(57)【要約】少なくとも一対の基板と、  該一対の基板の間に配置された液晶材料、を含む液晶素子であって；該液晶材料中の初期分子配向が、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、外部印加電圧の不存在下で、一対の基板に対して垂直な自発分極を殆ど示さない液晶素子。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の基板と、
該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；
該液晶材料中の初期分子配向が、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、外部印加電圧の不存在（absence）下で、一対の基板に対して垂直な自発分極を殆ど示さない液晶素子。
【請求項２】
前記液晶材料が、強誘電性液晶材料である請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３】
前記液晶材料に対する液晶分子配向処理が、ラビングにより行われる請求項１に記載の液晶素子。
【請求項４】
前記液晶材料に対する液晶分子配向処理が、低表面プレチルト角を与える液晶分子配向膜と関連づけて（in conjunction with）行われる請求項３に記載の液晶素子。
【請求項５】
前記低表面プレチルト角が、１．５°以下である請求項４に記載の液晶素子。
【請求項６】
前記液晶材料が、強誘電性液晶相においてブックシェルフ層構造または擬似ブックシェルフ構造を示す請求項２に記載の液晶素子。
【請求項７】
前記強誘電性液晶相におけるヘリカルピッチが、液晶素子のパネルギャップよりも１．２倍以上大きい請求項６に記載の液晶素子。
【請求項８】
一対の基板と、
一対の基板の間に配置された液晶材料と、
該一対の基板の外側に配置された一対の偏光フィルムとを少なくとも含む液晶素子であって；
該一対の偏光フィルムの一つは、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な初期分子配向を有し、
一対の偏光フィルムの他方は、液晶材料に対する配向処理方向に垂直な偏光吸収方向を有し、且つ
該液晶素子が、外部印加電圧の不存在下で消光角を示す液晶素子。
【請求項９】
前記液晶材料が、強誘電性液晶材料である請求項８に記載の液晶素子。
【請求項１０】
前記液晶材料に対する液晶分子配向処理が、ラビングにより行われる請求項８に記載の液晶素子。
【請求項１１】
前記液晶材料に対する液晶分子配向処理が、低表面プレチルト角を与える液晶分子配向膜と関連づけて行われる請求項１０に記載の液晶素子。
【請求項１２】
低表面プレチルト角が、１．５°以下である請求項１１に記載の液晶素子。
【請求項１３】
前記液晶材料が、強誘電性液晶相においてブックシェルフ層構造または擬似ブックシェルフ構造を示す請求項９に記載の液晶素子。
【請求項１４】
前記強誘電性液晶相におけるヘリカルピッチが、液晶素子のパネルギャップよりも１．２倍以上大きい請求項１３に記載の液晶素子。
【請求項１５】
一対の基板と、
該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；
連続的に且つ線形に変化する電圧波形が液晶素子に印加される場合、該一対の基板を通過する電流が、実質的にピーク状電流を全く示さない液晶素子。
【請求項１６】
前記液晶材料が、強誘電性液晶材料である請求項１５に記載の液晶素子。
【請求項１７】
連続的に且つ線形に変化する電圧波形が液晶素子に印加される場合に、単調（monotonic）電流を示す請求項１５に記載の液晶素子。
【請求項１８】
前記連続的に且つ線形に変化する電圧波形が、三角波、正弦波、および矩形波からなる群から選択される請求項１５に記載の液晶素子。
【請求項１９】
前記液晶材料に対する液晶分子配向処理が、ラビングにより行われる請求項１５に記載の液晶素子。
【請求項２０】
前記液晶材料に対する液晶分子配向処理が、低表面プレチルト角を与える液晶分子配向膜と関連づけて行われる請求項１９に記載の液晶素子。
【請求項２１】
前記低表面プレチルト角が、１．５°以下である請求項２０に記載の液晶素子。    
【請求項２２】
前記液晶材料が、スメクチックＡ相−強誘電性液晶相系列を示す請求項１５に記載の液晶素子。
【請求項２３】
前記液晶素子が、素子温度を毎分３℃以内の速度で低下させつつ、スメクチックＡ相から強誘電性液晶相に相転移を引き起こすことにより製造された請求項２２に記載の液晶素子。
【請求項２４】
前記スメクチックＡ相から強誘電性液晶相への相転移が、交流波電圧を印加しつつ行われる請求項２３に記載の液晶素子。
【請求項２５】
前記交流波電圧が、三角波、正弦波、および矩形波電圧からなる群から選択される請求項２４に記載の液晶素子。
【請求項２６】
スメクチックＡ相から強誘電性液晶相への相転移の過程で、１Ｖ／ｍｍ以内の電界を与えるように交流波電圧が印加され、
温度が強誘電性液晶相への相転移温度と相転移温度よりも１０℃低い温度間にある場合、１．５Ｖ／ｍｍ以内の電界を与えるように交流波電圧が印加され、
温度が相転移温度よりも１０℃低い温度と相転移温度よりも２０℃低い温度間にある場合、５Ｖ／ｍｍ以内の電界を与えるように交流波電圧が印加され、且つ
温度が相転移温度よりも２０℃以上低い場合、７．５Ｖ／ｍｍ以内の電界を与えるように交流波電圧が印加される、請求項２４に記載の液晶素子。
【請求項２７】
前記液晶材料が、強誘電性液晶相においてブックシェルフ層構造または擬似ブックシェルフ構造を示す請求項１６に記載の液晶素子。
【請求項２８】
前記強誘電性液晶相におけるヘリカルピッチが、液晶素子のパネルギャップよりも１．２倍以上大きい請求項２７に記載の液晶素子。
【請求項２９】
一対の基板と、
該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；
該液晶材料は強誘電性液晶相においてブックシェルフ層構造または擬似ブックシェルフ構造を示す液晶素子。
【請求項３０】
前記液晶材料が、強誘電性液晶材料である請求項１に記載の液晶素子。
【請求項３１】
一対の基板と、
該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；
該一対の基板のそれぞれが、その上に、０．３ｍｍ以上のラビング配向処理の押し込み量（contact length）を与えるようにラビング配向処理に供された３，０００Ａ以上の厚さを有する分子配向膜を有する液晶素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２００３年１月１６日出願の米国特許仮出願第６０／４４０，８２７号に基づく出願の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は液晶表示素子、詳細には、例えば、強誘電性または非強誘電性液晶を用いることによりフルモーションビデオ画像を適して提供することができる表示素子に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）の用途拡大は、第三世代携帯電話用ディスプレイ、ネット携帯情報端末（ＰＤＡ）、コンピュータモニタ、および大画面直視型テレビ等、これまでにない広範な展開を見せている。これらの急速な用途拡大は、主として、近年の液晶ディスプレイ技術の性能向上および製造性向上に裏打ちされたものである。
【０００４】
一方、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）およびプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等の新たなフラットパネルディスプレイ技術は、それらの開発および製造において急速に進んできており、液晶ディスプレイの優位性を脅かす存在となっている。さらに、それらの新たな応用分野へのＬＣＤ導入には、これらの新たな応用分野に適合するための新しいより高度な表示性能が要求されている。特に、近年急速に進んできた応用分野の大部分は、従来のＬＣＤの低速応答特性のために、まだ従来のＬＣＤ技術にとって困難であるフルカラー動画表示を必要とする。このような状況の中、ＬＣＤには、より高度な性能、特に、それらのすべてが従来のＬＣＤ技術に対するものよりも速い光学応答性能を有する新フラットパネルディスプレイ技術と競合するそれらの応用分野を拡大するために、より速い光学応答を示すことが求められている。新ＬＣＤ技術に対するそれぞれの特定応用分野における具体的な要請は、以下に記述する。
【０００５】
（それぞれの応用分野における従来のＬＣＤ技術の技術的課題）
（第三世代携帯電話用途および関連応用分野）
近年のブロードバンドシステムの利用可能性におけるインフラストラクチャ整備進展のために、韓国、日本およびノルウエー等の一部の国は、すでに、携帯電話に対するブロードバンドの商業サービスを有している。この劇的な送信能力の増加は、携帯電話がフルカラー動画表示を扱うことを可能とする。さらに、電荷カップリングデバイス（ＣＣＤ）、相補型金属酸化膜半導体センサー（ＣＭＯＳセンサ）等の画像取り込みデバイスの広範な普及と併せて、上記国々における最新の携帯電話は、「話す」デバイスから「見る」デバイスに急速に変換しつつある。
【０００６】
この第三世代携帯電話の「見る」機能は、フルモーションビデオ画像に限定されず、一段と高度な解像度を示す携帯電話ディスプレイを必要とするインターネット・ブラウザリングにも応用可能である。この特定の用途用に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）技術を用いた従来のＬＣＤ（以後、ＴＦＴ−ＬＣＤ）は、６インチを超える対角画面サイズのもの等の比較的大きなサイズのパネルディスプレイにおけるフルモーションビデオ画像能力のその性能を証明してきた。この特定応用分野におけるＯＬＥＤとの切迫した競合において、一般的なＬＣＤ技術の利点の一つは、画面輝度と画像保持および寿命間のその高度なバランスにある。
【０００７】
すべてのディスプレイ技術に対して、多かれ少なかれ、画面輝度と画像保持、寿命間のこの関係は、常に、トレードオフの関係にある。ＯＬＥＤにおける蛍光体発光特性のために、このトレードオフはＬＣＤのそれよりも一段と厳しい。従来のＴＦＴ−ＬＣＤの利点の一つは、画面輝度とＬＣＤそれ自身の寿命間のその自由な関係である。従来のＬＣＤがすべて光スイッチングデバイスおよび非発光性デバイスであるので、その結果、ＬＣＤはこのトレードオフから自由である。ＴＦＴ−ＬＣＤの現在の寿命は、大部分、ＴＦＴ−ＬＣＤそのものを構成するバックライトにより決定される。従って、屋外使用用に適合される携帯電話およびネットＰＤＡに対して、より長い寿命のより明るいディスプレイ、すなわち、ＬＣＤ系のディスプレイを用いることは好ましい。
【０００８】
フルカラー動画表示の場合に遭遇してきたそれらの先進ディスプレイ用途に合致するためのＴＦＴ−ＬＣＤにおける現在の技術課題は、小型の表示画面サイズでのその不良解像度ならびにその遅い光学応答であり、これは「見る」携帯電話および他の運搬装置または携帯機器に対する決定的な要請でもある。
【０００９】
一般に、いわゆるテレビ画像として最小の必要解像度は、クオーター・ビデオ・グラフィック・アレイ（ＱＶＧＡ：３２０×２４０画素）であることが必要である。副画素上の赤、緑および青（ＲＧＢ）マイクロカラーフィルタを用いる従来のＴＦＴ−ＬＣＤ技術（以下の記述および図１に記載されるような）に基づき、実際の必要画素数は（２４０×３）×３２０画素である。現状市販の第三世代携帯電話用ディスプレイは、せいぜい、画面上にテレビ画像を見せるには充分でないクオーター・コモン・インターメディエート・フォーマット（ＱＣＩＦ：（１７６×３）×２２０画素）を有する。特に、携帯電話およびネットＰＤＡ用に用いられる縦長画面において、画素配置解像度は、横長画面を用いる他の用途用のそれよりも一層複雑となる。図１に、ＴＦＴ−ＬＣＤにおける現在のＲＧＢ副画素構造の一般的な例を示す。各副画素上の各マイクロカラーフィルタは、ＴＦＴ−ＬＣＤで三原色要素の一つとして機能する。これらの物理的に分離された三原色要素の精細なピッチパターンのために、人間の目は混合色画像を認識することが可能である。各副画素は、バックライトからライトにスイッチを切り換え（脱漏の場合を除き選択的に伝達する）、その結果、三原色に対応するライトは副画素を通過することが可能である。空間的に分割された三原色は、ＲＧＢ副画素組合せに基づく正方形画像を保持するためにその矩形副画素形状を保持することを必要とする。以下の表１に、ＱＶＧＡ解像度と組み合わせた画面サイズに応じて決まる副画素および画素ピッチの両方を示す。
【００１０】
表１．ＱＶＧＡ解像度での画面サイズに応じて決まる副画素ピッチ
【表１】
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【００１１】
この表は、明確に、ＱＶＧＡ解像度を有する１０インチ対角画面サイズがＴＦＴアレイ基板における充分な設計幅を与えることを示す。しかしながら、ＱＶＧＡ解像度を有する２．５インチ対角画面は、４ｍｍのＴＦＴアレイに対応する従来のデザイン・ルールと比べて充分でない５３ｍｍピッチしか有しない。この極端にきつい設計幅は二つの主要課題を提示する。これらの課題の一つは開口率の低下であり、他は製造上マスクの位置合わせ精度の問題からの製造歩留まりの低下である。開口率の低下は、バッテリーにより駆動される携帯電話およびネットＰＤＡの場合に致命的な問題となる。より小さな開口率は、バックライト処理能力の一段と低い効率を意味する。
【００１２】
結論として、より高い解像度を有する小画面サイズを有すること、ならびに実質的に電力消費を犠牲にすることなくフルモーションビデオ画像用に充分速く駆動することを要求される第三世代携帯電話用ディスプレイおよびネットＰＤＡ用途には、より高品質のフルモーションビデオ画像再生用の充分に速い光学応答に加えて、充分に高い開口率を保持しつつのより高い解像度が必要とされるであろう。
【００１３】
大画面直視型ＬＣＤテレビ用途
近年、ＬＣＤおよびＰＤＰ等のフラットパネル型ディスプレイ技術が、直視型ディスプレイおよび投影型ディスプレイ両方の分野において従来から陰極線管（ＣＲＴ）技術により支配されている家庭用大型画面テレビ市場にも急速に普及する様相を見せていることは周知の事実である。一般に、この特定用途分野用のＰＤＰのそれらに比べてのＴＦＴ−ＬＣＤの一つの利点は、そのより高い解像度およびその精細な画像品質である。この利点のために、ＴＦＴ−ＬＣＤ系テレビは、今、ＣＲＴ支配の画面サイズ（すなわち、２０インチ〜４０インチ間）市場でそれらの市場シェアを伸ばしつつある。他方、ＰＤＰは精細ピッチの画素パターン化に幾分の難点を有するが、反面、ＴＦＴ−ＬＣＤのそれよりも大型のパネルサイズの容易な製造における利点を有する。従って、ＰＤＰは、主として、６０インチ画面を超えるテレビの商業的使用のために開発されている。
【００１４】
