JPH08166579A

JPH08166579A - 液晶パネル体、液晶パネル体の階調発現方法及び液晶パネル体の製造方法

Info

Publication number: JPH08166579A
Application number: JP6336538A
Authority: JP
Inventors: Takao Minato; 孝夫湊; Katsuhiro Suzuki; 克宏鈴木
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-12-22
Publication date: 1996-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】強誘電性液晶を用いた液晶パネル体のセルギ
ャップを一定に保持した状態で、１画素内に４階調以上
の表示ができるようにする。【構成】一対の対向基板に形成された対向電極４，５
と、少なくとも一方の基板に形成されていてラビング処
理が施された配向膜と、対向電極４，５によって形成さ
れる画素電極間に挟持される強誘電性液晶を有する液晶
パネル体である。強誘電性液晶はカイラルスメクチック
相に設定される。また、対向電極４，５の交差位置に形
成される１画素領域内に、液晶分子層Ｅの折れ曲がり方
向が同じか略同じであって且つその層内の液晶分子３０
４の凝集状態が互いに異なる複数の配向ドメイン５０
３，５０４を形成する。ドメイン５０３及び５０４の明
暗スイッチング閾値の相違を利用して灰色表示、つまり
階調表示を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業用、ＯＡ用及び家
庭用の液晶ディスプレイに用いられる液晶パネル体、特
に、強誘電性液晶又は反強誘電性液晶が封入された液晶
パネル体に関する。また、その液晶パネル体を製造する
ための製造方法に関する。また、その液晶パネル体を用
いて階調表示を行うための階調発現方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータ等のための表示装置
として液晶ディスプレイが用いられるようになってき
た。液晶ディスプレイの主要構成部材は、主として一対
のガラス基板から成る液晶パネル枠に液晶を浸透させる
ことによって構成される液晶パネル体である。各ガラス
基板にはストライプ状の透明電極が形成され、これらの
透明電極上には必要に応じて、絶縁膜及びポリイミド等
の有機薄膜又は珪素酸化物等の無機薄膜が順次に積層さ
れる。カラーディスプレイでは、透明電極の下部又は上
部にカラーフィルタが形成される。上記ポリイミド膜等
には、そのポリイミド膜が液晶に対して一軸配向性を持
つように一軸配向処理、例えばラビング処理が施され
る。上記珪素酸化物等は、一軸配向性があるように蒸着
される。液晶パネル枠に関しては、一対のストライプ状
透明電極が互いに直交して互いに対向するように一対の
ガラス基板が接着される。そしてその際、スペーサと呼
ばれる隙間支持体を両基板の間に多数個介在させること
により、両基板の間を一定の微小間隔にを保持する。

【０００３】液晶ディスプレイは、通常、上記のような
液晶パネル枠に液晶を封入して液晶パネル体を作製した
後、その液晶パネル体にさらに偏光板、駆動用ＩＣ及び
バックライト等の付帯機器を実装し、出来上がった組立
体をキャビネットに収納することによって作製される。
近年では、特に液晶として強誘電性又は反強誘電性を示
す液晶を用いた液晶ディスプレイの実用化の研究が行わ
れている。例えば、（１）”強誘電性液晶の構造と物性” −福田、竹添共著、コロナ社、１９９０年− （２）”次世代液晶ディスプレイと液晶材料” −福田監修、シーエムシー、１９９２年− 等の文献にそのような研究が開示されている。

【０００４】このように強誘電性液晶又は反強誘電性液
晶について研究が行われるのは、これらの液晶が、いわ
ゆる記憶効果を有し、さらに高速応答性、例えば数十μ
ｓの応答性を有するので、ＴＦＴ（Thin Film Transist
or）や、ＭＩＭ（Metal Insulator Metal ）等の能動素
子を必要としない単純マトリックス駆動で、高精細な大
容量表示が期待されるからである。

【０００５】これらの液晶は、高温側の状態である液体
相（等方相）から温度を下げるに従って、例えば、カイ
ラルネマチック（Ｎ^* ）相→スメクチックＡ（ＳｍＡ）
相→カイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ^* ）相→カイラル
スメクチックＣ_A （ＳｍＣ_A ^*）相と複雑多様な相変化を
示す。なお、液晶によっては発現しない相もある。例え
ば、反強誘電性液晶ではカイラルネマチック相が見い出
されていない。実際の製造工程では、液晶パネル枠に液
体相の液晶を浸透させた後にその液晶を冷却して、電場
に応答する相であるカイラルスメクチック相を形成す
る。この相状態は、カイラルネマチック相よりも低温側
に位置していて対称性が低い状態であり、より結晶に近
い層構造を有している。具体的には、強誘電性液晶では
カイラルスメクチックＣ相（Ｆ，Ｈ，Ｉ相も含む）、反
強誘電性液晶ではカイラルスメクチックＣＡ相（Ｃα，
Ｃβ，Ｃγ等の副次相も含む）である。これら２つの液
晶は、互いに類似の層構造を有しており、反強誘電性液
晶は強誘電性液晶に対して、単に、層ごとに安定な分子
軸の方向が入れ替わる構造である。以下では、カイラル
スメクチックＣ相を例に挙げて説明を行うが、その説明
は反強誘電性液晶にもあてはまる。

【０００６】これらの液晶では、まず第一に、高速応答
性を示すと共に安定した記憶効果を発現させるために、
ＳｍＣ^* 相の厚みを２．５μｍ以下、より好ましくは
１．４μｍ〜１．６μｍ程度で均一にする必要がある。
仮に、電極間のこの微小な間隙、すなわちセルギャップ
にムラがあると、液晶の複屈折性に起因して透過光に濃
度ムラや着色が生じる。

【０００７】第二に、電極間のＳｍＣ^* 相は結晶固有の
配向欠陥のない単結晶相、すなわちモノドメイン相であ
ることが必要である。モノドメイン相の形成法として
は、ラビング法、斜方蒸着法、シアリング法及び温度勾
配法等が公知である。例えば、液晶素子内部に加熱用電
極を設けて通電して液晶に温度勾配を与え、ポリエチレ
ンテレフタレート等の有機フィルムの切断面を起点とし
てモノドメイン相を析出する方法が特開昭６０−２３５
１１８号公報に開示されている。これは、上下の基板に
はラビング処理等の一軸配向性は付与されておらず、種
結晶を開始点とする単結晶成長法である。また、シアリ
ング法によれば、基板間の液晶層を上下の基板それ自身
でこすり合わせることによって、配向したＳｍＡ相の層
が形成される。しかしながらいずれの方法も、容易に推
察されるように、学術研究的なものであって工業的に有
効な配向制御手段ではない。一方、ラビング法は、配向
制御技術として実用に供されている唯一のものであっ
て、強誘電性液晶が用いられるパネル体が大面積であっ
ても、モノドメイン相の液晶分子層を形成することが可
能な配向制御法である。

【０００８】しかしながら、単に一軸配向処理を施した
液晶パネル枠に液晶を浸透させて単に冷却するだけで
は、ＳｍＣ^* 相の液晶分子層に固有のジグザグ欠陥や擬
直線状欠陥の発生を抑止できない。その理由は、ＳｍＣ
^* 相の層は、従来考えられていた図１に示すようなブッ
クシェルフ構造ではなく、図２に示すように液晶分子層
Ｅの中心部が”《”の形状に屈曲したシェブロン構造、
あるいは、まれに図３に示すような傾いたブックシェル
フ構造をとるからである。上記のシェブロン構造に関し
ては、その屈曲方向が”》”と”《”の２方向をとり得
るが、単なるラビング処理ではその屈曲方向を一方向に
固定することは不可能であり、通常は図４に示すよう
に、異なる屈曲方向を持つ領域が併存する。また、傾い
たブックシェルフ構造（図３）に関しても、同様に、傾
く方向が異なる領域が発現する。

【０００９】ジグザグ欠陥は、上記のように液晶分子層
の傾斜状態が異なる複数の領域が互いに接合する部分に
発生するものであり、例えば図４においては、屈曲方向
の異なる配向ドメインの境界にジグザグ欠陥２０３が発
生する。傾いたブックシェルフ構造の場合には、傾き方
向の異なる配向ドメインの境界にジグザグ欠陥が発生す
る。擬直線状欠陥２０４の発生原因は明確ではないが、
同じ屈曲方向を有する複数の配向ドメインが成長して、
それらが互いに合体した境界が消失せずに残存した部分
と考えられる。法則性に基づいて配向欠陥の全く存在し
ないモノドメイン相の層を得る技術は、本発明等によっ
て既に提案されているが、これは本発明の目的である階
調表示に密接に関わっているので、後述する。

【００１０】強誘電性液晶を用いる液晶ディスプレイに
関して残された技術的問題は、多階調表示である。強誘
電性液晶の電気的応答はネマチック液晶の実効値応答と
は異なる直流応答であり、本来、「明」と「暗」の２状
態しかないので、このままでは３階調以上の表示は原理
的に困難である。モノクロディスプレイならばこれでも
よいが、一般的なＯＡ用途なら８階調が必要であり、マ
ルチメディアで使用するならば３２階調以上が望まし
く、さらに、製版やグラフィックで使用するフルカラー
（１６７７万色）では２５６階調が必要である。

