JP2000250073A

JP2000250073A - 液晶素子

Info

Publication number: JP2000250073A
Application number: JP4858999A
Authority: JP
Inventors: Takashi Moriyama; 孝志森山; Yasushi Asao; 恭史浅尾; Yoshimasa Mori; 省誠森; Takeshi Togano; 剛司門叶; Masahiro Terada; 匡宏寺田; Shinichi Nakamura; 真一中村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】パネル温度に起因する階調再現性の低下や液
晶素子面内の輝度ムラの発生等を防止する。【解決手段】液晶２を挟み込むように一対の電極３
ａ，３ｂを配置し、一方の電極３ｂにアクティブ素子４
を接続した液晶パネルＰにおいて、一対の電極３ａ，３
ｂの間の電圧保持率の温度依存性が１０℃当たり１０％
以下となるようにする。これにより、液晶パネルＰの温
度が局部的に１０℃程度変動したとしても、液晶２に実
効的に印加される電圧はあまり変化せず、階調再現性の
低下や液晶素子面内の輝度ムラの発生等を防止できる。

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
ー等に用いられる液晶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶を利用して光のスイッチングを行う
液晶パネル（液晶素子）は、従来より種々のものが提案
されている。

【０００３】このような液晶パネルには、ネマチック液
晶を利用すると共に各画素にＴＦＴのような薄膜トラン
ジスタ（アクティブ素子）を配置したアクティブマトリ
クス型の液晶パネルがあり、＊ツイステッドネマチック（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍ
ａｔｉｃ）モードのものや、＊インプレインスイッチング（Ｉｎ−ＰｌａｉｎＳ
ｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードのものや、＊スーパーツイステッドネマチック（ＳｕｐｅｒＴ
ｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モードのもの、等が提案されているが、いずれのモードの場合にも、液
晶の応答速度が遅くて応答に数十ｍｓｅｃ以上の時間が
かかってしまうという問題点があった。

【０００４】なお、上述したツイステッドネマチックモ
ードについての詳細は、「エム・シャット（Ｍ．Ｓｃｈ
ａｄｔ）とダブリュー・ヘルフリッヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒ
ｉｃｈ）著 “ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅ
ｔｔｅｒｓ” 第１８巻、第４号（１９７１年２月１５
日発行）第１２７頁から１２８頁」に示されている。

【０００５】また、インプレインスイッチングモード
は、最近発表されたものであって、横方向電圧を利用
し、ツイステッドネマチックモード液晶パネルの欠点で
あった視野角特性を改善するものである。

【０００６】一方、このようなネマチック液晶と異な
り、スメクチック液晶、特に強誘電性液晶や反強誘電性
液晶等のカイラルスメクチック液晶を利用したもので
は、自発分極による反転スイッチングを行うことによっ
て上述のような応答速度の問題を改善することができ
る。

【０００７】なお、強誘電性液晶を利用した液晶パネル
は、クラーク（Ｃｌａｒｋ）およびラガウェル（Ｌａｇ
ｅｒｗａｌｌ）により提案されたものである（特開昭５
６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４号
明細書）。この強誘電性液晶では、液晶分子の反転スイ
ッチングは、電圧印加の際に液晶分子の自発分極に電圧
が作用してなされるため非常に速い応答速度が得られ
る。また、この強誘電性液晶は、メモリー性を有すると
共に視野角特性も優れていることから、高速、高精細及
び大面積の表示素子あるいはライトバルブに適している
と考えられる。

【０００８】また、反強誘電性液晶としては、最近で
は、３安定性状態を示す反強誘電性液晶が注目されてい
る。この反強誘電性液晶も、上述した強誘電性液晶と同
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。また、この反強誘電性液晶は、電圧を印加しない状
態では、液晶分子は互いの自発分極を打ち消し合うよう
な分子配列構造を取ることが特徴となっている。

【０００９】特に最近では、上述したスメクチック液晶
をアクティブマトリクス型液晶パネルで駆動することに
よって、十分な階調再現性を持たせた上で、動画にも対
応できる高速性を兼ね備えた高品位、高容量の液晶表示
装置を提供しようという動きがある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な自発分極を有するスメクチック液晶をＴＦＴを用いて
アクティブマトリクス駆動する場合、選択された画素に
おいてＴＦＴから注入された電荷は、図７に示すよう
に、まず、液晶分子のスイッチングすなわち自発分極の
反転によって急激に降下し（符号ΔＶ₁ 参照）、その後は、可動性イオンを原因としたオーミックで
ないリーク電流が流れることを原因として、緩やかに降
下する（符号ΔＶ₂ 参照）、こととなる（ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプラ
イド・フィジックス、第３６巻、１９９７年、７２０〜
７２９頁等参照）。

【００１１】したがって、１フレーム間の電圧保持率
は、これらの電圧降下因子（液晶分子の自発分極や可動
性イオン密度）によって決定されるが、これらの電圧降
下因子自体が温度依存性を持っていることから、液晶パ
ネルの環境温度（或はバックライト装置等による加熱）
に応じて、液晶分子の自発分極や可動性イオン密度が変
化してしまい、それに伴って電圧降下の度合い（換言す
れば、アクティブ駆動時の電圧保持率）も変化してしま
う。このため、液晶に実効的に印加される電圧が変化し
てまい、階調再現性の低下やパネル面内の輝度ムラが発
生するという問題があった。