ＴＦＴ−ＬＣＤは、既に、１２インチから２０インチのモニタ等のラップトップおよびデスクトップコンピュータ両方に対するコンピュータモニタ画面の分野では大きな市場を形成してきているが、しかしながら、コンピュータモニタとテレビに要求されるべき画像性能は、全く異なる。コンピュータモニタ・ディスプレイ用に要求される画面輝度は、それらが明視の距離において用いられるので、２００ｃｄ／ｍ2以下等のより低い値に限定される。コンピュータモニタ・ディスプレイの表示内容がテキスト中心であるため、殆どの場合、フルカラー動画再生用の２５６階調ではなく、各色３２〜６４階調で充分である。大画面直視型テレビ用途に対して、特に２０インチを超えるテレビ画面の場合において、画面輝度、コントラスト比、フルカラー階調、および視野角は、テレビ画像として充分に良好な画像品質を与えるために極めて重要である。特に、３５インチを超えるテレビ等の大画面テレビにおいては、その画像品質は、画像ボケを見せることなく５１２階調以上等のより深い階調を与えるために極めて重要である映画画像品質のそれと実質的に同じであると期待される。直視型テレビ用の必要解像度は、ＮＴＳＣの場合にＶＧＡ（６４０×４８０画素）、ＷＸＧＡの場合により高い解像度（１，２８０×７６８画素）、およびＨＤＴＶの場合にはフル標準（１，９２０×１，０８０画素）等である。大画面直視型テレビ用途においては、小型の高解像度ディスプレイ用途とは違った極めて明白な差異がある。この差異は、画面画像速度関係に基づく。両方共ＷＸＧＡ解像度を有する２０インチと４０インチ画面間の二つの画面画像を比較する場合、２０インチ画面の画面対角距離は、４０インチ画面のそれの半分である。しかしながら、テレビ画像としての画面フレーム周波数は、２０インチと４０インチ画面間で同じである。これは図２に示すような画像速度差をもたらす。画面画像速度は、単純に対角サイズに比例する。全体解像度がＷＸＧＡのそれと同じである場合、４０インチ画面の画素サイズは２０インチ画面のそれの４倍となる。より大きな画素はより小さな画素サイズよりも一層分かりやすい。特に、従来のＴＦＴ−ＬＣＤの比較的遅い光学応答は、より大きな画面サイズを構成するより大きな画素サイズにおいて一段と認知しやすい。これは、テレビ画像品質における致命的問題である認知しえる遅い光学応答を避けるために、より小さな対角画面パネルにおけるそれよりもより大きな対角画面パネルにおける各画素でのより速い光学応答を必要とする。ＣＲＴに基づくテレビ画像において、各画素での蛍光体発光は、従来のＴＦＴ−ＬＣＤに比べて数マイクロ秒のような速度で極端に速いので、その結果、画面サイズに関わらず、画面サイズに応じて決まる画面画像速度は人間の目の時間分解解像度を遥かに超える。しかしながら、従来のＴＦＴ−ＬＣＤでの光学応答は、一般に、数十ミリ秒であり、中間調表示での光学応答時間は２００ミリ秒である。一般的な人間の目の時間分解能が百ミリ秒であると言われているので、従来のＴＦＴ−ＬＣＤの遅い光学応答時間は、人間の目に充分認知できる。従って、従来のＴＦＴ−ＬＣＤ技術を用いる大画面直視型テレビは、大抵の人間の目にとってＣＲＴ��基づくテレビ画像と同じの自然なテレビ画像の再生の点で、深刻な問題を抱えている。
【００１５】
従来のＴＦＴ−ＬＣＤテレビにおけるもう一つの画像品質上の課題は、その画像ボケである。この画像ボケは、ＴＦＴ−ＬＣＤの遅い光学応答が原因ではなく、そのフレーム応答性に原因がある。ＣＲＴ技術に基づくテレビは、フレームにおいて極めて短いがしかし極めて強い発光を用いる。この蛍光体からの発光時間は、６０Ｈｚのフレーム周波数に対する１６．７ミリ秒のフレーム時間での数マイクロ秒ほどである。この短いが著しく強い発光は、人間の目にある種の衝撃を与え、人間の目に１フレーム画像をもたらす。反対に、従来のＴＦＴ−ＬＣＤ画像は、１フレームの間同一の輝度レベルを保持する。特に細かな動画表示画像において、１フレームの時間帯でのこの保持型輝度は、結果として画像ボケを作る。フィルムをベースとする映画画像も、同様の画像ボケ問題を有する。今、映画画像は、この画像ボケを防ぐためのブランキングを作製するため機械的シャッターを入れている。
【００１６】
その他のフルカラー動画表示を必要とする用途
上述のように、近年のＴＦＴ−ＬＣＤの用途の大部分は、フルカラー動画表示を必要とする。テレビ用途はもちろんのこと、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ゲーム用モニタ、さらにコンピュータモニタ用ディスプレイも、テレビ画像と組み合わせて用いられる。実際の要求画像品質は、特にテレビ画像の場合、高度に画面サイズに依存するけれども、ＣＲＴ同等のテレビ画像品質はすべてのフルモーションビデオ画像用途に対して絶対的に必要となる。この極めて明白な要請において、従来のＴＦＴ−ＬＣＤは、それらの光学応答時間、特に、上述のような中間調表示応答における深刻な問題を有している。さらに、１フレームの間の一定輝度による画像ボケは、ＴＦＴ−ＬＣＤをテレビ画像用途に応用させるのを難しくする。文献International Display workshop in Kobe,“Consideration on Perceived MTF of Hold Type Display for Moving Images”；ｐｐ．８２３−８２６，（１９９８），T.Kuritaらに記載されている通りに、バックライト・ブランキングを挿入することによりＴＦＴ−ＬＣＤにおけるこの致命的な画像ボケ問題を低減するため、いくつかの試みがなされてきた。しかしながら、この方法は、現在、ＴＦＴ−ＬＣＤ寿命時間を決定するための支配的要因であるバックライト寿命時間を短くする。テレビ用途として、このブランキングによるバックライト寿命時間の短縮化は、ＴＦＴ−ＬＣＤテレビの価値を有意に低下させる。
【００１７】
発明が解決しようとする技術的課題
本発明により解決しようとする技術的課題は、幾分、実際の用途分野に依存している。各特定用途分野に対して、以下の説明は、各用途において解決しようとする特定の技術的課題を示す。
【００１８】
小画面高解像度ディスプレイ
上述の通り、従来のマイクロカラーフィルタ方式のＴＦＴ−ＬＣＤは、より小さな画素ピッチに基づく有意に低い開口率および製造歩留まり低下のために、この特定用途に対するその適用性に深刻な問題を抱えている。高解像度ディスプレイを有する小画面サイズにおいて高開口率を保持するための有効な手段として、時間分割カラー表示が知られている。文献International Workshop on Active Matrix Liquid Crystal Displays in Tokyo(1999),“Ferroelectric Liquid Crystal Display with Si Backplane”;A.Mochizuki，ｐｐ．１８１−１８４，ｉｂｉｄ．；“A Full-color FLC Display Based on Field Sequential Color with TFTs”,T.Yoshiharaら，ｐｐ．１８５−１８８等の時間分割カラー表示に関する２、３の論文には、時間分割カラー表示のいくつかの利点が詳細に記述している。これらの論文に記載されているように、時間分割カラーは、同じ一つの画素を用いて時間的に順番に赤、緑、および青色を現す。時間分割カラーを実現するための高速光学応答は、このシステムにおいて最も重要である。色割れ現象を起こすことなく自然なカラー画像を示すために、液晶スイッチングにおいて少なくとも３倍速い光学応答が、従来のマイクロカラーフィルタカラー再生方式のそれよりも３倍のフレーム周波数を有するために必要とされる。最も一般的であり最近主流の駆動モードである従来のツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶駆動モードは、この３倍のフレーム周波数を満足させるための充分なスイッチング時間を有しない。従って、新しい高速光学応答液晶駆動モードが、時間分割カラー表示を実現するために必要である。我々が高速光学応答液晶駆動モードを有することができる限り、時間分割カラー表示は、図３に示すように高開口率および高解像度の両方を実現することが可能であり、より低い電力消費を伴う第三世代携帯電話ディスプレイ用に輝度、高解像度、および充分に高速の光学応答を与える。
【００１９】
時間分割カラー表示方式は、既に、ネマチック液晶を用いた方式、シリコンバックプレーンを用いた表面安定化強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）表示方式、およびＴＦＴによるアナログ階調表示可能な強誘電性液晶方式が提案されている。ネマチック液晶を用いる時間分割カラー表示は、ネマチックＬＣＤとして２ミクロンの極度に薄いパネルギャップを有する。これは、液晶の１８０Ｈｚフレーム周波数応答を実現する。この方式は、文献“Denshi Gijyuts(Electronics Technology)”、July,１９９８ in Tokyo“Liquid crystal fast response technology and its application”;M.Okita，ｐｐ．８−１２（日本語）に記載されているように高開口率および高解像度の両方を可能とする。しかしながら、この方式は、図４（ａ）に示すようなＴＮ光学応答プロファイルの性質のために、高開口率の利点を充分に利用することはできなかった。白色の連続発光バックライトを有する従来型のカラーフィルタ方式と時間分割カラー表示方式間には、バックライト処理能力の極めて大きな差がある。従来型のカラー方式において、パネルの開口率は、直接的に、光処理能力および画像品質を示す。しかしながら、時間分割カラー表示方式において、光処理能力およびコントラスト比およびカラー純度等の画像品質は、液晶光学応答プロファイルとバックライト発光タイミング間の特性の組合せとして決定される。図４（ａ）および４（ｂ）に、その立上りおよび立下りにおける対称および非対称の光学応答プロファイル間の光処理能力の極めて単純な差を示す。これらの図が差を示すので、時間分割カラー表示の光処理能力は、液晶光学応答プロファイルおよびバックライト発光タイミングの両方により決定される。ＴＮ−ＬＣＤにおける立下りプロファイルのすそ引き性質のために、立下り端でのバックライト発光の大部分は、ディスプレイとして用いられない。反対に、立上りおよび立下り端両方の対称応答プロファイルを用いる図４（ｂ）の場合、バックライト発光の大部分は、充分にディスプレイとして用いられる。従って、時間分割カラー表示において、高開口率は、低電力消費、または明るい画面を保持するために充分ではない。バックライト発光の使用を最大化するための対称応答プロファイルは、低電力消費を伴う明るい画面を保持するために必要である。
【００２０】
さらに、図４（ａ）および４（ｂ）に、すそ引き立下りプロファイルは、すそが次のフレームバックライト発光に届くケースにおいて、混色の可能性があることを示す。このケースは、ＴＮが液晶の粘度増加のために有意に遅い光学応答を示す場合、容易に、より低い温度範囲で起こる。このケースにおいて、「黒」レベルでの光漏洩のために、コントラスト比の有意な低下が混色と同時に起こる。従って、高性能時間分割カラー表示を得るために、高速光学応答および対称応答プロファイルの両方が必要である。この特性は、実際に、アナログ階調を与えることができる従来のＳＳＦＬＣＤおよびＦＬＣＤにより実現される。従来のＳＳＦＬＣＤはアナログ階調能力を全く持たず、その結果、ＴＦＴアレイはＴＦＴの限定された電子移動性のためにフルカラービデオ画像を提供できないであろう。シリコンバックプレーンは、パルス幅変調によりＳＳＦＬＣＤを駆動するために充分な電子移動性を提供し、それによってフルカラービデオ画像を与えることが可能である。しかしながら、経済的な理由により、シリコンバックプレーンは、充分な輝度を与えることができるフロント・リット・ライティング方式とのその組合せの難しさのために、直視型大画面ディスプレイに適用することは困難である。文献Japanese Journal of Applied Physics;“Preliminary Study of Field Sequential Full color Liquid Crystal Display using Polymer Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal Display”;Vol.３８，（１９９９）Ｌ５３４−Ｌ５３６;T.Takahashiら，により記載されている高分子安定型Ｖ字応答強誘電性液晶表示（ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤ）等のアナログ階調を与えることができるＦＬＣは、実質的にＴＮ−ＬＣＤのそれと同等の電気光学応答を示す。本明細書において、「Ｖ字応答」は印加電場の強さにより制御することができるアナログ階調表示能力として指定される。印加電圧（Ｖ）と透過率（Ｔ）の関係において、アナログ階調ＬＣＤは「Ｖ字応答」特性を示す。従って、以後、用語「Ｖ字応答」は印加電場強さにより制御されるアナログ階調表示能力と同義である。従って、それは高解像度ディスプレイを有する小画面に適用可能であろう。この方式は、しかしながら、一般的に、紫外光による光重合工程が必要となる。紫外光照射工程は、液晶それ自身の分解をもたらす危険性を有する。紫外光照射工程中の液晶分解を避けるために、通常、極めて厳密な工程管理が必要となる。
【００２１】
結論として、第三世代携帯電話用の理想的な小型の高解像度ディスプレイは、高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤに示すような立上り／立下り対称高速光学応答プロファイル、および高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤ用のそれよりもより容易なその工程管理を与えることができるアナログ階調表示である。
【００２２】
大画面直視型テレビ用途
大画面直視型テレビ用途では、画面サイズの増加と共に画像速度の増加が必要なことを既に述べた。画像速度の増加は各画素での液晶光学応答時間の低下を必要とする。経済的な観点から、液晶技術には無関係に、完全に新しい製造装置を導入する必要性なしで、従来の大型パネル製造ラインを用いることは極めて重要である。これは、また、液晶技術に無関係に、従来の製造工程の大部分が安定なうまく管理された生産プロセスに適用可能であることを意味する。従って、高速応答新規液晶駆動モードは、好ましくは、従来の標準マイクロカラーフィルタＴＦＴアレイ工程に適合すべきである。従来のＳＳＦＬＣＤは、その著しい高速光学応答において優れているが、しかしながら、これはアナログ階調応答を与える能力を全く有しない。アナログ階調能力がないために、従来のＳＳＦＬＣＤは従来型マイクロカラーフィルタＴＦＴアレイにより駆動することができない。アナログ階調能力を有する高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤは、潜在的に、従来の大量生産ラインおよび工程に適合することが可能である。従来の大量生産ラインおよび工程の利用可能性に関して、高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤの一つの制約は、ＴＦＴアレイを通して印加しようとする電圧である。主として経済的理由により、各画素への最大印加電圧は７Ｖに限定される。ポリマーが高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤでＦＬＣ材料と共に用いられる場合、７Ｖ内の飽和電圧制御は簡単でない。極めて厳密な材料品質管理および工程管理、特に紫外光重合工程管理は、７Ｖ未満の飽和電圧を保持するために必要である。大画面パネル製造に対して、この品質および工程管理は、大画面領域における均一性維持の観点から極めて難しい。充分に広い工程管理用の窓を保持するために、液晶の飽和電圧を低下させることは必要である。この目的において、混合性光重合物質は排除することが好ましい。紫外光重合工程等の追加の新工程を増やすことなく、最適化された従来の製造ラインを用いることができる安定な製造プロセスは、コスト競争力を保持するために極めて重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明の目的は、従来技術分野において遭遇する上述の課題を解決することができる液晶表示素子を提供することにある。
