JPH06308501A

JPH06308501A - 液晶素子

Info

Publication number: JPH06308501A
Application number: JP10103393A
Authority: JP
Inventors: Hirokatsu Miyata; 浩克宮田; Masaaki Shibata; 雅章柴田; Katsuhiko Shinjo; 克彦新庄
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-04-27
Filing date: 1993-04-27
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】スイッチング特性を対称とし、階調表示に適
した素子にする。【構成】一対の電極（１２０３、１２０４）間に強誘
電性液晶（ＦＬＣ）を有する液晶素子において、前記一
対の電極のうち一方の電極上にはストライプ状の凸部
（１２０５）が形成されており、該凸部によるスイッチ
ング特性の非対称性（図４）を補償すべく配向処理（１
２０６、１２０７）が施されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、テレビジョン等に利用
される液晶素子に関し、特に強誘導性液晶を用いた液晶
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアクティブマトリクス駆動方式を
用いた液晶テレビジョンパネルでは、薄膜トランジスタ
（以下、「ＴＦＴ」と記す）を画素毎にマトリクス配置
し、ＴＦＴゲートオンパルスを印加してソースとドレイ
ン間を導通状態とし、この時画像信号がソースから印加
され、キャパシタに蓄積され、この蓄積された画像信号
に対応して液晶（例えばＴＮ液晶）が駆動し、同時に画
像信号の電圧を変調することによって階調表示が行われ
ている。

【０００３】しかしこのようなＴＮ液晶を用いたアクテ
ィブマトリクス駆動方式のテレビジョンパネルでは、使
用するＴＦＴが複雑な構造を有しているため、作製工程
数が多く、高い製造コストがネックとなっている上に、
ＴＦＴを構成している薄膜半導体（例えばポリシリコ
ン、アモルファスシリコン）を広い面積に渡って被膜形
成することが困難である。

【０００４】一方、低コストで製造できるものとしてＴ
Ｎ液晶を用いたパッシブマトリクス駆動方式の表示パネ
ルが知られているが、この表示パネルでは、走査線数
（Ｎ）が増大するに従って、１画素（１フレーム）を走
査する間に一つの選択点に有効な電界が印加されている
時間（デューティー比）が１／Ｎの割合で減少し、この
ためにクロストークが発生し、しかも画像のコントラス
トが低いという問題を有している上、デューティー比が
小さくなると各画素の階調を電圧変調により制御するこ
とが困難となるなど、高密度配線数の表示パネル、特に
液晶テレビジョンパネルには適していない。

【０００５】この様な従来のＴＮ液晶が持つ根本的な問
題点を解決するものとして、クラークとラガヴァルらの
米国特許第４３６７９２４号などで双安定状態を持つ強
誘電性液晶素子が提案されている。この強誘電性液晶素
子は、理想的には２つの双安定状態のいずれかに安定し
ようとして、中間的な分子位置をとらないため、階調表
現には不向きであると考えられてきた。従って、強誘電
性液晶素子を用いて階調表示を行うには画素分割法に代
表されるようなディジタル的な手法による階調表示に頼
らざるを得なかった。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
述したディジタル的な手法による階調表示法では、１フ
レームを複数の画素によって構成されたサブクレームに
分割し、１フレーム描画時において、サブクレーム内の
各画素に対してデューティー比の異なった電界を印加し
て駆動する。この場合、高階調度特性を得るためには、
１つのサブクレームを構成する画素数が増大するため、
表示画面が大きくなるに従い、１画素あたりのデューテ
ィー比がかなり小さくなる。よって、高コントラストを
得るためには液晶材料の高速応答性が要求される。また
１画素の階調表示のために多数の駆動電極を必要とす
る。さらには、複雑な演算処理回路を必要とする等、近
年注目されている高品位テレビジョン（ＨＤＴＶ）など
の高階調表示素子に採用するには解決すべき技術課題が
多すぎる。

