JP3135724B2 - Liquid crystal electro-optical device - Google Patents

Liquid crystal electro-optical device

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JP3135724B2 JP33360492A JP33360492A JP3135724B2 JP 3135724 B2 JP3135724 B2 JP 3135724B2 JP 33360492 A JP33360492 A JP 33360492A JP 33360492 A JP33360492 A JP 33360492A JP 3135724 B2 JP3135724 B2 JP 3135724B2
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spontaneous polarization
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利光 小沼
毅 西
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】自発分極を有する液晶材料
一定の電荷量を供給する素子を基板上に配し、強誘電性
液晶または反強誘電性液晶のスイッチングを助け、高階
調性の液晶ディスプレイを実現する液晶電気光学装置に
関する発明である。
BACKGROUND OF THE INVENTION arranged element supplying <br/> constant charge amount in the liquid crystal material having spontaneous polarization on the substrate, helps the switching of the ferroelectric liquid crystal or anti-ferroelectric liquid crystal, high gradation The present invention relates to a liquid crystal electro-optical device that realizes a transparent liquid crystal display.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶を用いた電子デバイスは、時計や温
度計等に限らず、ワードプロセッサーやラップトップコ
ンピューターやテレビ受像機に至るまで広範な映像機器
への応用が期待されている。
2. Description of the Related Art Electronic devices using liquid crystals are expected to be applied not only to clocks and thermometers, but also to a wide range of video equipment such as word processors, laptop computers and television receivers.

【0003】液晶の種類としては様々なものがあるが、
特に一般的に普及しているのがネマチック液晶であり、
動作モードとしてはツイステッドネマチック液晶または
スーパーツイステッドネマチック液晶など多くの分野に
利用されている。それらは単独でパターニングされた電
極を有した基板に挟持され、単純マトリクスパネルとし
て比較的製造工程が短く、安価なパネルとして利用され
ている。ただし、画素電極数が多くなるとクロストーク
を発生し、表示品位が悪くなる。
There are various types of liquid crystal,
Particularly popular is the nematic liquid crystal,
The operation mode is used in many fields such as a twisted nematic liquid crystal or a super twisted nematic liquid crystal. They are sandwiched between substrates having individually patterned electrodes, and are used as inexpensive panels with relatively short manufacturing steps as simple matrix panels. However, when the number of pixel electrodes increases, crosstalk occurs and the display quality deteriorates.

【0004】その問題を解決する為に製造工程は複雑に
なることを覚悟してでも薄膜トランジスタや金属−絶縁
膜−金属で作製した非線形素子等を基板上に作製してい
る。
In order to solve the above problem, thin film transistors and non-linear elements made of metal-insulating film-metal are manufactured on a substrate even if the manufacturing process becomes complicated.

【0005】これらは液晶のスイッチングを助けるもの
である。その結果として高性能な表示品位を実現し、鮮
明なテレビ映像なども液晶パネルで表示出来る。ただし
ネマチック液晶の場合、応答速度が1〜500m秒であ
り、書換速度が遅いという問題を生じていた。
[0005] These aid switching of the liquid crystal. As a result, high-performance display quality is realized, and clear television images can be displayed on the liquid crystal panel. However, in the case of the nematic liquid crystal, the response speed is 1 to 500 msec, and there has been a problem that the rewriting speed is low.

【0006】そこで注目を集めているのが強誘電性液晶
である。または反強誘電性液晶においても同様である。
[0006] Attention has been paid to ferroelectric liquid crystals. The same applies to antiferroelectric liquid crystals.

【0007】強誘電性液晶は、図1に示す様に基板10
0面の配向制御にしたがって液晶分子102が一定方向
に向いている。液晶分子と分子の間は層構造101を形
成し、3次元方向に秩序性高く配列している。厚いセル
厚下においては液晶分子はコーンを形成する位置のどの
上にも存在してよいとされており、螺旋を形成するよう
に配列している。
A ferroelectric liquid crystal is applied to a substrate 10 as shown in FIG.
The liquid crystal molecules 102 are oriented in a certain direction according to the zero plane alignment control. A layer structure 101 is formed between the liquid crystal molecules and is arranged in a three-dimensional direction with high order. Under a large cell thickness, the liquid crystal molecules may exist on any position where the cone is formed, and are arranged so as to form a spiral.

【0008】図1での薄いセル厚下では液晶分子長軸の
向きは、第1の状態102と第2の状態103という2
つの状態をとる。その状態はそこに印加する電界方向で
液晶分子の自発分極を制御できる。
Under the thin cell thickness shown in FIG. 1, the directions of the long axes of the liquid crystal molecules are the first state 102 and the second state 103.
Take two states. In that state, the spontaneous polarization of the liquid crystal molecules can be controlled by the direction of the electric field applied thereto.

【0009】第1の状態での自発分極の向きは下側に、
第2の状態での自発分極は上側に向いている。その2つ
の状態間を高速な書換が可能なこと、電界印加を終了し
た後もその状態を安定に保持できること、偏光板を介し
て観察したときに広い視野角に渡ってその2つの状態を
識別出来る、等の優れた特性を有しているため、高速か
つ大容量な画面を実現できる液晶材料として大いに期待
されている。
The direction of the spontaneous polarization in the first state is downward,
The spontaneous polarization in the second state points upward. High-speed rewriting between the two states is possible, the state can be stably maintained even after the application of the electric field is completed, and the two states can be identified over a wide viewing angle when observed through a polarizing plate. Since it has excellent characteristics such as being able to be used, it is expected to be a liquid crystal material capable of realizing a high-speed and large-capacity screen.

【0010】一方、反強誘電性液晶については、図2に
示す様に前記強誘電性液晶に第1の状態120、第2の
状態121に加えて第3の状態122を取ることが出来
る。電圧を印加しないときは、第3の状態にあり、マイ
ナスの電圧を印加した時には第1の状態、プラスの電圧
を印加した時には第2の状態をとる。
On the other hand, the antiferroelectric liquid crystal can take a third state 122 in addition to the first state 120 and the second state 121 as shown in FIG. When no voltage is applied, the third state is established. When a negative voltage is applied, the first state is established. When a positive voltage is applied, the second state is established.

【0011】この時に第3の状態と第1の状態の間、及
び第3の状態と第2の状態の間には明確なしきい電圧が
存在する。このしきい値が存在することで駆動の面では
強誘電性液晶に比べて非常に優位となった。
At this time, a clear threshold voltage exists between the third state and the first state and between the third state and the second state. The existence of this threshold value is extremely superior to the ferroelectric liquid crystal in terms of driving.

【0012】第3の状態から第1の状態、第3の状態か
ら第2の状態への切り替えは速度は印加電圧に対応して
高速なものとなる。ただし第1及び第2の状態から第3
の状態へのスイッチング速度は、幾分遅くなる傾向にあ
る。その原因としては、液晶の粘土や界面の効果が比較
的大きいことと、自発分極の向きを一様な状態から交互
に存在する状態へと変える為の駆動力に欠けることが挙
げられる。
The switching from the third state to the first state and the switching from the third state to the second state have a high speed corresponding to the applied voltage. However, from the first and second states to the third
The switching speed to the state of (1) tends to be somewhat slower. This is because the effects of the clay and the interface of the liquid crystal are relatively large, and the driving force for changing the direction of spontaneous polarization from a uniform state to an alternately existing state is lacking.

【0013】こうした反強誘電性液晶のいずれの特性を
も強誘電性液晶よりはむしろネマチック液晶の扱いと類
似した所がある。
All of the characteristics of such an antiferroelectric liquid crystal are similar to those of a nematic liquid crystal rather than a ferroelectric liquid crystal.

【0014】また強誘電性液晶及び反強誘電性液晶は、
層構造を形成している。この層は基板面に垂直となら
ず、幾分曲がり、くの字の構造をしている。基板面に垂
直になっているのをブックシェルフ構造、折れ曲がって
いるのをシェブロン構造と称している。このくの字を形
成するときに曲がり方向として2つ方向がある。その曲
がり方向の食い違ったところで欠陥が発生する。
The ferroelectric liquid crystal and the antiferroelectric liquid crystal are
A layer structure is formed. This layer is not perpendicular to the surface of the substrate, but rather bends and has a U-shaped structure. The one that is perpendicular to the substrate surface is called a bookshelf structure, and the one that is bent is called a chevron structure. There are two bending directions when forming this U-shape. Defects occur where the bending directions differ.

