(57)【要約】  一対の基板と、該一対の基板間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子を駆動する方法。該液晶素子に印加する電圧パルスの時間に対する電圧増加率を変化させることにより、液晶素子を透過する光量を連続的に制御し、階調表示を行う。
2008545161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と、該一対の基板間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子を駆動する方法であって、
該液晶素子に印加する電圧パルスの時間に対する電圧増加率を変化させることにより、液晶素子を透過する光量を連続的に制御し、階調表示を行うことを特徴とする駆動方法。
【請求項２】
前記液晶素子における１フレーム内の液晶素子の最大光量を一定とし、該液晶素子に印加する電圧パルスの時間に対する電圧増加率を変化させることにより、液晶素子の累積光量を連続的に制御し、階調表示を行う請求項１に記載の駆動方法。
【請求項３】
前記液晶素子における印加電圧パルスの時間に対する電圧波高値を変化させることにより、液晶素子の光量を連続的に制御し、階調表示を行う請求項１に記載の駆動方法。
【請求項４】
前記液晶素子における印加電圧パルスの時間に対する電圧波高値の組み合わせを変化させることにより、液晶素子の光量を連続的に制御し、階調表示を行う請求項１に記載の駆動方法。
【請求項５】
前記液晶素子における印加電圧パルスの時間に対する電圧増加率および、電圧波高値の組み合わせの双方を変化させることにより、液晶素子の光量を連続的に制御し、階調表示を行う請求項１に記載の駆動方法。
【請求項６】
前記液晶素子が、ＰＳＳ−ＬＣＤである請求項１〜５のいずれかに記載の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子の駆動方法に関する。より詳しくは、本発明は、ＬＣＤの高演色カラー表示、いわゆるフルカラー表示における種々の方法（階調表示の方法として、例えば、アナログ階調法、デジタル階調法；色の出し方の手法として、例えば、カラーフィルタ方式／空間カラー表示方式、時間分割カラー方式／時間カラー表示方式）のいずれにも共通して適用可能な液晶表示素子の駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビ画像表示に代表される映像表示は、デジタル画像表示処理技術の発展と相まって、益々その応用範囲が広まっている。特に、液晶テレビ、ＰＤＰテレビ等、固定画素を前提とするフラットパネルディスプレイは、デジタル信号処理との相性が本来良いため、既に、数々の専用のデジタル画像信号処理技術が上市されている。従来、商業用テレビ表示では一般に各色２５６階調が用いられているが、中には各色１０２４階調も提案され、且つ実用化されているものもある。高品位テレビ放送に代表される高画質映像表示では、より高い画像品質が求められ、より深い階調度数は、そのための一つの重要な要因である。
【０００３】
（液晶表示素子における背景技術の概要）
従来の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）における一般的な階調表示方法は、図１のグラフに示すとおり、印加実効電圧値に依存する光強度に基づく特性を利用している。
【０００４】
理論的には、図１に示す印加実効電圧を厳密に細かく設定（例えば２ｍＶずつ制御）していけば、飽和電圧４Ｖに対して、２，０００階調が可能であり、各色１０ビットから１１ビット、すなわち１０億色から８０億色の色再現が可能である。しかしながら、実際には、各画素の液晶を駆動する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の電圧制御精度（電圧値設定の精度、および各トランジスタ間のしきい値ばらつき）、および液晶の誘電特性などの制約から、各色８ビット、すなわち１５ｍＶから２０ｍＶずつの電圧制御が用いられている。従って、従来の駆動実効電圧の制御方法では、各色１０ビット、１２ビット等の充分に深い階調表示の実現は困難であった。
【０００５】
（背景技術の詳細）
印加実効電圧の精密制御のみでは、前述のとおり、現実的な精密階調制御は困難である。
【０００６】
他に従来から知られている階調表示方法としては、（１）印加電圧パルスの変調によるパルス幅変調、（２）面積階調、（３）誤差拡散法に基づくディザ法がある。
【０００７】
これらのうち、パルス幅変調法は、サブフレーム等を用い、各サブフレーム内で表示エレメントのオン、オフ回数を変えることにより実効的な光強度を変調する方法である。そのため、極めて高速に応答するデバイスに適用可能な手法である。しかしながら、従来のＬＣＤでは、液晶の電気光学応答速度が遅く、パルス幅変調法の適用は困難であった。
【０００８】
また、面積階調は、印刷物などでは効果的に用いられる方法である。しかしながら、固定画素を前提としたＬＣＤでは、面積階調法を採用することにより、画像解像度の低下が不可避となる。このため、高画質を追及するための階調度数向上法としては矛盾を生じ、かえって画質の低下を招いてしまう。
【０００９】
更に、ディザ法は、各表示フレームの画像内容に応じて映像信号そのものに変調を印加する方法で、大きな解像度低下を来たすことなく階調度数の増加が可能である。しかしながら、その反面、動画像を基本とする映像表示では、極めて高速、大容量の信号処理が必須となり、現実にはその適用が極めて困難である。
【００１０】
従って、ＬＣＤにおける各色１０ビット以上の高階調表示を低コストで行うためには、少なくとも現時点では、液晶の応答速度を飛躍的に向上させ、パルス幅変調法、もしくはこれに類似した方法を採る以外の可能性は、かなり小さいことがわかる。
【００１１】
（当該分野の技術状況）
一般に、ＬＣＤの高演色カラー表示、いわゆるフルカラー表示の方法にはその階調表示の方法に、アナログ階調法、デジタル階調法の分類、色の出し方そのものの手法について、カラーフィルタ方式（もしくは空間カラー表示方式）と時間分割カラー方式（もしくは時間カラー表示方式）がある。以下、これらの各分類について説明する。
【００１２】
（階調表示の手法）
ＬＣＤに極めて広範に使用されている表示原理であるツイステッドネマティック（ＴＮ）ＬＣＤの電気―光学応答は、一般に図２のグラフに示すように、印加電圧実効値に対し、光強度が連続的に変化する。
【００１３】
この光強度変化は、印加電圧の実効値で決まるため、ある特定の電圧を指定すれば、光強度は一義的に決まる。すなわち、ヒステリシスを伴わない表示が可能である。従って、ＴＮ−ＬＣＤでは、液晶パネルに印加する電圧実効値を変化させることで任意の中間調表示、すなわちアナログ的な階調表示が可能である。
【００１４】
一方、高速応答可能な強誘電性液晶表示（ＦＬＣＤ）等では、一般に、図３のグラフに示すように印加電圧の極性に応じて、その光強度が変化する。この場合、印加電圧の強度によって光強度は変わらず、専ら印加電圧の極性のみにより明暗の区別が行われる。従って、ＦＬＣＤ等では、ＴＮ−ＬＣＤのような印加電圧実効値による階調表示の制御は行われず、その高速応答性を利用した、いわゆるパルス幅変調法が用いられる。
【００１５】
（カラー表示の手法）
カラー表示そのものの手法としては、従来最も広く行われている方法が、マイクロカラーフィルターを用いたものである。この方法においては、図４の模式図に示すように、ＬＣＤの１絵素を少なくとも３つの副画素に分割し、それぞれ赤、青、緑のカラーフィルターを施す。このような構成を用い、白色の連続発光バックライトの光を、各副画素の液晶が光学的にオン、オフすることにより、空間分割によるカラー表示を行う。この時、上記のとおり、光透過光量を連続的に電圧、パルス幅で制御することで、原理的に任意のカラーを表示することができる。
【００１６】
これに対し、時間的に色を分割する手法が、時間分割カラー表示である。この方法においては、図５のグラフおよび模式図に示すとおり、１絵素を１画素で構成し、各絵素を高速に光スイッチすることでカラー表示を行う。一般には、高速応答液晶デバイスと、赤、青、緑の各ＬＥＤを組み合わせ、各色ＬＥＤの発光に同期させて高速応答液晶デバイスが、光源であるＬＥＤの光を制御する。
【００１７】
これらＬＣＤにおけるいわゆるフルカラー表示には、近年の急速なフラットパネル表示の普及に伴い、更なる高演色性表示が求められている。特にテレビ画像に代表される映像表示用途では、従来のＬＣＤで「フルカラー表示」とされていた２５６階調表示から、５１２階調、１，０２４階調、２，０４８階調と事実上グラビア印刷に匹敵する高画質、高演色性表示が求められるに至っている。
【００１８】
（従来技術の解決すべき課題）
これら高画質、高演色性表示の要求に対する、前項で説明したカラー表示方式、それぞれについての課題を説明する。
【００１９】
（アナログ階調方式）
ＴＮ−ＬＣＤをはじめとするＬＣＤ一般の、他方式フラットパネルディスプレイに対する利点の一つは、その低電圧駆動にある。特に高精細表示が求められるテレビ表示、あるいはバッテリー駆動が前提のモバイル機器用ディスプレイでは、低電圧駆動はドライバのコスト削減、低消費電力において決定的な利点となる。
【００２０】
一方、印加電圧実効値によるアナログ階調では、駆動電圧が低いことから、各階調表示において、極めて精緻な印加電圧制御が必要となる。例えば、飽和電圧が２．５Ｖとした場合、２５６階調を実現するためには、各階調表示は、２．５Ｖ／２５６＝９．７６ｍＶの印加電圧制御が求められる。従って、１，０２４階調の場合は、各階調表示を、２．４４ｍＶで制御しなければならないこととなる。ドライバＬＳＩの電圧ドラフトが大幅に改善されたとは言え、数ｍＶでの電圧制御は、通常は、極めて困難である。
【００２１】
更に、この印加電圧は、あくまで液晶パネルのパネルギャップが全表示面にわたって均一であることを前提とした計算である。実際に工業的に大量生産されるＬＣＤパネルには、その製造歩留まりの制約から、一定のパネルギャッッップばらつきが許容されなければならない。従って、現実的なアナログ階調表示制御は最大２５６階調が限界と言われている。
【００２２】
（デジタル階調方式）
強誘電性液晶表示等、高速応答可能な液晶表示技術においては、パルス幅変調をはじめとする階調表示方式が原理的に可能となる。フレーム周波数として最も一般的な６０Ｈｚを例に具体的なパルス幅変調方式階調表示を説明する。
【００２３】
