JP3239310B2 - Ferroelectric liquid crystal display device - Google Patents

Ferroelectric liquid crystal display device

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JP3239310B2
JP3239310B2 JP19984192A JP19984192A JP3239310B2 JP 3239310 B2 JP3239310 B2 JP 3239310B2 JP 19984192 A JP19984192 A JP 19984192A JP 19984192 A JP19984192 A JP 19984192A JP 3239310 B2 JP3239310 B2 JP 3239310B2
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liquid crystal
ferroelectric liquid
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crystal display
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晶 田川
均 竹田
充浩 向殿
洋 合田
直文 近藤
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は強誘電性液晶表示装置に
関する。さらに詳しくは、階調表示の可能な強誘電性液
晶表示装置および、これを薄膜トランジスタを用いて駆
動する強誘電性液晶表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric liquid crystal display. More specifically, the present invention relates to a ferroelectric liquid crystal display device capable of gradation display and a ferroelectric liquid crystal display device driven by using a thin film transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、液晶表示素子は時計、電卓はもと
より、ワープロ、パソコンなどのOA機器、ポケットテ
レビ、など幅広い分野において用いられているが、一般
に広く用いられている液晶表示素子はネマチック相を利
用したものである。ネマティック液晶を用いた液晶表示
装置としては、ツィストネマティック型(Twisted Nema
tic TN 型)液晶表示装置、スーパーツイステッド型(S
upertwisted Birefringence Effect、SBE 型)液晶表示
装置などがある。
2. Description of the Related Art At present, liquid crystal display devices are used in a wide range of fields such as clocks and calculators, OA equipment such as word processors and personal computers, pocket televisions, and the like. It is a thing using. As a liquid crystal display device using a nematic liquid crystal, a twisted nematic type (Twisted Nema type) is used.
tic TN type liquid crystal display device, super twisted type (S
(uppertwisted Birefringence Effect, SBE type) liquid crystal display devices.

【0003】しかしながらツイステッドネマティック
(TN)型液晶表示素子では、走査線数の増加とともに
駆動マージンが狭くなり、十分なコントラストが得られ
なくなるという欠点が存在するため、大容量の表示素子
を作ることは困難である。このTN型液晶表示素子を改
良するためスーパーツイステッドネマチック(STN)
型液晶表示素子、ダブルレイヤースーパーツイステッド
ネマチック(DSTN)型液晶表示素子が開発されてい
るが、ライン数の増加と共にコントラスト、応答速度が
低下するので、現状では800×1024ライン程度の表示容
量が限界である。加えて、TN型、STN型、DSTN
型などのネマチック相を利用した表示素子は視野角が狭
いという大きな欠点を有している。また、コントラス
ト、応答速度とも十分に良い値は得られない。
However, a twisted nematic (TN) type liquid crystal display device has a drawback that a drive margin becomes narrower with an increase in the number of scanning lines and a sufficient contrast cannot be obtained. Have difficulty. Super twisted nematic (STN) to improve this TN type liquid crystal display element
Type liquid crystal display device and double layer super twisted nematic (DSTN) type liquid crystal display device have been developed, but as the number of lines increases, the contrast and response speed decrease, so the display capacity of about 800 x 1024 lines is currently limited. It is. In addition, TN type, STN type, DSTN
A display element using a nematic phase such as a mold has a large drawback that a viewing angle is narrow. In addition, sufficiently good values for contrast and response speed cannot be obtained.

【0004】一方、基板上に薄膜トランジスタ(TF
T)を配列したアクティブマトリックス方式の液晶表示
素子も開発され、1000×1000ライン等の大容量表示が可
能となり、高いコントラストが得られるようになった
が、通常はTN液晶を組み合わせるため、視野角、応答
速度の点で問題が残っていた。そこで、このようなネマ
ティック液晶を用いる液晶表示装置を改良する装置とし
て、1980年にクラーク(N.A.Clark)とラガバル
(S.T.Lagerwall)によって、カイラルスメクティック
C液晶、すなわち強誘電性液晶を用いた液晶表示装置が
提案されている(特開昭56-107216号公報;米国特許第4
367924号)。 この液晶表示装置は、液晶分子の誘電異
方性を利用する電界効果を用いた前記の液晶表示装置と
は異なり、強誘電性液晶の自発分極の極性と電界の極性
とを整合させる回転力を用いた構成の液晶表示装置であ
る。この液晶装置の特徴としては、双安定性、メモリ
性、高速応答性などを上げることができる。すなわち、
強誘電性液晶をギャップを薄くしたセルに注入すると、
界面の影響を受けて強誘電性液晶の螺旋構造がほどけ、
図1(a)に示すように液晶分子18がスメクティック
層法線17に対して傾き角+θ19だけ傾いて安定する
領域と、逆方向に−θ20だけ傾いて安定する領域とが
混在し、双安定性を有する。このセル内の強誘電性液晶
に対して電圧16を印加することによって、図1(b)
に示すように液晶分子とその自発分極の向きを一様に揃
えることができる。また、印加する電圧の極性を切り替
えることによって図1(c)に示すように液晶分子の配
向を図1(b)とは逆方向に揃えることができる。
On the other hand, a thin film transistor (TF) is formed on a substrate.
An active matrix type liquid crystal display element with an array of T) has also been developed, which has enabled large-capacity display of 1000 × 1000 lines, etc., and high contrast has been obtained. However, there was a problem in response speed. Therefore, as a device for improving such a liquid crystal display device using a nematic liquid crystal, a liquid crystal display device using a chiral smectic C liquid crystal, that is, a ferroelectric liquid crystal was proposed by NAClark and STLagerwall in 1980. (JP-A-56-107216; U.S. Pat.
367924). This liquid crystal display device is different from the above-mentioned liquid crystal display device using an electric field effect utilizing the dielectric anisotropy of liquid crystal molecules, in that a rotational force for matching the polarity of the spontaneous polarization of the ferroelectric liquid crystal with the polarity of the electric field is used. This is a liquid crystal display device having a configuration used. Characteristics of this liquid crystal device include improved bistability, memory properties, and high-speed response. That is,
When ferroelectric liquid crystal is injected into a cell with a reduced gap,
Under the influence of the interface, the helical structure of the ferroelectric liquid crystal is released,
As shown in FIG. 1A, a region where the liquid crystal molecules 18 are stabilized by inclining by + θ19 with respect to the smectic layer normal 17 and a region where the liquid crystal molecules 18 are stabilized by inclining by −θ20 in the opposite direction coexist. Has the property. By applying a voltage 16 to the ferroelectric liquid crystal in this cell, FIG.
As shown in (1), the directions of the liquid crystal molecules and their spontaneous polarization can be made uniform. Further, by switching the polarity of the applied voltage, the orientation of the liquid crystal molecules can be aligned in a direction opposite to that of FIG. 1B as shown in FIG.