【0015】これは、液晶セルを偏光顕微鏡で容易に観
察する事が出来る。この欠陥はメモリー性やコントラス
ト比の低下をもたらし表示品位を妨げる原因となる。こ
れの解決方法として高プレチルト配向膜を使用して曲が
り方向を一方向に一様したり、層が基板面に対して垂直
を保つような液晶材料を用いたり、電界を印加してシェ
ブロン構造を強制的にブックシェルフ構造に変化させる
などの手法がある。いずれも非常に難しい技術であり欠
陥の発生を抑制するのは難しい。
This allows the liquid crystal cell to be easily observed with a polarizing microscope. This defect causes a decrease in memory performance and contrast ratio, and hinders display quality. As a solution to this, a high pretilt alignment film is used to make the bending direction uniform in one direction, a liquid crystal material that keeps the layer perpendicular to the substrate surface, or a chevron structure by applying an electric field. There is a method such as forcibly changing to a bookshelf structure. Both are very difficult techniques and it is difficult to suppress the occurrence of defects.

【0016】しかしながら反強誘電性液晶の場合には電
界による層変形が容易に起こりくの字に折れ曲がった層
構造は基板面に対して垂直に変化し、無欠陥の良好な配
向を実現することが出来る。反強誘電性液晶はそれ自身
がしきい値を有するだけでなく配向が良好になると言う
点においても強誘電性液晶に比して扱いが容易である。
However, in the case of the antiferroelectric liquid crystal, the layer structure which is easily bent so that the layer is easily deformed by an electric field changes perpendicularly to the substrate surface, and realizes good defect-free alignment. Can be done. The antiferroelectric liquid crystal is easier to handle than the ferroelectric liquid crystal in that not only the antiferroelectric liquid crystal itself has a threshold value but also good alignment.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】このように強誘電性液
晶及び反強誘電性液晶は類似する特性と異なる特性を有
しているが、いずれにおいても2つの状態が一義的に決
ってしまうために、TN液晶の様に印加電圧で白さや黒
さの色調の度合を変化させる事が難しく、階調を取るこ
とが困難とされていた。
As described above, the ferroelectric liquid crystal and the antiferroelectric liquid crystal have similar characteristics and different characteristics, but in any case, two states are uniquely determined. In addition, it is difficult to change the degree of whiteness or blackness with an applied voltage like a TN liquid crystal, and it is difficult to obtain a gradation.

【0018】その結果、高速スイッチングかつ高視野角
な特性を有しながらもテレビ映像など高階調性を必要と
するディスプレイには用いられないでいた。そこで強誘
電性液晶及び反強誘電性液晶を用いたディスプレイで高
階調性を実現するための技術の開発が急務とされてい
た。
As a result, it has not been used for a display that requires high gradation such as a television image while having characteristics of high-speed switching and a high viewing angle. Therefore, there is an urgent need to develop a technique for realizing high gradation in a display using a ferroelectric liquid crystal and an antiferroelectric liquid crystal.

【0019】実際の強誘電性液晶を駆動するときの波形
と液晶の応答について図3で説明する。これは強誘電性
液晶を複数の電極構成の単純マトリクスで駆動するとき
の標準的な波形である。強誘電性液晶を駆動するときの
波形は、液晶の状態を選択するための大きな電圧の選択
パルス131と前記選択パルスの電圧の1/3または1
/4の大きさの非選択部132の小さなパルスから構成
されている。
The waveform and the response of the liquid crystal when driving the actual ferroelectric liquid crystal will be described with reference to FIG. This is a standard waveform when the ferroelectric liquid crystal is driven by a simple matrix having a plurality of electrodes. The waveform when driving the ferroelectric liquid crystal includes a selection pulse 131 of a large voltage for selecting the state of the liquid crystal and 1 / or 1 of the voltage of the selection pulse.
It is composed of small pulses of the non-selection section 132 having a size of / 4.

【0020】光学応答は選択パルスに従って明状態13
3(例えば第1の状態)から暗状態134(第2の状
態)にスイッチングする。その次の状態で非選択のパル
スに対して応答し、第2の状態から第1の状態に戻るこ
とはないが光学的な揺らぎが発生しコントラスト比低下
の大きな因子となっていた。
The optical response is a bright state 13 according to the selection pulse.
3 (for example, the first state) to the dark state 134 (the second state). In the next state, it responds to the non-selected pulse and does not return from the second state to the first state, but optical fluctuations occur, which is a major factor in lowering the contrast ratio.

【0021】このような状態では選択パルスの波高値を
変えても第1の状態と第2の状態の間の中間の状態を維
持することは出来ない。これは、画素電極にプラスの電
圧とマイナスの電圧が交互に印加されるために、電荷が
一定とならず常に変化するために光学応答が安定しなく
なるためであった。
In such a state, an intermediate state between the first state and the second state cannot be maintained even if the peak value of the selection pulse is changed. This is because a positive voltage and a negative voltage are alternately applied to the pixel electrode, so that the charge does not become constant and constantly changes, so that the optical response becomes unstable.

【0022】このような単純マトリクス駆動の状況下で
は、液晶分子の第1の状態と第2の状態を安定に取れて
高コントラスト比な状態が得られるかがむしろ問題であ
り、安定な階調を達成するような状況にはならなかっ
た。
In such a simple matrix driving situation, it is rather a problem whether the first state and the second state of the liquid crystal molecules can be stably obtained and a state having a high contrast ratio can be obtained. Was not the situation to achieve.

【0023】従って強誘電性液晶を単純マトリクスで駆
動して階調表示をするときには、複数(n個)の画素を
1つの表示絵素と考えて、ON状態の画素とOFFの状
態の画素の面積比で中間調を出すと言うものがほとんど
であった。この面積階調で2のn乗の階調数が実現でき
る。ただ一定の表示容量を達成する為に、n倍の表示画
素数が必要となることと、表示映像が粗い描写となるた
めに高精細な表示を実現することが出来なかった。
Therefore, when the ferroelectric liquid crystal is driven by a simple matrix to perform gradation display, a plurality of (n) pixels are considered as one display picture element, and a pixel in an ON state and a pixel in an OFF state are displayed. In most cases, halftones were produced based on the area ratio. With this area gradation, the number of gradations of 2 n can be realized. However, in order to achieve a certain display capacity, n times the number of display pixels is required, and a high-definition display cannot be realized because a display image is coarsely described.

【0024】するとやはり1つの電極画素内で階調を実
現することがより高精細なディスプレイを実現するため
に必要である。本発明はそれを解決するための方法に関
するものである。
Then, it is necessary to realize a gray scale within one electrode pixel in order to realize a higher definition display. The present invention relates to a method for solving the problem.

【0025】[0025]

【課題を解決するための手段】本発明者等は強誘電性液
晶の自発分極の発生機構に着目し、駆動波形によって液
晶の光学応答がどうなるか、そのときの自発分極との対
応等を詳細に調べた。その結果強誘電性液晶における階
調性に関しては液晶における電荷の出入りが極めて重要
である事を見いだした。
The present inventors have paid attention to the mechanism of spontaneous polarization of a ferroelectric liquid crystal, and have detailed the optical response of the liquid crystal depending on the driving waveform, and the correspondence with the spontaneous polarization at that time. I checked. As a result, it has been found that the transfer of charges into and out of the liquid crystal is extremely important for the gradation property of the ferroelectric liquid crystal.

