(57)【要約】【課題】  優れたシャープネスを備える液晶素子の駆動方法を提供する。【解決手段】  （ａ）第１の電極と第２の電極の間に、第１の閾値電圧以上の電圧を印加し、液晶分子の配列状態を、第２旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態から第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる。（ｂ）第１の電極と前記第２の電極の間に、第１の閾値電圧より高い第２の閾値電圧以上の電圧を印加し、液晶分子の配列状態を、第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態から第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる。【選択図】  図１１
2014228820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極を備え、配向処理された第１の基板と、
前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板の間に配置され、光学活性物質を含み、ツイスト配向する液晶層と
を有し、
前記第１及び第２の基板の配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩れ方向を第１旋回方向とするとき、前記光学活性物質は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、
前記第１及び第２の基板は、０．１°以上５°以下のプレチルト角が発現するように配向処理され、
７０°≦α°≦１１０°とするとき、前記液晶層の液晶分子は、前記第２旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態、前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態、及び、前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態の３状態をとりうる液晶素子。
【請求項２】
第１の電極を備え、配向処理された第１の基板と、前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に配置され、光学活性物質を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記第１及び第２の基板の配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩れ方向を第１旋回方向とするとき、前記光学活性物質は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、前記第１及び第２の基板は、０．１°以上５°以下のプレチルト角が発現するように配向処理され、７０°≦α°≦１１０°とするとき、前記液晶層の液晶分子は、前記第２旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態、前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態、及び、前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態の３状態をとりうる液晶素子の駆動方法であって、
（ａ）前記第１の電極と前記第２の電極の間に、第１の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第２旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態から前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程と、
（ｂ）前記第１の電極と前記第２の電極の間に、前記第１の閾値電圧より高い第２の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態から前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程と
を有する液晶素子の駆動方法。
【請求項３】
更に、
（ｃ）前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加する電圧を低くして、前記液晶分子の配列状態を、前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態から前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程
を含む請求項２に記載の液晶素子の駆動方法。
【請求項４】
更に、
（ｄ）前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態、または、前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態を維持するための電圧を継続的に印加する工程
を含む請求項２または３に記載の液晶素子の駆動方法。
【請求項５】
第１の電極を備え、配向処理された第１の基板と、前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に配置され、光学活性物質を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記第１及び第２の基板の配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩れ方向を第１旋回方向とするとき、前記光学活性物質は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、前記第１及び第２の基板は、０．１°以上５°以下のプレチルト角が発現するように配向処理され、７０°≦α°≦１１０°とするとき、前記液晶層の液晶分子は、前記第２旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態、前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態、及び、前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態の３状態をとりうる液晶素子と、
前記液晶素子の駆動を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
（ａ）前記第１の電極と前記第２の電極の間に、第１の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第２旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態から前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程と、
（ｂ）前記第１の電極と前記第２の電極の間に、前記第１の閾値電圧より高い第２の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態から前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程と