【００１２】なお、これらの温度依存性を考慮して駆動
回路に温度補償プログラムを導入することも考えられる
が、装置が複雑かつ高価になることから好ましくない。

【００１３】そこで、本発明は、階調再現性の低下やパ
ネル面内の輝度ムラの発生を防止する液晶素子を提供す
ることを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記事情を考慮
してなされたものであり、所定間隙を開けた状態に配置
された一対の基板と、これら一対の基板の間に配置され
たカイラルスメクチック液晶と、複数の画素を構成する
と共に該カイラルスメクチック液晶を挟み込むように配
置された一対の電極と、一方の電極に接続されて各画素
毎に配置された複数のアクティブ素子と、を備え、か
つ、前記一対の電極を介して前記カイラルスメクチック
液晶に電圧を印加することにより駆動される液晶素子に
おいて、これら一対の電極における電圧保持率の温度依
存性が１０℃当たり１０％以下である、ことを特徴とす
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図６を参照して、
本発明の実施の形態について説明する。

【００１６】本実施の形態に係る液晶素子Ｐは、図１及
び図２に示すように、所定間隙を開けた状態に配置され
た一対の基板１ａ，１ｂと、これら一対の基板１ａ，１
ｂの間に配置されたカイラルスメクチック液晶２と、複
数の画素を構成すると共に該カイラルスメクチック液晶
２を挟み込むように配置された一対の電極３ａ，３ｂ
と、一方の電極３ｂに接続されて各画素毎に配置された
複数のアクティブ素子４と、を備えており、前記一対の
電極３ａ，３ｂを介して前記カイラルスメクチック液晶
２に電圧を印加することにより駆動されるようになって
いる。そして、これら一対の電極３ａ，３ｂにおける電
圧保持率の温度依存性が１０℃当たり１０％以下であ
る。

【００１７】ここで、これら一対の電極３ａ，３ｂにお
ける電圧保持率の温度依存性を上述の範囲にする方法に
ついて説明する。

【００１８】カイラルスメクチック液晶２に用いる液晶
組成物は、自発分極を付与するための微量のカイラル成
分と、母材としての非カイラル成分と、に大別される
が、本発明者の研究によって、自発分極の温度依存性は
カイラル成分の組成によって決定され、可動性イオン密
度の温度依存性は非カイラル成分の組成によって決定さ
れることが分かった。したがって、一対の電極３ａ，３
ｂにおける電圧保持率の温度依存性を上述の範囲にする
には、カイラル成分の組成及び非カイラル成分の組成を
調整すれば良い。

【００１９】なお、“１０℃の温度変化”と言っても、
１０℃〜２０℃、２０℃〜３０℃及び３０℃〜４０℃と
様々である。理想的には、これらのいずれの場合におい
ても電圧保持率の変化が１０％以下となることが望まし
いが、少なくとも室温近傍での１０℃の温度変化（すな
わち、３５℃〜４５℃）に対して上記条件（すなわち、
電圧保持率の変化が１０％以下という条件）を満たして
いることが望ましい。

【００２０】ところで、上述した基板１ａ，１ｂには、
ガラスやプラスチック等の透明性の高い材料を用いれば
良い。

【００２１】また、電極３ａ，３ｂには、Ｉｎ₂ Ｏ₃ や
ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の材料を
用いれば良く、これらの電極３ａ，３ｂはそれぞれの基
板１ａ，１ｂに形成すると良い。そして、アクティブ素
子４が接続される方の電極３ｂをドット状にマトリック
ス状に配置し、他方の電極３ａは、他方の基板１ａの全
体あるいは所定パターンで形成すると良い。

【００２２】さらに、各電極３ａ，３ｂの表面には、こ
れらの電極間のショートを防止するための絶緑膜５ａ，
５ｂを形成すると良く（図１には絶縁膜５ｂのみ図示、
図３には両方の絶緑膜５ａ，５ｂを図示）、かかる絶緑
膜５ｂは、ＳｉＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 等にて形成
すれば良い。

【００２３】また、カイラルスメクチック液晶２に接す
る位置には、その配向状態を制御する配向制御膜６ａ，
６ｂを配置すると良い。かかる配向制御膜６ａ，６ｂに
は一軸配向処理を施すと良く、その方法としては、＊ポリイミド、ポリイミドアミド、ボリアミド、ポリ
ビニルアルコール等の有機材料からなる溶液を塗布して
膜を形成し、該膜の表面にラビング処理を施す方法や、＊ＳｉＯ等の酸化物や窒化物からなる無機材料を基板
１ａ，１ｂに斜め方向から蒸着させて斜方蒸着膜を形成
する方法、を挙げることができる。なお、この配向制御膜６ａ，６
ｂの材質や一軸配向処理の条件等により、液晶分子のプ
レチルト角（すなわち、配向制御膜６ａ，６ｂの界面近
傍において液晶分子が配向制御膜６ａ，６ｂに対してな
す角度）が調整される。また、一軸配向処理がなされた
配向制御膜６ａ，６ｂをカイラルスメクチック液晶２の
両側に配置する場合におけるそれらの一軸配向処理方向
（特にラビング方向）の関係は、用いる液晶材料を考慮
して、＊平行、＊反平行、＊４５°以下の範囲でクロスする関係、のいずれかになるように設定すれば良い。

