(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置され、それぞれの対向面に電極が形成された１対の基板、
前記１対の基板間に挟持され、固有に自発分極を有する、或いは所定の電場により自発分極を誘起される液晶材料から実質的になり、前記液晶材料は層状構造を呈し、その層法線方向と光軸とがなす角θが０Ｖから飽和電圧までの範囲内で印加する電圧の大きさに応じて連続的に変化する液晶層、及び、
表示可能な全階調の一部を表示する場合に前記電極間に印加する第１電圧の極性を第１極性とし、表示可能な全階調の残りを表示する場合に前記電極間に印加する第２電圧の極性を前記第１極性とは逆極性の第２極性とし、前記第１及び第２電圧を前記飽和電圧の３０％以上の範囲内で制御して、前記液晶材料の配向状態を変化させる制御手段を具備することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、駆動時に、前記液晶材料のチルト角を７°〜４５°の範囲内で変化させることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記１対の基板の一方の電極が形成された面の裏面に設けられた第１の偏光板、及び
前記１対の基板の他方の電極が形成された面の裏面に、透過光軸が前記第１の偏光板の透過光軸と実質的に直交するように設けられた第２の偏光板をさらに具備し、
前記液晶材料の層法線方向と前記第１及び第２の偏光板のいずれか一方の透過光軸とがなす角φと、前記電極間に前記飽和電圧の３０％以上の電圧を印加した場合に液晶材料のチルト角が取り得る最小値θminと、前記液晶材料のコーン角θmaxとが下記不等式に示す関係を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
θmin≦φ≦θmax
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に係り、特に、固有に自発分極を有する、或いは電圧の印加により自発分極を誘起される液晶材料を用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、消費電力が低い及び軽量である等の特徴を有しているため、ワープロ、パソコン、及びカーナビゲーション等のディスプレイとして広く使用されている。特に、液晶材料としてネマチック液晶材料を用い、それぞれの画素毎にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子が形成されたＴＮモードのＴＦＴ−ＬＣＤは優れた表示性能を有しているとされている。しかしながら、その一方で、ＴＮモードの液晶表示装置は視野角が狭い及び応答速度が遅いという問題点を有している。
【０００３】
反強誘電性液晶、ＤＨＦ（deformed helix ferroelectric）液晶、ねじれＦＬＣ、電傾効果、強誘電性液晶、ＡＰＤ（alternating polarization domain ）等を用いた表示モードの液晶表示装置のように、固有に自発分極を有する、或いは電圧の印加により自発分極を誘起される液晶材料を用いた液晶表示装置は、広視野角でありかつ高速応答が可能であるため注目されている。
【０００４】
上記液晶表示装置に用いられる液晶材料の多くは、電圧非印加状態、正電圧印加状態、及び負電圧印加状態の３つの配向状態しか取ることができない。しかしながら、近年、固有に自発分極を有する、或いは電圧の印加により自発分極を誘起される液晶材料の中に、例えば、無閾値反強誘電性液晶、ＤＨＦ液晶、ＡＰＤ、ねじれＦＬＣ等のように、印加電圧の大きさに応じて、上記３つの配向状態だけでなく、これら配向状態の中間の配向状態を取り得るものがあることが見出された。
【０００５】
このような液晶材料はメモリ性はない。したがって、それぞれの画素毎にＴＦＴ、ＴＦＤ（薄膜ダイオード）、及びＭＩＭ等のスイッチング素子を形成して、すなわちアクティブマトリクス方式を採用して非選択期間中も印加電圧を保持することにより任意の配向状態を保持し、かつ印加電圧の大きさを制御することにより中間調表示が可能となる。すなわち、広視野角でありフルカラー表示が可能な液晶表示装置を実現することができるのである。
【０００６】
図９に、無閾値反強誘電性液晶を用いた従来の液晶表示装置の液晶分子の配向状態を概略的に示す。
図９において、液晶表示装置１００は、それぞれの対向面に電極（図示せず）が形成された１対の基板１０１，１０２と、１対の基板１０１，１０２間に挟持され、無閾値反強誘電性液晶材料からなる液晶層１０３とで構成されている。液晶層１０３において、液晶分子１０４は層状構造を呈している。この液晶分子１０４が形成する層の積層方向は基板面に平行であり、層内でそれぞれの液晶分子１０４は並進により関係づけられる。
【０００７】
なお、図中、参照番号１０７-nは、液晶分子１０４のダイポールモーメントの向きを示している。すなわち、基板１０２から基板１０１への向きを参照番号１０７-1で示し、基板１０１から基板１０２への向きを参照番号１０７-2で示し、基板面に平行な向きを参照番号１０７-3で示している。
【０００８】
図９において、状態１１０-3は、電圧非印加時の液晶配向を示しており、状態１１０-1及び１１０-5は、飽和電圧以上の電圧を印加した場合の液晶配向を示している。なお、状態１１０-1と状態１１０-5とでは電圧の印加方向が逆となっている。また、状態１１０-2は、飽和電圧未満の電圧を状態１１０-1と同方向に印加した場合の液晶配向を示しており、状態１１０-4は、飽和電圧未満の電圧を状態１１０-5と同方向に印加した場合の液晶配向を示している。
【０００９】