を有する駆動方法で前記液晶素子を駆動する液晶装置。
【請求項６】
更に、前記制御装置は、
（ｃ）前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加する電圧を低くして、前記液晶分子の配列状態を、前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態から前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程
を含む駆動方法で前記液晶素子を駆動する請求項５に記載の液晶装置。
【請求項７】
更に、前記制御装置は、
（ｄ）前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態、または、前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態を維持するための電圧を継続的に印加する工程
を含む駆動方法で前記液晶素子を駆動する請求項５または６に記載の液晶装置。
【請求項８】
前記液晶素子は、デューティ駆動でドット表示を行い、
前記第１及び第２の電極の電極数が１００本以上である請求項５〜７のいずれか１項に記載の液晶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶層に光学活性物質（カイラル剤）を含む液晶素子とその駆動方法、及び、液晶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
良好な表示コントラストと広い有効視角範囲を備えるツイストネマチック(twisted nematic ;TN)型液晶表示素子の発明が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１記載の液晶表示素子は、液晶層を挟持する一対の透明電極基板に施された配向処理の方向の組み合わせで規制される液晶分子の旋回方向（第１旋回方向）とは逆方向（第２旋回方向）に液晶分子を捩れ配列させた点、及び、各透明電極基板と接する液晶分子のプレチルト角が相互に異なるように配向処理を行った点に特徴を有する。これにより、良好な表示コントラスト及び広い有効視角範囲を得ることができる。
【０００３】
特許文献１記載の液晶表示素子においては、電気光学特性の向上が実現され、第１旋回方向についての捩れ角（ツイスト角）を９１〜１００°の範囲に設定した場合でも、逆捩れ配列の効果により、９０°ラビング法によるＴＮ型液晶表示素子と同様の電気光学特性が得られる。また、プレチルト角が相互に異なるため、液晶分子の配向不備によるディスクリネーションの発生が防止され、良好な表示品位を得ることができる。
【０００４】
カイラル剤の添加されたネマチック液晶層において、配向膜によって誘発される９０°以下の捩れ方向と液晶材料の捩れ方向とが反対方向となる液晶装置の発明の開示もある（たとえば、特許文献２参照）。この構成の液晶装置は、駆動電圧の低減を実現することができる。
【０００５】
駆動電圧の大幅な低減を可能にした液晶素子の発明が公知である（たとえば、特許文献３参照）。本願発明者らの研究の一成果である特許文献３記載の液晶素子は、一組の配向膜の配向処理方向とプレチルト角の組み合わせで定まる液晶材料の捩れ方向と、カイラル剤によって誘起される液晶材料の捩れ方向とが逆方向となるように作製される。カイラル剤の影響力のもとで生じる液晶分子の配列状態はスプレイツイスト構造である。配向処理方向とプレチルト角の組み合わせで規定される液晶分子の配列状態はリバースツイスト構造と呼ばれる。
【０００６】
電圧無印加状態ではスプレイツイスト構造がわずかに安定であるが、電圧印加状態ではリバースツイスト構造が安定である。このため、電圧を印加することでスプレイツイスト構造からリバースツイスト構造に転移させることができる。
【０００７】
しかしながら、特許文献３記載の液晶素子は、シャープネス（印加電圧に対する光透過率の変化の急峻性）が、通常のＴＮ型液晶表示素子と同等かやや優れている程度であり、デューティ駆動（単純マトリクス駆動）に適用した場合、表示容量を大きくすることが困難である。
【０００８】
液晶分子の捩れ角をＴＮ型液晶表示素子におけるそれより大きくし、シャープネスを改善し、デューティ駆動でありながら大容量表示を可能にしたスーパーツイストネマチック(super twisted nematic ;STN)型液晶表示素子に関する発明が知られている（たとえば、特許文献４参照）。しかしながらＳＴＮ型液晶表示素子においては、複屈折による色つきが生じ、白黒表示を行うことが困難である。特許文献４記載の発明においては、この問題に対処するため、色つきを補償する液晶セルを積層し、白黒表示を実現する手段が開示されている。
【０００９】
しかし補償セルを用いると、液晶セルの製造コスト、及び液晶表示素子の厚さと重さとが約２倍になる。
【００１０】
補償セルに代えて光学補償膜を使用することはできるが、光学補償膜は安価ではない。更に、液晶表示素子の表示環境温度が変化した場合、駆動セル内の液晶層のリターデーションはこれに伴って変化するが、光学補償膜のリターデーションはほとんど変化しないため、最適な補償が行われず、色つきが防止されなかったり、表示コントラストが低下するという問題がある。
【００１１】
また、特許文献４記載の発明には、ＳＴＮ型液晶表示素子に共通する問題点も存する。ＳＴＮ型液晶表示素子は、液晶セルのギャップやプレチルト角の変化に対する表示性能依存性が大きく、わずかなセル厚むらやプレチルト角の相違によって表示の不均一が発生しやすい。このため、製造プロセスの管理が厳しく（製造マージンが狭く）、歩留まりが低い。ＳＴＮ型液晶表示素子においては５°〜９°程度の高いプレチルト角が必要とされ、均一なプレチルト角を得ることが難しいこともあって、殊にラビング工程の管理が重要である。
【００１２】
更に、ＳＴＮ型液晶表示素子は表示の視角依存性が大きく、視角方向をわずかに変えただけで表示が変化し、特に上下方向に視角を変えたときは表示が反転するという問題も生じる。加えて、ＳＴＮ型液晶表示素子は、ＴＮ型液晶表示素子に比べ、応答（レスポンス）時間を要する。たとえば室温におけるＴＮ型液晶表示素子の応答時間は３０ｍｓｅｃ程度であるが、ＳＴＮ型液晶表示素子のそれは２００ｍｓｅｃ程度である。
【００１３】
なお、本願発明者らは、優れたシャープネスを備える液晶表示素子の発明を行っている（たとえば、特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許２５１０１５０号公報
【特許文献２】特開２０００−１９９９０３号公報
【特許文献３】特開２００７−２９３２７８号公報
【特許文献４】特開平０３−１１１８１２号公報