６０Ｈｚ、すなわち１６．７ｍｓの間に、８段階の表示期間を設定する。この時、発光（もしくは表示期間内の輝度）輝度は常に一定であり、発光時間が異なることで、１フレーム内における累積輝度が異なる。図６のグラフに、サブフレームに分割した発光時間の具体例を模式的に示す。この図６に示すように、１６．７ｍｓを８つの「時間ブロック」もしくは「サブフレーム」に分割すれば、１フレーム内で、これら各時間ブロックの組み合わせを変えることにより、発光輝度が一定であっても、累積輝度が変わり、階調表示が可能なことがわかる。
【００２４】
サブフレームの組み合わせで階調表示を実現するためには、各サブフレームが累積で発光する輝度を明確に区別するため、液晶のオン、オフ時間が充分短いことが必須条件となる。例えば、１６．７ｍｓを時間「１」、「２」、「４」、「８」、「１６」、「３２」、「６４」、「１２８」の８つに分け、それぞれの時間ブロックの組み合わせで２５６階調（８ビット）を作るとすると、時間「１」のオン、オフ合計時間は、１６．７ｍｓ／１２８＝１３０μｓ以下でなければならないことがわかる。
【００２５】
強誘電性液晶表示等では、室温以上の温度環境下で、この程度の応答時間が可能な例は報告されているものの、室温以下の環境下では、１３０μｓを大幅に上回る応答時間となり、実用的な温度範囲での駆動が極めて困難となる。
【００２６】
これに対して、同じデジタル階調表示方法でも、ＴＦＴ−ＬＣＤ等のアクティブマトリクス表示方式においては、１６．７ｍｓの１フレーム期間内で、連続的に「オン」時間を制御する方式も提案、実施されている。液晶ディスプレイの各画素における透過光量は、常に一定値を保ち、１フレーム内での発光時間を連続的に制御することで、デジタル階調を行う方法である。
【００２７】
図７の模式的グラフに示すこの方式を用いれば、液晶の応答時間が１６．７ｍｓに比べ、充分短い限り、かつ、ＴＦＴ等のアクティブ素子の応答時間制御を充分短い時間で制御できる限り、１，０２４階調が可能となる。しかしながら、従来知られているほとんどのネマティック液晶を用いたＬＣＤでは、一般的な液晶の応答時間が、１０ｍｓ程度であり、残りの６．７ｍｓで１，０２４段階に液晶の「オン」時間を制御するためには、各階調に相当する時間制御を、６．５μｓ程度で行う必要がある。
【００２８】
もちろん、環境温度の低下とともに、一般に液晶の応答時間は長くなるため、１０℃程度では、各階調に用いることができるＴＦＴの「オン」制御時間は、数十ｎｓになる。シリコン単結晶を用いたＬＣＤや、高温ポリシリコンＴＦＴを用いたＬＣＤでは、この程度の時間制御は可能であるものの、低温ポリシリコンＴＦＴ、アモルファスシリコンＴＦＴを用いたＬＣＤでは、困難である。
【００２９】
特に、大型直視型ＴＦＴ−ＬＣＤでは、製造コストの要請から、当面、アモルファスシリコン以外のＴＦＴは適用が極めて困難と考えられており、高画質動画表示が特に求められる大型直視型ＬＣＤでは、事実上、１フレーム時間内で連続的に「オン」時間を制御するデジタル階調表示法の適用は、事実上は困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
本発明の目的は、上述した従来技術における問題点を解消することが可能な、液晶素子の駆動方法を提供することにある。
【００３１】
本発明の他の目的は、短時間（例えば、１５０マイクロ秒程度）での電気光学応答が可能で、且つ印加電圧に応じた連続的階調表示が可能な液晶素子の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明によれば、一対の基板と、該一対の基板間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子を駆動する方法であって、
【００３３】
該液晶素子に印加する電圧パルスの時間に対する電圧増加率を変化させることにより、液晶素子を透過する光量を連続的に制御し、階調表示を行うことを特徴とする駆動方法が提供される。
【００３４】
上記構成を有する本発明の駆動方法においては、ＬＣＤにおいて、例えば、高速応答可能な分極遮蔽型スメクティック液晶表示を用いて、従来の印加実効電圧に応じた光強度変化法に加えて、パルス幅変調、および分極遮蔽型スメクティック液晶表示に特有な電気光学応答特性を利用した光強度変化を併用することで、各色１０ビット以上の深い階調表示を実現することができる。
【００３５】
本発明においては、例えば、本発明者らの発明に基づく分極遮蔽型スメクティック液晶表示素子（ＰＳＳ−ＬＣＤ）を好適に使用することができる（このＰＳＳ−ＬＣＤの詳細に関しては、必要に応じて、米国公開２００４−１９６４２８号を参照することができる）。
【００３６】
ＰＳＳ−ＬＣＤを用いる本発明の一態様においては、例えば、１５０マイクロ秒での電気光学応答が可能でかつ、印加電圧に応じた連続的階調表示が可能となる。
【００３７】
前述のとおり、例え１５０μｓの応答時間が得られても、パルス幅変調のみで、各色１０ビット以上の充分な階調表現は不可能である。増してや、各色８ビットの階調表示でも、液晶の応答時間として充分広い温度範囲で１３０μｓ以下の高速応答が要求されることは前述のとおりである。従って、１５０μｓ程度の安定した高速応答の範囲で、各色１０ビット以上の深い階調表示を実現するためには、従来知られている手法によっては、事実上、その実現は困難であった。
【００３８】
これに対して、本発明によれば、上述したように、１５０マイクロ秒での電気光学応答が可能でかつ、印加電圧に応じた連続的階調表示が可能となる。
【００３９】
このように説明してきた本発明から、本発明を多様なやり方で変えることが可能であることは明らかである。こうした変更は本発明の精神および範囲からの逸脱とみなされるべきではなく、明細書から当業者には明らかであろうすべてのこうした修正は、以下のクレームの範囲内に包含されるように意図されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、必要に応じて図面を参照しつつ本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準とする。
【００４１】
（液晶素子の駆動方法）
本発明は、一対の基板と、該一対の基板間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子を駆動する方法である。本発明においては、該液晶素子に印加する電圧パルスの時間に対する電圧増加率を変化させることにより、液晶素子を透過する光量を連続的に制御し、階調表示を行う。
【００４２】
（パルスの好適な印加方法）
本発明においては、例えば、以下に示すような電圧パルスを液晶素子に印加することが好ましい。
【００４３】
（１）好適なパルス波形：台形波形、立上り時の電圧の時間微分を変化させた波形
（２）パルス幅、パルス持続時間の好適な範囲：フレーム周波数に依存するが、仮にフレーム周波数を６０Ｈｚとすると、パルス幅の最大値は１６．７ｍｓ、最小値は、液晶の応答可能な最小応答時間（例えば、１００μｓ）
【００４４】
（３）パルス続時間は、最大１６．７ｍｓ、最小値は液晶の応答可能な最小応答時間（例えば１００μｓ）
【００４５】
（本発明の他の態様）
本発明においては、例えば、以下に示すような種々の態様が可能である。
（第１の態様）
この態様においては、前記液晶素子における１フレーム内の液晶素子の最大光量を一定とし、該液晶素子に印加する電圧パルスの時間に対する電圧増加率を変化させることにより、液晶素子の累積光量を連続的に制御し、階調表示を行う。
【００４６】
（パルスの好適な印加方法）
第１の態様においては、例えば、以下に示すような電圧パルスを液晶素子に印加することが好ましい。
【００４７】
（１）好適なパルス波形：台形波形、立上り時の電圧の時間微分を変化させた波形
（２）パルス幅、パルス持続時間の好適な範囲：フレーム周波数に依存するが、仮にフレーム周波数を６０Ｈｚとすると、パルス幅の最大値は１６．７ｍｓ、最小値は、液晶の応答可能な最小応答時間（例えば、１００μｓ）
【００４８】
（３）パルス続時間は、最大１６．７ｍｓ、最小値は液晶の応答可能な最小応答時間（例えば１００μｓ）
【００４９】
（第２の態様）
この態様においては、前記液晶素子における印加電圧パルスの時間に対する電圧波高値を変化させることにより、液晶素子の光量を連続的に制御し、階調表示を行う。
【００５０】
（パルスの好適な印加方法）
第２の態様においては、例えば、以下に示すような電圧パルスを液晶素子に印加することが好ましい。
【００５１】
（１）好適なパルス形状：
従来のＴＮ−ＬＣＤ（Twisted Nematic  ＬＣＤ）等で用いられている電圧波形と同様、電圧波高値のみを変化させて、液晶パネルの透過光量を変化させる電圧印加波形
【００５２】
（２）パルス幅、パルス持続時間の好適な範囲：
本様態の場合、液晶パネルの透過光量は、印加電圧の実効電圧値で決まるため、通常、最も単純な、矩形波を用いることができる。ＴＮ−ＬＣＤ等従来のＬＣと異なり、ＰＳＳ−ＬＣＤの場合、液晶の光学応答が極めて速いため、パルス持続期間は、ＰＳＳ液晶が通常応答する最短時間である１００μｓ以上、フレーム周期期間内時間（６０Ｈｚフレーム周波数の場合、１６．７ｍｓ未満）であれば良い。
【００５３】
（３）パルス持続時間：
本態様の場合、パルス持続時間と、（２）項のパルス幅、パルス持続時間の好適な範囲は同一となる。
【００５４】
（第３の態様）
この態様においては、前記液晶素子における印加電圧パルスの時間に対する電圧波高値の組み合わせを変化させることにより、液晶素子の光量を連続的に制御し、階調表示を行う。
【００５５】
（パルスの好適な印加方法）
第３の態様においては、例えば、以下に示すような電圧パルスを液晶素子に印加することが好ましい。
【００５６】
（１）好適なパルス形状：
少なくとも２段から構成される台形波形、すなわち立上り時の電圧の時間微分に少なくとも２段階の変化をもって立ち上がる電圧波形
【００５７】
（２）パルス幅、パルス持続時間の好適な範囲：
フレーム周波数に依存するが、仮にフレーム周波数を６０Ｈｚとすると、１段目と２段目のパルス幅の和の最大値は１６．７ｍｓ、和の最小値は液晶の応答可能な最小応答時間（例えば１００μｓ）。フレーム周波数が高く設定された場合は、設定された周波数に対応したフルフレーム間時間を最大時間とする多段のパルス幅、および液晶の応答可能な最小応答時間（例えば１００μｓ）を最小時間とする多段のパルス幅。
【００５８】
（３）パルスの時間に対する電圧増加率の好適な範囲：
