JPH06186532A - 液晶電気光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明は，自発分極を有した液晶材料をＴＦＴ
を配した基板で挟持して駆動する時に，液晶には第１の
状態または第２の状態をＴＦＴから供給される極性の異
なる電圧で選択され，液晶の状態維持電圧よりも大きな
電圧を印加しておく必要があり，また，その時のスイッ
チングを容易に行う為には強誘電性液晶の反転しきい値
電圧が０．１〜４Ｖと小さなものが良く，ユニフォーム
配向を呈しているものや，マルチマイクロドメイン配向
を呈しているものが有効である事を示した液晶電気光学
装置に関するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高速、高階調性の液晶デ
ィスプレイを実現する液晶電気光学装置に関する発明で
ある。

【０００２】

【従来の技術】液晶を用いた電子デバイスは、時計や温
度計等に限らず、ワードプロセッサーやラップトップコ
ンピューターやテレビ受像機に至るまで広範な映像機器
への応用が期待されている。

【０００３】液晶自身に自発分極を有する強誘電性液晶
の魅力はクラークやラゲルバルによって広く知らされ
た。また、これと相対する反強誘電性液晶に関してはチ
ャンダニらによって広く紹介された。これらは、これま
で広く使用されていたツイステッドネマチック（ＴＮと
略す）液晶ディスプレイやスーパーツイステッドネマチ
ック（ＳＴＮと略す）液晶ディスプレイなどのネマチッ
ク液晶とは異なった特性を有している。

【０００４】図１に示す模式図において、強誘電性液晶
は、基板１００面の配向制御にしたがって液晶分子１０
２が一定方向に配列している。液晶分子と分子の間は層
構造１０１を形成し、３次元方向に秩序性高く配列して
いる。薄いセル厚のもとでは液晶分子長軸の向きは、第
１の状態１０２と第２の状態１０３という２つの状態を
とる。

【０００５】強誘電性液晶は、自発分極Ｐｓ（Ｃ／
ｍ² ）を有しており、それは図１においては矢印で示し
てある。液晶セルに電圧を印加して発生した基板面と垂
直方向に発生した電界強度Ｅ（Ｖ／ｍ）と自発分極の積
であるＰｓ・Ｅなるトルクによって自発分極の向きは電
界方向と反平行となるように動く。その動きに合わせて
液晶分子長軸は第１の状態１０２と第２の状態１０３の
２つの状態の間をスイッチングする。つまり両状態のど
ちらをとるかはそこに印加する電界方向で制御できる。

【０００６】その２つの状態間を自発分極を利用したス
イッチングで高速な書換が可能なこと、電界印加を終了
した後もその状態を安定に保持できること、偏光板を介
して観察したときに広い視野角に渡ってその２つの状態
を識別出来る、等の優れた特性を有しているため、高速
かつ大容量な画面を実現できる液晶材料として大いに期
待されている。

【０００７】実際には、図１の様に自発分極が両基板の
何れかを指し示すユニフォーム配向を示すものだけでな
く、電界を印加していない時に、両基板面で自発分極の
向きが内側を指示し、液晶分子長軸の向きが基板間で曲
がっているツイスト配向を呈するものなどもある。この
様なツイスト配向を呈しているものは消光位を取ること
ができずコントラスト比が低いが、電界が印加により前
述のＰｓ・Ｅのトルクが働けば、図１に示した様な自発
分極の向きが一様に何れかの基板面を指し示すような配
向をする。

【０００８】一方、反強誘電性液晶については、図２に
示す様に第１の状態１２０、第２の状態１２１に加えて
第３の状態１２２を取ることが出来る。電圧を印加しな
いときは、第３の状態にあり、マイナスの電圧を印加し
た時には例えば第１の状態、プラスの電圧を印加した時
には第２の状態をとる。

【０００９】この時に第３の状態と第１の状態の間、及
び第３の状態と第２の状態の間には明確なしきい電圧が
存在する。このしきい値が存在することで駆動の面では
強誘電性液晶の特性に比べておおいに異なっている。

【００１０】このような強誘電性液晶及び反強誘電性液
晶の特徴を活かして駆動電極を短冊状に加工した電極で
液晶を挟持して駆動する単純マトリクスディスプレイの
開発が行われている。

