(57)【要約】【課題】カイラルスメクチック液晶を用いた単安定でストライプテクスチャーを有する配向状態の液晶素子において、均一配向と均一なスイッチング特性を実現する。【解決手段】各基板１１ａ，１１ｂには配向制御膜１３ａ，１３ｂを形成し、基板間隙にはカイラルスメクチック液晶１５を配置した。このカイラルスメクチック液晶１５には、等方性液体相−コレステリック相−カイラルスメクチックＣ相、或いは等方性液体相−カイラルスメクチックＣ相の相転移系列を示すものを用い、しかも、各基板側のプレチルト角が異なるように設定している。【選択図】　　　　図９
2004012543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板と、これらの基板の間隙に配置されたカイラルスメクチック液晶と、該カイラルスメクチック液晶を挟み込むように配置された一対の電極と、を備え、前記一対の電極を介して前記液晶に電圧を印加することにより駆動される液晶素子において、
一方の基板に施された一軸配向処理の方向と、他方の基板に施された一軸配向処理の方向とが略同じ方向であり、
一方の基板のプレチルト角α１が、
【式１】
α１＞Θ−δ
ここで、Θ；チルト角、
δ；カイラルスメクチック液晶のスメクチック層の基板法線に対する傾斜角
であり、該プレチルト角α１と、他方の基板のプレチルト角α２との差が、
【式２】
α１−α２＞２０
である、
ことを特徴とする液晶素子。
【請求項２】
所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板と、これらの基板の間隙に配置されたカイラルスメクチック液晶と、該カイラルスメクチック液晶を挟み込むように配置された一対の電極と、を備え、前記一対の電極を介して前記液晶に電圧を印加することにより駆動される液晶素子において、
一方の基板に施された一軸配向処理の方向と、他方の基板に施された一軸配向処理の方向とが逆方向であり、
一方の基板のプレチルト角α１が、
【式３】
α１＞Θ−δ
ここで、Θ；チルト角、
δ；カイラルスメクチック液晶のスメクチック層の基板法線に対する傾斜角
であり、他方の基板のプレチルト角α２が、
【式４】
α２≦Θ−δ
である、
ことを特徴とする液晶素子。
【請求項３】
前記プレチルト角α１が１５度以上であり、前記プレチルト角α２が１０度以下である、
ことを特徴とする請求項２に記載の液晶素子。
【請求項４】
前記カイラルスメクチック液晶が、高温側より、等方性液体相−コレステリック相−カイラルスメクチックＣ相、或いは、等方性液体相−カイラルスメクチックＣ相の相転移系列を有するカイラルスメクチックＣ液晶である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項５】
電圧無印加時には、液晶の平均分子軸が単安定化された配向状態を示し、
第一の極性の電圧印加時には、該液晶の平均分子軸が印加電圧の大きさに応じた角度で連続的に一方の側にチルトし、
該第一の極性とは逆極性の第二の極性の電圧印加時には、液晶の平均分子軸が印加電圧の大きさに応じた角度で他方の側にチルトし、
前記第一の極性の電圧印加時における最大チルト角をβ１とし、前記第二の極性の電圧印加時における最大チルト角をβ２とした場合に、β１＞β２となる、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項６】
β１≧５×β２となる、
ことを特徴とする請求項５に記載の液晶素子。
【請求項７】
前記液晶のバルク状態でのらせんピッチがセル厚の２倍より長い、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項８】
光透過型である、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項９】
前記α１は、表面段差が大きい方の基板側のプレチルト角であり、
前記α２は、表面段差が小さい方の基板側のプレチルト角である、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の液晶素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の液晶素子を備えた、
ことを特徴とする液晶装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カイラルスメクチック液晶を用いた液晶素子、及び該液晶素子を備えた液晶装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、薄膜トランジスタ）等のアクティブ素子を用いた表示素子として広範に用いられているネマチック液晶素子の代表的な液晶モードとしては、例えば、Ｍ．シャット（Ｍ．Ｓｃｈａｄｔ）とＷ．ヘルフリッヒ（Ｗ．Ｈｅｌｆｒｉｃｈ）著、Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、第１８巻、第４号（１９７１年２月１５日発行）第１２７頁〜１２８頁において示されたツイステッドネマチック（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードが広く用いられている。一方、最近では、横方向電界を利用したインプレインスイッチング（Ｉｎ−Ｐｌａｉｎ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードや垂直配向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードを用いた液晶素子が発表されており、従来型の液晶素子の欠点であった視野角特性の改善がなされている。このように、ネマチック液晶を用いたＴＦＴ表示素子に用いるための液晶モードとしていくつかのモードが存在するが、そのいずれのモードの場合にも液晶の応答速度が数十ミリ秒以上と遅く、さらなる応答速度の改善が要求されている。
【０００３】
このような従来型のネマチック液晶素子の応答速度を改善するものとして、近年、カイラルスメクチック相を示す液晶を用いた液晶モードがいくつか提案されている。例えば、「ショートピッチタイプの強誘電性液晶」、「高分子安定型強誘電性液晶」、「無しきい値反強誘電性液晶」などが提案されており、未だ実用化には至っていないものの、いずれもサブミリ秒以下の高速応答性が実現できると報告されている。
【０００４】
一方、本発明者等は先に、高温側より等方性液体相（Ｉｓｏ．）−コレステリック相（Ｃｈ）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）、またはＩｓｏ．−ＳｍＣ＊の相転移系列を示す材料に着目し、仮想コーンのエッジより内側の位置にて単安定化させた液晶素子について提案した。そして、例えばＣｈ−ＳｍＣ＊相転移の際、またはＩｓｏ．−ＳｍＣ＊相転移の際に一対の基板間に正負いずれかのＤＣ電圧を印加する、等の方法によって層方向を一方向に均一化させ、これにより高速応答且つ階調制御が可能であり、動画質に優れた高輝度の液晶素子が、高い量産性と共に実現しうる。この素子は、前述の各種スメクチック液晶モードと比較して自発分極値を小さくすることができることから、ＴＦＴ等のアクティブ素子とのマッチングがよい素子となっている。
【０００５】
以上述べたように、従来ネマチック液晶を用いたＴＦＴ液晶素子が抱えていた応答速度に関する問題点を解決できるという意味において、カイラルスメクチック液晶、特に本発明者等が先に提案した上記単安定液晶素子の実現が期待されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した単安定液晶素子では、一方の基板側のラビング方向と、他方の基板側のラビング方向とを略同じ方向にしてパネル全面をＣ２配向にすることが望まれる（従来例１）。しかし、本発明者等の実験によると、こうしたＣ２配向を液晶パネル全面にわたって制御することは極めて難しく、ほとんどの場合においてＣ１配向が一部分に出現してしまい、その結果ジグザグ欠陥が発生してしまうことがわかった。
【０００７】
なお、そのような問題を回避する方法としては低プレチルト配向膜を用いる方法があるが、十分な解決を図ることができるものではなく、電圧−透過率特性の表示面内バラツキが発生していた。