【特許文献５】特開２０１１−１６４２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、たとえば（１）第２旋回方向にツイスト角９０°で捩れるスプレイツイスト配列状態、（２）第２旋回方向にツイスト角２７０°で捩れるスーパーツイストネマチック配列状態、及び、（３）第１旋回方向にツイスト角９０°で捩れるリバースツイストネマチック配列状態の各配列状態をとり、優れたシャープネスを備える液晶素子とその駆動方法、及び、液晶装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一観点によれば、第１の電極を備え、配向処理された第１の基板と、前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に配置され、光学活性物質を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記第１及び第２の基板の配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩れ方向を第１旋回方向とするとき、前記光学活性物質は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、前記第１及び第２の基板は、０．１°以上５°以下のプレチルト角が発現するように配向処理され、７０°≦α°≦１１０°とするとき、前記液晶層の液晶分子は、前記第２旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態、前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態、及び、前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態の３状態をとりうる液晶素子が提供される。
【００１７】
また、本発明の他の観点によれば、第１の電極を備え、配向処理された第１の基板と、前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に配置され、光学活性物質を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記第１及び第２の基板の配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩れ方向を第１旋回方向とするとき、前記光学活性物質は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、前記第１及び第２の基板は、０．１°以上５°以下のプレチルト角が発現するように配向処理され、７０°≦α°≦１１０°とするとき、前記液晶層の液晶分子は、前記第２旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態、前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態、及び、前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態の３状態をとりうる液晶素子の駆動方法であって、（ａ）前記第１の電極と前記第２の電極の間に、第１の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第２旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態から前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程と、（ｂ）前記第１の電極と前記第２の電極の間に、前記第１の閾値電圧より高い第２の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態から前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程とを有する液晶素子の駆動方法が提供される。
【００１８】
更に、本発明の他の観点によれば、第１の電極を備え、配向処理された第１の基板と、前記第１の基板と平行に対向配置され、第２の電極を備え、配向処理された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に配置され、光学活性物質を含み、ツイスト配向する液晶層とを有し、前記第１及び第２の基板の配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子の捩れ方向を第１旋回方向とするとき、前記光学活性物質は前記液晶層の液晶分子に、前記第１旋回方向とは反対の第２旋回方向への旋回性を与え、前記第１及び第２の基板は、０．１°以上５°以下のプレチルト角が発現するように配向処理され、７０°≦α°≦１１０°とするとき、前記液晶層の液晶分子は、前記第２旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態、前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態、及び、前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態の３状態をとりうる液晶素子と、前記液晶素子の駆動を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、（ａ）前記第１の電極と前記第２の電極の間に、第１の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第２旋回方向にα°捩れるスプレイツイスト配列状態から前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程と、（ｂ）前記第１の電極と前記第２の電極の間に、前記第１の閾値電圧より高い第２の閾値電圧以上の電圧を印加し、前記液晶分子の配列状態を、前記第２旋回方向に（３６０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態から前記第１旋回方向に（１８０−α）°捩れるツイストネマチック配列状態に転移させる工程とを有する駆動方法で前記液晶素子を駆動する液晶装置が提供される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、たとえば（１）第２旋回方向にツイスト角９０°で捩れるスプレイツイスト配列状態、（２）第２旋回方向にツイスト角２７０°で捩れるスーパーツイストネマチック配列状態、及び、（３）第１旋回方向にツイスト角９０°で捩れるリバースツイストネマチック配列状態の各配列状態をとり、優れたシャープネスを備える液晶素子とその駆動方法、及び、液晶装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】図２は、第１の実施例による液晶表示素子の概略的な断面図である。
【図３】図３は、第１の実施例による液晶表示素子のスプレイツイスト構造状態とリバースツイスト構造状態を示す写真である。
【図４】図４は、第１の実施例による液晶表示素子の上側基板１０ａ側の基板法線方向から見た液晶分子１４ａの捩れ方向及び角度を示す概略図である。
【図５】図５は、第１の実施例による液晶表示素子の電気光学特性を示すグラフである。
【図６】図６Ａ〜図６Ｄは、各々第１〜第４の実施例による液晶表示素子の電気光学特性を示すグラフである。
【図７】図７は、第５の実施例による液晶表示素子の、９０°左捩れスプレイツイスト配列状態、２７０°左捩れＳＴＮ配列状態、及び、９０°右捩れＲＴＮ配列状態の各配列状態における電気光学特性を示すグラフである。
【図８】図８Ａは、第５の実施例による液晶表示素子における液晶分子捩れ角を示すグラフであり、図８Ｂは、９０°右捩れＲＴＮ配列状態にある液晶分子の捩れ角を示すグラフである。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、第５の実施例による液晶表示素子の、９０°スプレイツイスト配列状態、２７０°ＳＴＮ配列状態、及び９０°ＲＴＮ配列状態の各状態における自由エネルギーを示すグラフである。
