DE69226137T2

DE69226137T2 - Verfahren zum Steuern einer ferroelektrischen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69226137T2
Application number: DE69226137T
Authority: DE
Inventors: Mitsu Hiro Nara-Ken Nara-Shi Koden
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1992-08-19
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: EP0528685A3; KR930004786A; EP0528685A2; JPH0545619A; DE69226137D1; EP0528685B1; KR100251216B1; TW332866B; JP2746486B2; US5323172A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, und spezieller betrifft sie eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die ein Schaltbauteil und einen ferroelektrischen Flüssigkristall kombiniert.

2. Beschreibung der einschlägigen Technik

Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen werden in weitem Umfang in Uhren, elektronischen Rechnern, Textprozessoren, PCs, Taschenfernsehern oder dergleichen verwendet. In jüngerer Zeit bestand insbesondere Nachfrage nach einer Anzeigevorrichtung hoher Qualität, die eine großflächige Anzeige liefern kann. Es ist bekannt, für eine derartige Anzeigevorrichtung hoher Qualität eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu verwenden, die dadurch hergestellt wird, dass ein Aktivmatrixsubstrat, auf dem Dünnfilm-Transistoren (TFTs) matrixförmig angeordnet sind, mit einem verdrillt-nematischen (TN) Flüssigkristall kombiniert wird.
Jedoch ist es ein schwerwiegender Mangel von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen, dass ihr Blickwinkelbereich eng ist. Dieses Problem ist für TN- Anzeigen spezifisch. Daher kann, solange dieses Anzeigeverfahren verwendet wird, der Mangel nicht tatsächlich verbessert werden. Außerdem besteht starke Nachfrage nach verringerter Ansteuerspannung, und zwar aus wirtschaftlichem Gesichtspunkt.
Indessen ist der Blickwinkelbereich bei einem ferroelektrischen Flüssigkristall groß. Da ein ferroelektrischer Flüssigkristall keinen deutlichen Schwellenwert aufweist, kann, wenn die Impulsbreite für den Schaltvorgang erhöht wird, die Ansteuerspannung theoretisch verringert werden. Jedoch besteht bei einer normalen ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung der Mangel, dass es unwahrscheinlich ist, hohen Kontrast zu erzielen, da aufgrund einer Vorspannung eine Molekülschwankung vorliegt. So wurde es vorgeschlagen, dass ein ferroelektrischer Flüssigkristall mit einem Aktivmatrixsubstrat kombiniert wird, um eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zu realisieren, bei der der Blickwinkelbereich groß ist, die Ansteuerspannung niedrig ist und der Kontrast hoch ist.
Eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung (Appl. Phys. Lett., 36, 899 (1980); japanische Patentoffenlegung Nr. 107216/1981; US- Patent 4367924) verwendet einen ferroelektrischen Flüssigkristall wie einen solchen der chiral-smektischen Phase C, der chiral-smektischen Phase F oder der chiral-smektischen Phase I. Obwohl ein ferroelektrischer Flüssigkristall Schraubenstruktur aufweist, hat es sich herausgestellt, dass die Schraubenstruktur zerstört wird, wenn der ferroelektrische Flüssigkristall zwischen Flüssigkristallzellen mit einer Zellendicke, die geringer als seine Schraubenganghöhe ist, eingebettet wird. Tatsächlich zeigte es sich, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, dass ein Bereich, in dem Flüssigkristallmoleküle ausgehend von der Normalenlinie einer smektischen Schicht um einen Winkel Θ geneigt sind, um stabil zu sein, und ein Bereich, in dem sie um den Winkel Θ in der Gegenrichtung geneigt sind, um stabil zu sein, gemeinsam existieren können. Wenn ein elektrisches Feld in der Richtung rechtwinklig zur Oberfläche in Fig. 1 angelegt wird, können die Richtungen der Flüssigkristallmoleküle und ihrer spontaner Polarisation gleichmäßig ausgerichtet werden. Daher kann durch Ändern der Polarität des anzulegenden elektrischen Felds zwischen zwei Zuständen umgeschaltet werden. Da sich im ferroelektrischen Flüssigkristall in der Zelle doppelbrechendes Licht durch den Schaltvorgang ändert, kann durchgestrahltes Licht dadurch gesteuert werden, dass die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zwischen zwei Polarisatoren eingefügt wird. Außerdem kann selbst dann, wenn das Anlegen der Spannung beendet wird, ein Speichereffekt erzielt werden, da die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle durch die Ausrichtungs-Einstellkraft einer Grenzfläche auf dem vorigen Zustand mit angelegter Spannung gehalten wird. Außerdem kann hinsichtlich der zum Steuern des Schaltvorgangs erforderlichen Zeit schnelles Ansprechverhalten in der Größenordnung von us erzielt werden, da die spontane Polarisation und des Flüssigkristalls und das elektrische Feld unmittelbar einwirken.
Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Signalverlauf einer angelegten Spannung in einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, bei der die Richtung der Polarisationsachsen der Polarisationsplatten, die einander rechtwinklig kreuzen, der Richtung der Längsachse der Moleküle in einem der bistabilen Zustände der ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zusammenfällt, und der Menge durchgelassenen Lichts. Da die ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung Speichereigenschaften aufweist, kann bevorzugtes Umschalten zwischen zwei Werten dadurch realisiert werden, dass ein kurzer Impuls angelegt wird und danach der Elektrodenzustand beibehalten wird.
Als nächstes wird ein Aktivmatrixsubstrat beschrieben. Fig. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Typ mit Aktivmatrix unter Verwendung eines Dünnfilmtransistors (TFT), der ein typisches Dreipol-Bauteil ist.