【０００８】
このような面内バラツキを防止する方法としては、一方の基板側のラビング方向と、他方の基板側のラビング方向とを逆方向にし、さらにプレチルト角を３°程度とした低プレチルト配向膜を用いる方法（従来例２）がある。そして、ストライプテクスチャーが観測されるような状態であると、上述したようなＣ１とＣ２の違いに基づく上記面内バラツキが発生しないことから、パネル全面にわたり均一なスイッチング特性を容易に得ることができた。
【０００９】
さらにこうした配向状態の場合、層構造として斜めブックシェルフ構造を形成する。
【００１０】
しかしながらこうした低プレチルト配向状態の場合、ノーマリーブラックで黒表示状態（電圧無印加状態）においても若干の光漏れが生じることから、本質的にコントラストとして十分大きい値とならないことが考えられる。上記低プレチルト配向膜を備えた液晶素子のコントラストは１４０程度であり、市販されているＴＦＴ液晶素子と比較するとコントラストは若干低い。
【００１１】
つまり、上述した従来例１，２では、Ｃ１、Ｃ２配向或いはストライプテクスチャーを示す配向が用いられ、そして、従来例１ではパネル面内ムラを回避することが困難であり、従来例２では、パネル面内での特性ムラは観測されず、コントラストに関しては実用上問題ないものの十分高いコントラストを実現することが本質的に困難であった。
【００１２】
そこで、本発明は、面内バラツキを解決して均一な反転挙動と、コントラスト向上を図ることができる液晶素子及び液晶装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板と、これらの基板の間隙に配置されたカイラルスメクチック液晶と、該カイラルスメクチック液晶を挟み込むように配置された一対の電極と、を備え、前記一対の電極を介して前記液晶に電圧を印加することにより駆動される液晶素子において、
一方の基板に施された一軸配向処理の方向と、他方の基板に施された一軸配向処理の方向とが略同じ方向であり、
一方の基板のプレチルト角α１が、
【式５】
α１＞Θ−δ
ここで、Θ；チルト角、
δ；カイラルスメクチック液晶のスメクチック層の基板法線に対する傾斜角
であり、該プレチルト角α１と、他方の基板のプレチルト角α２との差が、
【式６】
α１−α２＞２０
である、ことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
本発明者等は、上述した従来例２を精査し、プレチルト角に着目した。従来例２では、上下両基板の配向膜の配向処理方向が互いに反平行（つまり、一方の基板側のラビング方向と、他方の基板側のラビング方向とが逆方向）であり、且つ、プレチルト角を３°以下程度にしていたが、高温側からＩｓｏ．−Ｃｈ−ＳｍＣ＊或いはＩｓｏ．−ＳｍＣ＊の相転移系列を有する液晶材料を用いる場合には、より具体的にはＩｓｏ相もしくはＣｈ相からＳｍＣ＊相に相転移する過程でスメクチックＡ相（ＳｍＡ相）に相転移しない液晶材料を用いる場合には、プレチルト角をより好ましい角度に設定することで、従来例２特有の問題点を解決した。
【００１６】
本発明に係る液晶素子は、図７及び図９に示すように、所定間隙を開けた状態に配置された一対の基板１１ａ，１１ｂと、これらの基板の間隙に配置されたカイラルスメクチック液晶１５と、該カイラルスメクチック液晶１５を挟み込むように配置された一対の電極１２ａ，１２ｂと、を備え、前記一対の電極１２ａ，１２ｂを介して前記液晶１５に電圧を印加することにより駆動されるように構成されている。
【００１７】
そして、一対の基板１１ａ，１１ｂに対し、相異なるプレチルト角を付与する。
【００１８】
一軸配向処理の方向が一対の基板で互いに平行（つまり、一方の基板に施される一軸配向処理の方向と、他方の基板に施される一軸配向処理の方向とが略同じ方向）である場合には、一方の基板のプレチルト角α１を、
【式７】
α１＞Θ−δ　　　………式Ａ
ここで、Θ；チルト角、
δ；カイラルスメクチック液晶のスメクチック層の基板法線に対する傾斜角
とし、両基板のプレチルト角の差（つまり、一方の基板のプレチルト角α１と、他方の基板のプレチルト角α２との差）を、
【式８】
α１−α２＞２０　………式Ｂ
としている。
【００１９】
また、一軸配向処理の方向が一対の基板で反平行（つまり、一方の基板に施される一軸配向処理の方向と、他方の基板に施される一軸配向処理の方向とが逆方向）である場合には、一方の基板のプレチルト角α１を、
【式９】
α１＞Θ−δ　　　………式Ｃ
ここで、Θ；チルト角、
δ；カイラルスメクチック液晶のスメクチック層の基板法線に対する傾斜角
とし、他方の基板のプレチルト角α２を、
【式１０】
α２≦Θ−δ　　　　………式Ｄ
にしている。この場合、一方のプレチルト角α１を１５度以上とし、他方のプレチルト角α２を１０度以下にすると良い。
【００２０】
また、この液晶素子は、電圧無印加時に単安定化され、電圧印加時には電圧値（正負は無関係）に応じて透過率Ｔが連続的に変化する連続階調実現可能なＶＴ特性を示すことが出来る。なお、前記α１は、表面段差が大きい方の基板側のプレチルト角であり、前記α２は、表面段差が小さい方の基板側のプレチルト角である、ようにすると良い。
【００２１】
尚、本発明におけるプレチルト角とは、用いる液晶材料がＣｈ相を有する場合には、Ｃｈ相の下限温度におけるプレチルト角であり、Ｃｈ相を有さない場合には、ＳｍＣ＊相の上限温度におけるプレチルト角である。これは、降温過程において初めて層構造が形成される際の層傾斜角に影響を及ぼすプレチルト角の値が最も重要であるからである。また、上記温度でのプレチルト角の測定が困難な場合で、且つプレチルト角の温度依存性がない、或いは極めて少ないことが確認されている場合には、他の任意の温度にて測定してもかまわない。或いは、類似の組成比を有する液晶組成物を用意し、その液晶組成物のＣｈ相或いはＳｍＡ相或いはＳｍＣ＊相におけるプレチルト角にて代用することも可能である。
【００２２】
上記プレチルト角は公知のクリスタルローテーション法（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏ．１１９（１９８０）Ｎｏ．１０．Ｓｈｏｒｔ　Ｎｏｔｅｓ　２０１３）によって求められる。尚、測定用のセルは上下基板に界面での液晶の傾きが平行且つ同一の向き（ラビング処理軸が平行且つ逆向き：反平行、アンチパラレル）になるように２枚の基板を貼り合わせて作製される。測定手順は、液晶素子を上下基板に垂直且つ配向処理軸（ラビング軸）を含む面で回転させながら、回転軸と４５°の角度をなす偏光面を持つヘリウム・ネオンレーザー光を回転軸に垂直な方向から照射し、その反対側で入射偏光面と平行な透過軸を持つ偏光板を通してフォトダイオードで透過光強度を測定する。そして、干渉によってできた透過光強度のスペクトルに対し、理論曲線、下式とフィッティングを行うシミュレーションによりプレチルト角αを求めることができる。
【００２３】
【式１１】
2004012543.tif 000003
【００２４】
このようにして、本発明のような非対称なプレチルト角を付与した場合には、高温側の相から冷却し、ＳｍＣ＊相へと相転移した直後の層構造として、斜めブックシェルフが形成されることが容易に予測される。その後、降温過程を経るに連れ層間隔が減少することにより、層は初期の状態から傾いた構造へと変化する。この時、傾いた方向によって２つの層構造の可能性がある。つまりシェブロン構造となった場合には、一般的にはＣ１或いはＣ２配向として表現されるが（図１参照）、初期に斜めブックシェルフを形成しているときには非対称なシェブロン構造が形成される２通りの場合が存在する。この２通りについて、ＡＣ１（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　Ｃｈｅｖｒｏｎ１）及びＡＣ２（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　Ｃｈｅｖｒｏｎ２）と称することとする（図２参照）。なお、斜めブックシェルフ構造を形成している場合、初期に形成される斜めブックシェルフの層傾斜方向にも基板法線に対して時計回りに傾斜するか反時計回りに傾斜するかという２通りが存在する。したがって上記非対称シェブロン構造もそれに対応してＡＣ３、ＡＣ４と合計４通りが発生する可能性がある。ここでは詳細には触れないがこれらＡＣ１・ＡＣ２領域とＡＣ３・ＡＣ４領域の境界にもループ状の欠陥が形成されることが我々の詳細な観測により確認されている。なお以下では簡単のため、ＡＣ１・ＡＣ２のみが存在する配向状態を考える。