【0026】本発明は強誘電性液晶または反強誘電性液
晶の駆動を一定の電荷を供給出来る素子を用いて階調表
示を行おうとするものである。まず、リード電極及び画
素電極を配した透過性基板で自発分極を有する液晶材料
を挟持する。前記液晶と接する基板面上には液晶材料を
少なくとも初期の段階において一軸配向方向に配列する
ため手段を有する。前記画素電極に電荷を供給する手段
を配置し、前記画素電極に液晶が有する自発分極と画素
面積の積の2倍を越える電荷量を前記画素電極に供給
し、かつ次の電荷供給までの間に電荷量が変化しないよ
うに保持することにより、液晶が取り得る第1の状態と
第2の状態を制御することが可能な液晶電気光学装置で
ある。
According to the present invention, it is intended to drive a ferroelectric liquid crystal or an antiferroelectric liquid crystal to perform gradation display using an element capable of supplying a constant charge. First, a liquid crystal material having spontaneous polarization is sandwiched between a transparent substrate on which a lead electrode and a pixel electrode are arranged. Means are provided on the substrate surface in contact with the liquid crystal for arranging the liquid crystal material in a uniaxial alignment direction at least at an initial stage. A means for supplying a charge to the pixel electrode is provided, and a charge amount more than twice a product of a spontaneous polarization of a liquid crystal and a pixel area in the pixel electrode is supplied to the pixel electrode, and a period until the next charge is supplied. This is a liquid crystal electro-optical device capable of controlling a first state and a second state that can be taken by liquid crystal by holding the charge amount so as not to change.

【0027】さらに、リード電極及び画素電極を配した
透過性基板で自発分極を有する液晶材料を挟持し、前記
液晶と接する基板面上には液晶材料を少なくとも初期の
段階において一軸配向方向に配列する。前記画素電極に
電荷を供給する手段を配置し、前記画素電極に液晶が有
する自発分極と画素面積の積の2倍を越える電荷量以下
の任意の電荷量を前記画素電極に供給し、かつ次の電荷
供給までの間に電荷量が変化しないように保持すること
により、液晶が取り得る第1の状態と第2の状態の面積
の割合を可変して階調制御する事を特徴とする液晶電気
光学装置に関する発明である。
Further, a liquid crystal material having spontaneous polarization is sandwiched between a transparent substrate on which a lead electrode and a pixel electrode are arranged, and the liquid crystal material is arranged at least in an initial stage in a uniaxial alignment direction on a substrate surface in contact with the liquid crystal. . A means for supplying electric charge to the pixel electrode is provided, and an arbitrary electric charge of not more than twice the product of the spontaneous polarization of the liquid crystal and the pixel area of the liquid crystal is supplied to the pixel electrode. The liquid crystal is characterized in that by maintaining the amount of charge so as not to change until the charge is supplied, the ratio of the area of the liquid crystal between the first state and the second state can be varied to perform gradation control. The present invention relates to an electro-optical device.

【0028】また、リード電極及び画素電極を配した透
過性基板で自発分極を有する液晶材料を挟持し、前記液
晶と接する基板面上には液晶材料を少なくとも初期の段
階において一軸配向方向に配列するため手段を有し、前
記画素電極に電荷を供給する手段を配置する。
A liquid crystal material having spontaneous polarization is sandwiched between transparent substrates on which lead electrodes and pixel electrodes are arranged, and the liquid crystal material is arranged in a uniaxial alignment direction at least at an initial stage on a substrate surface in contact with the liquid crystal. Means for supplying electric charges to the pixel electrode.

【0029】前記画素電極に液晶が有する自発分極と画
素面積の積の2倍を越える電荷量以下の任意の電荷量を
前記画素電極に供給し、かつ次の電荷供給までの間に電
荷量が変化しないように保持することにより、供給する
電荷に相当する分の自発分極を反転させて供給電荷と画
素電極内の自発分極電荷とを準平衡状態に保つことで液
晶が取り得る第1の状態と第2の状態の面積の割合を可
変して階調制御する事を特徴とする発明である。
An arbitrary charge of less than twice the product of the spontaneous polarization of the liquid crystal and the pixel area in the pixel electrode is supplied to the pixel electrode, and the amount of charge is changed until the next charge is supplied. The first state in which the liquid crystal can be obtained by inverting the spontaneous polarization corresponding to the supplied charge and maintaining the supplied charge and the spontaneously polarized charge in the pixel electrode in a quasi-equilibrium state by keeping the charge unchanged. And controlling the gradation by changing the ratio of the area in the second state to the second state.

【0030】これらにおいて一定量の電荷を供給する前
に逆方向電荷を供給して液晶材料が取る方向を一方の状
態に予め揃えておくことが一定の電荷量供給に対して液
晶の光学変化量を一定にするために必要である。
In these cases, it is necessary to supply a reverse charge before supplying a fixed amount of charge so that the direction taken by the liquid crystal material is aligned in one state in advance. It is necessary to keep the constant.

【0031】電荷供給する手段の一部として薄膜トラン
ジスタが利用される。薄膜トランジスタと接続する画素
電極に並列に容量を付加することも一つの特徴であり、
本発明の様に自発分極を有した液晶材料を駆動するのに
は効果は大きい。
A thin film transistor is used as a part of the means for supplying electric charges. One feature is to add capacitance in parallel to the pixel electrode connected to the thin film transistor.
The effect is great for driving a liquid crystal material having spontaneous polarization as in the present invention.

【0032】また、電荷供給手段の一部として2端子素
子であるダイオード素子や強誘電性薄膜を用いることが
できる。
As a part of the charge supply means, a two-terminal diode element or a ferroelectric thin film can be used.

【0033】この様な構成からなる発明が本発明者らが
自発分極を伴う液晶材料の階調性を実現する為に必要な
事柄である。前記電荷を供給する事ができる素子とは薄
膜トランジスタや強誘電性薄膜など画素が一定の時間の
間選択されたときに画素に所定の電荷が画素に供給出来
るものである。
The invention having such a structure is necessary for the present inventors to realize the gradation of a liquid crystal material accompanied by spontaneous polarization. The element that can supply the electric charge is an element such as a thin film transistor or a ferroelectric thin film that can supply a predetermined electric charge to the pixel when the pixel is selected for a predetermined time.

【0034】また、当然のように液晶セルとして供給さ
れた電荷をセル内部で消費されるような物であってはな
らない。その為には、液晶の体積抵抗値1011Ω・cm
以上のような高い必要があり、液晶の電界に伴う自発分
極の発生の他に電流が流れる様なセルは望ましくない。
As a matter of course, the charge supplied as a liquid crystal cell must not be consumed inside the cell. For this purpose, the volume resistance of the liquid crystal is 10 11 Ω · cm.
As described above, the cell needs to be high, and a cell in which a current flows in addition to the occurrence of spontaneous polarization due to the electric field of the liquid crystal is undesirable.

【0035】[0035]

【作用】まず、自発分極を有する液晶材料をスイッチン
グするときの電荷について説明する。画素電極に様々な
手段により電荷が供給され、画素容量との関係において
画素電極には一定の電圧が印加される。
First, the charge when switching a liquid crystal material having spontaneous polarization will be described. Electric charges are supplied to the pixel electrode by various means, and a constant voltage is applied to the pixel electrode in relation to the pixel capacitance.

【0036】TN液晶を動作する時には液晶自身に明確
なしきい電圧値を有しているので、しきい値より小さな
電圧を供給すれば応答しないがそれよりも大きな電圧を
供給すれば徐々に状態を変化させ色調変化していく。つ
まり印加電圧を調整してやれば透過状態から非透過状態
を可変する事ができる。
When the TN liquid crystal is operated, the liquid crystal itself has a clear threshold voltage value. Therefore, if a voltage smaller than the threshold value is supplied, no response is made, but if a voltage larger than that is supplied, the state gradually changes. The color tone changes. That is, by adjusting the applied voltage, it is possible to change the non-transmission state from the transmission state.

【0037】これと同じ様な意味では強誘電性液晶はし
きい値を有していない。大きな電圧を印加すれば液晶は
高速に第1の状態から第2の状態へと変化し、小さな電
圧を印加すると時間を要しながらも状態の変化は起こ
る。従ってただ単に強誘電性液晶に何ボルトの電圧を印
加すれば液晶は応答する、または応答しないと言うもの
ではない。
In the same sense, the ferroelectric liquid crystal has no threshold. When a large voltage is applied, the liquid crystal changes from the first state to the second state at a high speed. When a small voltage is applied, the state changes while taking time. Therefore, it does not mean that the liquid crystal responds or does not respond simply by applying a voltage of several volts to the ferroelectric liquid crystal.