【００１１】しかしながら、自発分極を有した液晶材料
を単純マトリクスで駆動する高性能なディスプレイの開
発は難しい事などの理由で、より安定な表示が可能で高
性能なパネルをめざして、薄膜トランジスタ（ＴＦＴと
略す）や金属−絶縁膜−金属（ＭＩＭと略す）の非線型
素子を配しての表示の検討が成されている。

【００１２】そうしたスイッチング素子を利用すること
より、これまで困難とされていた問題も数多く解決して
きた。強誘電性液晶や反強誘電性液晶は、それらはいず
れにおいても２つまたは３つの状態が印加する電界方向
によって一義的に決ってしまうために、ＴＮ液晶の様に
印加電圧の大きさで白さや黒さの色調の度合を変化させ
る事が難しく、階調を取ることが困難とされていた。

【００１３】その結果、高速スイッチングかつ高視野角
な特性を有しながらもテレビ映像など高階調性を必要と
するディスプレイには用いられないでいた。そこで強誘
電性液晶及び反強誘電性液晶を用いたディスプレイで高
階調性を実現するための技術の開発が急務とされてい
た。

【００１４】これを解決するには３種類の手法が利用で
きる。

【００１５】１つには、１画素をｎ分割して、１画素で
２のｎ乗の階調表示をするものである。ただし、この方
法では画素数が実質的にｎ倍に要求されるため、歩留り
の低下、コストの上昇といった問題があった。

【００１６】２つ目としてはＴＦＴを用いたアナログ階
調によるものである。強誘電性液晶に印加する電圧の波
高値を変化させて液晶の取りえる第１の状態と第２の状
態の取りえる面積比を調整して行うものである。単純マ
トリクスで強誘電性液晶を駆動する時には画素電極の容
量に出入りする電荷が随時変化するために不可能な手法
であった。

【００１７】しかしながら、ＴＦＴを用いると電荷注入
後にゲートがオフとなった状態ではＴＦＴを介して画素
電極に出入りする電荷量は無くなる為に液晶としては一
定の状態を保持できる。従ってその時に液晶が取れる第
１の状態と第２の状態の画素内での面積比を変える事に
より階調表示が可能となる。

【００１８】もう一つの手法は、やはりＴＦＴを利用し
たデジタル階調によるものである。これは、強誘電性液
晶が白と黒の２値しかとらず、高速応答が可能なことを
利用したものである。白と黒の状態がとる時間を可変し
て階調を作るものである。たとえば白が表示される時間
が０．２ｍ秒、黒が表示される時間が０．８ｍ秒であ
り、これを繰り返し表示するとそれを観察する人の目に
は全白を１００％、全黒を０％の透過率とするならば２
０％の透過率を得ることとなる。この時の動作周波数が
６０Ｈｚを越えていれば人の目にはちらつきとなっては
見えない。そもそも強誘電性液晶は高速なスイッチング
を有する為にデジタル階調を用いると多階調のディスプ
レイを実現できる。

【００１９】デジタル階調は、ＴＮまたはＳＴＮの応答
速度に比して強誘電性液晶のそれが３桁から４桁ほど高
速であるという特徴を活かして初めて可能となる技術で
ある。強誘電性液晶の高速性という特徴をを最大限に活
かす事が出来る手法である。そこにはＴＦＴ等のスイッ
チング素子が必要になってくる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】自発分極を有する液晶
材料をＴＦＴで駆動する場合には、ネマチック液晶をＴ
ＦＴで駆動する場合と異なった問題が発生する。それは
紛れもなく液晶材料によるスイッチングモードが異なっ
ているためである。

【００２１】通常に使用する液晶材料の自発分極の大き
さは１〜１００ｎＣ／ｃｍ² である。反強誘電性液晶の
場合には数１００ｎＣ／ｃｍ² と言ったものも稀には使
われている。この電荷量は液晶が反転するときに流す電
荷量であるのと同時に、この電荷量を最低限外部から供
給してやらないと液晶は反転しない。この電荷量はネマ
チック液晶を駆動する時に必要な電荷量に比べたら非常
に大きい。