【００１１】これまでの所、実用的な多階調表示の方法
としては、時分割階調と面積階調が知られている。時分
割階調とは、単位時間に占める黒表示のための時間と白
表示のための時間との比で灰色を表示するものである。
面積階調とは、新聞の白黒写真の原理と同じ考え方であ
り、単位面積あたりを占める黒の量と白の量との割合で
灰色を表現するものである。しかしながら、これらの方
法に関しては、それぞれ、以下に述べるような欠点があ
る。

【００１２】時分割階調の欠点は、多階調の階調数を多
くするに従って、１画素あたりの液晶の応答速度を上げ
る必要があることである。電極数が５００本の線順次走
査駆動をした場合、１画面を走査するのに要する時間は
３０ｍｓ以下でなければちらつきが出るので、電極１本
が走査される時間は、およそ６０μｓである。従って、
６０μ以内で複数回走査して「明」と「暗」に時間を割
り当てなければならない。しかし、ネマチック液晶より
速いと言われる強誘電性液晶でも、その応答速度は数１
０μｓのものがほとんどである。よって時分割階調で
は、せいぜい、２〜４階調が期待できるに過ぎない。

【００１３】これに比べ、液晶の物性、駆動回路の構成
及び駆動波形の構成等を考慮すれば、多階調表示を実現
するための方法としては面積階調の方が扱いやすい。こ
の面積階調では、１ドットを複数の画素で構成して個別
に駆動する。最も簡単な分割の仕方を例に採ってその面
積階調を説明する。今、８階調を表示したい場合、１ド
ットは３画素から成る。面積を大きい順に、それぞれ、
Ａ、Ｂ、Ｃとする。Ａ≠Ｂ≠Ｃ且つＡ≠Ｂ＋Ｃである。
面積比は、人間の視覚特性に合わせて設定されるが、こ
こでは単純にＡ：Ｂ：Ｃ＝４：２：１としておく。この
ため、このドットの階調表示は、表面積の組み合わせ
（０）、（Ｃ）、（Ｂ）、（Ａ）、（Ａ＋Ｂ）、（Ｂ＋
Ｃ）、（Ａ＋Ｃ）、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）で８階調となる。

【００１４】この面積階調の欠点は、多階調を進めるに
従って、より小さい電極がより多数必要になるというこ
とである。現在のディスプレイの１ドットの大きさは約
０．３ｍｍ×０．３ｍｍであり、カラー表示の場合には
これをＲＧＢで分割するから、ＲＧＢそれぞれの１ドッ
トの大きさは約０．３ｍｍ×０．１ｍｍとなる。電極本
数はＶＧＡ規格６４０×４８０ドットで１９２０＋４８
０本であるから、上記の分割例では、最小の画素の大き
さは約０．０４３ｍｍ×０．１ｍｍ、電極本数は１９２
０＋１４４０本になる。２５６階調フルカラー表示の場
合、１ドットは８分割され、電極の集積度と本数は飛躍
的に増大する。このため面積階調を用いる場合は、電極
形成の歩留まりの低下等が発生して、技術的にも、そし
て費用的にも問題が大きくなる。また、走査電極が増え
れば、それだけ短時間で画面を走査しなければならない
ので、液晶応答速度や記憶効果等に対する要求も厳しく
なる。しかしながら、これらの問題があるにしても、強
誘電性液晶ディスプレイの主要な対象である２０インチ
以上の大型パネルでは、１ドットの許容面積も相対的に
大きくなるので、４又は８階調程度はそれほどの困難な
く実現できる。

【００１５】上記以外の階調表示方法として、特公昭６
２−４９６０８号公報では、選択時の印加電圧波形を調
節して、画素内の明暗領域の面積比を制御して階調を発
現する方法が開示されている。これによれば、基板表面
に自然発生的に生じる基板表面状態のばらつきや、人為
的に形成した微小モザイクパターンにより安定した
「明」と「暗」のドメインを誘導してそれらを混在させ
ることが可能であると記載されている。本発明者等の実
験では、こうした方法では非選択時に加えられる電圧に
よって混在状態が破壊されてしまい、安定した階調表示
は全く得られなかった。

【００１６】また、特開平５−１５０２４４号公報によ
れば、電極基板表面にストライプ状の畝を設けて、場所
ごとにセルギャップを増減させて液晶のスイッチングに
伴う閾値特性を変化させて階調表示を行うという技術が
開示されている。しかしながらこの方法では、まず、畝
を形成するのが技術的に難しいので、畝による高低差が
不十分となり、その結果、希望通りの階調表示を行うこ
とができない。また、高低差が有り過ぎると既述した配
向欠陥を引き起こしてしまい、それと同時に、液晶層の
厚さの変化は表示の色付きを起こすこと等から、この方
法を実際に用いることは困難である。以上のことから明
らかなように、現段階では、ＳｍＣ^* 相の液晶分子層の
構造をシェブロン構造又は傾いたブックシェルフ構造に
保持し、さらに電極間隔を略一定に保持した状態で、液
晶をスイッチング制御するための閾値を分布させる実用
的な方法は未だ知られていない。

【００１７】いずれにしても、画素上で閾値を分布させ
る従来技術では３階調を実現することも困難である。従
って、画素上の閾値をより確実で信頼性のある別の方法
によって分布させることが望まれる。最低４階調、より
好ましくは８階調を表示すれば、さらに面積階調又は時
分割階調と組み合わせることによって１６階調以上の表
示が期待できる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解消するためになされたものであって、強誘電性液
晶を用いた液晶パネル体のセルギャップを一定に保持し
た状態で、１画素上に４階調以上の表示ができる液晶パ
ネル体を提供することを目的とする。また、その液晶パ
ネル体を再現性高くしかも簡単に製造できる製造方法を
提供することを目的とする。さらに、上記液晶パネル体
を階調表示させることに関して好適である液晶パネル体
の階調発現方法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る第１の液晶パネル体は、一対の対向基
板に形成された対向電極と、少なくとも一方の基板に形
成されていて一軸配向処理が施された配向膜と、上記対
向電極によって形成される画素電極間に挟持される強誘
電性液晶又は反強誘電性液晶とを有する液晶パネル体に
おいて、上記強誘電性液晶又は反強誘電性液晶は、カイ
ラルスメクチック相に設定されると共に、そのカイラル
スメクチック相の液晶分子層の折れ曲がり方向が同じか
略同じであって且つその層内の液晶分子の凝集状態が互
いに異なる複数の配向ドメインを含むことを特徴とす
る。これは、液晶分子層がシェブロン構造をとる液晶パ
ネル体（図２）に対して本発明を適用したものである。
また、本発明に係る第２の液晶パネル体は、傾いたブッ
クシェルフ構造の液晶分子層を有する液晶パネル体（図
３）を想定したものであり、特に、カイラルスメクチッ
ク相の層の傾き方向が同じか略同じであって且つ層内の
液晶分子の凝集状態が互いに異なる複数の配向ドメイン
がカイラルスメクチック相に含まれることを特徴とす
る。

【００２０】カイラルスメクチック相は、例えば、強誘
電性液晶ではカイラルスメクチックＣ相であり、反強誘
電性液晶ではカイラルスメクチックＣ_A 相である。

【００２１】異なる複数の配向ドメインを含むように形
成される画素電極は、図２３に”○”印で示すように、
対向電極Ｅ１及びＥ２の交差位置に形成される画素電極
の全てとすることができるし、あるいは図２４に示すよ
うに、対向電極Ｅ１及びＥ２の間に形成される複数の画
素電極のうちからいくつかの画素電極を選択し（”○”
印）、その選択した画素電極が複数の配向ドメインを含
むようにすることもできる。図２４において、選択され
なかった残りの画素電極（”×”印）は単一ドメインに
よって構成される。また、図２４に示す例では複数ドメ
インの画素電極（”○”印）を周期的に選択している
が、それらを非周期的に選択しても良い。

【００２２】液晶分子の異なる凝集状態は、例えば、
（１）液晶分子が液晶分子層の傾斜方向にプレチルトす
る凝集状態（＝Ｃ１状態）、（２）液晶分子が液晶分子
層の傾斜方向と反対方向にプレチルトする凝集状態（＝
Ｃ２状態）、（３）液晶分子層の傾斜方向と同じ方向に
プレチルトする液晶分子と、液晶分子層の傾斜方向と反
対方向にプレチルトする液晶分子との両方を含む状態
（＝Ｃ１／Ｃ２ハイブリッド状態）、（４）片側の液晶
分子が液晶分子層の傾斜方向と同じ方向へプレチルトす
る凝集状態（＝片側Ｃ１状態）、又は（５）片側の液晶
分子が液晶分子層の傾斜方向と反対方向へプレチルトす
る凝集状態（＝片側Ｃ２状態）のうちから選択される。