状態１１０-3に示すように、電圧非印加時において、液晶層１０３を構成する液晶分子１０４の配向方向は、それぞれの層間で互い違いとなっているか、或いはランダムとなっている。そのため、それぞれの分子のダイポールモーメントは打ち消し合い、自発分極は発現しない。また、このときの液晶層１０３の光軸１０５は、液晶分子１０４が形成する層状構造における積層方向、すなわち層法線方向１０６と平行となる。なお、電圧非印加時の光軸１０５と層法線方向１０６とは一致するため、液晶表示装置１００をクロスニコル下に配置し、その消光位置から電圧非印加時の光軸１０５を求めることにより、層法線方向１０６を決定することができる。
【００１０】
状態１１０-2及び１１０-4に示すように、液晶表示装置１００の液晶層１０３に印加する電圧の絶対値を増加させると、液晶分子１０４の配向状態が徐々に変化し、その結果、液晶層１０３の光軸１０５は基板面に対する垂線を回転軸として徐々に回転する。すなわち、液晶層１０３に印加する電圧の絶対値の大きさに応じて、層法線方向１０６と光軸１０５とがなす角θは連続的に変化する。このように、飽和電圧未満の電圧を印加した場合には、液晶分子１０４は印加された電圧の大きさに応じて異なる配向状態をとる。
【００１１】
液晶層１０３に飽和電圧以上の電圧を印加した場合、状態１１０-1及び１１０-5に示すように、全ての層間で液晶分子１０４の配向方向が一致し、ダイポールモーメントの向きも揃う。なお、飽和電圧以上の電圧を印加した場合には、液晶分子１０４の配向状態は電圧の大きさに依存することはない。
【００１２】
以上示したように、無閾値反強誘電性液晶を用いた液晶表示装置においては、印加する電圧の大きさに応じて層法線方向１０６と光軸１０５とがなす角θは連続的に変化する。したがって、基板１０１に、透過軸が層法線方向１０６と平行になるように偏光板を設け、基板１０２に、透過軸が層法線方向１０６と垂直になるように偏光板を設けた場合、電圧非印加時には黒色（最も暗い状態）が表示され、印加電圧を増加することにより、θが増加するため透過光量を増加させることができる。すなわち、ＴＮモードと同様に、液晶層に印加する電圧値を適宜変化させることにより、中間調を表示することが可能となるのである。
【００１３】
しかしながら、固有に自発分極を有する、或いは電圧の印加により自発分極を誘起される液晶材料を用いた従来の液晶表示装置は、期待されるほどの高い応答速度が得られない場合がある、或いは印加電圧−透過率特性においてヒステリシスを生ずる場合があるという問題を有している。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、固有に自発分極を有する、或いは電圧の印加により自発分極を誘起される液晶材料を用い、応答速度が速く、印加電圧−透過率特性にヒステリシスを生ずることのない液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、対向して配置され、それぞれの対向面に電極が形成された１対の基板、前記１対の基板間に挟持され、固有に自発分極を有する、或いは所定の電場により自発分極を誘起される液晶材料から実質的になり、前記液晶材料は層状構造を呈し、その層法線方向と光軸とがなす角θが０Ｖから飽和電圧までの範囲内で印加する電圧の大きさに応じて連続的に変化する液晶層、及び、表示可能な全階調の一部を表示する場合に前記電極間に印加する第１電圧の極性を第１極性とし、表示可能な全階調の残りを表示する場合に前記電極間に印加する第２電圧の極性を前記第１極性とは逆極性の第２極性とし、前記第１及び第２電圧を前記飽和電圧の３０％以上の範囲内で制御して、前記液晶材料の配向状態を変化させる制御手段を具備することを特徴とする液晶表示装置を提供する。
【００１６】
上記液晶表示装置において好ましい態様を以下に示す。
（１）前記駆動手段は、駆動時に、前記液晶材料のチルト角を７°〜４５°の範囲内で変化させること。
【００１７】
（２）前記１対の基板の一方の電極が形成された面の裏面に設けられた第１の偏光板、及び前記１対の基板の他方の電極が形成された面の裏面に、透過光軸が前記第１の偏光板の透過光軸と実質的に直交するように設けられた第２の偏光板をさらに具備し、前記液晶材料の層法線方向と前記第１及び第２の偏光板のいずれか一方の透過光軸とがなす角φと、前記電極間に前記飽和電圧の３０％以上の電圧を印加した場合に液晶材料のチルト角が取り得る最小値θminと、前記液晶材料のコーン角θmaxとが下記不等式に示す関係を満たすこと
【００１８】
θmin≦φ≦θmax
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照しながらより詳細に説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）に、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の平面図及び断面図をそれぞれ示す。図１（ａ）に示すように、液晶表示装置１は板状の形状を有している。この液晶表示装置１は、図１（ｂ）に示すように、対向して配置された１対の基板２，３と、基板２，３間に挟持された液晶層６とで主に構成されている。
【００２０】
基板２の基板３と対向する面には、スイッチング素子７と、スイッチング素子７のソース電極と電気的に接続された画素電極４とが、マトリクス状に配列されている。また、スイッチング素子７及び画素電極４上には、配向膜８が形成されている。基板３の基板２と対向する面には、カラーフィルタ層１２、対向電極５、及び配向膜９が順次積層されている。
【００２１】
基板２，３は、それぞれ電極４，５が形成された面が対向するように配置されており、基板２，３間の間隔はスペーサ１３により一定に保たれている。また、基板２，３の電極４，５が形成された面の裏面には、それぞれ偏光板１０，１１が貼付けられている。
【００２２】
上記液晶表示装置１において、基板２，３としてはガラス等からなる透明基板を用いることができ、電極４，５としてはＩＴＯ等からなる透明導電膜を用いることができる。また、配向膜８，９に用いられる材料としては、ポリイミド樹脂等を挙げることができる。