用いるパルスの段数、およびフレーム周波数に依存するが、例えば３段で、フレーム周波数を６０Ｈｚで駆動する場合、電圧の時間に対する増加率（ｄＶ／ｄｔ）が理論上の無限大（すなわちステップ的に立ち上がる場合）を最大とし、１７．６ｍｓを３で割った値である５．８ｍｓで最大印加電圧となる電圧増加率（ｄＶ／ｄｔ＝Ｖｍａｘ／５．８ｍｓ）を割った値を最小増加率とする電圧増加率
【００５９】
（第４の態様）
この態様においては、前記液晶素子における印加電圧パルスの時間に対する電圧増加率および、電圧波高値の組み合わせの双方を変化させることにより、液晶素子の光量を連続的に制御し、階調表示を行う。
【００６０】
（パルスの好適な印加方法）
第４の態様においては、例えば、以下に示すような電圧パルスを液晶素子に印加することが好ましい。
【００６１】
（１）この態様においては、態様１と態様２の波形を組み合わせた波形を好適に使用することができる。
【００６２】
（液晶素子）
本発明の駆動方法に使用可能な液晶素子は、特に制限されない。高演色性表示の点からは、前記液晶素子は、ＰＳＳ−ＬＣＤ（分極遮蔽型スメクティック液晶表示素子）であることが好ましい。
【００６３】
（ＰＳＳ−ＬＣＤの詳細な説明）
【００６４】
（液晶素子）
本発明による液晶素子は、一対の基板と、該一対の基板の間に配置されたスメクチック相液晶材料とを、少なくとも含む。
【００６５】
（第１の態様）
本発明の第１の好ましい態様において、液晶素子は、好ましくは、一対の基板と、該一対の基板の間に配置されたスメクチック相液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；該スメクチック相液晶材料の分子長軸またはｎ−ディレクタが、バルク材として、その層法線に対してチルト角を有し、且つ、該スメクチック相液晶材料の分子長軸が、プリセット配向方向に対して平行に配列して、その長軸層法線を与えるものである。
【００６６】
（層法線からの分子チルト）
検光子および偏光子がクロスニコルとして設定される偏光顕微鏡を用いて、液晶分子方向（ｎ−ディレクタ）は測定可能である。ｎ−ディレクタが、クロスニコル設定下で層法線として配向される場合、液晶パネルからの光線透過率は最小限であるか、または、プリセット分子配向方向が検光子の吸収角に合致する場合に消光角を示す。クロスニコル設定下で、層法線からのチルト角を有するｎ−ディレクタが層法線として配向されない場合、液晶パネルを通しての光線透過率は最小限でもなく、消光角をも示さない。
【００６７】
（第２の態様）
本発明の第２の好ましい態様において、液晶素子は、好ましくは、一対の基板と、該一対の基板の間に配置されるスメクチック相液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；該スメクチック相液晶材料の分子長軸またはｎ−ディレクタが、バルク材として、その層法線に対してチルト角を有し、且つ、該液晶素子が、初期プリセット配向方向に（along with）消光角を示すものである。
【００６８】
（消光角の確認）
上述の液晶素子の消光角は、以下の方法により確認することが可能である。
【００６９】
検光子および偏光子がクロスニコルとして設定される偏光顕微鏡下で、液晶分子のｎ−ディレクタの方向は、以下のように容易に検出される。偏光顕微鏡のシータ（theta）・ステージで、液晶パネルを回転させる。パネルを通しての光は回転角の関数である。光出力が最小値を示す場合、最小光を与えた角度が消光角である。光が最小値を示さない場合、非最小光出力を与えた角度は消光角ではない。
【００７０】
（第３の態様）
本発明の第３の好ましい態様において、液晶素子は、好ましくは、一対の基板と、バルク材としてその層法線に対してチルト角を有してその分子長軸に並ぶ、該一対の基板の間に配置されたスメクチック相液晶材料を少なくとも含む液晶素子であって；該基板の表面は、スメクチック相液晶材料の分子長軸がプリセット配向方向に平行に配列させるように、その分子長軸をその層に対して垂直にするために充分強い方位角アンカリングエネルギーを有するものである。
【００７１】
（充分強い方位角アンカリングエネルギーの確認）
本発明において、上述の充分強い方位角アンカリングエネルギーは、スメクチック相液晶材料の分子長軸が、その分子長軸をその層に対して垂直にして、プリセット配向方向に平行に配列させることを確認することにより、確認することが可能である。この確認は、以下の方法により達成することが可能である。
【００７２】
一般に、方位角アンカリングエネルギーは、いわゆる結晶回転法により測定可能である。この方法は、文献“An improved Azimuthal Anchoring Energy Measurement Method Using Liquid Crystals with Different Chiralities”：Y. Saitoh and A. Lien, Journal of Japanese Applied Physics Vol.３９，ｐｐ．１７９３（２０００）等に記載されている。測定システムはいくつかの装置企業から市販されている。本明細書において、特に充分強い方位角アンカリングエネルギーは、以下の通りに極めて明快に確認することができる。「充分強い方位角アンカリングエネルギー」の意味は、そのｎ−ディレクタが通常層法線から一定のチルト角を持って並ぶ液晶分子を用いてプリセット配向方向に沿って配列される液晶分子のｎ−ディレクタを得るために、最も必要なものということである。従って、調製された表面が、うまく液晶のｎ−ディレクタをプリセット配向方向に沿って配列される場合に、それは、「充分強い」アンカリングエネルギーを意味する。
【００７３】
（好ましい液晶材料）
本発明においては、以下の静電容量（capacitance）特性を有する液晶材料を用いることが好ましい。
【００７４】
（静電容量特性）
ＰＳＳ−ＬＣＤはスメクチック液晶材料を用いるが、四重極モーメントから生成される誘電分極のその予測源（expected origin）からして、各ＬＣＤでの画素静電容量は、従来型のＬＣＤｓと較べて充分に小さい。各画素における、この小さな静電容量はＴＦＴ設計のいかなる特定変更をも必要としない。ＴＦＴにおける主要設計課題は、その必要とされる電子移動度、および高い口径比の保持を伴うその静電容量である。従って、新規のＬＣＤ駆動モードがより大きな静電容量を必要とする場合、ＴＦＴは、技術的および経済的両面の観点から容易でない主要設計変更を伴うことが必要となる。ＰＳＳ−ＬＣＤの最も重要な利点の一つは、バルク液晶静電容量としてのそのより小さな静電容量である。従って、ＰＳＳ−ＬＣ材料が透過型ＬＣＤとして用いられる場合、その画素静電容量は、従来型のネマチック系ＬＣＤのそれに較べてほぼ半分〜１／３である。ＰＳＳ−ＬＣＤがＬＣｏＳディスプレイ等の反射型ＬＣＤとして用いられる場合、その画素静電容量は、透過型ネマチック系ＬＣＤに対するものとほぼ同じであり、反射型の従来型ネマチック系ＬＣＤのそれに較べてほぼ半分〜１／３である。
【００７５】
＜静電容量特性を測定する方法＞
ＬＣＤの画素静電容量は、一般的に、以下に記載される標準法により測定される。
日刊工業新聞社（日本語）の液晶デバイスハンドブック第２章２．２部：頁７０、液晶特性の測定方法（Measuring method of liquid crystal properties）。
【００７６】
試験しようとする液晶パネルをクロスニコル関係に配置される偏光子と検光子間に挿入し、液晶パネルを回転させつつ、透過光の最小光量を提供する角度を測定する。このようにして測定される角度は、消光位置の角度である。
【００７７】
（好ましい特性を有する液晶材料）
本発明において、最小の対称グループに属する液晶材料を用いることが必要とされる。液晶材料の観点からＰＳＳ−ＬＣＤ性能に対する必要条件は、液晶素子における四重極モーメントの強化である。従って、用いられる液晶分子は、最小の対称分子構造を持たなければならない。正確な分子構造は、最終素子としての要求性能に応じて決まる。最終素子がモバイル・ディスプレイ用途用である場合、むしろ、低粘度がより大きなパネル・ディスプレイ用途用のものよりも重要であって、結果としてより小さな分子量が好ましい。しかしながら、より低い粘度は混合物としての全体特性である。時折、混合物の粘度は、各分子成分によらず、分子間相互作用によって決定される。複屈折等の光学性能必要条件でさえも、また、用途に大きく依存する。従って、液晶材料における最大で唯一の必要条件は、本明細書において、スメクチック液晶分子中のその最小対称または最大非対称分子構造である。
【００７８】
（好ましい液晶材料の具体例）
本発明において、以下の液晶材料から選択される液晶材料を用いることは好ましい。勿論、これらの液晶材料は、要望どおりに、それらの２種以上の組合せまたは混合物として用いることが可能である。本発明において用いようとするスメクチック液晶材料は、スメクチックＣ相材料、スメクチックＩ相材料、スメクチックＨ相材料、カイラルスメクチックＣ相材料、カイラルスメクチックＩ相材料、カイラルスメクチックＨ相材料からなる群から選択することが可能である。
【００７９】
本発明において使用すべきスメクチック液晶材料の具体例には、以下の化合物または材料を挙げることが可能である。
【００８０】
【化１】
2008545161.tif 000003
【００８１】
（プレチルト角）
本発明による液晶素子を構成する基板表面は、好ましくは５度以下、更に好ましくは３度以下、一段と好ましくは２度以下の、充填液晶材料に対するプレチルト角を有することが可能である。充填液晶材料に対するプレチルト角は、以下の方法により測定することが可能である。
【００８２】
一般に、ＬＣＤ素子におけるプレチルトの測定方法には、ポピュラーであり測定システムが市販されているいわゆる結晶回転法が用いられる。しかしながら、本明細書において、必要とされるプレチルトはネマチック液晶材料に対するものではなく、層構造を有するスメクチック液晶材料に対するものである。従って、プレチルト角の科学的定義は、非層液晶材料に対するものとは異なる。
【００８３】
本発明のためのプレチルトの必要条件は、方位角アンカリングエネルギーを安定化させることである。プレチルトに対する最も重要な必要条件は、実際にその角度に対してではなく、方位角アンカリングエネルギーの安定化にある。プレチルト角が方位角アンカリングエネルギーとの対立を生じない限り、より高いプレチルト角は許容可能である。今まで、実験的に、現在の利用可能な配向層は、好ましい分子配向を安定化させるためのより低いプレチルト角を示唆している。しかしながら、より高いプレチルト角の必要性を否定する特定の科学的理論はない。プレチルトに対する最も重要な必要条件は、充分に安定なＰＳＳ−ＬＣＤ分子配列を提供することである。