【００２５】
このとき反平行ラビングであり上下のプレチルト角が全く同じである場合、上記ＡＣ１，ＡＣ２は均等な確率で発生するはずである。こうしたＡＣ１とＡＣ２がパネル面内でばらつきを持って発生した場合、ＡＣ１とＡＣ２との境界部分では欠陥となる可能性があり、これによるコントラストの低下も懸念されるばかりか、表示特性が面内で不均一となり適正な表示ができなくなってしまう。一方、我々は、上下のプレチルト角を１０度以上と高プレチルト化する事によって均一配向を得ることに成功している。しかしながら例えば一方の基板にアクティブ素子など基板上の構造物による大きな段差が存在している場合、上下両基板に対して高いプレチルトを与えることはプロセス的には必ずしも容易ではない。特に上下の基板間を隔壁材料によって支持する構成の場合においては、一方の基板に素子のセル厚に相当する構造物を形成した後でラビング処理などの一軸配向処理を施す工程が考えられる。ところが、この場合、隔壁材料のある基板側をラビングすることにより一軸配向性を付与すると同時に、高いプレチルト角を基板面内で均一に付与することは量産性に課題が発生すると考えられる。
【００２６】
これに対して本発明の液晶素子では、一方の基板側を高プレチルト化するとともに、もう一方の基板側が低プレチルトになるような非対称プレチルト構成とすることにより、上述した２通りの非対称シェブロンの一方を選択的に形成することによって均一配向を実現できる。これについて以下に説明する。
【００２７】
まず、Ｉｓｏ相あるいはＣｈ相より降温しＳｍＣ＊相に転移した直後においては非対称なプレチルト角を有している場合、斜めブックシェルフ構造が形成される。その後、ＳｍＣ＊相内において層間隔が減少することによって層構造の折れ曲がりを有する構造に変化するのであるが、その際、図２に示したようなＡＣ１とＡＣ２という２つの層構造の場合が存在する。このとき前記非対称なプレチルト角が存在する場合に次のような制約により層構造が決定されると考えられる。
【００２８】
第一の層構造形成過程はＳｍＣ＊相への相転移直下における初期の層構造形成である。このときラビング方向が平行であっても反平行であってもプレチルトが高い方（式Ａで示したα１を有する基板側）にしたがった傾斜方向の斜めブックシェルフ構造が形成される。このとき形成される斜めブックシェルフの基板法線に対する角度は、セル厚方向におけるセル中央部の分子の起き上がり角にならうと過程すると、平行ラビングの場合（α１―α２）／２、反平行ラビングの場合（α１＋α２）／２という値を取ることがモデル上考えられる。
【００２９】
次いで、第二の層構造形成過程はＳｍＣ＊相内において分子間隔が減少して、非対称シェブロン構造が形成される過程である。このときＡＣ１、ＡＣ２を形成する場合について、まずプレチルトが高い基板側（基板Ａ）に着目して考察する。
【００３０】
ＡＣ１とＡＣ２の基板界面近傍の分子と層傾斜角の関係を考えたとき、図３に示すように、一方の状態はプレチルトの起き上がり方向と層傾斜の方向とが一致する（状態１）のに対し、もう一方の状態はプレチルトの起き上がり方向と層傾斜の方向とが逆方向（状態２）になる。これは例えば特登録０２６１２５０３明細書のｐ．７に記載の表面安定化強誘電性液晶素子における表現を用いると、状態１がＣ１に相当し、状態２がＣ２に相当するような基板近傍の配向状態となっている。したがってプレチルト角の設定によって、いずれか一方の層構造の状態を選択することが可能となる。これにより層傾斜方向が統制された均一な配向状態を得ることが可能となる。
【００３１】
ここでいずれの配向状態が選択されるかは、特登録０２６１２５０３明細書に記載の条件と同様に考察すると、プレチルト角をα、分子チルト角をΘ、層傾斜角をδとしたとき、
α≦Θ−δ　・・・　式Ｂ
を満たす場合には状態２を取ることが可能になる。（なお特登録０２６１２５０３明細書中ではΘ−δ＞αと記載されているが、幾何学的な考察から等号を含むことも可能である。）なお、この条件の時には状態１も同時に実現することも可能である。
【００３２】
一方、
α＞Θ−δ　・・・　式Ａ
を満たす場合には、状態２を取ることが不可能になり、この条件の時には状態１のみが実現可能である。したがって一方の基板に対して［式Ａ］を満たすようなプレチルト角設定とする事によって層構造の均一化が可能となる。
【００３３】
次いで、対向するプレチルトが低い側の対向基板側（基板Ｂ）について考察する。この基板Ｂについてはラビング方向がパラレルの場合とアンチパラレルの２通りについて検討する必要がある。
【００３４】
まず第一の形態であるパラレルラビングについて図４を用いて考える。パラレルラビングであった場合、基板Ａのプレチルト角をα１、基板Ｂのプレチルト角をα２とした場合、セル厚方向について中央に存在する分子のチルト角αＭはおよそ、｛（α１−α２）／２｝［度］となる。このときαＭがゼロに近づくほどＳｍＣ＊相への相転移直後に形成される非対称シェブロンが一方向に揃いにくくなるために、上述したループ状の欠陥が発生しやすくなる。したがってα１とα２の差を大きく設定しておいた方がよい。
【００３５】
さらにパラレルラビングであったときに非対称なシェブロン構造を形成し、かつプレチルトが高い基板Ａの有するプレチルト角が前記［式Ａ］を満たす場合には、必然的に特登録０２６１２５０３明細書中の表現におけるＣ１配向状態（基板Ｂ側も上記状態１を示す配向状態）となる。
【００３６】
こうした場合、特開２０００−０１００７６明細書の段落番号［００４２］〜［００４７］に記載されているように駆動電圧が高くなってしまう問題がある。この原因としてＣ１配向におけるシェブロンキンクがセル中央部分に存在することが考えられる。すなわち、本液晶素子は基板界面近傍の分子は一軸配向処理方向に略平行な位置に固定され、バルク部分が印加電圧に応じた分子位置に向かって反転することによって中間調表示可能になっている素子なのであるが、反転しづらいキンク界面が分子反転領域中に存在することによって分子反転のための必要エネルギーが高くなり、駆動電圧の上昇を引き起こしているものと考えられる。
【００３７】
それに対して、本発明で提案する素子のように上下のプレチルト差をおよそ２０度以上と大きく設定することによって、反転しづらいキンク界面を、元々反転することのない基板界面近傍層に押しやることが可能である。これによって駆動電圧の上昇を抑制することが出来る。これについて以下に計算による考察を記載する。
【００３８】
まずセル厚をｔとして、セル厚方向にｓ：ｔ−ｓに内分する点にキンクがあるとする。ＳｍＣ＊相への相転移直後の初期δ形成時に、ある層に着目したときに下基板（例えば基板Ｂ）の層の位置を原点とし、層法線方向にｘ軸をとったとき、その層に対応する上基板（例えば基板Ａ）の層のｘ座標ｘ１は、初期δをδｉｎｉｔとすると
【式１２】
2004012543.tif 000004
となる。
【００３９】
層間隔が減少したとき、キンク位置のｘ座標ｘ２は、（非対称）シェブロンになっており２つの傾斜方向が存在するために２通りの計算方法から求められる。そこで層間隔が減少したあとの層傾斜角δをδｒｔとすると
【式１３】
2004012543.tif 000005
これらより、
【式１４】
2004012543.tif 000006
が得られる。これを図示すると図５となることがわかる。
【００４０】
一方我々が検討に用いている液晶材料では、通常使用温度域において相対層間隔（高温側からスメクチック相に相転移した直後の層間隔を１としたとき、温度減少によって層間隔が変化した後の相対的な層間隔）は少なくとも０．９５以上、多くの場合は０．９６５以上を示す材料であった。したがって、図５より初期δとして１０度以上存在していれば、キンク位置をセル厚方向に２５：７５の位置に押しやることが可能となることがわかる。つまりこのときセル厚方向で中央部から５０％以上の反転層がキンクを有さないことになるために駆動電圧の上昇を抑制することが可能となる。
【００４１】