【００２２】従って、ネマチック液晶を駆動する時には
電圧保持率が大きな液晶材料を用いる事が良いと言った
尺度をＴＦＴで駆動する強誘電性液晶に応用する事は出
来ない。

【００２３】ネマチック液晶を用いる時の評価方法とし
て用いられている電圧保持率の測定に関して、図３で説
明する。液晶画素１３４はソース１３０とドレイン１３
１とゲート１３２から成るＴＦＴと接続している。ソー
ス部に供給端子１３８から送られたデータ信号はゲート
に印加する電圧によってデータ信号をドレイン側に送ら
れる。その信号が画素電極に供給される。ゲートがオフ
の状態ではソースとドレインの間は高抵抗な状態となっ
ている為に、画素に供給された電荷はＴＦＴを介して流
出入しないようになっている。

【００２４】図４にそのときの信号を記述した。ソース
とドレインの間には例えば方形波１４３のデータ信号が
印加され、ゲート電極１４０がオン状態になった時のみ
ドレイン部に電圧１４４が供給される。これにより理想
的な画素容量に蓄積される電圧１４１は減衰することな
く一定の電圧を保つ。一方、通常の液晶画素に蓄積され
る電圧１４２は時間経過にともなって減衰する。理想的
な電圧と評価液晶の電圧をそれぞれ実効値で測定し、そ
の比率を電圧保持率と称している。当然では有るが電圧
保持率が１００％に近い程望ましい特性となる。

【００２５】電圧保持率が小さいと画素容量の電圧が時
間経過に伴って変化する。ネマチック液晶は印加される
電圧によって透過率が変化するために低保持率の場合に
は、画素を通過する光の量が時間的に変化して再現性の
高い階調が実現しない。

【００２６】一方、自発分極を有した液晶材料をＴＦＴ
で駆動した時の状態について述べる。測定系は図３に示
した通りであり、液晶セル１３４の部分が自発分極を有
した液晶材料である強誘電性液晶であったり、または反
強誘電性液晶に変わる。測定した例を図５を用いて説明
する。画素電極の電位と同時に液晶の光学応答の変化を
測定した。

【００２７】画素電極にはゲートがオンされた状態で電
荷の注入が画素電極で起こり、図５−（１）では一定の
電圧Ｖ₀ １５２が供給される。その後、画素電位は減衰
し一定の状態になる。その時の液晶の光学変化１５５が
明から暗に、または暗から明に状態が変化する。この時
の光学変化は画素電位の低下と一致していることから、
強誘電性液晶の反転に画素電荷が消費された事を意味し
ている。この時には自発分極と電極面積の２倍の電荷が
消費された事となる。その結果として画素に残留する電
位はＶ_rem １５３となる。その後は画素電圧及び光学応
答は一定となる。強誘電性液晶はＴＦＴで十分に応答し
ている。

【００２８】この状態のまま、電圧を例えば１／２Ｖ₀
１５６に変えた時の様子を図５−（２）に示した。Ｖ
_rem １５７は更に低下し、液晶の光学応答１５８は充分
に行われず、途中までの光学位置が続いている。

【００２９】この様な現象は、電圧を低下させた場合だ
けでなく、画素が選択されている時間が短くなった場合
にも生じるものである。つまり、画素に注入される電荷
量が液晶を反転させるのに不十分なわけである。

【００３０】この様な現象から強誘電性液晶をＴＦＴで
駆動する事を考えるとこれまでの電圧保持率とは異なっ
た強誘電性液晶特有の評価方法を新たに構築する必要が
ある。

【００３１】それには、強誘電性液晶はスイッチングの
時に自発分極の反転を伴うために液晶電位は当然減少す
る事を認めた上で評価しなければならない事と、反転に
明確なしきい値は存在しないといわれていることをどの
様に理解するかという事の２点がネマチック液晶とは根
本的に異なる事と理解しなければならない。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、強誘電性
液晶をＴＦＴで駆動する場合の強誘電性液晶の自発分極
の発生機構に着目し、駆動波形によって液晶の光学応答
がどうなるか、液晶に残留する電圧がどうなるかを詳細
に調べた。その結果、強誘電性液晶がスイッチングを行
う時に必要な電圧が極めて重要であることを見出した。