【００８４】
市販されているポリマー系の配向材料の大部分は、プレチルト角のデータと共に販売されている。プレチルト角が知られていない場合、値は特定セル条件に対する代表的なプレチルト角として結晶回転法を用いて測定可能である。
【００８５】
（アンカリングエネルギーの提供）
アンカリングエネルギーを与える方法は、その方法が、スメクチック相液晶材料の分子長軸がその分子長軸をその層に対して垂直にして、プリセット配向方向に平行に配列させるために充分強い方位角アンカリングエネルギーを与えることが可能である限り、特に限定されない。本方法の具体例には、例えば、ポリマー層の機械的ラビング、その上部表面が偏光ＵＶ光により晒されるポリマー層、金属酸化物材料の斜方蒸着、等を挙げることが可能である。アンカリングエネルギーを与えるこれらの方法の文献として、必要に応じて、日刊工業新聞社（日本語）の液晶デバイスハンドブック、第２章２．１、２．１．４部：頁４０、および２．１．５部、頁４７を参照することが可能である。
【００８６】
金属酸化物材料の斜方蒸着の場合に、斜方蒸着角は、好ましくは、７０度以上、更に好ましくは７５度以上、一段と好ましくは８０度以上であることが可能である。
【００８７】
＜液晶分子に対する分子初期配向状態を測定する方法＞
一般に、液晶分子の主軸は、光軸とよく合致する。従って、液晶パネルが、偏光子が検光子に直角に配置されるクロスニコル構造に置かれる場合に、透過光の強度は、液晶の光軸が検光子の吸収軸とよく合致する場合に最も小さくなる。初期配向軸の方向は、液晶パネルが、透過光の強度を測定しつつクロスニコル構造中で回転し、それにより、透過光の最小強度を与える角度を測定することができる方法によって測定することができる。
【００８８】
＜液晶分子主軸の方向と配向処理方向との平行度を測定する方法＞
ラビングの方向は設定角により決定されると共に、ラビングにより与えられるポリマー配向フィルム最外層の遅軸は、ポリマー配向フィルムの種類、フィルムを製造するための方法、ラビング強度、等により決定される。従って、消光位置が遅軸の方向と平行に提供される場合に、分子主軸、すなわち、分子の光軸が遅軸の方向と平行にあることが確認される。
【００８９】
（基板）
本発明において使用可能な基板は、それが上述の特定「初期分子配向状態」を与えることができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する基板は、ＬＣＤの使用法または用途、その材料およびサイズ、等の観点から適切に選択することができる。本発明において用いることができるその特定例には、以下が挙げられる。
【００９０】
その上にパターン化透明電極（ＩＴＯ等）を有するガラス基板
非晶質シリコンＴＦＴアレイ基板
低温ポリシリコンＴＦＴアレイ基板
高温ポリシリコンＴＦＴアレイ基板
単結晶シリコンアレイ基板
【００９１】
（好ましい基板例）
これらの中で、本発明が大型液晶表示パネルに適用される場合において、以下の基板を用いることは好ましい。
【００９２】
非晶質シリコンＴＦＴアレイ基板
【００９３】
（配向膜）
本発明において使用可能な配向膜は、それが上述した本発明に従う「チルト角」等を与えることができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する配向膜は、物理的特性、電気または表示性能、等の観点から適切に選択することができる。例えば、文献に例示されるような種々の配向膜は、一般に、本発明において用いることが可能である。本発明において、用いることができるこうした配向膜の具体的な好ましい例には、以下が挙げられる。
【００９４】
ポリマー配向膜：ポリイミド、ポリアミド、ポリアミド−イミド
無機配向膜：ＳｉＯ2、ＳｉＯ、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ、Ｃｒ２Ｏ３、等
【００９５】
（好ましい配向膜例）
これらの中で、本発明が投影型液晶ディスプレイに適用される場合、以下の配向膜を用いることは好ましい。
【００９６】
無機配向膜
【００９７】
本発明において、上述の基板、液晶材料、および配向膜として、必要に応じて、日刊工業新聞社（日本、東京）発行の“Liquid Crystal Device Handbook”（１９８９）に記載されているそれぞれの項目に対応する材料、成分または構成要素を用いることは可能である。
【００９８】
（他の構成要素）
本発明による液晶ディスプレイを構成するために用いられる透明電極、電極パターン、マイクロカラーフィルタ、スペーサ、および偏光子等の他の材料、構成要素または成分は、それらが本発明の目的に反しない限り（すなわち、それらが上述の特定「初期分子配向状態」を与えることができる限り）、特に限定されない。加えて、本発明において使用可能である液晶表示素子を製造するための方法は、液晶表示素子が上述の特定「初期分子配向状態」を与えるために構成されるべきであることを除き、特に限定されない。液晶表示素子を構成するための種々の材料、構成要素または成分の詳細に関しては、必要に応じて、日刊工業新聞社（日本、東京）発行の“Liquid Crystal Device Handbook”（１９８９）を参照することは可能である。
【００９９】
（具体的な初期配向を実現するための手段）
こうした配向状態を実現するための手段または方策は、それが上述の具体的な「初期分子配向状態」を実現することができる限り、特に限定されない。換言すれば、本発明において、適する具体的な初期配向を実現するための手段または方策は、物理的特性、電気または表示性能、等の観点から適切に選択することができる。
【０１００】
以下の手段は、好ましくは、本発明が大型テレビパネル、小型高解像度表示パネル、および直視型ディスプレイに適用される場合に用いることが可能である。
【０１０１】
（初期配向を与えるための好ましい手段）
本発明者らの知見によれば、上述の適する初期配向は、以下の配向膜（焼成により形成される配向膜の場合、その厚さは焼付け後の厚さで示される）およびラビング処理を用いることにより、容易に実現することが可能である。他方、通常の強誘電性液晶ディスプレイにおいて、配向膜の厚さは３，０００Ａ（オングストローム）以下、ラビング強度（すなわち、ラビングの押し込み量）は０．３ｍｍ以下である。
【０１０２】
配向膜の厚さ：好ましくは４，０００Ａ以上、さらに好ましくは５，０００Ａ以上（特に、６，０００Ａ以上）
【０１０３】
ラビング強度（すなわち、ラビングの押し込み量）：好ましくは０．３ｍｍ以上、さらに好ましくは０．４ｍｍ以上（特に、０．４５ｍｍ以上）
【０１０４】
上述の配向膜厚さおよびラビング強度は、例えば、これから現れる実施例１に記載されるようなやり方で測定することが可能である。
【０１０５】
（本発明と背景技術の比較）
本明細書において、本発明の上述の構造および構成の理解を容易にする目的のため、本発明による液晶素子のいくつかの特徴を、各種構造を有するものと比較して説明する。
【０１０６】
（本発明の理論的背景）
本発明は、高解像度を有する小画面ＬＣＤｓおよび大画面直視型ＬＣＤテレビ用途、ならびに高倍率投影型パネルに対する重要な利点であると考えられるＰＳＳ−ＬＣＤｓの分子配向の詳細な検討および解析に基づく。次に、本発明の技術背景を記載する。
【０１０７】
（分極遮蔽型スメクチック液晶ディスプレイ）
分極遮蔽型スメクチック液晶ディスプレイ（ＰＳＳ−ＬＣＤ）は、四重極モーメントを強化するために最小の対称分子構造の液晶材料を用いる、米国特許出願第ＵＳ−２００４／０１９６４２８Ａ１号明細書中に記載されている。この特許出願は、ＰＳＳ−ＬＣＤの基本メカニズムを論じている。また、この特許はＰＳＳ−ＬＣＤｓを製造するための実際的な方法を記載している。
【０１０８】
上記特許出願に記載されているように、ＰＳＳ−ＬＣＤの最も独特のポイントの一つは、初期配向状態として具体的な液晶分子配向を有することである。それらの自然分子ｎ−ディレクタ配向が表面の強い方位角アンカリングエネルギーと併せてスメクチック層からの特定チルトを有する、ある種のスメクチック液晶材料を用いて、この分子ｎ−ディレクタは層法線に並ぶように強制される。換言すれば、そのｎ−ディレクタが層法線から一定のチルト角を有する最小の対称分子は、図１９に示すように、そのｎ−ディレクタを、特定の人工配向力により層法線に配列される。
【０１０９】
この初期配向は、ＰＳＳ−ＬＣＤで独特のディスプレイ性能を生成する。この分子配向は、そのｎ−ディレクタが層に対して垂直であるスメクチックＡ相と類似であるが、しかしながら、この特定分子配向は、液晶分子がより弱い極角アンカリング表面条件における強い方位角アンカリングエネルギー表面下にある場合にのみ実現される。従って、これらの分子は分極遮蔽スメクチックまたはＰＳＳ相と称する。この特許出願は、高性能ＰＳＳ−ＬＣＤｓを実現するための最も必要な条件を与えるための基本的な方法を与える。ＰＳＳ−ＬＣＤでこの人工のｎ−ディレクタ配向を実現するため、強い方位角分子配向ならびにより弱い極角（polar）アンカリングは、特許出願に記載されるように最も必要なものである。
【０１１０】
従来型のネマチック系ＬＣＤｓは、それらの初期分子配向に対する分子間力に基づく立体相互作用を用いる。立体相互作用は、それらの分子アンカリングが人工的なｎ−ディレクタ変更の必要性なしでｎ−ディレクタを順序付けているネマチック液晶分子の大部分に対して、充分に良好な初期分子アンカリングエネルギーを与える。ネマチック液晶分子の配向性質のために、それらのｎ−ディレクタは、常に、一定のオーダパラメータ下で一つの同じ方向に配列される。
【０１１１】
ネマチック液晶分子と違って、スメクチック液晶分子は層構造を形成する。この層構造は真の構造ではなく、仮想構造である。ネマチック液晶に対するものよりも高位のスメクチック液晶のパラメータのために、スメクチック液晶分子はより高位の分子配向を有し、それらの質量中心配向を形成する。スメクチック液晶の自然分子配向に較べて、ネマチック液晶は、決して、スメクチック液晶のそれ等の一定の規則状態にそれらの質量中心を保持してそれら自身を配向させることはない。
【０１１２】