【００２４】
本発明の別の目的は、従来技術分野における液晶表示素子よりも優れている表示性能を与えることができる液晶表示素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
鋭意研究の結果、本発明者らは、液晶材料が普通の強誘電性特性を示す従来のやり方で液晶材料を用いる代わりに、特定の初期分子配向または方向（すなわち、液晶材料が配向処理方向に対してほぼ平行方向を有し、且つ液晶材料が実質的に一対の基板に垂直な自発分極を全く示さない初期分子配列）を与えるために液晶表示素子を構成することは、極めて有効であることを見出してきた。
【００２６】
本発明による液晶ディスプレイは上記発見に基づく。さらに詳細には、本発明は以下の態様を含む。
【００２７】
［１］  一対の基板と、
該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；
該液晶材料中の初期分子配向が、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、外部印加電圧の不存在下で、一対の基板に対して垂直な自発分極を殆ど示さない液晶素子。
【００２８】
［２］  前記液晶材料が、強誘電性液晶材料である［１］に記載の液晶素子。
【００２９】
［３］  前記液晶材料に対する液晶分子配向処理が、ラビングにより行われる［１］に記載の液晶素子。
【００３０】
［４］  前記液晶材料に対する液晶分子配向処理が、低表面プレチルト角を与える液晶分子配向膜と関連づけて行われる［３］に記載の液晶素子。
【００３１】
［５］  前記低表面プレチルト角が、１．５°以下である［４］に記載の液晶素子。
【００３２】
［６］  前記液晶材料が、強誘電性液晶相においてブックシェルフ層構造または擬似ブックシェルフ構造を示す［２］に記載の液晶素子。
【００３３】
［７］  前記強誘電性液晶相におけるヘリカルピッチが、液晶素子のパネルギャップよりも１．２倍以上大きい［６］に記載の液晶素子。
【００３４】
［８］  一対の基板と、
一対の基板の間に配置された液晶材料と、
該一対の基板の外側に配置された一対の偏光フィルムとを少なくとも含む液晶素子であって；
該一対の偏光フィルムの一つは、液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な初期分子配向を有し、
一対の偏光フィルムの他方は、液晶材料に対する配向処理方向に垂直な偏光吸収方向を有し、且つ
該液晶素子が、外部印加電圧の不存在下で消光角を示す液晶素子。
【００３５】
［９］  前記液晶材料が、強誘電性液晶材料である［８］に記載の液晶素子。
【００３６】
［１０］  前記液晶材料に対する液晶分子配向処理が、ラビングにより行われる［８］に記載の液晶素子。
【００３７】
［１１］  前記液晶材料に対する液晶分子配向処理が、低表面プレチルト角を与える液晶分子配向膜と関連づけて行われる［１０］に記載の液晶素子。
【００３８】
［１２］  低表面プレチルト角が、１．５°以下である［１１］に記載の液晶素子。
【００３９】
［１３］  前記液晶材料が、強誘電性液晶相においてブックシェルフ層構造または擬似ブックシェルフ構造を示す［９］に記載の液晶素子。
【００４０】
［１４］  前記強誘電性液晶相におけるヘリカルピッチが、液晶素子のパネルギャップよりも１．２倍以上大きい［１３］に記載の液晶素子。
【００４１】
［１５］  一対の基板と、
該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；
連続的に且つ線形に変化する電圧波形が液晶素子に印加される場合、該一対の基板を通過する電流が、実質的にピーク状電流を全く示さない液晶素子。
【００４２】
［１６］  前記液晶材料が、強誘電性液晶材料である［１５］に記載の液晶素子。
【００４３】
［１７］  連続的に且つ線形に変化する電圧波形が液晶素子に印加される場合に、単調電流を示す［１５］に記載の液晶素子。
【００４４】
［１８］  前記連続的に且つ線形に変化する電圧波形が、三角波、正弦波、および矩形波からなる群から選択される［１５］に記載の液晶素子。
【００４５】
［１９］  前記液晶材料に対する液晶分子配向処理が、ラビングにより行われる［１５］に記載の液晶素子。
【００４６】
［２０］  前記液晶材料に対する液晶分子配向処理が、低表面プレチルト角を与える液晶分子配向膜と関連づけて行われる［１９］に記載の液晶素子。
【００４７】
［２１］  前記低表面プレチルト角が、１．５°以下である［２０］に記載の液晶素子。
【００４８】
［２２］  前記液晶材料が、スメクチックＡ相−強誘電性液晶相系列を示す［１５］に記載の液晶素子。
【００４９】
［２３］  前記液晶素子が、素子温度を毎分３℃以内の速度で低下させつつ、スメクチックＡ相から強誘電性液晶相に相転移を引き起こすことにより製造された［２２］に記載の液晶素子。
【００５０】
［２４］  前記スメクチックＡ相から強誘電性液晶相への相転移が、交流波電圧を印加しつつ行われる［２３］に記載の液晶素子。
【００５１】
［２５］  前記交流波電圧が、三角波、正弦波、および矩形波電圧からなる群から選択される［２４］に記載の液晶素子。
【００５２】
［２６］  スメクチックＡ相から強誘電性液晶相への相転移の過程で、１Ｖ／ｍｍ以内の電界を与えるように交流波電圧が印加され、
温度が強誘電性液晶相への相転移温度と相転移温度よりも１０℃低い温度間にある場合、１．５Ｖ／ｍｍ以内の電界を与えるように交流波電圧が印加され、
温度が相転移温度よりも１０℃低い温度と相転移温度よりも２０℃低い温度間にある場合、５Ｖ／ｍｍ以内の電界を与えるように交流波電圧が印加され、且つ
温度が相転移温度よりも２０℃以上低い場合、７．５Ｖ／ｍｍ以内の電界を与えるように交流波電圧が印加される、［２４］に記載の液晶素子。
【００５３】
［２７］  前記液晶材料が、強誘電性液晶相においてブックシェルフ層構造または擬似ブックシェルフ構造を示す［１６］に記載の液晶素子。
【００５４】
［２８］  前記強誘電性液晶相におけるヘリカルピッチが、液晶素子のパネルギャップよりも１．２倍以上大きい［２７］に記載の液晶素子。
【００５５】
［２９］  一対の基板と、
該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；
該液晶材料は強誘電性液晶相においてブックシェルフ層構造または擬似ブックシェルフ構造を示す液晶素子。
【００５６】
［３０］  前記液晶材料が、強誘電性液晶材料である［１］に記載の液晶素子。
【００５７】
［３１］  一対の基板と、
該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；
該一対の基板のそれぞれが、その上に、０．３ｍｍ以上のラビング配向処理の押し込み量を与えるようにラビング配向処理に供された３，０００Ａ以上の厚さを有する分子配向膜を有する液晶素子。
【００５８】
本発明適用の更なる範囲は、以下に与えられる詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細説明および特定実施例は、本発明の好ましい態様を示す一方で、本発明の精神および範囲内での種々の変更および修正がこの詳細な説明から当業者に明らかとなるので、説明のみの目的で与えられることは、理解されるべきである。
【発明の効果】
【００５９】
これまで述べてきたように、本発明は（特に、分極遮蔽Ｖ字応答強誘電性液晶表示；ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤに基づく態様の場合において）、従来のＴＦＴ−ＬＣＤ、従来のＳＳＦＬＣＤ、および文献特開平１１−２１５５４号に記載の高分子安定型Ｖ字応答強誘電性液晶表示（ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤ）に対して、小型高解像度ディスプレイおよび大画面直視型テレビ用の画像品質性能および製造コストの両面において優位性を有する。
【００６０】
例えば、本発明は、従来の大型ＬＣＤパネル製造装置と実績のある製造プロセスの大部分を利用して、自動シャッターリング機構により画像ボケを低減し、中間調表示レベルでの充分に速い光学応答を有する大画面直視型テレビ用の高品質画像を可能とする。これは有利な製造コストで提供される。本発明は、また、特に第三世代携帯電話用途用に、時間分割カラー法を用いて、高解像度液晶表示を有する小型画面を可能とする。時間分割カラーシステム用のＲＧＢ・ＬＥＤバックライトを用いることによる、より幅広い彩度は、その色再生においてより高い画像品質を作成する。これは、自然色再生を必要とするデジタルカメラモニタ表示にとって極めて重要である。
【００６１】
本発明は、また、高分子安定型Ｖ字応答強誘電性液晶表示および巨大自発分極ＦＬＣの場合における外部印加電圧遮断効果の詳細な研究により、合理的な製造コストで高性能ＬＣＤを製造するための解析機構結果と具体的方法を与えることが可能である。新しく見出された強誘電性液晶分子におけるラビング方向に平行な独特の初期分子配向は、基板に対して垂直な分極遮蔽を実現し、高速ＦＬＣ光学応答を保持するアナログ階調表示をもたらす。本発明は新規高性能ＬＣＤに対する上記機構および具体的方法を与えるだけでなく、従来の大型パネル製造ラインおよびプロセスの使用をも明確にする。これは、経済的利点ならびに技術的利点を与える。加えて、本発明は、液晶性光重合物質使用の、および光重合性液晶物質非使用の厳しい条件を示すことにより、従来の高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤを向上させることを明確にすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
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（または重量）基準とする。
【００６３】
（液晶素子）
本発明の態様による液晶素子は、一対の基板と、
該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む。この液晶素子において、液晶材料中の初期分子配向は配向処理方向に対してほぼ平行な方向を有し、且つ液晶材料が、実質的に、外部印加電圧の不存在下で、一対の基板に対して少なくとも垂直な自発分極を全く示さない。
【００６４】
（初期分子配列）
本発明において、液晶材料中の初期分子配向（または方向）では、液晶分子の長軸は液晶分子に対する配向処理方向にほぼ平行な方向を有する。液晶分子の長軸が配向処理方向に対してほぼ平行な方向を有するという事実は、例えば、以下のやり方で確認することができる。本発明による液晶素子が望ましい表示性能を示すことを可能とするために、以下の方法により測定されるラビング方向と液晶分子の配向方向間の角度（絶対値）は、好ましくは、３°以下、さらに好ましくは２°以下、特に１°以下であることが可能である。厳密な意味で、ポリイミド膜等のポリマー配向膜がラビングを受ける場合、複屈折がポリイミド最表層に誘発され、それによって遅相軸を与えることは知られている。さらに、一般に、液晶分子の長軸は遅相軸に平行に配向することは知られている。ポリマー配向膜の殆どすべてに関して、ある種の角度ずれがラビング方向と遅相軸間で起こることは知られている。一般に、ずれは比較的小さく、約１〜７度であることが可能である。しかしながら、この角度のずれは、極端な例として、ポリスチレンの場合のように９０度であることができる。従って、本発明において、ラビング方向と液晶分子の長軸（すなわち、光軸）の配向方向間の角度は、好ましくは、３°以下であることが可能である。この時点で、液晶分子の長軸と、ラビング等によりポリマー（ポリイソミド等）、ポリマー配向膜中に提供される遅相軸の配向方向は、好ましくは、３°以下、さらに好ましくは２°以下、特に１°以下であることが可能である。
【００６５】
上述のように、本発明において、配向処理方向は、液晶分子長軸の配向方向を決める遅相軸（ポリマー最表層における）の方向を指す。
【００６６】
＜液晶分子に対する初期分子配向状態を測定する方法＞
一般に、液晶分子の長軸は、光軸とよく一致する。従って、偏光子が検光子に垂直に配置されるクロスニコル配置中に液晶パネルを置く場合、透過光線の強度は、液晶の光軸が検光子の吸収軸とよく一致する場合に最小となる。初期配向軸の方向は、液晶パネルが透過光線の強度を測定しつつクロスニコル配置中で回転する方法により測定することができ、それによって、透過光線の最小強度を与える角度を測定することができる。
【００６７】
＜液晶分子長軸方向と配向処理方向との平行度を測定する方法＞
ラビング方向は設定角により決定され、ラビングにより提供されるポリマー配向膜最表層の遅相軸は、ポリマー配向膜の種類、膜製造方法、ラビング強度、等により決定される。従って、消光位が遅相軸の方向と平行に提供される場合、分子長軸、すなわち、分子光軸が遅相軸の方向に平行にあることが確認される。
【００６８】
（自発分極）
本発明において、初期分子配向では、自発分極（強誘電性液晶の場合の自発分極に類似している）は、少なくとも、基板に垂直である方向に対しては発生しない。本発明において、「実質的に自発分極を提供しない初期分子配向は、自発分極が発生しないものである」は、例えば、以下の方法により確認することができる。
【００６９】
＜基板に垂直な自発分極の存在を測定する方法＞
液晶セル中の液晶が自発分極を有する場合、特に、自発分極が初期状態における基板方向、すなわち、初期状態における電場方向（すなわち、外部電場がない場合の）に垂直な方向に発生する場合において、低周波数三角波電圧（約０．１Ｈｚ）が液晶セルに印加される時、印加電圧の正から負へ、または負から正への極性変化と共に、自発分極の方向は上方方向から下方方向へ、または下方方向から上方方向へ反転する。こうした反転と共に、実際の電荷が輸送される（すなわち、電流が発生する）。自発分極は、印加電場の極性が反転する時だけ反転する。従って、図１３に示されるようにピーク状電流が現れる。ピーク状電流の積分値は、輸送しようとする全量電荷、すなわち、自発分極の強度に対応する。この測定で非ピーク状電流が観察される場合、自発分極反転の発生がないことは、直接、こうした現象により証明される。さらに、図１２に示されるような電流の直線的な増加が観察される場合、液晶分子の長軸が、電場強度の増加に応じて、それらの分子配向方向において連続的にまたは引き続き変化することが見出される。換言すれば、図１２に示されるようなこのケースでは、印加される電場強度に応じて、誘導分極等のために分子配向方向の変化が起こることが見出されてきた。
【００７０】
（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。
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
【００７１】
（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。
非晶質シリコンＴＦＴアレイ基板
【００７２】
（液晶材料）