さて初期δの値に関して、実際の系で厳密に言えば上下基板の表面エネルギー、相転移時の電圧印加、相転移時の上下基板の温度差などがかかわっていると考えられるものの、我々の検討の範囲内では、初期δの値を決める最も大きな要因は、上述したように上下のプレチルト角の差分であった。つまり、例えばＳｍＣ＊相の高温側にＣｈ相が存在する場合に、セル中央部分の傾斜角は上述したように｛（α１−α２）／２｝［度］となり、この角度にほぼしたがって初期δが形成されるものと考えられる。したがって、初期δを１０度以上にするためには上下のプレチルト差を２０度以上に設定すればよいことになる。
【００４２】
以上まとめると、パラレルラビングの場合には一方の基板のプレチルト角を、α＞Θ−δ　・・・　式Ａ
を満たす値に設定し、もう一方のプレチルト角の値との差を２０度以上に設定することによって、均一配向と駆動電圧の低減を同時に実現することが可能となる。
【００４３】
次いで第二の形態であるアンチパラレルラビングについて考える。アンチパラレルラビングであった場合、基板Ａのプレチルト角をα１、基板Ｂのプレチルト角をα２とした場合、セル厚方向について中央に存在する分子のチルト角αＭはおよそ、｛（α１＋α２）／２｝［度］となる。したがってα１が［式Ａ］を満たすべく大きな値になっているために、ＳｍＣ＊相への相転移直後に形成される非対称シェブロンは容易に一方向に揃うものと考えられる。
【００４４】
一方で、対向する基板Ｂのプレチルト角は［式Ｂ］を満たすべく低めに設定しておくことが好ましい。
【００４５】
すなわち基板Ｂにおいても［式Ａ］を満たす値に設定すると、層間隔が減少し層が折れ曲がった場合に図６に示すように、形成される層構造として２通りの可能性がある。図６（ａ）は両界面の要請を満たすためにバルク層に２つのキンクを持つ場合、図６（ｂ）は一方の界面の要請を満足しない場合である。しかしながら図６（ａ）は反転層に二つのキンク界面を有する結果となり、反転のためのエネルギーが極度に上昇し駆動電圧が極端に上昇すると予測される。一方図６（ｂ）は駆動電圧の上昇はさほど無いと考えられるものの、一方の界面において不安定な状態を強いられることとなるために、例えば耐久性などの信頼性に不安要因が発生する懸念がある。
【００４６】
それに対して、基板Ｂにおいて［式Ｂ］を満たす値に設定すると、基板Ｂ近傍では上記状態２を許容することが可能となる。したがって、上述したような信頼性にも不安のない均一な層構造を実現することが可能となる。
【００４７】
さらに一方を高プレチルト、一方を低プレチルトに設定することによって、例えばＴＦＴ液晶素子のように一方の基板が比較的フラットであり、もう一方の基板がアクティブ素子や金属配線などの影響で比較的段差の大きい構成の場合に、段差が大きくプレチルト制御が困難な基板側を低プレチルト、段差が少なくプレチルト制御が容易な基板側を高プレチルト配向にすることによってプロセス負荷を低減し、歩留まり向上を図ることが可能となる。
【００４８】
以上の作用により、上下基板のプレチルト角設定を上記のように設定する素子では、欠陥がなく駆動電圧の上昇も招かない、高信頼・高歩留まりの素子の実現が可能となっている。
【００４９】
〔第１の実施形態〕
本実施の形態に係る液晶素子においては、前述したように上下基板で一軸配向処理方向を平行（つまり、一方の基板に施される一軸配向処理の方向と、他方の基板に施される一軸配向処理の方向とが略同じ方向）とし、上述の［式Ａ］及び［式Ｂ］を満たすような特定の範囲のプレチルト条件とすることにより、配向性を飛躍的に高めることが可能となった。基板は一軸配向処理されており、基板の配向処理方向に液晶分子の安定位置がそろっている。
【００５０】
本実施形態においては、液晶として、カイラルスメクチックＣ液晶であって、高温側から等方性液体相（Ｉｓｏ．）−コレステリック相（Ｃｈ相）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊相）、或いは等方性液体相（Ｉｓｏ．）−カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）の相転移系列を有するカイラルスメクチック液晶を用いる。すなわち本実施形態の液晶は高温側の相からカイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）へ相転移する途中で、ＤＳＣ（示差走査熱量測定：ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｃａｌｏｒｉｍｅｔｅｒ）ではスメクチックＡ相（ＳｍＡ）の存在が確認されなかったものである。当該液晶は、ＳｍＣ＊相への相転移の際に、必要に応じて基板間に正負いずれかのＤＣ電圧を印加することで２つの層方向のうち一方の層方向のみにそろえ、即ち、平均一軸配向処理軸とスメクチック層法線方向のズレ方向が一定となるようにし、電圧無印加の状態で液晶分子を仮想コーンエッジの内側に安定化させ、そのメモリ性を消失させたＳｍＣ＊相の配向状態を得ることができ、電圧無印加時にさらなる単安定状態を呈する液晶素子を得ることができる。
【００５１】
本発明で用いられるカイラルスメクチック液晶としては、ビフェニル骨格やフェニルシクロヘキサンエステル骨格、フェニルピリミジン骨格等を有する炭化水素系液晶材料、ナフタレン系液晶材料、ポリフッ素系液晶材料を適宜選択して調整した液晶組成物を用いることができ、例えば以下に示す化合物（１）〜（４）を用いた液晶組成物が好ましく挙げられる。
【００５２】
【化１】
2004012543.tif 000007
Ｒ１，Ｒ２：炭素原子数が１〜２０である置換基を有していても良い直鎖または分岐状のアルキル基
Ｘ１，Ｘ２：単結合、Ｏ、ＣＯＯ、ＯＯＣ
Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４：ＨまたはＦ
ｎ：０または１
【００５３】
【化２】
2004012543.tif 000008
Ｒ１，Ｒ２：炭素原子数が１〜２０である置換基を有していても良い直鎖または分岐状のアルキル基
Ｘ１，Ｘ２：単結合、Ｏ、ＣＯＯ、ＯＯＣ
Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４：ＨまたはＦ
【００５４】
【化３】
2004012543.tif 000009
Ｒ１，Ｒ２：炭素原子数が１〜２０である置換基を有していても良い直鎖または分岐状のアルキル基
Ｘ１，Ｘ２：単結合、Ｏ、ＣＯＯ、ＯＯＣ
Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４：ＨまたはＦ
【００５５】
【化４】
2004012543.tif 000010
Ｒ１，Ｒ２：炭素原子数が１〜２０である置換基を有していても良い直鎖または分岐状のアルキル基
Ｘ１，Ｘ２：単結合、Ｏ、ＣＯＯ、ＯＯＣ
Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４：ＨまたはＦ
【００５６】
本実施の形態に係る液晶素子の構造を、図７に沿って説明する。図中の符号１１ａ，１１ｂは基板を示し、符号１２ａ，１２ｂは電極を示し、符号１３ａ，１３ｂは絶縁膜を示し、符号１４ａ，１４ｂは配向制御膜を示し、符号１５は液晶を示し、符号１６はスペーサーを示す。
【００５７】
図に示す液晶素子では、透明性の高い材料（例えば、ガラス、プラスチック等）からなる一対の基板１１ａ，１１ｂ間に液晶１５を挟持して構成される。各基板１１ａ，１１ｂには、液晶１５に電圧を印加するためのＩｎ２Ｏ３，ＩＴＯ等の材料からなる電極１２ａ，１２ｂを設けているが、一方の電極１２ｂはドット状の画素電極とし、各画素電極にはＴＦＴやＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ）等のスイッチング素子を接続すると良い。
【００５８】
電極１２ａ，１２ｂ上には、必要に応じてこれらのショートを防止する等の機能を持つＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５等の材料からなる絶縁膜１３ａ，１３ｂがそれぞれ設けられる。
【００５９】