【0005】このスイッチング駆動に伴い、セル内の強
誘電性液晶では、複屈折光が変化するので2つの偏光子
間に上記セルを挟むことによって、透過光を制御するこ
とができる。さらに、図1(d)に示すように、電圧の
印加を停止しても液晶分子の配向は界面の配向規制力に
よって電圧印加停止前の状態に維持されるので、メモリ
効果も得ることができる。また、スイッチング駆動に必
要な時間は、液晶の自発分極と電界が直接作用するため
に、TN型液晶表示装置の1/1000以下という高速応答性
をもち、それにより高速表示が可能である。しかしなが
ら、高コントラストを示す一様な配向が得られにくい、
階調表示が困難である等の欠点も合わせ持つ。
Since the birefringent light of the ferroelectric liquid crystal in the cell changes with this switching drive, the transmitted light can be controlled by sandwiching the cell between two polarizers. Further, as shown in FIG. 1D, even if the application of the voltage is stopped, the alignment of the liquid crystal molecules is maintained in the state before the stop of the application of the voltage due to the alignment regulating force at the interface, so that a memory effect can be obtained. . In addition, the time required for the switching drive has a high-speed response of 1/1000 or less of that of the TN-type liquid crystal display device because the spontaneous polarization of the liquid crystal and the electric field act directly, thereby enabling a high-speed display. However, it is difficult to obtain a uniform orientation showing high contrast,
It also has disadvantages such as difficulty in gradation display.

【0006】また、強誘電性液晶を用いた表示装置とし
ては、短ピッチ双安定性強誘電性液晶表示装置(SBF-LCD
と略;Short Pitch Bistable Ferroelectric LCD) と呼
ばれる表示装置が、フィンフシィリング(J.Fuenfschill
ing) とシャット(M.Schadt)により提案されている(SID
90 Digest(1990)106-109)。この表示装置は、上記クラ
ーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置と似た原理を用
いるが、螺旋ピッチが基板間隔より短い強誘電性液晶を
使用する点で異なっている。すなわち、クラーク・ラガ
バル型表示装置では,一般に螺旋ピッチがセル厚よりも
大きい強誘電性液晶を用い、基板界面からの規制力によ
り螺旋構造をほどいている。それに対し、SBF-LCDは、
螺旋ピッチが基板間隔よりも短い強誘電性液晶を用いて
いる。
Further, as a display device using a ferroelectric liquid crystal, a short pitch bistable ferroelectric liquid crystal display device (SBF-LCD) is used.
Abbreviation; Short Pitch Bistable Ferroelectric LCD) is a display device called J. Fuenfschill
ing) and M.Schadt (SID
90 Digest (1990) 106-109). This display device uses a principle similar to that of the above-mentioned Clark-Ragabal ferroelectric liquid crystal display device, but differs in that a ferroelectric liquid crystal having a helical pitch shorter than a substrate interval is used. That is, the Clark-Ragabal display device generally uses a ferroelectric liquid crystal having a helical pitch larger than the cell thickness, and unwinds the helical structure by the regulating force from the substrate interface. SBF-LCD, on the other hand,
A ferroelectric liquid crystal having a helical pitch shorter than the substrate interval is used.

【0007】このため本来なら螺旋構造がほどけず、双
安定性(メモリ効果)を得られないのであるが、フィン
フシィリングとシャットは、液晶材料によっては、螺旋
ピッチが基板間隔より短い場合でも、螺旋構造がほど
け、双安定性(メモリ効果)が得られることを見いだし
た。この場合、図2(a)のように、層法線21、22
がお互いに±γだけ傾いた2つの領域が観測される。領
域1と領域2が、方向23に繰り返し交互に現れるた
め、偏光顕微鏡下で観察すると細かい縞模様が観測され
る。領域1と領域2のそれぞれで、図2(a)に示すよ
うに液晶分子24がスメクティック層法線21、22に
対して傾き角+θ25だけ傾いて安定する領域と、逆方
向に−θ26だけ傾いて安定する領域とが混在し、双安
定性を有する。このセル内の強誘電性液晶に対して電圧
27を印加することによって、図2(b)に示すよう
に、領域1と領域2のそれぞれで,液晶分子とその自発
分極の向きを一様に揃えることができる。
For this reason, the helical structure cannot be unraveled and the bistability (memory effect) cannot be obtained. However, depending on the liquid crystal material, the fin filing and the shutting may be performed even when the helical pitch is shorter than the substrate interval. It was found that the helical structure was unwound and bistability (memory effect) was obtained. In this case, as shown in FIG.
Are observed in two regions inclined from each other by ± γ. Since the region 1 and the region 2 repeatedly appear alternately in the direction 23, a fine stripe pattern is observed under a polarizing microscope. In each of the region 1 and the region 2, as shown in FIG. 2A, the liquid crystal molecules 24 are tilted at an inclination angle + θ25 with respect to the smectic layer normals 21 and 22, and the liquid crystal molecules 24 are tilted at −θ26 in the opposite direction. And stable regions are mixed and have bistability. By applying a voltage 27 to the ferroelectric liquid crystal in this cell, as shown in FIG. 2 (b), the liquid crystal molecules and the direction of the spontaneous polarization of each of the regions 1 and 2 are made uniform. Can be aligned.

【0008】また、印加する電圧の極性を切り替えるこ
とによって図2(c)に示すように、領域1と領域2の
それぞれで,液晶分子の配向を図2(b)とは逆方向に
揃えることができる。このスイッチング駆動に伴い、セ
ル内の強誘電性液晶の領域1と領域2を合わせたマクロ
の複屈折の光軸は、+β28と−β29に変化するの
で、2つの偏光子間に上記セルを挟むことによって、透
過光を制御することができる。
Further, by switching the polarity of the applied voltage, the alignment of the liquid crystal molecules in each of the regions 1 and 2 is reversed in the direction opposite to that in FIG. 2B, as shown in FIG. 2C. Can be. With this switching drive, the optical axis of the macro birefringence of the ferroelectric liquid crystal region 1 and region 2 in the cell changes to + β28 and −β29, so that the cell is sandwiched between two polarizers. Thereby, transmitted light can be controlled.

【0009】以下では、領域1と領域2を合わせたマク
ロの複屈折の光軸を見かけの光軸と呼ぶ。図2()に
示すように、電圧の印加を停止しても、領域1と領域2
の境界部分30が螺旋構造の発生を阻害し、電圧印加停
止前の状態に維持されるので、メモリ効果も得ることが
できる。スイッチング駆動に必要な時間は、液晶の自発
分極と電界が直接作用するために、TN型液晶表示装置
の1/1000以下という高速応答性をもち、それにより高速
表示が可能である。
In the following, the optical axis of the macro birefringence in which the region 1 and the region 2 are combined is referred to as the apparent optical axis. As shown in FIG. 2 (d), even when stopping the application of voltage, regions 1 and 2
Since the boundary portion 30 prevents the spiral structure from being generated and is maintained in the state before the voltage application is stopped, a memory effect can also be obtained. Since the spontaneous polarization of the liquid crystal and the electric field act directly on the time required for the switching drive, it has a high-speed response of 1/1000 or less of that of the TN type liquid crystal display device, thereby enabling high-speed display.