【０００７】これに対して、本発明者らは、先ず、単一
のフレームに対し階調表示に対応して異なった波高値を
有するパルス電圧を液晶に印加して階調表示を行う方法
を見出した。しかしながら、この方法では、強誘電性液
晶の閾値特性が急峻であるため、非常に高い精度で印加
電圧を制御しなくてはならない。しかも、印加電圧に対
する表示画素内で局在的に発現する分極反転領域（ドメ
イン）の位置と、その成長方向がランダムになり易く、
その結果、線形の印加電圧−透過率特性を容易に得るこ
とが困難であった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に鑑
みてなされたものであり、簡単な構成で大きな階調数を
有する液晶素子を提供することが目的である。

【０００９】本発明の別の目的は、一対の基板ないしは
電極の形状が非対称なセルであってもスイッチング特性
がほぼ対称な液晶素子を提供することにある。

【００１０】上記課題を解決し上記目的を達成する本発
明は、一対の電極間に強誘電性液晶を有する液晶素子に
おいて、前記一対の電極のうち一方の電極上にはストラ
イプ状の凸部が形成されており、該凸部によるスイッチ
ング特性の非対称性を補償すべく配向処理が施されてい
ることを特徴とする液晶素子である。

【００１１】又は、一対の電極間に強誘電性液晶を有す
る液晶素子において、前記一対の電極のうち一方の電極
上にはストライプ状の凸部が形成されており、該凸部の
長手方向と素子中での前記液晶のスメクチック層の層法
線方向とが異なっていて、且つ、該凸部の長手方向と素
子中における前記液晶の双安定状態での２つの分子配向
方向とのなす鋭角のうち最も絶対値の小さな角の大きさ
が、前記カイラルスメクチック層でのコーン角以下であ
るとともに、スイッチング特性がほぼ対称とすべく配向
処理を施したことを特徴とする液晶素子である。

【００１２】

【作用】本発明によれば、ストライプ状凸部によるスイ
ッチング特性に非対称性成分を打ち消すようなスイッチ
ング特性の非対称性成分を生じる配向処理を施すことに
より、素子としての最終的なスイッチング特性をほぼ対
称にすることができる。よって、明（白）から暗（黒）
へのスイッチングとその逆のスイッチングとが対称なも
のとなるので駆動方式の選択の自由度が広がる。

【００１３】

【実施例】

（好適な実施態様の説明）まず、スイッチング特性に非
対称性を及ぼす点につき説明する。

【００１４】配向規制層が上下非対称な場合には、配向
膜と液晶分子との相互作用が上下の界面で異なっている
ため、液晶分子の２つの双安定状態間のスイッチングは
非対称になる。例えば図１に示すように、状態Ｕ１から
Ｕ２へスイッチングさせる場合と状態Ｕ２からＵ１へス
イッチングさせる場合で、印加電圧−透過率特性に非対
称性が生じる。この様な素子を駆動させる場合には、両
方向きの書き込みに対して印加電圧−透過率特性が異な
るため、スイッチングが対称な場合に比較して駆動が単
純でない。

【００１５】図１の場合の双安定ポテンシャル図を図２
に示す。この場合、状態Ｕ１と状態Ｕ２のどちらが安定
であるか、また、その２状態間の安定性の差は、使用す
る液晶材料と、上下の配向膜の組み合わせ、によって決
定されるため、材料等を適当に選ぶことによって、ある
程度おおまかに変化させることが可能である。

【００１６】一方、ストライプ状凸部を形成し、縞状の
ドメインを発現させようとする場合、ストライプ状凸部
による形状配向の効果が生じる。そして、図３の様に、
カイラルスメクチック相での層法線方向Ｌがストライプ
状凸部の長手方向と平行でない場合には分子が双安定状
態のうちの状態Ｕ１にある場合と状態Ｕ２にある場合と
でストライプ状凸部から受ける影響の大きさが異なるた
め、双安定状態が非対称になる。この時の双安定のポテ
ンシャル図を図４に示す。図４中Ａで示した安定状態
が、分子長軸方向とストライプ凸部の方向とのなす角度
が小さい方、即ち図３に示したＵ１の状態に対応し、Ｂ
で示した安定状態が、分子長軸方向とストライプ凸部の
方向とのなす角度が大きい方、即ち図３に示したＵ２の
状態に対応している。