さらに、絶縁膜１３ａ，１３ｂ上には、液晶１５に接し、その配向状態を制御するべく機能する配向制御膜１４ａ，１４ｂが設けられている。かかる配向制御膜１４ａ，１４ｂには一軸配向処理が施されている。かかる膜としては、例えば、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール等の有機材料を溶液塗工した膜の表面にラビング処理を施したもの、或いは、ＳｉＯ等の酸化物、窒化物を基板に対し斜め方向から所定の角度で蒸着した無機材料の斜方蒸着膜を用いることができる。
【００６０】
尚、配向制御膜１４ａ，１４ｂについては、その材料の選択、処理（一軸配向処理等）の条件等により、液晶１５の分子のプレチルト角α（液晶分子の配向制御膜界面付近で膜面に対してなす角度）が調整される。
【００６１】
また、本実施形態では配向制御膜１４ａ，１４ｂの一軸配向処理方向（特にラビング方向）を平行とする。尚、一軸配向処理方向をクロスさせる場合は交差角が４５°以下となるようにする。
【００６２】
基板１１ａ及び１１ｂはスペーサー１６を介して対向している。かかるスペーサー１６は、基板１１ａ，１１ｂの間の距離（セルギャップ）を決定するものであり、シリカビーズ等が用いられる。ここで決定されるセルギャップについては、液晶材料の違いによって最適範囲及び上限値が異なるが、均一な一軸配向性、また電圧無印加時に液晶分子の平均分子軸をほぼ配向処理軸の平均方向の軸と実質的に同一にする配向状態を発現させるべく、０．３〜１０μｍの範囲に設定することが好ましい。さらに、このセルギャップの値は、所望のリタデーション量となるように、適宜調整して設定することが好ましい。
【００６３】
スペーサー１６に加えて、基板１１ａ及び１１ｂ間の接着性を向上させ、液晶の耐衝撃性を向上させるべく、エポキシ樹脂等の樹脂材料等からなる接着粒子を分散配置することもできる（図示せず）。
【００６４】
本実施の形態に係る液晶素子では、液晶１５の材料の組成を調整し、さらに液晶材料の処理や素子構成、例えば配向制御膜１４ａ，１４ｂの材料、処理条件等を適宜設定することにより、
・　電圧無印加時には、液晶の平均分子軸（液晶分子）が単安定化された配向状態（第一の状態）を示し、
・　第一の極性の電圧印加時には、該液晶の平均分子軸が印加電圧の大きさに応じた角度で連続的に上記第一の状態の位置から一方の側にチルトし、
・　該第一の極性とは逆極性の第二の極性の電圧印加時には、液晶の平均分子軸が印加電圧の大きさに応じた角度で上記第一の状態の位置から第一の極性の電圧印加時とは逆側にチルトする
特性を示すようにすることが好ましい。つまり、中間調表示が良好に行える液晶素子を提供できる。
【００６５】
ここで、上記第一の極性の電圧印加時における最大チルト角をβ１とし、上記第二の極性の電圧印加時における最大チルト角をβ２とした場合に、β１＞β２となるように、さらに好ましくはβ１≧５×β２となるように調整することが望ましい。
【００６６】
液晶のバルク状態でのらせんピッチがセル厚の２倍より長くすると良い。
【００６７】
本実施形態の液晶素子には、基板１１ａ，１１ｂの一方に少なくともＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の着色部を備えたカラーフィルターを設け、カラー液晶素子とすることもできる。また、光源としてＲ、Ｇ、Ｂの光源を順次切り替えることで時分割による混色を利用してフルカラー表示させる方法（いわゆるフィールドシーケンシャル方法）を用いることもできる。
【００６８】
また、図７に示した液晶素子は光透過型の液晶素子であり、通常は、両基板１１ａ，１１ｂの外側に偏光板（図示しない）を設けて、一方の基板側からの入射光（例えば外部光源による光）を変調した上で他方側に出射させるタイプの素子であるが、反射型としても良い（つまり、基板１１ａ，１１ｂのいずれか一方の側に反射板を設けるか、或いは一方の基板自体または基板上に設ける部材として反射性の材料を用い、他方の基板の外側に偏光板を設けて、入射光及び反射光を変調するようにしても良い）。
【００６９】
階調信号を供給する駆動回路を上述した液晶素子に接続して液晶装置を構成し、電圧の印加により液晶の平均分子軸の単安定位置からの連続的なチルト角度の変化、及び素子からの出射光量が連続的に変化する特性を利用し、階調表示を行う液晶表示装置を構成することができる。例えば、液晶素子の一方の基板として前述したようなＴＦＴ等を備えたアクティブマトリクス基板を用い、駆動回路で振幅変調によるアクティブマトリクス駆動を行うことでアナログ階調表示が可能となる。
【００７０】
図８乃至図１０に示すようなアクティブマトリクス型液晶素子としても良い。ここで、図８は、アクティブマトリクス型液晶素子の構造を示す回路図であり、図９は、アクティブマトリクス型液晶素子の構造を示す断面図であり、図１０は、その等価回路図である。
【００７１】
図８中の符号２０はパネル部を示し、符号２１は走査信号ドライバを示し、符号２２は情報信号ドライバを示す。また、符号Ｓ１〜Ｓ５は情報信号線（ソース線）を示し、符号２４はＴＦＴを示し、符号Ｇ１〜Ｇ５は走査信号線（ゲート線）を示し、符号１２ｂは画素電極を示す。
【００７２】
この液晶素子では、駆動手段である走査信号ドライバ２１に接続された走査信号線（ゲート線）Ｇ１〜Ｇ５と、駆動手段である情報信号ドライバ２２に接続された情報信号線（ソース線）Ｓ１〜Ｓ５とは、互いに絶縁された状態で直交するように設けられており、その各交点の画素に対応してスイッチング素子に相当する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２４及び画素電極１２ｂが設けられている（同図では簡略化のため５×５画素の領域のみを示す）。
【００７３】
走査信号線Ｇ１〜Ｇ５は、ＴＦＴ２４のゲート電極（図９の符号３２参照）に接続され、情報信号線Ｓ１〜Ｓ５はＴＦＴ２４のソース電極（図９の符号３７参照）に接続されており、画素電極１２ｂはＴＦＴ２４のドレイン電極（図９の符号３８参照）に接続されている。
【００７４】
かかる構成において、走査信号ドライバ２１により走査信号線Ｇ１、Ｇ２、…が線順次に走査選択されてゲート電圧が供給され、この走査信号線の走査選択に同期して情報信号ドライバ２２から各画素に書き込む情報に応じた情報信号電圧が情報信号線Ｓ１〜Ｓ５に供給され、ＴＦＴ２４を介して各画素電極１２ｂに印加される。
【００７５】
なお、ＴＦＴ２４は、図９に示すように、ゲート絶縁膜３３やａ−Ｓｉ層３４やｎ＋ａ−Ｓｉ層３５，３６やチャネル保護膜３９等によって構成されている。また、図中の符号４０は保持容量電極を示す。つまり、ＴＦＴ２４はガラス等からなる基板１１ｂ上に形成され、ゲート電極３２上に窒化シリコン（ＳｉＮｘ）等の材料からなる絶縁膜（ゲート絶縁膜）３３を介してａ−Ｓｉ層３４が設けられており、該ａ−Ｓｉ層３４上にそれぞれｎ＋ａ−Ｓｉ層３５，３６を介してソース電極３７、ドレイン電極３８が互いに離間して設けられている。また、ＴＦＴ２４におけるａ−Ｓｉ層３４上をチャネル保護膜３９が被覆している。
【００７６】
図９の構成においては、ＴＦＴ２４及び画素電極１２ｂを備えるアクティブマトリクス基板１１ｂと、共通電極１２ａを備えた対向基板１１ａ間に、液晶１５が挟持され、液晶容量Ｃｌｃが構成されている。また、ゲート絶縁膜３３を挟んで相対向するように画素電極１２ｂと保持容量電極４０とが配置されて保持容量Ｃｓが形成されている。
【００７７】
ＴＦＴ２４及び画素電極１２ｂ上には液晶の配向状態を制御するための配向制御膜１３ｂが設けられている。
【００７８】
一方、対向基板１１ａには、全面同様の厚みで共通電極１２ａ及び液晶の配向状態を制御するための配向制御膜１３ａが積層されている。
【００７９】
尚、図９のセル構造は、互いに偏光軸が直交した関係にある一対の偏光板（図示しない）間に挟持され、透過型液晶素子として用いられる。
【００８０】
また、アクティブマトリクス基板としては、多結晶Ｓｉ（ｐ−Ｓｉ）ＴＦＴを備えた基板を用いることもできる。
【００８１】
次に、図８乃至図９に示すアクティブマトリクス型液晶素子の駆動方法について図１０に沿って説明する。
【００８２】
アクティブマトリクス型液晶素子を駆動する場合、例えば１画素においてある情報を表示するための期間（１フレーム）を複数のフィールド（図１１の１Ｆ及び２Ｆ）に分割し、これら２フィールドにおいて平均的に所定の情報に応じた透過光量を得るようにする。以下では、第一の極性の電圧印加時には十分な透過光強度を示し、逆極性の電圧印加時には小さい透過光強度を示す液晶（第一の極性の電圧印加時における最大チルト角をβ１とし、上記第二の極性の電圧印加時における最大チルト角をβ２とした場合に、β１＞β２となる液晶）を用いた場合について説明する。