【００２３】液晶分子に関して異なる凝集状態を得るた
めには、例えば、上記一軸配向処理の方向を液晶の場所
に応じて変化させる。具体的には、対向する一対の配向
膜間で同じか略同じ方向に一軸配向処理を行うか、対向
する一対の配向膜間で逆方向か略逆方向に一軸配向処理
を行うか又はいずれか一方の配向膜に関して一方向に一
軸配向処理を行う。また、液晶に関して異なる凝集状態
を得るための別の方法として、一軸配向処理を行う配向
膜の種類を液晶の場所に応じて変化させるという方法も
採用できる。この場合にも、一軸配向処理の方向は隣接
する異なる種類の配向膜同士、又は対向する配向膜間で
先述したように変えることが可能である。

【００２４】本発明に係る液晶パネル体の階調発現方法
は、上記の構成から成る液晶パネル体の対向電極間に印
加する印加電圧の大きさ及びパルス幅の少なくとも一方
を調節することにより、異なる複数の配向ドメイン間で
光透過量を制御することを特徴とする。

【００２５】本発明に係る液晶パネル体の製造方法は、
基板の特定部分に対応した孔を持つマスクでその基板を
覆い、そのマスクの上から一軸配向処理を施す工程を複
数回繰り返すことにより、配向膜の特定部分に特定方向
の一軸配向処理を施し、これにより、強誘電性液晶又は
反強誘電性液晶の中に凝集状態の異なる複数の配向ドメ
インを形成することを特徴とする。

【００２６】強誘電性液晶又は反強誘電性液晶をカイラ
ルスメクチック相に設定するためのそれらの液晶に対す
る冷却方法として、一軸配向処理の方向に対して平行又
は略平行に上記表示用画素電極の一方の端部から他方の
端部へ向かって温度勾配を保持しながら、液晶を高温状
態相からカイラルスメクチック相へと冷却するような冷
却方法を採用することが望ましい。この冷却方法によ
り、カイラルスメクチック相内にジグザグ欠陥等の欠陥
を生じること無しに、異なる配向ドメインを共存させる
ことができる。

【００２７】

【作用】本発明は次の事実、すなわち（１）透明電極間
に挟持されたＳｍＣ^* 相内の液晶分子にはプレチルト角
があるために液晶分子の凝集の仕方が異なる複数のシェ
ブロン構造があって、それらの電気光学的応答に差があ
ること、及び（２）ジグザグ欠陥を生ずること無しに、
凝集の仕方が異なる複数のシェブロン構造を電極上に共
存させることが可能であることに基づいている。このこ
とは、傾いたブックシェルフ構造に関してもそのまま言
えることなので、以下の説明ではそれらを代表して、主
に、シェブロン構造についてだけ述べることにする。

【００２８】まず、上記の（１）の事項に関して、図５
を用いて説明する。なお同図では、一軸配向処理として
ラビング処理を用いている。同図において、ポリイミド
等の有機薄膜、すなわち配向膜を布で一定方向、例えば
Ａ方向に擦るラビング処理を行うと、この配向膜に接触
する液晶分子層Ｅ内の液層分子３０４は、図示のよう
に、ラビングの進んだ側が浮くようにして配向膜上に配
座する。この浮き上がった角度をプレチルト角αとい
う。このプレチルト角αは２゜〜１０゜程度、通常は概
ね２゜〜３゜程度であって、液晶の種類や、配向膜の種
類や、それらの作製条件に依存するようである。スメク
チック相の層内の液晶分子もこのプレチルト角αの影響
を受けて傾く。従って、シェブロン構造における液晶分
子層の折れ曲がり方向と上下のラビング方向との組合せ
を変えることによって、スメクチック相の層内での区別
できる液晶分子の凝集の仕方は５種類となる。図５はこ
れらの凝集の仕方を模式的に示している。

【００２９】これら５つの配置に関して、特に、（ａ）
に示す配置がＣ１状態と呼ばれ、（ｂ）に示す配置がＣ
２状態と呼ばれている（J.Kanbe他、Ferroelectrics、1
14、3 (1991)）。これらは、ラビングの進行方向が同じ
か略同じになるように上下の基板を対向させたラビング
方法、すなわち平行ラビングによって得られる液晶分子
の凝集状態である。Ｃ１状態では、液晶分子３０４が液
晶分子層Ｅの傾斜方向と同じ方向にプレチルトする。ま
た、Ｃ２状態では、液晶分子３０４が液晶分子層Ｅの傾
斜方向と反対方向にプレチルトする。

【００３０】（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）の各配置に関し
ては、従来、特に名称が付けられてはいないが、本明細
書では、（ｃ）に示す状態をＣ１／Ｃ２のハイブリッド
状態と呼び、（ｄ）に示す状態を片側Ｃ２状態と呼び、
そして（ｅ）に示す状態を片側Ｃ１状態と呼ぶことにす
る。

【００３１】（ｃ）の状態は、ラビングの進行方向が上
下で正反対になるように両基板を組み合わせたラビング
方向、すなわち反平行ラビングによって得られる液晶分
子の凝集状態である。この状態では、Ｃ１状態とＣ２状
態とが半分づつを占めている。（ｄ）の状態及び（ｅ）
の状態は、片側の基板に対してはラビング処理を行わな
い場合である。このようにラビング処理を行わないと、
液晶分子は基板に対して平行か、あるいはプレチルト角
αは小さい。このときのαは、例えば、α＝０〜３゜で
ある。以上の凝集状態では、上下の膜材料やその膜の作
製条件を変えることで、折れ曲がる位置やその形状につ
いて、種々のバリエーションが考えられる。

【００３２】図６の（ｆ）及び（ｇ）は、傾いたブック
シェルフ構造に関しての区別可能な凝集状態の一例を示
している。これらの状態は、一軸配向処理が反平行で且
つプレチルト角αが大きな場合に発現することが期待さ
れる。（ｆ）に示す状態がＣ１状態であり、（ｇ）に示
す状態がＣ２状態である。

【００３３】図５及び図６において、液晶分子層Ｅの折
れ曲がりの角度δは、数度〜２０゜程度である。また、
層内の液晶分子３０４はユニフォーム状態でなく、スプ
レイ状態をとっている場合もある。

【００３４】液晶を用いた表示において階調を発現する
上で最も重要なことは、上記の各凝集状態に関しては、
光学的に差があるだけでなく、電気的応答についても相
当の違いがあるということである（例えば、玉井他、応
用物理、第６３巻、５４８ページ（１９９４年））。す
なわち、同じセルギャップのそれぞれの凝集状態におけ
る２つの明暗のメモリー状態のスイッチングに必要な最
低のパルス幅τ（電圧一定）には差が存在、すなわちス
イッチングの閾値が異なる。つまり、対電場特性が異な
るということである。

【００３５】典型的な場合を記すと、セルギャップ＝
１．５μｍで印加電圧＝１０Ｖ_PPで一定とした場合、ス
イッチング時間τは、τ（ｃ1 ）＝１３００μｓ、τ
（ｃ2 ）＝６００μｓ、τ（ｃ1ｃ2）＝８５０μｓ、τ
（片側ｃ1 ）＝１３００μｓ、τ（片側ｃ2 ）＝６００
μｓであった。なお、τ（＊＊）は、＊＊の凝集状態で
の明暗２状態のスイッチング時間を示している。この結
果から明らかなように、Ｃ１状態とＣ２状態との間で
は、約２倍の差がある。また、Ｃ１／Ｃ２ハイブリッド
状態はＣ１状態とＣ２状態との中間的性質を持ち、片側
Ｃ１状態はＣ１状態との差が少なく、さらに片側Ｃ２状
態はＣ２状態との差が少なかった。応答の違いはプレチ
ルト角δの大きさに依存するが、一般的な傾向として、
プレチルト角δが大きくなるに従って、各状態間でのス
イッチング時間の差が小さくなる。仮に、１つの画素電
極間に応答性が明確に異なる液晶凝集状態を配向ドメイ
ンとして複数形成できれば、印加する電場のエネルギー
を調整することによってスイッチングする配向ドメイン
を選択できる。

【００３６】電圧印加に対する応答性が明確に異なる液
晶凝集状態は、同じ配向膜から成るＣ１状態とＣ２状態
である必要はない。実際に製造するには手間がかかる
が、異なる配向膜材料によって配向膜を形成することに
よって、そのような異なる液晶の凝集状態を形成するよ
うにしてもよい。すなわち、１つの画素電極上に異なる
液晶の凝集状態を形成するときに、その１つの画素電極
に対応する一対の配向膜間で配向膜材料の組み合わせを
異ならせることである。一対の配向膜が違うと液晶分子
層が折れ曲がる位置なども図５及び図６等に示す状態と
は異なると考えられる。電圧印加に対する液晶の応答の
違いは、定性的には、配向膜の違いによるプレチルト角
の違いに起因すると考えられるが、より詳しい原因は不
明である。

【００３７】配向膜の種類を異ならせることによって１
画素内における液晶の凝集状態を異ならせるという方法
は、同一種類の配向膜ではＣ１状態とＣ２状態の間で閾
値に差が無いか又はその差が離れ過ぎる場合や、Ｃ１状
態とＣ２状態の一方の状態に記憶効果が無い場合等に有
利である。