【００２３】
また、液晶層６に用いられる液晶材料としては、無閾値反強誘電性液晶（ＴＬＡＦ）、ＤＨＦ、ねじれＦＬＣ、及びＡＰＤ等のように、固有に自発分極を有する或いは所定の電場を形成することにより自発分極を誘起される液晶材料を挙げることができる。
【００２４】
基板３の対向電極５が形成された面には、カラーフィルタ層１２の他に、ブラックマトリクスを設けてもよい。また、カラーフィルタ層１２と対向電極５との間に、アクリル、ベンゾシクロブテンポリマー、及びポリイミド等を用いて平坦化樹脂層を形成してもよい。
【００２５】
上記液晶表示装置１に設けられるスイッチング素子７は、例えば、図２に示すように構成される。
図２は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置に用いられるスイッチング素子の一例を概略的に示す平面図である。図２に示すように、基板２上には、補助容量線１５及びゲート（走査）線１６が形成されている。補助容量線１５及びゲート線１６は、ゲート酸化膜と酸化シリコン膜とを積層してなるゲート絶縁膜により被覆されており、ゲート絶縁膜上にはアモルファスシリコンからなる半導体薄膜が形成されている。
【００２６】
この半導体薄膜上には、チャネル形成時に半導体薄膜を保護するための、窒化シリコンからなるチャネル保護膜が形成されている。半導体薄膜及びチャネル保護膜上には、それぞれオーミック層を介して半導体薄膜に電気的に接続されたソース電極、及び信号線１７と一体的に形成されたドレイン電極が配置されている。また、ソース電極は画素電極４と電気的に接続されている。
【００２７】
上述のように構成されるスイッチング素子（ＴＦＴ）７、ゲート線１６、信号線１７、及び画素電極４は、酸化シリコン或いは窒化シリコンからなる保護膜により被覆されている。このように、ゲート線１６や信号線１７等を保護層で被覆することにより、対向電極５との間での電気的短絡を防止することができる。
【００２８】
次に、本発明の原理について説明する。上述したように、固有に自発分極を有する、或いは電圧の印加により自発分極を誘起される液晶材料を用いた従来の液晶表示装置は、期待されるほどの高い応答速度が得られない場合がある、或いは印加電圧−透過率特性においてヒステリシスを生ずる場合があるという問題を有している。
【００２９】
本発明者らは、無閾値反強誘電性液晶、ＤＨＦ液晶、及びＡＰＤ等のように自発分極を有しかつ中間調表示が可能な液晶材料を用いた液晶表示装置について、応答速度及び印加電圧−透過率特性におけるヒステリシスを調べたところ、以下に示す共通点を見出した。すなわち、（１）応答速度の低下は、液晶層に印加する電圧の絶対値が比較的小さい領域で生じ、（２）印加電圧−透過率特性におけるヒステリシスは、低電圧領域でのみ生ずるのである。
【００３０】
以下に、低電圧を印加した場合に応答速度が低下するなる理由を説明する。一般に、自発分極Ｐs を有する液晶材料の応答速度τは、下記等式であらわされる。
【００３１】
１／τ＝（Ｐs ・Ｖ）／（η・ｄ）
なお、上記等式において、Ｖは印加電圧を示し、ｄはセルギャップを示し、ηは液晶材料の粘度を示している。自発分極を有し、かつ中間調表示が可能な液晶材料の場合、Ｐs は印加電圧の関数であり、印加電圧の減少に応じて減少する。そのため、印加電圧が低い場合、Ｐs 及びＶがともに減少し、応答時間の上昇を生ずる。
【００３２】
本発明者らは、自発分極を有し、かつ中間調の表示が可能な種々の液晶材料について、印加電圧と応答時間との関係を調べた。その結果、全ての液晶材料について、同様の結果を得ることができた。その一例を図３に示す。
【００３３】
図３は、無閾値反強誘電性液晶を用いた液晶表示装置における印加電圧と応答時間との関係を示すグラフである。なお、図中、横軸は印加電圧を飽和電圧により規格化した規格化電圧（飽和電圧を１とする）を示しており、縦軸は応答時間を示している。
【００３４】
この図に示すように、規格化電圧が０．１５以上の場合、応答時間は１０００μｓ未満まで低減されている。液晶表示装置をモニターとして使用する場合、応答時間は１０００μｓ未満であれば十分とされている。したがって、印加電圧を飽和電圧の１５％以上の領域で制御することにより、モニターとして十分な性能を得ることができる。
【００３５】
また、規格化電圧が０．２以上の場合、応答時間は８００μｓ程度以下まで低減される。したがって、印加電圧を飽和電圧の２０％以上の領域で制御することにより、ワープロやパソコンによる表計算への使用に十分な表示性能を得ることができる。
【００３６】
さらに、規格化電圧を０．２５以上とすることにより、応答時間は６００μｓ程度以下まで低減される。すなわち、印加電圧を飽和電圧の２５％以上の領域で制御することにより、良好な動画表示を行うことが可能となる。この場合、印加電圧を飽和電圧の３０％以上の領域で制御することにより、より良好な動画表示を行うことができる。
【００３７】
なお、応答時間τは、以下に示す方法により求めた。図４を参照しながら説明する。
図４は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、電圧の印加に対する輝度変化を示すグラフである。図中、横軸は時間を示し、縦軸は印加電圧及び輝度を示している。この図に示すように、液晶層に対して矩形の電圧を印加した場合、液晶表示素子を透過する透過光の輝度が飽和値に達するまでに所定の時間を要する。本発明においては、電圧印加時から、飽和輝度の９０％に達するまでの時間を応答時間と定義する。
【００３８】
実際に応答速度を測定するために、例えば、以下に示す方法を用いることができる。すなわち、まず、液晶表示装置にバックライトが設けられている場合はバックライトを点燈し、バックライトが設けられていない場合は、液晶表示装置を適当な光源上に配置する。測定を簡略化するために、ＴＦＴ等の形成されていない小型簡易液晶セルを作製し、これを透過型変更顕微鏡上に配置して測定してもよい。なお、この場合、小型簡易液晶セルと実際の液晶表示装置とで、画素電極−対向電極間の容量（液晶容量及び配向膜や絶縁膜の容量）を等しくする必要がある。