Gemäß Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen G eine Gateelektrode, das Bezugszeichen S eine Sourceelektrode, das Bezugszeichen D eine Drainelektrode, das Bezugszeichen Vcom eine gemeinsame Elektrode und das Bezugszeichen LC eine Flüssigkristallkapazität. Wenn der Flüssigkristall angesteuert wird, wird dadurch ein elektrisches Feld an die Gateelektrode angelegt, dass ein Signal von einer Abrasterleitung angelegt wird und dann der TFT auf EIN schaltet. Synchron damit wird, wenn ein Signal von einer Signalleitung an die Sourceelektrode angelegt wird, eine elektrische Ladung über die Drainelektrode in die Flüssigkristallkapazität eingespeichert. So reagiert der Flüssigkristall auf das so erzeugte elektrische Feld.
Wenn ein ferroelektrischer Flüssigkristall bei einem Flüssigkristalldisplay vom Aktivmatrixtyp genutzt wird, werden Ansteuersignal-Verläufe verwendet, wie sie in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind.
Wenn jedoch beim in Fig. 4 dargestellten Ansteuerverfahren z. B. ein bestimmtes Pixel für eine lange Zeitspanne nicht geändert wird, wird eine Spannung derselben Polarität an den ferroelektrischen Flüssigkristall an diesem Pixel angelegt. Dies ist ein zu beachtendes großes Problem hinsichtlich der Zuverlässigkeit, und es ist beinahe unmöglich, eine praxisgerechte Anzeigevorrichtung herzustellen.
Indessen ist beim in Fig. 5 dargestellten Ansteuerverfahren die an jedes Pixel angelegte Spannung nicht teilweise auf minus oder plus, so dass das Verfahren hinsichtlich der Zuverlässigkeit als bevorzugt angesehen wird. Jedoch entsteht im Hinblick auf eine praxisgerechte Anzeigevorrichtung das folgende Problem. Die Impulsbreite, die dazu erforderlich ist, einen typischen ferroelektrischen Flüssigkristall zu schalten, beträgt nämlich bei Raumtemperatur bei einer Spannung von 10 V ungefähr 100 us. Obwohl über einen schnelleren ferroelektrischen Flüssigkristall berichtet wurde, ist es im allgemeinen erforderlich, die spontane Polarisation des ferroelektrischen Flüssigkristalls zu erhöhen, um die Schaltgeschwindigkeit einer aus einem Flüssigkristallmaterial gebildeten Anzeige zu erhöhen. Wenn jedoch die spontane Polarisation erhöht wird, ist es schwierig, einen bevorzugten bistabilen Schaltvorgang zu erzielen. Da die Ansteuerspannung einer durch ein TFT angesteuerten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ungefähr 5 V beträgt, wenn angenommen wird, dass bei den in Fig. 5 dargestellten Ansteuersignal-Signalverläufen die Ansteuerspannung 5 V beträgt und die zum Schalten erforderliche Impulsbreite 200 us beträgt, hat die Schreibzeit pro Abrasterzeile den Wert von 600 us. Wenn eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit 1000 Abrasterzeilen realisiert wird, beträgt die zum Umschreiben eines Schirms erforderliche Zeit 600 ms.
Das Dokument EP-A-0 448 105, das Stand der Technik gemäß Artikel 54(3) EPÜ bildet, offenbart ein Verfahren zum Ansteuern einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit Aktivmatrix, bei dem eine vorgegebene Anzahl von Pixelzeilen (durch gleichzeitiges Anlegen von Gate- und Ansteuersignalen an die Abraster- und die Signalelektroden) zunächst aufeinanderfolgend rückgesetzt werden, dann aufeinanderfolgend beschrieben werden und abschließend aufeinanderfolgend auf Null gesetzt werden.
Das Dokument EP-A-0 176 763 offenbart ein Verfahren zum Ansteuern einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit aktiver Matrix. Wenn das einem Pixel entsprechende Schaltelement auf EIN geschaltet wird, werden aufeinanderfolgend zwei Spannungsimpulse an das Pixel angelegt. Der erste Impuls schaltet den Zustand des ferroelektrischen Flüssigkristalls nicht um, jedoch tut dies der zweite Impuls.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Ansteuern einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einem Substrat; einer Vielzahl von Abrasterelektroden und einer Vielzahl von Signalelektroden, die in Form einer Matrix angeordnet sind, wobei an jeder Schnittstelle zwischen einer Abrasterelektrode und einer Signalelektrode ein Pixel definiert ist; einem Schaltbauteil an jeder Schnittstelle der Elektroden, um das zugehörige Pixel anzusteuern; einer einen ferroelektrischen Flüssigkristall enthaltenden Zelle, wobei der ferroelektrische Flüssigkristall eine Flüssigkristall schicht mit Winkelstruktur bildet, die gleichmäßige Ausrichtung zeigt, wobei die Knickrichtung in den Winkelstrukturen mit einer Reibeachse übereinstimmt; und einer Treibersteuereinrichtung; wobei das Verfahren die im Anspruch 1 angegebenen Schritte umfasst.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zum Beschreiben des Schaltvorgangs einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung;
Fig. 2 ist eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der in einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung angelegten Spannung und der Menge durchgelassenen Lichts und die jeweiligen Änderungen im Verlauf der Zeit darstellt;
Fig. 3 ist eine Ansicht, die ein Ersatzschaltbild einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrixtyp zeigt;
Fig. 4 ist eine Ansicht, die ein herkömmliches Verfahren zum Ansteuern einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrixtyp zeigt;
Fig. 5 ist eine Ansicht, die ein anderes herkömmliches Verfahren zum Ansteuern einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrixtyp zeigt;
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die eine Anzeige bei einer erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrixtyp zeigt;
Fig. 7 ist eine Ansicht, die ein Ansteuerverfahren gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 8 ist eine Ansicht, die ebenfalls ein Ansteuerverfahren gemäß der Erfindung zeigt;
Fig. 9 ist eine Ansicht, die den Verlauf eines Spannungssignals zeigt, wie es an jedes Pixel in der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrixtyp angelegt wird;
Fig. 10 ist eine Schnittansicht, die einen Aufbau einer erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrixtyp zeigt; und
Fig. 11 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zur Ausrichtung eines ferroelektrischen Flüssigkristalls zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS- BEISPIELE