【００３８】一対のマトリックス電極間の１画素が図７
に示すようなＣ１状態の配向ドメイン５０３と、Ｃ２状
態の配向ドメイン５０４との２つの配向ドメインから成
っている場合を例に挙げて説明する。各ドメインの面積
比は、Ｃ１：Ｃ２＝２：１とする。Ｃ１状態とＣ２状態
との境界部分の断面は、図７（ｂ）に示す状態になる。

【００３９】初期状態を図８（ａ）に示すように「明」
として、τ（ｃ1 ）＞τ＞τ（ｃ2）のパルス幅τを有
するパルス波形を印加すると、図８（ｂ）に示すよう
に、Ｃ２領域のみが反転する。τ＞τ（ｃ1 ）のパルス
幅を有する電圧波形を印加すると、図８（ｃ）に示すよ
うに、画素全体が反転する。図８（ｄ）に示すように、
（ａ）の状態からＣ１領域のみを反転させることは直接
にはできない。これを行うには、まず、画素全体を一度
「暗」にしてからＣ２領域のみを反転させる。つまり、
図８において、（ａ）状態から（ｄ）状態へ応答させる
には、（ｃ）状態を経なければならない。（ｂ）状態か
ら（ｄ）状態への応答に関しても同様である。以上のよ
うな反転表示制御により、４階調表示ができる。駆動時
のリセットの問題から（ｂ）状態又は（ｄ）状態のいず
れかを表示しないようにするのであれば、３階調表示と
なる。

【００４０】スイッチングすべきドメインの選択をパル
ス幅ではなくてパルスの電圧値としても良い。対電場特
性が異なる３つのドメインが利用できれば最大で８階調
の発現が可能であり、また、５つのドメインが利用でき
れば３２階調の発現が可能である。相違する凝集状態の
メモリ状態のコントラストが異なる場合は、視覚特性を
考慮して好ましい面積比を決める必要がある。同じ凝集
状態の配向ドメインを１つでなく複数に分割して分散さ
せても良い。

【００４１】次に上記（２）の事項、すなわち異なる凝
集状態を１つの画素電極間に欠陥を生じることなく共存
させるための方法について説明する。既に述べたよう
に、液晶分子層の折れ曲がり方向が異なる配向ドメイン
が共存すれば、それらの境界が必然的にジグザグ欠陥と
なる。従って、凝集状態の異なる複数のドメインをジグ
ザグ欠陥無しに共存させるためには、それらのドメイン
の層の折れ曲がり方向を同じか、ほぼ同じにする必要が
ある。従って、まず、上下のラビング方向の組み合わせ
を図５のように変えなければならない。ラビングする場
合、１つの画素を構成する同一配向膜面内では擦る方向
は同じか略同じ、又は正反対か略正反対であって、上下
ではその方向が揃うように対向させる必要がある。より
正確には、ラビングで決まるスメクチック相の層法線方
向が、隣接する配向ドメインで一致するようにするとい
うことである。この層法線方向は必ずしも上下一対のラ
ビング方向と一致せず、若干、例えば４゜よりも小さい
角度（＜４゜）ずれることもある。これらに留意してラ
ビングする方向を調節するのは当然である。スメクチッ
ク相の層法線方向が、隣接する配向ドメインで一致して
いないと、層の折れ曲がり方向に大きな食い違いが生じ
て欠陥を生じる確率が増大する。上下のラビング方向の
組み合わせの異なる領域を設けることはＴＦＴディスプ
レイの視野角を改善する手段として知られている（日経
マイクロデバイス編、”フラットディスプレイ１９９
４”、１６６ページ、日経ＢＰ社、１９９３年）。問題
は、この条件で液晶分子層の折れ曲がり方向を一方向に
制御することである。

【００４２】液晶分子層の折れ曲がり方向を一方向に制
御する技術として、本発明者等は、液晶パネル体を均一
に冷却、つまり時間的に同時に冷却するのではなくて、
ラビング方向に沿って一端側から他端側へ向けて順次に
冷却する方法、つまり液晶パネル体を温度勾配を保持し
ながら冷却する方法を提案した。これは、一軸配向処理
方向に沿って温度勾配があると、時間的に先に温度が低
下した方に液晶分子層が折れ曲がるという経験的法則性
を見い出したことに基づくものである。

【００４３】この法則性を、平行ラビングの場合を例に
挙げて、図９に基づいて説明すると以下の通りである。
液晶は、温度が低下するに従ってその体積が大きく収縮
する。このとき、配向膜近傍の液晶は液晶分子層の中心
部に比べて相対的に動きにくいので、この収縮力は、液
晶分子層の中心部を時間的に先に温度が低下した側に引
っ張る力として作用し、その結果として層構造を維持し
たまま層の中心部をその方向に移動させる。これによ
り、液晶分子層に折れ曲がりが発生するものと考えられ
る。このため、ＳｍＡ相で既に冷却点方向に液晶分子層
が撓んでいる可能性が高い（図９（ｂ）及び（ｃ））。
従って、おそらくＣ２状態側から冷却されると、ＳｍＡ
相自身がＣ２状態に類似の構造をとっており、Ｃ１状態
を経ずにＣ２状態へと直接転移するものと考えられる。
Ｃ１状態側から冷却する場合も同様である。温度勾配の
ために液晶全体が強制的にそのような状態変化を引き起
こすので、ジグザグ欠陥が発生する余地は全くない。つ
まり、一軸配向処理は層の法線方向を決めるが、層の折
れ曲がる方向は冷却によるラビング方向に沿った体積収
縮力が決めるということである。実際、Ｃ２状態側から
冷却すると、どのような配向欠陥も生じない。ところが
特別興味あることは、液晶の種類によっては、Ｃ１状態
側から冷却した場合にジグザグ欠陥が発生し、且つ、Ｃ
２状態のドメイン内部にだけ擬線状欠陥が見られる場合
がある。これは逆方向に折れ曲がったＣ２状態ドメイン
がＣ１状態ドメイン中に発生したことを示している（図
９（ｂ））。

【００４４】一方、画素間の強誘電性液晶を液体層又は
Ｎ^* から単純に冷却、つまり全体にわたって均一に冷却
すると、ＳｍＡ相からＳｍＣ^* 相に転移するが、ＳｍＣ
^* 相は厳密には、まず、Ｃ１状態に変化して、次いで２
〜６゜低温でＣ２状態に変化する（図９（ａ））。本発
明者の詳細な観察によれば、欠陥は高温側のＣ１状態か
ら低温側のＣ２状態への転移があるために生じる。Ｓｍ
Ａ相からＣ１状態への転移に際しては、どのような欠陥
も発生しない。ジグザグ欠陥は、Ｃ１状態からＣ２状態
への転移が全領域で生じないために発生するものであ
る。Ｃ２状態への転移が完了した後に、残存するＣ１状
態との境界がジグザグ欠陥となる。

【００４５】さらに、全領域で一応完全なＣ２状態への
転移が起こっても欠陥が発生する場合があり、これが擬
直線状の欠陥である。これは、Ｃ１状態ドメインの内部
に発生する複数のＣ２状態ドメインが成長してそれらが
互いに合体した会合部分が消失せずに残存した部分であ
る。この状況は、温度勾配下でＣ１状態側から冷却した
場合と全く同じである（図９（ｂ））。このことから推
察できることは、液晶分子層の中心部が基板に平行にず
れてＣ１状態からＣ２状態へ転移が生じるのではないと
いうことである。引っ張られているので、逆方向に移動
するとは考えられない。温度が下がって図９（ｂ）の実
線のようにＣ１状態での折れ曲がり量が所定の臨界値に
達すると、この構造が不安定になって破線で示すよう
な、より安定なＣ２凝集状態に再配向が生じるためであ
る。Ｃ２状態への折れ曲がり量が増してＣ１状態へ変化
することも考えられるが、実験的には見い出されていな
い。Ｃ２状態の方が安定なのは層内の隣接液晶分子がず
れて、より近接可能になるためと推察される。

【００４６】従って、液晶内に欠陥を全く生じさせない
ためには、（１）高温側のＳｍＣ^*相（Ｃ１状態）から
低温側のＳｍＣ^* 相（Ｃ２状態）の変化を起こさずに高
温側を低温まで延長するか、（２）ＳｍＡ相から直接に
低温側のＳｍＣ^* 相の変化を誘導することである。この
（２）の方法は、温度勾配を用いた液晶の冷却によって
Ｃ２状態を誘導する場合に実現されている（図９
（ｃ））。また、反平行ラビングでは、層の折れ曲がる
方向が異なる２つのドメインは区別ができない（図５
（ｃ））。実際、このときには、ＳｍＣ^* 相に転移して
も再び転移することはない。このため、ドメインの発生
が引き続いて発生したことを示す擬直線状の欠陥は全く
見られなかった。単純に冷却するとジグザグ欠陥は生じ
るが、温度勾配を用いた冷却によればラビング方向に平
行にどちらの方向から冷却しても無欠陥で同じ配向状態
が得られる。