【００３９】
次に、液晶表示装置を透過した透過光の量を、フォトダイオード、フォトマルチプライヤ、或いは輝度計を用いて、以下の要領で測定する。すなわち、画素電極と対向電極との間に、図４に示す矩形の電圧を印加する。なお、液晶表示装置がＴＦＴ等のスイッチング素子を有するのであれば、ゲート線に２０Ｖ以上の直流電圧を印加すること等により、スイッチング素子をオン状態とする必要がある。
【００４０】
このとき、透過光の輝度は図４に示すように変化する。電圧印加開始時（ｔ＝０）の透過光の輝度をＴ1 、輝度が概ね飽和状態となったとき（例えば、ｔ＝１６．７ｍｓ）の輝度をＴ2 とすると、応答時間τは、輝度が飽和輝度に対して９０％となるのに要する時間であるので、輝度が０．９×（Ｔ2 −Ｔ1 ）＋Ｔ1 に達するのに必要な時間を求めることにより得ることができる。
【００４１】
なお、電圧の印加方向に応じて応答速度が異なる場合は、絶対値の等しい電圧を正及び負の方向に印加することにより、正方向の応答時間及び負方向の応答時間を測定し、これらを平均したものを応答時間とする。また、上記測定は、外光の影響を防ぐために暗室内で行うことが望ましい。
【００４２】
次に、印加電圧−透過率特性におけるヒステリシスについて、図５を参照しながら説明する。
図５は、無閾値反強誘電性液晶を用いた液晶表示装置における印加電圧と透過輝度との関係を示すグラフである。なお、図中、横軸は印加電圧を飽和電圧により規格化した規格化電圧（飽和電圧を１とする）を示しており、縦軸は透過輝度を示している。また、図５に示すデータは、上記液晶表示装置に０．１Ｈｚの三角波を印加することにより得られたものである。
【００４３】
この図に示すように、低電圧領域においては、電圧上昇時と電圧下降時とで曲線が一致せず、僅かにヒステリシスが観測されている。このようなヒステリシスは、例えば、動画を表示する場合、表示中の画像が直前に表示していた画像の影響を受ける、所謂「焼付き」現象を引き起こす。そのため、動画を表示する場合、表示品位が大幅に低下してしまう。
【００４４】
同様の試験を、無閾値反強誘電性液晶を用いた液晶表示装置だけでなく、自発分極を有し、かつ中間調表示が可能な液晶材料を用いた様々な液晶表示装置について行った。その結果、全ての液晶表示装置において、印加電圧が低いほど、特に印加電圧が飽和電圧の１５％未満の場合にヒステリシスの発現或いは増大が生じた。したがって、常に、飽和電圧の１５％以上の電圧を印加しつつ表示を行うことにより、焼付きを防止することができる。
【００４５】
なお、ここでは、印加電圧は、飽和電圧の３０％以上とする。
【００４６】
以上、印加電圧を制御することについて説明したが、これは、液晶分子の配向状態を制御することに等しい。以下、本発明について、液晶分子の配向状態に基づいて説明する。
【００４７】
図６（ａ），（ｂ）に、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の駆動方法を概略的に示す。図６（ａ），（ｂ）において、参照番号６１，６２は、液晶表示装置の両主面にそれぞれ設けられた偏光板の偏光方向（透過軸）を示している。また、参照番号６３は、液晶分子が形成する層の積層方向（層法線方向）を示しており、参照番号６４-1，６４-2は、それぞれ、液晶層の光透過軸（光軸）を示している。また、層法線方向６３と液晶層の光軸６４-1，６４-2とがなす角度（チルト角）はθで表されている。なお、θの最大値θmax をコーン角という。
【００４８】
図６（ａ）に示すように、液晶層の光軸６４-1または６４-2と、一方の偏光板の透過軸６１または６２とがなす角度をαとした場合、光透過性Ｔは下記等式から求めることができる。
【００４９】
Ｔ＝ｓｉｎ2 （２α）・ｓｉｎ2 （π・Ｒ／λ）
上記等式において、Ｒはリタデーションを示し、λは入射光の波長を示す。上記等式から明らかなように、αが４５°である場合にＴは最大（明表示）となり、αが０°である場合にＴは最小（暗表示）となる。
【００５０】
上記液晶表示装置１によると、上述したように、電圧非印加時において、液晶層の光軸６４-1，６４-2は層法線方向６３と一致する。すなわち、液晶層に低電圧を印加した場合、チルト角θは０°に近い値となる。また、上記液晶表示装置１によると、所定値未満の電圧領域を使用することなく表示が行われる。したがって、上記液晶表示装置１においては、液晶層の光軸６４-1，６４-2と層法線方向６３とがなす角度θは所定値以上である必要がある。すなわち、上記液晶表示装置１においては、層法線方向６３に対して光軸６４-1，６４-2が取り得る配向範囲が狭いのである。
【００５１】
そのため、上記液晶表示装置１によると、層法線方向６３と、一方の偏光板の透過軸６１または６２とがなす角度φ（０°≦φ≦４５°となるように透過軸６１または６２を選ぶ）が０°の場合においては、α≠０となり、十分な暗表示を行うことができなくなる場合がある。
【００５２】
このような問題を解決するためにθmin ≦φ≦θmax とすることが好ましい。なお、θmin とは、所定値以上の電圧を印加した場合にチルト角θが取り得る最小値である。上記液晶表示装置１において、液晶層に所定の電圧を印加した場合はα＝θ−φとなり、それとは逆の方向に電圧を印加した場合はα＝θ＋φとなる。したがって、φ≠０である場合、印加する電圧の方向に応じて、αは２つの値を取ることができる。
【００５３】
ここで、θmin ≦φ≦θmax とすると、図６（ｂ）に示すように、αは参照番号６５，６６に示す範囲を取り得る。したがって、このようにφを適切に選ぶことにより、低電圧領域を使用することなく、ほぼ全ての階調を表示することが可能となるのである。
【００５４】