【0010】このSBF-LCDは、クラーク・ラガバル型表
示装置と比較しても、極めて一般的なラビング法によ
り、消光位をもつ無欠陥な一様配向が簡単に得られ、ま
たメモリ角が非常に大きいため、明るい表示が可能であ
るという利点を持つ。
This SBF-LCD can easily obtain a defect-free uniform alignment having an extinction position by a very common rubbing method and has a very large memory angle, even when compared to a Clark-Ragabal display device. Therefore, there is an advantage that a bright display is possible.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】強誘電性液晶を用いた
表示装置は高速表示が可能であるという利点をもつが、
解決しなければならない問題点も多数存在する。その代
表的なものは、クラーク・ラガバル型表示装置、SBF-LC
D共に、双安定性をもつため階調表示が困難であるとい
う点である。クラーク・ラガバル型表示装置において、
階調表示には種々の方法が提案されているが、有望な方
法の1つとして 特開平3ー242624 特開平3ー243915 森、他、第16回液晶討論会、3K111(1990) 豊田、他、第16回液晶討論会、3K112(199
0) 松居、他、第17回液晶討論会、3F301(199
1) K.Nito et al.,Proc.IDRC, 179(1991) などで開示されている手法がある。
A display device using a ferroelectric liquid crystal has an advantage that high-speed display is possible.
There are a number of issues that need to be resolved. Typical examples are Clark-Ragabal display devices, SBF-LC
D is a point that it is difficult to perform gradation display because it has bistability. In Clark-Ragabal display,
Various methods have been proposed for gradation display. One of the promising methods is disclosed in JP-A-3-242624, JP-A-3-243915 Mori, et al., 16th Liquid Crystal Discussion, 3K111 (1990) Toyoda, et al. , The 16th Liquid Crystal Symposium, 3K112 (199
0) Matsui, et al., 17th Liquid Crystal Discussion, 3F301 (199
1) There is a method disclosed in K. Nito et al., Proc. IDRC, 179 (1991).

【0012】これらは片安定のクラーク・ラガバル型セ
ルに交流電圧を印加し、その電圧の大きさに応じて液晶
分子の分子軸方向を一義的に変化させることによって中
間表示を行う方法である。図3にこのモードの原理を示
す。電圧を印加しないときに分子は101の位置に存在
し、これに電圧をかけるとその極性に応じて分子は右又
は左に動く。充分に高い電圧を印加すると分子は102
または103の位置まで動くがそれ以下の電圧の場合に
は中間的な位置で分子がとどまる。そこで、例えば、1
01の位置に片方の偏光板の偏光軸を合わせ、もう一方
の偏光板の偏光軸をこれと直交に合わせれば中間調表示
が得られる。なお、ここで断っておかなくてはならない
が、図3はこのモードを理解するために簡略化した図で
あり、実際の強誘電性液晶セルにおいては液晶分子の分
子軸方向は基板の上面から下面まで一様ではなく、捩れ
ていることを述べておかなくてはならない。図4は電圧
とチルト角の関係、図5は電圧と透過光量の関係であ
り、中間調表示が行えることがわかる。なお、これまで
開示されている技術によれば、片安定の強誘電性液晶を
用いることが述べられているが、片安定でも双安定でも
いずれの場合も中間調表示が可能である。
In these methods, an intermediate voltage is displayed by applying an AC voltage to a monostable Clark-Ragabal cell and by changing the direction of the molecular axis of the liquid crystal molecules uniquely according to the magnitude of the voltage. FIG. 3 shows the principle of this mode. When no voltage is applied, the molecule is at position 101, and when a voltage is applied to it, the molecule moves right or left depending on its polarity. When a sufficiently high voltage is applied, the molecule becomes 102
Or, it moves to the position of 103, but if the voltage is lower than that, the molecule stays at an intermediate position. So, for example, 1
The halftone display can be obtained by aligning the polarization axis of one of the polarizers with the position 01 and the polarization axis of the other polarizer at right angles. It should be noted here that FIG. 3 is a simplified diagram for understanding this mode. In an actual ferroelectric liquid crystal cell, the direction of the molecular axis of the liquid crystal molecules is measured from the upper surface of the substrate. It must be mentioned that the lower surface is not uniform but twisted. FIG. 4 shows the relationship between the voltage and the tilt angle, and FIG. 5 shows the relationship between the voltage and the amount of transmitted light. According to the technology disclosed so far, the use of a monostable ferroelectric liquid crystal is described, but halftone display is possible in either case, either monostable or bistable.

【0013】しかしながら、この中間調表示モードを用
いても、高コントラストを示す一様配向が得られにくい
という、クラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置の
もう一つの欠点は解決されない。一般に、パラレルラビ
ングを施したクラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装
置には、ジグザグ欠陥と呼ばれる配向欠陥が生じやす
い。これは、SmC*相において層構造が「く」の字型
に折れ曲がることに起因し、ラビング方向に対し「く」
の字がどちら向きに折れ曲がるかで、液晶分子の配向は
C1配向とC2配向に分けられる。C1配向とC2配向
の定義を図6に示す。このC1配向とC2配向の境目が
ジグザグ欠陥と呼ばれる欠陥となる。また、クラーク・
ラガバル型にはユニフォーム配向とツイスト配向と呼ば
れる2種類の分子配向状態も存在する。液晶分子が基板
の一方から他方の基板の間で略一様に配向している状態
をユニフォーム配向、基板の一方から他方の基板の間で
液晶分子が捩れて配向している状態をツイスト配向と呼
ぶ(図7)。一般に、ユニフォーム配向は消光位を持
ち、ツイスト配向は消光位を持たないことが知られてい
る。クラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置で高コ
ントラストを実現しようとすれば、ジグザグ欠陥の無
い、少なくとも1つの消光位を持つ一様な配向を用いな
ければならない。
However, the use of this halftone display mode does not solve another disadvantage of the Clark-Ragabal ferroelectric liquid crystal display device in that uniform alignment exhibiting high contrast is hardly obtained. In general, an alignment defect called a zigzag defect easily occurs in a Clark-Ragabal type ferroelectric liquid crystal display device subjected to parallel rubbing. This is because the layer structure in the SmC * phase is bent in the shape of a "ku", and the "ku"
The orientation of the liquid crystal molecules is divided into the C1 orientation and the C2 orientation depending on which direction the character is bent. FIG. 6 shows the definitions of the C1 orientation and the C2 orientation. The boundary between the C1 orientation and the C2 orientation becomes a defect called a zigzag defect. Also, Clark
The Lagabal type also has two types of molecular orientation states called uniform orientation and twist orientation. Uniform alignment refers to a state in which liquid crystal molecules are substantially uniformly aligned from one substrate to the other substrate, and twist alignment refers to a state in which liquid crystal molecules are twisted between one substrate and the other substrate. Call (FIG. 7). In general, it is known that uniform orientation has an extinction position and twist orientation has no extinction position. In order to achieve high contrast in a Clark-Ragabal ferroelectric liquid crystal display device, a uniform alignment having at least one extinction position without zigzag defects must be used.