【００４７】Ｃ１状態方向から冷却されるとＣ１状態が
全体として完全に生じるが、層が撓み過ぎると部分的に
Ｃ２状態方向へ転移する可能性はある。上記（１）のよ
うに状態変化がＣ１状態で止まる液晶があるかどうかに
ついては、いくつかのものが見い出された。こうした液
晶を使えば、欠陥を発生することなく、異なる凝集状態
のドメインを画素上に共存させることが可能である。ま
た、撓み量を制御することでも可能である。

【００４８】ＳｍＣ^* 相に発生する欠陥は既述したもの
だけではない。液晶パネル枠内への液晶の浸透時やそれ
に引き続く液晶の冷却時において、Ｎ^* 相や、ＳｍＡ相
でも生じる。このような欠陥の発生を避けて、液晶パネ
ル体内の液晶に温度勾配をより有効に作用させることの
できるマトリックス駆動用液晶パネル体の構造として、
図１０に示す構造のものが考えられる。この液晶パネル
体１では、一方のガラス基板３の上に形成されたストラ
イプ状の透明電極５の間に、セルギャップＧに対応する
厚さを有する直線状の隔壁部材８が形成されている。隔
壁部材８には、適当な手段によって他のガラス基板２が
接着され、これにより、一対の基板が完全に接着してい
て、さらにセルギャップＧが正確に規定された液晶封入
用の液晶パネル枠が構成される。

【００４９】符号９及び符号７はポリイミド配向膜であ
る。符号４は、一方の透明電極５に対向していてその透
明電極５に対して直角方向にストライプ状に延びる対向
透明電極である。符号６は絶縁膜である。絶縁膜として
は、アルミナやシリカの１０００Å程度の薄膜を用いる
ことができる。カラーフィルタはいずれか一方の透明電
極の下側又は上側に設けることができる。この構成によ
り、各隔壁部材８の間に直線状の空間Ｒが形成されてい
る。これらの空間Ｒの中に強誘電性液晶又は反強誘電性
液晶を封入することにより、液晶パネル体１が作製され
る。

【００５０】ストライプ状電極５の上の直線状空間Ｒは
隔壁部材８によって相互に隔たっており、図１１に示す
ように、先端部分２２の開口部及び後端部分２３の開口
部を除いて、完全な閉空間を成している。すなわち、開
口以外の部分は液体に対して密閉されている。後端部分
２３は、シール部２１と接着して閉じることもできる。
直線状空間Ｒの断面形状は、偏平な四辺形状、すなわち
長方形状になる。この場合、長方形の長辺Ｌの最小の幅
は、ストライプ状電極５の線幅と同程度、例えば約５０
〜５００μｍに自動的に設定される。長方形の短辺Ｓ
は、セルギャップＧと同程度、例えば１〜３μｍに設定
する。直線状空間Ｒの断面形状は、厳密には透明電極５
の厚さによる段差や、透明電極５の表面の多少の凹凸
や、隔壁部材８の側面の撓みや、あるいは四隅の丸み等
の影響によって完全な四辺形とはならない。

【００５１】直線状空間Ｒを区切る隔壁としての隔壁部
材８の幅Ｗは、隣接する電極５の間の長さ程度以下、例
えば１０〜１００μｍに設定する。直線状空間Ｒの長さ
Ｌ_R（図１１）は、液晶ディスプレイの表示部Ｄとして
露出する電極の長さ、例えば１０〜４０ｃｍよりも長く
設定する。このように直線状空間Ｒの長さを表示部より
も長く設定するのは、直線状空間Ｒの液晶出入口では５
〜１０ｍｍ程度の長さで配向異常Ｅが見られるからであ
る。

【００５２】ここに示した液晶パネル体１は、一方の基
板のストライプ状電極の間に直線状の隔壁部材を満遍な
く形成してあり、これにより、上下の基板が接着されて
いる。隔壁部材８の延びる方向は、一軸配向処理として
のラビング処理の方向と平行か略平行である。スメクチ
ック相の層法線がラビング方向からずれる場合は、ラビ
ング方向と隔壁の伸びる方向は若干の角度をもっても良
い。層法線と隔壁の方向が一致するのが望ましい。層法
線方向と隔壁の成す角度が増大すると、液晶の移動が円
滑にいかず、配向異常が生じる確率が増大する。この角
度は±５〜６゜以内が安全である。液晶は、直線状に仕
切られた狭い空間Ｒの中を直進移動するので蛇行するこ
とがなく、よって、液晶内に歪みの蓄積や空隙が生じな
い。この構造の結果、ＳｍＡ相が成長する場合も、ドメ
イン同士の会合回数が少なくなる。液晶の冷却時に発生
する液晶の収縮は、空間Ｒが延びる方向に制限されて集
中され空間相互間で干渉することはない。従って、液晶
を選択して温度勾配を与えながらその液晶を冷却する
と、欠陥の発生は著しく減少する。セルギャップの精密
な制御も可能である。

【００５３】液晶パネル体に温度勾配を与えるための望
ましい方法は、例えば図１２に示すように、高温状態の
液体３３中、好ましくは水中から液晶パネル体１をラビ
ング方向に対して平行に引き上げることである。又はト
ンネル型の炉を通過させるのでも良い。液体３３の温度
は、液晶の液体相、Ｎ^* 相、ＳｍＡ相を呈する温度のう
ちから選択する。引き上げ速度は５ｃｍ／分以下、好ま
しくは２〜２０ｍｍ／分である。ラビング方向に対して
平行に液晶パネル体１を引き上げる仕方は、その液晶パ
ネル体の先端と後端を入れ替えることによって２通りが
実現でき、これらのうちから好ましい冷却方向を選択す
る。なお、図１２において、符号３２は、液体３３の液
面Ｐに設けられた断熱部材を示し、符号３４は液体３３
を貯留する容器を示している。断熱部材３２には、液晶
パネル体１を通過させるためのスリットが形成されてい
る。

【００５４】配向状態の異なる領域の配置は、図１３
（ａ）のように各領域Ａ１，Ａ２，Ａ３を一軸配向処理
方向に沿って並べるものと、図１３（ｂ）のように各領
域Ａ１，Ａ２，Ａ３を一軸配向処理に対して横に並べる
ものがある。但し、図１３（ｂ）のような領域の配置
は、領域の境目Ｂに欠陥が生じやすい。どちらかといえ
ば図１３（ａ）のような配置が望ましい。このような領
域配置は面積階調の一種であるとも考えられるが、通常
の面積階調と異なり、１ドットあたり複数の電極を必要
としない。従って、電極の集積度を高くする必要はな
い。また、電極同士の間隙による境目が無いので、高精
細で高画質の表示を行うことが可能になる。さらに、一
軸配向処理方向の異なる領域の大きさを肉眼で判別し難
いほど小さくすれば、ＣＲＴとほぼ同等の階調表示がで
きる。なお、図１３において、符号４及び５はストライ
プ状の対向電極を示し、符号８は上下の基板の間に互い
に一定間隔で設けられる接着用隔壁部材を示している。

【００５５】

【実施例】（実施例１）表面に線幅２７０μｍ、ピッチ３００μｍ
で厚み２０００Åのストライプ状透明電極を有するＡ４
サイズのガラス基板を用意した。そしてそのガラス基板
に濃度２％のポリイミド樹脂ＨＬ１１１０（日立化成株
式会社製）を１０００ｒｐｍで２０秒間スピンコート
し、次いで、１８０℃で１時間の焼成を行った。これに
よりガラス基板上に、厚さ１０００Åのポリイミド配向
膜を形成した。

【００５６】この配向膜上に、ポジ型フォトレジストＭ
Ｐ−Ｓ１４００（シプレイ・ファーイースト株式会社
製）を２μｍの厚さにスピンコートし、さらに９０℃で
乾燥した。そしてまず、図１４（ａ）に斜線で示すスト
ライプ状のパターンを有するマスクを用いてフォトレジ
ストを露光し、所定の現像液でアルカリ現像を行った。
この現像によって露出した斜線部以外のポリイミド部分
を図１４（ａ）に矢印Ｃで示す方向にラビング処理を行
った。そしてその後、残ったフォトレジストを除去し
た。符号５は、ガラス基板上に形成したストライプ状透
明電極を示している。

【００５７】さらにその後、再び同じフォトレジストを
塗布乾燥した後、図１４（ｂ）の斜線で示すストライプ
状のパターンを有するマスクを用いて露光現像を行い、
ラビング処理が施されていないポリイミド部を露出し
た。そして今度は、図１４（ａ）の場合のラビング方向
に対して逆方向（Ｃ’方向）にラビング処理を行った。
そしてその後、フォトレジストを全て除去した。

【００５８】図１５に示すように、もう一方の電極付き
基板にも、上記と同じ工程を繰り返してポリイミド配向
膜の所定位置に正反対のラビング方向を付与した。そし
て、こちらの基板には、同じレジストでフォトリソグラ
フィにより透明電極間に満遍なく図１１の隔壁部材８に
相当する、長さＬR ＝１８０ｍｍ、線幅２５μｍ、厚さ
１．７μｍのストライプ状のレジストパターン８を形成
した。また、その周囲にシール部２１に相当するレジス
トパターンを形成した。符号４は、ガラス基板上に形成
したストライプ状透明電極を示している。