【００８３】
図１１（ａ）は、１画素に着目した際に、当該画素に接続された走査信号線Ｇｉに印加される電圧を示す。このタイプの液晶素子では、走査信号線Ｇ１，Ｇ２…が各フィールド毎に線順次で選択され、１走査信号線には選択期間Ｔｏｎにおいて所定のゲート電圧Ｖｇが印加され、ゲート電極３２に電圧Ｖｇが加わり、ＴＦＴ２４がオン状態となる。他の走査信号線が選択されている期間に相当する非選択期間Ｔｏｆｆにはゲート電極３２に電圧が加わらず、ＴＦＴ２４は高抵抗状態（オフ状態）となり、Ｔｏｎ毎に所定の同一の走査信号線が選択されてゲート電極３２にゲート電圧Ｖｇが印加される。
【００８４】
図１１（ｂ）は、当該画素に接続された情報信号線Ｓｊに印加される電圧を示す。この情報信号線Ｓｊには、ゲート電圧Ｖｇの印加に同期するように各フィールドの選択期間Ｔｏｎに所定のソース電圧（情報信号電圧）Ｖｓ（基準電位を共通電極１２ａの電位Ｖｃとする）が印加される。
【００８５】
ここで、１フレームを構成する第一のフィールド（１Ｆ）では、当該画素に書き込まれる情報、例えば用いる液晶に応じた電圧−透過率特性を基に当該画素で得ようとする光学状態または表示情報（透過率）に応じたレベルＶｘの正極性のソース電圧が印加される。この時、ＴＦＴ２４がオン状態であるため、上記ソース電極３７に印加される電圧Ｖｘがドレイン電極３８を介して画素電極１２ｂに印加され、液晶容量Ｃｌｃ及び保持容量Ｃｓに充電がなされ、画素電極１２ｂの電位がソース電圧Ｖｘになる。続いて、当該画素に接続された走査信号線の非選択期間ＴｏｆｆにおいてＴＦＴ２４は高抵抗（オフ状態）となるため、この非選択期間には、では選択期間Ｔｏｎで充電された電荷が蓄積された状態を維持し、電圧Ｖｘが保持される。そして、当該画素の液晶部分ではこの電圧値に応じた光学状態（透過光量）が得られる。この時、液晶の応答速度がＴｏｎより遅い場合、液晶容量Ｃｌｃ及び保持容量Ｃｓに充電が完了し、ゲートがオフされた非選択期間にもスイッチングが行われる。このような場合は、自発分極の反転によって充電された電荷が相殺されて、液晶に印加される電圧が図１１（ｃ）のようにＶｘよりＶｄ小さいＶｘ’という値をとる。
【００８６】
次に、第二のフィールド（２Ｆ）の選択期間Ｔｏｎでは、第一のフィールド１Ｆとは極性が逆で実質的に同様の電圧値Ｖｘを有するソース電圧（−Ｖｘ）がソース電極３７に印加される。この時、ＴＦＴ２４がオン状態であり、画素電極１２ｂに電圧−Ｖｘが印加されて、液晶容量Ｃｌｃ及び保持容量Ｃｓに充電がなされ、画素電極１２ｂの電位がソース電圧−Ｖｘになる。続いて、非選択期間Ｔｏｆｆにおいて、ＴＦＴ２４は高抵抗（オフ状態）となるため、この非選択期間には、液晶容量Ｃｌｃ及び保持容量Ｃｓでは選択期間Ｔｏｎで充電された電荷が蓄積された状態を維持し、電圧−Ｖｘが保持される。そして、当該画素における液晶１５に第二のフィールド２Ｆ期間を通して電圧−Ｖｘが印加され、当該画素ではこの電圧値に応じた光学状態（透過光量）が得られる。この時も同様に液晶の応答速度がＴｏｎよりも遅い場合、液晶容量Ｃｌｃ及び保持容量Ｃｓに充電が完了し、ゲートがオフされた非選択期間にもスイッチングが行われるため、自発分極の反転によって充電された電荷が相殺されて、液晶に印加される電圧が図１１（ｃ）のように−Ｖｘより絶対値がＶｄ小さい−Ｖｘ’という値をとる。
【００８７】
図１１（ｃ）は上述したような当該画素の液晶容量Ｃｌｃ及び保持容量Ｃｓに実際に保持され液晶に印加される電圧値Ｖｐｉｘを、図１１（ｄ）は当該画素での液晶実際の光学応答を透過光量（％）で最暗状態を０％として模式的に示す。図１１（ｃ）に示すように、２フィールド１Ｆ及び２Ｆを通じて印加電圧は互いに極性が反転しただけの同一レベル（絶対値）Ｖｘ’である。一方（ｄ）に示すように、第一フィールド１Ｆでは、Ｖｘ’に応じた階調表示状態（透過光量）が得られ、第二フィールド２Ｆでは、−Ｖｘ’に応じた階調表示状態が得られるが、β１＞β２であるため、実際にはわずかな透過光量の変化しか得られず、透過光量はＴｘより小さく、０レベルに近いＴｙとなる。
【００８８】
上述したようなアクティブマトリクス駆動では、カイラルスメクチック液晶を用いて良好な高速応答性に基づいた階調表示が可能となると同時に、１画素であるレベルの階調表示を、高い透過光量を得る第一フィールドと低い透過光量を得る第二フィールドに分割して連続的に行うため、時間開口率が５０％以下となり、人間の目の感じる動画高速応答特性も良好になる。当該効果を得る上で、先に示したβ１とβ２との関係は、β１≧５×β２であることが好ましい。
【００８９】
また、第二フィールドにおいては液晶分子の若干のスイッチング動作により完全に透過光量が０にはならないので、フレーム期間全体での人間の目に感じる輝度は確保される。さらに、第一及び第二フィールドで同様のレベルの電圧が極性反転して液晶１５に印加され得るため、液晶１５に実際に印加される電圧が交流化され液晶の劣化が防止される。なおこのとき第二フィールドでの透過光量が実質的にゼロであってもよい。
【００９０】
上記のアクティブマトリクス駆動では、２フィールドからなる１フレーム全体では、ＴｘとＴｙを平均した透過光量が得られる。このため、ソース電圧Ｖｓについては、実際に当該フレームで当該画素で得ようとする画像情報（階調情報）に応じて、所定のレベルだけ大きな透過光量を得ることができる電圧値を選択して印加することで、第一フィールド１Ｆにおいて、所望の階調状態より高いレベルの透過光量での階調状態を表示することも好ましい。
【００９１】
尚、上記駆動法を応用し、本実施形態の液晶素子とＲＧＢ各色光源と組み合わせた液晶表示装置も提供できる。そしてそのような液晶表示装置を用い、必要に応じてカラーフィルターを使用せずに時分割による混色を利用してフルカラー表示させる方法を用いることも可能である。
【００９２】
〔第２の実施形態〕
本実施の形態に係る液晶素子においては、前述したように上下基板で一軸配向処理方向を反平行（つまり、一方の基板に施された一軸配向処理の方向と、他方の基板に施された一軸配向処理の方向とが逆方向）とし、上述の［式Ｃ］及び［式Ｄ］を満たすような特定の範囲のプレチルト条件とすることを特徴とする。尚、その他の点については第１の実施形態と同じである。本実施の形態によれば、パネル面内ムラの解消と高コントラスト比とを両立させることが可能となった。
【００９３】
次に、本実施の形態の効果について説明する。
【００９４】
本実施の形態によれば、高速応答性を備えた液晶素子において、配向欠陥が無く（つまり、異なる配向領域が無く）広視野角とムラのない均一なスイッチング特性が実現され、優れた階調表示が可能となる。
【００９５】
そして、電圧無印加時に単安定化され、電圧印加時には電圧値（正負は無関係）に応じて透過率Ｔが連続的に変化（増加）するしきい値のないＶ−Ｔ特性を示すことができる。
【００９６】
【実施例】
以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。
【００９７】
（実施例１）
〔液晶組成物の調整〕
下記液晶性化合物を混合して液晶組成物ＬＣ−１を調整した。構造式に併記した数値は混合の際の重量比率である。
【００９８】
【化５】
2004012543.tif 000011
【００９９】
上記液晶組成物ＬＣ−１の物性パラメータを以下に示す。
相転移温度（℃）：Ｉｓｏ．→８７．４→Ｃｈ→６４．２→ＳｍＣ＊→−６．７→Ｃｒｙ
自発分極（３０℃）：Ｐｓ＝５．２ｎＣ／ｃｍ２
チルト角（３０℃）：Θ＝２８．１°（１００Ｈｚ、±１２．５Ｖ、セルギャップ＝１．４μｍ）
ＳｍＣ＊相でのらせんピッチ（３０℃）：２０μｍ以上
なお、層間隔の温度依存性について図１２に示す。この図では、相転移時の最初に形成される層間隔を１とした相対値として表している。
【０１００】
尚、液晶組成物の各物性パラメータの測定方法は以下の通りである。
【０１０１】
〔自発分極の測定方法〕