本発明において使用可能な液晶材料は、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、適する液晶材料は、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液晶材料（種々の強誘電性または非強誘電性液晶材料を含む）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液晶材料の特定の好ましい例には、以下が挙げられる。
【００７３】
【化１】
2006515935.tif 000004
【００７４】
（好ましい液晶材料例）
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、以下の液晶材料を用いることは好ましい。
【００７５】
【化２】
2006515935.tif 000005
【００７６】
（配向膜）
本発明において使用可能な配向膜は、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特定の好ましい例には、以下が挙げられる。
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、等
【００７７】
（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。
無機配向膜
【００７８】
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。
【００７９】
（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。
【００８０】
（特定の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、それが上述の特定の「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、適する特定の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。
【００８１】
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。
【００８２】
（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。
【００８３】
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）
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）
【００８４】
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。
【００８５】
（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。
【００８６】
本発明は、高解像度を有する小画面ＬＣＤおよび大画面直視型ＬＣＤテレビ用途向けにいくつかの利点を有することができる高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤの詳細な研究および解析により提供されてきた。次に、高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤの基本原理が最初に記述され、その後、本発明による液晶素子のいくつかの特徴が高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤと比較して説明される。
【００８７】
高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤ
高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤは特願平０９−１７４４６３号に記載されており、そこでは、液晶性光重合物質がＦＬＣと混合し、これらの材料がカイラルスメクチックＣ相（強誘電性液晶相）で重合する。この特願平０９−１７４４６３号には、この重合が強誘電性液晶層構造を安定化させ、その結果、液晶分子配向の安定化をもたらすと論じられている。また、この出願は、層構造安定化の結果として、電圧と光透過率関係におけるＶ字応答として表されるアナログ階調表示が提供されることを教示している。本明細書において、「Ｖ字応答」は印加電場強度により制御されるアナログ階調応答を意味し、従って、これは「Ｖ字型」と同義である。特願平０９−１７４４６３号に関連する研究で、文献Japanese Journal of Applied Physics;“Preliminary Study of Field Sequential Full Color The liquid crystal Display using Polymer Stabilized Ferroelectric liquid crystal Display”;Vol．３８，（１９９９）Ｌ５３４−Ｌ５３６；T.Takahashiら，に記載されているように、一方の極性の印加電圧に対してのみアナログ階調光学応答を示す、例えば、正極性の印加電圧に対してのみ応答し、負極性の印加電圧に対しては応答しないハーフＶ字応答が可能となる。
【００８８】
ＦＬＣＤおよび反強誘電性液晶表示（ＡＦＬＣＤ）におけるＶ字応答についての他の報告例、例えば、International Display Workshop 2000 in Kobe;“Recent Development of a THE TFT-LCD using Frustrated AFLC”；ｐｐ．３７−ｐｐ．４０，T.Yoshidaら；およびK.H.Yang:“Electro-optical effects of uniform layer tilted state in ferroelectric liquid crystals”,Journal of Applied Physics，６１（６），ｐｐ．２４００−ｐｐ．２４０３，１９８７がある。
【００８９】
本発明者は、これらの関連研究業務と併せて高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤ機構の詳細な検討を行い、以下に記載されるようないわゆる高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤにおける現状を突き止めた。本発明者の発見は、アナログ階調、すなわち、いわゆる高分子安定型Ｖ字応答ＦＬＣＤにおけるＶ字応答が重合からのＦＬＣ層構造安定化によるのではなく、本質的には液晶相内部の分極遮蔽効果からもたらされていることを明確にした。文献：Applied Physics Letter,“Submicrosecond bistable electro-optic switching in the liquid crystals”；Ｖｏｌ．３６，ｐｐ．８９９−ｐｐ．９０１，１９８０；N.A.Clark and S.T.LagerwallにおいてＳＳＦＬＣＤの第１概念に紹介されているように、強誘電性液晶を用いるすべての液晶ディスプレイは、強誘電性液晶を挟むガラス基板に垂直な自発分極を示してきた。以後、「分極遮蔽効果」はガラス基板に垂直な強誘電性液晶の分極を遮蔽する効果を意味する。分極遮蔽の結果として、分極遮蔽効果により調製される液晶パネルは、外部印加電圧がない場合、ガラス基板に垂直なパネル内部分極を全く示さない。この状況は従来型ネマチック液晶ディスプレイにおいては極めて普通のことであるが、しかしながら、従来のＳＳＦＬＣＤにおいては知られていない。
【００９０】
ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤにおけるアナログ階調表示の解析
以下に、本発明の上記態様による液晶素子（以後、「ＬＣＤ」と称する）と背景技術におけるＬＣＤｓ間の差を説明する。
【００９１】
特開平１１−２１５５４号（特願平０９−１７４４６３号に対応）に従って作製したＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルにつき、特にその光学応答の動力学および光学応答での電荷移動を精細に調べてきた。この研究結果の一部として、我々は、このパネルが図５に示すように従来のＳＳＦＬＣＤパネルとはまるで異なるラビング角に平行な消光角を有することを見出した。本明細書において、消光角は、ラビング角および分極吸収角が平行に設定される場合、最小の光透過率を与えるように指定される。本明細書において、ラビング角は、多くのタイプの液晶ディスプレイの大量生産用に通常用いられる配向処理でのラビング布により設計された液晶分子配向方向として指定される。分極吸収角は、偏光子フィルム中に直線偏光を吸収するための特定角である。従来のＳＳＦＬＣＤパネルにおいて、消光角は、図６に示すように、ラビング角から幾分ずれた角度を示す。ラビング角からのこの角度は、文献Applied Physics Letter,“Submicrosecond bistable electro-optic switching in the liquid crystals”；Ｖｏｌ．３６，ｐｐ．８９９−ｐｐ．９０１，１９８０；N.A.ClarkおよびS.T.Lagerwall（以後、「クラーク（Clark）らによる論文Ｎｏ．１」と称する）に記載されているように、従来のＳＳＦＬＣＤにおいて極めて本質的である。ラビング角からのこのチルト角は、ＳＳＦＬＣ分子配向からの結果である。ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルにおいて、ラビング角に平行な消光角は、従来のＳＳＦＬＣＤとは異なる分子配向を示唆する。次に、初期分子配向をＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤの動的性質から調べた。図７は、室温で＋／−５Ｖ、１０Ｈｚ三角波により駆動されるＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルの電気光学特性を示す。図７から、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルは印加電圧の大きさのみに応答し、印加電圧の極性には応答しない。これは、また、印加電圧に対して極性のみが応答する従来のＳＳＦＬＣＤとは大きく違っている。図７は、その動的応答におけるもう一つの極めて重要な特性を示す。印加電圧の極性が、正から負、負から正に極性転換する際、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルは、殆どゼロである最小の透過率を示す。この挙動は、パネル中の液晶分子が、印加電圧がその極性を転換する度ごとに消光角を通過すると解釈される。強誘電性液晶分子の動力学の観点から、推察可能な唯一の初期配向は図８に示される。図８は、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルの初期分子配向がラビング角に平行であることを示す。ラビング角に平行な初期分子配向方向は、強誘電性液晶材料の分極の意味に応じて、例えば、印加電圧が正であれば時計方向に移動し、負の印加電圧であれば反時計方向に移動する。印加電圧極性転換は、消光である最小の透過率を与える。図８に示される初期分子配向は、動的な電気光学測定の結果により結論付けられる。次に、図８における結論を正当化するためにいくつかの実験について検討する。
【００９２】
文献Applied Physics Letter，上述のクラークらによる論文Ｎｏ．１には、従来のＳＳＦＬＣＤパネルが図９に示される理想的な分子配向としての初期分子配向を示すと言われている。ラビング角からずれた分子配向の結果として、パネルに、例えば、図９の上方向に自発分極が発生する。この自発分極は印加電圧とカップリングすることにより、通常のＴＦＴ−ＬＣＤのそれよりも数百倍速い光学応答をもたらす。自発分極と印加電圧間のこのカップリングは、図９における上か下かの二つの道筋のみを可能とする。この２方向応答は、図１０に示すように２値応答を与える。従って、ＳＳＦＬＣＤパネルはアナログ階調応答を持てない。図９にあるように、ＳＳＦＬＣパネルは常に自発分極を示す。この自発分極は、ラビング角からずれた分子配向の結果である。これらの検討の結論として、パネルが外部印加電圧の不存在下で自発分極を全く有しない場合、唯一の可能な初期分子配向は、図１１Ａ、１１Ｂ、または１１Ｃに示す位置に限定される。図１１Ａ、１１Ｂ、および１１Ｃはそれぞれ異なる分子配向を示すが、これら３モデル間の共通点は、ラビング角に平行、または平均分子配向としてバッフィング角に平行な分子配向であることである。図１１Ａ、１１Ｂ、および１１Ｃに示されるすべての可能な分子配向は、少なくとも基板に垂直な自発分極を有しない。図１１Ａ、１１Ｂ、または１１Ｃに示される分子配向が従来のＳＳＦＬＣＤパネル中には形成されないことは明白である。図１２は、印加三角波電圧下での分子配向スイッチング間の分極スイッチング電流を示す。
【００９３】
基板に垂直な自発分極を有する従来のＳＳＦＬＣＤパネルは、図１２様の分極スイッチングピーク電流を示す。このピーク電流はパネルの分極スイッチングを示す。図１２におけるピーク電流の前後は、図８におけるラビング角からの時計方向および反時計方向の分子ずれに対応する。特開平１１−２１５５４号により調製されるＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルは、図１２と同様の測定をした結果として図１３を示す。このパネルは分極スイッチングピーク電流を全く示さない。図１３はＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネル中の基板に垂直な分極がないことの直接の証明を示し、図１３に示される電流の単調な増加は、アナログ階調である分子ダイレクタ配向の連続変化と一致する。図１３は、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルにおいて少なくとも基板に垂直な自発分極が全くないことを明確にした。基板に垂直な自発分極が全くないことは、図１１Ａ、１１Ｂ、および１１Ｃ分子配向におけるみ可能である。図１１Ａ、１１Ｂ、または１１Ｃのいずれの場合でも、共通の配向状況は、初期の分子配向がラビング方向に平行であるという点である。これは、外部印加電圧の不存在下で消光角を与える。従って、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルは、ノーマリ・ブラックタイプのディスプレイを実現する。ノーマリ・ブラック構成のお陰で、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルのブラック状態は周囲温度の変化に無関係である。これは、従来のＳＳＦＬＣＤの欠点の一つであるコントラスト変化の温度依存性を有意に下げる。
【００９４】
図１３が明らかにするように、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルにおけるアナログ階調の本質的原因は、外部印加電圧と併せたパネルにおける分子ダイレクタのその単調な変化にある。この分子ダイレクタ変化は、ラビング角に平行な初期分子配向から来ている。
【００９５】