【００５９】上記のようにして形成した一対の基板を、
図１６に示すように、（１）上側のラビング方向Ｅと下
側のラビング方向Ｆとが一致し、さらに（２）ストライ
プ状透明電極４及び５が上下で互いに直交するように、
互いに位置合わせしてそのまま重ねた。そしてその後、
両基板内を減圧してそれらの基板を密着させ、そのまま
の状態で１７０℃まで加熱してその温度に１時間保持
し、さらに冷却した。これにより、完全に接着したセル
ギャップ１．５μｍの液晶パネル枠を得た。この液晶パ
ネル体の画素電極１つを拡大して示したものが図７であ
る。ラビング方向の異なる領域の比は、ほぼ２：１とし
た。

【００６０】この液晶パネル枠に強誘電性液晶ＳＣＥ８
（ＢＤＨ株式会社製）を液体状態で浸透させた。この液
晶は液体相→１００℃→Ｎ^* →７９℃→ＳｍＡ→５９℃
→ＳｍＣ^* の相転移を経る。既述した５つの凝集状態に
関するこの液晶の電圧印加に対する応答速度は次の表１
に示す通りである。

【表１】なお、セルギャップ＝１．５μｍ、印加電圧＝１０Ｖ_PP
である。正確なプレチルト角は不明であるが、この実施
例で用いたポリイミドＨＬ１１１０は低プレチルト用で
あって、プレチルト角は２〜３゜と推察される。

【００６１】作製した液晶パネル体の断面は図１０に示
す通りである。この液晶パネル体の液晶封入口１０（図
１１）及び周囲をエポキシ樹脂で封止した。ラビング方
向に温度勾配を与えて液晶を冷却するために温水中から
ラビング方向に液晶パネル体を引き上げた。すなわち、
液晶パネル体を液晶の液体相温度である８５℃の水槽中
に浸漬した後、液晶パネル体を一端からラビング方向と
平行に他端に向かって、約２ｍｍ／分の速度で引き上げ
た。その結果、図７で示すように、１画素上にＣ１状態
とＣ２状態とが共存する無欠陥凝集状態が得られた。Ｃ
１状態とＣ２状態との間でメモリ状態の分子の位置が若
干異なっているので、コントラストが異なっていたが、
欠陥は見い出されなかった。液晶パネル体を先端と後端
とを入れ替えて逆方向に引き上げると、Ｃ１状態の配向
ドメインとＣ２状態の配向ドメインとが入れ替わった。

【００６２】直交する適当な電極を選択して１画素に図
１９に示す交流パルス波形を印加した。書き込み部パル
ス幅τ（W）＝６００μｓ、書き込み部電圧値Ｖ（W）＝
１０Ｖ_PP、非書き込み部のバイアス信号のパルス幅τ
（b）＝６０μｓ、そして非書き込み部の電圧値Ｖ
（b）＝１０Ｖ_PPとしたところ、画素中のＣ２状態の領
域のみに明暗のスイッチングが起こった。書き込み部の
パルス幅τ（W）だけを１３００μｓに増すと画素全体
のスイッチングも生じた。いずれの場合も、非書き込み
部の電圧値Ｖ（b）を下げると明暗のコントラストは向
上し、０Ｖ_PPで最大となった。これは、バイアス信号に
よる状態の揺らぎが低下するためである。書き込み部の
パルス幅τ（W）を５００μｓとした場合は、明暗のス
イッチングは認められなかった。以上の結果は、駆動波
形を工夫することにより、図８で示した４階調表示が可
能であることを示している。

【００６３】（実施例２）実施例１と同じ透明電極付き
の一対の基板を用意して、それらの基板上にポリイミド
樹脂ＨＬ１１１０の配向膜を形成した。図１７（ａ）の
斜線部に対応する部分以外が孔であるアルミマスクを一
方の基板のポリイミド膜上に密着させて、その上からラ
ビング処理を行った。そして次に、残りの部分に対応す
るアルミマスクを用いて逆方向に同様なラビング処理を
行った。次いで、ポジ型フォトレジストＭＰ−Ｓ１４０
０レジストでフォトリソグラフィにより透明電極間に満
遍なく図１１の隔壁部材８に相当する、長さＬR ＝１８
０ｍｍ、線幅２５μｍ、厚さ１．７μｍのストライプ状
のレジストパターンを形成した。他方の基板には、図１
７（ｂ）に斜線で示すの形状のアルミマスクを使用して
ラビング処理を行い、この工程を繰り返して所定の箇所
に矢印で示す所定のラビングを行った。

【００６４】その後、実施例１と同じ手順により上記の
各基板を互いに接合して、セルギャップ１．５μｍの液
晶パネル枠を得た。この液晶パネル枠に強誘電性液晶Ｃ
Ｓ１０１４（チッソ株式会社製）を液体相で浸透させ
た。この液晶は、液体相→８１℃→Ｎ^* →６９℃→Ｓｍ
Ａ→５５℃→ＳｍＣ^* の相転移を経る。既述した５つの
凝集状態に関するこの液晶の電圧印加に対する応答速度
は次の表２に示す通りである。

【表２】なお、セルギャップ＝１．５μｍ、印加電圧＝１０Ｖ_PP
である。この液晶−配向膜の系は、Ｘ線回折測定によれ
ばシェブロン構造をとっており、液晶分子層の折れ曲が
り角度は約１９゜であった。

【００６５】実施例１と全く同じ手順により、ラビング
方向に温度勾配を印加しながら冷却することにより、無
欠陥のＳｍＣ^* 相を有する液晶パネル体を得た。この液
晶パネル体の１画素の上下のラビング方向の組み合わせ
と凝集状態は、図１８に示す通りである。この液晶パネ
ル体は、Ｃ１状態、Ｃ２状態及びＣ１Ｃ２ハイブリッド
状態の３種類の状態の配向ドメインから成っており、そ
の面積比は４：２：１である。逆方向から冷却すると、
２：４：１になる。

【００６６】直交する適当な電極を選択して１画素に図
１９に示す交流パルス波形を印加した。書き込みパルス
幅τ（W）を１８０μｓ、書き込みパルス電圧値Ｖ
（W）を２０Ｖ_PP、非書き込み部パルス幅τ（b）を３
０μｓ、そして非書き込み部パルス電圧値Ｖ（b）を２
０Ｖ_PPとしたところ、画素中のＣ２状態の領域のみ明暗
のスイッチングが起こった。書き込みパルス幅τ（W）
だけを２１０μｓにすると、さらにＣ１Ｃ２ハイブリッ
ド状態の配向ドメインのスイッチングも生じた。さらに
書き込みパルス幅τ（W）を２４０μｓに増加すると、
画素全体のスイッチングが生じた。いずれの場合も、非
書き込み部パルス電圧値Ｖ（b）を下げると明暗のコン
トラストは向上し、０Ｖ_PPで最大となった。書き込みパ
ルス幅τ（W）を１７０μｓとしたところ、スイッチン
グは認められなかった。以上の結果は、駆動波形を工夫
することにより、８階調表示が可能であることを示して
いる。

【００６７】（実施例３）実施例２と同様な手順で一対
の基板を作製したが、基板サイズは１０ｃｍ×１０ｃｍ
とし、一軸配向処理の方法は斜方蒸着とした。所定アル
ミマスクを使用してその上から直接、酸化珪素を蒸着し
た。蒸着源と基板の成す角度は８０゜とした。液晶分子
は蒸着方向に向いて配向するので、基板面内の配向方向
の設定を変えるにあたっては、基板の方向を１８０゜変
えて蒸着した。上下の配向方向の組み合わせは図１４
（ａ），（ｂ）及び図１３（ａ），（ｂ）のようにし
た。

【００６８】実施例１及び実施例２と同様な手順で上下
の基板が接着した液晶パネル枠を得た。この液晶パネル
枠に強誘電性液晶ＳＣＥ８（ＢＤＨ株式会社製）を浸透
させた後、温水中から引き上げて欠陥のない配向ドメイ
ンを得た。Ｘ線回折測定によれば、この液晶−配向膜の
系は、傾いたブックシェルフ構造と考えられ、この系の
中には、図６（ｆ）と図６（ｇ）の凝集状態が欠陥無し
に共存している。温度勾配を用いた液晶の冷却法を用い
たため若干中心部が撓んでいる可能性がある。応答速度
はτ（ｃ1 ）＝２４００μｓ、τ（ｃ2 ）＝２２００μ
ｓであった。この実施例の場合にも４階調の表示が可能
であった。

【００６９】（実施例４）実施例１と全く同じ液晶パネ
ル枠を作製した。この液晶パネル枠に次の化学構造式の
反強誘電性液晶を浸透した。

【００７０】

【化１】この液晶は、液体相→９６゜→ＳｍＡ→６７゜→ＳｍＣ
_A ^*の相転移を経る。その後、温水中からの引き上げ法に
より、Ｃ１状態の配向ドメインとＣ２状態の配向ドメイ
ンとが液晶の１画素中において共存する状態の液晶パネ
ル体を得た。