【００３３】強誘電性液晶は前述のように電界方向の変
化で強誘電性液晶がスイッチングし、その時に印加する
電圧にはしきい値がないと通常は考えられているた。

【００３４】しかしながら、強誘電性液晶をＴＦＴで実
際に駆動してみると、状態が変わる為のしきい値電圧は
小さいが、図１で示した様な第１の状態又は第２の状態
を安定に表示する為にはある一定の電圧が必要な事がわ
かった。しきい値電圧が非常に重要な問題となってき
た。ここでいうしきい値電圧（Ｖ_th）とは、液晶が第１
の状態から第２の状態に変化するときに必要な電圧を表
している。このしきい値が実際にはゼロではなく、所定
の電圧が必要となる。

【００３５】また、さらに厳密に言うならば液晶を第１
の状態から第２の状態にスイッチングする場合には、所
定の電圧を印加した時に、自発分極の反転や他の電荷の
移動にともなって画素電極にどれくらいの然るべき電圧
が残っていれば図１に示した様に第２の状態の自発分極
が一様に配列した状態を維持できるかと言う状態維持電
圧（Ｖ_SM）を考慮しなければいけない。

【００３６】この様な電圧は、ネマチック液晶でいうフ
レデリクス転移のような厳密な意味でのしきい値とは異
なる。本来は材料特性や配向処理方法などで影響された
液晶セルの電気特性の偏りのようなものであったり、自
発分極と配向膜との相互作用によってもたらされるもの
である。

【００３７】まず、強誘電性液晶セルのしきい値の評価
方法に関して説明する。用いたセルの構造としては、リ
ード電極及び画素電極を配した透過性基板で自発分極を
有する液晶材料を挟持する。前記液晶と接する基板面上
には液晶材料を少なくとも初期の段階において一軸配向
方向に配列するための手段を有している。ここに２０〜
０．１Ｖまで遅い方形波を印加し、それぞれの電界方向
に対して光学応答が十分に応答しきる時の光学変化を調
べた。印加する電圧が小さくなると液晶の光学応答は非
常に遅くなり、１秒を越え数秒に及ぶこともある。セル
の透過率は５Ｖ以上の電圧では第１の状態から第２の状
態に十分に応答したが、５Ｖより小さな電圧ではそれに
比べて小さな透過率の範囲しか応答しなくなった。印加
電圧が小さくなるほど応答の範囲は小さくなった。

【００３８】この５Ｖという電圧が液晶を反転するため
に必要なしきい値電圧である。同時に一定の状態を示す
為に必要な状態維持電圧Ｖ_SMとなる。これを前述の強誘
電性液晶をＴＦＴで駆動したときに画素に最後に残留す
る電圧Ｖ_rem というパラメータと大小関係を比較する事
が強誘電性液晶のスイッチングには極めて重要である。

【００３９】強誘電性液晶がＴＦＴで十分に応答する
か、または途中までしか応答しないかの違いは、液晶反
転後の画素電位Ｖ_rem の大きさが、液晶の状態維持電圧
を十分に越えているかに依存している。

【００４０】しきい値電圧と状態維持電圧と特に区別す
るする必要はないが、ＴＦＴ駆動の場合には初期におい
てはこれの電圧より遙に大きな電圧が印加されているが
この電圧はスイッチングに特に重要な条件ではなく、最
後に画素に残留する電圧の大きさが問題となるわけだ。
従って、自発分極を有した液晶をＴＦＴで駆動する時に
はしきい値電圧と言うよりも状態維持電圧と言ったほう
がむしろ相応しい。

【００４１】従って、本発明者らは、改めて強誘電性液
晶の状態維持電圧に着目し、強誘電性液晶のしきい値電
圧を様々な液晶セルで測定し、自発分極を有する液晶材
料のＴＦＴでの駆動に最適な条件が有ることを見出した
のである。

【００４２】本発明の構成に関して記述する。リード電
極及び画素電極を配した透過性基板で自発分極を有する
液晶材料を挟持する。液晶と接する基板面上には液晶材
料を少なくとも初期の段階において一軸配向方向に配列
するための手段を有している。前記画素電極には薄膜ト
ランジスタを配置した液晶電気光学装置におけるもので
ある。前記液晶には第１の状態または第２の状態を前記
薄膜トランジスタから供給される極性の異なる電圧で選
択され、前記状態が維持するのに必要な電圧以上の電圧
を前記画素電極が表示期間内において有している事を特
徴とする液晶電気光学装置に関するものである。