Die Erfindung schafft eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrixtyp, bei der die Kapazität groß ist, der Blickwinkelbereich groß ist, die Ansteuerspannung niedrig ist und mit hohem Kontrast angesteuert werden kann.
Nun wird die Treibersteuerung der erfindungsgemäßen ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung unter Verwendung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung beschrieben, bei der ein ferroelektrischer Flüssigkristall mit einem Aktivmatrixsubstrat kombiniert ist, auf dem 1 Abrasterelektroden G&sub1;, G&sub2;, ..., Gn-1, Gn, Gn+1, Gn+2, ..., Gn-1 und G&sub1; sowie k Signalelektroden S&sub1;, S&sub2;, ..., Sm, Sm+1 ..., Sk-1 und Sk in Form einer Matrix angeordnet sind, wobei ein TFT am zugehörigen Schnittpunkt angeordnet ist. Eine Gateelektrode des TFT an jedem Schnittpunkt ist mit einer Abrasterelektrode verbunden, und die Sourceelektrode desselben ist mit einer Signalelektrode verbunden. P1/1, P1/2, ... P1/m, P1/m+1, ... Pn/1, Pn/2, ... Pn/m, Pn/m+1, ... bezeichnen Pixel, von denen jedes mit der Drainelektrode des an jedem Schnittpunkt ausgebildeten TFT verbunden ist. Wenn Pixel so angezeigt werden, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, werden die in den Fig. 7 und 8 dargestellten Signalverläufe an jede Abrasterelektrode und eine Signalelektrode geliefert. Dabei haben die an die Pixel gelegten Spannungssignalverläufe die in Fig. 9 dargestellten Werte. Polarisationsplatten sind so angeordnet, dass dann weiß angezeigt wird, wenn eine positive Spannung an den ferroelektrischen Flüssigkristall angelegt wird, während schwarz angezeigt wird, wenn eine negative Spannung an ihn angelegt wird.
Als erstes wird von der Abrasterelektrode G&sub1; für eine Zeit t&sub1; ein Signal angelegt, um den TFT auf EIN zu schalten. Synchron damit wird von der mit den Pixeln P1/2, P1/m+1 und P1/k-1, die unter den mit G&sub1; verbundenen Pixeln als weiß angezeigt werden, verbundenen Signalelektrode eine negative Spannung -V&sub0; angelegt. Im Gegensatz hierzu wird von der mit den Pixeln P1/1, P1/m und P1/k, die unter den mit G&sub1; verbundenen Pixeln als schwarz angezeigt werden, verbundenen Signalelektroden eine positive Spannung V&sub0; ange legt. Dann wird für die nächste Zeit t&sub1; ein Signal von G&sub2; angelegt, um den TFT auf EIN zu schalten, und synchron damit wird ein Signal von den Signalelektroden angelegt. So werden die mit den Abrasterelektroden G&sub1; bis Gn verbundenen TFTs sequentiell auf dieselbe Weise wie oben beschrieben auf EIN geschaltet.
Nachdem das Signal von der Abrasterelektrode n angelegt wurde, wird erneut von der Abrasterelektrode G&sub1; ein Signal für die Zeit t&sub1; angelegt, um den TFT auf EIN zu schalten. Synchron damit wird von den mit den Pixeln P1/2, P1/m+1 und P1/k-1, die unter den mit G&sub1; verbundenen Pixeln als weiß angezeigt werden, verbundenen Signalelektroden die positive Spannung V&sub0; angelegt. Im Gegensatz hierzu wird von den mit den Pixeln P1/1, P1/m und P1/k die unter den mit G&sub1; verbundenen Pixeln als schwarz angezeigt werden, verbundenen Signalelektroden die negative Spannung -V&sub0; angelegt. Dann wird für die nächste Zeit t&sub1; von G&sub2; ein Signal angelegt, um den TFT auf EIN zu schalten, und synchron damit wird ein Signal von der Signalelektrode angelegt. So werden die mit den Abrasterelektroden G&sub1; bis Gn verbundenen TFTs sequentiell auf dieselbe Weise wie oben beschrieben auf EIN geschaltet.
Nachdem das Signal erneut von der Abrasterelektrode n angelegt wurde, wird von der Abrasterelektrode G&sub1; erneut für die Zeit t&sub1; ein Signal angelegt, um den TFT auf EIN zu schalten. Synchron damit wird eine Spannung von 0 V von der Signalelektrode angelegt. Auf dieselbe Weise werden die mit den Abrasterelektroden G&sub1; bis Gn verbundenen TFTs aufeinanderfolgend auf EIN geschaltet, und synchron damit wird dann eine Spannung von 0 V von der Signalelektrode angelegt.
Dann wird dieselbe Abrasterung durch die Abrasterelektroden Gn+1 bis Gn+n ausgeführt, und dann auch für G&sub1;, was auf dieselbe Weise erfolgt.
