JP2767790B2 - 液晶電気光学装置の駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶電気光学装置に関する。 〔発明の概要〕 本発明は一対の基板間にコレステリック相を形成する
液晶組成物を保持し上記基板上に上記液晶組成物のコレ
ステリック−ネマチック構造転移を電界制御する手段を
設けた液晶電気光学装置において、上記液晶組成物とし
てその誘電異方性が零となる交差周波数より低い周波数
では上記誘電異方性が正、前記交差周波数より高い周波
数では負となる液晶を用い、前記交差周波数より低い周
波数電界と高い周波数電界を印加し、上記液晶組成物の
コレステリック−ネマチック相転移を電界制御すること
により高コントラスト比を有する応答速度の速い可逆的
な光スイッチングを可能としたものである。 〔従来の技術〕 一般にプレナー組織を有するコレステリック相に電界
を印加することによりネマチック相に相転移することが
知られている。この相転移を利用した光スイッチングが
多く検討されている。例えばコレステリック相における
円偏光二色性がネマチック相で消失することを応用した
ものや液晶中に二色性色素を含有せしめ相転移に伴う光
吸収率の変化をスイッチングに応用したというものが知
られている。特に偏光板を必要としない液晶光スイッチ
モードとしてホスト液晶と二色性色素（ゲスト）とを組
み合せ電界誘起による液晶の相転移（コレステリック−
ネマチック相転移）を用いたものが実用的なものとして
注目されている。プレナー組織を有するコレステリック
相（第３図（ａ））では二色性色素分子は分子軸方向を
基板面と平行な面上において任意の方向に向けて分布す
るため入射光を効率良く吸収する。一方電界誘起された
ホメオトロピック配向したネマチック相（第３図
（ｂ））では二色性色素分子は分子軸を基板面に対して
垂直方向に向け配向するため、入射光を二色性比に従っ
て透過する。上述の原理により光スイッチが可能とな
る。相転移型ゲスト−ホスト表示は偏光板の必要がなく
また視角の依存性がほとんど無いという特徴がある。 〔発明が解決しようとする問題点及び目的〕 しかしながら前述の従来技術においては次のような問
題点を有する。 （１）電界誘起されたネマチック相からプレナー組織を
有するコレステリック相への応答が極めて遅い。 （２）コントラスト比を高くできない。 （１）の問題点は以下のように説明されている。電界
誘起されたネマチック相（第３図（ａ））からプレナー
組織（第３図の（ｂ））に相転移する際第３図のｃに示
されるようなフォーカルコニック組織を経由してプレナ
ー組織にもどる。フォーカルコニック組織では色素によ
る光の吸収は低下し、また光散乱という現象も生じる。
このフォーカルコニック組織に長くとどまるため（メモ
リー現象）実質上応答速度が極めて遅いものとなってし
まう（第４図の２）。一方上述の（１）の問題はコレス
テリック相のらせんピッチが短かくなるほど顕著とな
る。従って比較的速い応答速度を得るためにはコレステ
リック相のらせん回数を多くできない。これはプレナー
組織中での二色性色素の光の吸収効率を高くすることが
できないということであり、この理由によりコントラス
ト比を高くすることは困難となる。本発明は上述の問題
点を解決するもので目的とするところは応答速度の速
い、高コントラストな相転移型液晶電気光学装置を提供
するところにある。 〔問題を解決するための手段〕 本発明の液晶電気光学装置の駆動方法は、対向する一
対の基板間に液晶が挟持されてなり、前記液晶には二色
性色素が混合されてなり、前記一方の基板にはマトリッ
クス状に形成された画素電極、該画素電極に接続される
スイッチング素子が形成されてなり、前記他方の基板に
は対向電極が形成されてなり、前記画素電極と前記対向
電極とが対向して画素が形成されてなる液晶電気光学装
置の駆動方法において、 前記画素の表示状態を切り換えるとき、前記他方の基
板に形成された前記対向電極に高周波パルスを供給し全
画素の表示状態を一旦非選択状態にすることを特徴とす
る。 〔作用〕 本発明の電気光学装置の作用を第１図と第６図を用い
て説明する。本発明によれば一対の基板間に保持された
液晶組成物は印加される電界の周波数により交差周波数
より低い周波数では正の誘電異方性、交差周波数より高
い周波数では負の誘電異方性を有するように応答する。
（第６図）。 例えば第６図に示される誘電分散性を有する液晶組成
物を用いた場合について考える。正の誘電異方性を有す
る液晶として応答する周波数を_L、負の誘電異方性を
有する液晶として応答する周波数を_Hとする。プレナ
ー組織を有するコレステリック相（第５図１）に_Lの
電界を印加すると分子軸を電界方向と平行に向ける力が