いわゆる強誘電性液晶の強誘電性発揮の機構に関して、液晶分子長軸の自由回転がカイラル部の立体障害により妨げられ、結果として、ある方向に沿ってのみ強い分子長軸の方向に垂直な自発分極が起こり、それによって、結果的に自発分極を与えると言われている。しかしながら、分子長軸の自由回転の妨害を示す確証は全くない。他方、本発明者らは、自由回転が一部のケースにおいて強誘電性相中でさえ保持されることを見出してきた。上述のように、強誘電性液晶相における強誘電性は、一般的な固体の強誘電性物質におけるそれとは違って、空間現象の平均の結果として起こる現象である。従って、液晶相において、自発分極が個々の液晶分子の双極子モーメントの物理的固定化による全体液晶（バルク）の形態では提供されないことは想定される。換言すれば、本発明は、従来の液晶相における自発分極が、個々の液晶分子の分極の総和としては提供されないが、しかしながら、分子平均の総和として提供されること、および全体液晶に関する自発分極が加算段階で殆どゼロであることができる、すなわち、全体液晶分子に関する自発分極が自発分極の加算により解消することができるということの概念に基づく。
【００９６】
次の論点は、いかにしてこの元の分子配向が調製されるかである。特開平１１−２１５５４号には、ポリマーによるＦＬＣ分子層構造安定化が記載されている。この特許出願には、６〜１０質量％の液晶性光重合物質がＦＬＣ分子層を充分に安定化させることが開示されている。用いられる液晶性光重合物質は、平均ＦＬＣ分子とほぼ同じ分子量を有する。従って、この層安定化は感光性１分子によりピン止めされた１７〜２０ＦＬＣ分子によって実現されていることになる。液晶のような粘性分子は、弾性物質のように１７〜２０液晶分子に対して１分子のみでその構造をピン止めすることは難しい。さらに、層構造構築は、系の全体自由エネルギーとしての各液晶分子の相互作用から始まっている。特開平１１−２１５５４号には、強誘電性液晶相が形成された後に、紫外光重合が実現すると説明されている。これは、強誘電性層構造が最小の系自由エネルギーに沿って形成された後に、ポリマーが層構造安定化のために全系エネルギーを変えることを意味する。系の自由エネルギーの観点から、このポリマー機能はむしろ系の自由エネルギーを不安定にする。結論として、ＦＬＣ分子層構造安定化を特開平１１−２１５５４号の場合におけるポリマーで解釈することは極めて難しい。
【００９７】
分子動力学および初期配向の詳細研究の結果として、ラビング方向に平行な初期分子配向は、表面アンカリングおよび弾性物質としてのバルク液晶分子自由エネルギーの両方から生じると考えられる。この議論はＦＬＣ材料中のポリマー物質の関与を否定するものではない。特開平１１−２１５５４号との違いは、特定分子配向形成に対するポリマー物質の寄与である。ラビング角に平行な初期分子配向の本質的な原因を示す上記検討結果のすべては、表面アンカリング相互作用および液晶のバルク弾性エネルギー両方によってもたらされる。従って、ＦＬＣＤにおけるアナログ階調、表面アンカリング相互作用およびバルク液晶弾性エネルギー両方の適切な調整を可能とする、この特定初期分子配向を実現するための可能性を有することは好ましい。
【００９８】
表面プレチルト角調整、方位角アンカリングエネルギー、スメクチック層形成過程、本出願において検討されている自発分極と同義であるバルクＦＬＣ自発分極、および螺旋ねじれ力とパネルギャップ相関性からの弾性相互作用が、この特定初期分子配向の安定化を決定する主要因であろう。ポリマー安定化を全く示さない一つの例は、感光性の液晶性モノマーを用いることなく同じ現象を得ることである。たとえ感光性の液晶性モノマーが用いられるとしても、一部のケースにおいて、同じ現象が重合前に得られる。重合前のラビング角に沿った消光角は、得られる現象がポリマー安定化のためにはなく、本発明において上述した分極遮蔽効果からであるという明確な証明の一つである。これらの条件は本発明の実施例実験で検討される。次に、分極遮蔽機構を検討する。
【００９９】
（分極遮断機構）
特定液晶材料ケースでの静電効果による表面局所分極遮断機構は、文献The Liquid Crystals,“Electrostatics and the electro-optic behavior of chiral smectic C:‘block’polarization screening of applied voltage and ‘V-shaped’switching”；Ｖｏｌ．２７，ｐｐ．９８５−ｐｐ．９９０，（２０００）；N.A.Clerkら（以後、「クラークらによる論文Ｎｏ．２」と称する）に議論されている。この特定ケースでは、１００ｎＣ／ｃｍ2を超えるような大きなバルク自発分極を必要とする。この巨大な自発分極は、静電効果による表面局所分極遮断を誘発する。この静電学的「解消」効果のために、表面局所面の電場は遮蔽される。この局所遮蔽効果は、印加電場の連続的な段階的変化を発生させ、液晶パネルの階調応答をもたらす。従って、巨大な自発分極はこのケースにおいて本質的である。本発明の場合は、３０ｎＣ／ｃｍ2未満の極めて小さなバルク自発分極物質を用いた。本発明のケースは、表面局所効果でなく、上述のような全体液晶層効果である。本発明の場合は明らかに巨大分極ケースとは異なるが、配向膜と液晶間の界面での静電効果は、液晶に対する充分に強い方位角（azimuth）配向エネルギーを与える均一な配向層の観点から本発明において有効であると考えられる。本発明のケースでは、基板に垂直な自発分極が全くないので、その結果、より厚い配向層におけるチャージアップ問題は全くない。さらに、バルク全体自発分極でさえも、後にいくつかの実験証明に示されるように、本発明の場合には、おそらく完全に遮蔽される。
【０１００】
本発明の場合でのバルク分極遮蔽効果を明確にするために、以下の３実験を行った。第１の実験は、分極遮蔽効果に与える液晶分子配向安定化の影響を明確にするために設計された。そのバルク自発分極が２９ｎＣ／ｃｍ2であるＦＬＣ材料およびパネル調製用のすべてのプロセスは特開平１１−２１５５４号に従った。このＦＬＣ材料は、従来のＦＬＣＤパネル中で極めて不安定な分子配向を示す。紫外光重合後のこのパネルの電気光学性能は、アナログ階調を全く示さなかったが、しかしながら、従来のＳＳＦＬＣＤパネルになじみのある２値光学応答を示した。次に、正確に同じＦＬＣ材料を用い、パネル組立ては特開平１１−２１５５４号に従って、新パネルを調製した。パネル調製における差は紫外光重合温度だけであった。このパネルを周囲温度０℃で重合させた。周囲温度が室温に戻って後、電気光学応答を測定した。このパネルは部分的アナログ階調を示した。一部の面はなお２値応答を示すが、しかしながら、半分を超える面はアナログ階調を示した。第２の実験は、分極遮蔽効果に与える表面プレチルトの影響を明確にするために設計された。特開平１１−２１５５４号におけるものと同じＦＬＣ材料を用いた。配向層膜用を除いてすべてのプロセスは、正確に、特開平１１−２１５５４号と同じである。配向膜用に、高プレチルト付与性配向膜を用いた。この配向膜の一般的なプレチルト角は６〜７度である。（特開平１１−２１５５４号には、１〜１．５度の配向膜が用いられている）。
【０１０１】
このパネルの電気光学測定は一般的な２値応答を示した。第３の実験は、重合を用いることなく、分極遮蔽効果に与えるＦＬＣ材料の影響を知るために設計された。極めて安定な分子配向ナフタレン系ＦＬＣ材料は、そのスメクチック層構造が「ブックシェルフ構造」であるとして明らかにされている。この材料は、文献Molecular Crystais and The liquid crystais;A.Mochizuki & S.Kobayashi,“Naphthalene-base Ferroelectric liquid crystal and Its Electro Optical Properties”；Ｖｏｌ．２４３，ｐｐ．７７−ｐｐ．９０，（１９９４）に記載されている。このナフタレン系ＦＬＣ材料のバルク自発分極は３５ｎＣ／ｃｍ2である。この実験において、１〜１．５度の低プレチルト角の配向膜を用いた。この実験では、光重合性物質なしでこのＦＬＣ材料のみを用いた。パネル中の液晶温度をスメクチックＡ相の温度からカイラルスメクチックＣ相温度に転移する間、温度低下速度を１℃／分に設定した。その速度での温度低下の過程で、＋／−１Ｖ、２００Ｈｚの三角波を印加した。また、カイラルスメクチックＣ材料のヘリカルピッチ（ｐ）およびパネルギャップ（ｄ）を、明確にｄ／ｐ＝１．２またはｄ／ｐ＞１．２を保持するように設定した。このパネルの電気光学測定はアナログ階調を示した。この実験はいかなるポリマー材料も使用しなかった。詳細な階調測定は、文献Japanese The liquid crystal Conference in Nagoya,“Gray shade capability of SSFLCs by using a bookshelf layer structure FLC”;A.Mochizukiら,paper number ３Ｇ５１６，ｐｐ．４００−ｐｐ．４０１（１９９４），（日本語）に記載されている。
【０１０２】
これらの３実験は、本発明において得られるアナログ階調表示が特開平１１−２１５５４号に記載される層構造の高分子安定化に基づくものでなく、文献The Liquid Crystals,“Electrostatics and the electro-optic behavior of chiral smectic C:‘block’polarization screening of applied voltage and ‘V-shaped’switching”；Ｖｏｌ．２７，ｐｐ．９８５−ｐｐ．９９０，（２０００）；N.A.Clerkら（クラークらによる論文Ｎｏ．２）における巨大自発分極による表面局所遮断効果に基づくものでもなく、低プレチルトおよび細心の層構造形成により支援される液晶自身の分子配向安定化に基づくものであったことを示す。さらに、特開平１１−２１５５４号により調製されるＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルは、従来のＳＳＦＬＣＤ構成において得られるチルト角よりも１．５倍を超えて大きい分子チルト角（飽和電圧の印加下初期ラビング方向からの最大チルト角）を示す。以下の表２は、それぞれ各構成パネルにおけるこれら二つのチルト角を比較する。
【０１０３】
表２．分子チルト角の差
【表２】
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【０１０４】
従来のＳＳＦＬＣＤパネルにおいて、分子チルト角は物質パラメータであり、その結果、分子チルト角はパネル構成から独立している。しかしながら、表２は、従来型とＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤ間、特に構成間の極めて明確な差を示す。ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤ構成において得られる大きな分子チルト角は、シェブロン層構造から擬似ブックシェルフ構造へのスメクチック層構造形態の改善によると解釈される。これは、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤ構成が改善された分子配向と一致する改善層構造形態により得られることを意味する。この想定は、ナフタレン系ＦＬＣ材料を用いる第３実験結果と一致する。
【０１０５】
今、ラビング方向に平行な初期分子配向が、本質的に、液晶自身の分子配向能力に基づく表面プレチルトおよび方位角アンカリングエネルギーにより誘発される液晶分子配向から実現されることは明白である。第１の実験はこの点に関して極めて示唆的である。室温で、特定液晶材料の非安定化特性がそのＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤ構成形成を妨げた。特定の液晶分子配向が温度の影響の抑制から改善される（自由エネルギーの低下）より低い温度では、たとえそれが部分的な効果だとしても、アナログ階調を得た。第３実験結果は、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤ機構の観点から重要である。ポリマーを用いることなく、第３実験は分極遮蔽の結果であるアナログ階調表示能力を明確にした。これらの検討から、以下が明白である。ＦＬＣを与える上でアナログ階調表示能力を得るために必要である分極遮蔽効果は、以下の条件を必要とする：第１に、ＦＬＣ材料は良好な配向特性を有する、第２に、表面プレチルトは低い方、好ましくは１．５度より低い方が好ましい、第３に、液晶材料のパネルギャップとヘリカルピッチ間の比は１．２より大きい。第２および第３条件の両方は物質パラメータである。第１はパネル組立てプロセスならびにＦＬＣ材料自身の特性に応じて決まる。特許出願、特開平１１−２１５５４号は、外部印加電圧としての第１パラメータ条件ならびに重合効果を用いる。従って、ＦＬＣを与える上でのアナログ階調表示能力の本質的な機構は、分極遮蔽Ｖ字応答強誘電性液晶表示（ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤ）により提供される。
【０１０６】
上記の検討、特に、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤのアナログ階調表示の機構は、以下の１組の実験データにより是認される。図１５は、自発分極が少なくとも直接的にこの電気光学現象には全く関与していないことを示す。図１５はＤＣバイアス電圧下での液晶セルの静電容量変化を説明する。図１５中の従来のＳＳＦＬＣＤセルで示すように、液晶の自発分極と印加バイアス電圧のカップリングのために、セル内部の液晶の誘電率の結果であるセル静電容量は、ＤＣバイアス電圧印加と共に劇的に変化する。しかしながら、図１５でのＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤケースは、ＤＣバイアス印加により特定の誘電率変化を全く示さない。この結果は、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤセルで自発分極が全く存在しないことを強く示唆する。図１６は、自発分極の関与が全くない点についての一層重要な結果を示す。図１６に示す測定は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ＬＣＤに対する典型的な測定である。電圧保持率（ＶＨＲ）は、ＴＦＴ−ＬＣＤにとって最も重要な性能の一つである。ＶＨＲ測定は、本質的に、高インピーダンス電流測定である。自発分極のスイッチングと併せた大きな電荷移動のために、ＳＳＦＬＣＤセルは、図１６に示すようにＶＨＲの有意な低下を示す。ＶＨＲのこの低下は、上部電極から下部電極への電荷輸送のためにあり、逆の場合も同じである。この電荷輸送が自発分極の存在のために起こることは周知のことである。反対に、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤセルは、光学応答が起こった後も殆ど同じＶＨＲを保持する。図１５および１６両方の結果は、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤでの特定自発分極関与が全くないことを強く示唆する。これは本発明における提案モデルと一致する。従って、本明細書において記載される本発明は、「分極遮蔽スメクチック液晶表示、またはＰＳＳ−ＬＣＤ」と称することが可能である。
【０１０７】
小画面高解像度ディスプレイおよび大画面直視型テレビを実現するために最も必要であるＦＬＣを与える上でのアナログ階調表示能力には、ラビング角に平行な元の分子配向が必要である。この元の配向を得るための必要条件は、配向層表面での低プレチルト、パネルギャップとヘリカルピッチ間の特定関係、およびＦＬＣ材料の高安定分子配向特性である。また、ＦＬＣ分子配向を安定化させるために外部印加電圧の条件を支援すること、安定層形成のためにゆっくりと冷却すること、およびポリマーを用いることは、ラビング方向に平行な元の分子配向を実現するために役立つ。