【0014】上述のようなクラーク・ラガバル型表示装
置において高コントラストを示す一様配向を得るため
に、幾つかの方式が提案されてきた。その一つは、Si
O斜方蒸着法を用いたもので、比較的高いプレチルトを
基板界面に付与することで、層の折れ曲がりを防ぎ、斜
めに傾斜した層構造を達成した報告がある。また第2の
方法として、「く」の字構造を持つセルに高い電圧の交
流電界を印加することにより、層構造をブックシェルフ
構造に変える方法が提案されており(佐藤ら、第12回
液晶討論会(名古屋)、1F16(1986).)、い
ずれも高いコントラスト特性が得られたことが報告され
ている。しかしながら、前記の斜方蒸着法は、蒸着角度
を均一にする技術が難しいことや、真空プロセスを有す
るために、生産面で大きな問題がある。また電界を印加
する方法は、均一に層構造を変化させるのが難しく、長
期の時間の経過と共に徐々に元のシェブロン構造に変化
するものも多く、未だ実用化には至っていない。また、
第3の方法として、「く」の字構造の層のままで、高コ
ントラストを実現しようとする試みがある(例えば特開
平3−252624)。これは、θ<α+δ(θ:ティ
ルト角、α:プレティルト角、δ:層傾斜角)であるよ
うなクラーク・ラガバル型表示装置を用いるもので、高
コントラストを示すC1ユニフォーム配向が得られると
している。しかしながら、θ<α+δという関係を満た
すことにより一様なC1配向が得られやすくなることは
報告されているが、消光位をもつ一様なユニフォーム配
向を得るための決定的な手段は見いだされていないのが
現状であり、この第3の方法でも、高コントラストな一
様配向を得ることは、非常に困難である。
Several methods have been proposed for obtaining a uniform alignment exhibiting high contrast in the Clark-Ragabal display device as described above. One of them is Si
There is a report that an O oblique vapor deposition method is used, in which a relatively high pretilt is applied to a substrate interface to prevent the layer from being bent and to achieve an obliquely inclined layer structure. As a second method, a method has been proposed in which a layer structure is changed to a bookshelf structure by applying a high-voltage AC electric field to a cell having a "<" shape (Sato et al., The 12th Liquid Crystal). Discussions (Nagoya), 1F16 (1986).) All report that high contrast characteristics were obtained. However, the oblique deposition method has a serious problem in terms of production because it is difficult to make the deposition angle uniform, and has a vacuum process. In addition, it is difficult to uniformly change the layer structure of the method of applying an electric field, and many methods gradually change to the original chevron structure over a long period of time, and have not yet been put to practical use. Also,
As a third method, there is an attempt to realize a high contrast without changing the layer having the "<" shape (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-252624). This uses a Clark-Ragabal display device in which θ <α + δ (θ: tilt angle, α: pretilt angle, δ: layer tilt angle), and it is said that a C1 uniform orientation showing high contrast can be obtained. . However, although it has been reported that a uniform C1 orientation can be easily obtained by satisfying the relationship of θ <α + δ, a definitive means for obtaining a uniform uniform orientation having an extinction position has been found. At present, there is no such method, and it is very difficult to obtain high-contrast uniform alignment even with the third method.

【0015】また、 松居、他、第17回液晶討論会、3F301(199
1) K.Nito et al.,Proc.IDRC, 179(1991) においては、アンチパラレルラビングセルを用いている
が、一般に、アンチパラレルラビングは欠陥の無い一様
な配向が得られにくい。
Matsui et al., 17th Liquid Crystal Discussion, 3F301 (199)
1) In K. Nito et al., Proc. IDRC, 179 (1991), an anti-parallel rubbing cell is used. However, anti-parallel rubbing is generally difficult to obtain a uniform orientation without defects.

【0016】本発明はこのような状況下でなされたもの
であり、SBF-LCDのみかけのティルト角を電圧の値に応
じて変化させることにより、生産が容易で高コントラス
トを示し階調表示可能な、高速表示装置を提供するもの
である。
The present invention has been made under such circumstances, and by changing the apparent tilt angle of the SBF-LCD according to the voltage value, production is easy, high contrast is exhibited, and gradation display is possible. A high-speed display device is provided.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】この発明によれば、少な
くとも電極膜と配向制御層とを有する一対の基板間に強
誘電性液晶が充填された液晶セルの前後に、クロスニコ
ル状態に配置した一対の偏光板を設置し、電界無印加時
の消光位の一つに該偏光板の偏光方向を合わせた液晶表
示装置において、強誘電性液晶が短ピッチ双安定性強誘
電性液晶(ShortPitch Bistable Ferroelectric Liquid
Crystal SBF-LC と略) であり、印加電圧が矩形波であ
り、かつその波高値を変化させることで階調表示をし
得、前記液晶がカイラルスメクティックC 相における螺
旋ピッチが前記一対の基板間隔より短いにもかかわら
ず、その螺旋構造が解かれていることを特徴とする強誘
電性液晶表示装置が提供される。
According to the present invention, a crossed Nicols state is arranged before and after a liquid crystal cell filled with a ferroelectric liquid crystal between a pair of substrates having at least an electrode film and an alignment control layer. In a liquid crystal display device in which a pair of polarizing plates is installed and the polarization direction of the polarizing plate is adjusted to one of the extinction positions when no electric field is applied, the ferroelectric liquid crystal is a short pitch bistable ferroelectric liquid crystal (Short Pitch Bistable). Ferroelectric Liquid
Crystal SBF-LC), the applied voltage is a rectangular wave, and gradation display can be performed by changing the peak value, and the liquid crystal has a helical pitch in the chiral smectic C phase that is equal to the distance between the pair of substrates. Despite being shorter, a ferroelectric liquid crystal display device characterized in that its helical structure is unraveled is provided.

【0018】さらに、このSBF-LCを適用した系として、
一対の基板のうち片方の基板上に、複数の走査電極と複
数の信号電極がマトリクス上に形成され、電極の各交点
にアクティブ素子が設けられ、一対の基板の双方が電界
印加用の電極膜と配向制御層を有する液晶セルに強誘電
性液晶が充填された液晶セルの前後に、クロスニコル状
態に配置した一対の偏光板を設置した強誘電性液晶表示
装置が提供される。
Further, as a system to which this SBF-LC is applied,
A plurality of scanning electrodes and a plurality of signal electrodes are formed in a matrix on one of the pair of substrates, active elements are provided at intersections of the electrodes, and both of the pair of substrates are electrode films for applying an electric field. And a liquid crystal cell having an alignment control layer and a liquid crystal cell filled with ferroelectric liquid crystal, and a ferroelectric liquid crystal display device provided with a pair of polarizing plates arranged in a crossed Nicols state before and after the liquid crystal cell.