Wie oben beschrieben, wird das Schaltbauteil drei Mal eingeschaltet, um den Anzeigeinhalt ein Mal zu schreiben, was ein spezielles Merkmal des erfindungsgemäßen Ansteuerverfahrens ist. Dabei ist der an jedes Pixel angelegte Signalverlauf nicht teilweise weder plus noch minus, wie in Fig. 9 dargestellt, was hinsichtlich der Zuverlässigkeit bevorzugt ist.
Obwohl der Wert von VS abhängig von der Spezifikation eines LSI zum Ansteuern der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung variiert, können z. B. 5 V verwendet werden. Die Zeit t&sub1; ist die Zeit, die dazu erforderlich ist, eine elektrische Ladung zu erzielen, wie sie dazu benötigt wird, eine Spannung von VS durch den TFT an Elektroden zu legen, die durch den Flüssigkristall umschlossen werden, wobei es sich z. B. um 25 us handeln kann. Da die an den Flüssigkristall gegebene Impulsbreite den Wert t&sub1; · n hat, ist es erforderlich, n so zu bestimmen, dass die zum Schalten des ferroelektrischen Flüssigkristalls ausreichende Zeit den Wert t&sub1; · n hat, wenn die Spannung VS angelegt wird. Wenn z. B. angenommen wird, dass die zum Schalten des ferroelektrischen Flüssigkristalls ausreichende Zeit 200 us beträgt und t&sub1; = 25 us gilt, wenn eine Spannung von 5 V angelegt wird, wird n auf 8 gesetzt. Daher ist in diesem Fall zum einmaligen Umschreiben eines Schirms eine Zeit von t&sub1; · 3 · 1 erforderlich. Wenn ein Verfahren verwendet wird, bei dem der Schirm periodisch umgeschrieben wird, hat t&sub1; · 3 · 1 vorzugszweise einen Wert von 16,6 ms oder weniger, so dass kein Flackern erzeugt wird. Daher hat, wenn t&sub1; = 25 us gilt, die Zahl 1 einen Wert von 221 oder weniger. Indessen kann dann, wenn ein Verfahren mit teilweisem Umschreiben verwendet wird, selbst dann, wenn t&sub1; · 3 · 1 einen Wert von 100 ms oder mehr aufweist, die Zahl 1 einen Wert von 1000 oder mehr aufweisen, da eine Anzeige hoher Qualität mit ausreichend hoher Geschwindigkeit erzielt werden kann. Wenn 1 = 1000 und t&sub1; = 25 us gelten, beträgt die Zeit zum Umschreiben eines Schirms 75 ms, was eine Anzeige mit ausreichend hoher Geschwindigkeit ist. Unter Verwendung dieses Ansteuerverfahrens ist selbst dann, wenn die Ansprechgeschwindigkeit des Flüssigkristalls gering ist, die zum Umschreiben eines Schirms erforderliche Zeit theoretisch nicht erhöht.
Das erfindungsgemäße Ansteuerverfahren kann bei einem Verfahren mit teilweisem Umschreiben verwendet werden, bei dem ein Signal nur an einen Teil angelegt wird, in dem der Anzeigeinhalt im Schirm umgeschrieben werden muss. In diesem Fall wird ein Signal nur an diejenigen Abrasterelektroden und Signalelektroden angelegt, die mit den Pixeln verbunden sind, an denen der Anzeigeinhalt umgeschrieben werden muss.
Außerdem ist es möglich, eine an den ferroelektrischen Flüssigkristall angelegte Spannung dadurch einzustellen, dass eine Spannung an eine Gegenelektrode Vcom angelegt wird.
Als Schaltbauteil, wie es an jedem Schnittpunkt einer Abrasterelektrode mit einer Signalelektrode vorhanden ist, existieren zwar verschiedene Bauteile wie ein TFT unter Verwendung von a-Si oder Poly-Si, ein Laddic-Bauteil, ein Plasma-adressiertes Bauteil, jedoch ist darunter ein TFT unter Verwendung von a-Si oder Poly-Si bevorzugt.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung zeigt, bei der ein Aktivmatrixsubstrat unter Verwendung eines a-Si-TFT mit einem ferroelektrischen Flüssigkristall kombiniert ist. Gemäß Fig. 10 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Substrat, die Bezugszahl 2 eine Gateelektrode, die Bezugszahl 3 einen Gateisolierfilm, die Bezugszahl 4 einen a-Si-Halbleiterfilm, die Bezugszahl 14 einen mit Phosphor dotierten n&spplus;-a-Si-Film, die Bezugszahl 5 einen Isolierfilm, die Bezugszahl 6 eine Sourceelektrode, die Bezugszahl 7 eine Drainelektrode, die Bezugszahl 8 eine Pixelelektrode, die Bezugszahl 9 einen Isolierfilm, die Bezugszahl 10 einen Ausrichtungsfilm, die Bezugszahl 11 eine gemeinsame Elektrode, die Bezugszahl 12 einen dunklen Film und die Bezugszahl 13 einen ferroelektrischen Flüssigkristall. Obwohl der dunkle Film nicht immer erforderlich ist, dient er als Schwarzmatrix, die Licht in einem Teil mit Ausnahme eines Pixels abschirmt und dazu dient zu verhindern, dass sich der ferroelektrische Flüssigkristall ändert, wenn das elektrische Feld null wird. Für mindestens einen der Ausrichtungsfilme 10 auf den Substraten wird eine Verarbeitung für uniaxiale Ausrichtung ausgeführt. Obwohl Fig. 9 ein Beispiel einer Vorrichtung für Schwarz-Weiß-Anzeige zeigt, ist selbstverständlich eine Farbanzeige dadurch möglich, dass ein Farbfilter auf dem Substrat hergestellt wird.