【００７１】この液晶に関しては、３５℃の室温で結晶
化の始まる前の過冷却状態での応答速度はτ（ｃ1 ）＝
５００μｓ、τ（ｃ2 ）＝４５０μｓであった。この液
晶パネル体に関しては、図２０で示すように非選択信号
として直流バイアスＶdc部が存在するパルス波形を印加
した。τ（W ）＝４５０μｓ、Ｖ（W ）＝３０Ｖ_PP、τ
（b ）＝４５μｓ、Ｖ（b ）＝１０Ｖ_PP、Ｖdc＝１０Ｖ
とすると、Ｃ２状態領域では完全なスイッチングが見ら
れ、Ｃ１状態領域でもわずかにスイッチングが生じる領
域が見られた。パルス幅τ（W ）を６００μｓとする
と、画素全体で完全なスイッチングが生じた。

【００７２】（比較例）実施例１〜実施例４に用いた液
晶パネル体を、水中で全体を同時に一様に液体相温度か
ら冷却した。その結果、画素上にはジグザグ欠陥が発生
し、また、Ｃ２状態領域内には擬直線状の欠陥が発生し
た。このため、評価に値する配向状態は得られなかっ
た。

【００７３】（実施例５）表面に線幅２７０μｍ、ピッ
チ３００μｍ、厚さ２０００Åのストライプ状透明電極
を有するＡ４サイズのガラス基板を作製し、そのガラス
基板上にポリイミド樹脂濃度２％の配向膜用溶液ＨＬ１
１１０（日立化成株式会社製）を１０００ｒｐｍで２０
秒間スピンコートした。その後、２８０℃で１時間の焼
成を行って厚さ１０００Åのポリイミド膜Ａ、すなわち
配向膜を形成した。この膜上に、ポジ型フォトレジスト
ＭＰ−Ｓ１４００（シプレイ・ファーイースト株式会社
製）を２μｍの厚さにスピンコートし、さらに９０℃で
乾燥した。

【００７４】その後、まず、図１４（ａ）において斜線
で示すストライプ状のパターンを有するマスクを通して
上記ガラス基板を露光し、さらに所定の現像液でアルカ
リ現像を行った。これにより、図１４（ａ）の非斜線部
が露出した。その基板上にポリイミド樹脂濃度１％の配
向膜用溶液ＳＰ６１０（日産化学株式会社製）を１００
０ｒｐｍで２０秒間スピンコートした。次いで、２５０
℃で１時間の乾燥を行って、厚さ約５００Åのポリイミ
ド膜Ｂ、すなわちポリイミド膜Ａと異なる種類の配向膜
を形成した。

【００７５】その後、リフトオフ法によりフォトレジス
ト及び余分なポリイミドＢを除去した。このようにし
て、図１４（ａ）の斜線部にポリイミド膜Ａを形成し、
さらに非斜線部にポリイミド膜Ｂを形成した。そして最
後に、図１４（ａ）に矢印Ｃで示す１方向だけにラビン
グ処理を行って一軸配向性を付与した。

【００７６】上記のガラス基板に対向するもう一方の電
極付きガラス基板にも上述した工程と同じ工程を繰り返
してポリイミド膜Ａ及びポリイミド膜Ｂを所定位置に形
成した。この基板に対しても、一定方向にラビング処理
を行って配向膜に一軸配向性を付与した。また、この基
板には実施例１と同様にして透明電極間にストライプ状
のレジストパターンを形成した。

【００７７】以上のようにして作製した一対のガラス基
板を互いに貼り合わせて接着して、セルギャップが１．
５μｍの液晶パネル枠を得た。これら一対の基板を対向
させると、同じ種類のポリイミド膜が対向するようにし
てある。対向する一対の基板のそれぞれに設ける配向膜
を異なる複数種類のポリイミドによって形成したが、そ
れらの配向膜に対するラビング方向は個々の配向膜の面
内で同一方向であり、しかも上下一対の配向膜間でも同
一方向である。ポリイミドＡ，Ｂとも層法線方向はラビ
ング方向より角度２゜程同じ方向に傾いていた。このた
め、同一方向にラビングした。仮に、傾く方向と角度に
差がある場合、ラビングする方向を調整して層法線方向
が一致するように且つ隔壁と±５〜６゜の角度範囲以内
に収まるようにするのは当然である。つまり、いわゆる
平行ラビングによるラビング処理を施した。こうして作
製した液晶パネル枠の１つの画素電極を拡大して示すと
図２１に示す通りである。本実施例では、異なる種類の
ポリイミド膜Ｂ及びポリイミド膜Ａの領域の比は、ほぼ
２：１とした。

【００７８】以上のようにして作製した液晶パネル枠に
強誘電性液晶ＳＣＥ８（ＢＤＨ株式会社製）を液体状態
で浸透させた。ポリイミド膜Ａ（ＨＬ１１１０）及びポ
リイミド膜Ｂ（ＳＰ６１０）に対するこの液晶の応答速
度は次表の通りであった。

【表３】但し、セルギャップ＝１．５μｍ、印加電圧＝１０Ｖ_PP
である。上表から明らかなように、同じ液晶でも応答速
度は配向膜によって異なる。これは主として、プレチル
ト角の違いに起因すると考えられるが、ポリイミド膜と
液晶との間の相互作用等にも依存しており、詳細は必ず
しも明らかではない。

【００７９】液晶を浸透させた液晶パネル枠、すなわち
液晶パネル体を、一端から他端へ向かってラビング方向
に対して平行に、約２ｍｍ／分の速度で引き上げて冷却
した。引き上げ方向を入れ替えれるだけで、無欠陥のＣ
１状態とＣ２状態のいずれでも得られた。この方法で
は、ポリイミド膜Ａとポリイミド膜Ｂとの間の接続部の
段差の所で欠陥が発生することは無かった。

【００８０】Ｃ２状態に配向した液晶を挟んで直交する
適当な電極を選択して１画素に図１９に示す交流パルス
信号を印加した。電圧印加条件を次の条件、すなわち書込み部：パルス幅τ（W）＝６００μｓ印加電圧Ｖ（W）＝１０Ｖ_PP 非書込み部：バイアス信号のパルス幅τ（b）＝６０μ
ｓ印加電圧Ｖ（b）＝１０Ｖ_PP としたところ、画素中のポリイミド膜Ａの領域のみ明暗
のスイッチングが起こった。また、書込み部のパルス幅
τ（W）だけを８００μｓに増すと、画素全体のスイッ
チングも生じた。いずれの場合も、Ｖ（b）を下げると
明暗のコントラストは向上した。また、書込み部のパル
ス幅 τ（W）を５００μｓとしたところ、スイッチング
は認められなかった。

【００８１】なお、この実施例のように、配向膜の種類
を変化させることによって液晶分子の凝集状態を異なら
せるようにする場合には、１つの基板内で配向膜の種類
を変えるだけでなく、上下一対の基板間で対向する部分
の配向膜を変えることも可能である。また、ラビング方
向に関しても、上記の実施例のように１個の配向膜内又
は対向する一対の配向膜間で同じ方向にする必要はな
く、互いに隣接していて種類の異なる配向膜の間で逆方
向にすることも可能である。要は、必要とする階調数や
採用する駆動条件等に応じて、応答速度の差、すなわち
閾値の差が発現するように、配向膜の種類とラビング条
件を組み合わせればよい。また、製造上のことを考えれ
ば、配向膜の材料として感光性のポリイミド樹脂を使用
することにより、フォトレジストを使用しなくても、１
つの配向膜内に異なる種類の配向膜領域を形成できる。
また、一軸配向処理の手法としても、ラビング処理と斜
方蒸着処理との併用も考えられる。

【００８２】

【発明の効果】本発明によれば、液晶の１画素内に対電
場特性の異なる無欠陥の配向ドメインを極めて容易に形
成できる。従って、１画素あたり３階調から最大３２階
調の表示ができる可能性が初めて開かれた。この階調表
示方法を時分割階調、面積階調等と組み合わせれば、さ
らに多階調の表示が可能である。本発明によれば、大き
さが２０インチ以上であり、階調表示が可能であり、高
精細であり、しかも大容量である液晶ディスプレイを安
定して安価に提供できる。

【００８３】

【図面の簡単な説明】

【図１】スメクチック相の液晶構造、特にブックシェル
フ構造を模式的に示す図である。

【図２】スメクチック相の液晶構造、特にシェブロン構
造を模式的に示す図である。

【図３】スメクチック相の液晶構造、特に傾いたブック
シェルフ構造を模式的に示す図である。

【図４】液晶内に発生するジグザグ欠陥の構造を模式的
に示す図である。

【図５】シェブロン構造内の液晶分子の配置を示す図で
ある。特に、（ａ）はＣ１状態の配置を示し、（ｂ）は
Ｃ２状態の配置を示し、（ｃ）はＣ１／Ｃ２のハイブリ
ッド状態の配置を示し、（ｄ）は片側Ｃ２状態の配置を
示し、そして（ｅ）は片側Ｃ１状態の配置を示してい
る。