【００２４】さらに、基板１ａ，１ｂの間隙にスペーサ
ー（図３の符号８参照）を配置して、かかるスペーサー
８によってその間隙寸法を規定するようにしてもよい。
このスペーサー８にはシリカビーズ等を用いれば良い。
なお、間隙寸法は、液晶材料に応じて調整すれば良い
が、均一な一軸配向性を達成したり、電圧が印加されて
いない状態での液晶分子の平均分子軸を配向処理軸の平
均方向の軸と実質的に一致させるために、０．３〜１０
μｍの範囲に設定することが好ましい。例えば、前記カ
イラルスメクチック液晶２が配置される前記基板１ａ，
１ｂの間隙寸法は、カイラルスメクチック液晶２のバル
ク状態でのらせんピッチの半分以下にすると良い。

【００２５】またさらに、基板１ａ，１ｂの間隙にエポ
キシ樹脂等からなる接着粒子（不図示）を分散配置し
て、両基板１ａ，１ｂの接着性や、液晶素子Ｐの耐衝撃
性を向上させると良い。

【００２６】また、例えば基板１ａ，１ｂの少なくとも
一方にカラーフィルター（不図示）を配置してカラー表
示できるようにしてもよい。

【００２７】さらに、液晶素子Ｐは、透過型としても良
く、反射型としても良い。なお、透過型の場合には、両
基板１ａ，１ｂを透明にすると共に一対の偏光板を液晶
素子Ｐの両側にそれらの偏光軸が互いに直交するように
配置すると良く、反射型の場合には、偏光板を液晶素子
Ｐの少なくとも一方の側に配置すると共に基板１ａ，１
ｂの一方に光を反射させる機能を付与すると良い。ここ
で、光を反射させる機能を付与する方法としては、＊反射板を、基板とは別体に設ける方法や、＊基板自体を反射部材で形成する方法や、＊基板に反射膜を形成する方法、等を挙げることができる。

【００２８】一方、特願平１０−１７７１４５号に記載
の方法を用いて階調制御を行うと良い。すなわち、前記
カイラルスメクチック液晶２は、＊電圧が印加されていない状態では、液晶分子の平均
分子軸が単安定化されている配向状態を示し、＊一の極性の電圧が印加されて駆動される場合には、
該カイラルスメクチック液晶２の平均分子軸は、前記単
安定化された位置から一方の側にチルトし、＊他の極性（前記一の極性に対する逆極性をいう。以
下、同じ）の電圧が印加されて駆動される場合には、該
カイラルスメクチック液晶２の平均分子軸は、前記単安
定化された位置から他方の側（すなわち、前記一の極性
の電圧を印加したときにチルトする側とは反対の側）に
チルトする、ものにすれば良い。

【００２９】なお、前記一の極性或は前記他の極性の電
圧が印加される場合においては、平均分子軸が単安定化
される位置を基準としたチルトされる角度（以下“チル
ト角”とする）は、該電圧の大きさに応じて連続的に変
化する。これにより、前記液晶素子Ｐから出射される光
量は、前記カイラルスメクチック液晶２に印加される電
圧の大きさに応じて連続的に変化することとなって階調
制御が可能となる。なお、このような階調制御を行うに
は、階調信号を供給する駆動回路を液晶素子Ｐに接続す
ると良い。

【００３０】この場合、前記一の極性の電圧が印加され
るときのチルト角の最大値が、前記他の極性の電圧が印
加されるときのチルト角の最大値と異なるようにすると
良い。かかる場合には、前記一の極性の電圧が印加され
た状態で前記液晶素子Ｐから出射される光量の最大値
（以下“第１光量”とする）と、前記他の極性の電圧が
印加された状態で前記液晶素子Ｐから出射される光量の
最大値（以下“第２光量”とする）とが異なることとな
る。

【００３１】また、前記一の極性の電圧が印加されると
きのチルト角の最大値が、前記他の極性の電圧が印加さ
れるときのチルト角の最大値よりも大きくすると良い。
かかる場合には、前記第１光量が前記第２光量よりも多
くなる。

【００３２】具体的には、前記一の極性の電圧が印加さ
れるときのチルト角の最大値が、前記他の極性の電圧が
印加されるときのチルト角の最大値の５倍以上にすると
良い。

【００３３】さらに、前記他の極性の電圧が印加される
ときのチルト角がほぼ０°である、ようにすると良い。

【００３４】またさらに、偏光板を適切に配置すること
により、電圧が印加されていない状態で前記液晶素子か
ら出射される光量（第３光量）がほぼ０となるようにし
ても良い。図４は、そのようにしたカイラルスメクチッ
ク液晶２の電圧−透過光量特性を示す。