なお、上記不等式において、θmax は用いる液晶材料の種類等により決定される値であり、θmin は液晶層に印加する最小電圧等により決定される値である。印加電圧とθとはほぼ比例関係にあるので、印加電圧の最低値が飽和電圧の１５％、２０％、２５％、及び３０％である場合は、θmin はそれぞれ、３．６°以上、５°以上、６°以上、及び７°以上となる。
【００５５】
また、印加電圧とチルト角θとがほぼ比例関係にあることを利用して、飽和電圧を正確に測定できない場合に、チルト角θが所定の範囲内になるように印加電圧を制御することにより、焼付きを生ずることなく、高い応答速度を得ることができる。
【００５６】
次に、図７を用いて、適切なφの選び方の一例を説明する。図７は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の駆動方法を概略的に示す図である。
例えば、コーン角θmax が３５°である液晶材料を用い、φ＝１０°とした液晶表示装置を考える。この液晶表示装置における暗表示は、液晶層に対して、所定の方向に電圧を印加して、液晶層の光軸６４-1を０〜２２．５°の範囲６５で変化させることにより行う。すなわち、チルト角θを１０〜３２．５°の範囲で変化させる。また、この液晶表示装置における明表示は、液晶層に対して、上記電圧印加方向とは逆の方向に電圧を印加して、液晶層の光軸６４-2を２２．５〜４５°の範囲６６で変化させることにより行う。すなわち、チルト角θを１２．５〜３５°の範囲で変化させる。
【００５７】
これにより、αは０〜４５°の範囲内の全ての値をとることが可能となる。このように、φを適切に選択することにより、チルト角θを１０°未満とすることなく、全ての階調を表示することが可能となる。
【００５８】
上述した方法によると、所定の方向に電圧を印加することにより明表示が行なわれ、その逆の方向に電圧を印加することにより暗表示が行われる。このように上記液晶表示装置１によると、印加する電圧の方向を変えることにより異なる階調が表示されるため、ＴＶ画像のような動画を表示する場合には、イオン性不純物が配向膜−液晶界面に吸着することによる焼付き不良を防止することができる。すなわち、ＴＶ画像のような動画は、特定の階調に偏ることが少なく、短時間に明から暗まで様々な階調が表示される。そのため、数秒間にそれぞれの画素に印加される電圧値の和は概略ゼロとなり、交流駆動するのと同様に電荷の偏りを防止することができるのである。
【００５９】
しかしながら、液晶材料の純度が著しく低く、かつ特定の影像を長時間表示し続ける場合は、それぞれの画素には常に一方向の電圧が印加される。その結果、液晶材料中のイオン性不純物が配向膜表面に吸着し、焼付きを生じる場合がある。このように、静止画等を表示する場合は、任意のタイミング（例えば、液晶表示装置に通電した直後等）で交流電圧を印加することにより、吸着されたイオン性不純物を液晶材料中に拡散することができ、これにより表示品位を回復することができる。
【００６０】
上記液晶表示装置１において、配向膜には以下に示す配向処理が施されることが好ましい。
図８（ａ），（ｂ）に、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における配向処理の例を概略的に示す。図８（ａ），（ｂ）において、隣接して配置された第１の領域７１と第２の領域７２とでは、配向方向が異なっている。図８（ａ）においては、第１及び第２の領域７１，７２間で、層法線方向６３-1，６３-2が９０°程度異なっている。また、図８（ｂ）においては、第１及び第２の領域７１，７２間で、層法線方向６３-1，６３-2は偏光板の透過軸６１に対してほぼ対称の関係にある。このように、第１及び第２の領域７１，７２間で層法線方向６３-1，６３-2が異なるように配向処理を施すことにより、視野角を拡大することができる。
【００６１】
上述の配向処理は、例えば、マスクラビング法により、それぞれの領域７１，７２に対して異なる方向にラビング処理を施すことにより行うことができる。なお、用いる液晶材料の種類によっては、ラビング等の配向処理方向と、層法線方向とが、エレクトロクリニック効果により数度程度ずれることがある。したがって、このような場合は、層法線方向が上記関係を満たすように、配向処理方向を補正する。
【００６２】
領域７１，７２は、例えば、ストライプ状に形成することができる。この場合、ストライプ状の領域７１，７２は、画素の配列方向に沿って形成することが好ましい。また、領域７１，７２を市松模様状に形成してもよい。特に、領域７１，７２を各画素に対応したパターンで市松模様状に形成することが好ましい。領域７１，７２のサイズを小さくすることにより、視野角を拡大し、かつよりきめ細やかな表示を行うことができる。
【００６３】
領域７１，７２間で層法線方向６３-1，６３-2が偏光板の透過軸６１に対してほぼ対称の関係となるように配向処理を施した場合、領域７１，７２に対して同方向に電圧を印加すると、一方の領域は明表示となり、他方の領域は暗表示となる。したがって、この場合、１つの画素に領域７１，７２の双方を形成せずに、例えば、領域７１を１つの画素に形成し、それに隣接する他の画素に領域７２を形成する。このように領域７１，７２を形成した場合、領域７１，７２のそれぞれにおいて同じ階調を表示させるには、一方の領域に対して所定の方向に印加する電圧を、他方の領域に対して逆の方向に印加する。
【００６４】
それに対し、領域７１，７２間で層法線方向６３-1，６３-2が９０°程度異なるように配向処理を施した液晶表示装置１においては、所定の電圧を領域７１，７２に対しそれぞれ同方向に印加した場合、領域７１，７２においては同じ階調が表示される。したがって、この場合、領域７１，７２のサイズを画素のサイズよりも小さくすることができる。すなわち、１つの画素に領域７１，７２の双方を形成することができる。したがって、１つの画素により多くの領域７１，７２を形成することにより、さらにきめ細やかな表示を行うことが可能となる。