【図１０】図１０Ａ及び図１０Ｂは、上側、下側電極間に印加される駆動電圧の波形の例である。
【図１１】図１１は、実施例による液晶表示素子の駆動方法を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、第５の実施例による液晶表示素子における白表示及び黒表示のスペクトル特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
一組の配向膜の配向処理方向とプレチルト角の組み合わせで定まる液晶分子の捩れ方向（第１旋回方向）と、カイラル剤によって誘起される液晶分子の捩れ方向（第２旋回方向）とが逆方向となるように作製された液晶層を有し、たとえば液晶層に物理的作用、一例として電気光学特性の飽和電圧以上の電圧の付加及びその除去により、液晶分子が各方向へ捩れる状態を可換的に実現する液晶表示素子を、リバースツイストネマチック(reverse twisted nematic ;RTN)型液晶表示素子と呼ぶ。第１旋回方向は、液晶層にカイラル剤を添加しない場合に、液晶分子がユニフォームツイスト構造で捩れる旋回方向である。
【００２２】
ＲＴＮ型液晶表示素子は、駆動電圧の閾値を低くすることができるため、低消費電力駆動が実現されるという特徴を有する。本願発明者らは、駆動電圧の閾値低減を目的に、様々な条件で作製したＲＴＮ型液晶表示素子について研究を行い、その成果を特許文献３に開示した。本願発明者らの研究の結果、プレチルト角が高いほどリバースツイスト構造状態が安定すること、及びカイラル剤のカイラルピッチが短いほど駆動電圧の閾値は低くなるが、リバースツイスト構造状態は不安定となることが見出された。
【００２３】
特許文献３には、リバースツイスト構造状態が安定な、高プレチルト角条件を中心に行った研究の成果が記載されている。低プレチルト角条件に関しても実験を実施したが、リバースツイスト構造状態は元々不安定な液晶分子配列状態であるため、リバースツイスト構造状態が一層不安定となる短ピッチ条件（たとえばカイラルピッチが２０μｍ以下）については検討を行っていなかった。
【００２４】
本願発明は、たとえば低プレチルト角かつ短ピッチ条件という、通常は研究の対象外とされるような、非常に不安定な条件におけるリバースツイスト構造状態に係る研究の一成果である。この特異な条件下で本願発明者らは、液晶表示素子の駆動電圧の閾値が比較的高く、シャープネスが極めて急峻となる予期せぬ現象を発見し、特許文献５に開示した。しかしながらこのような現象が発生する理由は、これまで明らかにされていなかった。
【００２５】
本願発明者らは、鋭意研究の結果、この現象を生じさせるメカニズムを突き止め、本願に係る液晶素子とその駆動方法、及び、液晶装置の発明をなした。
【００２６】
図１は、第１の実施例による液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。
【００２７】
透明導電膜、たとえばＩＴＯ(indium tin oxide)膜が形成された透明基板を２枚準備する。透明基板は、たとえば厚さ０．７ｍｍｔのソーダライムガラスで形成される。ＩＴＯ膜の厚さは、たとえば１５００Åである。これらの透明基板を洗浄、乾燥し（ステップＳ１０１）、ＩＴＯ膜のパターニングをフォトリソ工程を用いて行い、透明基板（ガラス基板）上に透明電極（ＩＴＯ電極）を形成する（ステップＳ１０２）。ＩＴＯ電極パターンのエッチングは、たとえば第二塩化鉄を主成分とするエッチング液を用いたウェットエッチで行う。
【００２８】
ガラス基板上に、ＩＴＯ電極を覆うように配向膜材料を塗布する（ステップＳ１０３）。配向膜材料の塗布は、たとえばフレキソ印刷を用いて行う。インクジェット印刷を用いてもよい。配向膜材料として、たとえば（株）日産化学製のＳＥ−１３０を使用する。ＳＥ−１３０は、低プレチルト角を発現させるＴＮ型液晶表示素子用の水平配向膜材料である。配向膜材料はこれに限られない。
【００２９】
配向膜材料を塗布したガラス基板をホットプレートに乗せ、１００℃で３分間の仮焼成（プリベーク）を実施する（ステップＳ１０４）。その後、クリーンオーブンにて２００℃、１時間の本焼成を行う（ステップＳ１０５）。こうしてＩＴＯ電極を覆う配向膜を形成する（ステップＳ１０３〜Ｓ１０５）。
【００３０】
次に、ラビング処理（配向処理）を行う（ステップＳ１０６）。基板に接する液晶分子を一方向に並べる（配向する）ため、布を巻いた円筒状のロールを高速に回転させ配向膜上を擦る。
【００３１】
液晶層の厚さ（基板間距離）を一定に保つため、一方のガラス基板面上にギャップコントロール剤を乾式散布法にて散布する（ステップＳ１０７）。ギャップコントロール剤には粒径５μｍのシリカ系材料（（株）宇部日東化成製  ハイプレシカＵＦ）を使用した。プラスチックボールを用いることもできる。
【００３２】
他方のガラス基板面上にはシール剤を印刷し、メインシールパターンを形成する（ステップＳ１０８）。たとえば熱硬化性のシール剤である（株）三井化学製のＥＳ−７５００に、粒径５μｍのグラスファイバーを数％加え、スクリーン印刷法で印刷する。ディスペンサを用いて、シール剤を塗布することもできる。光硬化性のシール剤や、光・熱併用硬化型のシール剤を使ってもよい。
【００３３】
メインシールパターンを形成した基板面上の所定の位置に、金メッキを施したプラスチックボール（Ａｕボール）などを含む導通材を印刷し、導通材パターンを形成する。たとえば粒径５μｍのグラスファイバーを加えたＥＳ−７５００に、更に粒径６μｍ程度のＡｕボールを数％含ませたものを、導通材としてスクリーン印刷する。導通材パターンの印刷は、メインシールパターンを印刷した基板とは異なる基板に行ってもよい。
【００３４】
ガラス基板を貼り合わせる（ステップＳ１０９）。２枚のガラス基板を所定の位置で重ね合わせてセル化し、プレスした状態で熱処理を施しシール剤を硬化させる。ここでは配向処理の組み合わせでユニフォームツイスト構造を形成するときの液晶分子が、上側基板から下側基板に向かう方向に沿って、右方向に９０°捩れるように、２枚のガラス基板を重ね合わせた。シール剤の熱硬化は、たとえばホットプレス法を用い、１５０℃で焼成して行う。その後、スクライバ装置でガラス基板に傷をつけ、つけた傷の一部に沿ってブレイキングし、短冊状に分割する。
【００３５】
分割された短冊状の空セルを単位とし、たとえば真空注入法で空セルにネマチック液晶を注入する（ステップＳ１１０）。液晶材料には、たとえば（株）ＤＩＣ製のＲＤＰ−８４９１０を使用した。液晶中にはカイラル剤を添加した。添加量はカイラルピッチが、上側基板から下側基板に向かう方向に沿って左捩れ方向に、１５μｍとなるように調整した。
【００３６】
液晶注入口を、たとえば紫外線（ＵＶ）硬化タイプのエンドシール剤で封止し（ステップＳ１１１）、液晶分子の配向を整えるため、液晶の相転移温度以上にセルを加熱する（ステップＳ１１２）。たとえばオーブンにより、１２０℃で３０分間の熱処理を行う。その後、スクライバ装置でガラス基板につけた傷の残部に沿ってブレイキングし、個別のセルに小割する。
【００３７】
小割されたセルに対し、面取り（ステップＳ１１３）と洗浄（ステップＳ１１４）を実施する。洗浄工程においては、洗剤、有機溶剤などによりセルを洗浄し、セルに付着した液晶や面取り時の粉を洗い落とす。