【０１０８】
強い方位角アンカリングエネルギーは、元の分子配向を得るために時には有効であるが、しかしながら、時には有効でない。重要なことは、方位角アンカリングエネルギーとＦＬＣ層構造安定性間の良好なバランスである。層構造形成および表面方位角アンカリングエネルギーは幾分相矛盾する要素である。
【０１０９】
（別の態様１）
別の態様により、以下が提供される：
少なくとも一対の基板と、
一対の基板の間に配置された液晶材料と、
一対の基板の外側に配置された一対の偏光フィルムを含む液晶素子であって；
該一対の偏光フィルムの一つは液晶材料に対する配向処理方向に平行またはほぼ平行な初期分子配向を有し、
一対の偏光フィルムの他方は液晶材料に対する配向処理方向に垂直な偏光吸収方向を有し、且つ
液晶素子は外部印加電圧の不存在下で消光角を示す。
【０１１０】
こうした態様による液晶ディスプレイは、上述のものに加えてその消光位が実質的に温度依存性を有しないという利点を有する。従って、この態様において、コントラスト比の温度依存性を比較的小さくすることが可能である。
【０１１１】
偏光フィルムの偏光吸収軸方向が実質的に液晶材料の配向処理方向に並べられる上述の関係において、偏光フィルムの偏光吸収軸と液晶材料の配向処理方向間の角度は、好ましくは２°以下、さらに好ましくは１°以下、特に０．５°以下であることが可能である。
【０１１２】
加えて、液晶素子が外部印加電圧の不存在下での消光位を示す現象は、例えば、以下の方法により確認することが可能である。
【０１１３】
＜消光位を確認する方法＞
試験しようとする液晶パネルを、クロスニコル関係において配置される偏光子と検光子の間に挿入し、透過光の最小光量を与える角度を、液晶パネルが回転している間に測定する。このように測定された角度が消光位の角度である。
【０１１４】
（別の態様２）
更なる態様により、以下が提供される：
一対の基板と、
該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；
該一対の基板を通過する電流は、実質的に、連続的、線形に変化する電圧波形が液晶素子に印加される場合、ピーク状電流を全く示さない。
【０１１５】
一対の基板を通過する電流が、実質的に、その強度が連続的、線形に変化する電圧波形の印加下でピーク状電流を示さないことは、例えば、以下の方法により確認することが可能である。この態様において、「電流が実質的にピーク状電流を示さない」は、液晶分子配向変化において、自発分極が少なくとも直接的なやり方で液晶分子配向変化に関与しないことを意味する。こうした態様による液晶ディスプレイは、上述のものに加えて、それが能動駆動素子の中でも非晶質シリコンＴＦＴアレイ素子等の最低の電子移動度を有する素子においてさえ、充分な液晶駆動を可能とする利点を有する。液晶それ自体がかなり高い表示性能を示すことができる時でさえ、その能力が比較的大きい場合、こうした液晶を、電子移動度に関する限定を有する非晶質シリコンＴＦＴアレイ素子を用いることによって駆動することは難しい。結果として、高品質表示性能を与えることは実際上不可能である。このケースにおいてさえ、液晶を駆動する能力の観点から、非晶質シリコンよりも大きな電子移動度を有する低温ポリシリコンおよび高温ポリシリコンＴＦＴアレイ素子、または、最大電子移動度を与えることができる単結晶シリコン（シリコンウエハー）を用いることにより、充分な表示性能を与えることは可能である。他方、非晶質シリコンＴＦＴアレイは、製造コストの観点から経済的に有利である。さらに、パネルのサイズが増大する場合、非晶質シリコンＴＦＴアレイの経済的利点は、他のタイプの能動素子よりも一段と大きい。
【０１１６】
＜ピーク状電流を確認する方法＞
約０．１Ｈｚの極端に低い周波数を有する三角波電圧を、試験しようとする液晶パネルに印加する。液晶パネルは、こうした印加電圧を、ＤＣ電圧がほぼ線形に増大し減少するように感じるであろう。パネル中の液晶が強誘電性液晶相を示す場合、光学応答、および電荷移動状態は、三角波電圧の極性に応じて決まるが、しかしながら、実質的に三角波電圧の頂点値（またはｐ−ｐ値）には依存しない。換言すれば、自発分極の存在のために、液晶の自発分極は、印加電圧の極性が負から正へ、または正から負へ変わる場合のみに、外部印加電圧と連結される。自発分極が反転する場合、電荷は、パネル内部でピーク状電流を生成するように一時的に移動する。反対に、自発分極の反転が起こらない場合、ピーク状電流は全く見られず、電流は単調増加、減少または一定値を示す。従って、パネルの分極は、低周波数三角波電圧をパネルに印加し、正確に得られる電流を測定し、それによって電流波形のプロファイルを測定することにより決定することが可能である。
【０１１７】
（別の態様３）
本発明の更なる態様により、以下が提供される：液晶材料用の液晶分子配向処理が低表面プレチルト角を与える液晶分子配向膜と関連づけて行われる液晶素子。
【０１１８】
この態様において、プレチルト角は、好ましくは１．５°以下、さらに好ましくは１．０°以下（特に０．５°以下）であることが可能である。こうした態様による液晶ディスプレイは、上述の項目に加えて、それが広い面における均一な配向、および広視野角を与えることができるという利点を有する。何故広視野角が提供されるかという理由は以下の通りである。
【０１１９】
本発明による液晶分子配向において、液晶分子は円錐様領域内に動くことが可能であり、それらの電気光学応答は同じ平面内に留まらない。一般に、平面から離れるこうした分子挙動が起こる場合、複屈折の入射角依存が起こり、視野角が狭くなる。しかしながら、本発明による液晶分子配向において、液晶分子の分子光軸は、常に、図１４Ａに示すように、円錐の上部に関して、時計回りまたは反時計周りに、対称的に且つ高速で動くことが可能である。高速対称運動のために、極端な対称画像を時間平均の結果として得ることが可能である。従って、視野角の観点から、この態様は高対称および小さな角依存性を有する画像を与えることができる。
【０１２０】
（別の態様４）
本発明の更なる態様により、以下が提供される：液晶材料が強誘電性液晶相転移系列に対してスメクチックＡ相を示す液晶素子。
【０１２１】
この態様において、液晶材料が「スメクチックＡ相−強誘電性液晶相転移系列」を有する現象は、例えば、以下の方法により確認することができる。こうした態様による液晶ディスプレイは、上述の項目に加えて、それがそのために保存温度のより高い上限値を与えることができるという利点を有する。さらに詳細には、液晶表示用保存温度の上限値を決定しようとする場合、温度が強誘電性液晶相からスメクチックＡ相への転移温度を超える時でさえ、それは、温度がスメクチックＡ相からコレステリック相への転移温度を超えない限り、初期分子配向を取り戻すために強誘電性液晶相に戻ることができる。
【０１２２】
＜相転移系列を確認する方法＞
スメクチック液晶の相転移系列は以下のように確認することが可能である。
【０１２３】
クロスニコル関係下で、液晶パネルの温度を等方性相温度から下げる。この時、ラビング方向を検光子に平行にする。偏光顕微鏡による観測の結果として、花火様形状が円形状に変わる複屈折変化が最初に見られる。温度をさらに下げる場合、消光方向はラビング方向に平行に起こる。温度をさらに下げると、相はいわゆる強誘電性液晶相に変換する。この相において、パネルが消光位の近傍３〜４°の角度で回転する場合、温度低下と共に消光位から位置が外れる時に透過光強度が増大することが見出される。
【０１２４】
（素子を製造するための別の態様１）
本発明による製造方法の別の態様により、以下が好ましい：
素子温度を３℃／分以下の速度で低下させつつ、スメクチックＡ相から強誘電性液晶相への相転移を引き起こすことにより製造された液晶素子。
【０１２５】
こうした態様による液晶ディスプレイを製造するための方法は、上述の項目に加えて、それが広い面にわたって提供することが可能である均一な液晶分子配向を可能とする利点を有する。
【０１２６】
（素子を製造するための別の態様２）
本発明による製造方法の更なる態様により、以下が好ましい：
交流波電圧を印加しつつ、スメクチックＡ相から強誘電性液晶相への相転移が行われる液晶素子。
【０１２７】
こうした態様による液晶ディスプレイを製造するための方法は、上述の項目に加えて、それが、一般に、液晶分子配向の均一性の増進を可能とする利点を有する。この時素子に印加しようとするＡＣ電圧波形は、好ましくは、液晶分子配向の均一性の観点から、三角波、正弦波、または矩形波から選択される一つであることが可能である。
【０１２８】
（素子を製造するための別の態様３）
本発明による製造方法の更なる態様により、以下が好ましい：
スメクチックＡ相から強誘電性液晶相への相転移の過程において、１Ｖ／ｍｍ以下の電場を与えるために交流波電圧が印加され、
温度が強誘電性液晶相への相転移温度と相転移温度より１０℃低い温度の間にある場合、１．５Ｖ／ｍｍ以下の電場を与えるために交流波電圧が印加され、
温度が相転移温度より１０℃低い温度と相転移温度より２０℃低い温度の間にある場合、５Ｖ／ｍｍ以下の電場を与えるために交流波電圧が印加されと、
温度が相転移温度より２０℃以上低い場合、７．５Ｖ／ｍｍ以下の電場を与えるために交流波電圧が印加される、
液晶素子。
【０１２９】
こうした態様による液晶ディスプレイを製造するための方法は、上述の項目に加えて、それがコントラスト比を上げることができるという利点を有する。
【０１３０】
（素子を製造するための別の態様４）
本発明による製造方法の更なる態様により、以下が好ましい：
一対の基板と、
該一対の基板の間に配置された液晶材料とを少なくとも含む液晶素子であって；
該液晶材料は強誘電性液晶相においてブックシェルフ層構造または擬似ブックシェルフ構造を示す。
【０１３１】
こうした態様による液晶ディスプレイを製造するための方法は、上述の項目に加えて、それが高透過率を与えることができるという利点を有する。
【０１３２】
本明細書において、強誘電性液晶相のヘリカルピッチおよび基板のパネルギャップを、例えば、以下の方法により確認することは可能である。
【０１３３】
＜ヘリカルピッチを確認する方法＞
互いに平行にある配向処理を与えるためにラビングされた基板を有するセルにおいて、液晶材料を期待ヘリカルピッチの少なくとも５倍であるセルギャップを有するパネル間に注入する。結果として、ヘリカルピッチに対応する縞模様がディスプレイ表面に現れる。
【０１３４】
＜パネルギャップを確認する方法＞
液晶材料の注入前に、光干渉を用いる液晶パネルギャップ測定装置を用いることにより、パネルギャップを測定することは可能である。
【実施例】
【０１３５】
以下に、本発明は特定実施例に関してさらに詳細に説明する。
【０１３６】
実施例１
市販のＦＬＣ混合物材料（メルク（Merck）：ＺＬＩ−４８５１−１００）、液晶性光重合物質（大日本インキ化学工業：ＵＣＬ−００１）、および重合開始剤（メルク：ダロキュア（Darocur）１１７３）を用いて、文献特開平１１−２１５５４号（特願平０９−１７４４６３号）に基づき、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルを組み立てた。混合物は、９３質量％のＺＬＴ−４８５１−１００ＦＬＣ混合物、６質量％のＵＣＬ−００１、および１質量％のダロキュア１１７３を有した。
【０１３７】
ここで用いる基板は、その上にＩＴＯフィルムを有するガラス基板（ナノロア社（Nono Loa Inc.）より市販されているホウケイ酸ガラス、厚さ０．７ｍｍ、サイズ：５０ｍｍ×５０ｍｍ）であった。
【０１３８】
スピンコーター使用によりポリイミド配向材料を塗布し、次に、得られる膜を予備的に焼き、得られる生成物を最終的にクリーンオーブン中で焼成することにより、ポリイミド配向膜を形成した。ここで用いるべき一般的な工業手順の詳細に関しては、必要に応じて、文献“Liquid Crystal Display Techniques”Sangyo Tosho（１９９６，東京），Chapter  ６を参照することが可能である。
【０１３９】
液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを４，５００Ａ〜５，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布（Yoshikwa Kako製、商品名１９ＲＹ）により、図１７に示すように基板の中心方向に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．５ｍｍとした。
＜ラビング条件＞
ラビングの押し込み量：０．５ｍｍ
ラビング数：１回
ステージ移動速度：２ｍｍ／秒
ローラー回転周波数：１０００ｒｐｍ（Ｒ＝４０ｍｍ）
【０１４０】
スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。上記混合材料を１１０℃温度等方においてパネルに注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、混合材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に２℃の割合で徐冷した。その後、自然冷却によりパネルが充分室温になったところで、１０分間、＋／−１０Ｖ、周波数５００Hzの三角波電圧をパネルに印加した（ＮＦ  Circuit Block 社製のファンクション・ジェネレータ、商品名：ＷＦ１９４６Ｆの使用による）。１０分間電圧印加の後、同じ電圧印加を保持しつつ、３６５ｎｍの紫外光を照射した（ＵＶＰ  社製紫外光、商品名：ＵＶＬ−５６の使用による）。照射の条件は、５，０００ｍＪ／ｃｍ2であった。ここで用いるべき一般的な工業手順の詳細に関しては、必要に応じて、文献“Liquid Crystal Display Techniques”Sangyo Tosho（１９９６，東京），Chapter  ６を参照することが可能である。
【０１４１】
このパネルの初期分子配向方向は、ラビング方向と同じであった。このパネルの電気応答測定は、三角波電圧の印加によりアナログ階調を示した。
【０１４２】
ここで用いるべき一般的な工業手順の詳細に関しては、必要に応じて、文献“The Optics of Thermotropic Liquid Crystals”Taylor and Francis：１９９８，英国ロンドン；Chapter ８およびChapter ９を参照することが可能である。
【０１４３】
比較例１
（コントロール）
実施例５．１と同様に、市販のＦＬＣ混合物材料（メルク：ＺＬＩ−４８５１−１００）、液晶性光重合物質（大日本インキ化学工業：ＵＣＬ−００１）、および重合開始剤（メルク：ダロキュア  １１７３）を用いて、文献特開平１１−２１５５４号に基づき、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルを組み立てた。混合物は、９３質量％のＺＬＩ−４８５１−１００ＦＬＣ混合物、６質量％のＵＣＬ−００１、および１質量％のダロキュア  １１７３を有した。液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを１５０Ａ〜２００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心方向に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．５ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。