【００１７】このため、２つの双安定状態間のスイッチ
ング特性は非対称となり、図５に示すように印加電圧−
透過率特性に非対称性が生じる。この非対称性におい
て、２つの状態のうちどちらが安定かは、ストライプの
長手方向に対して層法線方向がどちら側に傾いているか
によって決定される。

【００１８】非対称性の大きさ、即ち２つの安定状態の
差は、ストライプ状凸部の間隔によって変化し、一般
に、ある範囲内では、ストライプ状凸部の間隔が小さく
なるほど非対称性の程度は大きくなる。これは、ストラ
イプ状凸部の間隔が小さいほど非対称性の原因である形
状配向の効果が大きくなるためであると考えられる。図
４中、破線で示した曲線がストライプ間隔の小さい素子
のポテンシャル曲線であり、実線で示した曲線がストラ
イプ間隔の大きい素子のポテンシャル曲線である。この
他にも、ストライプ状凸部の幅、高さによっても非対称
性の大きさを変化させることができる。また、この非対
称性は、層法線方向とストライプ状凸部とのなす角度に
よって変化するため、ラビング方向を変えることによっ
ても非対称性の程度を変化させることが可能である。し
かしながら、ストライプ状凸部の長手方向と素子中にお
ける前記液晶の双安定状態での２つの分子配向方向との
なす鋭角のうち最も絶対値の小さな角の大きさが、強誘
電性液晶のカイラルスメクチック層でのコーン角より大
きい場合には、非対称の効果は顕著には現れない。

【００１９】以上述べたように、ストライプ状突起を形
成した場合に形成される非対称なスイッチングの非対称
性の方向性と大きさは、ストライプ方向に対する層法線
方向の角度、ストライプ間隔、ストライプ凸部幅、凸部
高さを変化させることで自由にコントロールすることが
できる。

【００２０】また、このスイッチングの非対称性は、駆
動するパルス幅等によって現れれ方が異なり、特にスト
ライプ間隔依存性に差異が認められる。印加パルスの幅
が大きい場合にはストライプ間隔依存性は大きく観測さ
れるが、印加パルスの幅が小さい場合にはストライプ間
隔による非対称性の違いは小さい。

【００２１】そこで、本発明による液晶素子は、以上述
べた、上下の配向規制層が異なることによるスイッチン
グの非対称性と、ストライプ状凸部の形状配向の効果に
よる非対称とを相殺することによって、素子として、双
方向のスイッチング特性を対称にしたものである。本発
明の素子では、印加電圧−透過率特性が双方向のスイッ
チングともほぼ１本の曲線で表わすことができるため、
駆動を単純化することが可能である。

【００２２】具体的には、使用する強誘電性液晶材料の
自発分極の正負と、上下の配向膜の組み合わせによっ
て、非対称性が打ち消されるような方向にストライプ方
向に対する層法線方向の角度の正負を決定する。ストラ
イプ状凸部を形成していない方の電極上に配向膜を形成
して一軸配向処理を行うことが好ましい。そして、使用
する駆動条件に対して、ストライプ状凸部の高さ、幅、
間隔を調整してスイッチングが対称になるようにする。

【００２３】本発明に用いられる液晶セル、即ち画素を
形成する一対の電極としては、少なくとも一方が透明導
電体で形成されることが望ましいく、そのような材料と
しては酸化錫、酸化インジウム、酸化インジウム錫（Ｉ
ＴＯ）等が好適に用いられる。

【００２４】用いられる配向膜は、ポリイミド、ポリビ
ニルアルコール、等の有機物が好ましく、垂直配向処理
としては、ポリシロキサン塗布、シランカップリング処
理等が好ましいがこれらに限定されるものではない。

【００２５】本発明において、ストライプ状凸部は一画
素内で均一な形状で形成されても不均一な形状で形成さ
れてもよい。また、一画素内を複数の副画素に分け、そ
れぞれの副画素内では均一とし、異なる副画素間では不
均一とするものであってもよい。この様なストライプ状
凸部は電極、或いはその上の配向膜の一部を用いて形成
してもよく、またストライプ状凸部のための特殊な部材
を設けてもよい。いずれにせよ、ストライプ状凸部は成
膜とパターニングにより容易に形成することができる。