【００３８】
最後に、２枚のガラス基板の液晶層と反対側の面に、所定の大きさにカットした偏光板を貼付する（ステップＳ１１５）。２枚の偏光板はクロスニコルに配置し、ノーマリホワイトのＴＮ型液晶表示素子を実現した。
【００３９】
両基板のＩＴＯ電極間には電源、及び、たとえば後述の駆動方法で液晶表示素子を駆動可能な制御装置を接続した。
【００４０】
図２は、第１の実施例による液晶表示素子の概略的な断面図である。
【００４１】
第１の実施例による液晶表示素子は、離間して略平行に対向配置された上側基板１０ａ、下側基板１０ｂ、及び両基板１０ａ、１０ｂ間に挟持されたツイストネマチック液晶層１４を含んで構成される。
【００４２】
上側基板１０ａは、上側ガラス基板１１ａ、上側ガラス基板１１ａ上に形成された上側ＩＴＯ電極１２ａ、及び上側ＩＴＯ電極１２ａ上に形成された上側配向膜１３ａを含む。同様に、下側基板１０ｂは、下側ガラス基板１１ｂ、下側ガラス基板１１ｂ上に形成された下側ＩＴＯ電極１２ｂ、及び下側ＩＴＯ電極１２ｂ上に形成された下側配向膜１３ｂを含む。
【００４３】
液晶層１４は、上側基板１０ａの上側配向膜１３ａと、下側基板１０ｂの下側配向膜１３ｂとの間に配置され、厚さは、たとえば５μｍである。
【００４４】
上側及び下側配向膜１３ａ、１３ｂには、ラビングにより配向処理が施されている。上側及び下側基板１０ａ、１０ｂの各々におけるプレチルト角の形成される向き（液晶分子１４ａが基板１０ａ、１０ｂに対して立ち上がる向き）は、ラビング処理の向きで決定される。実施例においては、上側及び下側基板１０ａ、１０ｂにおけるプレチルト角の向きは、液晶材料がスプレイ構造を含まないユニフォームツイスト構造を形成した場合、より具体的には、たとえばカイラル剤を含まない液晶材料を配向膜１３ａ、１３ｂ間に封入した場合、上側基板１０ａ側の基板法線方向から見て、上側基板１０ａから下側基板１０ｂに向かう方向に沿って、右方向に９０°捩れるユニフォームツイスト構造となる組み合わせとした。なお、上側及び下側配向膜１３ａ、１３ｂに付与されたプレチルト角は１°であった。
【００４５】
液晶層１４にはカイラル剤が、カイラルピッチを１５μｍとする量で、添加されている。カイラル剤の影響力のもとで生じる液晶分子１４ａの配列は、上側基板１０ａ側の基板法線方向から見て、上側基板１０ａから下側基板１０ｂに向かう方向に沿って、左捩れ方向に捩れる構造である。
【００４６】
上側基板１０ａ、下側基板１０ｂの液晶層１４と反対側の面には、それぞれ上側偏光板１５ａ、下側偏光板１５ｂが配置される。両偏光板１５ａ、１５ｂは、クロスニコルに、かつ、光透過軸が、上側及び下側基板１０ａ、１０ｂのラビング方向に対し平行となるように配置される。
【００４７】
上側ＩＴＯ電極１２ａ、下側ＩＴＯ電極１２ｂ間に電源を含む制御装置２０が接続されている。たとえば電源により両電極１２ａ、１２ｂ間に、閾値電圧以上の交流電圧を印加することで、液晶分子１４ａの配列を、スプレイツイスト構造からユニフォームツイスト（リバースツイスト）構造に転移させることができる。
【００４８】
図３は、第１の実施例による液晶表示素子のスプレイツイスト構造状態とリバースツイスト構造状態を示す写真である。写真は、第１の実施例による液晶表示素子の上側基板１０ａの法線方向から撮影した。
【００４９】
本願発明者らは、第１の実施例による液晶表示素子が、上側基板１０ａ側の基板法線方向から見たとき、（１）左方向（第２旋回方向）にツイスト角９０°で捩れるスプレイツイスト配列状態、（２）左方向にツイスト角２７０°で捩れるＳＴＮ（スーパーツイストネマチック）配列状態、及び、（３）右方向（第１旋回方向）にツイスト角９０°で捩れるＲＴＮ（リバースツイストネマチック）配列状態の各配列状態をとりうることを発見した。
【００５０】
図４は、第１の実施例による液晶表示素子の上側基板１０ａ側の基板法線方向から見た液晶分子１４ａの捩れ方向及び角度を示す概略図である。
【００５１】
液晶表示素子完成直後の液晶分子１４ａの捩れ方向は、カイラル剤による捩れ方向（第２旋回方向）と同方向の左捩れであり、配列状態は捩れ角が９０°のスプレイツイスト配列状態である。この状態において、たとえば電極１２ａ、１２ｂ間に所定範囲内の電圧を印加し、液晶層１４に縦電界を加えると、捩れ角が２７０°のＳＴＮ配列状態に転移する。９０°スプレイツイスト配列状態と２７０°ＳＴＮ配列状態における液晶分子の捩れ方向は同方向である。この電圧印加状態を維持すると、液晶分子１４ａの配列状態（２７０°ＳＴＮ配列状態）も維持される。印加電圧を徐々に増加し、２７０°ＳＴＮ配列状態の液晶層１４により強い縦電界を与えると、捩れ角が９０°のＲＴＮ配列状態に転移する。この相転移は、両電極１２ａ、１２ｂ間に閾値電圧以上の電圧を印加したとき、ディスクリネーションラインの発生を伴わずきわめて速やかに行われる。９０°ＲＴＮ配列状態における液晶分子１４ａの捩れ方向は、９０°スプレイツイスト配列状態及び２７０°ＳＴＮ配列状態におけるそれと反対方向（第１旋回方向）である。なお、図３の写真には、スプレイツイスト配列状態から９０°ＲＴＮ配列状態に転移する際に現れる２７０°ＳＴＮ配列状態を省略してある。
【００５２】
９０°ＲＴＮ配列状態の液晶層１４から瞬間的に縦電界を消去する（電極１２ａ、１２ｂ間に印加する電圧を一瞬オフする）だけで、液晶分子１４ａは２７０°ＳＴＮ配列状態に転移する。電極１２ａ、１２ｂ間への印加電圧をオフしたまま放置すると、液晶分子１４ａは、２７０°ＳＴＮ配列状態から徐々に配列状態を変化させ、数分後には９０°スプレイツイスト配列状態に転移する。
【００５３】
なお、２７０°ＳＴＮ配列状態時に印加電圧を瞬間的にオフした場合、液晶分子は２７０°ＳＴＮ配列状態を維持する。
【００５４】
２７０°ＳＴＮ配列状態は、第１の実施例による液晶表示素子において、たとえば液晶分子１４ａがスプレイツイスト配列状態からＲＴＮ配列状態に遷移する過程で現れ、ある範囲の電圧値を印加した状態では安定な、「準安定」とも呼べる液晶分子１４ａの配列状態である。
【００５５】
図５は、第１の実施例による液晶表示素子の電気光学特性を示すグラフである。グラフの横軸は、電極１２ａ、１２ｂ間に印加した電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で示す。
【００５６】
第１の実施例による液晶表示素子は、印加電圧に対する光透過率の変化の急峻性が大きい（シャープネスが優れている）ことがわかる。
【００５７】
Ｖ１０／Ｖ９０及びＶ５／Ｖ９０を計算したところ、それぞれ１．０３７、１．０４１というシャープネス値が求められた。ここでＶ５、Ｖ１０、Ｖ９０は、最も高い光透過率を１００％としたとき、５％の光透過率、１０％の光透過率、９０％の光透過率が得られる電圧値である。液晶表示素子を１／４８０デューティ駆動するのに必要なシャープネス値は、１．０４６５以下である。第１の実施例による液晶表示素子は、Ｖ１０／Ｖ９０、Ｖ５／Ｖ９０ともに、この必要値を実現している。
【００５８】
第１の実施例による液晶表示素子は、優れたシャープネス特性を示し、１／４８０デューティ駆動という高デューティ駆動が可能な液晶表示素子である。本願発明者の鋭意研究の結果、このような優れたシャープネス特性は、プレチルト角が０．１°以上５°以下のときに出現することが判明した。
【００５９】