【００６５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
図１（ａ），（ｂ）に示す液晶表示素子１を以下に示す方法により作製した。
【００６６】
まず、一方の主面にＴＦＴ素子７及び画素電極４がマトリクス状に形成されたガラス基板２の画素電極４が形成された面に、可溶性ポリイミド（日本合成ゴム社製ＡＬ−１０５１）をオフセット印刷した。また、一方の主面にカラーフィルタ層１２、ブラックマトリクス、及び対向電極５が設けられたガラス基板３の対向電極５が形成された面にも、上記可溶性ポリイミドをオフセット印刷した。
【００６７】
これらガラス基板２，３上に形成したポリイミド膜を、ホットプレートを用いて９０℃で３分間加熱した後、さらにＮ2 ガス雰囲気下、１８０℃で３０分間ベークした。以上のようにして、ガラス基板２，３上に配向膜８，９を形成した。
【００６８】
次に、配向膜８，９にラビング処理を施した。なお、配向膜８，９へのラビング処理は、ガラス基板２，３を対向させた場合にそれぞれのラビング方向が約１０°の角度をなすように行った。このようにラビング処理を行うことにより、ガラス基板２，３のそれぞれの表面上で、液晶材料の層法線方向を一致させることが可能となる。
【００６９】
また、液晶ラビング布には、毛先の直径が０．１〜１０μｍのレーヨン製の布を用いた。ラビング条件は、ローラ回転数を５００ｒｐｍ、基板移動速度を２０ｍｍ／ｓ、押し込み量を０．７ｍｍとした。なお、ラビング回数は１回である。以上の条件下で配向膜８，９にラビング処理を施した後、中性の界面活性剤を主成分とする水溶液で洗浄することにより、ラビング布から配向膜８，９に付着したラビング布の毛等の汚れを除去した。
【００７０】
次に、ガラス基板２の配向膜８を形成した面に、粒径２μｍのスペーサ粒子を散布した。また、ガラス基板３の配向膜９を形成した面の周辺部には、紫外線硬化性シール剤を印刷した。これらガラス基板２，３を、配向膜８，９が形成された面が対向するように貼り合わせた。貼り合わされたガラス基板２，３を加圧した状態で、紫外線を照射することにより紫外線硬化性シール剤を硬化させ、さらに１６０℃の温度で１時間加熱することにより、セルギャップが２μｍの液晶セルを作製した。
【００７１】
この液晶セルを真空チャンバー内に配置し、液晶セル内を真空とした後、液晶セルの周辺部に予め形成しておいた注入口から、１２０℃に加熱して等方相とした無閾値反強誘電性液晶組成物を注入した。なお、この無閾値反強誘電性液晶組成物は、固体相−スメクティックＣ相−スメクティックＡ相−等方相間で相変化可能であり、それぞれの相転移温度は−３０℃、８０℃、及び８５℃である。また、この液晶組成物のコーン角は３０°である。液晶組成物を注入した後、液晶セルの注入口をエポキシ系接着剤で封止した。
【００７２】
次に、この液晶セルの両主面に、偏光板１０，１１をそれぞれ貼り付けた。なお、偏光板１０は、φ＝８°となるようにガラス基板２に貼り付けた。また、偏光板１１は、偏光板１０の偏光方向に対し偏光方向が９０°異なるように、ガラス基板３に貼り付けた。
【００７３】
以上のようにして、対角の長さが１５インチの液晶表示素子を作製した。この液晶表示素子に、さらに、ドライバＩＣ等の駆動回路（図示せず）を実装し、バックライト付きベゼル内に収容することにより、液晶表示装置１を作製した。
【００７４】
この液晶表示装置１で全ての階調を表示するために、暗表示（αが０〜１９°）を正極性の電圧を印加することにより行い、明表示（αが１９〜３８°）を負極性の電圧を印加することにより行った。なお、このとき、θはそれぞれ８〜２７°及び１１〜３０°となる。θ＝８°とするのに必要な印加電圧を調べたところ、飽和電圧の２７％であった。したがって、上記液晶表示装置１によると、飽和電圧の２７％未満の電圧領域を使用することなく、全ての階調を表示することができた。
【００７５】
また、この液晶表示装置１を飽和電圧の２７％以上の電圧領域内で駆動したところ、応答速度が高く、焼付き等を生ずることがないことが確認された。
（実施例２）
図１（ａ），（ｂ）に示す液晶表示素子１を以下に示す方法により作製した。
【００７６】
まず、一方の主面にＴＦＴ素子７及び画素電極４がマトリクス状に形成されたガラス基板２の画素電極４が形成された面に、低プレチルト角ポリイミド（日産化学社製ＲＮ−１１９９）をオフセット印刷した。また、一方の主面にカラーフィルタ層１２、ブラックマトリクス、及び対向電極５が設けられたガラス基板３の対向電極５が形成された面にも、上記低プレチルト角ポリイミドをオフセット印刷した。
【００７７】
これらガラス基板２，３上に形成したポリイミド膜を、ホットプレートを用いて９０℃で３分間加熱した後、さらにＮ2 ガス雰囲気下、２２０℃で３０分間ベークした。以上のようにして、ガラス基板２，３上に配向膜８，９を形成した。
【００７８】
次に、配向膜８，９に、実施例１に示したのと同様の条件下でラビング処理を施した。なお、配向膜８，９へのラビング処理は、ガラス基板２，３を対向させた場合にそれぞれのラビング方向が約５°の角度をなすように行った。このようにラビング処理を行うことにより、ガラス基板２，３のそれぞれの表面上で、液晶材料の層法線方向を一致させることが可能となる。
【００７９】
次に、これらガラス基板２，３を用いて実施例１に示したのと同様の方法により液晶セルを作製した。この液晶セルを真空チャンバー内に配置し、液晶セル内を真空とした後、液晶セルの周辺部に予め形成しておいた注入口から、１２０℃に加熱して等方相とした無閾値反強誘電性液晶組成物を注入した。なお、この無閾値反強誘電性液晶組成物は、固体相−スメクティックＣ相−スメクティックＡ相−等方相間で相変化可能であり、それぞれの相転移温度は−３０℃、８０℃、及び８５℃である。また、この液晶組成物のコーン角は３５°である。液晶組成物を注入した後、液晶セルの注入口をエポキシ系接着剤で封止した。