【００３５】なお、カイラルスメクチック液晶２が上述
した特性を示すようなものにするには、該液晶２に、＊降温下で等方性液体相（Ｉｓｏ）−コレステリック
相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ^* ）の
相転移系列や、＊等方性液体相（Ｉｓｏ）−カイラルスメクチック相
（ＳｍＣ^* ）の相転移系列、を示すと共に、該液晶２のスメクチック層の法線方向が
実質的に一方向であるものを用い、かつ、下記のいずれ
かの方法によりＳｍＣ^* 相でメモリー性を消失された状
態を形成すれば良い。Ｃｈ−ＳｍＣ^* 相転移の際、またはＩｓｏ−ＳｍＣ
^* 相転移の際に一対の基板間の液晶２に正負いずれかの
ＤＣ電圧を印加する方法異なる材料からなる配向制御膜を液晶２を挟み込む
ように配置する方法液晶２を挟み込むように配置した一対の配向制御膜
について、処理法（膜の形成条件やラビング強度やＵＶ
光照射等の処理条件）を異ならせる方法液晶２を挟み込むように一対の配向制御膜を配置す
ると共に各配向制御膜の裏側（基板側）に下地層をそれ
ぞれ配置し、該下地層の膜種や膜厚を異ならせる方法一方、上述したアクティブ素子４としては、ＴＦＴやＭ
ＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）
等を用いれば良い。

【００３６】ここで、ＴＦＴを用いたアクティブマトリ
クス型液晶素子Ｐの構成の一例を、図１及び図２を参照
して説明する。

【００３７】図に示す液晶素子Ｐは、所定間隙を開けた
状態に配置した一対のガラス基板１ａ，１ｂ、を備えて
おり、一方のガラス基板１ａの全面には、均一な厚みの
共通電極３ａが形成され、共通電極３ａの表面には配向
制御膜６ａが形成されている。

【００３８】また、他方のガラス基板１ｂの側には、図
２に示すように、ゲート線Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，…が図示ｘ方向
に多数配置され、ゲート線Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，…とは絶縁され
た状態のソース線Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，…が図示ｙ方向に多数配
置されている。そして、これらのゲート線Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，
…及びソース線Ｓ₁ ，Ｓ₂ ，…の各交点の画素には、ア
クティブ素子としての薄膜トランジスタ（アモルファス
ＳｉＴＦＴ）４や、ＩＴＯ膜等の透明導電膜からなる画
素電極３ｂ及び保持容量電極７等が配置されている。

【００３９】このうち、アモルファスＳｉＴＦＴ４は、
図１に示すように、ゲート電極１０と、窒化シリコン
（ＳｉＮｘ）からなる絶縁膜（ゲート絶緑膜）５ｂと、
半導体層であるａ−Ｓｉ層１１やｎ＋ａ−Ｓｉ層１２，
１３と、ソース電極１４と、ドレイン電極１５と、チャ
ネルを保護するチャネル保護膜１６と、によって構成さ
れている。すなわち、ガラス基板１ｂには各画素毎にゲ
ート電極１０が形成され、該ゲート電極１０の表面は絶
縁膜５ｂにて覆われ、絶縁膜５ｂの表面であってゲート
電極１０を形成した位置にはａ−Ｓｉ層１１が形成され
ている。また、このａ−Ｓｉ層１１の表面には、互いに
離間するようにｎ＋ａ−Ｓｉ層１２，１３が形成されて
おり、各ｎ＋ａ−Ｓｉ層１２，１３にはソース電極１４
やドレイン電極１５が互いに離間した状態に形成されて
いる。さらに、これらのａ−Ｓｉ層１１や電極１４，１
５を覆うようにチャネル保護膜１６が形成されている。

【００４０】そして、ＴＦＴ４のゲート電極１０は上述
したゲート線Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，…を介して走査信号ドライバ
２０に接続され、ＴＦＴ４のソース電極１４はソース線
Ｓ₁，Ｓ₂ ，…を介して情報信号ドライバ２１に接続さ
れ、ＴＦＴ４のドレイン電極１５は画素電極３ｂに接続
されている。

【００４１】ところで、上述した保持容量電極７はガラ
ス基板１ｂの表面に形成されており、上述した絶縁膜５
ｂは、この保持容量電極７及びガラス基板１ｂを覆う位
置まで形成され、上述したソース電極１４や画素電極３
ｂはこの絶縁膜５ｂの表面に形成されている。これによ
り、保持容量電極７と画素電極３ｂとは、絶縁膜５ｂを
挟んだ状態に配置されることとなり、これらによって、
液晶２と並列の形で設けられた保持容量Ｃｓが構成され
ることとなる（図５参照）。なお、この保持容量電極７
は、面積を大きくした場合における開口率低下を防止す
るため、透明なＩＴＯによって形成すると良い。

【００４２】また、図１に示すように、上述したＴＦＴ
４や画素電極３ｂの表面には配向制御膜６ｂが形成され
ており、その表面には一軸配向処理（ラビング処理）が
施されている。

【００４３】さらに、これらのガラス基板１ａ，１ｂの
間隙であって、画素電極３ｂと共通電極３ａとの間に
は、自発分極を有するカイラルスメクチック液晶２が配
置されていて、液晶容量Ｃｌｃが構成されることとなる
（図５参照）。

【００４４】また、このような液晶素子Ｐの両側には、
互いに偏光軸が直交した関係にある一対の偏光板（不図
示）が配置されている。

【００４５】なお、図１に示す液晶素子Ｐではアモルフ
ァスＳｉＴＦＴ４を用いているが、もちろんこれに限る
必要はなく、多結晶Ｓｉ（ｐ−Ｓｉ）ＴＦＴを用いても
良い。

