の状態において第一の光量となり、前記第一の極性の電
    圧印加時においては、液晶の平均分子軸の所定のチルト
    状態において第二の光量となり、該出射光量は、前記第
    一の極性の電圧の大きさにより液晶の平均分子軸の前記
    単安定化された位置からのチルトの角度を変化させるこ
    とで、該第一及び第二の光量間で連続的に可変となるこ
    とを特徴とする請求項１０記載の液晶素子。
13. 【請求項１３】 前記第一の光量が前記液晶素子からの
    出射光量の中で最低値であり、前記第二の光量が、前記
    素子からの出射光量の中で最大値である請求項１２記載
    の液晶素子。
14. 【請求項１４】 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−コレステリック
    相−カイラルスメクチック相、又は等方性液体相−カイ
    ラルスメクチック相であることを特徴とする請求項１０
    記載の液晶素子。
15. 【請求項１５】 前記カイラルスメクチック液晶のバル
    ク状態でのらせんピッチはセル厚の２倍より長い請求項
    1０記載の液晶素子。
16. 【請求項１６】 前記素子からの出射光量が、前記第一
    の状態において第一の光量となり、前記第一の極性の電
    圧印加時においては、液晶の平均分子軸の所定チルト状
    態で該第一の光量とは最も異なる大きさの第二の光量と
    なり、該出射光量は、前記第一の極性の電圧の大きさに
    より液晶の平均分子軸の前記単安定化された位置からの
    チルトの角度を変化させることで、該第一及び第二の光
    量間で連続的に可変となることと、 複数の画素を有し、前記一対の基板のうち一方が、画素
    に対応する電極に接続したアクティブ素子を有する基板
    であり、アクティブマトリクス駆動を行う駆動回路を備
    えることと、 該駆動回路は、一画素において出射光量を変化させて所
    望の階調表示を行う回路であって、所望の階調表示に相
    応する該第一の光量及び該第二の光量間の大きさの光量
    以上を得るための電圧値以上の第一の極性の電圧を印加
    する第一の期間と、該第一の光量を得るための第二の極
    性の電圧を該液晶に印加する第二の期間からなる駆動信
    号を供給するものであり、 該第一の期間及び該第二の期間を合わせた期間で、該所
    望の階調表示を行うことを特徴とする請求項１０記載の
    液晶素子。
17. 【請求項１７】 透過型液晶素子である請求項１０乃至
    １６のいずれかに記載の液晶素子。
18. 【請求項１８】 反射型液晶素子である請求項１０乃至
    １６のいずれかに記載の液晶素子。
19. 【請求項１９】 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た液晶素子であっ
    て、 電圧無印加時では、該液晶の平均分子軸が単安定化され
    た第一の状態を示し、第一の極性の電圧印加時には、該
    液晶の平均分子軸は印加電圧の大きさに応じた角度で該
    単安定化された位置から一方の側にチルトし、該第一の
    極性とは逆極性の第二の極性の電圧印加時には、該液晶
    の平均分子軸は該単安定化された位置を維持すること
    と、 前記一対の基板のうち一方が、画素に対応する電極に接
    続したアクティブ素子を有する基板であり、アクティブ
    マトリクス駆動によりアナログ階調表示を行う駆動回路
    を備えたことと、 該カイラルスメクチック液晶の体積抵抗値が５×１０¹¹
    Ωｃｍ以上であり、該液晶の自発分極をＰｓ（ｎＣ／ｃ
    ｍ²）、アクティブマトリクス駆動における一画素の一
    選択期間開始時から次回の選択期間の開始時までの期間
    における内部イオンの再配置分をＱｔ（ｎＣ／ｃｍ²）
    として（２Ｐｓ＋Ｑｔ）が３０（ｎＣ／ｃｍ²）以下で
    あることと、 三角波印加時における電圧−素子を通過する光の透過率
    曲線において、第一の極性の電圧印加時における下記γ
    値が３以上でかつ下記ヒステリシスパラメータ値Ｔ_diff
    〔%〕が５０％以下であることを特徴とする液晶素子。 γ＝Ｖ_95%／Ｖ_5% Ｖ_5%：透過率が５％に達する電圧 Ｖ_95%：透過率が９５％に達する電圧 ヒステリシスパラメータ値Ｔ_diff〔%〕＝ Ｔｄ− Ｔｕ Ｖｕ：立ち上がり時において透過率５０％に達する電圧 Ｖｄ：立ち下がり時において透過率５０％に達する電圧 Ｔｕ〔%〕： 上記２つの平均電圧(Vu+Vd)/2印加時の立
    ち上がり曲線での透過率値 Ｔｄ〔%〕： 上記２つの平均電圧(Vu+Vd)/2印加時の立
    ち下がり曲線での透過率値
20. 【請求項２０】 前記（２Ｐｓ＋Ｑｔ）が１２（ｎＣ／
    ｃｍ²）以下であることを特徴とする請求項１９記載の
    液晶素子。