働きネマチック相（第５図）に転移する。逆に周波数
_Hの電界を印加すると液晶分子は負の誘電異方性を有す
る誘電体として振舞うため分子軸を電界方向に対して垂
直方向に向けようとする。更に本液晶組成物は光学活性
であるため電界方向に対して垂直方向を向いたままらせ
ん構造を形成しもとのプレナー組織にもどる。このよう
にネマチック相からプレナー組織にフォーカルコニック
組織を経由せづに転移させることができるためスイッチ
ング速度を大巾に向上させることができる。またゲスト
−ホストモードにおいてはらせんピッチに関係なくネマ
チック−コレステリック相転移を可逆的に制御できるた
めらせん回数を増すことによりプレナー組織１中でのゲ
スト色素の光吸収効率を上げることができる。以上のよ
うにコレステリック−ネマチック相転移型液晶電気光学
装置において印加電界周波数の大きさにより正と負のど
ちらの誘電異方性をとりうるような液晶を用い、上記
正，負の誘電異方性に対応する２つの異る周波数電界を
交互に印加することによってメモリー性の無い高速スイ
ッチングが可能となる。またらせん回数を増す（らせん
ピッチを短くする）ことができるため高コントラスト比
が実現できる。 〔実施例１〕 一対の透明基板上に透明電極を設けその基板上にポリ
イミド膜を製膜しラビング方向が上下基板で180°とな
るようにラビング処理した。配向方法は上記ラビング方
法に限定されるものでなく高周波によりプレナー化する
トルクが働くため配向はあまり問わない、例えば垂直，
平行，チルト配向その組合せなどが可能である。またラ
ビング処理の代りに斜め蒸着法を用いても良い。上記両
基板にスペーサーを介してセル厚８μｍのセルを作成し
た。上記液晶セルに色素を含むカイラルネマチック液晶
組成物を真空下で封入した。使用したカイラルネマチッ
ク液晶組成物は、交差周波数が1KHzのネマチック液晶に
光学活性剤ZLI−811を4wt％を加え、更にゲスト色素を6
wt％含有せしめたものである。上記カイラルネマチック
液晶組成物のらせんピッチは約２μｍであり、セル内で
は８πツイストしていることになる。 上記液晶電気光学セルの特性を示したのが第１図であ
る。上記液晶セルに入力信号１を印加した時の応答特性
が２である。入力信号１は低周波数が50Hz、高周波数が
10KHzの交流信号からなる。応答特性は立ち上り時間100
ms,立ち下り時間30msであった。立ち下り時間はネマチ
ック相からコレステリック相へフォーカルコニック組織
を経由せずに転移するため非常に高速なものとなった。
また高周波成分は非選択周期中全ての時間領域印加する
必要はなく、ここでは最低30ms印加すればプレナー組織
に移行する。残り時間は無電界であっても界面配向力に
より前記プレナー組織は安定に存在する。選択時（低周
波数電界印加時）の透過率３が60％，非選択時（高周波
印加時）の透過率４が７％であり約10のコントラスト比
が得られた。次に第１図の１に示されるような入力信号
の低周波電圧値を0Vから20Vまで上げた後再び0Vにもど
していったときの選択時の透過率３と非選択時の透過率
４を調べた（第２図）。非選択時に高周波電界を印加し
ない場合（第２図（ａ））、すなわち単一周波数駆動の
場合には低周波電圧を上げていったときの選択時の透過
率変化１と非選択時の透過率変化３は低周波電圧を下げ
てきたときの選択時の透過率変化２と非選択時の透過率
変化４とはそれぞれ異る。すなわちヒステリシスを示し
た。非選択時に高周波電界を印加し二周波数駆動をした
場合（第２図（ｂ））、非選択６、選択時の透過率変化
５は低周波電圧を上下させても可逆的変化を示した。す
なわち本発明の液晶電気光学装置は単純な光スイッチだ
けでなく透過する光量を連続的に変るアナログ変調が可
能である。 〔実施例２〕 次に第７図（ｃ）（ｄ）に示されるような防眩ミラー
を作成した。基板上にアルミ，クロム，ニッケル等を用
いて真空蒸着，スパッタリング法等の物理蒸着法により
薄膜化し反射面４を形成した。透明電極付透明ガラス基
板３と上記反射面付基板にポリイミド膜を形成しラビン
グ処理し配向膜とした。スペーサーを介して８μｍの液
晶セルを組み真空下でカイラルネマチック液晶組成物を
封入し、防眩ミラーを得た。カイラル液晶組成物は光学
活性剤を4wt％含有する二周波液晶にゲスト色素として
黒色素を3.2wt％含有するものである。本防眩ミラーは
低周波電圧を０から12Vまで変ることにより出射光１に
対して反射光量２を10％から45％まで巾広く任意に変え
うるものである。特に非防眩状態第７図（ａ）から防眩
状態第７図（ｂ）への切り換えを高速に行うことがで
き、かつ防眩状態においてもフォーカルコニック組織に
伴う光散乱が無いため反射像は極めて見易いという特徴
を有する。 〔実施例３〕 本発明液晶電気光学装置をキャラクタ用のカラーディ