【0038】強誘電性液晶に場合にはそれ自身が自発分
極を有している為に自発分極を外部から供給される電荷
量で如何に反転させるかが問題となる。その場合に重要
なのは印加する電圧ではなく、供給する電荷量である。
液晶材料が有している自発分極(単位は単位面積当たり
の電荷量)に画素面積との積の2倍を供給してやれば理
論的には液晶は第1の状態から第2の状態へと全て変化
する。ただ実際にはこれの数倍(1〜5倍)の電荷の供
給が必要となる。
In the case of a ferroelectric liquid crystal, since the liquid crystal itself has a spontaneous polarization, how to invert the spontaneous polarization by the amount of charge supplied from the outside becomes a problem. In this case, what is important is not the applied voltage but the amount of charge to be supplied.
If twice the product of the pixel area and the spontaneous polarization (the amount of charge per unit area) of the liquid crystal material is supplied, the liquid crystal theoretically changes from the first state to the second state. Change. However, in practice, it is necessary to supply charges several times (1 to 5 times) as large as this.

【0039】強誘電性液晶と言えども状態が変化する為
のしきい電圧は不明確ながら存在する為である。外部か
ら供給される電荷量が上述の電荷量以下の場合には画素
電極内で自発分極を全て反転させるに及ばず、供給電荷
に相当する分だけの反転が生じ、光学応答にもその分の
みの部分的な反転つまり階調表示が実現する。
This is because even though the liquid crystal is a ferroelectric liquid crystal, the threshold voltage for changing the state exists unclearly. When the amount of electric charge supplied from the outside is equal to or less than the above-mentioned amount of electric charge, it is not enough to invert all spontaneous polarizations in the pixel electrode. , That is, gradation display is realized.

【0040】このように液晶に電圧を印加するのと電荷
を供給する事とは行っている動作は同じであるが、ここ
では液晶の自発分極を反転する電荷を如何に供給するか
が問題となり電圧を用いた表現を用いるよりは適切であ
る。
As described above, the operation of applying a voltage to the liquid crystal is the same as the operation of supplying a charge, but here, how to supply the charge for inverting the spontaneous polarization of the liquid crystal is a problem. This is more appropriate than using a voltage expression.

【0041】まず薄膜トランジスタ(TFT)を電荷供
給手段として用いたときの事について図4を用いて記述
する。TFTは信号提供側のソース部140と液晶画素
143に接続されているドレイン部141及びソースと
ドレイン間の電位差を制御するゲート部142からなっ
ている。画素電極の他方の端は通常は接地144されて
いる。動作するときにソース部には一定の電圧が供給さ
れる。
First, a case where a thin film transistor (TFT) is used as a charge supply means will be described with reference to FIG. The TFT includes a source section 140 on the signal providing side, a drain section 141 connected to the liquid crystal pixel 143, and a gate section 142 for controlling a potential difference between the source and the drain. The other end of the pixel electrode is normally grounded 144. During operation, a constant voltage is supplied to the source section.

【0042】その状態でゲートに電圧が印加されON状
態となり、ソースとドレイン間の抵抗が低下し、ドレイ
ン部と接続している画素電極に所定の電荷が供給され
る。電荷を供給した後はゲートはオフ状態となり、ソー
スとドレインの間の抵抗値はオン状態のそれの4〜8桁
上がる。画素電極は実質的にオープン状態となり、電位
はそのまま保持されることになる。
In this state, a voltage is applied to the gate and the gate is turned on, the resistance between the source and the drain is reduced, and a predetermined charge is supplied to the pixel electrode connected to the drain. After the charge is supplied, the gate is turned off, and the resistance between the source and the drain is increased by four to eight orders of magnitude of that of the on state. The pixel electrode is substantially in an open state, and the potential is kept as it is.

【0043】強誘電性液晶がTFTを介して駆動される
ときの状態について図5を用いて説明する。ゲートがO
N状態になっている時間は60μ秒であった。この時間
だけ液晶に電荷が供給される。
The state when the ferroelectric liquid crystal is driven via the TFT will be described with reference to FIG. Gate is O
The time in the N state was 60 μsec. Charge is supplied to the liquid crystal only during this time.

【0044】系を流れる電流と光学応答の関係について
調べた。10Vの電圧を印加すると液晶の光学応答20
0は第1の状態から第2の状態に全て反転する。この時
の電流を見ると画素容量に対する初期の電荷の注入20
1と光学変化に対応して大きな電流202が流れる。後
者の大きな電流202が強誘電性液晶の自発分極の反転
に伴う電流である。
The relationship between the current flowing through the system and the optical response was examined. When a voltage of 10 V is applied, the optical response of the liquid crystal becomes 20.
0s are all inverted from the first state to the second state. Looking at the current at this time, the initial charge injection 20 into the pixel capacitance
A large current 202 flows corresponding to 1 and the optical change. The latter large current 202 is a current accompanying the reversal of spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal.

【0045】一方、印加電圧が4Vの時には液晶の光学
応答203は十分な変化を示す前に電荷の注入は終了
し、それに伴って光学応答204は終了してしまいそれ
以降光学的には一定の状態となる。電流の変化を見る
と、自発分極の反転に伴う電流は途中の段階で止まる。
つまり、この電圧と時間の間には液晶の反転は全て行わ
れることなく途中で終了した。
On the other hand, when the applied voltage is 4 V, the injection of electric charge ends before the optical response 203 of the liquid crystal shows a sufficient change, and the optical response 204 ends accordingly, and thereafter the optical response becomes constant. State. Looking at the change in the current, the current accompanying the reversal of the spontaneous polarization stops at an intermediate stage.
In other words, the inversion of the liquid crystal was not completed during the period between the voltage and the time, and the operation was terminated halfway.

【0046】さらにその光学応答の状態は、ゲートオフ
後においても電荷の供給がなくなった状態が保持されて
いる。別の表現をするならば、この時に注入された電荷
量は液晶を全て反転させるだけの量に及ばず、何割かの
反転だけを行わせている。この事が本発明での極めて重
要なことである。
Further, the state of the optical response is such that the supply of electric charge is stopped even after the gate is turned off. In other words, the amount of charge injected at this time is not enough to invert the entire liquid crystal, but only a few inversions are performed. This is extremely important in the present invention.

【0047】液晶の光学応答は、印加電圧が大きな時に
はOFF状態とON状態が得られる。この時の状態から
得られるコーン角は直流電圧印加時と同等であり十分に
液晶が応答していることがわかる。一方低電圧領域で
は、ゲートがON状態の間に光学応答は変化するがその
時間内では十分な応答が出来ないために前述の様な十分
な光学位置には達せず中間の状態になっている。さらに
ゲートOFF後においてはその状態が維持され安定な中
間状態が得られる事になる。
As for the optical response of the liquid crystal, an OFF state and an ON state can be obtained when the applied voltage is large. The cone angle obtained from the state at this time is the same as that at the time of applying the DC voltage, and it can be seen that the liquid crystal responds sufficiently. On the other hand, in the low voltage region, the optical response changes while the gate is in the ON state, but a sufficient response cannot be made within that time, so that the optical position does not reach a sufficient optical position as described above, and the state is an intermediate state. . Further, the state is maintained after the gate is turned off, and a stable intermediate state is obtained.

【0048】ゲートオン時に画素電極に印加される電圧
を変化させた時の光学応答の変化を図6に示す。印加電
圧を変化させると画素を透過する光の量は連続的に変化
している。これにより強誘電性液晶での階調表示に関し
てほぼ問題のない領域にある。
FIG. 6 shows a change in the optical response when the voltage applied to the pixel electrode is changed when the gate is turned on. When the applied voltage is changed, the amount of light transmitted through the pixel changes continuously. This is in a region where there is almost no problem with gradation display by ferroelectric liquid crystal.