【００２６】ストライプ凸部のピッチは、使用する液晶
材料、セル厚によって最適な値を選ぶ必要があるが、一
般的には３μｍ〜５０μｍが好ましい。また、凹部と凸
部の幅の小さい方がセル厚程度以上、一般的には１μｍ
以上であることが好ましい。さらに、ストライプの長さ
はカイラルピッチ程度以上が望ましく、一般的には凹部
と凸部の幅の小さい方に対して３倍以上必要で、好まし
くは１０倍以上である。凹凸の段差は均一な配向状態を
維持する程度ならば良く、セル厚の２分の１程度以下、
一般的には１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲が好ましい。

【００２７】そして、本発明の液晶素子は、以下のよう
なスイッチングを行う素子として好ましく用いられる。

【００２８】図６は、本発明の素子において観察される
反転ドメインを模式的に示した図で、液晶分子が双安定
状態のうちの一方の状態である初期状態にある領域（黒
領域）１２の中に双安定状態のうちの他方の状態に分極
反転したドメイン（白領域）１３が画素１１中に複数縞
状に発現している様子が示されている。

【００２９】この縞状の反転ドメインの発現は、少なく
とも一方の電極状にストライプ状の凸部を施すことによ
って、反転ドメインがストライプを横断する方向に連結
して形成されるもので、ストライプ状凸部のない場合に
は図７に示すように、反転ドメインは無秩序に形成され
る。

【００３０】反転ドメインが無秩序に形成される場合に
は、同じ波形の信号を印加した場合でも、その度毎に現
われるドメインの形状や大きさが異なることが多く、透
過率の再現性に劣り、透過率が信号の波高値及び／また
はパルス幅に完全に対応しなくなる。そのため、画素間
での透過率のばらつきも大きくなる。

【００３１】一方、ドメインが縞状に発現する場合に
は、同じ波形の信号を印加した場合には同じドメインが
現われる確率が非常に大きくなり、しかも、信号の波高
値及び／またはパルス幅に応じて縞状ドメインの長さや
密度がリニアに変化するので透過率の制御性が良好にな
り、階調表示に適したものとなる。さらに、信号印加
後、ドメインウォールが形成されたさらに後にドメイン
が拡大、或いは縮小する不安定性が極めて小さく、画素
間での透過率のばらつきもほとんどなくなる。

【００３２】基本的には電極表面状に凹凸ストライプを
形成すれば、それによって液晶分子の反転ドメインの形
状を縞状になるように制御でき、ドメインの安定性、階
調制御性を向上させることができる。

【００３３】本発明に用いられる中間調信号としては、
波高値のみが変調された信号や、パルス幅のみが変調さ
れた信号、或いは波高値とパルス幅の両方が変調された
信号のいずれでも良い。この様な中間調信号を発生する
中間調信号発生手段は、半導体集積回路等により作製さ
れる。より好ましくは、一対の電極の各々に独立した信
号を印加してそれらの組み合せにより中間調信号とする
ことが望ましい。

【００３４】本発明の素子において、１つの画素内でス
トライプ凸部の間隔を変化させた場合、より優れた階調
制御性を得ることができる。

【００３５】非対称性のストライプ間隔依存性が小さい
様な駆動条件の下では、どのストライプ間隔の領域でも
スイッチングの非対称性は打ち消されるので、両方向の
スイッチングについて、等しい電圧を印加後の反転ドメ
インの面積はストライプ間隔の小さい領域ほど、ドメイ
ンが連結し易くなるために大きくなり、従って、画素内
に反転閾値の分布を形成することが可能である。この時
のドメイン反転の様子を模式的に図８に示す。図８の各
画素では、左側ほどストライプ間隔が小さくなってお
り、閾値勾配が一方向に形成されている。