【００４３】また、リード電極及び画素電極を配した透
過性基板で自発分極を有する液晶材料を挟持する。前記
液晶と接する基板面上には液晶材料を少なくとも初期の
段階において一軸配向方向に配列するための手段を有し
ている。前記画素電極には薄膜トランジスタを配置した
液晶電気光学装置におけるものである。前記液晶には第
１の状態または第２の状態を前記薄膜トランジスタから
供給される極性の異なる電圧で選択され、前記状態が維
持するのに必要な電圧が０．１Ｖ以上、４Ｖ以下と小さ
な電圧であることを特徴とする液晶電気光学装置に関す
るものである。

【００４４】また、リード電極及び画素電極を配した透
過性基板で自発分極を有する液晶材料を挟持する。前記
液晶と接する基板面上には液晶材料を少なくとも初期の
段階において一軸配向方向に配列するための手段を有し
ている。前記画素電極には薄膜トランジスタを配置した
液晶電気光学装置におけるものである。その時に電圧無
印加時の基板間隔方向の前記自発分極の向きが何れかの
基板方向を指し示す配向を前記液晶が呈する事を特徴と
する液晶電気光学装置に関するものである。

【００４５】また、その時に用いる液晶がマルチマイク
ロドメイン配向を呈する事を特徴とする液晶電気光学装
置に関するものである。

【００４６】上述のような本発明を利用すると自発分極
を有した液晶材料をＴＦＴで駆動するのに極めて有効で
ある。

【００４７】

【作用】ＴＦＴを配置したセルに強誘電性液晶を注入し
て駆動させた時には、自発分極の反転に伴って画素電圧
が低下する。低下しすぎてしまうと強誘電性液晶の何れ
か一方を表示することが出来なくなる。

【００４８】しかし、本発明に示した様に液晶にはＴＦ
Ｔを介して正または負の何れかの電圧が供給され、画素
電極に発生する電界方向によって液晶が取る第１の状態
と第２の状態の何れかの状態を取るかが決められる。そ
れと同時に画素電極の電位は、表示期間内において第１
の状態または第２の状態の何れかの状態が維持できる為
の電圧Ｖ_SMを越える電圧を有している事により、何れか
の状態を液晶分子が安定に保つ事ができる。

【００４９】自発分極を有した液晶をＴＦＴで駆動する
場合には、必ずこの事に従わなければならない。

【００５０】例えば、電圧を印加していない時に、液晶
が有している自発分極の向きが基板間で内部を向いてい
るか、または外部を向いているかであり、分子長軸方向
が捩じれているツイスト配向を呈しているとき等にはこ
の発明が必要となる。

【００５１】ツイスト状態の配向を示している液晶の状
態維持電圧Ｖ_SMは５Ｖ以上と大きい。上述の発明を用い
ると、ツイスト状態が変形し第１の状態又は第２の状態
を形成し、強誘電性液晶をＴＦＴで十分に駆動できる。

【００５２】液晶自身にしきい値を有している反強誘電
性液晶をＴＦＴで駆動する場合もこの発明が必要とな
る。自発分極分の電圧を消費し画素電圧が低下した後で
も反強誘電性液晶のしきい値、これはそのまま状態維持
電圧Ｖ_SMを表すが、これを越えていれば第３の状態に変
化することなく、第１又は第２の状態を安定した表示が
可能である。

【００５３】また、本発明者らは、液晶が何れかの状態
を維持する為に必要な電圧が大きいと自発分極を有する
液晶をＴＦＴで駆動するには不利であると考えた。そこ
で材料開発や配向技術の改良によって状態維持電圧Ｖ_SM
が０．１〜４Ｖのものを見出した。該状態維持電圧Ｖ_SM
が非常に小さいので、自発分極を有した液晶の駆動をＴ
ＦＴで行うと容易にそれが可能となった。