【図６】傾いたブックシェルフ構造内の液晶分子の配置
を示す図である。特に、（ａ）はＣ１状態の配置を示
し、（ｂ）はＣ２状態の配置を示している。

【図７】本発明に係る液晶パネル体の１画素部分を拡大
して示す図である。特に、（ａ）はその平面図を示し、
（ｂ）はその断面であって異なる配向ドメイン同士が互
いに接合する部分を模式的に示す図である。

【図８】図７に示す液晶の１画素部分に関する明暗のス
イッチング状態を示す図である。

【図９】液晶パネル体を一軸配向処理方向に沿って温度
勾配を持たせて冷却する場合の液晶分子層の折れ曲がり
状態（ｂ），（ｃ）及び液晶パネル体の全体を同時に単
純に冷却する場合の液晶分子層の折れ曲がり状態と
（ａ）を模式的に示す図である。

【図１０】本発明に係る液晶パネル体の一実施例の要部
を一部破断して示す斜視図である。

【図１１】図１０に示す液晶パネル体の平面断面図であ
る。

【図１２】本発明に係る液晶パネル体の製造方法の一実
施例を模式的に示す正面断面図である。

【図１３】液晶分子の凝集状態の異なる配向ドメインの
一軸配向処理方向に対する配置の仕方を示す平面図であ
る。特に、（ａ）は一軸配向処理方向に沿って配列する
場合を示し、（ｂ）は一軸配向処理方向に対して直角方
向に配列する場合を示している。

【図１４】本発明に係る液晶パネル体の製造方法の一工
程、特に１つの基板上の配向膜の異なった特定部分にそ
れぞれ特定方向のラビング処理を行う方法を模式的に示
す図である。

【図１５】図１４に示す基板に対向するもう１つの基板
に関するラビング処理方法を模式的に示す図である。

【図１６】図１４に示す基板と図１５に示す基板とを貼
り合わせて形成した液晶パネル体の一部を示す平面図で
ある。

【図１７】本発明に係る液晶パネル体の他の製造方法の
一工程を示す図である。特に、（ａ）は１つの基板上の
配向膜の異なった特定部分にそれぞれ特定方向のラビン
グ処理を行う状態を示し、（ｂ）はもう一方の基板に対
して行うラビング処理を示している。

【図１８】図１７に示す一対の基板を貼り合わせて形成
した液晶パネル体の一部を拡大して示す平面図である。

【図１９】本発明に係る液晶パネル体の階調発現方法の
一実施例であって、液晶パネル体の対向電極に印加する
電圧波形を示す図である。

【図２０】本発明に係る液晶パネル体の階調発現方法の
他の実施例であって、液晶パネル体の対向電極に印加す
る電圧波形の他の例を示す図である。

【図２１】本発明に係る液晶パネル体の他の一実施例の
１画素部分を拡大して示す図である。

【図２２】図２１の画素部分の断面状態を示す断面図で
あって、特に２種類の異なる配向膜によって挟持された
Ｃ２凝集状態の液晶を模式的に示す断面図である。

【図２３】複数の配向ドメインを含む画素電極の配列の
仕方の一例を模式的に示す平面図である。

【図２４】複数の配向ドメインを含む画素電極の配列の
仕方の他の一例を模式的に示す平面図である。

【符号の説明】

１液晶パネル体２ガラス基板３ガラス基板４透明電極５透明電極６絶縁膜７ポリイミド配向膜８隔壁部材９ポリイミド配向膜１０液晶封入口２１シール部２２隔壁部材の先端部分２３隔壁部材の後端部分３３液晶パネル体冷却用液体２０３ジグザグ欠陥２０４擬直線状欠陥３０４液晶分子５０３Ｃ１状態の凝集状態にある配向ドメイン
領域５０４Ｃ２状態の凝集状態にある配向ドメイン
領域Ａラビング方向Ｄ液晶ディスプレイの表示部Ｅ液晶分子層Ｒ液晶浸透用の直線状空間

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の対向基板に形成された対向電極
と、少なくとも一方の基板に形成されていて一軸配向処
理が施された配向膜と、上記対向電極によって形成され
る画素電極間に挟持される強誘電性液晶又は反強誘電性
液晶とを有する液晶パネル体において、上記強誘電性液
晶又は反強誘電性液晶は、カイラルスメクチック相に設
定されると共に、そのカイラルスメクチック相内の液晶
分子層の折れ曲がり方向が同じか略同じであって且つそ
の層内の液晶分子の凝集状態が互いに異なる複数の配向
ドメインを含むことを特徴とする液晶パネル体。
【請求項２】一対の対向基板に形成された対向電極
と、少なくとも一方の基板に形成されていて一軸配向処
理が施された配向膜と、上記対向電極によって形成され
る画素電極間に挟持される強誘電性液晶又は反強誘電性
液晶とを有する液晶パネル体において、上記強誘電性液
晶又は反強誘電性液晶は、カイラルスメクチック相に設
定されると共に、そのカイラルスメクチック相内の液晶
分子層の傾き方向が同じか略同じであって且つその層内
の液晶分子の凝集状態が互いに異なる複数の配向ドメイ
ンを含むことを特徴とする液晶パネル体。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載の液晶パネル
体において、対向電極間に形成される複数の画素電極の
全てに関して、液晶分子の凝集状態が互いに異なる複数
の配向ドメインを含むことを特徴とする液晶パネル体。
【請求項４】請求項１又は請求項２記載の液晶パネル
体において、対向電極間に形成される複数の画素電極の
うちから周期的又は非周期的に選択されるいくつかの画
素電極に関して、液晶分子の凝集状態が互いに異なる複
数の配向ドメインを含むことを特徴とする液晶パネル
体。
【請求項５】請求項１から請求項４のうちのいずれか
１つに記載の液晶パネル体において、カイラルスメクチ
ック相は、強誘電性液晶ではカイラルスメクチックＣ相
であり、反強誘電性液晶ではカイラルスメクチックＣ_A
相であることを特徴とする液晶パネル体。
【請求項６】請求項１から請求項５のうちのいずれか
１つに記載の液晶パネル体において、上記液晶分子の凝
集状態が、次の各状態（１）液晶分子が液晶分子層の傾斜方向にプレチルトす
る凝集状態、（２）液晶分子が液晶分子層の傾斜方向と反対方向にプ
レチルトする凝集状態、（３）液晶分子層の傾斜方向と同じ方向にプレチルトす
る液晶分子と、液晶分子層の傾斜方向と反対方向にプレ
チルトする液晶分子との両方を含む状態、（４）片側の液晶分子が液晶分子層の傾斜方向と同じ方
向へプレチルトする凝集状態、又は（５）片側の液晶分子が液晶分子層の傾斜方向と反対方
向へプレチルトする凝集状態のうちから選択されることを特徴とする液晶パネル体。
【請求項７】請求項１から請求項６のうちのいずれか
１つに記載の液晶パネル体において、上記一軸配向処理
は、対向する一対の配向膜間で同じか略同じ方向に、対
向する一対の配向膜間で逆方向か略逆方向に又はいずれ
か一方の配向膜に関して一方向に行われることを特徴と
する液晶パネル体。
【請求項８】請求項１から請求項７のうちのいずれか
１つに記載の液晶パネル体において、一軸配向処理が施
される配向膜の種類が、上記液晶分子の複数の凝集状態
に対応して、少なくとも一方の基板内又は一対の基板間
で異なることを特徴とする液晶パネル体。
【請求項９】請求項１から請求項８のうちのいずれか
１つに記載の液晶パネル体の対向電極間に印加する印加
電圧の大きさ及びパルス幅の少なくとも一方を調節する
ことにより、異なる複数の配向ドメイン間で光透過量を
制御することを特徴とする液晶パネル体の階調発現方
法。
【請求項１０】請求項１から請求項８のうちのいずれ
か１つに記載の液晶パネル体を製造する製造方法におい
て、基板の特定部分に対応した孔を持つマスクでその基
板を覆い、そのマスクの上から一軸配向処理を施す工程
を複数回繰り返すことにより、配向膜の特定部分に特定
方向の一軸配向処理を施し、これにより、強誘電性液晶
又は反強誘電性液晶の中に凝集状態の異なる複数の配向
ドメインを形成することを特徴とする液晶パネル体の製
造方法。
【請求項１１】請求項１０記載の液晶パネル体の製造
方法において、一軸配向処理の方向に対して平行又は略
平行に上記表示用画素電極の一方の端部から他方の端部
へ向かって温度勾配を保持しながら、液晶を高温状態相
からカイラルスメクチック相へ冷却することを特徴とす
る液晶パネル体の製造方法。
【請求項１２】請求項１０又は請求項１１記載の液晶
パネル体の製造方法において、一軸配向処理はラビング
法又は斜方蒸着法であることを特徴とする液晶パネル体
の製造方法。