【００３６】また、非対称性のストライプ間隔依存性が
大きい様な駆動条件の下で観察される反転ドメインの様
子を図９に模式的に示す。この場合、２つの方向のスイ
ッチングとも、白書き込みになるように印加電圧の極性
を変えてある。図１に示したＵ２からＵ１へのスイッチ
ングに対しては、前述の２つの非対称効果がちょうど打
ち消されるストライプ間隔の領域よりも小さなストライ
プ間隔の領域ではより反転閾値が低くなる一方で、非対
称性が打ち消されるストライプ間隔の領域よりも大きな
ストライプ間隔の領域ではより反転閾値が高くなってい
る。また、Ｕ１からＵ２へのスイッチングに対しては、
これとは反対に、非対称性の打ち消される領域よりも小
さなストライプ間隔の領域でより反転閾値が高くなる一
方で、非対称性の打ち消される領域よりも大きなストラ
イプ間隔の領域ではより反転閾値が低くなるため、やは
り閾値の勾配を形成することが可能である。この場合
も、図８と同様に、ストライプの間隔は画素の左側ほど
小さくなっている。

【００３７】ただし、この非対称性のストライプ間隔依
存性を利用して閾値の勾配を作成する場合には、図１０
に示すように、印加電圧−透過率曲線の同じ部分が双方
のスイッチングで画素中の異なる領域に対応しているた
め、素子として、両方向のスイッチング特性を対称にす
るためにはストライプ間隔の異なる部分の面積をそれぞ
れ設計しておく必要がある。

【００３８】この場合にも、前述したストライプ凸部の
形成による前述の縞状ドメインの形成は何ら影響を受け
ることはないので、本発明によって、良好な配向が達成
され、透過率の制御性が良く、階調表示に優れ、画素間
でのばらつきが小さいという長所を生かしたままでスイ
ッチングの非対称性をなくすることができる。

【００３９】以下、具体的な実施例についてさらに詳細
に説明する。以下に述べる実施例では一対の基板ないし
電極の一方のラビング方向をストライプに対して反時計
回りにずらし、他方を垂直配向処理する例を挙げてい
る。

【００４０】（実施例１）図１１に本実施例の液晶表示
素子の画素パターンを示す。１１０１の正方形部が各画
素を示しており、１１０２は基板上の透明薄膜電極上に
設けられたストライプ凸部である。画素１１０１のサイ
ズは一辺が２００μｍ、ストライプ凸部の幅は５μｍ、
スペースは５μｍである。図１２に図１１中のａ−ａ´
線によるセルの断面を示す。上下のガラス基板１２０
１、１２０２上にＩＴＯ１２０３、１２０４が厚み１５
０ｎｍ程で成膜されており、さらにフォトリソグラフィ
ーの工程により、上側ガラス基板には、画素パターン、
及びストライプパターン１２０５が形成され、下側ガラ
ス基板には画素パターンのみが形成されている。ストラ
イプパターンの段差は約７０ｎｍである。凸部を形成し
た上側基板の電極上にはさらにポリシロキサン１２０７
をスピン塗布し、一方、ストライプ状凸部を形成してい
ない下側基板の電極上にはポリイミド１２０６を約２０
ｎｍの厚さで成膜し、ラビング処理を施す。ラビング方
向は上基板側から見てストライプの長手方向に対して半
時計回りに７度の方向である。その後、２枚の基板はセ
ルギャップ１．２μｍで貼り合わせられている。そのギ
ャップ中に強誘電性液晶を注入してある。強誘電性液晶
としては、

【００４１】

【外１】という相系列を有し、負のＰｓを持ち、３０℃における
液晶分子のチルト角が２８．８°と大きなものを用い
た。

【００４２】以上のようにして液晶セルを作成した。こ
のセルは良好な配向を示し、且つ２つの消光位位置のな
す角度は３０℃で４５．０°と液晶分子のチルト角の２
倍に近い値であり、高コントラストが達成できた。スメ
クチックＣ相での層法線方向はストライプパターンの長
手方向から半時計回りに５度の方向であった。

【００４３】このセルの上下電極間に図１３に示すよう
なパルス電圧を印加し、光学応答特性を測定した。本実
施例ではΔｔ＝２０μｓｅｃ、Ｖ_ap＝１５〜３０Ｖとし
た。光学応答特性の評価は、２つのスイッチングの方向
に対して行い、常に白書き込みになるように印加電圧の
極性を決定した。