【００４６】次に、上述した液晶素子Ｐの駆動方法の一
例について説明する。

【００４７】上述した液晶素子Ｐにおいては、走査信号
ドライバ２０から各ゲート線Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，…にはゲート
電圧が線順次に印加され、ＴＦＴ４はゲート電圧が印加
されることによってオン状態となる。

【００４８】一方、ゲート電圧の印加に同期して、情報
信号ドライバ２１からソース線Ｓ₁，Ｓ₂ ，…にはソー
ス電圧（各画素に書き込む情報に応じた情報信号電圧）
が印加される。したがって、ＴＦＴ４がオン状態にある
画素では、ソース電圧がＴＦＴ４及び画素電極３ｂを介
して液晶２に印加され、液晶２のスイッチングが画素単
位で行われる。

【００４９】そして、このような駆動を一定期間（フレ
ーム期間）毎に繰り返し、画像の書き換えを行うように
なっている。

【００５０】なお、図６に示すように、１つのフレーム
期間を複数のフィールド期間Ｆ₁ ，Ｆ₂ ，…に分割し、
各フィールド期間Ｆ₁ ，Ｆ₂ ，…でそれぞれ画像書き換
えを行うようにしてもよい。以下、その駆動方法につい
て説明する。

【００５１】ここで、図６は、各フレーム期間Ｆ₀ を２
つのフィールド期間Ｆ₁ ，Ｆ₂ に分割した例を示す図で
あり、同図(a) は、ある１本のゲート線Ｇ_i にゲート電
圧Ｖｇが印加される様子を示す図、同図(b) は、ある１
本のソース線Ｓ_j にソース電圧Ｖｓが印加される様子を
示す図、同図(c) は、これらゲート線Ｇ_i 及びソース線
Ｓ_j の交差部の画素（すなわち、液晶２）に電圧Ｖｐｉ
ｘが印加される様子を示す図、同図(d) は、当該画素に
おける透過光量の変化を示す図である。

【００５２】いま、ある１本のゲート線Ｇ_i に一定期間
（選択期間Ｔｏｎ）だけゲート電圧Ｖｇが印加され（同
図(a) 参照）、ある１本のソース線Ｓ_j には、ゲート電
圧Ｖｇの印加に同期した選択期間Ｔｏｎに、共通電極３
ａの電位Ｖｃを基準電位としたソース電圧Ｖｓ（＝Ｖ
ｘ）が印加される。すると、当該画素のＴＦＴ４はゲー
ト電圧Ｖｇの印加によってオンされ、ソース電圧Ｖｘが
ＴＦＴ４及び画素電極３ｂを介して印加されて液晶容量
Ｃｌｃ及び保持容量Ｃｓの充電がなされる。

【００５３】ところで、選択期間Ｔｏｎ以外の非選択期
間Ｔｏｆｆには、ゲート電圧Ｖｇは他のゲート線Ｇ₁ ，
Ｇ₂ ，…に印加されていて同図(a) に示すゲート線Ｇ_i
には印加されず、当該画素のＴＦＴ４はオフとなる。し
たがって、液晶容量Ｃｌｃ及び保持容量Ｃｓは、この
間、充電された電荷を保持することとなる（同図(c) 参
照）。これにより、１フィールド期間Ｆ₁ を通じて液晶
２には電圧Ｖｐｉｘ（＝Ｖｘ）が印加され続けることと
なり、１フィールド期間Ｆ₁ を通じてほぼ同じ透過光量
が維持されることとなる（同図(d) 参照）。

【００５４】他のゲート線Ｇ₁ ，Ｇ₂ ，…の走査が終了
すると（すなわち、フィールド期間Ｆ₁ が終了する
と）、上述したゲート線Ｇ_i には再びゲート電圧Ｖｇが
印加され（同図(a) 参照）、これと同期してソース線Ｓ
_j には、先のものとは逆極性のソース電圧−Ｖｘが印加
される（同図(b) 参照）。これによって、ソース電圧−
Ｖｘが液晶容量Ｃｌｃ及び保持容量Ｃｓに充電されると
共に、非選択期間Ｔｏｆｆにおいてはその電荷が保持さ
れる（同図(c) 参照）。

【００５５】ここで、ソース電圧Ｖｓの極性はフィール
ド期間Ｆ₁ ，Ｆ₂ 毎に反転されるため、液晶２に、図４
に示す電圧−透過光量特性のものを用いている場合に
は、正極性のソース電圧Ｖｘが印加されている第１のフ
ィールド期間Ｆ₁ の透過光量Ｔ₁ は多くなり、負極性の
ソース電圧−Ｖｘが印加されている第２のフィールド期
間Ｆ₂ では、Ｖｘの絶対値の大きさにかかわらず透過光
量Ｔ₂ はほぼ０レベルとなる（但し、完全に０にはなら
ないので、人間の目に感じる程度の輝度は確保され
る）。そして、１フレーム期間全体ではＴ₁ とＴ₂ を平
均した透過光量が得られるが、フィールド期間単位で
は、明暗の表示が交互になされることとなる。したがっ
て、動画を表示する場合においてその画質が良好なもの
となる。また、液晶２には、正極性の電圧Ｖｘと負極性
の電圧−Ｖｘが交互に印加されることなるため、液晶２
の劣化が防止される。