【0019】このうち、好ましい系として、アクティブ
素子の駆動方法がアモルファスシリコンまたはポリシリ
コンを半導体膜とする薄膜トランジスタの駆動方法を用
いたものであり、配向制御層が有機高分子膜からなり、
ラビング法により配向制御を行われるこを特徴とする強
誘電性液晶表示装置である。さらに、好ましくは、この
ラビング法による配向制御が、両面の基板にほぼ同等に
施され、各基板のラビング方向が略平行または略反平行
であり、および/またはラビング法による配向制御が、
両面の基板に非対称に施されたり、薄膜トランジスタが
設けられていない方の基板の前記高分子膜にのみラビン
グ処理が施されたことを特徴とする強誘電性液晶表示装
置を提供する。
Among them, as a preferable system, a method for driving an active element uses a method for driving a thin film transistor using amorphous silicon or polysilicon as a semiconductor film, and the orientation control layer is made of an organic polymer film;
A ferroelectric liquid crystal display device characterized in that alignment is controlled by a rubbing method. Furthermore, preferably, the alignment control by the rubbing method is performed substantially equally to the substrates on both sides, the rubbing direction of each substrate is substantially parallel or substantially antiparallel, and / or the alignment control by the rubbing method is
A ferroelectric liquid crystal display device characterized in that a rubbing treatment is performed only on the polymer film of a substrate on which a thin film transistor is not provided or on a substrate on which both surfaces are asymmetrically provided.

【0020】この発明の強誘電性液晶は SBF-LC であ
り、そのカイラルスメクティックC 相における螺旋ピッ
チが前記一対の基板間隔より短いにもかかわらず、その
螺旋構造が解かれていることを特徴とする液晶であり、
例えばFLC-6430(Hoffman-La Roche社製)等が挙げられ
る。従来、SBF-LCDでは、螺旋がほどけ、双安定な2つ
の状態が出現し、電界によってこの2つの状態間をスイ
ッチングさせられることは知られていたが、これらの2
つの状態間の中間的な状態は作り出せないと一般に信じ
られてきた。しかし、発明者らは電界印加状態において
は中間的な状態が作り出せることを見いだした。即ち、
印加電圧が矩形波であり、かつその波高値を変化させる
ことで階調表示をし得た。
The ferroelectric liquid crystal of the present invention is SBF-LC, wherein the helical pitch in the chiral smectic C phase is shorter than the interval between the pair of substrates, and the helical structure is unraveled. Liquid crystal
For example, FLC-6430 (manufactured by Hoffman-La Roche) and the like can be mentioned. Conventionally, in the SBF-LCD, it has been known that the helix is untwisted and two bistable states appear and the electric field can switch between the two states.
It has been generally believed that intermediate states between two states cannot be created. However, the inventors have found that an intermediate state can be created in an electric field applied state. That is,
The applied voltage was a rectangular wave, and gradation display could be performed by changing the peak value.

【0021】この中間的な状態は、電界誘起の見かけの
チルト角変化によると考えることができる。SBF-LCDの
見かけの光軸の、メモリ角、チルト角の関係を図8に示
す。メモリ角は、2つの見かけの消光位間の角度の1/2
とするが、これは通常液晶の見かけのチルト角よりも小
さい。チルト角θは電界を十分(±20V)印加したときの
見かけの消光位間の角度の1/2である。201、20
2、203はそれぞれ、メモリ状態、正の方向に十分な
電圧を印加した状態、負の方向に十分な電圧を印加した
状態の、見かけの光軸の位置を表す。当初、メモリ状態
201に見かけの光軸があるときに、負の方向に電圧を
印加すると、十分に大きな電圧を十分な時間だけ印加す
れば、見かけの光軸は203まで到達するが、そうでな
い場合は、電圧の大きさおよび電圧の印加時間に応じ
て、201と203の間の任意の位置まで見かけの光軸
が移動する。すなわち、電圧の大きさおよび/または電
圧の印加時間に応じて偏光子と見かけの光軸の成す角度
が変わるため、階調の表示が可能となる。この特性を用
いれば無限階調が可能であることが分かる。
This intermediate state can be considered to be due to the apparent tilt angle change induced by the electric field. FIG. 8 shows the relationship between the memory angle and the tilt angle of the apparent optical axis of the SBF-LCD. The memory angle is half the angle between the two apparent extinction positions
Which is usually smaller than the apparent tilt angle of the liquid crystal. The tilt angle θ is half the angle between the apparent extinction positions when a sufficient electric field is applied (± 20 V). 201, 20
Reference numerals 2 and 203 denote apparent optical axis positions in a memory state, a state where a sufficient voltage is applied in a positive direction, and a state where a sufficient voltage is applied in a negative direction, respectively. Initially, when the memory state 201 has an apparent optical axis and a voltage is applied in the negative direction, if a sufficiently large voltage is applied for a sufficient time, the apparent optical axis reaches 203, but this is not the case. In this case, the apparent optical axis moves to an arbitrary position between 201 and 203 according to the magnitude of the voltage and the voltage application time. That is, the angle formed between the polarizer and the apparent optical axis changes according to the magnitude of the voltage and / or the time during which the voltage is applied, so that gray scale display is possible. It can be seen that infinite gradation is possible by using this characteristic.

【0022】電界印加によって一方のメモリ状態をとら
せたSBF-LCDの見かけの消光位にクロスニコルの状態に
設置した偏光板の偏光方向を一致させ、60Hzの矩形
波を印加して透過光強度を測定した。このときの、透過
光量の印加電圧依存性を図9に示す。図の透過光強度は
印加電圧1周期の間の透過光量を平均したものである。
図から分かるように、電圧が大きくなるにつれて透過光
量が連続的に増加している。この方法の場合、印加され
る電圧波形は正負のかたよりのないものであり、信頼性
の点でも問題がない。
The polarization direction of the polarizing plate installed in the crossed Nicols state is matched with the apparent extinction position of the SBF-LCD in which one memory state is obtained by applying an electric field, and a 60 Hz rectangular wave is applied to transmit the transmitted light intensity. Was measured. FIG. 9 shows the applied voltage dependence of the amount of transmitted light at this time. The transmitted light intensity in the figure is obtained by averaging the amount of transmitted light during one cycle of the applied voltage.
As can be seen from the figure, the amount of transmitted light continuously increases as the voltage increases. In this method, the applied voltage waveform has no positive or negative bias, and there is no problem in reliability.

【0023】図9の特性は、双安定のSBF-LCDを用いた
例であるが、片安定の素子を用いてももちろんよく、む
しろ、片安定の強誘電性液晶素子の方が安定した特性が
得られ易すい。SBF-LCDにおいて片安定を得る手段とし
ては、基板両面にパラレル方向にラビングを施すことが
知られている(Jpn.J.Appl.Phys.30(1991)741-746)
が、配向膜・再配向条件によっては、片面ラビングやア
ンチパラレルラビングによっても片安定性が生じること
がある。また、ラビング条件を両基板間で変えることも
有効な手段の1つである。
The characteristic shown in FIG. 9 is an example using a bistable SBF-LCD. However, a monostable element may be used, and a monostable ferroelectric liquid crystal element is more stable. Is easy to obtain. It is known that rubbing in the parallel direction is performed on both surfaces of the substrate as a means for obtaining the one-side stability in the SBF-LCD (Jpn. J. Appl. Phys. 30 (1991) 741-746).
However, depending on the alignment film / reorientation conditions, one-sided rubbing or anti-parallel rubbing may cause one-sided stability. Changing the rubbing conditions between the two substrates is also an effective means.