【００４４】４×４のマトリクスで、初期黒状態で異な
るパルス電圧Ｖ_apを印加して反転ドメイン形状を観察し
たところ、図６に模式的に示したような縞状のドメイン
が観測され印加電圧の増大に伴って縞の幅が広がってい
く様子が認められた。

【００４５】この素子の印加電圧−透過率特性は非常に
安定していて再現性に優れており、画素ごとの透過率の
ばらつきも非常に小さかった。

【００４６】また、階調制御性を示す指標であるγ＝
（飽和反転電圧）／（反転閾値電圧）の値は、ストライ
プ状凸部を形成しない素子ではγ＝１．０３であったも
のがγ＝１．１０と大きくなり、階調制御性を向上させ
ることができた。

【００４７】さらに、２つの消光位位置にクロスニコル
をあわせて測定された、２つの方向のスイッチングに対
する光学応答特性は、ストライプ状修飾のない同じ構成
のセルにおいて、５０％の透過率の印加電圧の差が１．
５Ｖであったものが、図１４に示すようにほぼ等しい曲
線で表わされるようになり、スイッチングをほぼ対称に
することができた。このスイッチングの対称性は、パル
ス幅、ストライプ凸部の幅、ストライプ凸部の間隔、ラ
ビング方向、配向膜材料、液晶材料等を変化させること
によってさらに向上させることが可能である。

【００４８】（実施例２）図１５に本実施例の液晶表示
素子の画素パターンを示す。１５０１の正方形部が各画
素を示しており、１５０２は基板上の透明薄膜電極上に
設けられたストライプ凸部である。画素１５０１のサイ
ズは一辺が２００μｍ、ストライプ凸部の幅は５μｍで
ある。最もストライプ状凸部の密な箇所は５μｍスペー
ス、最も疎な箇所は１５μｍスペースであり、段差は７
０ｎｍである。ラビング方向は実施例１と同じ、上基板
側から見てストライプの長手方向に対して半時計回りに
７度の方向である。作製方法、液晶材料、配向膜材料、
垂直配向処理、セルギャップ等も実施例１と同じであ
る。

【００４９】以上のようにして液晶セルを作成した。こ
のセルは良好な配向を示し、且つ２つの消光位位置のな
す角度は３０℃で４５．２°と液晶分子のチルト角の２
倍に近い値であり、高コントラストが達成できた。スメ
クチックＣ相での層法線方向はストライプパターンの長
手方向から半時計回りに約５度の方向であった。

【００５０】このセルの上下電極間に図１３に示すよう
なパルス電圧を印加し、光学応答特性を測定した。実施
例１と同じΔｔ＝２０μｓｅｃ、Ｖ_ap＝１５〜３０Ｖの
条件で測定を行った。光学応答特性の評価は、２つのス
イッチングの方向に対して行い、常に白書き込みになる
ように印加電圧の極性を決定した。

【００５１】４×４のマトリクスで、初期黒状態で異な
るパルス電圧Ｖ_apを印加して反転ドメイン形状を観察し
たところ、両方向のスイッチングに対して、図８に模式
的に示したように、印加電圧の低い場合にはストライプ
間隔の小さい側にのみ縞状の反転ドメインが出現し、印
加電圧の増大に伴ってストライプ間隔の広い側に伸びて
いく様子が認められた。これは、本実施例のようなパル
ス幅の小さいような駆動条件の下ではストライプ状凸部
による形状配向効果のストライプ間隔依存性が小さく、
本実施例におけるストライプ間隔の範囲では、すべての
ストライプ間隔の領域で上下の配向膜の非対称性による
スイッチングの非対称性をキャンセルすることができた
ためであると考えられる。

【００５２】この素子の印加電圧−透過率特性は非常に
安定していて再現性に優れており、また、画素ごとの透
過率のばらつきも非常に小さかった。

【００５３】この素子の印加電圧−透過率特性を図１６
に示す。この様に、両方向のスイッチングを示す２つの
印加電圧−透過率曲線はほぼ一致しており、対称なスイ
ッチングが達成されていることを示している。このスイ
ッチングの対称性は、パルス幅、ストライプ凸部の幅、
ストライプ状凸部の画素内での分布、ラビング方向、配
向膜材料、液晶材料等を変化させることによってさらに
向上させることが可能である。