Bei der Erfindung werden vorzugsweise ein ferroelektrisches Flüssigkristallmaterial und eine Vorrichtungsstruktur verwendet, die für hohen Kontrast sorgen kann. Als nächstes wird als bevorzugtes Beispiel eines ferroelektrischen Flüssigkristalls, der einen Flüssigkristall mit Winkelstruktur mit gleichmäßiger Ausrichtung bildet, bei der die Knickrichtung der Reibeachse entspricht, wie bei der Erfindung, ein Flüssigkristall beschrieben, bei dem die Richtungen der Verarbeitung für uniaxiale Ausrichtung eines Paars von Substraten parallel sind, die anzusteuernde Flüssigkristallphase eine chiral-smektische Phase C ist, die smektische Schichtstruktur der chiral-smektischen Phase C eine Winkelstruktur ist, die abgeknickt ist, und die Ausrichtung derselben die gleichmäßige Ausrichtung C1 (C1U-Ausrichtung) ist.
Im allgemeinen verfügt eine chiral-smektische Schicht C über eine geknickte Struktur, d. h. eine Winkelstruktur, wie sie in Fig. 11(a) dargestellt ist. Wie es aus dieser Figur erkennbar ist, existieren in der Schicht zwei Knickrichtungen. Im geknickten Teil in der Schicht wird ein Ausrichtungsdefekt erzeugt, der als Zickzackdefekt bezeichnet wird. Fig. 11(b) ist eine schematische Ansicht des durch ein Polarisationsmikroskop betrachteten Zickzackdefekts. Zickzackdefekte werden in als Blitzdefekte bezeichnete Defekte und in als Haarnadeldefekte bezeichnete Defekte eingeteilt. Durch Untersuchungen hat es sich gezeigt, dass ein Teil « » in der Schicht einem Blitzdefekt entspricht, während ein Teil »« in der Schicht einem Haarnadeleffekt entspricht (N. Hiji et al., Jpn. J. Appl. Phys., 27, L1 (1988)). Fig. 11(a) zeigt die Beziehung zwischen der Reiberichtung und dem Vorkippwinkel Θp. Die zwei Ausrichtungen sind die sogenannte C1-Ausrichtung und die C2-Ausrichtung, wobei auf die Reiberichtung Bezug genommen ist. Wenn die Knickrichtung dieselbe wie die der Reibeachse ist, liegt die C1-Ausrichtung (Winkel-1) vor, und der entgegengesetzte Fall ist als C2-Ausrichtung (Winkel-2) definiert.
Wenn der Vorkippwinkel Θp erhöht wird, wird die Differenz zwischen den Ausrichtungszuständen der Flüssigkristallmolekülen und der C1-Ausrichtung und der C2-Ausrichtung auffällig. Wenn ein Ausrichtungsfilm mit einem großen Wert von 8º oder mehr (normalerweise 8 bis 30º) verwendet wird, werden in der C1-Ausrichtung auf der Seite hoher Temperaturen ein Bereich, der deutliches Löschen zeigt, und ein Bereich, der kein Löschen zeigt, beobachtet, während in der C2-Ausrichtung auf der Seite niedriger Temperaturen nur ein Bereich beobachtet wird, der deutliches Löschen zeigt. Da gleichmäßige Ausrichtung und Verdrillungsausrichtung normalerweise durch das Vorliegen eines Löschvorgangs sortiert werden ("Structure and Physical Properties of Ferroelectric Liquid Crystal" von Fukuda und Takezoe, Corona Co., Ltd., 1990, S. 327), wird davon ausgegangen, dass die das Löschen zeigende C1- Ausrichtung als C1U(C1 uniform)-Ausrichtung bezeichnet wird, während die das Löschen nicht zeigende C1-Ausrichtung als C1T(C1 twist)-Ausrichtung bezeichnet wird. Da hinsichtlich der C2-Ausrichtung nur eine Art von Ausrichtung besteht, wird diese einfach als C2-Ausrichtung bezeichnet. Wenn der in Fig. 2 dargestellte Spannungssignalverlauf angelegt wird, wird zwar sowohl in der C1U-Ausrichtung als auch der C2-Ausrichtung vorteilhafter Kontrast erhalten, jedoch wird in der C1T-Ausrichtung nur geringer Kontrast erhalten. Da die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden haben, dass hinsichtlich des Kontrasts die folgende Tendenz besteht, ist die C1U- Ausrichtung hinsichtlich des Kontrasts besonders bevorzugt:
C1U > C2 » C1T
Wenn der Vorkippwinkel Θp nicht allzu groß ist, ist die Differenz zwischen den Kontrasten in der C1U-Ausrichtung und der C2-Ausrichtung nicht allzu groß. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die C1U-Ausrichtung und die C2-Ausrichtung unabhängig vom Wert des Winkels Θp verwendet werden.