【0024】このような特性を生かした駆動法として
は、アクティブマトリクス駆動が上げられる。特に、薄
膜トランジスタを用いた駆動は好ましい。図10に薄膜
トランジスタ(TFT)を用いたアクテイブマトリクス
型液晶表示素子の等価回路を示す。液晶を駆動する場
合、走査線より信号を送ってゲート電極Gに電界を印加
し、TFTをオンにする。これに同期させて信号線より
ソース電極Sに信号を送ると、ドレイン電極Dを通して
液晶LCに電荷が蓄積され、これによって生じる電界に
よって液晶が応答する。
As a driving method utilizing such characteristics, there is an active matrix driving. In particular, driving using a thin film transistor is preferable. FIG. 10 shows an equivalent circuit of an active matrix liquid crystal display element using a thin film transistor (TFT). When driving the liquid crystal, a signal is sent from a scanning line to apply an electric field to the gate electrode G to turn on the TFT. When a signal is sent from the signal line to the source electrode S in synchronization with this, electric charges are accumulated in the liquid crystal LC through the drain electrode D, and the liquid crystal responds by an electric field generated by this.

【0025】本発明の具体例を、l本の走査電極G1,
G2,...,Gn-1,Gn,Gn+1,Gn+2,...,Gl
-1,Glとk本の信号電極S1,S2,...,Sm,Sm+
1,...,Sk-1,Skがマトリクス状に形成され、そ
の各交点に薄膜トランジスタ(TFT)を配列したアク
ティブマトリクス基板に強誘電性液晶を組み合わせた図
11に示すような液晶表示素子を用いて説明する。各交
点のTFTのゲート電極は走査電極に接続され、ソース
電極は信号電極に接続される。P1/1,P1/2,...P
1/m,P1/m+1,...Pn/1,Pn/2,...Pn/m,Pn
/m+1,...などは各交点に形成されたTFTのドレイ
ン電極に接続された画素を示す。この液晶表示素子を駆
動するための駆動波形を図12に示す。
The embodiment of the present invention will be described by using one scan electrode G1,
G2,. . . , Gn-1, Gn, Gn + 1, Gn + 2,. . . , Gl
-1, Gl and k signal electrodes S1, S2,. . . , Sm, Sm +
1,. . . , Sk-1, and Sk are formed in a matrix, and a liquid crystal display element as shown in FIG. 11 is used in which a ferroelectric liquid crystal is combined with an active matrix substrate in which thin film transistors (TFTs) are arranged at respective intersections. The gate electrode of the TFT at each intersection is connected to the scanning electrode, and the source electrode is connected to the signal electrode. P1 / 1, P1 / 2,. . . P
1 / m, P1 / m + 1,. . . Pn / 1, Pn / 2,. . . Pn / m, Pn
/ m + 1,. . . And the like indicate pixels connected to the drain electrode of the TFT formed at each intersection. FIG. 12 shows drive waveforms for driving this liquid crystal display element.

【0026】まず、t1の時間、走査電極G1より信号を
送ってTFTをオンにする。これに同期して、G1に接
続された画素(P1/1,P1/2,P1/m,P1/m+1,P1/k-
1,P1/k、など)に求められる表示に対応するゼロまた
は正の電圧を信号電極から印加する。次のt1の時間に
はG2より信号を送ってTFTをオンにし、これに同期
させて信号電極から信号を送る。以下同様にして順次各
走査電極に接続したTFTをオンにしてゆく。
First, for a time t1, a signal is sent from the scanning electrode G1 to turn on the TFT. In synchronization with this, the pixels connected to G1 (P1 / 1, P1 / 2, P1 / m, P1 / m + 1, P1 / k-
1, P1 / k, etc.) is applied from the signal electrode to a zero or positive voltage corresponding to the display required. At the next time t1, a signal is sent from G2 to turn on the TFT, and a signal is sent from the signal electrode in synchronization with this. Thereafter, similarly, the TFTs connected to the respective scanning electrodes are sequentially turned on.

【0027】さて、総ての走査電極より信号を送った
後、再びt1の時間走査電極G1より信号を送ってTFT
をオンにする。これに同期して、G1に接続された画素
(P1/1,P1/2,P1/m,P1/m+1,P1/k-1,P1/k、な
ど)に求められる表示に対応するゼロまたは負の電圧を
信号電極からは印加する。次のt1の時間にはG2より信
号を送ってTFTをオンにし、これに同期させて信号電
極からゼロまたは負の信号を送る。以下同様にして順次
各走査電極に接続したTFTをオンにしてゆく。このと
き画素に印加される電圧波形とそのときの透過光量変化
の一例を図12に示す。画素P1/1には大きな値の正負
の電界が1フレームごとに交互に印加され、この画素は
白表示となる。画素P12に印加される電圧は最初の4フ
レームでは画素P1/1に印加される電圧よりも小さく、
このためP1/2はP1/1よりも暗い表示となり、中間調表
示が得られる。5番目と6番目のフレームでは印加され
る電圧はゼロとなり、この画素は黒表示に変化する。こ
こで、ひとつ大切なことは、偏光板の合わせ方と、電界
印加の符号の関係である。図12の場合には、負の電界
を印加たときに生じるメモリ状態の消光位に偏光板の
偏光方向を合わせなければならない。別の言い方をすれ
ば、正の電圧を印加した後に、画素にかかる電圧がゼロ
となるようにすると、黒表示が欲しいのに白表示となっ
てしまう。それゆえ、図12では2フレームで1セット
となり、電圧値を変化させるのは2フレームで形成され
る1対のフレームのうち、最初のフレームでのみ行わな
ければならない。
After the signals are transmitted from all the scanning electrodes, the signals are transmitted again from the scanning electrodes G1 for the time t1, and the TFTs are transmitted.
Turn on. In synchronization with this, it corresponds to the display required for the pixels (P1 / 1, P1 / 2, P1 / m, P1 / m + 1, P1 / k-1, P1 / k, etc.) connected to G1. Zero or negative voltage is applied from the signal electrode. At the next time t1, a signal is sent from G2 to turn on the TFT, and in synchronization with this, a zero or negative signal is sent from the signal electrode. Thereafter, similarly, the TFTs connected to the respective scanning electrodes are sequentially turned on. FIG. 12 shows an example of a voltage waveform applied to the pixel at this time and a change in transmitted light amount at that time. Large positive and negative electric fields are alternately applied to the pixel P1 / 1 for each frame, and this pixel performs white display. The voltage applied to pixel P12 is less than the voltage applied to pixel P1 / 1 in the first four frames,
Therefore, P1 / 2 is darker than P1 / 1 and a halftone display is obtained. In the fifth and sixth frames, the applied voltage becomes zero, and this pixel changes to black display. Here, one important thing is the relationship between the method of aligning the polarizing plates and the sign of the electric field application. Figure in the case of 12 must align the polarization direction of the polarizing plate on the extinction position of the memory state occurs upon application of a negative electric field. In other words, if the voltage applied to the pixel is reduced to zero after the positive voltage is applied, white display is desired although black display is desired. Therefore, in FIG. 12, one set is formed in two frames, and the voltage value must be changed only in the first frame of a pair of frames formed in two frames.