【００５４】その中の一つが自発分極の向きが挟持して
いる基板のいずれかの方向を指し示す配向を呈している
ものである。図１でも示したがユニフォームの配向であ
る。この場合には自発分極と配向膜との相互作用が発生
することなく、電界方向で選択された状態が電界印加後
においても安定に保たれる。当然、状態維持電圧Ｖ_SMは
低く１Ｖ以下となる。従って、ＴＦＴで駆動し残留電圧
が小さくても安定に表示が可能である。液晶が反転した
後の液晶電位Ｖ_rem が例えば１．５Ｖでも十分に光学応
答が可能であり、強誘電性液晶をＴＦＴで駆動する事が
出来る。

【００５５】また、その時の液晶の配向としては図６に
示した様にラビング方向に長軸を有した多数のクラスタ
ー１７０の集合体であるマルチマイクロドメイン配向を
呈したものも有力であった。そのしきい値は０．８Ｖ程
度であり、十分にＴＦＴでの駆動が可能であった。その
時には液晶が反転した後の液晶電位Ｖ_rem が例えば１．
３Ｖでも十分に光学応答が可能であり、強誘電性液晶を
ＴＦＴで駆動する事が出来た。以下、詳細を実施例にお
いて説明する。

【００５６】

【実施例】

『実施例１』 自発分極を有した液晶セルの状態維持電
圧Ｖ_SM特性を評価した結果について図７を用いて記述す
る。青板ガラス１９０にインジウム・チン・オキサイド
（ＩＴＯと省略する）１９５をスパッタ法や蒸着法にて
５００〜２０００Åの膜厚に成膜し、通常のフォトリソ
工程でパターニングした。この基板を２枚用意し、一方
の基板上１９０にスピンコート法でポリイミド１９１を
塗布し２８０℃で焼成した。ポリイミドとしては日立化
成製ＬＱ５２００、または東レ製ＬＰ−６４を用いた。
厚さは１００〜３００Åであった。この基板をラビング
処理を施して一軸配向処理とした。これをもう一方の配
向膜を施していないガラス基板１９２と対向させた。配
向膜側基板上には、シリカ粒子である触媒化成製真絲球
１．５μｍのスペーサー（図面には記載なし）を散布
し、対向電極側にはエポキシ樹脂製のシール剤１９３を
スクリーン印刷で形成した。両基板はスペーサーの直径
に合わせて１．５μｍに貼り合わせた。セル内部にはフ
ェニルピリミジン系の強誘電性液晶１９４を注入した。
この液晶の相系列は等方相−スメクチックＡ相−スメク
チックＣ^* 相−結晶相であった。自発分極の大きさは６
ｎＣ／ｃｍ² であり、比誘電率は４．４、セルに１４Ｖ
印加した時の応答速度は１００μ秒であった。等方相へ
の転移温度は約９０℃であり、液晶材料を１１０℃にま
で加熱し、液晶が等方相になった状態で真空注入した。
配向状態としては、図６に示すようにマルチマイクロド
メイン配向を示していた。

【００５７】これに方形波を２０から０．１Ｖまで印加
し、その時の光学応答を測定した。液晶セルの透過率
は、高電圧を印加した時には高速に変化し、低電圧を印
加した時には１秒以上かかって飽和する。その時の透過
率を調べた。またこの時の偏光板と液晶分子長軸を一致
させる事により得られる消光位の位置は、偏光子を第１
の状態に合わせた時と、第２の状態に併せた時と両方の
場合で測定した。結果を図８に示した。いずれの消光位
においても、２０から０．８Ｖまで良好な明暗がとれ
た。それ以下の電圧では状態の変化は生じなかった。液
晶がスイッチングするときのしきい値電圧は０．８Ｖと
いえる。

【００５８】ＴＦＴを配したセルに上記液晶を注入した
時の特性について図９を用いて記述する。コーニング７
０５９基板１８０上に通常の低温プロセスで自己整合型
ｎチャンネルのポリシリコンＴＦＴ１８１を作成した。
ソース側１９２にはリード電極１８７と接続し、ドレイ
ン側１８８には画素電極１８２をＩＴＯで配置した。対
向の基板としては、同様にコーニング７０５９基板１８
３を用い、基板上に画素共通電極１８６をＩＴＯで形成
後、スピンコート法でポリイミド１８９を塗布し２８０
℃で焼成した。ポリイミドとしては日立化成製ＬＱ１５
００、または東レ製ＬＰ−６４を用いた。厚さは１００
〜３００Åであった。この基板をラビング処理を施して
一軸配向処理とした。この時にＴＦＴ基板側のラビング
を行う時には各リード電極をグランドに落として静電気
で素子が破壊されないように充分に配慮した。