【００５４】また、階調制御性を示す指標であるγ＝
（飽和反転電圧）／（反転閾値電圧）の値は、ストライ
プ状凸部を形成しない素子ではγ＝１．０３であったも
のがγ＝１．３０と大きくなり、ストライプの間隔を画
素内で変化させることにより、この様に非常に効果的に
階調制御性を向上させることができた。

【００５５】（実施例３）図１７に本実施例の液晶表示
素子の画素パターンを示す。１７０１の正方形部が各画
素を示しており、１７０２は基板上の透明薄膜電極上に
設けられたストライプ凸部である。画素１７０１のサイ
ズは一辺が２００μｍ、ストライプ凸部の幅は３μｍで
ある。最もストライプ状凸部の密な箇所は１μｍスペー
ス、最も疎な箇所は１５μｍスペースであり、図１７に
示すような配置となっている。凸部の段差は７０ｎｍで
ある。ラビング方向は上基板側から見てストライプの長
手方向に対して半時計回りに９度の方向である。作製方
法、液晶材料、配向膜、垂直配向処理、セルギャップ等
は、実施例１と同じである。

【００５６】以上のようにして液晶セルを作成した。こ
のセルは良好な配向を示し、且つ２つの消光位位置のな
す角度は３０℃で４５．２°と液晶分子のチルト角の２
倍に近い値であり、高コントラストが達成できた。スメ
クチックＣ相での層法線方向はストライプパターンの長
手方向から半時計回りに約７度の方向であった。

【００５７】このセルの上下電極間に図１３に示すよう
なパルス電圧を印加し、光学応答特性を測定した。Δｔ
＝１００μｓｅｃ、Ｖ_ap＝５〜９Ｖの条件で測定を行っ
た。光学応答特性の評価は、２つのスイッチングの方向
に対して行い、常に白書き込みになるように印加電圧の
極性を決定した。

【００５８】４×４のマトリクスで、初期黒状態で異な
るパルス電圧Ｖ_apを印加して反転ドメイン形状を観察し
たところ、図９に模式的に示したような結果が得られ
た。つまり、２つの消光位のうちストライプ凸部の長手
方向とのなす角の大きい側に消光位を合わせた場合のス
イッチングに対しては、ストライプ間隔の小さな領域で
反転閾値が低くなる一方で、ストライプ間隔の大きな領
域では反転閾値が高くなっていた。また、逆にストライ
プ凸部の長手方向とのなす角の小さい側に消光位を合わ
せた場合のスイッチングに対しては、ストライプ間隔の
大きな領域で反転閾値が低くなる一方で、ストライプ間
隔の小さな領域ではより反転閾値が高くなっている。そ
して、本実施例で用いたストライプ間隔において中間的
な間隔の部分では、どちらのスイッチングに対しても、
ほぼ同じ反転電圧値を示した。これは、この様にパルス
幅が長いような駆動条件の下では、形状効果によるスイ
ッチングの非対称性のストライプ間隔依存性が大きく、
中間的なストライプ範囲の領域にだけが２つの非対称性
をキャンセルでき、ほぼ対称のスイッチング挙動をしめ
したためであると考えられる。

【００５９】以上示した様に、スイッチングの方向によ
って反転する領域に違いはあるものの、１つの画素内に
反転閾値の異なる領域を作成することができた。

【００６０】この非対称性のストライプ間隔依存性を利
用して閾値の勾配を作成する場合には、図１０に示す様
に、印加電圧−透過率曲線の同じ部分が双方のスイッチ
ングで画素中の異なる領域に対応しているため、素子と
して、両方向のスイッチング特性を対称にするためには
ストライプ間隔の異なる部分の面積をそれぞれ設計して
おく。

【００６１】この素子の印加電圧−透過率特性は非常に
安定していて再現性に優れており、また、画素ごとの透
過率のばらつきも非常に小さかった。

【００６２】この素子の印加電圧−透過率特性を図１８
に示す。実線がストライプ凸部の長手方向とのなす角の
大きい側に消光位を合わせた場合のスイッチングを示し
ており、破線がストライプ凸部の長手方向とのなす角の
小さい側に消光位を合わせた場合のスイッチングを示し
ている。この様に、両方向のスイッチングを示す２つの
印加電圧−透過率曲線はほぼ一致しており、ほぼ対称な
スイッチングが達成されていることを示している。この
スイッチングの対称性は、パルス幅、ストライプ凸部の
幅、ストライプ状凸部の画素内での分布、ラビング方
向、配向膜材料、液晶材料等を変化させることによって
さらに向上させることが可能である。