本発明は、一定の配向表面上の最小の対称スメクチック液晶分子のスメクチック相における初期分子ｎ−ディレクタの観点からの、方位角アンカリングエネルギーおよび極角アンカリングエネルギーの基礎研究に基づく。周知の現象の一つとして、分子間力相互作用に基づく立体相互作用は、クーロン−クーロン相互作用により提供されるものよりも、遙かに弱いものである。本発明において、表面相互作用に関する（特に、最小の対称スメクチック液晶分子と配向層の高極性表面間の表面相互作用に関する）詳細な検討に基づき、スメクチック液晶分子と一定の配向表面間のクーロン−クーロン相互作用の強化が達成されてきた。
【０１１３】
（ＰＳＳ−ＬＣＤにおける表面アンカリングの理論的解析）
本発明はいかなる理論によっても限定されるべきではない。以下のある種の理論の記載は、本発明者の知識および種々の検討（研究および実験を含む）に基づくと共に、こうした理論は、本明細書において、本発明の可能なメカニズムのより良い理解の目的のためだけに記載される。
【０１１４】
初期のＰＳＳ−ＬＣ構造用の必要な条件を明確にするために、ＰＳＳ−ＬＣセルの自由エネルギーは以下の表現に基づくと考えられる。３主要自由エネルギーは以下のように表される：
【０１１５】
（ａ）弾性エネルギー密度：ｆelas
【０１１６】
【数１】
2008545161.tif 000004
【０１１７】
式中、ＢおよびＤ１は、それぞれ、スメクチック相および粘弾性定数である。
座標系は図２０に示すように設定される。
式中φは図２０に示す方位角であり、ｘはセル厚さ方向として設定される。
（ｂ）弾性相互作用エネルギー：ｆelec
【０１１８】
【数２】
2008545161.tif 000005
【０１１９】
電界は静電ポテンシャルφにより与えられる：すなわち、；
【０１２０】
【数３】
2008545161.tif 000006
【０１２１】
以下の式により表される誘電異方性条件は、
【０１２２】
【数４】
2008545161.tif 000007
【０１２３】
四重極モーメントからの寄与を表すためのものである。
（ｃ）表面相互作用エネルギー密度：Ｆsurf
１９８４年に刊行された文献Molecular Crystals and Liquid Crystals, Vol. １１４，頁１５１中の彼等の論文のダールおよびラガーウォール（Dahl and Lagerwall）により、表面相互作用エネルギー密度は以下の式として表される；
【０１２４】
【数５】
2008545161.tif 000008
【０１２５】
式中、θは図２０に示す分子チルト角であり、γｐ、γｔ、γｄは、表面相互作用係数であり、ａｔはプレチルト角であり、ａｄは図２０に設定されるｚ−方向からの好ましい方向角である。
【０１２６】
表面相互作用エネルギー密度に関して、ＰＳＳ−ＬＣＤの初期分子配向条件の観点から必要とされる条件は、図２０中におけるθ＝０およびｆ＝３π／２である。これらの条件を勘案して、式（３）は、今、以下となる；
【０１２７】
【数６】
2008545161.tif 000009
【０１２８】
また、ＰＳＳ−ＬＣＤの好ましいプレチルト角はゼロであり、結果として、式（４）は以下となる；
【０１２９】
【数７】
2008545161.tif 000010
【０１３０】
式（１）、（２）、および（５）を用いて、単位面積Ｆ当りの全体自由エネルギーは以下である；
【０１３１】
【数８】
2008545161.tif 000011
【０１３２】
ここで、対称表面アンカリング：γｄ０＝γｄ１、およびφ→３ｐ／２が式（６）に導入される；
【０１３３】
【数９】
2008545161.tif 000012
【０１３４】
初期状態として、Ｅ＝０が式（７）に導入される、
【０１３５】
【数１０】
2008545161.tif 000013
【０１３６】
ここで、好ましい方向角ｄdはｚ−方向に設定され、粘弾性定数Ｄは以下のように表すことができる；
【０１３７】
【数１１】
2008545161.tif 000014
【０１３８】
Ｆを最小化するためには、
【０１３９】
【数１２】
2008545161.tif 000015
【０１４０】
従って、ＰＳＳ−ＬＣ分子が図２０に示すｚ−方向に平行であることが好ましいことは明白である。また、式（１０）は、ＰＳＳ−ＬＣ分子が、特定スメクチック層弾性定数および同じ層中の液晶分子粘度を得るために、下部（bottom）から上部表面まで一様に（in uniform）積み重なる（stack）ことを必要とする条件を与える。
【０１４１】
上述のように、本発明の本質的な概念は、ラビング方向等の設定配向方向に、スメクチック層法線からのチルト角を有するスメクチック液晶分子ディレクタの強化に基づく。それらの分子ディレクタが、バルク形状としてスメクチック層法線に対するチルト角を有するスメクチック液晶分子の一部の範疇を用いる分子ディレクタ配向の強化は、プリセット配向方向にスメクチック液晶分子ディレクタを強制する。この強化は、スメクチック液晶分子ディレクタが図２９に示すようにスメクチック層に直角に配向することを可能とする。
【０１４２】
ＰＳＳ−ＬＣＤの独特の電気光学性能は、スメクチック液晶分子のこの特定の分子配向により生成することができる。ＰＳＳ−ＬＣＤｓのこれらの独特の特徴的な特性の一つは、パネルギャップと駆動電圧間のその関係であることが可能である。
【０１４３】
殆どの公知のＬＣＤｓの場合において、それらは、それらのパネルギャップを増大することにより一層高い駆動電圧を必要とする。パネルギャップ増加のために、必要印加電圧は電界強度を保持するために増大されねばならない。
【０１４４】
しかしながら、本発明によるＰＳＳ−ＬＣＤにおいて、時折、パネルギャップが増大する場合に、より少ない電圧しか必要としない場合がある。ＰＳＳ−ＬＣＤパネルにおける強い方位角アンカリングエネルギーの必要性のために、パネルギャップの増加は、パネル中の液晶分子のアンカリングの弱化を招き、駆動用のより低い電圧を与える。この事実は、また、上述のＰＳＳ−ＬＣＤｓ解釈の証拠の一つである。
【０１４５】
（クーロン−クーロン相互作用を強化するための実際的な方法）
スメクチック液晶の層構造の存在のために、層構造と配向界面間の特定バランスは、常に、きれいな分子配向の観点から大いに関心のある所である。特に、強い方位角アンカリングエネルギーを必要とするＰＳＳ−ＬＣＤの場合に、いかに強いアンカリングエネルギーがそれらの生来の層構造を乱すことなく液晶分子に与えられるかが、最も重要である。
【０１４６】
前章で理論的に論じたように、強い方位角アンカリングは、ＰＳＳ−ＬＣＤ構造を実現するために最も必要なものである。本発明者は、生来の液晶層構造の形成を乱すことなく強いアンカリングエネルギーを引き起こすための実際的な方法を見出すために実験的努力を行った。実験的努力の過程において、全体ＰＳＳ−ＬＣ混合物から一部の特定液晶分子を強調することが、層構造を形成することにより充分に強いアンカリングエネルギーを与えるための効果的な方法の一つであることを見出してきた。スメクチック液晶中の層構造の強い自己形成力のために、充分に強いアンカリングエネルギーを引き起こすことは容易ではない。表面アンカリングが余りに強い場合、スメクチック液晶の形成層構造は歪められるか、または最悪の場合、破壊される。きれいな層構造を優先することは、常に、層に垂直であるスメクチック液晶分子ｎ−ディレクタ配向を形成することができないであろうＰＳＳ−ＬＣ分子配向の破綻を招く。ＰＳＳ−ＬＣＤ中のきれいな分子配向を得るために最も重要なことは、液晶分子に対して、極角アンカリングエネルギーである弱い接着性アンカリングエネルギーと共に強い方位角アンカリングエネルギーを与えることである。
【０１４７】
従って、ＰＳＳ−ＬＣＤは、それらが弱い極角アンカリングエネルギーと共に充分に強い方位角アンカリングを与える限り、無機配向材料を許容する。これは投影機パネル用途用のＰＳＳ−ＬＣＤに有意な利点を与える。
【０１４８】
強い光束のために、たいていの最近のポリマー系配向層はそれらの耐用年数の問題を有する。しかしながら、たいていの従来型ネマチック系ＬＣＤｓに対するむしろ強い極角アンカリングの必要性のために、無機配向層は、投影機パネルに対するそれらの適用は容易でなかった。反対に、ＰＳＳ−ＬＣＤｓは、特別の極角アンカリングエネルギーを全く必要とせず、ＰＳＳ−ＬＣＤｓは、極角アンカリングエネルギーを必要とするよりむしろ、弱いかまたは更にそれが全くない極角アンカリングエネルギー、一方で強い方位角アンカリングエネルギーを必要とする。従って、たいていの無機系配向層は、極めて有効な分子配向をＰＳＳ−ＬＣＤｓに与える。換言すれば、本発明において、それが強い方位角アンカリングエネルギーを与える限り、特定の限定なしであらゆる無機系配向層を用いることは可能である。
【０１４９】
（本発明によるＰＳＳ−ＬＣＤのいくつかの特徴）
（各ディスプレイ画素における静電容量）
ＰＳＳ−ＬＣＤの最も顕著な態様の一つは、アモルファスシリコン薄膜トランジスタ（以後「ａ−Ｓｉ・ＴＦＴ」と呼ぶ）画素パッドにおける画素等の各ディスプレイ画素におけるそのより小さな静電容量である。ａ−Ｓｉ・ＴＦＴにおいて、液晶材料の誘電率から来る画素のより小さな静電容量は、画像性能の観点から極めて興味深いものの一つである。画素静電容量が大きい場合、画素における過渡電圧は極めて速く変化し、フリッカー、画像残留等の好ましくない画像性能を与える。画素の大きな静電容量の一部は、ａ−Ｓｉ回路の精巧な設計により吸収可能であるが、しかしながら、極めて複雑な画素設計は、ａ−Ｓｉ・ＴＦＴ製造収率を下げる強い傾向性を有する。従って、より小さな静電容量は、より高度な画像性能およびより低い製造コストを与えるための最も重要な因子の一つである。
【０１５０】
双極子モーメントトルクに基づくネマチック液晶ディスプレイは、駆動電圧を下げより速い光学応答を得るために充分に大きな双極子モーメントを有することを必要とする。充分低い駆動電圧およびより速い光学応答が実用ＬＣＤｓにとって最も必要な必要条件であるので、ネマチック系ＬＣＤｓは、ＴＦＴアレイの複雑な設計および製造方法努力を犠牲にしてきた。反対に、ＰＳＳ−ＬＣＤはネマチック系ＬＣＤｓに対するものよりも小さな静電容量を有する。一般に、ＰＳＳ−ＬＣＤの画素静電容量は、ネマチックＬＣＤｓの少なくとも半分であり、時折それはネマチックＬＣＤｓの１／４である。四重極モーメントベーストルクおよび図２１に示すように液晶分子運動の極めて短い距離のおかげで、ＰＳＳ−ＬＣＤは充分に速い光学応答を有するより小さな画素静電容量によって駆動可能である。静電容量の一つの実例は図２２中に測定される。
【０１５１】