スプレイに応用した。第８図は本実施例のカラーキャラ
クタディスプレイの構造及び駆動方法を示したものであ
る。以下本実施例を第８図を用いて説明する。 透明な石英ガラス４上にスイッチング素子としてポリ
シリコン薄膜トランジスター（TFT）をマトリックス状
に形成した。対向基板１上に写真製版技術，印刷法，色
素蒸着法，等によりカラーフィルター層２を形成しその
上に透明な共通電極３を設けた。上記両基板をスペーサ
ー及びギャップ剤を介して厚さ約８μｍセルを組み真空
下で液晶組成物を封入しキャラクターカラーディスプレ
ーを得た。使用した液晶組成物は3421（ロッシュ社）を
ホスト液晶とし、光学活性剤としてZLI−811を4.2wt
％，ゲスト色素として黒色素を6wt％を含有するもので
ある。 第８図（ｂ）はキャラクタ表示のため駆動波形を示し
たものである。８はソース６に入力するビデオ信号、９
はゲート部５に入力する信号、10は共通電極３に入力す
る信号である（日経エレクトロニクスNo.351,P211,198
4）ここでは表示画素が選択状態から非選択状態に切り
換わる場合、あるいは表示画面が切り変る場合に、１フ
レーム周期11を使って共通電極３より高周波電界を印加
する。本実施例では１フレーム周期を33msとした。高周
波電界を印加することにより全表示画素は一旦非選択状
態となるが１フレーム後（33ms後）には新しい情報が書
き込まれるため、視覚上、何の不自然さもなく新しい情
報の画面に切りかわる。上記情報をそのまま長時間表示
しておく場合には非選択画素には高周波電界を各フレー
ム毎に印加する必要はなく無電界印加で良い。なぜなら
ば、前記高周波電界によって形成されたプレナー組織を
有するコレステリック相は基板界面配向力により安定に
保持されているからである。 本ディスプレーのコントラスト比は８であった。また
レッド，グリーン，ブルーの３原色がモザイク上に配列
したカラーフィルター層２を有しているためマルチカラ
ー表示ができた。またビデオ電圧の値を適当に変調する
ことによりフルカラー表示も可能である。また本ディス
プレイの表示モードでは偏光板が必要ないためオン状態
の光透過量が25％であり、通常のTNカラー表示の５％と
比較すると大巾に明るくなっている。すなわち特別なバ
ックライトは必要なく、適当な散乱板上でカラー情報表
示が行える。更に本ディスプレーはゲストホスト表示で
あるので視角依存性はない。 以上のように本発明の液晶電気光学装置をディスプレ
ーに応用したところ、視角依存性がなく実用上問題の無
いコントラスト比を有するカラー表示が特別な光源を必
要としなくとも提供できることが判明した。 〔実施例４〕 本発明液晶電気光学装置をキャラクタ表示用ディスプ
レーに応用した。第９図は本実施例の液晶ディスプレー
の構造を示したものである。透明基板３上にデータ線５
をタンタルで形成し、データ線３上タンタルオキサイド
を用いて絶縁層６を設けた。画素電極４をクロム−ニッ
ケル−金を用いて形成しマトリックス状にMIM素子を作
成した。対向基板１上には透明電極２をソース線として
形成した。上記一対の基板上にポリイミド膜を形成しラ
ビング処理を行った後、スペーサー及びギャップ剤を介
して7.5μｍの液晶セルを組み真空下で液晶組成物を封
入しキャラクタ表示用ディスプレーを得た。液晶組成物
はホスト液晶として3421（ロッシュ社）を用い光学活性
剤としてCB−15（メルク社）を3wt％、二色性色素とし
て黒色素を6wt％加えたものを使用した。 本実施例のMIMキャラクタ液晶ディスプレーの駆動方
法を第10図に示した。１はソース線に入力する信号、２
はデータ線に入力する信号、３は2,2の入力信号によりM
IM素子と液晶に印加される電界値を示している。３の波
形に従って画素電極より４に示される駆動波形が画素電
極上の液晶層に印加される。本実施例においても実施例
２と同様に選択時から非選択時に切りかわる際、あるい
は表示画面が切りかわる際に１フレーム周期（33ms）分
高周波電界を印加し一旦全画素を非選択とした後に新し
い情報をデータ線，ソース線に入力する。 本ディスプレーにおいては白黒の二色表示であるが、
カラー表示を行うためにはソース線側の基板上にカラー
フィルター層を写真製版技術，印刷法、色素蒸着法等に
より形成してやれば良い。本MIMディスプレーのコント
ラスト比は約６であった。また視角依存性はなく、また
選択時の光透過率が60％と高いため室内光でも非常に見
やすい情報表示が行える。またどちらか一方の基板上に
反射面を形成し、反射型の表示ディスプレーとして使用
することも可能でありこの場合にはコントラスト比は30
となり非常に鮮かなキャラクタ表示ができる。このよう
に液晶組成物として二周波駆動用液晶を用い、上記液晶