本願発明者らは、第１の実施例による液晶表示素子とは、液晶材料のみが異なる第２〜第４の実施例による液晶表示素子を作製し、電気光学特性を調べた。第２、第３、第４の実施例においては、液晶材料として、それぞれ（株）ＤＩＣ製のＲＤＰ−８３１０７、ＲＤＰ−８３１０８、ＲＤＰ−８３４０９を使用した。第２〜第４の実施例による液晶表示素子も、上側基板側の基板法線方向から見たとき、左方向にツイスト角９０°で捩れるスプレイツイスト配列状態、左方向にツイスト角２７０°で捩れるＳＴＮ配列状態、及び、右方向にツイスト角９０°で捩れるＲＴＮ配列状態をとりうる。
【００６０】
図６Ａ〜図６Ｄは、各々第１〜第４の実施例による液晶表示素子の電気光学特性を示すグラフである。グラフの横軸は、電極間への印加電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は、液晶表示素子の光透過率を単位「％」で示す。図６Ａ〜図６Ｄのグラフにおいては、最も高い光透過率を１００％としたときの光透過率を示した。各グラフには実測値とシミュレーション値を、それぞれ実線と点線で記載した。第１〜第４の実施例による液晶表示素子は、実測及びシミュレーションの双方から、優れたシャープネスを有する液晶表示素子であることがわかる。
【００６１】
次に、本願発明者らは、第５の実施例による液晶表示素子について、シミュレーションを行い、電気光学特性を再現した。第５の実施例による液晶表示素子は、液晶材料として、（株）メルク製のネマチック液晶材料であるＺＬＩ−４７９２を使用した点、及び、プレチルト角を３°とした点で第１の実施例と相違する。第５の実施例による液晶表示素子においても、液晶層の液晶分子は、上側基板側の基板法線方向から見たとき、左方向捩れの９０°スプレイツイスト配列状態、左方向捩れの２７０°ＳＴＮ配列状態、及び、右方向捩れの９０°ＲＴＮ配列状態の３状態をとりうる。
【００６２】
図７は、第５の実施例による液晶表示素子の、９０°左捩れスプレイツイスト配列状態、２７０°左捩れＳＴＮ配列状態、及び、９０°右捩れＲＴＮ配列状態の各配列状態における電気光学特性を示すグラフである。グラフの両軸の意味するところは、図５のグラフにおけるそれらと等しい。曲線ａは、９０°スプレイツイスト配列状態、曲線ｂは、２７０°ＳＴＮ配列状態、曲線ｃは、９０°ＲＴＮ配列状態の電気光学特性を表す。
【００６３】
２７０°ＳＴＮ配列状態（曲線ｂ）においては、２．６Ｖ〜２．７Ｖの間（約２．６８Ｖ）で光透過率が急峻に変化し、これは図５及び図６Ａ〜図６Ｄに見られる印加電圧に対する光透過率の変化の急峻性（優れたシャープネス）を示す電気光学特性と酷似している。光透過率が急峻に低下した後（電圧値が約２．６８Ｖを超える範囲）の２７０°ＳＴＮ配列状態の電気光学特性は、９０°ＲＴＮ配列状態のそれと等しい。
【００６４】
図８Ａは、第５の実施例による液晶表示素子における液晶分子捩れ角（ダイレクタ捩れ角）を示すグラフである。グラフの横軸は、液晶層の厚さ方向の位置を正規化して示す。液晶層（液晶分子）が上側基板に接する位置を０とし、下側基板に接する位置を１とした。縦軸は、捩れ角を単位「°」で表す。正方向が、上側基板側の法線方向から見たときの右捩れ方向（第１旋回方向）を示し、負方向が左捩れ方向（第２旋回方向）を示す。曲線ａ〜曲線ｄで、それぞれ上下基板間への印加電圧が２Ｖ〜５Ｖであるときの、液晶分子捩れ角を表示した。
【００６５】
印加電圧が２Ｖであるとき（曲線ａ）、液晶分子は上下基板間で左方向に２７０°捩れている。液晶層厚さ方向の位置によらず、捩れ角の変化量は一定である。
【００６６】
２Ｖ〜３Ｖの間で捩れ方向の逆転が起きている（曲線ａ及び曲線ｂ）。捩れ方向の逆転が生じる電圧は、光透過率が急峻に変化する電圧（約２．６８Ｖ）と等しい電圧であった（図７参照）。
【００６７】
印加電圧が３Ｖ〜５Ｖ（曲線ｂ〜曲線ｄ）の範囲では、液晶分子は上下基板間で右方向に９０°捩れている。液晶分子の捩れは、主に液晶層の厚さ方向中央付近（およそ０．４〜０．６の位置）で生じている。
【００６８】
図８Ｂは、９０°右捩れＲＴＮ配列状態にある液晶分子の捩れ角を示すグラフである。グラフの両軸の意味するところは、図８Ａのグラフにおけるそれらと等しい。曲線ａ〜曲線ｆで、各々上下基板間に印加する電圧が０Ｖ〜５Ｖであるときの液晶分子捩れ角を示す。
【００６９】
印加電圧が３Ｖ〜５Ｖ（曲線ｄ〜曲線ｆ）の範囲では、液晶分子は上下基板間で右方向に９０°捩れ、捩れは主として液晶層の厚さ方向中央付近（およそ０．４〜０．６の位置）で生じている。図８Ａと図８Ｂの印加電圧３Ｖ〜５Ｖを示す曲線を比較すると、第５の実施例による液晶表示素子の液晶分子は、印加電圧３Ｖ〜５Ｖで、９０°右捩れＲＴＮ配列状態にある液晶分子と同じ挙動を示していることがわかる。
【００７０】
第５の実施例による液晶表示素子についてのシミュレーション（図７、図８Ａ及び図８Ｂ参照）から、実施例による液晶表示素子においては、約２．６８Ｖの電圧印加で生じる捩れ方向の逆転（２７０°ＳＴＮ配列状態から９０°ＲＴＮ配列状態への転移）により、光透過率の急峻な変化が生じていると考えられる。
【００７１】
図９Ａ及び図９Ｂは、第５の実施例による液晶表示素子の、９０°スプレイツイスト配列状態、２７０°ＳＴＮ配列状態、及び９０°ＲＴＮ配列状態の各状態における自由エネルギーを示すグラフである。
【００７２】
グラフの横軸は、電極間への印加電圧を単位「Ｖ」で示し、縦軸は、ギブスの自由エネルギーを単位「μＪ／ｍ２」で示す。曲線ａは、液晶分子が９０°スプレイツイスト配列状態にあるとき、曲線ｂは、２７０°ＳＴＮ配列状態にあるとき、曲線ｃは、９０°ＲＴＮ配列状態にあるときの自由エネルギーを表す。なお、参考のために、第５の実施例による液晶表示素子の液晶層に、カイラル剤を添加しない場合の液晶分子配列状態（９０°右捩れＴＮ配列状態）における自由エネルギーを、曲線ｄとして付記した。図９Ｂは、図９Ａの一部（印加電圧２Ｖ〜３Ｖの範囲）を拡大したグラフである。
【００７３】
印加電圧が２．２Ｖ強までの範囲においては、９０°スプレイツイスト配列状態、２７０°ＳＴＮ配列状態、９０°ＲＴＮ配列状態の３状態（曲線ａ〜曲線ｃ）の中で、２７０°ＳＴＮ配列状態（曲線ｂ）の自由エネルギーが最も低く、安定である。しかし、２．４Ｖ強の電圧値で、２７０°ＳＴＮ配列状態（曲線ｂ）の自由エネルギーが最も高くなり、不安定となる一方、９０°ＲＴＮ配列状態（曲線ｃ）の自由エネルギーは最も低く、安定である。その結果、２．６８３Ｖ〜２．６８４Ｖの間で捩れ方向の逆転（２７０°ＳＴＮ配列状態から９０°ＲＴＮ配列状態への転移）が生じる。
【００７４】
なお、たとえば９０°ＲＴＮ配列状態（曲線ｃ）と９０°ＴＮ配列状態（曲線ｄ）は、右方向に９０°捩れる点で共通するが、９０°ＲＴＮ配列状態（曲線ｃ）においては、左方向への旋回性を与えるカイラル剤が添加されているため、９０°ＴＮ配列状態（曲線ｄ）よりも自由エネルギーが高く、不安定である。
【００７５】
続いて、実施例による液晶表示素子の駆動方法について説明する。ここでは第５の液晶表示素子をデューティ駆動する場合について述べる。
【００７６】
図１０Ａ及び図１０Ｂに、上側、下側電極間に印加される駆動電圧の波形の例を示す。両図において、横軸は時間、縦軸は電圧を表す。たとえば図１０Ａの選択波形Ｖｓは選択画素に印加される駆動電圧波形、図１０Ｂの非選択波形Ｖｕｓは非選択画素に印加される駆動電圧波形である。選択波形Ｖｓの実効値電圧は、たとえば液晶分子の配列状態を２７０°ＳＴＮ配列状態から９０°ＲＴＮ配列状態へ転移させうる閾値電圧以上の電圧、一例としてスタティック駆動の２．７Ｖ相当の電圧に設定され、非選択波形Ｖｕｓの実効値電圧は、たとえば当該閾値電圧未満の電圧、一例としてスタティック駆動の２．６Ｖ相当の電圧に設定される。