【0049】また、図6の5V以下の電圧の印加を行っ
ているときに液晶を光学顕微鏡で観察すると第1の状態
と第2の状態が混在したドメイン(領域の意味で2つの
状態が混在している)が観察される。一方、5V以上の
電圧を印加した場合にはドメインの発生は見られず、画
素全体の黒さ、白さが変化している。恐らくこの段階で
はコーン角が変化しているものと考えられる。
When the liquid crystal is observed with an optical microscope while applying a voltage of 5 V or less in FIG. 6, a domain in which the first state and the second state are mixed (the two states are mixed in the sense of the region). Is observed). On the other hand, when a voltage of 5 V or more is applied, no domain is observed, and the blackness and whiteness of the entire pixel are changed. Probably at this stage, the cone angle has changed.

【0050】このようにある電圧を境にドメインを伴っ
た中間調とドメインを伴わない中間調を実現している。
図6からも分かるように5V以下のドメインを伴ったほ
うが印加する電圧に対して大きく階調変化を行うことが
できる。5V以上の領域での透過率の変化は実際には緩
やかになっている。従って第1の状態と第2の状態の面
積を変化させて階調表示を行う事の方が白さ黒さを変化
させて行う事に比べて実際面では主なる方式になってい
る。
As described above, halftone with a domain and halftone without a domain are realized at a certain voltage.
As can be seen from FIG. 6, it is possible to greatly change the gradation with respect to the applied voltage when the domain having the domain of 5 V or less is applied. The change in transmittance in the region of 5 V or more is actually gentle. Therefore, performing gray scale display by changing the area in the first state and the second state is a main method in practice in comparison with performing gray scale display by changing whiteness and blackness.

【0051】また、TFTを用いて強誘電性液晶の階調
表示を行う時にはゲートをオンにしている時間を一定に
して印加する電圧波高値を変化させて行うものもあれ
ば、一定の時間内にどれだけの応答をさせるかという意
味では印加する電圧を一定にしてゲートをオンにしてい
る時間を変化させても同様に階調性の実現には問題な
い。当然ではあるが印加する時間が長いと液晶は第1の
状態から第2の状態へ十分な応答をし、印加する時間が
短いと光学的にも自発分極がどの程度反転するかという
問題からしても不十分な応答しかできない。
Further, when a gray scale display of ferroelectric liquid crystal is performed by using a TFT, there is a method in which the time during which the gate is turned on is fixed and the voltage peak value to be applied is changed, In the sense of how much response is made, even if the applied voltage is kept constant and the time during which the gate is turned on is changed, there is no problem in realizing the gradation. Naturally, if the application time is long, the liquid crystal responds sufficiently from the first state to the second state, and if the application time is short, the degree of spontaneous polarization is reversed optically. Can only give an inadequate response.

【0052】また、印加する電圧とゲートをオン状態に
しておく印加時間の両方を変化させて階調を行うことは
可能である。その時には容易に扱える方の因子を多段階
に変化させ、マージンの無いほうの因子を少段階に変化
させる方が実際の駆動に対しては便利である。この場合
には時間を変化させると駆動周波数も変化してしまう事
になり電圧波高値を制御する方が実用的である。
Further, it is possible to perform gradation by changing both the applied voltage and the application time for keeping the gate on. At that time, it is more convenient for actual driving to change the factor that can be easily handled in multiple stages and to change the factor with no margin in small stages. In this case, if the time is changed, the driving frequency also changes, and it is more practical to control the voltage peak value.

【0053】強誘電性液晶はそれ自身に明確なしきい値
電圧を有していないと言われる。確かにそれは直流的な
電圧を強誘電性液晶セルに印加した状態での光学応答は
時間を要しながらも徐々に変化していく。
It is said that ferroelectric liquid crystals do not themselves have a definite threshold voltage. Certainly, the optical response when a DC voltage is applied to the ferroelectric liquid crystal cell gradually changes while taking time.

【0054】また、パルス駆動においては強誘電性液晶
の応答にしきい値を持たせる事ができるが中間調を安定
に保持できるわけではない。それは画素電極に単に電圧
を印加する場合、画素電極内で液晶分子の反転に伴う電
荷の消費が起こるために補う分の電荷補充され、低電
圧の印加ではあるものの液晶のしきい値はなく液晶分子
は全て反転する。またパルス印加の状態ではパルス印加
後に画素電極の電位は同レベルとなり電位差がなくな
る。
In the pulse driving, the response of the ferroelectric liquid crystal can have a threshold value, but the halftone cannot be stably maintained. That is, when a voltage is simply applied to the pixel electrode, charge is consumed to compensate for the inversion of liquid crystal molecules in the pixel electrode, so that the supplemented charge is replenished, and although a low voltage is applied, there is no threshold for the liquid crystal. All liquid crystal molecules are inverted. In the pulse application state, the potential of the pixel electrode becomes the same level after the pulse application, and the potential difference disappears.

【0055】従ってその場合にはセル内部で生じる反電
界の影響を受けて液晶の状態は電圧印加後にさらに状態
は変化してしまう。一方、TFTから一定の時間内に一
定の電荷量だけが供給される場合にはその電荷量に見合
うだけの自発分極量だけが応答して、後のオープンな状
態ではそのままの液晶の取り得る状態を保持している。
つまり、供給される電荷量と自発分極が準安定な状態で
平衡になっている。
Therefore, in this case, the state of the liquid crystal is further changed after the voltage is applied under the influence of the anti-electric field generated inside the cell. On the other hand, when only a certain amount of electric charge is supplied from the TFT within a certain time, only the amount of spontaneous polarization corresponding to the amount of electric charge responds. Holding.
That is, the supplied charge amount and the spontaneous polarization are in an equilibrium state in a metastable state.

【0056】また、画素電極内での電荷の消費が発生す
る場合、または特に反強誘電性液晶の様に自発分極が大
きく一定の期間内には液晶を反転するだけの電荷量を注
入出来ない場合には、それを補う為の電荷の補給が必要
となる。その場合には、TFTと液晶を直列につなぐだ
けでなく、画素と並列に適当量の容量(付加容量と称す
る)を接続する事が良い手法である。容量の大きさとし
ては画素容量相当かまたは画素容量の数倍で十分であ
る。容量が大きいと画素電荷の補充には十分となるが、
付加容量への電荷蓄積時間がかかりすぎると言った問題
が発生する。そうすると前述程度の容量の大きさが適当
となる。
Further, when electric charge is consumed in the pixel electrode, or when the spontaneous polarization is so large as in the case of an antiferroelectric liquid crystal, a charge amount sufficient to invert the liquid crystal cannot be injected within a certain period. In such a case, it is necessary to replenish the charge to make up for it. In such a case, it is a good technique not only to connect the TFT and the liquid crystal in series but also to connect an appropriate amount of capacitance (referred to as an additional capacitance) in parallel with the pixel. It is sufficient that the capacitance is equivalent to the pixel capacitance or several times the pixel capacitance. If the capacitance is large, it will be enough to replenish the pixel charge,
There is a problem that it takes too much time to accumulate charges in the additional capacitance. Then, the magnitude of the capacity as described above becomes appropriate.

【0057】これまでに述べてきたように画素電極に一
定量の電荷を供給するようなデバイスは、TFTにかぎ
った物でなく他の幾つかのデバイスでも可能である。2
端子素子として金属−絶縁膜−金属(MIM)や強誘電
性薄膜を用いた時にもこのような現象を捕らえることが
出来る。強誘電性薄膜とは有機高分子ではポリフッ化ビ
ニリデンやフッ化ビリデンとトリフルオロエチレンの共
重合体やフッ化ビリデンとテトラフルオロエチレンの共
重合体などがあり、無機物ではチタン酸バリウム、酸化
チタン、または複合的な無機膜などが挙げられる。
As described above, a device for supplying a fixed amount of electric charge to the pixel electrode is not limited to the TFT, but may be some other device. 2
Such a phenomenon can be captured even when a metal-insulating film-metal (MIM) or a ferroelectric thin film is used as a terminal element. Ferroelectric thin films include organic polymers such as polyvinylidene fluoride, copolymers of viridene fluoride and trifluoroethylene, copolymers of viridene fluoride and tetrafluoroethylene, and inorganic materials such as barium titanate and titanium oxide. Or a composite inorganic film.