BEISPIELE

Beispiel 1

Die in der Tabelle 3 angegebenen zusammengesetzten Flüssigkristallmaterialien Nr. 201 bis 203 wurden unter Verwendung der nachfolgend dargestellten Verbindungen Nr. 101 bis 128 erhalten. Die obigen zusammengesetzten Flüssigkristallmaterialien zeigten bei Raumtemperatur die smektische Phase C. Die Phasenübergangstemperatur der zusammengesetzten Materialien ist in den Tabellen 1 und 2 dargestellt. In den Tabellen 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen C eine kristalline Phase, das Bezugszeichen SX eine smektische Phase X, das Bezugszeichen SC eine smektische Phase C, das Bezugszeichen SA eine smektische Phase A und das Bezugszeichen I eine isotrope Flüssigphase. Tabelle 1 Tabelle 2
Auf zwei Glassubstraten wurde ein ITO-Film hergestellt, darauf wurde ein Polyimid-Ausrichtungsfilm (LX-1400, hergestellt von Hitachi Chemical Co., Ltd.) aufgetragen, und dann wurde dieser gerieben. Dann wurden zwei Substrate mit einer Zellendicke von 2 um so zusammengesetzt, dass die Reiberichtungen übereinstimmten, und dann wurde das in der Tabelle 3 angegebene zusammengesetzte ferroelektrische Flüssigkristallmaterial eingefüllt. Danach wurde die Zelle ein Mal erwärmt, bis die zusammengesetzte Flüssigkristallmaterialien in eine anisotrope Flüssigkeit gewechselt hatten, und dann wurden sie mit 1ºC/Min. auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit bevorzugter Ausrichtung erhalten wurde. Diese ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung wurde zwischen einander rechtwinklig kreuzenden Polarisationsplatten eingesetzt, und dann wurden die Ansprechgeschwindigkeit, der Kippwinkel, der Speicherwinkel und die Speicherimpulsbreite derselben gemessen, wobei die Ergebnisse in Tabelle 4 dargestellt sind. Die Ansprechgeschwindigkeit wurde aus der Zeit ab dem Zeitpunkt, zu dem eine Rechteckspannung (V = ±10 V) bei 25ºC angelegt wurde, bis zum Zeitpunkt erhalten, zu dem sich die Menge durchgelassenen Lichts von 0 auf 50%, von 0 auf 90% und von 10 auf 90% geändert hatte. Der Kippwinkel wurde zu 1/2 eines Winkels definiert, der durch zwei Löschpositionen gebildet war, wie sie erzielt wurden, wenn die Rechteckspannung an die Zellen angelegt wurde. Der Speicherwinkel wurde als Winkel definiert, der durch die zwei Löschpositionen gebildet wurde, wie sie erhalten wurden, wenn kein elektrisches Feld an der Zelle anlag. Die Speicherimpulsbreite wurde als minimaler Wert definiert, der ein Schalten durch Anlegen einer Spannung mit impulsförmigem Signalverlauf (V = ±10 V) bei 25ºC hervorrufen konnte. Tabelle 3 Tabelle 4

Beispiel 2

Auf zwei Glassubstraten wurde ein ITO-Film mit einer Dicke von 1000 Å hergestellt, und dann wurde darauf ein SiO&sub2;-Isolierfilm mit einer Dicke von 500 Å ausgebildet. Dann wurde der in der Tabelle 4 angegebene Ausrichtungsfilm darauf mit einer Dicke von 400 Å durch Schleuderbeschichten hergestellt, und dann wurde unter Verwendung eines Rayontuchs eine Verarbeitung für uniaxiale Ausrichtung durch Reiben ausgeführt. Dann wurden die Substrate für eine Dicke von 20 um so zusammengesetzt, dass die Reibungen nicht parallel waren, und so wurde eine Flüssigkristallzelle hergestellt. Dann wurde der von Merck Co., Ltd. hergestellte nematische Flüssigkristall E-8 in diese eingefüllt, und es wurde der durch die Flüssigkristallmoleküle und das Substrat gebildete Vorkippwinkel durch ein Magnetfeld-Kapazitätsverfahren gemessen. Die zugehörigen Ergebnisse sind in der Tabelle 5 dargestellt. Tabelle 5