【００５６】ここで、正極性のソース電圧Ｖｘの電圧値
は、液晶２の電圧−透過光量特性と、当該画素に書き込
みたい情報（すなわち、当該画素で得ようとする光学状
態又は表示情報）とに基づいて決定すれば良い。但し、
１フレーム期間全体の透過光量は上述のようにＴ₁ とＴ
₂ を平均したものとなることから、例えば図４に示すよ
うにＴ₂ が著しく小さい特性の液晶２を用いる場合に
は、Ｔ₁ の値（すなわち、Ｔ₁ の値を規定するＶｘの電
圧値）はその分を考慮して大きめに設定しておくと良
い。

【００５７】次に、本実施の形態の効果について説明す
る。

【００５８】本実施の形態によれば、一対の電極３ａ，
３ｂにおける電圧保持率の温度依存性が１０℃当たり１
０％以下となるようにしているため、液晶素子Ｐの温度
が局部的に１０℃程度変動したとしても、液晶２に実効
的に印加される電圧はあまり変化せず、階調再現性の低
下や液晶素子面内の輝度ムラの発生等を防止できる。

【００５９】また、本実施の形態によれば、カイラルス
メクチック液晶２を用いて自発分極によるスイッチング
を行っているため、スイッチング時の応答速度を速くで
きる。

【００６０】

【実施例】以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説
明する。

【００６１】（実施例１）本実施例においては、図１及
び図２に示す液晶パネル（液晶素子）Ｐを作成した。

【００６２】なお、基板１ａ，１ｂには、厚さが１．１
ｍｍのガラス基板を用いた。

【００６３】また、共通電極３ａ及び画素電極３ｂは、
７００ÅのＩＴＯ膜にてガラス基板１ａ，１ｂの表面に
形成した。

【００６４】さらに、配向制御膜６ａ，６ｂは、厚さが
５０Åのポリイミド膜にて、共通電極３ａ及び画素電極
３ｂをそれぞれ覆うように形成した。なお、この配向制
御膜６ａ，６ｂは、日産化学社製のＳＥ−７９９２をス
ピンコート法によって塗布し、８０℃の温度での５分間
の前乾燥と２００℃の温度での１時間の加熱焼成とを行
って形成した。また、これらの配向制御膜６ａ，６ｂに
はラビング処理を施した。このラビング処理には、径１
０ｃｍのロールにナイロン布（ＮＦ−７７、帝人社製）
を貼付したラビングロールを用い、ロールの押し込み量
は０．３ｍｍとし、送り速度は１０ｃｍ／ｓｅｃとし、
回転速度は１０００ｒｐｍとし、ラビング処理回数は４
回とした。

【００６５】一方、一対のガラス基板１ａ，１ｂの貼り
合わせは、スペーサー８としてのシリカビーズ（平均粒
径１．４μｍ）を一方のガラス基板１ａに散布すると共
に、両基板のラビング方向が略平行となるようにして行
った。

【００６６】また、本実施例では、カイラルスメクチッ
ク液晶２の調整方法及び組成は以下のようにした。すな
わち、まず、下記に示す１から８までの液晶組成物を、
その右側に併記した重量比率で混合して母材Ｂａｓｅ−
１を作成した。

【００６７】

【化１】そして、このように作成した母材Ｂａｓｅ−１に下記カ
イラル材を２重量％の濃度で混合し、カイラルスメクチ
ック液晶２を作成した。

【００６８】

【化２】なお、作成したカイラルスメクチック液晶２の物性パラ
メータは、以下の通りであった。

【００６９】

【表１】かかる液晶２の液晶セルへの注入は等方相の状態で行
い、液晶注入後にカイラルスメクチック液晶相を示す温
度まで冷却した。なお、該冷却時におけるＣｈ−ＳｍＣ
^* 相転移の際に−５Ｖのオフセット電圧（直流電圧）を
印加した。

【００７０】そして、作成した液晶パネルＰについて、
以下のように、(1) 液晶の配向状態の観測、(2) 光学応
答の観測、及び(3) 電圧保持率の測定を行った。 (1) 液晶の配向状態の観測本実施例にて作成した液晶パネルＰにつき、室温（３０
℃）で電圧を印加しない状態での液晶２の配向状態を偏
光顕微鏡にて観察したところ、最暗軸がラビング方向と
若干ずれた状態であり、かつ層の法線方向がパネル全体
で実質的に一方向しかなく、ほぼ均一な配向状態が観察
された。 (2) 光学応答の観測また、液晶パネルＰ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セットし、電圧を印加しない
状態で液晶パネルＰが暗視野となるように偏光軸を調整
した。そして、室温下で、正極性及び負極性の電圧（±
５Ｖで０．２Ｈｚの三角波の電圧）を液晶パネルＰに印
加し、その光学応答を観測した。