【００５９】次にＴＦＴ基板側にはシリカ粒子である触
媒化成製真絲球１．５μｍのスペーサーを散布し、対向
電極側にはシール剤、この場合はエポキシ樹脂のスクリ
ーン印刷を行った。両基板はスペーサーの直径に合わせ
て１．５μｍに貼り合わせた。セル内部にはフェニルピ
リミジン系の強誘電性液晶１９０を注入した。相系列は
等方相−スメクチックＡ相−スメクチックＣ^* 相−結晶
相であった。等方相への転移温度は約８０℃であり、液
晶材料を１００℃にまで加熱し、液晶が等方相になった
状態で真空注入した。図面では、基板間で自発分極の向
き１９１は一様な方向を示し、ユニフォーム配向を呈し
ている。封止後駆動回路を接続後試験に供した。

【００６０】代表的なＴＦＴのゲート−ドレイン特性を
図１０に示した。約７桁のオン／オフ比がとれた。画素
に印加される電圧を１４Ｖと一定にし、ゲートをオン状
態とし、画素に印加される時間を１００から１μ秒まで
変化させた。電界方向は５ｍ秒づつ変化させ、液晶を電
界方向でスイッチングさせた。図１１に示す様に透過率
は画素選択時間（実際にはゲートに信号が入っている時
間）は１００μ秒から１μ秒まで短縮しても、反転する
透過率の位置はほぼ一定であった。またその時の画素残
留電圧は時間短縮に従って低下し１μ秒においてはＶ
_rem が１．５Ｖであった。これは液晶のしきい値０．８
Ｖより十分に大きく十分に光学応答する事が可能であ
る。

【００６１】『実施例２』 実施例１と同様の材料を用
いて今度は２枚の基板の一方でなく、両側に配向膜を形
成した時の特性を調べた。 また、２枚のガラス基板の
両面に配向膜を設けた時のしきい値特性は、図１２に示
した通りであり、低電圧側で透過率が減衰したが、状態
維持電圧Ｖ_SMとしては０．８Ｖであった。

【００６２】ＴＦＴを用いて駆動した場合には１μ秒の
選択時間幅であるにもかかわらず残留電圧１．５Ｖで十
分に応答した。

【００６３】『比較例１』 実施例１と同様のセル形
態、つまり片側配向のセルを用いて、液晶材料としてメ
ルク製ＺＬＩ３６５４を用いて測定を行った。このセル
はツイスト配向を示す。この時の状態維持電圧Ｖ_SMは、
図１３に示す様に、一方のみ５Ｖであり、他方において
は安定した状態が常に観察された。ツイストではありな
がらも、電気特性的には単安定となっている。

【００６４】ＴＦＴを用いて同液晶の駆動を行うと駆動
選択時間幅が２０μ秒以下になるとＶ_rem が５Ｖを下回
り、光学応答は十分に行われなかった。

【００６５】『比較例２』 比較例２の実験をガラス基
板の両側に配向膜を設けた時の測定を行った。状態維持
電圧Ｖ_SMは、図１４に示す様に両側において５Ｖであっ
た。この電圧以下となると両側とも透過状態は徐々に狭
くなっていった。この状態ではセルはツイスト配向を示
す。

【００６６】ＴＦＴを用いて同液晶の駆動を行うと駆動
選択時間幅が２０μ秒以下になるとＶ_rem が５Ｖを下回
り、光学応答は十分に行われなかった。

【００６７】『実施例３』 実施例１で用いた測定用の
セルに反強誘電性液晶を注入し、状態維持電圧Ｖ_SMの測
定を行った。状態維持電圧Ｖ_SMは８Ｖであった。ＴＦＴ
を伴った液晶セルでの測定を行うと、印加電圧１５Ｖで
ゲート選択時間２０μ秒で駆動したときに、残留電圧Ｖ
_rem が１０Ｖとなり十分に応答した。その時のコントラ
スト比は１７０であった。このセルを用いオン（明）状
態とオフ（暗）状態を時間的に変化させて駆動したデジ
タル階調の試験を行なった。図１５に示す様に階調数１
００を実現した。