Beispiel 3

Die ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrixtyp mit der in Fig. 10 dargestellten Struktur wurde durch den folgenden Prozess hergestellt. Als erstes wurde auf einem Substrat aus Glas durch Sputtern ein Ta-Film hergestellt, der auf vorbestimmte Konfiguration strukturiert wurde, und dann wurden 64 Gateelektroden 2 hergestellt. Dann wurden ein Gateisolierfilm (SiNx-Film) 3, ein a-Si-Halbleiterfilm 4, ein Gateisolierfilm (SiNx-Film) 5 aufeinanderfolgend durch Plasma-CVD in Vakuum auflaminiert, und dann wurde der Isolierfilm 5 so strukturiert, dass er eine vorbestimmte Konfiguration aufwies. Dann wurde ein mit Phosphor dotierter n&spplus;- a-Si-Film 14 durch Plasma-CVD hergestellt, und dann wurden der n&spplus;-a-Si-Film und der a-Si-Halbleiterfilm 4 strukturiert. Dann wurde durch Sputtern ein Ti-Film hergestellt, und der Ti-Film und der n&spplus;-a-S1-Film 14 wurden auf vorbestimmte Konfiguration strukturiert, und dann wurden 64 Sourceelektroden 6 und Drainelektroden 7 hergestellt. Der ITO-Film wurde durch Sputtern hergestellt und dann strukturiert, und es wurde eine Pixelelektrode 8 ausgebildet.
Der als gemeinsame Elektrode 11 dienende ITO-Film wurde durch Sputtern auf dem anderen Substrat hergestellt, und dann wurde darauf durch Sputtern ein als dunkler Film 12 dienender Mo-Film hergestellt. Dann wurde der Mo-Film auf vorbestimmte Konfiguration strukturiert.
Die SiO&sub2;-Isolierfilme mit einer Dicke von 500 Å wurden auf den so hergestellten zwei Substraten hergestellt. Dann wurde durch Schleuderbeschichten PSI-X-A-2001 (Polyimid, hergestellt von Chisso Petrochemical Co., Ltd.), das als Ausrichtungsfilm diente, mit einer Dicke von 400 Å hergestellt. Dann wurde eine Verarbeitung für uniaxiale Ausrichtung durch Reiben unter Verwendung eines Rayontuchs ausgeführt. Dann wurden diese zwei Substrate durch ein Abdichtungsmaterial aus Epoxidharz mit einem Zwischenraum von 2 um mittels eines Siliziumoxid-Abstandshalters so zusammengesetzt, dass die Reiberichtungen beinahe zusammenfielen. Dann wurde das beim Ausführungsbeispiel 1 hergestellte zusammengesetzte ferroelektrische Flüssigkristallmaterial Nr. 201 durch ein Vakuuminjektionsverfahren über einen Einlass eingefüllt, und dann wurde der Einlass mit Acrylharz vom UV-härtenden Typ ausgehärtet. So wurde eine Flüssigkristallzelle hergestellt. Außerdem wurden Polarisationsplatten, deren Polarisationsachsen einander beinahe rechtwinklig kreuzten, über und unter der Zelle in solcher Weise angeordnet, dass die Polarisationsachse der Polarisationsplatte mit einer der optischen Achsen des Flüssigkristalls der Zelle zusammenfiel, und so wurde die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung hergestellt.
Es zeigte sich, dass die Ausrichtung der ferroelektrischen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung die C1U-Ausrichtung war, mit Ausnahme eines Bereichs mit C2-Ausrichtung, der von einem kleinen Zickzackdefekt umgeben war, und zwar im Temperaturbereich vom Übergangspunkt von smektisch C auf smektisch A bis zur Raumtemperatur.
Diese ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung wurde durch die in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ansteuerverfahren betrieben. Genauer gesagt, wurde sie bei 25ºC unter den Bedingungen VG1 = 10 V, VG2 = -15 V, VS = 5 V, t&sub1; = 25 us und n = 20 betrieben, und dann wurde dabei eine vorteilhafte Anzeige erzielt, deren Umschreibzeit für einen Schirm 4,8 ms betrug.

Beispiel 4

Eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrixtyp mit der in Fig. 10 dargestellten Struktur wurde auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 3 mit der Ausnahme hergestellt, dass das zusammengesetzte Flüssigkristallmaterial Nr. 201 vom Beispiel 3 auf das zusammengesetzte Flüssigkristallmaterial Nr. 202 geändert wurde.
Es zeigte sich, dass die Ausrichtung der ferroelektrischen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung die C1U-Ausrichtung war, mit Ausnahme eines Bereichs mit C2-Ausrichtung, der von einen kleinen Zickzackdefekt umgeben war, und zwar im Temperaturbereich vom Übergangspunkt von smektisch C auf smektisch A bis zur Raumtemperatur.
Diese ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung wurde durch die in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ansteuerverfahren betrieben. Genauer gesagt, wurde sie unter Verwendung verschiedener Werte von n bei 25ºC unter den Bedingungen VG1 = 10 V, VG2 = -15 V, VS = 5 V, und t&sub1; = 25 us betrieben. Jedoch ergab sich in diesem Fall kein bistabiles Schalten. Indessen konnte sie bei 33ºC oder mehr betrieben werden, z. B. bei 35ºC unter den Bedingungen VG1 = 10 V, VG2 = -15 V, VS = 5 V, t&sub1; = 25 us und n = 5 betrieben, wobei sich dann eine vorteilhafte Anzeige ergab, bei der die Umschreibzeit für einen Schirm 4,8 ms betrug.

Beispiel 5

Es wurde eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrixtyp mit der in Fig. 10 dargestellten Struktur auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 3 mit der Ausnahme hergestellt, dass das zusammengesetzte Flüssigkristallmaterial Nr. 201 auf das zusammengesetzte Flüssigkristallmaterial Nr. 202 geändert wurde und das Ausrichten der PSI-X-A-2001 (Polyimid, hergestellt von Chisso Petrochemical Co., Ltd.) auf PSI-X-S-014 (Polyimid, hergestellt von Chisso Petrochemical Co., Ltd.) geändert wurde. Es zeigte sich, dass die Ausrichtung der ferroelektrischen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung bei Raumtemperatur die C2-Ausrichtung war, mit Ausnahme eines Bereichs mit C1-Ausrichtung, der von einem kleinen Zickzackdefekt umgeben war.
Diese ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung wurde durch die in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ansteuerverfahren betrieben. Genauer gesägt, wurde sie bei 25ºC unter den Bedingungen VG1 = 10 V, VG2 = -15 V, VS = 5 V, t&sub1; = 25 us und n = 32 betrieben, und dann ergab sich eine vorteilhafte Anzeige, bei der die Umschreibzeit für einen Schirm 4,8 ms betrug.