【0028】なお、カラーフィルタを組み合わせればカ
ラー表示を得ることができる。以上説明したような本発
明の強誘電性液晶素子を用いると、以下の利点がある。
まず、黒状態が求められるときには液晶に電界がかから
ないため高コントラストが得られる。第2に、各画素に
印加する電圧を変えることで透過光量を変えることがで
き、容易に階調表示を行うことができる。第3に、1フ
レーム毎に印加電圧の極性を切り替えるため電荷の偏り
のない信頼性の高い液晶素子が得られる。また、ネマチ
ック液晶をTFTと組み合わせた素子に比べて応答速度
が速く、視野角が広いという長所がある。
A color display can be obtained by combining color filters. The use of the ferroelectric liquid crystal device of the present invention as described above has the following advantages.
First, when a black state is required, a high contrast is obtained because no electric field is applied to the liquid crystal. Second, the amount of transmitted light can be changed by changing the voltage applied to each pixel, and gray scale display can be easily performed. Third, 1 high liquid crystal element of unpolarized reliable charge for switching the polarity of every frame to the applied voltage is Ru obtained. In addition, there are advantages that the response speed is faster and the viewing angle is wider than an element in which a nematic liquid crystal is combined with a TFT.

【0029】配向処理層の形成法としては、ラビング
法、斜方蒸着法などがあるが、大画面の液晶表示素子の
量産化の場合にはラビング法が有利である。ラビング法
の場合、配向膜を形成した後、ラビング処理を施すわけ
であるが、パラレルラビング法(一対の基板の両方にラ
ビング処理を施しラビング方向が同一になるように貼り
合わせる方法)、アンチパラレルラビング法(一対の基
板の両方にラビング処理を施しラビング方向が逆になる
ように貼り合わせる方法)、片ラビング法(一対の基板
の片方にのみラビング処理を施す方法)がある。
As a method for forming the alignment treatment layer, there are a rubbing method, an oblique vapor deposition method, and the like. In the case of mass production of a large-screen liquid crystal display device, the rubbing method is advantageous. In the case of the rubbing method, a rubbing treatment is performed after forming an alignment film, and a parallel rubbing method (a method in which both substrates are rubbed and bonded so that the rubbing directions are the same), an anti-parallel method. There are a rubbing method (a method in which rubbing is performed on both of a pair of substrates and bonding is performed so that the rubbing directions are reversed), and a single rubbing method (a method in which rubbing is performed on only one of the pair of substrates).

【0030】本発明の強誘電性液晶素子の場合、いずれ
の配向法も用いることができるが、薄膜トランジスタを
形成しないほうの基板にのみラビング処理を施す片ラビ
ング法が特に好ましい。その理由としては以下の2つを
上げることができる。まず第1に、薄膜トランジスタを
形成しない基板の方が平坦であり、均一なラビング処理
が容易にできるからである。第2に、薄膜トランジスタ
を形成した基板にラビング処理を施すと、その処理によ
って生じる静電気によって、薄膜トランジスタの特性が
変化したり、配線間の絶縁破壊が生じたりし易いためで
ある。
In the case of the ferroelectric liquid crystal device of the present invention, any orientation method can be used, but a single rubbing method in which a rubbing treatment is performed only on a substrate on which a thin film transistor is not formed is particularly preferable. The following two reasons can be cited. First, a substrate on which a thin film transistor is not formed is flatter, and uniform rubbing can be easily performed. Second, when a rubbing treatment is performed on a substrate on which a thin film transistor is formed, static electricity generated by the rubbing treatment easily changes characteristics of the thin film transistor and causes dielectric breakdown between wirings.

【0031】[0031]

【実施例】【Example】

実施例1 パターンニングしたITO膜を形成した一対のガラス基
板上にそれぞれ絶縁膜を形成し、ナイロン6/6をスピン
コートし、片側基板のみラビングした。この一対のガラ
ス基板をセル厚1.2μmで貼り合わせ、FLC-6430(Hoff
man-La Roche製)を真空注入した。この液晶の物性を表
1に示す。
Example 1 An insulating film was formed on each of a pair of glass substrates on which a patterned ITO film was formed, nylon 6/6 was spin-coated, and only one substrate was rubbed. The pair of glass substrates are bonded together with a cell thickness of 1.2 μm, and FLC-6430 (Hoff
man-La Roche) was vacuum injected. Table 1 shows the physical properties of the liquid crystal.

【0032】作製した強誘電性液晶セルを偏光顕微鏡に
セットし、20.5℃において、60Hzの矩形波を印加しつつ
透過光強度を測定した。結果を図13に示す。電圧によ
って透過光量が連続的に変化することが分かる。
The prepared ferroelectric liquid crystal cell was set in a polarizing microscope, and the transmitted light intensity was measured at 20.5 ° C. while applying a 60 Hz rectangular wave. FIG. 13 shows the results. It can be seen that the amount of transmitted light changes continuously with the voltage.

【0033】実施例2 実施例1において、配向膜を、PSI-A-2101(チッソ石油
化学(株)製)、測定温度21.5℃とした場合も、同様の結
果が得られた。60Hz矩形電圧印加時における、透過光量
の電圧依存性を図14に示す。電圧によって透過光量が
連続的に変化することが分かる。
Example 2 In Example 1, the same result was obtained when the orientation film was PSI-A-2101 (manufactured by Chisso Petrochemical Co., Ltd.) and the measurement temperature was 21.5 ° C. FIG. 14 shows the voltage dependency of the amount of transmitted light when a 60 Hz rectangular voltage is applied. It can be seen that the amount of transmitted light changes continuously with the voltage.

【0034】実施例3 パターンニングしたITO膜を形成した一対のガラス基
板上にそれぞれ絶縁膜を形成し、PSI-A-2101(チッソ石
油化学(株)製)をスピンコートし、ラビングした。この
一対のガラス基板を、ラビング方向が略反平行となるよ
うにセル厚1.2μmで貼り合わせ、FLC-6430(Hoffman-
La Roche製)を真空注入した。60Hz矩形波電圧印加にお
ける、透過光量の電圧依存性を図15に示す。電圧によ
って透過光量が連続的に変化することが分かる。
Example 3 An insulating film was formed on each of a pair of glass substrates on which a patterned ITO film was formed, and PSI-A-2101 (manufactured by Chisso Petrochemical Co., Ltd.) was spin-coated and rubbed. The pair of glass substrates are bonded to each other with a cell thickness of 1.2 μm so that the rubbing directions are substantially antiparallel, and FLC-6430 (Hoffman-
La Roche) was injected under vacuum. FIG. 15 shows the voltage dependence of the amount of transmitted light when a 60-Hz rectangular wave voltage is applied. It can be seen that the amount of transmitted light changes continuously with the voltage.