【0058】このような強誘電性薄膜を画素電極内に配
する。強誘電性薄膜は強誘電性液晶と同様に薄膜に電圧
を印加すると自発分極を発生する。図7を用いて説明す
る。強誘電性薄膜151と液晶152は直列に接続さ
れ、一方の端子153から信号電圧が供給される。画素
電極の他方の端子154は接地されている。端子153
から信号電圧パルスが供給されると強誘電性薄膜および
液晶に電圧がかかり強誘電性薄膜および液晶のダイポー
ルが一定の方向に配列する。上述の強誘電性薄膜の自発
分極の大きさは1000〜100000nC/cm2で
あり、強誘電性液晶の自発分極のそれの3〜5ケタ程大
きな値となっている。
Such a ferroelectric thin film is provided in the pixel electrode. Like a ferroelectric liquid crystal, a ferroelectric thin film generates spontaneous polarization when a voltage is applied to the thin film. This will be described with reference to FIG. The ferroelectric thin film 151 and the liquid crystal 152 are connected in series, and a signal voltage is supplied from one terminal 153. The other terminal 154 of the pixel electrode is grounded. Terminal 153
When a signal voltage pulse is supplied from the device, a voltage is applied to the ferroelectric thin film and the liquid crystal, and the dipoles of the ferroelectric thin film and the liquid crystal are arranged in a certain direction. The magnitude of the spontaneous polarization of the above-described ferroelectric thin film is 1000 to 100000 nC / cm 2, which is about 3 to 5 digits larger than that of the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal.

【0059】従って強誘電性薄膜の自発分極の挙動がこ
の系の主な物と見なして良いだろう。パルス印加後の電
位が接地状態になった時には強誘電性薄膜から発生した
自発分極は液晶にもかかるようになる。つまり強誘電性
薄膜で発生した自発分極を両者の容量で分割するその時
の電荷が液晶に供給される。
Accordingly, the behavior of spontaneous polarization of the ferroelectric thin film may be regarded as a main component of this system. When the potential after applying the pulse is grounded, the spontaneous polarization generated from the ferroelectric thin film is applied to the liquid crystal. That is, the spontaneous polarization generated in the ferroelectric thin film is divided by the capacitance of both, and the electric charge at that time is supplied to the liquid crystal.

【0060】また、強誘電性薄膜に電圧を印加した時に
発生する自発分極の大きさは、印加電圧が小さい時には
ほとんどなく、ある電圧(抗電界)を越えると自発分極
は印加電圧に比例して大きくなる。従って、印加電圧で
発生する自発分極の大きさを制御しそれは画素電極の強
誘電性液晶に提供する電荷量を制御することが出来る。
それにより画素電極の液晶の第1の状態と第2の状態に
ある割合を制御することが出来る。
The magnitude of the spontaneous polarization generated when a voltage is applied to the ferroelectric thin film hardly occurs when the applied voltage is small. When the applied voltage exceeds a certain voltage (coercive electric field), the spontaneous polarization is proportional to the applied voltage. growing. Therefore, the magnitude of the spontaneous polarization generated by the applied voltage can be controlled, which can control the amount of charge provided to the ferroelectric liquid crystal of the pixel electrode.
Thereby, the ratio of the liquid crystal of the pixel electrode in the first state and the second state can be controlled.

【0061】つまり強誘電性液晶の階調表示が可能にな
る。また、TFTの時と同様に強誘電体薄膜に印加する
電圧を変化させるのも1つの方法であるが、電圧を一定
にして電圧を印加する時間を変化させても良く、さらに
は電圧と時間を共に変化させるのも1つの手段である。
いずれにしろマージンのある手法を選択するのが良い。
That is, gradation display of ferroelectric liquid crystal becomes possible. One method is to change the voltage applied to the ferroelectric thin film as in the case of the TFT, but it is also possible to change the voltage application time while keeping the voltage constant. Is also one means to change both.
In any case, it is better to select a method with a margin.

【0062】このように強誘電性液晶に供給する電荷量
で液晶が取る第1の状態と第2の状態の割合を制御する
事が出来る。これによる階調制御は液晶自身に明確なし
きい値があるわけでないために初期の状態がどういう位
置にあるか、かつそこにどれくらいの電荷が供給される
かの2つの条件で初めて決まる物である。
As described above, the ratio between the first state and the second state taken by the liquid crystal can be controlled by the amount of charge supplied to the ferroelectric liquid crystal. Since the liquid crystal itself does not have a definite threshold value, the gradation control based on this is determined only by the two conditions of the initial position and the amount of charge supplied thereto. .

【0063】従って、再現性のある階調を実現するため
には初期の液晶の状態を決定しておかなければいけな
い。従って電荷を供給する為のパルスを印加する前に、
そのパルスと逆方向のパルスを印加し、液晶の状態を初
期化しておけば良いと言うことになる。これにより表示
しようとする画素状態の前の状態がどんなであっても次
の状態では目的とする状態を実現する事が可能である。
以下実施例において説明する。
Therefore, in order to realize a reproducible gradation, the initial state of the liquid crystal must be determined. Therefore, before applying the pulse to supply the charge,
This means that a pulse in the opposite direction to that pulse is applied to initialize the state of the liquid crystal. As a result, a target state can be realized in the next state regardless of the state before the pixel state to be displayed.
Hereinafter, an embodiment will be described.

【0064】[0064]

【実施例】【Example】

『実施例1』 コーニング7059基板上に通常の低温
プロセスでnチャンネルのポリシリコンTFTを作成し
た。ドレイン側には画素電極を配置した。基板上にスピ
ンコート法でポリイミドを塗布し200℃で焼成した。
厚さは100〜300Åであった。対向基板は特に画素
を分割していない基板であり、直接ポリイミドをスピン
コートで塗布した。両基板をラビング処理を施して一軸
配向処理とした。ラビング方向はセルを組んだ時にラビ
ング方向が直行するようにラビング軸を設定した。
Example 1 An n-channel polysilicon TFT was formed on a Corning 7059 substrate by a normal low-temperature process. A pixel electrode was arranged on the drain side. Polyimide was applied on the substrate by spin coating and baked at 200 ° C.
The thickness was 100-300 °. The counter substrate is a substrate in which pixels are not divided, and polyimide is directly applied by spin coating. Both substrates were subjected to a rubbing treatment to obtain a uniaxial orientation treatment. The rubbing direction was set so that the rubbing direction was orthogonal when the cells were assembled.

【0065】この時にTFT基板側のラビングを行う時
には各リード電極をグランドに落として静電気で素子が
破壊されないように充分に配慮した。次にTFT基板側
にはスペーサーを散布し、対向電極側にはシール剤、こ
の場合はエポキシ樹脂をスクリーン印刷を行った。両基
板はスペーサーの直径に合わせて1.5μmに貼り合わ
せた。セル内部にはメルク製ZLI3654強誘電性液
晶を注入した。液晶材料を100℃にまで加熱し、液晶
が等方相になった状態で真空注入した。封止後駆動回路
を接続後試験に供した。
At this time, when performing rubbing on the TFT substrate side, each lead electrode was dropped to the ground, and sufficient care was taken so that the element was not destroyed by static electricity. Next, spacers were sprayed on the TFT substrate side, and a sealant, in this case, an epoxy resin was screen-printed on the counter electrode side. Both substrates were bonded to 1.5 μm according to the diameter of the spacer. Into the cell, ZLI3654 ferroelectric liquid crystal manufactured by Merck was injected. The liquid crystal material was heated to 100 ° C., and vacuum injection was performed in a state where the liquid crystal was in an isotropic phase. After the sealing, the driving circuit was subjected to a test after connection.

【0066】ゲートに15Vを印加し50μ秒の時間オ
ン状態となるようにした。ソース電圧を変化させた時の
オン、オフの光学応答の状態を図6に示した。ソース電
圧としてプラスの電圧を印加した時の明側の透過状態は
印加電圧が大きくなるほど大きくなった。一方暗状態は
印加電圧の上昇に伴って低下した。明確な階調が得られ
ている。
A voltage of 15 V was applied to the gate so that the gate was turned on for 50 μsec. FIG. 6 shows the state of the optical response of ON and OFF when the source voltage was changed. The transmission state on the light side when a positive voltage was applied as the source voltage increased as the applied voltage increased. On the other hand, the dark state decreased as the applied voltage increased. Clear gradation is obtained.