Beispiel 6

Es wurde eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Ak tivmatrixtyp mit der in Fig. 10 dargestellten Struktur auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 3 mit der Ausnahme hergestellt, dass das zusammengesetzte Flüssigkristallmaterial Nr. 201 auf das zusammengesetzte Flüssigkristallmaterial Nr. 203 geändert wurde.
Es zeigte sich, dass die Ausrichtung der ferroelektrischen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung bei Raumtemperatur die C2-Ausrichtung war, mit Ausnahme eines Bereichs mit C1-Ausrichtung, der von einem kleinen Zickzackdefekt umgeben war.
Diese ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung wurde durch die in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ansteuerverfahren betrieben. Genauer gesagt, wurde sie bei 25ºC unter den Bedingungen VG1 = 10 V, VG2 = -15 V, VS = 5 V, t&sub1; = 25 us und n = 40 betrieben, und dann ergab sich eine vorteilhafte Anzeige, bei der die Umschreibzeit für einen Schirm 4,8 ms betrug.

Beispiel 7

Es wurde eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrixtyp mit der in Fig. 10 dargestellten Struktur auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 3 mit der Ausnahme hergestellt, dass das zusammengesetzte Flüssigkristallmaterial Nr. 201 auf das zusammengesetzte Flüssigkristallmaterial Nr. 203 geändert wurde und das Ausrichten der PSI-X-A-2001 (Polyimid, hergestellt von Chisso Petrochemical Co., Ltd.) auf PVA geändert wurde.
Es zeigte sich, dass die Ausrichtung der ferroelektrischen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung bei Raumtemperatur die C2-Ausrichtung war, mit Ausnahme eines Bereichs mit C1-Ausrichtung, der von einem kleinen Zickzackdefekt umgeben war.
Diese ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung wurde durch die in den Fig. 7 und 8 dargestellten Ansteuerverfahren betrieben. Genauer gesagt, wurde sie bei 25ºC unter den Bedingungen VG1 = 10 V, VG2 = -15 V, VS = 5 V, t&sub1; = 25 us und n = 40 betrieben, und dann ergab sich eine vorteilhafte Anzeige, bei der die Umschreibzeit für einen Schirm 4,8 ms betrug.
Gemäß der Erfindung kann eine ferroelektrische Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Aktivmatrixtyp mit hoher Zuverlässigkeit geschaffen werden, deren Kapazität groß ist, deren Blickwinkelbereich groß ist und deren Kon trast hoch ist.
Indessen wurden nur bestimmte bevorzugte Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben, jedoch ist es dem Fachmann erkennbar, dass bestimmte Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der durch die folgenden Ansprüche definierten Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Ansteuern einer ferroelektrischen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, die folgendes aufweist: ein Substrat (1); eine Vielzahl von Abrasterelektroden (8) und eine Vielzahl von Signalelektroden (6), die matrixförmig angeordnet sind, wobei an jedem Schnittpunkt zwischen einer Abrasterelektrode und einer Signalelektrode ein Pixel definiert ist; einem Schaltbauteil an jedem Schnittpunkt der Elektroden, um ein zugehöriges Pixel anzusteuern; eine Flüssigkristallzelle, die einen ferroelektrischen Flüssigkristall (13) enthält, der eine Flüssigkristallschicht mit einer Winkelstruktur bildet, die gleichmäßige Ausrichtung zeigt, bei der die Knickrichtung in der Winkelstruktur mit der Reibeachse übereinstimmt; und eine Treibersteuereinrichtung; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

a1) Anlegen eines Impulses an eine erste Abrasterelektrode (G&sub1;), um die Schaltelemente (P1/1 ... P1/n), die der ersten Abrasterelektrode zugeordnet sind, auf EIN zu schalten;

a2) bei gleichzeitigem Anlegen von Signalen an die Signalelektroden (S&sub1;, ..., Sk), wobei das an jede jeweilige Signalelektrode angelegte Signal eine Polarität umgekehrt zu der eines Signals aufweist, das einer erforderlichen Anzeige durch das Pixel entspricht, das durch die erste Abrasterelektrode und die jeweilige Signalelektrode (6) definiert ist;

a3) Wiederholen der Schritte a1) und a2) in aufeinanderfolgender Weise für eine vorgegebene Anzahl (n) aufeinanderfolgender Abrasterelektroden;

b1) anschließendes Anlegen eines Impulses an die erste Abrasterelektrode, um die Schaltelemente, die der ersten Abrasterelektrode zugeordnet sind, auf EIN zu schalten;

b2) bei gleichzeitigem Anlegen von Signalen an die Signalelektroden, wobei das an jede jeweilige Signalelektrode angelegte Signal dieselbe Polarität wie ein Signal aufweist, das der erforderlichen Anzeige vom Pixel entspricht, das durch die erste Abrasterelektrode und die jeweilige Signalelektrode (6) definiert ist;

b3) Wiederholen der Schritte b1) und b2) in aufeinanderfolgender Weise für die vorgegebene Anzahl aufeinanderfolgender Abrasterelektroden;

c1) anschließendes Anlegen eines Impulses an die erste Abrasterelektrode, um die Schaltelemente, die der ersten Abrasterelektrode zugeordnet sind, auf EIN zu schalten;

c2) bei gleichzeitigem Anlegen von Signalen der Spannung 0 an die Signalelektroden; und

c3) Wiederholen der Schritte c1) und c2) in aufeinanderfolgender Weise für die vorgegebene Anzahl aufeinanderfolgender Abrasterelektroden.

2. Verfahren zum Ansteuern einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, bei dem das Schaltbauteil ein Dünnfilmtransistor ist.