【００７１】その結果、正極性及び負極性のいずれの電
圧を印加した場合にも、液晶パネルＰの透過光量は印加
電圧の大きさに応じて連続的に変化するが、正極性の電
圧を印加した場合の透過光量の最大値は、負極性の電圧
を印加した場合の透過光量の最大値の１０倍程度であっ
た。 (3) 電圧保持率の測定電圧保持率の測定には、東陽テクニカ社製の液晶電圧保
持率測定システムＶＨＲ−１Ａを用いた。

【００７２】ここで、液晶パネルＰの駆動条件は、ゲー
ト電圧の印加時間（ゲートオン時間）を８μｓｅｃと
し、１フィールド期間を８．３３ｍｓｅｃとし、印加電
圧は７Ｖとした。また、ゲートオン時間に対して液晶２
のスイッチング時間は十分に長く、ゲートオン時間内で
の自発分極反転は無視できる条件とした。なお、本発明
における電圧保持率は、印加電圧Ｖｓと１フィールド時
間ｔ１との積Ｖｓ＊ｔ１を基準として、液晶セル電位Ｖ
（ｔ）のプロファイルから以下のように面積比として求
めた。

【００７３】ＶＨＲ（％）＝１００＊∫｜Ｖ（ｔ）｜ｄ
ｔ／（Ｖｓ＊ｔ１）このようにして電圧保持率を、１０℃、３０℃及び４５
℃の各温度下で求めたところ以下のようになり、１０℃
から４５℃の温度範囲では、電圧保持率の温度依存性は
１０℃当たり１０％以下であることが分かった。

【００７４】

【表２】なお、カイラルスメクチック液晶２の自発分極の温度依
存性を調べたところ、以下のようになった。

【００７５】

【表３】本実施例では、上述のように母材液晶Ｂａｓｅ−１に対
して、適切なカイラル成分を選択して混合することで、
液晶２の自発分極の温度依存性と可動性イオン密度の温
度依存性がバランスし、電圧保持率が改善された。

【００７６】なお、本発明者は、上述した母材Ｂａｓｅ
−１（カイラル材を加えない状態のもの）を液晶として
用いて液晶パネルを作成し、かかる液晶パネルについて
も同様に電圧保持率の測定を行った。なお、液晶の液晶
セルへの注入は等方相の状態で行い、液晶注入後にカイ
ラルスメクチック液晶相を示す温度まで冷却した。ま
た、該冷却時におけるオフセット電圧（直流電圧）の印
加は行わなかった。さらに、液晶パネルには保持容量は
形成しなかった。

【００７７】電圧保持率は、下表のように温度上昇に伴
って単調減少したが、これは、可動イオンによる電圧降
下が非カイラル成分によって決定されており、液晶中に
含まれる可動性イオンの易動度の温度依存性の影響が反
映されているもの考えられる。つまり、高温ほどイオン
が液晶中を移動し易くなるため、それだけ多くのリーク
電流が流れ、電圧保持率を低下させているものと考えら
れる。

【００７８】

【表４】（比較例１）本比較例では、実施例１の母材Ｂａｓｅ−
１に、下記カイラル材を８重量％の濃度で混合し、カイ
ラルスメクチック液晶を作成した。

【００７９】

【化３】なお、作成したカイラルスメクチック液晶の物性パラメ
ータは、以下の通りであった。

【００８０】

【表５】かかる液晶の液晶セルへの注入は等方相の状態で行い、
液晶注入後にカイラルスメクチック液晶相を示す温度ま
で冷却した。なお、該冷却時におけるＣｈ−ＳｍＣ^* 相
転移の際に−５Ｖのオフセット電圧（直流電圧）を印加
した。

【００８１】そして、作成した液晶パネルＰについて、
実施例１と同様に、(1) 液晶の配向状態の観測、(2) 光
学応答の観測、及び(3) 電圧保持率の測定を行った。 (1) 液晶の配向状態の観測実施例１と同様の方法で観測を行ったところ、ほぼ均一
な配向状態が観察された。 (2) 光学応答の観測実施例１と同様の方法で観測を行ったところ、正極性及
び負極性のいずれの電圧を印加した場合にも、液晶パネ
ルＰの透過光量は印加電圧の大きさに応じて連続的に変
化するが、正極性の電圧を印加した場合の透過光量の最
大値は、負極性の電圧を印加した場合の透過光量の最大
値の１０倍程度であった。 (3) 電圧保持率の測定実施例１と同様の方法で測定を行ったところ、１０℃か
ら４５℃の温度範囲では、電圧保持率の温度依存性は１
０℃当たり１０％以上であることが分かった。なお、各
温度毎の電圧保持率は以下のようになった。

【００８２】

【表６】なお、カイラルスメクチック液晶の自発分極の温度依存
性を調べたところ、以下のようになった。

【００８３】

【表７】このように、母材液晶に加えるカイラル成分の自発分極
の温度依存性が大きいと、電圧保持率の温度依存性が顕
著になることが分かった。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
一対の電極における電圧保持率の温度依存性が１０℃当
たり１０％以下となるようにしているため、液晶素子の
温度が局部的に１０℃程度変動したとしても、液晶に実
効的に印加される電圧はあまり変化せず、階調再現性の
低下や液晶素子面内の輝度ムラの発生等を防止できる。