図２２に示すように、ＰＳＳ−ＬＣＤの誘電率はネマチック系ＬＣＤｓに対するそれよりも小さい。更に、ＰＳＳ−ＬＣＤの誘電率は従来型のＳＳＦＬＣＤｓに対するそれよりも一段と小さい。ＳＳＦＬＣＤの自発分極のために、ＳＳＦＬＣＤの有効誘電率はネマチックＬＣＤｓに対するそれよりも一段と大きく、ａ−Ｓｉ・ＴＦＴ駆動に対して大きすぎる負担を生じる。実際に、従来型のａ−Ｓｉ・ＴＦＴは、ＳＳＦＬＣＤの自発分極スイッチ用の電子電荷の大きすぎる必要量のために、ＳＳＦＬＣＤｓを駆動することができない。従って、ＰＳＳ−ＬＣＤの小さな静電容量は、ＳＳＦＬＣＤｓおよびネマチック系ＬＣＤｓの両方からその重要性を差別化するための最も顕著な態様の一つである。
【０１５２】
（光スイッチング前後の静電容量の変化）
従来型ＳＳＦＬＣＤｓおよびネマチック系ＬＣＤｓとは違ったＰＳＳ−ＬＣＤｓの他の顕著な態様は、液晶の光スイッチング前後の静電容量のより小さな変化である。上記検討と同様に、ＴＦＴアレイの画素パッドにおけるより小さな変化は、フリッカーおよび画像残留を示すことなく安定な画像性能の観点からＴＦＴ−ＬＣＤｓに対する最も重要な必要条件の一つである。
【０１５３】
「フィードスルー電圧」として周知であるＴＦＴにおける過渡電圧低下は、液晶材料が光スイッチング前後で異なる静電容量を有する限り、ＴＦＴ−ＬＣＤｓで不可避なことである。このフィードスルー電圧は、フリッカーおよび画像残留を生成す根源の原因である。しかしながら、光スイッチング前後の異なる静電容量は、液晶、特に双極子モーメント系および自発分極系液晶にとって、極めて本質的な性質である。
【０１５４】
フリッカーおよび画像残留を避けるために、従来型ＴＦＴ−ＬＣＤｓは問題を最小化するためのいくつかの種類の方法を加える。しかしながら、最も本質的な方法は、小さな変化のまたはほぼ変化のない静電容量材料を用いることである。この静電容量変化を最小化するための多くの努力にもかかわらず、光スイッチング前後の静電容量の変化は、ネマチック系および上述のような強誘電性液晶の両方における従来型液晶材料の極めて本質的な性質である。
【０１５５】
四重極モーメントを用いるＰＳＳ液晶材料は、ＬＣＤｓにおける高コントラスト比用の充分大きな複屈折を生成すためのその極めて小さい誘電率および極めて短い運動距離のために、大きな静電容量変化を有する必要がない。ＰＳＳ−ＬＣＤｓの光スイッチング前後の実際の静電容量変化は、図２２中の従来型ＳＳＦＬＣＤのそれと比較される。
【０１５６】
図２２において、光スイッチングを誘起するために、ＤＣバイアス電圧が試料セルに印加される。印加されたＤＣ電圧がスレショルド電圧を超えると、光スイッチングが生じる。図２２において、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルに対するこのスレショルド電圧は約０．５Ｖであり、ＳＳＦＬＣＤに対するそれは約６Ｖである。図８に示すように、ＳＳＦＬＣＤは有意な静電容量変化を示す。反対に、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルはいかなる静電容量の有意な変化をも示さない。光スイッチング前後のこの極めて小さいか、またはほぼゼロの静電容量の変化は、ＰＳＳ−ＬＣＤｓの極めて顕著な特徴的な特性である。本発明者が今までに知る限り、この小さいか、またはほぼゼロの静電容量の変化は、ＰＳＳ−ＬＣＤｓ用を除いていかなるＬＣＤｓにおいても知られていない。
【０１５７】
図２２における静電容量の測定方法は以下の通りである。
【０１５８】
（静電容量の測定方法）
３５ｍｍ四角形無アルカリガラス基板を用いて、配向層をガラス表面上に形成する。ガラス基板はガラス基板の中心で１５ｍｍ径の丸型ＩＴＯ電極を有する。形成された配向層は、ＰＳＳ液晶分子を適正な構造に配向する。一般的な配向法の一つは、周知であり、工業的標準法であるポリイミドの上部表面における機械的ラビング法による特殊ポリイミド層を用いることである。ＰＳＳ−ＬＣパネルの一般的なパネルギャップは２ミクロンである。図２２の測定のため、平均１．８ミクロン径の二酸化ケイ素球をスペーサ球として用いる。周辺領域をエポキシグルーで密閉した後、液晶材料をパネル中に注入し、液晶充填パネルを得る。充填セルの静電容量または誘電率の測定のため、１ｋＨｚ、＋／−１Ｖの方形波を、プローブ電圧として試料セルに印加する。バイアスＤＣ電圧もまた試料セルに印加する。一旦電圧が液晶分子のｎ−ディレクタをスイッチするために充分大きくなると、このＤＣバイアス電圧は試料セルの光スイッチングを誘起する。
【０１５９】
（本発明の好ましい態様）
本発明の中心概念は、スメクチック液晶層に垂直な初期分子ｎ−ディレクタを強調することである。この表面強調の役割は、ＰＳＳ液晶分子に対して方位角アンカリングを引き起こし、比較的弱い極角アンカリングを保持することの観点から、ＰＳＳ液晶分子と特定表面間の充分強いクーロン−クーロン相互作用を与えることである。
【０１６０】
上述のように、本発明の一部の好ましい態様は以下の通りである：
（１）それらの分子ｎ−ディレクタが、図２１に示すようにそれらのスメクチック層法線からいくらかのチルト角を有する特定スメクチック液晶材料を用いる。
【０１６１】
（２）それらのスメクチック液晶がスメクチックＣ、スメクチックＨ、スメクチックＩ相および他の最小対称分子構造相群に属する。カイラルスメクチックＣ、カイラルスメクチックＨ、カイラルスメクチックＩ相は、また、米国特許出願第ＵＳ−２００４／０１９６４２８Ａ１号明細書に記載されているように、ＰＳＳ−ＬＣＤ性能用の必要基準を満たす。
【０１６２】
（３）強い方位角アンカリングならびにより弱い極角アンカリングエネルギーを印加して、スメクチック層法線からの自然ｎ−ディレクタチルトが層法線にあるように強制される。この機能の結果として、ＰＳＳ液晶材料は、一般に、以下の相系列（phase sequence）を示す：
【０１６３】
等方相−（ネマチック）−スメクチックＡ−ＰＳＳ相−（スメクチックＸ）−結晶。  本明細書において、括弧「（）」は、必ずしも必要でないことを意味する。
【０１６４】
（４）ＰＳＳ−ＬＣＤの顕著な特徴的な特性の一つは、スメクチックＡ相中とＰＳＳ相中のそれの間で同じ消光角を保持することである。スメクチックＣ相の消光角は、スメクチックＣ相の層法線からの分子チルト角のために、スメクチックＡ相のそれとは常に異なる。従って、スメクチックＡ相とＰＳＳ相間の同じ消光角は、ＰＳＳ相の独特の特性である。
【０１６５】
（５）上記機能の結果として、配向ＰＳＳ−ＬＣセルは、１０未満、更に好ましくは５未満、最も好ましくは２未満等の誘電率の小さな異方性を示す。誘電率の異方性は、ＰＳＳ−ＬＣＤにおける測定周波数の関数である。たいていの従来型ＬＣＤｓに対する双極子モーメントと違った四重極モーメントの使用のために、誘電率の異方性は、プローブ電圧の周波数に応じて決まる。本明細書において、誘電率の異方性の好ましい値は、１ｋＨｚの矩形波で測定することが好ましい。従来型ＬＣＤｓの双極子モーメント結合とは違って、ＰＳＳ−ＬＣＤは、四重極モーメント強化のために、誘電率の比較的小さな異方性を必要とする。この誘電率の小さな異方性は、ＴＦＴｓの駆動能力において極めて有用である。従来型ＬＣＤｓのそれに較べて、ＴＦＴ用のより小さな誘電負荷のおかげで、ＰＳＳ−ＬＣＤは、ＴＦＴに対する電圧シフトを生みだすパラ−静電容量の比較的小さな影響しか受けない。従って、ＰＳＳ−ＬＣＤは従来型のＴＦＴアレイに対してより幅の広い駆動ウィンドウを有する。
【０１６６】
例えば、一般的なＰＳＳ−ＬＣ材料の一つは、上記測定条件を用いて１．５の誘電率の異方性を示す。これは、従来型のＴＮ−ＬＣＤパネルのそれに較べて、ＬＣＤパネルにおける１／４未満の静電容量を与える。これは、ＰＳＳ−ＬＣＤがＴＦＴ−ＬＣＤｓにおけるより小さなフィードスルー電圧を実現し、従来型のネマチック系ＴＦＴ−ＬＣＤｓのそれよりも安定なより良い画像性能を与えることを意味する。図２２は、直接的に、自発分極の無関与、およびＰＳＳ−ＬＣＤの光スイッチングの前後におけるその誘電率の極端に小さな変化を証明する。図２２の結果から、ＰＳＳ−ＬＣＤがその駆動力用に極めて小さな誘電率の異方性を用いることは明白である。これは、また、ＰＳＳ−ＬＣＤにおける四重極モーメントの直接関与の証明の一つである。
【０１６７】
（６）上記条件を満足させる調製されたＰＳＳ−ＬＣＤセルは、外部からの印加電界の方向に応じて分子チルトの特定方向を示す。四重極結合のために、ＰＳＳ−ＬＣ分子は印加電界の方向の違いを告げる。これはＰＳＳ−ＬＣＤの極めて異なる特徴的な特性の一つである。複屈折モードを用いるすべての従来型ネマチック系ＬＣＤｓは、双極子モーメント結合を利用する、従って、それらは印加電界の方向の違いを言わない。印加電圧の電位の違いだけがそれらのＬＣＤｓを駆動する。ＰＳＳ−ＬＣＤ分子は、それらが自発分極を有しないが、印加電圧の方向を検出することによりそれらのチルト方向を変える。これも、また、ＰＳＳ−ＬＣＤの四重極モーメント系駆動の支持理論の一つである。
【０１６８】
四重極モーメントに基づく極めて小さな誘電率の異方性を用いるにもかかわらず、ＰＳＳ−ＬＣＤは、立ち上がりおよび立ち下がり時間両方の１／１０００秒より下位の極端に速い光学応答を示す。極端に速い光学応答の主要理由は、図２９に示すように充分大きな複屈折を生成すための円錐形縁に沿ってのその分子チルトの小さな距離である。すべてのネマチック系ＬＣＤｓと違って、ＰＳＳ−ＬＣＤは、充分大きな複屈折を生成すための分子位置変化の極めて小さな距離しか必要としない。図２９に示す円錐縁に沿っての極めて均一な分子チルトは、また、図２３に示すような極端に速い光学応答を実現する。
【０１６９】
（相系列および光透過状況）
各相における相系列および光透過状況は以下の通りである。
【０１７０】
クロスニコル下で、液晶パネルは各相でその特定光透過を示す。この状況下で、プリセット液晶分子配向の方向は図２４に示すように設計される。
【０１７１】
等方相で、液晶分子の方向は不規則であり、その結果、入射直線偏光は液晶パネルをまっすぐに通過し、入射角に対するパネル角度と無関係に図２５に示すように「暗い」状態を与える。周囲温度を下げることにより、液晶は、液晶の反掌性または対掌性に応じてネマチック相またはカイラルネマチック相の状態となる。ネマチック相で、すべての液晶はそれらのｎ−ディレクタをプリセット配向方向に配列される。この状況において、液晶パネルは、液晶層による分極回転なしのために検光子を通過する直線偏光を可能としない。従って、これは、プリセット液晶分子配向方向が図２６に示すように偏光子方向に平行である限り「暗い」状態を示す。一旦、液晶パネルが回転すると、入射直線偏光はその偏光を変え、図２７に示すように光漏れを与える。
【０１７２】