【００８０】
次に、この液晶セルの両主面に、偏光板１０，１１をそれぞれ貼り付けた。なお、偏光板１０は、φ＝１２°となるようにガラス基板２に貼り付けた。また、偏光板１１は、偏光板１０の偏光方向に対し偏光方向が９０°異なるように、ガラス基板３に貼り付けた。
【００８１】
以上のようにして、対角の長さが１５インチの液晶表示素子を作製した。この液晶表示素子に、さらに、ドライバＩＣ等の駆動回路（図示せず）を実装し、バックライト付きベゼル内に収容することにより、液晶表示装置１を作製した。
【００８２】
この液晶表示装置１で全ての階調を表示するために、暗表示（αが０〜２３°）を正極性の電圧を印加することにより行い、明表示（αが２２〜４５°）を負極性の電圧を印加することにより行った。なお、このとき、θはそれぞれ１２〜３５°及び１０〜３３°となる。θ＝１０°とするのに必要な印加電圧を調べたところ、飽和電圧の２８．５％であった。したがって、上記液晶表示装置１によると、飽和電圧の２８．５％未満の電圧領域を使用することなく、全ての階調を表示することができた。
【００８３】
上記液晶表示装置１において、αを２２〜２３°とする場合、印加電圧の極性は正負のどちらでもよいが、極性の変化の頻度が高くなると消費電力の増加を生ずる。したがって、本実施例においては、αを２２〜２３°とする場合、印加電圧の極性が、直前のフレームに印加した電圧の極性と同極性となるように制御した。
【００８４】
また、この液晶表示装置１を飽和電圧の２８．５％以上の電圧領域内で駆動したところ、非常に高い応答速度が得られ、焼付き等を生ずることがないことが確認された。
【００８５】
（実施例３）
図１（ａ），（ｂ）に示す液晶表示素子１を以下に示す方法により作製した。なお、本実施例においては、図８（ａ）に示すように配向処理を施した。
【００８６】
まず、実施例１に示したのと同様の方法により、ガラス基板２，３に配向膜８，９をそれぞれ形成した。これら配向膜８，９に対し、実施例１に示したのと同様の条件下で第１のラビング処理を施した。なお、ラビング方向は、図８（ａ）に示す層法線方向６３-1の方向と平行とした。
【００８７】
次に、ネガ型フォトレジスト（東京応化社製ＯＭＲ−８３）を配向膜８，９上に塗布し、フォトリソグラフィープロセスによりストライプ状のマスクを形成した。なお、このストライプ状のマスクは、画素のサイズの半分の幅で、及びそれぞれの画素がその半分の領域をマスクにより被覆されるように形成した。このマスクの上から配向膜８，９に対し、図８（ａ）に示す層法線方向６３-2の方向と平行に第２のラビング処理を施した。すなわち、第２のラビング処理は、第１のラビング処理のラビング方向と直交する方向に行った。なお、第２のラビング処理は、マスクを用いたこと以外は実施例１に示したのと同様の条件下で行った。
【００８８】
次に、ガラス基板２，３を剥離液に浸漬させてマスクを除去した後、リンス液で洗浄した。さらに、中性の界面活性剤を主成分とする水溶液で洗浄することにより、ラビング布から配向膜８，９に付着したラビング布の毛等の汚れを除去した。以上のようにして、配向膜８，９のそれぞれに、図８（ａ）に示すように、第１の領域７１と、第１の領域７１と配向方向が９０°異なる第２の領域７２とを形成した。
【００８９】
次に、これらガラス基板２，３を用いて実施例１に示したのと同様の方法により液晶セルを作製した。この液晶セルを真空チャンバー内に配置し、液晶セル内を真空とした後、液晶セルの周辺部に予め形成しておいた注入口から、１２０℃に加熱して等方相としたＤＨＦ液晶組成物を注入した。なお、このＤＨＦ液晶組成物は、固体相−スメクティックＣ相−スメクティックＡ相−等方相間で相変化可能であり、それぞれの相転移温度は−３０℃、８０℃、及び８５℃である。また、この液晶組成物のコーン角は２４°である。液晶組成物を注入した後、液晶セルの注入口をエポキシ系接着剤で封止した。
【００９０】
この液晶セルを偏光顕微鏡により観察したところ、第１の領域７１と第２の領域７２とで層法線方向が９０°異なることが、それらの消光位から確認された。次に、この液晶セルの両主面に、偏光板１０，１１をそれぞれ貼り付けた。なお、偏光板１０は、φ＝６°となるようにガラス基板２に貼り付けた。また、偏光板１１は、偏光板１０の偏光方向に対し偏光方向が９０°異なるように、ガラス基板３に貼り付けた。
【００９１】
以上のようにして、対角の長さが１５インチの液晶表示素子を作製した。この液晶表示素子に、さらに、ドライバＩＣ等の駆動回路（図示せず）を実装し、バックライト付きベゼル内に収容することにより、液晶表示装置１を作製した。
【００９２】
この液晶表示装置１ですべての階調を表示するために、暗表示（αが０〜１５°）を正極性の電圧を印加することにより行い、明表示（αが１５〜３０°）を負極性の電圧を印加することにより行った。なお、このとき、θはそれぞれ６〜２１°及び９〜２４°となる。θ＝６°とするのに必要な印加電圧を調べたところ、飽和電圧の２５％であった。したがって、上記液晶表示装置１によると、飽和電圧の２５％未満の電圧領域を使用することなく、全ての階調を表示することができた。
【００９３】
また、この液晶表示装置１を飽和電圧の２５％以上の電圧領域内で駆動したところ、広視野角であり、応答速度が高く、焼付き等を生ずることがないことが確認された。
【００９４】
（実施例４）
図１（ａ），（ｂ）に示す液晶表示素子１を以下に示す方法により作製した。なお、本実施例においては、図８（ｂ）に示すように配向処理を施した。
【００９５】
まず、一方の主面にＴＦＴ素子７及び画素電極４がマトリクス状に形成されたガラス基板２の画素電極４が形成された面に、感光性ポリイミド（富士ハント社製プロビミド４０８）をスピンコートした。また、一方の主面にカラーフィルタ層１２、ブラックマトリクス、及び対向電極５が設けられたガラス基板３の対向電極５が形成された面にも、上記感光性ポリイミドをスピンコートした。