【００６８】

【発明の効果】自発分極を有する液晶材料をＴＦＴを有
したセルで駆動するときには、液晶材料が第１の状態か
ら第２の状態にスイッチングするためのしきい値電圧が
０．１〜４Ｖの小さな材料、ユニフォーム配向を呈した
もの、マルチマイクロドメイン配向を呈したものが非常
に有効である。

【００６９】このような液晶を用いるとＴＦＴを介して
駆動を行った時の反転が非常に良好となり、画素に電荷
が注入される時間つまりゲートがオン状態となっている
時間が液晶の応答速度よりも遙に短い時間内例えば１μ
秒でも十分に駆動する事ができる。これにより、デジタ
ル階調の様に駆動周波数の大きな画面表示も良好に行う
ことが出来、強誘電性液晶の有する高速応答性、高コン
トラスト比、高視野角性を活かした高性能な液晶ディス
プレイを実現でき、ビデオ信号で表示できる液晶テレビ
を作成するのに有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】強誘電性液晶の概要を示す図

【図２】反強誘電性液晶の概要を示す図

【図３】電圧保持率測定の回路図

【図４】ネマチック液晶の測定例

【図５】強誘電性液晶のＴＦＴでの駆動例

【図６】マルチマイクロドメイン配向を示した図

【図７】強誘電性液晶のしきい値を測定したセルの構造

【図８】本発明で使用した強誘電性液晶のしきい値電圧
測定例

【図９】本発明の装置の概略を示した図

【図１０】本発明で使用したＴＦＴの特性

【図１１】本発明の特性、効果を示した図

【図１２】本発明で使用した強誘電性液晶のしきい値電
圧測定例

【図１３】強誘電性液晶のしきい値電圧を示した比較例

【図１４】強誘電性液晶のしきい値電圧を示した比較例

【図１５】デジタル階調を行った結果を示した図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リード電極及び画素電極を配した透過性
   基板で自発分極を有する液晶材料を挟持し、前記液晶と
   接する前記基板面上には液晶材料を少なくとも初期の段
   階において一軸配向方向に配列するための手段を有し、
   前記リード電極と前記画素電極の間に薄膜トランジスタ
   を配置した液晶電気光学装置において、前記液晶には第
   １の状態または第２の状態を前記薄膜トランジスタから
   供給される極性の異なる電圧で選択され、前記状態が維
   持するのに必要な電圧以上の電圧を前記画素電極が表示
   期間内において有している事を特徴とする液晶電気光学
   装置。
2. 【請求項２】 リード電極及び画素電極を配した透過性
   基板で自発分極を有する液晶材料を挟持し、前記液晶と
   接する前記基板面上には液晶材料を少なくとも初期の段
   階において一軸配向方向に配列するための手段を有し、
   前記リード電極と前記画素電極の間に薄膜トランジスタ
   を配置した液晶電気光学装置において、前記液晶には第
   １の状態または第２の状態を前記薄膜トランジスタから
   供給される極性の異なる電圧で選択され、前記液晶の示
   す状態を維持するのに必要な電圧が０．１Ｖ以上、４Ｖ
   以下である液晶を利用することを特徴とする液晶電気光
   学装置。
3. 【請求項３】 リード電極及び画素電極を配した透過性
   基板で自発分極を有する液晶材料を挟持し、前記液晶と
   接する前記基板面上には液晶材料を少なくとも初期の段
   階において一軸配向方向に配列するための手段を有し、
   前記リード電極と前記画素電極の間に薄膜トランジスタ
   を配置した液晶電気光学装置において、電圧無印加時の
   基板間隔方向の前記自発分極の向きが何れかの基板方向
   を指し示す配向を前記液晶が呈する事を特徴とする液晶
   電気光学装置。
4. 【請求項４】 請求項３における液晶はマルチマイクロ
   ドメイン配向を呈する事を特徴とする液晶電気光学装
   置。