周辺温度の更なる低下は、液晶パネルに対して次の相を誘起する。結果として生じる液晶相はスメクチックＡ相である。スメクチックＡ相は、図２８に示すようにその液晶分子構造中に層構造を有する。この相は、また、入射直線偏光がスメクチック液晶層をまっすぐに通過することを可能とし、「暗い」状態を与える。ネマチック相のように、スメクチックＡ相も、また、パネルが図２９に示すように回転する場合に、いくらかの光漏れを示す。
【０１７３】
この結果として生じる相系列は、従来型のスメクチック液晶およびＰＳＳ液晶には一般的である。しかしながら、スメクチックＡ相下で、周囲温度に沿っての相系列の観点から、光透過挙動は従来型のスメクチック液晶とＰＳＳ液晶間で異なる。
【０１７４】
従来型のスメクチック液晶において、次の相は、図３０に示すように、その反掌性または対掌性に応じてスメクチックＣ相またはカイラルスメクチックＣ相である。スメクチックＣ相において、液晶分子のｎ−ディレクタは層法線から傾き、「光漏れ」状態を与える。チルト角は、図３２に示すようにチルト角が周辺温度の低下と共に次第に増大することを意味する、２次相変化を伴う周辺温度の関数である。従って、パネルからの漏れた光の光度は、周辺温度に応じて決まる。分子チルト角が飽和するまで、洩れた光の光度は、周辺温度の低下に伴う光度の増加の観点から図３２における同じプロフィールで増大する。スメクチックＣ相における、この光漏れは、従来型のスメクチックＣ相に全く一般的である層法線からの分子チルトの結果である。
【０１７５】
反対に、本発明において、スメクチックＡ相に続くＰＳＳ−ＬＣ相は層法線からの分子チルトを示さない。ＰＳＳ相において、液晶のｎ−ディレクタは、なお、その方向を層に垂直に保持する。従って、ＰＳＳ相はスメクチックＣ相中に示される光漏れを示さない。ＰＳＳ−ＬＣの特定分子方向のために、光透過状況は一般に図３１に示すようにスメクチックＡ相のそれと同じである。
【０１７６】
従来型スメクチックＣ相とＰＳＳ−ＬＣ相間のｎ−ディレクタ方向の違いがあるので、クロスニコル下における液晶パネルの回転による光度の温度依存性は、それぞれ、図２３および２４中に比較される。従来型スメクチックＣ相の温度依存性チルト角のために、パネルの消光角は図３３に示すように周辺温度に応じて変わる。従来型ＬＣＤパネルと違って、ＰＳＳ−ＬＣＤはその消光角の温度変化を示さない。「明るい」状態における光度は周辺温度に依存するが、しかしながら、消光角は図３４に示すようにその元の角度からのいかなる変化も示さない。
【０１７７】
それらの図は、明確に、それらの光学状況における従来型スメクチックＣ相液晶とＰＳＳ−ＬＣｓ間の差を示す。
【０１７８】
（スメクチックＣ相とＰＳＳ−ＬＣ相間の差）
従来型スメクチックＣ相液晶とＰＳＳ−ＬＣ相を識別する別の明白な視覚上の違いがある。
【０１７９】
ＰＳＳ−ＬＣＤ性能のために、ＰＳＳ−ＬＣＤの電圧対透過率曲線（Ｖ−Ｔ曲線）は、従来型スメクチックＣ、またはカイラルスメクチックＣ相のそれとは極めて異なるものである。ＰＳＳ−ＬＣＤの印加電界強度の依存性は、図３５に示すようなアナログ応答Ｖ−Ｔ曲線を示す。対照的に、従来型のカイラルスメクチックＣ相液晶ディスプレイは、図３６に示すようにそのＶ−Ｔ曲線におけるヒステリシスを示す。従来型カイラルスメクチックＣ相液晶パネルの自発分極のために、その電気光学応答は、電界強度の代わりに印加電圧の極性に応じて決まる。簡単に言えば、従来型カイラルスメクチックＣ相パネルの電気光学応答は、印加電界応答ではなく極性応答である。電気光学応答の観点から、ＰＳＳ−ＬＣＤは、それらの電気光学応答が印加電界と液晶の誘電分極間の結合に基づくネマチック系ＬＣＤｓと同じ電気光学応答を示す。
【０１８０】
（ＰＳＳ−ＬＣＤによる新階調表示方式）
本発明において、ＰＳＳ−ＬＣＤを用いる態様を、本発明者による理論的な側面から説明する。
【０１８１】
本発明者によるＰＳＳ−ＬＣＤの電気光学応答特性を理論的に検討した結果によれば、四重極子モーメントに起因する分子応答では、液晶パネルに印加する電圧パルスの立上り、すなわちｄＶ／ｄｔに依存して液晶分子の配向変化が発生することが判明した。従って、分極遮蔽型スメクティック液晶表示（ＰＳＳ−ＬＣＤ）では原理的に、印加電圧の立上り特性：ｄＶ／ｄｔを制御することで液晶パネルの電圧―透過率曲線（Ｖ−Ｔカーブ）を変化させることが可能なことを見出した。液晶パネルにおける実際の四重極子モーメントの直接検出は、極めて精密な測定が必要であり、容易ではないものの、四重極子モーメントに基づく液晶の電気光学応答については、以下の合理的な推測が可能である。
【０１８２】
分子構造の対称性が最も低いスメクティックＣ相等の液晶を用いるＰＳＳ−ＬＣＤにおいては、外部電場の印加により、液晶分子が有する四重極子モーメントと電場がカップリングすることで、その分子長軸周りの回転状態に制限が掛かる。この長軸周りの回転制限により、分子の四重極子モーメントは、更に大きくなる。拡大した四重極子モーメントと外部電場は、より強くカップリングし、その結果として、分子の配向方向を変化させる速度、すなわち応答速度は加速される。この際、ｄＶ／ｄｔが小さいと四重極子モーメントの拡大は大きくなく、応答速度も遅くなる。逆に、ｄＶ／ｄｔが大きいと、四重極子モーメントの拡大も大きく、応答速度は極めて速くなる。以上の状況を、定性的に図示したものが図８である。
【０１８３】
もともと、従来のＬＣＤに比べ、充分高速に応答するＰＳＳ−ＬＣＤで、かつ印加電圧の傾きであるｄＶ／ｄｔを制御することで、１フレーム時間内で連続的に「オン」時間の累積透過光量制御法により、図９に概念を示すような精密階調制御が可能となる。
【０１８４】
図９では、１５０μｓで立ち上がるＰＳＳ−ＬＣＤを用い、６０Ｈｚのフレーム周波数での１フレームの時間である１６．７ｍｓ内で、残りの１６．５５ｍｓ内をｄＶ／ｄｔを制御することで、ＰＳＳ−ＬＣＤの立上りプロファイルを制御し、１フレーム内での累積透過光量を連続的に制御する方式を説明している。
【０１８５】
すなわち、ｄＶ／ｄｔを１，０２４段階に分離し、最小時間制御を約１６μｓとする。ＴＦＴで用いる一般的な駆動電圧である５Ｖを１６μｓで制御することは、容易に可能である。ｄＶ／ｄｔを連続的に制御することにより、ＰＳＳ−ＬＣＤの応答立上りは、ｄＶ／ｄｔに対し一義的に変化し、１フレーム内における透過光量の積分値は、１，０２４段階に制御可能となる。本方式によれば、もちろん、１フレーム内で、８μｓでｄＶ／ｄｔを制御することも充分可能であるため、２，０４８階調、すなわち８０億色以上の色表現も可能となる。
【０１８６】
（ＰＳＳ−ＬＣＤによる新階調表示方式の拡張）
前述したように、ＰＳＳ−ＬＣＤにｄＶ／ｄｔ制御を用いることで、８０億色以上の色表示が可能となるが、更に、１フレーム時間内で連続的に「オン」時間を制御するデジタル階調表示法との併用により、各色１２ビット、すなわち６８０億色の色表示が可能となる。
【０１８７】
具体的な表示方法の一例としては、図１０に示すように、図９のｄＶ／ｄｔ制御法に加え、印加電圧を「オン」し始める時間を少なくとも２段階に分けることで可能となる。原理的には、ｄＶ／ｄｔ制御と１フレーム時間内で連続的に「オン」時間を制御するデジタル階調表示法との併用により、各色１２ビットを超える色表現が可能なことは言うまでもない。
【０１８８】
図１１は、ｄＶ／ｄｔ制御法によるＰＳＳ−ＬＣＤの光学応答時間の概念図である。図１１に示すように、ＰＳＳ−ＬＣＤでは、ｄＶ／ｄｔの大きさを連続的に変化させることに対応して、液晶パネルの電気光学応答プロファイルも連続的に変化し、その累積時間に呼応した１フレーム内の累積光量が連続的に変化することがわかる。
【０１８９】
（ＰＳＳ−ＬＣＤによる新階調表示方式の変形）
基本的な概念を同一にし、ＬＣＤパネルへの具体的な電圧印加方法を異なるものとして、１フレーム内で、複数の異なった電圧値を組み合わせて印加することにより、連続的な階調表示を得ることができる。すなわち、１フレームの時間に対し、充分高速に応答するＬＣＤの場合、印加する電圧として、複数の波高値を組み合わせて印加することにより、所望の階調度数を得ることが可能となる。
【０１９０】
以上の階調表示方式の基本的概念は、設定した１フレーム期間に比べ、充分高速応答するＬＣＤにおいては、１フレーム時間内で連続的に「オン」時間を制御するデジタル階調表示法を前提として、印加する電圧の時間増加率を連続的に変化させる、あるいは印加する電圧の波高値を変化、また複数の波高値を適宜組み合わせることにより、各色１０ビット以上の多色表示を可能とすることである。従って、以上の方式を適用するために充分な速度の応答時間、および、印加電圧の時間増加率に応じた光学応答プロファイルを有するＬＣＤであれば、ＰＳＳ−ＬＣＤに限らずに、本表示方法が可能であることは言うまでもない。
【０１９１】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。
【０１９２】
Examples
実施例１
透明電極ＩＴＯの面積が１ｃｍ２の大きさ２５ｍｍ×２５ｍｍ，厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用い、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルを作成した。このパネルに、印加電圧５Ｖ、パルス幅１ｍｓの電圧を印加した。ｄＶ／ｄｔは、５Ｖ／ｍｓから２０Ｖ／ｍｓの範囲で変化させた。
【０１９３】
各ｄＶ／ｄｔに応じたＰＳＳ−ＬＣＤパネルの透過光量の時間依存性（応答プロファイル）を測定した結果、図１２から図１５に示すように、ｄＶ／ｄｔに応じて応答プロファイルが連続的に変化することを確認した。また、このパネルにおける、ｄＶ／ｄｔ制御時の応答時間は、図１２から図１５の結果をまとめた結果である図１６から、累積透過光量の差異として２７％から５０％まで連続的に変化でき、各色１０ビットの色表示を実現するのに充分であることも確認できた。
【０１９４】
以下は、図１２〜１５の測定において使用した測定条件等のリストである。
【０１９５】
＜表１＞：図１２の測定条件等
24-Jun-04
14:17:58
A: Average(1)
0.5 ms
5.0 V
0mV
77 swps
B: Average(2)
0.5 ms
1.00 V
0mV
77 swps
TRIGGER SETUP
Edge  SMART
trigger on
1  2  Ext  Ext10
Line
coupling 1
DC  AC  LFREJ
HFREJ  HF
slope 1
Pos  Neg
Window
holdoff
30.0 ms
Off  Time  Evts
【０１９６】