自発分極は、Ｋ．ミヤサト他「三角波による強誘電性液晶の自発分極の直接測定方法」（日本応用物理学会誌、２２，１０号（６６１）１９８３，”Ｄｉｒｅｃｔ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｗｉｔｈ　Ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ　Ｗａｖｅｓ　ｆｏｒ　Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ”，ａｓ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｂｙ　Ｋ．Ｍｉｙａｓａｔｏ　ｅｔ　ａｌ．（Ｊａｐ．Ｊ．ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２２．Ｎｏ．１０，Ｌ６６１（１９８３）））によって測定した。
【０１０２】
〔チルト角Θの測定〕
±１２．５〜±５０Ｖ、１〜１００ＨｚのＡＣ（交流）を液晶素子の上下基板間に電極を介して印加しながら、直交ニコル下、その間に配置された液晶素子を偏光板と平行に回転させると同時に、フォトマル（浜松フォトニクス社製）で光学応答を検知しながら、第１の消光位（透過率が最も低くなる位置）及び第２の消光位を求める。そしてこの時の第１の消光位から第２の消光位までの角度の１／２をチルト角Θとする。
【０１０３】
〔液晶層の層間隔の測定〕
液晶の層間隔は、バルク液晶を試料ガラス上に塗り、通常の粉末Ｘ線回折と同様に２θ／θｓｃａｎを行って求めた。
【０１０４】
〔液晶層の傾斜角δの測定〕
基本的には、クラークやラガーウォルによって行われた方法（Ｊａｐａｎ　Ｄｉｓｐｌａｙ’８６，Ｓｅｐ．３０〜Ｏｃｔ．２，１９８６，４５６〜４５８）、或いは、大内らの方法（Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．２７（５）（１９８８）７２５〜７２８）と同様の方法により測定した。測定装置は、回転陰極方式Ｘ線回折装置（ＭＡＣサイセンス社製）を用い、液晶セルのガラス基板へのＸ線の吸収を低減させるため、基板にはコーニング社製のマイクロシート（８０μｍ）を用いた。
【０１０５】
〔液晶パネルの作製〕
本実施例では、下表に示す６種類の液晶パネルを作製した。
【０１０６】
【表１】
2004012543.tif 000012
厚さ１．１ｍｍのガラス基板に透明電極（厚さ７００ÅのＩＴＯ膜）を形成し、その上には配向膜を形成した。その配向膜は、
・　市販のＴＦＴ用配向膜（ＪＳＲ社製「ＪＡＬＳ２０２２−Ｒ１」）をスピンコート法により塗布し、
・　８０℃で５分間の前乾燥を行った後、２００℃で１時間加熱焼成を行う、
ことによって形成した。なお、配向膜の厚さは、スピン回転数や、ＪＳＲ社製ＪＡＬＳ２０２２専用希釈材ＡＣＴ−６５１を使用し固形分濃度を適宜希釈して塗布すること等によって調整した。
【０１０７】
続いて、当該基板上のポリイミド膜に対して、一軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理を施した。ラビング処理の条件は、直径１０ｃｍのロールにナイロン布（帝人社製「ＮＦ−７７」）を貼り合わせたラビングロールを用い、押し込み量０．３ｍｍ、送り速度１０ｃｍ／ｓｅｃ、回転数１０００ｒｐｍ、送り回数４回とした。
【０１０８】
続いて、一方の基板上にスペーサーとして、平均粒径１．５μｍのシリカビーズを散布し、各基板のラビング処理方向が互いに平行になるように貼り合わせ、均一なセルギャップのセルを得た（上述したＡ〜Ｆの６種類のセルを得た）。
【０１０９】
次に、液晶組成物ＬＣ−１をＣｈ相の温度で基板間隙に注入し、液晶がカイラルスメクチック液晶相を示す温度まで冷却し（冷却速度１℃／ｍｉｎ）、この冷却の際、Ｃｈ−ＳｍＣ＊相転移前後（Ｃｈ−ＳｍＣ＊相転移温度±２℃の範囲）において、−２Ｖのオフセット電圧（直流電圧）を印加した。これにより、上記Ａ〜Ｆの液晶パネルを得た。
【０１１０】
なお、室温下における層傾斜角δの値はそれぞれ以下の通りとなった。
【０１１１】
【表２】
2004012543.tif 000013
〔プレチルト角の測定〕
【０１１２】
【表３】
2004012543.tif 000014
【０１１３】
プレチルト角の測定用として、上記（１）〜（３）のような配向膜厚の３種類の液晶パネルを上述と同様の方法により作製した。なお、シリカビーズの平均粒径は９μｍとし、各基板のラビング処理方向は互いに反平行になるようにした。また、液晶組成物ＬＣ−１を注入し、６２℃（Ｃｈ相）に昇温し、前記したクリスタルローテーション法にてプレチルト角αを測定した。その結果、プレチルト角は以下の通りであった。
【０１１４】
【表４】
2004012543.tif 000015
次に、上述した６種類の液晶パネルＡ〜Ｆについて下記評価を行った。
【０１１５】
（１）配向状態
パネルＡ〜Ｆの液晶の配向状態について偏光顕微鏡観察を行った。室温（３０℃）での観測結果を以下に記す。
【０１１６】
【表５】
2004012543.tif 000016
パネルＡ以外は、ほとんど欠陥が無かった。
【０１１７】
（２）矩形波印加による光学応答
偏光顕微鏡を用いて、液晶パネルＡ〜Ｆの電圧透過率特性を測定した。具体的には、偏光板を平行ニコルとして液晶パネルを等方相温度に昇温したときの透過光強度を１００％としたとき、６０Ｈｚの矩形波を印加したときに透過率が４０％になる時の電圧値を測定した。その結果を以下に記す。
【０１１８】
【表６】
2004012543.tif 000017
【０１１９】
以上のように、対称なプレチルトを有するパネル（パネルＡ，Ｄ，Ｆ）では駆動電圧がかなり高くなってしまうことがわかる。一方、非対称性を付与することによって駆動電圧が減少するという効果が得られている。さらに上下のプレチルトの非対称性を大きくすることで４０％透過率を得るための駆動電圧を大幅に低減することが可能となった（パネルＣ参照）。なお、４０％透過率以外の他のレベルの透過率を得るための駆動電圧についても同様の傾向であることが確認できた。
【０１２０】
またこのときの分子反転の様子を顕微鏡にて観測した。その観測した結果によると、パネルＡ、Ｄ、Ｆについては０Ｖにおける黒状態から徐々に電圧を上げていき白状態へと分子が反転する際に、ごく低電圧側では全体の輝度が連続的に上昇していくものの、ある中間調電圧以降は非常にはっきりしたドメインが発生し、ドメインの面積が増加することによって全体の輝度が上昇するという反転の様子を示していた。次に、パネルＢ、ＥについてはパネルＡ，Ｄ，Ｆほどは明瞭ではないもののドメイン反転の様子が確認された。最後にパネルＣは、観測した限りにおいてはドメインの発生の形跡は見られず、全電圧域において連続した輝度変化が観測された。なお、このドメインの様子は飽和電圧側から０Ｖに向かって電圧を降下させる降電圧側の測定においても同様の様子が観測された。
【０１２１】
また、本実験で用いた液晶パネルは全て負極性の電圧に対しても同じ絶対値の正極性電圧印加の場合の１／１０程度の光学応答が確認され、正負の電圧に対する光学応答の平均値は前状態には依存せず安定した中間調が得られることが確認できた。
【０１２２】
（実施例２）
〔液晶パネルの作製〕
本実施例では、下表に示す６種類の液晶パネルを作製した。
【０１２３】
【表７】
2004012543.tif 000018
【０１２４】
ガラス基板や透明電極や配向膜の形成方法、並びにシリカビーズの平均粒径は実施例１と同じとしたが、基板貼り合わせに際しては、各基板のラビング処理方向が互いに反平行になるようにした。
【０１２５】
次に、液晶組成物ＬＣ−１をＣｈ相の温度で基板間隙に注入し、液晶がカイラルスメクチック液晶相を示す温度まで冷却し（冷却速度１℃／ｍｉｎ）、この冷却の際、Ｃｈ−ＳｍＣ＊相転移前後（Ｃｈ−ＳｍＣ＊相転移温度±２℃の範囲）において、−２Ｖのオフセット電圧（直流電圧）を印加した。これにより、上記Ｇ〜Ｌの液晶パネルを得た。
【０１２６】
なお、室温下における層傾斜角δの値はそれぞれ以下の通りとなった。
【０１２７】
【表８】
2004012543.tif 000019
次に、上述した６種類の液晶パネルＧ〜Ｌについて下記評価を行った。
【０１２８】
（１）配向状態
パネルＧ〜Ｌの液晶の配向状態について偏光顕微鏡観察を行った。室温（３０℃）での観測結果を以下に記す。
【０１２９】
【表９】
2004012543.tif 000020
パネルＧ以外は、ほとんど欠陥が無かった。
【０１３０】