組成物のコレステリック−ネマテック相転移をアクティ
ブ素子を使って二周波駆動することにより視角依存性の
無く、室内光でも容易に見ることができかつ実用上まっ
たく問題の無いコントラスト比を有する画像表示が行え
ることがわかった。 〔発明の効果〕 以上のような構成としたことにより、以下のような効
果が得られる。 すなわち、画素電極及びスイッチング素子を一方の基
板に形成した構成であるため、各画素に対応する液晶を
スイッチング素子により制御することができるので高精
細の表示を得ることができる。更に、他方の基板に形成
した電極に高周波パルスを供給することにより液晶電気
光学装置の表示状態を一旦非選択状態にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図：液晶電気光学装置の電気光学応答特性図 １……入力波形 ２……電気光学応答特性 ３……選択時（低周波電界印加時）の透過率 ４……非選択時（高周波電界印加時）の透過率 第２図：液晶電気光学装置のスイッチング特性図 第２図（ａ）：単一周波数駆動時のスイッチング特性図 第２図（ｂ）：二周波駆動時のスイッチング特性図 １……単一周波数駆動時の選択時の透過率の低周波数電
圧依存性（低周波電圧上昇） ２……単一周波数駆動時の選択時の透過率の低周波数電
圧依存性（低周波電圧下降） ３……単一周波数駆動時の非選択時の透過率の低周波数
電圧依存性（低周波電圧上昇） ４……単一周波数駆動時の非選択時の透過率の低周波数
電圧依存性（低周波電圧下降） ５……二周波数駆動時の選択時の透過率の低周波電圧依
存性 ６……二周波数駆動時の非選択時の透過率の低周波電圧
依存性 第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）：従来のコレステリック
−ネマチック相転移図 １……プレナー組織 ２……ネマチック相 ３……フォーカルコニック組織 第４図：従来の電気光学応答特性図 １……入力信号 ２……電気光学応答特性 第５図（ａ），（ｂ）：液晶層の配向状態図 １……プレナー組織（コレステリック相） ２……ホメオトロピック組織（ネマチック相） 第６図：液晶の誘電分散特性図 第７図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）：防眩ミラーの
構成図 １……入射光 ２……反射光 ３……透明ガラス基板 ４……反射層 第８図:TFTキャラクタデスプレーの概要図 第８図（ａ）:TFTキャラクタディスプレーの斜視図 第８図（ｂ）：駆動信号波形図 １……ガラス基板 ２……カラーフィルタ層 ３……共通電極 ４……石英基板 ５……ゲート線 ６……ソース線 ７……画素電極 ８……ソース線入力のビデオ信号 ９……ゲート線入力信号 10……共通電極入力信号 第９図:MIM液晶ディスプレーの斜視図 １……透明基板 ２……透明電極 ３……透明基板 ４……画素電極 ５……データ線 ６……絶縁層 第10図:MIM液晶ディスプレーの駆動波形図 １……ソース線入力信号 ２……データ線入力信号 ３……印加電界信号 ４……MIM素子の印加電界信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−104043（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−208531（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−107285（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−72421（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−87499（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/133 G02F 1/137

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．対向する一対の基板間に液晶が挟持されてなり、前
   記液晶には二色性色素が混合されてなり、前記一方の基
   板にはマトリックス状に形成された画素電極、該画素電
   極に接続されるスイッチング素子が形成されてなり、前
   記他方の基板には対向電極が形成されてなり、前記画素
   電極と前記対向電極とが対向して画素が形成されてなる
   液晶電気光学装置の駆動方法において、 前記画素の表示状態を切り換えるとき、前記他方の基板
   に形成された前記対向電極に高周波パルスを供給し全画
   素の表示状態を一旦非選択状態にすることを特徴とする
   液晶電気光学装置の駆動方法。