【0067】また、プラス電圧でオン状態を更に明確に
作るためにはプラス電圧印加前にマイナス電圧を印加す
る必要がある。予めマイナス8Vの電圧を印加してやれ
ば常に明確な階調を実現することが出来た。
Further, in order to make the ON state more clearly with the plus voltage, it is necessary to apply a minus voltage before applying the plus voltage. By applying a voltage of -8 V in advance, a clear gradation can always be realized.

【0068】『実施例2』 有機強誘電性薄膜を電荷供
給手段として用いた場合のディスプレイについて図8を
もちいて説明する。ガラス基板160上にITOの画素
電極をDCスパッタ法で1000Å成膜し、通常のフォ
トリソ法で所定の画素パターン161にエッチングし
た。
Example 2 A display using an organic ferroelectric thin film as a charge supply means will be described with reference to FIG. An ITO pixel electrode was formed on the glass substrate 160 by a DC sputtering method at a thickness of 1000 、, and was etched into a predetermined pixel pattern 161 by an ordinary photolithography method.

【0069】次にトリフルオロエチレンとビニリデンフ
ルオライドとの共重合体をジメチルホルムアミドに溶解
させ1〜5%の溶液を作成した。これをスピンコート法
で前記基板上に塗布し、170℃で2時間加熱し室温ま
で徐冷し強誘電性薄膜162の結晶性を上げた。
Next, a copolymer of trifluoroethylene and vinylidene fluoride was dissolved in dimethylformamide to prepare a 1 to 5% solution. This was applied on the substrate by spin coating, heated at 170 ° C. for 2 hours and gradually cooled to room temperature to increase the crystallinity of the ferroelectric thin film 162.

【0070】次にスパッタ法でクロムを1500Åを成
膜した。これをパターニングしリード電極163とし
た。図8には強誘電性薄膜をクロム電極と同サイズ記し
ている。クロムのパターニング後にレジストのアッシン
グを行う時に強誘電性薄膜を全てエッチングを行えば本
図の様になる。途中の状態で残せば全面に強誘電性薄膜
が残る事になる。実験では何れでもよい。対向のガラス
基板166に電極を所定のパターン164に加工後その
上にポリイミド165をスピンコートで塗布し加熱成膜
した。ラビング処理後強誘電性薄膜側基板160と2μ
mの距離で対向の基板とはりあわせてシール剤167で
固定した。これには等方相−スメクチックA相−スメク
チックC*相の相系列を有するフェニルピリミジン系強
誘電性液晶を加熱注入し、回路接続後、測定に供した。
Next, 1500 ° of chromium was deposited by sputtering. This was patterned to form a lead electrode 163. FIG. 8 shows a ferroelectric thin film of the same size as a chromium electrode. If the entire ferroelectric thin film is etched when the resist is ashed after the patterning of chromium, the result is as shown in FIG. If left in the middle, a ferroelectric thin film will remain on the entire surface. In an experiment, any may be sufficient. After processing the electrodes on the opposing glass substrate 166 into a predetermined pattern 164, polyimide 165 was applied thereon by spin coating to form a film by heating. After rubbing treatment, the ferroelectric thin film side substrate 160 and 2 μm
The substrate was bonded to the opposing substrate at a distance of m and fixed with the sealant 167. To this, a phenylpyrimidine-based ferroelectric liquid crystal having a phase sequence of isotropic phase-smectic A phase-smectic C * phase was injected under heating, connected to a circuit, and subjected to measurement.

【0071】強誘電性薄膜を伴った液晶セルにパルスを
印加した時の液晶と強誘電性薄膜の間の電位を液晶電位
として測定した結果を図9に示した。液晶電位はパルス
印加時では大きくなるがパルス終了後でもある一定の電
位が残り一定となる。つまりパルス印加状態で発生した
一定量の自発分極がパルス終了後に液晶画素にその一部
分が提供される為に発生したのが液晶電位となる。
FIG. 9 shows the result of measuring the potential between the liquid crystal and the ferroelectric thin film when a pulse was applied to the liquid crystal cell with the ferroelectric thin film as the liquid crystal potential. The liquid crystal potential increases when a pulse is applied, but remains constant after the end of the pulse. That is, a certain amount of spontaneous polarization generated in the pulse application state is provided to the liquid crystal pixel after the end of the pulse, and the liquid crystal potential is generated.

【0072】この液晶電位が実際には液晶に印加され液
晶が応答する。印加電圧及びパルス幅を変化させた時の
液晶電位の変化を図10に示す。パルス幅を1000μ
秒にした時には液晶電位は40Vppで発生し100V
ppでは10Vppとなっている。ここには明確なしき
い値が現れている。強誘電性薄膜だけで印加電圧を変化
させてそこに発生する自発分極の値を測定する場合で
も、印加電圧が小さくなれば自発分極の値も小さくな
る。それが液晶を直列に接続した状態でも同様な傾向が
確認された。
This liquid crystal potential is actually applied to the liquid crystal, and the liquid crystal responds. FIG. 10 shows changes in the liquid crystal potential when the applied voltage and the pulse width are changed. Pulse width 1000μ
When set to seconds, the liquid crystal potential is generated at 40 Vpp and 100 V
pp is 10 Vpp. Here is a clear threshold. Even when the applied voltage is changed only by the ferroelectric thin film and the value of the spontaneous polarization generated there is measured, as the applied voltage decreases, the value of the spontaneous polarization also decreases. The same tendency was confirmed when the liquid crystal was connected in series.

【0073】さらにパルス幅を変化させて100μ秒に
した時には同じ液晶電位を得るにも大きな電圧が必要と
なっている。この液晶電位はTFTを用いた時の液晶の
応答を示した図6の横軸の電圧と同じ物を意味してい
る。従って強誘電性薄膜を用いてこの様な液晶電位が測
定されればこれに準じて液晶の光学応答の階調性は十分
にとれる事は言うまでもない。TFTを用いた時と同様
に強誘電性薄膜を用いた本発明においても20〜40V
の間で電圧値を変えて十分な階調を実現する事が出来
た。
When the pulse width is further changed to 100 μs, a large voltage is required to obtain the same liquid crystal potential. This liquid crystal potential means the same as the voltage on the horizontal axis in FIG. 6 showing the response of the liquid crystal when the TFT is used. Therefore, if such a liquid crystal potential is measured using a ferroelectric thin film, it goes without saying that the gradation of the optical response of the liquid crystal can be sufficiently obtained. In the present invention using a ferroelectric thin film, as in the case of using a TFT, 20 to 40 V
A sufficient gradation could be realized by changing the voltage value between.

【0074】[0074]

【発明の効果】自発分極を有する液晶材料をTFTまた
は強誘電性薄膜を有したセルで駆動し、液晶材料に所定
の電荷量を印加し次の状態で高抵抗状態にしてその電荷
量を維持する事が出来る時には、供給する電荷量で液晶
の取る第1の状態と第2の状態を取る面積比率を可変す
る事が出来た。これにより強誘電性液晶又は反強誘電性
液晶が有する高速性と高視野を利用して、本発明の高階
調の性能と相まって高性能な液晶ディスプレイを実現で
き、ビデオ信号で表示できる液晶テレビを作成するのに
有効な手段となった。
According to the present invention, a liquid crystal material having spontaneous polarization is driven by a TFT or a cell having a ferroelectric thin film, and a predetermined amount of charge is applied to the liquid crystal material. When it was possible to do so, it was possible to change the area ratio of the liquid crystal in the first state and the liquid crystal in the second state depending on the amount of charge supplied. By utilizing the high speed and high field of view of the ferroelectric liquid crystal or the antiferroelectric liquid crystal, a high-performance liquid crystal display can be realized in combination with the high gradation performance of the present invention, and a liquid crystal television capable of displaying a video signal can be realized. It became an effective means to create.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】強誘電性液晶の概要を示す図FIG. 1 is a diagram showing an outline of a ferroelectric liquid crystal

【図2】反強誘電性液晶の概略を示す図FIG. 2 is a diagram schematically showing an antiferroelectric liquid crystal.