（２）矩形波印加による光学応答
偏光顕微鏡を用いて、液晶パネルＧ〜Ｌの電圧透過率特性を測定した。具体的には、偏光板を平行ニコルとして液晶パネルを等方相温度に昇温したときの透過光強度を１００％としたとき、６０Ｈｚの矩形波を印加したときに透過率が４０％になる時の電圧値を測定した。その結果を以下に記す。
【０１３１】
【表１０】
2004012543.tif 000021
【０１３２】
以上のように、ストライプテクスチャーの発生しているパネル（パネルＧ，Ｈ）では駆動電圧は若干高めではあるものの、全てのパネルにおいてほぼ等しく、低電圧駆動が可能であることが確認できた。なお、４０％透過率以外の他のレベルの透過率を得るための駆動電圧についても同様の傾向であることが確認できた。
【０１３３】
またこのときの分子反転の様子を顕微鏡にて観測した。その観測した結果によると、Ｇ，Ｈについては０Ｖにおける黒状態から徐々に電圧を上げていき白状態へと分子が反転する際に、微小ドメインを伴った反転挙動を示していた。次に、パネルＩ〜Ｌについては、観測した限りにおいてはドメインの発生の形跡は見られず、全電圧域において連続した輝度変化が観測された。なお、このドメインの様子は飽和電圧側から０Ｖに向かって電圧を降下させる降電圧側の測定においても同様の様子が観測された。
【０１３４】
また、本実験で用いた液晶パネルは全て負極性の電圧に対しても同じ絶対値の正極性電圧印加の場合の１／１０程度の光学応答が確認され、正負の電圧に対する光学応答の平均値は前状態には依存せず安定した中間調が得られることが確認できた。
【０１３５】
また、本実験で用いた液晶パネルは全て負極性の電圧に対しても同じ絶対値の正極性電圧印加の場合の１／１０程度の光学応答が確認され、正負の電圧に対する光学応答の平均値は前状態には依存せず安定した中間調が得られることが確認できた。
【０１３６】
（３）駆動耐久実験
液晶パネルＧ〜Ｌについて、駆動耐久実験を行った。同じ条件の液晶パネルを２枚用意し、全く同一の特性を示すことを確認した上で一方のパネル（パネル１）を室温下にて５Ｖ、６０Ｈｚの連続駆動（駆動耐久）を１時間行った。また、他方のパネル（パネル２）はそのまま駆動せずに上下電極をショートさせたままにしておいた。そして、パネル１の駆動耐久終了後にパネル１とパネル２に同一条件の電圧を印加して、電圧透過率特性の差があればそのパネルは焼き付いたと判断し、差がなければそのパネルは焼き付かなかったものと判断した。結果を以下に記す。
【０１３７】
【表１１】
2004012543.tif 000022
以上より、パネルＩの特性が良好であることが確認された。
【０１３８】
（実施例３）
〔液晶パネルの作製〕
本実施例では、下表に示す９種類の液晶パネルを作製した。
【０１３９】
【表１２】
2004012543.tif 000023
【０１４０】
ガラス基板や透明電極や配向膜の形成方法は実施例２と同じとしたが、一方の基板（アクティブ側基板）の電極には図９に示すようにａ　−ＳｉＴＦＴを接続し、他方の基板（カラーフィルター側基板）にはカラーフィルターを配置した。なお、ＴＦＴにおけるストレージキャパシタンス（ＣＳ）は夫々の液晶の容量（ＣＬＣ）と等しくなるように設定した。また、画面サイズは１０．４インチとし、画素数は８００×６００×ＲＧＢとした。さらに、一軸配向処理方向はゲート線と平行になるようにし、反平行ラビングとした。このアクティブ基板側には、ゲート及びソース配線やトランジスタ素子などによる段差がいたるところに存在し、その段差の最大値は８０００Åであった。一方、カラーフィルター側基板における段差の最大値は５００Åであった。
【０１４１】
次に、液晶組成物ＬＣ−１をＣｈ相の温度で基板間隙に注入し、液晶がカイラルスメクチック液晶相を示す温度まで冷却し（冷却速度１℃／ｍｉｎ）、この冷却の際、Ｃｈ−ＳｍＣ＊相転移前後（Ｃｈ−ＳｍＣ＊相転移温度±２℃の範囲）において、−２Ｖのオフセット電圧（直流電圧）を印加した。これにより、上記Ｍ〜Ｕの液晶パネルを得た。
【０１４２】
次に、上述した９種類の液晶パネルＭ〜Ｕについて下記評価を行った。
【０１４３】
（１）配向状態
パネルＭ〜Ｕの液晶の配向状態について偏光顕微鏡観察を行った。室温（３０℃）での観測結果を以下に記す。
【０１４４】
【表１３】
2004012543.tif 000024
【０１４５】
（２）コントラストの測定
パネルＭ〜Ｕについて、トプコン社製ＢＭ７を用いてコントラストを測定した。このとき白を表示させるために、ソース電圧を７Ｖとした。その結果を以下に記す。
【０１４６】
【表１４】
2004012543.tif 000025
【０１４７】
ストライプテクスチャーが発生しない条件でパネルを作製した場合には、いずれの場合もコントラストが２００以上を実現できており、実用上十分高い値が得られることが確認できた。
【０１４８】
またこのときの階調表示の様子を目視にて観測した。その目視観測した結果によると、パネルＭ、Ｐ、Ｓでは全中間調状態において全面均一にスイッチングしていたものの、Ｎ、Ｏ，Ｑ，Ｒ，Ｔ，Ｕは若干パネル面内でしきい値ムラが存在していた。
【０１４９】
つまり、段差の大きいアクティブ基板側における高いプレチルトの制御が厳密にされておらず、それが駆動電圧の微妙な差になってしまい、中間調状態しようとしたときにムラの原因になったことが考えられる。
【０１５０】
次いで、視野角特性について観測した。その結果、パネルＲ，Ｔ，Ｕは相対的に視野角特性が悪かった。一方、それ以外のパネルについては、実用上十分な視野角特性が得られることが確認できた。
【０１５１】
以上、総合特性を満たすパネルとしてパネルＳの条件が適当であるという結果が得られた。
【０１５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、高速応答性を備えた液晶素子において、配向欠陥が無く（つまり、異なる配向領域が無く）広視野角とムラのない均一なスイッチング特性が実現され、優れた階調表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ブックシェルフ構造から２種類のシェブロン構造ができることを示す模式図。
【図２】斜めブックシェルフ構造から２種類の非対称シェブロン構造ができることを示す模式図。
【図３】基板界面近傍の液晶分子とスメクチック層の関係を表した模式図。
【図４】パラレルラビングの場合の液晶分子の傾斜角の様子と、形成される層構造の様子を表した模式図。
【図５】シェブロンキンクの位置を計算した結果をグラフ化した図。
【図６】両基板が高プレチルトである場合の層傾斜角の様子を表した模式図。
【図７】本発明に係る液晶素子の構造の一例を示す断面図。
【図８】アクティブマトリクス型液晶素子の構造を示す回路図。
【図９】アクティブマトリクス型液晶素子の構造を示す断面図。
【図１０】図８及び図９の等価回路図。
【図１１】液晶素子の駆動方法の一例を示すタイミングチャート図。
【図１２】液晶の層間隔の温度依存性を表す図。
【符号の説明】
１１ａ，１１ｂ　基板
１２ａ，１２ｂ　電極
１３ａ，１３ｂ　絶縁膜
１４ａ，１４ｂ　配向制御膜
１５　　　　　　液晶
１６　　　　　　スペーサー
２０　　　　　　パネル部
２１　　　　　　走査信号ドライバ
２２　　　　　　情報信号ドライバ
２４　　　　　　ＴＦＴ
３２　　　　　　ゲート電極
３３　　　　　　ゲート絶縁膜
３４　　　　　　ａ−Ｓｉ層
３５，３６　　　ｎ＋ａ−Ｓｉ層
３７　　　　　　ソース電極
３８　　　　　　ドレイン電極
３９　　　　　　チャネル保護膜
４０　　　　　　保持容量電極
【図１】
2004012543.tif 000026
【図２】
2004012543.tif 000027
【図３】
2004012543.tif 000028
【図４】
2004012543.tif 000029
【図５】
2004012543.tif 000030
【図６】
2004012543.tif 000031
【図７】
2004012543.tif 000032
【図８】
2004012543.tif 000033
【図９】
2004012543.tif 000034
【図１０】
2004012543.tif 000035
【図１１】
2004012543.tif 000036
【図１２】
2004012543.tif 000037