【０１４４】
上記混合材料を１１０℃温度等方においてパネルに注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、混合材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に２℃の割合で徐冷した。その後、自然冷却によりパネルが充分室温になったところで、１０分間、＋／−１０V、周波数５００Hzの三角波電圧をパネルに印加した。１０分間電圧印加の後、同じ電圧印加を保持しつつ、３６５ｎｍの紫外光を照射した。照射の条件は、５，０００ｍＪ／ｃｍ2であった。  このパネルの初期分子配向方向は、部分的に、ラビング方向と同じであったが、しかしながら、殆どの表示画面は＋／−２０度を示し、ラビング角からずれた。
【０１４５】
このパネルの電気応答測定は、図１８に示すように、偏光顕微鏡測定での２０倍程度の視野範囲の平均として、従来のＳＳＦＬＣＤパネルでは普通である２値ドメインスイッチングを示した。
【０１４６】
比較例２
（コントロール）
実施例５．１と同様に、市販のＦＬＣ混合物材料（メルク：ＺＬＩ−４８５１−１００）、液晶性光重合物質（大日本インキ化学工業：ＵＣＬ−００１）、および重合開始剤（メルク：ダロキュア  １１７３）を用いて、文献特開平１１−２１５５４号に基づき、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルを組み立てた。混合物は、９３質量％のＺＬＩ−４８５１−１００ＦＬＣ混合物、６質量％のＵＣＬ−００１、および１質量％のダロキュア  １１７３を有した。液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業社）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを４，５００Ａ〜５，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心線に対し３０度の方向にラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．１ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。上記混合材料を１１０℃温度等方においてパネルに注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、混合材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に２℃の割合で徐冷した。その後、自然冷却によりパネルが充分室温になったところで、１０分間、＋／−１０V、周波数５００Hzの三角波電圧をパネルに印加した。１０分間電圧印加の後、同じ電圧印加を保持しつつ、３６５ｎｍの紫外光を照射した。照射の条件は、５，０００ｍＪ／ｃｍ2であった。  このパネルの初期分子配向方向は、ラビング方向と＋／−２０度のラビング角からのずれが混じっていた。このパネルの電気応答測定は、偏光顕微鏡測定での２０倍程度の視野範囲の平均として、従来のＳＳＦＬＣＤパネルでは普通である２値ドメインスイッチングを示し、アナログ階調を示さなかった。
【０１４７】
実施例２
液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを６，５００Ａ〜７，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心線に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．５ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。このパネルにおいて、市販のＦＬＣ混合物材料（メルク：ＺＬＩ−４８５１−１００）を１１０℃温度等方において注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、ＦＬＣ材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に１℃の割合で徐冷した。スメクチックＡ相からカイラルスメクチックＣ相へのこの徐冷過程（７５℃から４０℃まで）において、＋／−２Ｖ、周波数５００Ｈｚの三角波電圧を印加した。パネル温度が４０℃に達した後、印加三角波電圧を＋／−１０Ｖに上げた。その後自然冷却により、パネル温度が室温になるまで印加し続けた。このパネルの初期分子配向方向は、大部分の視野においてラビング方向と同じであったが、しかしながら、極めて限定された面では＋／−２０度を示しラビング角からずれた。このパネルの電気応答測定は、偏光顕微鏡測定での２０倍程度の視野範囲の平均として、アナログ階調スイッチングを示した。
【０１４８】
この実施例において、徐冷の段階での大きすぎる電圧印加が初期ＦＬＣ分子配向を低下させることが見出された。例えば、スメクチックＡ相を示す温度で、＋／−５Ｖ程度の電圧を印加すると、ラビング方向に沿って筋状の配向欠陥が示される。一旦このタイプの欠陥が発生すると、カイラルスメクチックＣ相（強誘電性液晶相）は欠陥を排除しない。徐冷での電圧印加は有効であるが、しかしながら、その条件は厳しく制御されるべきである。これらの実施例において、スメクチックＡにおいて１Ｖ／ｍｍ以下、スメクチックＡ相から、スメクチックＡ相からカイラルＳｍＣ相への転移温度の１０℃下までで１．５Ｖ／ｍｍ以下、相転移温度から２０℃下までで５Ｖ／ｍｍ以下、これより低い温度範囲で７．５Ｖ／ｍｍ以下が良好な結果を得るために好ましいことが示された。
【０１４９】
比較例３
（コントロール）
実施例１と同様に、市販のＦＬＣ混合物材料（メルク：ＺＬＩ−４８５１−１００）、液晶性光重合物質（大日本インキ化学工業：ＵＣＬ−００１）、および重合開始剤（メルク：ダロキュア  １１７３）を用いて、文献特開平１１−２１５５４号に基づき、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルを組み立てた。混合物は、９３質量％のＺＬＩ−４８５１−１００ＦＬＣ混合物、６質量％のＵＣＬ−００１、および１質量％のダロキュア  １１７３を有した。液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業社）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを４，５００Ａ〜５，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心線に対し３０度の方向にラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．５ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。上記混合材料を１１０℃温度等方においてパネルに注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、混合材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に５℃の割合で徐冷した。その後、自然冷却によりパネルが充分室温になったところで、１０分間、＋／−１０V、周波数５００Hzの三角波電圧をパネルに印加した。１０分間電圧印加の後、同じ電圧印加を保持しつつ、３６５ｎｍの紫外光を照射した。照射の条件は、５，０００ｍＪ／ｃｍ2であった。このパネルは、従来のＳＳＦＬＣＤパネルで通常見られる多くのジグザグ配向欠陥を示した。ジグザグ欠陥の両側には、これもまた従来のＳＳＦＬＣＤパネルでは普通である典型的なドメインスイッチングが観察された。このパネルはアナログ階調スイッチングを示さなかったが、しかしながら、典型的な２値スイッチングを示した。実施例１とこの急速冷却の本実施例間の条件差は、まさに、等方相、スメクチックＡ相およびカイラルスメクチックＣ相からの冷却速度にある。急速冷却実施例は多数のジグザグ欠陥を示し、アナログ階調は示さなかった。
【０１５０】
これは、スメクチックＡ相からカイラルスメクチックＣ相への転移過程での徐冷が、ＦＬＣ分子配向をより均一となし、ラビング角に平行な初期分子配向をもたらすことを強く示唆する。これが真に本発明クレームの機構である。均一なＦＬＣ分子配向は、特定条件下でラビング角に平行な初期分子配向を誘発する強い傾向性を有する。一般に、均一なＦＬＣ分子配向を得るために、そしてこれがラビング方向に平行な初期分子配向を有する強い傾向性を有するので、スメクチックＡ相から強誘電性液晶相（カイラルスメクチックＣ相）への冷却速度は、少なくとも２℃／分、好ましくは１℃／分を保つべきである。
【０１５１】
比較例４
（コントロール）
実施例２と同様に、液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを６，５００Ａ〜７，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心線に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．１ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。このパネルにおいて、市販のＦＬＣ混合物材料（メルク：ＺＬＩ−４８５１−１００）を１１０℃温度等方において注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、ＦＬＣ材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に１℃の割合で徐冷した。スメクチックＡ相からカイラルスメクチックＣ相へのこの徐冷過程（７５℃から４０℃まで）において、＋／−２Ｖ、周波数５００Ｈｚの三角波電圧を印加した。パネル温度が４０℃に達した後、印加三角波電圧を＋／−１０Ｖに上げた。その後自然冷却により、パネル温度が室温になるまで印加し続けた。このパネルの初期分子配向方向は、大部分の視野において、ラビング角から＋／−２０度ずれた。このパネルの電気応答測定は、偏光顕微鏡測定での２０倍程度の視野範囲の平均として、従来のＳＳＦＬＣＤパネルでは普通である典型的な２値ドメインスイッチングを示した。
【０１５２】
比較例５
（コントロール）
実施例２と同様に、液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを１５０Ａ〜２００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心線に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．１ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。このパネルにおいて、市販のＦＬＣ混合物材料（メルク：ＺＬＩ−４８５１−１００）を１１０℃温度等方において注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、ＦＬＣ材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に１℃の割合で徐冷した。スメクチックＡ相からカイラルスメクチックＣ相へのこの徐冷過程（７５℃から４０℃まで）において、＋／−２Ｖ、周波数５００Ｈｚの三角波電圧を印加した。パネル温度が４０℃に達した後、印加三角波電圧を＋／−１０Ｖに上げた。その後自然冷却により、パネル温度が室温になるまで印加し続けた。このパネルの初期分子配向方向は、大部分の視野において、ラビング角から＋／−２０度ずれた。このパネルの電気応答測定は、偏光顕微鏡測定での２０倍程度の視野範囲の平均として、従来のＳＳＦＬＣＤパネルでは普通である典型的な２値ドメインスイッチングを示した。
【０１５３】
比較例６
（コントロール）
比較例４と同様に、液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを１５０Ａ〜２００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心線に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．５ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。このパネルにおいて、市販のＦＬＣ混合物材料（メルク：ＺＬＩ−４８５１−１００）を１１０℃温度等方において注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、ＦＬＣ材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に１℃の割合で徐冷した。スメクチックＡ相からカイラルスメクチックＣ相へのこの徐冷過程（７５℃から４０℃まで）において、＋／−２Ｖ、周波数５００Ｈｚの三角波電圧を印加した。パネル温度が４０℃に達した後、印加三角波電圧を＋／−１０Ｖに上げた。その後自然冷却により、パネル温度が室温になるまで印加し続けた。このパネルの初期分子配向方向は、大部分の視野において、ラビング角から＋／−２０度ずれた。このパネルの電気応答測定は、偏光顕微鏡測定での２０倍程度の視野範囲の平均として、従来のＳＳＦＬＣＤパネルでは普通である典型的な２値ドメインスイッチングを示した。
【０１５４】
比較例７
（コントロール）
市販のＦＬＣ混合物材料（メルク：ＺＬＩ−４８５１−１００）、液晶性光重合物質（大日本インキ化学工業：ＵＣＬ−００１）、および重合開始剤（メルク：ダロキュア  １１７３）を用いて、文献特開平１１−２１５５４号に基づき、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルを組み立てた。混合物は、９３質量％のＺＬＩ−４８５１−１００ＦＬＣ混合物、６質量％のＵＣＬ−００１、および１質量％のダロキュア  １１７３を有した。液晶分子配向膜用に、ＳＥ−６１０（日産化学工業）を６〜６．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを４，５００Ａ〜５，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心線に対し３０度の方向にラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．５ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。上記混合材料を１１０℃温度等方においてパネルに注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、混合材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に２℃の割合で徐冷した。その後、自然冷却によりパネルが充分室温になったところで、１０分間、＋／−１０V、周波数５００Hzの三角波電圧をパネルに印加した。１０分間電圧印加の後、同じ電圧印加を保持しつつ、３６５ｎｍの紫外光を照射した。照射の条件は、５，０００ｍＪ／ｃｍ2であった。
【０１５５】