【００８５】また、本発明によれば、カイラルスメクチ
ック液晶を用いて自発分極によるスイッチングを行って
いるため、スイッチング時の応答速度を速くできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶パネルの構造の一例を示す断
面図。

【図２】本発明に係る液晶パネルの構造の一例を示す平
面図。

【図３】本発明に係る液晶パネルの構造の一例を示す断
面図。

【図４】液晶の電圧−透過光量の特性の一例を示す図。

【図５】本発明に係る液晶パネルの透過回路を示す図。

【図６】液晶パネルの駆動方法の一例を示すタイミング
チャート図。

【図７】従来の問題点を説明するための図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂガラス基板（基板）２カイラルスメクチック液晶３ａ共通電極（電極）３ｂ画素電極（電極）４ＴＦＴ（アクティブ素子）Ｐ液晶パネル（液晶素子）

フロントページの続き (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)発明者寺田匡宏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） 2H088 EA02 EA12 EA40 FA10 GA02 GA04 GA17 HA08 HA12 HA18 HA21 KA30 LA06 LA07 LA09 MA04 MA10 2H092 GA05 HA04 JA03 JA26 KA05 KA12 NA05 PA08 PA11 RA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定間隙を開けた状態に配置された一対
の基板と、これら一対の基板の間に配置されたカイラル
スメクチック液晶と、複数の画素を構成すると共に該カ
イラルスメクチック液晶を挟み込むように配置された一
対の電極と、一方の電極に接続されて各画素毎に配置さ
れた複数のアクティブ素子と、を備え、かつ、前記一対
の電極を介して前記カイラルスメクチック液晶に電圧を
印加することにより駆動される液晶素子において、これら一対の電極における電圧保持率の温度依存性が１
０℃当たり１０％以下である、ことを特徴とする液晶素子。
【請求項２】前記カイラルスメクチック液晶は、電圧が印加されていない状態では、液晶分子の平均分子
軸が単安定化されている配向状態を示し、一の極性の電圧が印加されて駆動される場合には、該カ
イラルスメクチック液晶の平均分子軸は、前記単安定化
された位置から一方の側にチルトし、かつ、他の極性の電圧が印加されて駆動される場合には、該カ
イラルスメクチック液晶の平均分子軸は、該単安定化さ
れた位置から他方の側にチルトする、ことを特徴とする請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】前記一の極性或は前記他の極性の電圧が
印加される場合における、平均分子軸が単安定化される
位置を基準としたチルトされる角度は、該電圧の大きさ
に応じて連続的に変化する、ことを特徴とする請求項２に記載の液晶素子。
【請求項４】前記一の極性の電圧が印加されることに
よってチルトされる角度の最大値が、前記他の極性の電
圧が印加されることによってチルトされる角度の最大値
と異なる、ことを特徴とする請求項３に記載の液晶素子。
【請求項５】前記一の極性の電圧が印加されることに
よってチルトされる角度の最大値が、前記他の極性の電
圧が印加されることによってチルトされる角度の最大値
よりも大きい、ことを特徴とする請求項４に記載の液晶素子。
【請求項６】前記一の極性の電圧が印加されることに
よってチルトされる角度の最大値が、前記他の極性の電
圧が印加されることによってチルトされる角度の最大値
の５倍以上である、ことを特徴とする請求項５に記載の液晶素子。
【請求項７】前記他の極性の電圧が印加されることに
よってチルトされる角度がほぼ０°である、ことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載
の液晶素子。
【請求項８】前記液晶素子から出射される光量は、前
記カイラルスメクチック液晶に印加される電圧の大きさ
に応じて連続的に変化する、ことを特徴とする請求項３に記載の液晶素子。
【請求項９】前記一の極性の電圧が印加された状態で
前記液晶素子から出射される光量の最大値を第１光量と
し、前記他の極性の電圧が印加された状態で前記液晶素
子から出射される光量の最大値を第２光量とした場合に
おいて、これら第１光量及び第２光量が互いに異なる、ことを特徴とする請求項４に記載の液晶素子。
【請求項１０】前記第１光量が前記第２光量よりも多
い、ことを特徴とする請求項９に記載の液晶素子。
【請求項１１】前記第１光量が前記第２光量の５倍以
上である、ことを特徴とする請求項１０に記載の液晶素子。
【請求項１２】電圧が印加されていない状態で前記液
晶素子から出射される光量を第３光量とした場合におい
て、該第３光量がほぼ０となるように偏光板を配置した、ことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記
載の液晶素子。
【請求項１３】前記カイラルスメクチック液晶は、降
温下で等方性液体相（Ｉｓｏ）−コレステリック相（Ｃ
ｈ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ^*）の相転移
系列や、等方性液体相（Ｉｓｏ）−カイラルスメクチッ
ク相（ＳｍＣ^* ）の相転移系列を示すものであって、該
カイラルスメクチック液晶のスメクチック層の法線方向
が実質的に一方向である、ことを特徴とする請求項７に記載の液晶素子。
【請求項１４】前記カイラルスメクチック液晶が配置
される前記基板の間隙寸法は、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の半分以下である、ことを特徴とする請求項１３に記載の液晶素子。
【請求項１５】階調信号を供給する駆動回路が接続さ
れてなる、ことを特徴とする請求項１３に記載の液晶素子。