【図3】強誘電性液晶を従来の方法で駆動した図FIG. 3 is a diagram in which a ferroelectric liquid crystal is driven by a conventional method.

【図4】本発明を表す図FIG. 4 is a diagram illustrating the present invention.

【図5】発明の作用を表す図FIG. 5 is a diagram showing the operation of the present invention.

【図6】発明の作用を表す図FIG. 6 is a diagram showing the operation of the invention.

【図7】本発明で強誘電性薄膜を用いた時の断面図FIG. 7 is a sectional view when a ferroelectric thin film is used in the present invention.

【図8】強誘電性薄膜を用いた時の作用を表す図FIG. 8 is a diagram showing an operation when a ferroelectric thin film is used.

【図9】強誘電性薄膜を用いた時の作用を表す図FIG. 9 is a diagram showing an operation when a ferroelectric thin film is used.

【図10】強誘電性薄膜を用いた時の作用を表す図FIG. 10 is a diagram showing an operation when a ferroelectric thin film is used.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/133 G09G 3/36 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/133 G09G 3/36

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】対向する一対の基板と、 前記基板の少なくとも一方の基板の上方に設けられた画
素電極と、 前記一対の基板間に挟まれた自発分極を有する反強誘電
性液晶でなる液晶材料と、 前記液晶材料を一軸配向方向に配列する手段と、 前記画素電極に電荷を供給する手段と、 前記供給された電荷を保持する手段とを有する液晶電気
光学装置であって、 前記画素電極に供給する電荷は、前記自発分極を全て反
転させる電荷量以下であり、 前記液晶材料の第1の状態と第2の状態の面積の割合を
可変して階調制御することを特徴とする液晶電気光学装
置。
1. A pair of opposing substrates, a pixel electrode provided above at least one of the substrates, and a liquid crystal comprising an antiferroelectric liquid crystal having spontaneous polarization sandwiched between the pair of substrates. A liquid crystal electro-optical device, comprising: a material; a unit for arranging the liquid crystal material in a uniaxial alignment direction; a unit for supplying a charge to the pixel electrode; and a unit for holding the supplied charge. The amount of charge supplied to the liquid crystal material is equal to or less than the amount of charge for inverting all of the spontaneous polarization, and gradation control is performed by changing the ratio of the area of the liquid crystal material between the first state and the second state. Electro-optical device.
【請求項2】対向する一対の基板と、 前記基板の少なくとも一方の基板の上方に設けられた画
素電極と、 前記一対の基板間に挟まれた自発分極を有する反強誘電
性液晶でなる液晶材料と、 前記液晶材料を一軸配向方向に配列する手段と、 前記画素電極に電荷を供給する手段と、 前記電荷を保持する手段とを有する液晶電気光学装置で
あって、 前記自発分極を全て反転させる電荷量以下の電荷を前記
画素電極に供給し、 前記画素電極に供給する電荷に相当する分の前記自発分
極を反転させて前記供給された電荷と画素電極内の前記
液晶材料が有する自発分極電荷とを準平衡状態に保つこ
とで前記液晶材料の第1の状態と第2の状態の面積の割
合を可変して階調制御することを特徴とする液晶電気光
学装置。
2. A pair of opposing substrates, a pixel electrode provided above at least one of the substrates, and a liquid crystal comprising antiferroelectric liquid crystal having spontaneous polarization sandwiched between the pair of substrates. A liquid crystal electro-optical device, comprising: a material; a unit for arranging the liquid crystal material in a uniaxial orientation direction; a unit for supplying a charge to the pixel electrode; and a unit for holding the charge. A charge equal to or less than the amount of charge to be supplied is supplied to the pixel electrode, and the spontaneous polarization of the liquid crystal material in the pixel electrode is inverted by inverting the spontaneous polarization corresponding to the charge supplied to the pixel electrode. A liquid crystal electro-optical device characterized in that gradation is controlled by changing the ratio of the area between the first state and the second state of the liquid crystal material by keeping the charge and the quasi-equilibrium state.
【請求項3】対向する一対の基板と、 前記基板の少なくとも一方の基板の上方に設けられた画
素電極と、 前記一対の基板間に挟まれた自発分極を有する反強誘電
性液晶でなる液晶材料と、 前記液晶材料を一軸配向方向に配列する手段と、 前記画素電極に電荷を供給する手段と、 前記電荷を保持する手段とを有する液晶電気光学装置で
あって、 前記画素電極に液晶が有する自発分極と画素面積の積の
2倍を越える電荷量以下の電荷量を供給し、かつ次の電
荷供給までの間に電荷量が変化しないように保持するこ
とにより、前記画素電極に供給する電荷に相当する分の
前記自発分極を反転させて前記供給された電荷と前記画
素電極内の前記液晶材料が有する自発分極電荷とを準平
衡状態に保つことで前記液晶材料の第1の状態と第2の
状態の面積の割合を可変して階調制御することを特徴と
する液晶電気光学装置。
3. A pair of substrates facing each other, a pixel electrode provided above at least one of the substrates, and a liquid crystal comprising an antiferroelectric liquid crystal having spontaneous polarization sandwiched between the pair of substrates. A liquid crystal electro-optical device comprising: a material; a unit for arranging the liquid crystal material in a uniaxial orientation direction; a unit for supplying a charge to the pixel electrode; and a unit for holding the charge. Supply to the pixel electrode by supplying a charge amount of not more than twice the product of the spontaneous polarization and the pixel area, and keeping the charge amount unchanged until the next charge supply. The first state of the liquid crystal material is maintained by inverting the spontaneous polarization corresponding to the charge and maintaining the supplied charge and the spontaneous polarization charge of the liquid crystal material in the pixel electrode in a quasi-equilibrium state. Of the second state Liquid crystal electro-optical device, which comprises gradation control by varying the proportion of the product.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれか1項において、
前記液晶材料の体積抵抗値は1011Ω・cm以上である
ことを特徴とする液晶電気光学装置。
4. The method according to claim 1, wherein
A liquid crystal electro-optical device, wherein the liquid crystal material has a volume resistance of 10 11 Ω · cm or more.
【請求項5】請求項1乃至4のいずれか1項において、
前記自発分極を全て反転させる電荷量は、前記自発分極
と前記画素電極の面積との積の2〜10倍の電荷量であ
ることを特徴とする液晶電気光学装置。
5. The method according to claim 1, wherein
The liquid crystal electro-optical device according to claim 1, wherein the amount of charge for inverting all of the spontaneous polarization is a charge amount of 2 to 10 times the product of the spontaneous polarization and the area of the pixel electrode.
【請求項6】請求項1乃至5のいずれか1項において、
前記画素電極に電荷を供給する前に前記画素電極に供給
する電荷と逆方向の電荷を供給して液晶材料を第1の状
態または第2の状態にすることを特徴とする液晶電気光
学装置。
6. The method according to claim 1, wherein
A liquid crystal electro-optical device, wherein a charge in a direction opposite to a charge supplied to the pixel electrode is supplied to supply the liquid crystal material to the first state or the second state before supplying the charge to the pixel electrode.
【請求項7】請求項1乃至5のいずれか1項において、
前記画素電極は薄膜トランジスタと接続されていること
を特徴とする液晶電気光学装置。
7. The method according to claim 1, wherein
The pixel electrode is a liquid crystal electro-optical device characterized in that it is connected to the thin film transistor.
【請求項8】請求項7において、前記画素電極に並列に
容量付加されていることを特徴とする液晶電気光学装
置。
8. The method of claim 7, prior to the liquid crystal electro-optical device, characterized in that capacity in parallel outs pixel electrode is added.
【請求項9】請求項1乃至のいずれか1項において、
前記電荷を供給する手段の一部としてダイオード素子を
含むことを特徴とする液晶電気光学装置。
9. A any one of claims 1 to 5,
A liquid crystal electro-optical device comprising a diode element as a part of the means for supplying electric charges.
【請求項10】請求項1乃至のいずれか1項におい
て、前記電荷を供給する手段として強誘電性薄膜を含む
ことを特徴とする液晶電気光学装置。
10. In any one of claims 1 to 5, the liquid crystal electro-optical device which comprises a ferroelectric thin film as a means for supplying the charge.
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