このパネルの初期分子配向方向は、大部分の視野において、ラビング角から＋／−１８度ずれた。このパネルの電気応答測定は、偏光顕微鏡測定での２０倍程度の視野範囲の平均として、従来のＳＳＦＬＣＤパネルでは普通である典型的な２値ドメインスイッチングを示した。
【０１５６】
比較例８
（コントロール）
市販のＦＬＣ混合物材料（メルク：ＺＬＩ−４８５１−１００）、液晶性光重合物質（大日本インキ化学工業：ＵＣＬ−００１）、および重合開始剤（メルク：ダロキュア  １１７３）を用いて、文献特開平１１−２１５５４号に基づき、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルを組み立てた。混合物は、９３質量％のＺＬＩ−４８５１−１００ＦＬＣ混合物、６質量％のＵＣＬ−００１、および１質量％のダロキュア  １１７３を有した。液晶分子配向膜用に、ＳＥ−６１０（日産化学工業）を６〜６．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを１５０Ａ〜２００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心線に対し３０度の方向にラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．５ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。上記混合材料を１１０℃温度等方においてパネルに注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、混合材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に２℃の割合で徐冷した。その後、自然冷却によりパネルが充分室温になったところで、１０分間、＋／−１０V、周波数５００Hzの三角波電圧をパネルに印加した。１０分間電圧印加の後、同じ電圧印加を保持しつつ、３６５ｎｍの紫外光を照射した。照射の条件は、５，０００ｍＪ／ｃｍ2であった。このパネルの初期分子配向方向は、大部分の視野面で、ラビング方向から＋／−１７度ずれた。ほんの一部の限定された面だけがラビング角と同じ方向を示した。このパネルの電気応答測定は、偏光顕微鏡での２０倍程度の視野範囲の平均として、ドメインスイッチングでの典型的な２値応答を示した。
【０１５７】
比較例９
（コントロール）
市販のＦＬＣ混合物材料（メルク：ＺＬＩ−４８５１−１００）、液晶性光重合物質（大日本インキ化学工業：ＵＣＬ−００１）、および重合開始剤（メルク：ダロキュア  １１７３）を用いて、文献特開平１１−２１５５４号に基づき、ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルを組み立てた。混合物は、９３質量％のＺＬＩ−４８５１−１００ＦＬＣ混合物、６質量％のＵＣＬ−００１、および１質量％のダロキュア  １１７３を有した。液晶分子配向膜用に、ＳＥ−６１０（日産化学工業）を６〜６．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを４，５００Ａ〜５，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心線に対し３０度の方向にラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．１ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．６ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で１．８ミクロンであった。上記混合材料を１１０℃温度等方においてパネルに注入した。混合材料を注入後、周辺温度を制御して、混合材料が強誘電性液晶相を見せるまで（４０℃）１分間に２℃の割合で徐冷した。その後、自然冷却によりパネルが充分室温になったところで、１０分間、＋／−１０V、周波数５００Hzの三角波電圧をパネルに印加した。１０分間電圧印加の後、同じ電圧印加を保持しつつ、３６５ｎｍの紫外光を照射した。照射の条件は、５，０００ｍＪ／ｃｍ2であった。このパネルの初期分子配向方向は、大部分の視野面で、ラビング方向から＋／−１７度ずれた。ほんの一部の限定された面だけがバッフィング角と同じ方向を示した。このパネルの電気応答測定は、偏光顕微鏡での２０倍程度の視野範囲の平均として、ドメインスイッチングでの典型的な２値応答を示した。
【０１５８】
実施例３
液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを６，５００Ａ〜７，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心線に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．６ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．８ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で２．０ミクロンであった。このパネルにおいて、文献Molecular Crystals and The liquid crystals;“Naphthalene Base Ferroelectric liquid crystal and Its Electro Optical Properties”；Ｖｏｌ．２４３，ｐｐ．７７−ｐｐ．９０，（１９９４）に記載のナフタレン系ＦＬＣ混合物材料を１３０℃温度等方において注入した。この液晶材料の室温におけるヘリカルピッチは、２．５ｍｍであった。液晶材料を注入後、周辺温度を制御して、１３０℃から１分間に１℃の割合で強誘電性液晶相を見せる５０℃まで徐冷した。スメクチックＡ相からカイラルスメクチックＣ相へのこの徐冷過程（９０℃から５０℃まで）において、＋／−１Ｖ、周波数５００Ｈｚの三角波電圧を印加した。パネル温度が５０℃に達した後、印加三角波電圧を＋／−７Ｖに上げた。その後自然冷却により、パネル温度が室温になるまで印加し続けた。このパネルの初期分子配向方向は、大部分の視野面において、ラビング方向と同じであった。小さくわずかな面のみにラビング角からの＋／−１７度のずれが見られた。このパネルの電気応答測定は、図１９に示すように、偏光顕微鏡測定での２０倍程度の視野範囲の平均として、アナログ階調スイッチングを示した。この実施例において、徐冷の間の印加電圧は三角波に限定されず、正弦波、矩形波でもラビング方向に平行な初期分子配向を安定化させるために有効であることも、また、見出された。
【０１５９】
比較例１０
（コントロール）
液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを５００Ａ〜６００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心線に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．２ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．８ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で２．０ミクロンであった。このパネルにおいて、文献Molecular Crystals and The liquid crystals;“Naphthalene Base Ferroelectric liquid crystal and Its Electro Optical Properties”；Ｖｏｌ．２４３，ｐｐ．７７−ｐｐ．９０，（１９９４）に記載のナフタレン系ＦＬＣ混合物材料を１３０℃温度等方において注入した。この液晶材料の室温におけるヘリカルピッチは、２．５ミクロンであった。液晶材料を注入後、周辺温度を制御して、１３０℃から１分間に５℃の割合で強誘電性液晶相を見せる５０℃まで冷却した。パネル温度が５０℃に達した後、自然冷却により、パネル温度を室温まで冷却した。このパネルの初期分子配向方向は、大部分の視野面において、ラビング角からの＋／−１８度のずれが見られた。限定された小さな面で、ラビング方向と同じであった。このパネルの電気応答測定は、典型的な２値ドメインスイッチングを示した。
【０１６０】
比較例１１
（コントロール）
液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを６，５００Ａ〜７，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心線に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．２ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．８ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で２．０ミクロンであった。このパネルにおいて、文献Ｍolecular Crystals and The liquid crystals;“Naphthalene Base Ferroelectric liquid crystal and Its Electro Optical Properties”；Ｖｏｌ．２４３，ｐｐ．７７−ｐｐ．９０，（１９９４）に記載のナフタレン系ＦＬＣ混合物材料を１３０℃温度等方において注入した。この液晶材料の室温におけるヘリカルピッチは、２．５ミクロンであった。液晶材料を注入後、周辺温度を制御して、１３０℃から１分間に１℃の割合で強誘電性液晶相を見せる５０℃まで徐冷した。スメクチックＡ相からカイラルスメクチックＣ相へのこの徐冷過程（９０℃から５０℃まで）において、＋／−１Ｖ、周波数５００Ｈｚの三角波電圧を印加した。パネル温度が５０℃に達した後、印加三角波電圧を＋／−７Ｖに上げた。その後自然冷却により、パネル温度が室温になるまで印加し続けた。このパネルの初期分子配向方向は、ラビング角から＋／−１７度ずれた。小さな限定された面のみがラビング角と同じ方向を示した。このパネルの電気応答測定は、偏光顕微鏡測定での程度の視野範囲の平均として、アナログ階調スイッチングを全く示さなかった。
【０１６１】
比較例１２
（コントロール）
液晶分子配向膜用に、ＲＮ−１１９９（日産化学工業）を１〜１．５°のプレチルト角配向物質として用いた。硬化層としての配向層の厚さを６，５００Ａ〜７，０００Ａに設定した。この硬化配向層の表面をレイヨン布により、図１７に示すように基板の中心線に対し３０度の角度をなすようにラビングした。ラビングの押し込み量は、両基板ともに０．６ｍｍとした。スペーサとして平均粒径が１．８ミクロンの二酸化ケイ素粒子を用いる。出来上がりのパネルギャップは測定値で２．０ミクロンであった。このパネルにおいて、文献Molecular Crystals and The liquid crystals;“Naphthalene Base Ferroelectric liquid crystal and Its Electro Optical Properties”；Ｖｏｌ．２４３，ｐｐ．７７−ｐｐ．９０，（１９９４）に記載のナフタレン系ＦＬＣ材料を１３０℃温度等方において注入した。この液晶材料の室温におけるヘリカルピッチは、２．５ミクロンであった。液晶材料を注入後、周辺温度を制御して、１３０℃から１分間に３℃の割合で強誘電性液晶相を見せる５０℃まで徐冷した。スメクチックＡ相からカイラルスメクチックＣ相へのこの徐冷過程（９０℃から５０℃まで）において、電圧を全く印加しなかった。パネル温度が５０℃に達した後、＋／−７Ｖ三角波電圧を印加した。その後自然冷却によりパネル温度が室温になるまで印加し続けた。このパネルの初期分子配向方向は、ラビング角から＋／−１６度ずれた。このパネルの電気応答測定は、典型的な２値ドメインスイッチングを示した。
【０１６２】
上記実施例において得られた結果を以下の表３にまとめる。
【０１６３】
実施例の要約
【表３】
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【０１６４】
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、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。
【０１６５】
２００３年１月１６日に出願された米国特許仮出願第６０／４４０，８２７号を、参照することにより本明細書に取り込む。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１】ＴＦＴ−ＬＣＤにおける現状のＲＧＢ副画素構造の一般的な例を示す模式断面図である。
【図２】画面画像速度と対角サイズ間の比例関係を示すグラフである。
【図３】時間分割カラーＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤの画素構造を示す模式平面図である。
【図４】時間分割カラー表示における光処理能力の例を示す模式グラフである。グラフ（ａ）はネマチック液晶の場合の非対称応答を模式的に示す。グラフ（ｂ）はＦＬＣの場合の対称応答を模式的に示す。
【図５】ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤパネルにおける消光角を示す模式グラフである。
【図６】ＳＳＦＬＣＤパネルにおける消光角を示す模式グラフである。
【図７】アナログ階調応答の例を示す図である。
【図８】本発明において用いるべき初期分子配向の一般的な例を示す模式斜視図である。
【図９】ＳＳＦＬＣＤの初期およびスイッチング分子配向の一般的な例を示す模式斜視図である。
【図１０】ＳＳＦＬＣディスプレイの電気光学効果の一般的な例を示すための模式斜視図である。
【図１１Ａ】モデルＡ（均一モデル）による初期分子配向の一般的な例を示す模式平面図である。
【図１１Ｂ】モデルＢ（内部対称モデル）による初期分子配向の一般的な例を示す模式平面図である。
【図１１Ｃ】モデルＣ（全体分極解消モデル）による初期分子配向の一般的な例を示す模式平面図である。
【図１２】三角波電圧印加の下での分子配向スイッチングの間の分極スイッチング電流の例を示すグラフである。
【図１３】従来のＳＳＦＬＣＤパネルの場合におけるスイッチングの間の分極スイッチングピーク電流の例を示すグラフである。
【図１４Ａ】ＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤのｃ−ダイレクタプロファイルを説明するための模式図である。
【図１４Ｂ】ＳＳＦＬＣＤの場合における分極スイッチング過程を説明するための模式図である。
【図１５】ＳＳＦＬＣＤおよびＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤの誘電挙動の例を示すグラフである。
【図１６】ＳＳＦＬＣＤとＰＳ−Ｖ−ＦＬＣＤ間のＶＨＲ挙動差の例を示すグラフである。
【図１７】積層パネルのラビング（またはラビング）角を説明するための模式図である。
【図１８】参照例の電気光学効果の一般的な例を示す図である。
【図１９】本発明による素子の実施形態の電気光学効果の一般的な例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１７】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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