＜表２＞：図１３の測定条件等
24-Jun-04
14:18:44
A: Average(1)
0.5 ms
5.0 V
0mV
73 swps
B: Average(2)
0.5 ms
1.00 V
0mV
73 swps
TRIGGER SETUP
Edge  SMART
trigger on
1  2  Ext  Ext10
Line
coupling 1
DC  AC  LFREJ
HFREJ  HF
slope 1
Pos  Neg
Window
holdoff
30.0 ms
Off  Time  Evts
【０１９７】
＜表３＞：図１４の測定条件等
24-Jun-04
14:19:27
A: Average(1)
0.5 ms
5.0 V
0mV
74 swps
B: Average(2)
0.5 ms
1.00 V
0mV
74 swps
TRIGGER SETUP
Edge  SMART
trigger on
1  2  Ext  Ext10
Line
coupling 1
DC  AC  LFREJ
HFREJ  HF
slope 1
Pos  Neg
Window
holdoff
30.0 ms
Off  Time  Evts
【０１９８】
＜表４＞：図１５の測定条件等
24-Jun-04
14:20:24
A: Average(1)
0.5 ms
5.0 V
0mV
120 swps
B: Average(2)
0.5 ms
1.00 V
0mV
120 swps
TRIGGER SETUP
Edge  SMART
trigger on
1  2  Ext  Ext10
Line
coupling 1
DC  AC  LFREJ
HFREJ  HF
slope 1
Pos  Neg
Window
holdoff
30.0 ms
Off  Time  Evts
【０１９９】
実施例２
透明電極ＩＴＯの面積が１ｃｍ２の大きさ２５ｍｍ×２５ｍｍ，厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用い、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルを作成した。このパネルに、図１７、１８に示すような、印加電圧２．５Ｖ、パルス幅０．５ｍｓ、５Ｖ、０．５ｍｓの電圧を組み合わせて印加した。
【０２００】
各組み合わせ電圧に応じたＰＳＳ−ＬＣＤパネルの透過光量の時間依存性（応答プロファイル）を測定した結果、図１７、１８に示すように、電圧波高値の組み合わせに応じて応答プロファイルが連続的に変化することを確認した。また、このパネルにおける、印加電圧波高値の組み合わせに応じたＬＣＤの応答時間は、累積透過光量の差異として各色１０ビットの色表示を実現するのに充分であることも確認できた。
【０２０１】
このように記載されてきた本発明から、本発明が多くのやり方で変えることが可能であることは明らかである。こうした変形は、本発明の精神および範囲からの逸脱とは見なされるべきではなく、当業者には明白であろう全てのこのような修正は、以下のクレームの範囲内に包含されるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０２０２】
【図１】従来の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）における一般的な階調表示方法を模式的に示すグラフである。
【図２】従来のツイステッドネマティック（ＴＮ）ＬＣＤの電気―光学応答を模式的に示すグラフである。
【図３】従来の高速応答可能な強誘電性液晶表示（ＦＬＣＤ）等における印加電圧極性−光強度の関係の一例を模式的に示すグラフである。
【図４】従来のマイクロカラーフィルターを用いたカラー表示の手法を説明するための模式図である。
【図５】従来の時間分割カラー表示方法を説明するためのグラフおよび模式図である。
【図６】従来のパルス幅変調方式階調表示を説明するためのグラフである。
【図７】従来の１フレーム内での発光時間を連続的に制御するデジタル階調方法を説明するためのグラフである。
【図８】四重極子モーメントと応答速度との関係を定性的に示す模式図である。
【図９】本発明において使用可能な、１フレーム時間内で連続的に「オン」時間の累積透過光量制御法による精密階調制御の概念を示す模式的グラフである。
【図１０】本発明において使用可能な、印加電圧を「オン」し始める時間を少なくとも２段階に分ける方法の概念を模式的グラフである。
【図１１】本発明において使用可能な、ｄＶ／ｄｔ制御法によるＰＳＳ−ＬＣＤの光学応答時間の概念を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の実施例において得られた、ｄＶ／ｄｔに応じて応答プロファイルが連続的に変化する現象の一例を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例において得られた、ｄＶ／ｄｔに応じて応答プロファイルが連続的に変化する現象の他の例を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例において得られた、ｄＶ／ｄｔに応じて応答プロファイルが連続的に変化する現象の他の例を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例において得られた、ｄＶ／ｄｔに応じて応答プロファイルが連続的に変化する現象の他の例を示すグラフである。
【図１６】上記した図１２〜図１５をまとめた結果を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施例において得られた、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルの透過光量の時間依存性（応答プロファイル）を測定した結果を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施例において得られた、ＰＳＳ−ＬＣＤパネルの透過光量の時間依存性（応答プロファイル）を測定した結果を示すグラフである。
【図１９】ＰＳＳ−ＬＣＤの初期分子構造および印加電圧下の構造の例を模式的に示す。
【図２０】ＰＳＳ−ＬＣ分子セッティングの等位（coordination）構造の例を模式的に示す。
【図２１】スメクチック層に対するスメクチック液晶の分子チルト角の例を模式的に示す。
【図２２】ＳＳＦＬＣＤおよびＰＳＳ−ＬＣＤの誘電挙動の例を模式的に示す。
【図２３】ＰＳＳ−ＬＣＤの光学応答の例を模式的に示す。
【図２４】本発明において使用すべきプリセット液晶分子配向の方向のデザイン例を模式的に示す。
【図２５】等方相における「暗」状態の一例を模式的に示す。
【図２６】本発明において使用すべきプリセット液晶分子配向の方向の他のデザイン例を模式的に示す。
【図２７】液晶パネルが回転し、入射直線偏光がその偏光を変える「光漏れ」状態の例を模式的に示す。
【図２８】層構造を有するスメクチックＡ相の液晶分子構造の例を模式的に示す。
【図２９】パネルが回転する時の、スメクチックＡ相の「光漏れ」状態の例を模式的に示す。
【図３０】その反掌性または対掌性に応じて、スメクチックＣ相またはカイラルスメクチックＣ相を示す従来型のスメクチック液晶の例を模式的に示す。
【図３１】一般に、スメクチックＡ相のそれと同じものであるＰＳＳ相の光線透過状況の例を模式的に示す。
【図３２】チルト角が周囲温度の低下と共に次第に増大する状態の例を模式的に示す。
【図３３】クロスニコル下で液晶パネルの回転による光強度の温度依存性の観点からの、従来型スメクチックＣ相とＰＳＳ−ＬＣ相間のｎ−ディレクタ方向差の例を模式的に示す。
【図３４】クロスニコル下で液晶パネルの回転による光強度の温度依存性の観点からの、従来型スメクチックＣ相とＰＳＳ−ＬＣ相間のｎ−ディレクタ方向差の他の例を模式的に示す。
【図３５】ＰＳＳ−ＬＣＤの印加電界強度の相関関係がアナログ応答を示す、ＰＳＳ−ＬＣＤのＶ−Ｔ（電圧対透過率）曲線の例を模式的に示す。
【図３６】Ｖ−Ｔ曲線がヒステリシスを示す、従来型スメクチックＣ、またはカイラルスメクチックＣ相のＶ−Ｔ曲線の例を模式的に示す。
【図１】
2008545161.tif 000016
【図２】
2008545161.tif 000017
【図３】
2008545161.tif 000018
【図４】
2008545161.tif 000019
【図５】
2008545161.tif 000020
【図６】
2008545161.tif 000021
【図７】
2008545161.tif 000022
【図８】
2008545161.tif 000023
【図９】
2008545161.tif 000024
【図１０】
2008545161.tif 000025
【図１１】
2008545161.tif 000026
【図１２】
2008545161.tif 000027
【図１３】
2008545161.tif 000028
【図１４】
2008545161.tif 000029
【図１５】
2008545161.tif 000030
【図１６】
2008545161.tif 000031
【図１７】
2008545161.tif 000032
【図１８】
2008545161.tif 000033
【図１９】
2008545161.tif 000034
【図２０】
2008545161.tif 000035
【図２１】
2008545161.tif 000036
【図２２】
2008545161.tif 000037
【図２３】
2008545161.tif 000038
【図２４】
2008545161.tif 000039
【図２５】
2008545161.tif 000040
【図２６】
2008545161.tif 000041
【図２７】
2008545161.tif 000042
【図２８】
2008545161.tif 000043
【図２９】
2008545161.tif 000044
【図３０】
2008545161.tif 000045
【図３１】
2008545161.tif 000046
【図３２】
2008545161.tif 000047
【図３３】
2008545161.tif 000048
【図３４】
2008545161.tif 000049
【図３５】
2008545161.tif 000050
【図３６】
2008545161.tif 000051
【国際調査報告】
2008545161.tif 000052
2008545161.tif 000053