【００６３】また、階調制御性を示す指標であるγ＝
（飽和反転電圧）／（反転閾値電圧）の値は、ストライ
プ状凸部を形成しない素子ではγ＝１．０３であったも
のがγ＝１．３８と大きくなり、ストライプの間隔を画
素内で変化させることにより、この様に非常に効果的に
階調制御性を向上させることができた。

【００６４】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、高
コントラストで、中間調表示の再現性に優れており、階
調制御性を向上させることができ、かつ双方向のスイッ
チング挙動がほぼ対称でより単純な駆動が行える強誘電
性液晶素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】上下の配向規制層が異なるセルの双方向の印加
電圧−透過率特性を示す図。

【図２】上下の配向規制層が異なる場合の非対称な双安
定性ポテンシャルを説明する図。

【図３】ストライプ状凸部を付与した場合の双安定性を
説明する図。

【図４】ストライプ状凸部を付与した場合の非対称な双
安定性ポテンシャルを説明する図。

【図５】ストライプ状凸部を付与したセルの双方向の印
加電圧−透過率特性を示す図。

【図６】ストライプ状ドメインを説明する平面図。

【図７】ランダムなドメインを説明する平面図。

【図８】非対称性のストライプ間隔依存性が小さい駆動
条件でのドメイン反転の模式図。

【図９】非対称性のストライプ間隔依存性が大きい駆動
条件でのドメイン反転の模式図。

【図１０】非対称性のストライプ間隔依存性が大きい駆
動条件下での、透過率−印加電圧曲線と反転ドメイン位
置との対応を説明する図。

【図１１】本発明の実施例１のストライプパターンを示
す図。

【図１２】本発明の実施例１の素子のａ−ａ´断面図。

【図１３】セル駆動印加電圧を示す図。

【図１４】実施例１の素子の印加電圧−透過率特性を示
す図。

【図１５】本発明の実施例２のストライプパターンを示
す図。

【図１６】実施例２の素子の印加電圧−透過率特性を示
す図。

【図１７】本発明の実施例３のストライプパターンを示
す図。

【図１８】実施例３の素子の印加電圧−透過率特性を示
す図。

【符号の説明】

１１画素エリア１２初期ドメイン１３反転ドメイン２１画素エリア２２反転ドメイン８１画素エリア８２反転ドメイン９１画素エリア９２反転ドメイン１１０１画素エリア１１０２ストライプ状凸部１２０１、１２０２ガラス基板１２０３、１２０４ＩＴＯ１２０５ストライプ状凸部１２０６ポリイミド１２０７ポリシロキサン１５０１画素エリア１５０２ストライプ状凸部１７０１画素エリア１７０２ストライプ状凸部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の電極間に強誘電性液晶を有する液
晶素子において、前記一対の電極のうち一方の電極上にはストライプ状の
凸部が形成されており、該凸部によるスイッチング特性
の非対称性を補償すべく配向処理が施されていることを
特徴とする液晶素子。
【請求項２】一対の電極間に強誘電性液晶を有する液
晶素子において、前記一対の電極のうち一方の電極上にはストライプ状の
凸部が形成されており、該凸部の長手方向と素子中での
前記液晶のスメクチック層の層法線方向とが異なってい
て、且つ、該凸部の長手方向と素子中における前記液晶
の双安定状態での２つの分子配向方向とのなす鋭角のう
ち最も絶対値の小さな角の大きさが、前記カイラルスメ
クチック層でのコーン角以下であるとともに、スイッチ
ング特性がほぼ対称とすべく配向処理を施したことを特
徴とする液晶素子。
【請求項３】前記配向処理は、前記凸部側を垂直配向
処理し、他方側を一軸配向処理するものである請求項１
及び２に記載の液晶素子。