【００７７】
図１１は、実施例による液晶表示素子の駆動方法を示すフローチャートである。
【００７８】
まず、全画素の上側、下側電極間に所定範囲内の電圧、たとえば２．２Ｖの交流電圧（リセットパルス）を印加し、液晶層に縦電界を加えて、９０°スプレイツイスト配列状態にある液晶分子を２７０°ＳＴＮ配列状態に転移させる（ステップＳ２０１）。ここで所定範囲内の電圧とは、たとえば液晶分子の配列状態を９０°スプレイツイスト配列状態から２７０°ＳＴＮ配列状態へ転移させうる閾値電圧以上で、２７０°ＳＴＮ配列状態から９０°ＲＴＮ配列状態へ転移させうる閾値電圧未満の電圧である。なお、全画素に非選択波形Ｖｕｓを印加することで、液晶分子の配列状態を９０°スプレイツイスト配列状態から２７０°ＳＴＮ配列状態に転移させてもよい。２７０°ＳＴＮ配列状態にある画素により白表示が行われる。
【００７９】
白表示を行う画素には、非選択波形Ｖｕｓを、たとえば一定周期で継続的に印加する（ステップＳ２０２）。非選択波形Ｖｕｓの継続的な印加により、２７０°ＳＴＮ配列状態が維持される。
【００８０】
少なくとも一部の画素に選択波形Ｖｓを印加する（ステップＳ２０３）。選択波形Ｖｓを与えた画素の液晶分子は、２７０°ＳＴＮ配列状態から９０°ＲＴＮ配列状態に転移する。この相転移は速やかに行われ、１００ｍｓｅｃ〜５００ｍｓｅｃ程度で完了する。選択波形Ｖｓが印加された画素は、白表示から黒表示に表示状態が変更される。白表示を行う画素と黒表示を行う画素により、画像が表示される。
【００８１】
選択波形Ｖｓを加え、一旦黒表示とした画素は、その後非選択波形Ｖｕｓを継続的に印加する（ステップＳ２０２）ことにより、黒表示（９０°ＲＴＮ配列状態）を維持することができる。すなわち、たとえば全画素に非選択波形Ｖｕｓを、たとえば一定周期で継続的に印加する（ステップＳ２０２）ことで、画像を保持することができる。なお、黒表示を行う画素に、たとえば選択波形Ｖｓの印加を継続してもよい。
【００８２】
黒表示部分を追加して画像の変更を行う場合には、追加的に黒表示とする画素に選択波形Ｖｓを印加する（ステップＳ２０３）。このようにして画像（表示内容）を追加的に変更することができる。
【００８３】
全く異なる画像に書き換える場合には、一旦、たとえば瞬間的に、全画素の駆動電圧（駆動波形）をオフする（ステップＳ２０４）。瞬間的な駆動電圧のオフで、９０°ＲＴＮ配列状態から２７０°ＳＴＮ配列状態への転移が生じるため、全画素を白表示（２７０°ＳＴＮ配列状態）とし、表示状態をリセットすることができる。９０°ＲＴＮ配列状態から２７０°ＳＴＮ配列状態への転移は、１ｓ〜２ｓ以下で完了する。瞬間的な駆動電圧のオフに限らず、９０°ＲＴＮ配列状態が維持されない、たとえば２７０°ＳＴＮ配列状態に転移する電圧まで電圧を低くして黒表示から白表示に表示状態を変更することができる。
【００８４】
この状態から、たとえば黒表示を行う画素に対し選択波形Ｖｓを印加し（ステップＳ２０３）、全画素に非選択波形Ｖｕｓを印加し続ける（ステップＳ２０２）ことで、新たな画像に書き換え、書き換えた画像を保持することができる。
【００８５】
なお、駆動電圧の無印加状態が数分間続くと、液晶分子はスプレイツイスト配列状態に転移する。この場合には、再度リセットパルスを印加する（ステップＳ２０１）。
【００８６】
実施例による液晶表示素子の駆動方法においては、画素単位で液晶分子の配列状態を２７０°ＳＴＮ配列状態または９０°ＲＴＮ配列状態として表示を行う。液晶分子の配列状態が、２７０°ＳＴＮ配列状態から９０°ＲＴＮ配列状態に転移する際、光透過率が急峻に変化する。シャープネスが優れているため、大きな表示容量で表示を行うことができる。実施例による液晶表示素子の駆動方法は、比較的書き換えが少なく大容量表示を行う場合に、特に好適に使用可能である。
【００８７】
なお、白表示（２７０°ＳＴＮ配列状態）や黒表示（９０°ＲＴＮ配列状態）を維持するために印加する非選択波形Ｖｕｓ（ステップＳ２０２）は、画像保持波形と考えることができる。したがって、たとえば非選択波形Ｖｕｓの実効値電圧をスタティック駆動の２．６Ｖ相当の電圧よりも低くすることができる。また、駆動波形は方形波など単純な波形でもよい。実効値電圧を低くしたり、波形を単純化することで、駆動時の消費電力を低減可能である。
【００８８】
デューティ駆動では実効値駆動を行っており、瞬間的には図１０Ａ及び図１０Ｂに示すような波形の比較的高い電圧が、たとえば一定周期で印加される。実施例においては、上側、下側電極間に閾値電圧以上の電圧を印加し、液晶分子の配列状態を９０°スプレイツイスト配列状態から２７０°ＳＴＮ配列状態に転移させた後、デューティ駆動を行うため、長時間、転移電圧（９０°スプレイツイスト配列状態から２７０°ＳＴＮ配列状態に転移させるのに必要な実効値電圧）より小さい実効値電圧で表示を行うことも可能である。この場合、高デューティ駆動表示であるほど、駆動波形のピーク電圧値は高くなり、液晶分子は、２７０°ＳＴＮ配列状態で一層安定すると考えられる。この観点からは、実施例による液晶表示素子は、デューティ駆動の駆動条件を１／１２０デューティより高デューティとすることが好ましい。また、安定電圧Ｖｃが、転移電圧に対し低いほど２７０°ＳＴＮ配列状態が安定になる。したがって、転移電圧との比較で、安定電圧Ｖｃを低くする液晶材料やセル構造を採用することが望ましい。
【００８９】
他の実施例による液晶表示素子も同様に駆動可能である。たとえば第１の実施例の場合、選択波形Ｖｓの実効値電圧を、一例としてスタティック駆動の１．３Ｖ相当の電圧に設定し、非選択波形Ｖｕｓの実効値電圧を、一例としてスタティック駆動の１．２Ｖ相当の電圧に設定すればよい（図６Ａ参照）。レスポンス特性を調べたところ、実施例による液晶表示素子は、たとえば数十ｍｓｅｃで、比較的高速にスイッチング可能であることがわかった。
【００９０】
図１２は、第５の実施例による液晶表示素子における白表示及び黒表示のスペクトル特性を示すグラフである。グラフの横軸は波長を単位「ｎｍ」で示し、縦軸は、光透過率を単位「％」で示す。曲線ａは白表示（２７０°ＳＴＮ配列状態時）のスペクトル特性、曲線ｂは黒表示（９０°ＲＴＮ配列状態時）のスペクトル特性を表す。
【００９１】
ほぼフラットな白表示（自然な白表示）と、波長によらず遮光性のよい黒表示（自然な黒表示）が得られている。実施例による液晶表示素子は、液晶セルに偏光板を貼っただけの液晶表示素子であり、光学補償膜等は使用していない。すなわち、ＴＮ型液晶表示素子に使われる安価な液晶材料や配向膜等を使用して、自然な白表示を得ることができる。一方で、たとえばデューティ駆動を行う場合、ＴＮ型液晶表示素子では得られにくい大容量表示を行うことができる。レスポンス特性も悪くはない。
【００９２】
なお、２７０°ＳＴＮ配列状態で自然な白表示が得られる理由は、現時点では不明である。しかしながらシミュレーション上でも、プレチルト角が低い２７０°ＳＴＮ配列状態において、自然な白表示が得られることがわかっている。
【００９３】
第１〜第５の実施例による液晶表示素子においては、液晶層の厚さ（セル厚）ｄを５μｍ、カイラルピッチｐを１５μｍとした。ｄ／ｐの値は１／３である。セル厚ｄは５μｍに限られない。ｄ／ｐの値は、液晶に添加するカイラル剤の量で調整することが望ましい。
【００９４】