【００９６】
これらガラス基板２，３上に形成したポリイミド膜を、ホットプレートを用いて９０℃で３分間プリベークした後、所定のパターンで露光・現像した。さらに、このポリイミド膜を、Ｎ2 ガス雰囲気下、２２０℃で３０分間ポストベークした。以上のようにして、ガラス基板２，３上に、０．５μm 間隔のストライプ（マイクログルーブ）パターンを形成した。このようにストライプパターンを形成した場合、液晶分子はこのストライプと平行に配向する。したがって、ストライプの方向は層法線方向に垂直であると考えられる。
【００９７】
本実施例においては、このストライプパターンを、隣接する画素間で方向が異なるように市松模様状に形成して、図８（ｂ）に示すように、画素（第１の領域）７１の層法線方向６３-1に対して，この画素７１に隣接する画素（第２の領域）の層法線方向６３-2が２２°の角度をなすように制御した。
【００９８】
次に、これらガラス基板２，３を用いて実施例１に示したのと同様の方法により液晶セルを作製した。この液晶セルを真空チャンバー内に配置し、液晶セル内を真空とした後、液晶セルの周辺部に予め形成しておいた注入口から、１２０℃に加熱して等方相とした無閾値反強誘電性液晶組成物を注入した。なお、この無閾値反強誘電性液晶組成物は、固体相−スメクティックＣ相−スメクティックＡ相−等方相間で相変化可能であり、それぞれの相転移温度は−３０℃、８０℃、及び８５℃である。また、この液晶組成物のコーン角は３５°である。液晶組成物を注入した後、液晶セルの注入口をエポキシ系接着剤で封止した。
【００９９】
次に、この液晶セルの両主面に、偏光板１０，１１をそれぞれ貼り付けた。なお、偏光板１０は、第１の領域７１及び第２の領域７２において、それぞれφ＝１１°となるようにガラス基板２に貼り付けた。また、偏光板１１は、偏光板１０の偏光方向に対し偏光方向が９０°異なるように、ガラス基板３に貼り付けた。
【０１００】
以上のようにして、対角の長さが１５インチの液晶表示素子を作製した。この液晶表示素子に、さらに、ドライバＩＣ等の駆動回路（図示せず）を実装し、バックライト付きベゼル内に収容することにより、液晶表示装置１を作製した。
【０１０１】
この液晶表示装置１で全ての階調を表示するために、第１の領域の画素については、暗表示（αが０〜２２．５°）を正極性の電圧を印加することにより行い、明表示（αが２２．５〜４５°）を負極性の電圧を印加することにより行った。一方、第２の領域の画素については、暗表示（αが０〜２２．５°）を負極性の電圧を印加することにより行い、明表示（αが２２．５〜４５°）を正極性の電圧を印加することにより行った。なお、このとき、θはそれぞれ１１〜３３．５°及び１１．５〜３４°となる。θ＝１１°とするのに必要な印加電圧を調べたところ、飽和電圧の３１％であった。したがって、上記液晶表示装置１によると、飽和電圧の３１％未満の電圧領域を使用することなく、全ての階調を表示することができた。
【０１０２】
また、この液晶表示装置１を飽和電圧の３１％以上の電圧領域内で駆動したところ、広視野角であり、応答速度が高く、焼付き等を生ずることがないことが確認された。さらに、この液晶表示装置１においては、配向破壊が低減されるという効果も認められた。
【０１０３】
【発明の効果】
以上示したように、本発明によると、液晶層に常に所定値以上の電圧を印加することにより表示が行われる。すなわち、応答速度が極端に低く、ヒステリシスを生ずる低電圧領域を使用することなく表示が行われる。したがって、本発明によると、固有に自発分極を有する、或いは電圧の印加により自発分極を誘起される液晶材料を用い、応答速度が速く、印加電圧−透過率特性にヒステリシスを生ずることのない液晶表示装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の平面図及び断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る液晶表示装置に用いられるスイッチング素子の一例を概略的に示す平面図。
【図３】無閾値反強誘電性液晶を用いた液晶表示装置における印加電圧と応答時間との関係を示すグラフ。
【図４】本発明の実施形態に係る液晶表示装置における、電圧の印加に対する輝度変化を示すグラフ。
【図５】無閾値反強誘電性液晶を用いた液晶表示装置における印加電圧と透過輝度との関係を示すグラフ。
【図６】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の駆動方法を概略的に示す図。
【図７】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の駆動方法を概略的に示す図。
【図８】（ａ），（ｂ）は、それぞれ、本発明の実施形態に係る液晶表示装置における配向処理の例を概略的に示す図。
【図９】無閾値反強誘電性液晶を用いた従来の液晶表示装置の液晶分子の配向状態を概略的に示す斜視図。
【符号の説明】
１，１００…液晶表示装置
２，３，１０１，１０２…基板
４，５…電極
６，１０３…液晶層
７…スイッチング素子
８，９…配向膜
１０，１１…偏光板
１２…カラーフィルタ層
１３…スペーサ
１５…補助容量線
１６…ゲート線
１７…信号線
６１，６２…偏光板の透過軸
６３-n，１０６…層法線方向
６４-n，１０５…液晶層の光軸
６５，６６…範囲
７１，７２…領域
１０４…液晶分子
１０７-n…液晶分子のダイポールモーメントの向き
１１０-n…状態
【図１】
0003540592.tif 000002
【図２】
0003540592.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003540592.tif 000009
【図９】
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