また、ＴＮ型液晶表示素子の場合、明るい表示を得るためには、グッチ・テリーの式において、ファーストミニマムまたはセカンドミニマムの条件を満たすことが必要である。グッチ・テリーの式は、次式（１）で表される。
【００９５】
2014228820.tif 000003
【００９６】
ここでＴＮＢは、ＴＮ型液晶セルのノーマリブラック時の光透過率であり、ｕは、下式（２）で計算される値である。
【００９７】
2014228820.tif 000004
【００９８】
式（２）において、Δｎは液晶の屈折率異方性、λは液晶セルに入射する光の波長、ｄはセル厚を示す。
【００９９】
実施例による液晶表示素子（ＲＴＮ型液晶表示素子）においても、グッチ・テリーの式のファーストミニマムまたはセカンドミニマムの条件を満たすために、セル厚ｄに応じて、液晶材料（液晶の屈折率異方性Δｎ）を選択することが望ましい。たとえばセル厚ｄを小さくするときは、屈折率異方性Δｎの値を大きくし、逆にセル厚ｄを大きくするときは、屈折率異方性Δｎの値を小さくするように、液晶材料を選択する。
【０１００】
なお、セル厚ｄが小さいほど、液晶分子の配列状態は基板界面の影響を強く受けると考えられるため、セル厚ｄの小さい液晶表示素子の方が、２７０°ＳＴＮ配列状態を安定的に保持することができると推察される。
【０１０１】
ｄ／ｐの値は、実施例におけるように、１／３またはその近傍の値とすることが望ましいであろう。しかしその値が多少変化しても、同様の効果が奏されると考えられる。ｄ／ｐの値が１／３を超える範囲で大きくなるにつれて、カイラル剤の影響が強く現れ、スプレイツイスト配列状態が安定的に存在しやすくなる。その結果、スプレイツイスト配列状態から２７０°ＳＴＮ配列状態に転移させるのに必要な電圧が高くなり、２７０°ＳＴＮ配列状態で安定に保持される時間が短くなる傾向が生じる。このため、ｄ／ｐの値は概ね１／２以下であることが望ましいであろう。一方、ｄ／ｐの値が１／３未満の範囲で小さくなるにつれて、カイラル剤によって与えられる液晶層内の歪みが小さくなり、シャープネスが悪くなる傾向が生じると考えられる。ｄ／ｐの値は概ね１／４より大きいことが望ましいであろう。なお、ｄ／ｐの値はセル厚ｄ自体とも関係するため、その望ましい範囲は一概には言い切れない。
【０１０２】
また、実施例による液晶表示素子においては、液晶材料の広がりの弾性定数Ｋ１１の値が大きく、捩れの弾性定数Ｋ２２の値が小さいほど２７０°ＳＴＮ配列状態の安定性が高いことがわかった。２７０°ＳＴＮ配列状態の安定性の観点からは、広がりの弾性定数Ｋ１１と捩れの弾性定数Ｋ２２の比Ｋ１１／Ｋ２２がたとえば２以上の液晶材料を用いて液晶層を形成することが好ましいであろう。
【０１０３】
実施例による液晶表示素子及び液晶表示装置は、優れたシャープネス特性を有し、ＴＮ型液晶表示素子に用いられる材料やセル構造で、通常のＴＮ型液晶表示素子と同程度に安価に製造することが可能である。また、低プレチルト角を好ましい条件とするため、工業的に広く用いられている高信頼性のＴＮ型液晶表示素子用配向膜材料を使用して製造することができ、このため高い信頼性を備える。更に、光学補償膜なしで自然な白黒表示を得ることができる。また、大容量表示が可能であり、少なくとも１／４８０デューティ以上の高デューティ駆動を行うことができる。レスポンス特性も良好である。優れたシャープネス特性から、たとえばデューティ駆動でドット表示を行う際の上側及び下側電極数（走査線数）を１００本以上とし、高い表示性能で表示を行うことが可能である。更に、駆動時の消費電力を低減することができる。
【０１０４】
また、実施例による液晶表示素子の駆動方法によれば、低消費電力で大容量表示を行うことが可能である。
【０１０５】
なお、デューティ駆動において走査線数をＮ、ＯＮ電圧をＶｏｎ、ＯＦＦ電圧をＶｏｆｆとするとき、それらの関係は下式（３）で表される。たとえば、第５の実施例による液晶表示素子を駆動する例においては、Ｖｏｎは、スタティック駆動の２．７Ｖ相当の電圧であり、Ｖｏｆｆは、２．６Ｖ相当の電圧である。
【０１０６】
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【０１０７】
式（３）によると、Ｎ≧１００のとき、１＜Ｖｏｎ／Ｖｏｆｆ≦約１．１となり、Ｎが大きくなるにつれて、Ｖｏｎ／Ｖｏｆｆは１に近づく。実施例による液晶表示素子は、優れたシャープネス特性を備えるため、走査線数を多くして緻密な表示が可能である。
【０１０８】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１０９】
たとえば、実施例においては、ＲＴＮ配列状態における液晶分子の捩れ角α°を９０°としたが、±２０°程度の範囲（７０°〜１１０°）で変えてもよい。ただし白表示の明るさを考慮すると、９０°またはその近傍の捩れ角とすることが望ましいであろう。７０°≦α°≦１１０°とするとき、実施例による液晶表示素子の液晶分子は、上側基板側の基板法線方向から見たとき、左方向捩れのα°スプレイツイスト配列状態、左方向捩れの（３６０−α）°ＳＴＮ配列状態、及び、右方向捩れの（１８０−α）°ＲＴＮ配列状態の３状態をとりうる。
【０１１０】
また、実施例においては、上側偏光板と下側偏光板の透過軸のなす角度を９０°（クロスニコル配置）としたが、両偏光板の透過軸のなす角度を±５°程度の範囲で変えることができる。ただし光抜け防止の面からは、９０°またはその近傍の角度で配置することが好ましい。なお、偏光板を平行ニコルに配置して、ノーマリブラックタイプの液晶表示素子とすることも可能である。その場合は、透過軸のなす角度をたとえば２０°以下の範囲として、両偏光板を配置することができる。偏光板の望ましい配置は、液晶分子の捩れ角とも関係する。
【０１１１】
更に、９０°スプレイツイスト配列状態から２７０°ＳＴＮ配列状態への転移は、印加電圧の周波数が高いほど速やかに生じる。このためリセットパルスは、高周波数の交流電圧であることが望ましい。
【０１１２】
また、実施例においては、上側及び下側基板をともに透明基板としたが、少なくとも一方が透明基板であればよい。
【０１１３】
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
液晶を用いて表示を行う製品全般に利用可能である。特に、書き換えが少なく、大容量表示を求められる用途に適している。たとえば広告表示、児童用玩具、更に、新聞、雑誌などの紙、印刷物の代替表示に好適に利用できる。
【０１１５】
また、デューティ駆動される液晶表示素子、殊に、比較的大容量表示を求められる液晶表示素子に好ましく利用可能である。
【０１１６】
更に、アクティブ素子と組み合わせてもよい。また、面書き込み光源用の素子など、液晶光学素子として用いることもできる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０ａ  上側基板
１０ｂ  下側基板
１１ａ  上側ガラス基板
１１ｂ  下側ガラス基板
１２ａ  上側ＩＴＯ電極
１２ｂ  下側ＩＴＯ電極
１３ａ  上側配向膜
１３ｂ  下側配向膜
１４  液晶層
１４ａ  液晶分子
１５ａ  上側偏光板
１５ｂ  下側偏光板
２０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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