【0035】実施例4 実施例1で使用したセルをTFT駆動させた。このセル
の静電容量の周波数依存性を図16に示す。ゲートパル
ス幅TONを変えて駆動させたときの、ゲート電圧、ソー
ス電圧、ドレイン電圧及び透過光強度を図17に示す。
ただしこのとき偏光板は、正電圧印加時に暗状態となる
ように配置している。また、このときの、透過光強度の
ソース電圧依存性を図18に示す。TONが短いときは、
ドレイン電圧の変化が大きく、透過光強度のソース電圧
依存性も小さい。しかしながら、TONを100μsecに取る
と、ドレイン電圧の変化も小さくなり、透過光強度のソ
ース電圧依存性も良好なものが得られる。
Example 4 The cell used in Example 1 was driven by a TFT. FIG. 16 shows the frequency dependence of the capacitance of this cell. FIG. 17 shows the gate voltage, the source voltage, the drain voltage, and the transmitted light intensity when driven by changing the gate pulse width TON.
However, at this time, the polarizing plate is arranged so as to be in a dark state when a positive voltage is applied. FIG. 18 shows the source voltage dependence of the transmitted light intensity at this time. When TON is short,
The change in drain voltage is large, and the dependence of transmitted light intensity on source voltage is small. However, when the TON is set to 100 μsec, the change in the drain voltage becomes small, and the source voltage dependence of the transmitted light intensity is also good.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明の強誘電性液晶素子を用いること
により、連続階調が実現できた。この表示装置をアクテ
ィブマトリクス駆動することにより、大容量、広視野
角、高コントラスト、無限階調表示(フルカラー表示)
の可能な液晶表示装置を得ることができる。
By using the ferroelectric liquid crystal device of the present invention, continuous gradation can be realized. Active matrix driving of this display device enables large capacity, wide viewing angle, high contrast, infinite gradation display (full color display)
, A liquid crystal display device capable of performing the above can be obtained.

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

【図1】クラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置の
原理図である。
FIG. 1 is a principle diagram of a Clark-Ragabal ferroelectric liquid crystal display device.

【図2】SBF−LCDの原理図である。FIG. 2 is a principle diagram of an SBF-LCD.

【図3】強誘電性液晶素子のスイッチングを説明するた
めの模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining switching of a ferroelectric liquid crystal element.

【図4】クラーク・ラガバル型強誘電性液晶素子の電圧
とティルト角の関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a voltage and a tilt angle of a Clark-Ragabal ferroelectric liquid crystal element.

【図5】クラーク・ラガバル型強誘電性液晶素子の印加
電圧と透過光量変化の関係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a voltage applied to a Clark-Ragabal ferroelectric liquid crystal element and a change in transmitted light amount.

【図6】C1配向、C2配向の定義と、ジグザグ欠陥の
模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram of definitions of C1 orientation and C2 orientation and zigzag defects.

【図7】ユニフォーム配向、ツイスト配向の分子配向モ
デルである。
FIG. 7 is a molecular orientation model of a uniform orientation and a twist orientation.

【図8】本発明のSBF−LCDのスイッチングを説明
するための模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining switching of the SBF-LCD of the present invention.

【図9】本発明のSBF−LCDにおける強誘電性液晶
素子における印加電圧と透過光量変化の関係を示す図で
ある。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between an applied voltage and a change in transmitted light amount in a ferroelectric liquid crystal element in an SBF-LCD of the present invention.

【図10】アクティブマトリクス型液晶表示について説
明するための等価回路図である。
FIG. 10 is an equivalent circuit diagram for describing an active matrix liquid crystal display.

【図11】アクティブマトリクス型強誘電性液晶素子を
説明するための図である。
FIG. 11 shows an active matrix type ferroelectric liquid crystal device.
It is a figure for explaining.

【図12】本発明の駆動法について説明するための図で
ある。
FIG. 12 is a diagram for explaining a driving method according to the present invention.

【図13】実施例の強誘電性液晶の透過強度を示すグラ
フである。
FIG. 13 is a graph showing the transmission intensity of the ferroelectric liquid crystal of the example.

【図14】他の実施例の強誘電性液晶の透過強度を示す
グラフである。
FIG. 14 is a graph showing the transmission intensity of the ferroelectric liquid crystal of another example.

【図15】他の実施例の強誘電性液晶の透過強度を示す
グラフである。
FIG. 15 is a graph showing the transmission intensity of the ferroelectric liquid crystal of another example.

【図16】実施例1の液晶セルの静電容量の周波数依存
性を示すグラフである。
FIG. 16 is a graph showing the frequency dependence of the capacitance of the liquid crystal cell of Example 1.

【図17】ゲート電圧、ソース電圧、ドレイン電圧の透
過光強度を示すグラフである。
FIG. 17 is a graph showing transmitted light intensity at a gate voltage, a source voltage, and a drain voltage.

【図18】透過光強度のソース電圧依存性を示すグラフ
である。
FIG. 18 is a graph showing source voltage dependence of transmitted light intensity.

フロントページの続き (72)発明者 合田 洋 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 近藤 直文 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 片山 幹雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−152430(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/137 G02F 1/141 Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Goda 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72) Inventor Naofumi Kondo 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sharp Corporation (72 ) Inventor Mikio Katayama 22-22 Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Inside Sharp Corporation (56) References JP-A-1-152430 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB Name) G02F 1/137 G02F 1/141

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 少なくとも電極膜と配向制御層とを有す
る一対の基板間に強誘電性液晶が充填された液晶セルの
前後に、クロスニコル状態に配置した一対の偏光板を設
置し、電界無印加時の消光位の一つに該偏光板の偏光方
向を合わせた液晶表示装置において、強誘電性液晶が短
ピッチ双安定性強誘電性液晶であり、印加電圧が矩形波
であり、かつその波高値を変化させることで階調表示を
し得、前記液晶がカイラルスメクティックC 相における
螺旋ピッチが前記一対の基板間隔より短いにもかかわら
ず、その螺旋構造が解かれていることを特徴とする強誘
電性液晶表示装置。
1. A pair of polarizing plates arranged in a crossed Nicols state before and after a liquid crystal cell filled with a ferroelectric liquid crystal is provided between a pair of substrates having at least an electrode film and an alignment control layer. In a liquid crystal display device in which the polarization direction of the polarizing plate is adjusted to one of the extinction positions upon application, the ferroelectric liquid crystal is a short-pitch bistable ferroelectric liquid crystal, the applied voltage is a rectangular wave, and the By changing the peak value, gradation display can be performed, and the helical structure of the liquid crystal is unraveled even though the helical pitch in the chiral smectic C phase is shorter than the interval between the pair of substrates. Ferroelectric liquid crystal display.
【請求項2】 一対の基板のうち片方の基板上に、複数
の走査電極と複数の信号電極がマトリクス上に形成さ
れ、電極の各交点にアクティブ素子が設けられ、一対の
基板の双方が電界印加用の電極膜と配向制御層を有する
液晶セルに強誘電性液晶が充填された液晶セルの前後
に、クロスニコル状態に配置した一対の偏光板を設置し
た強誘電性液晶表示装置において、強誘電性液晶が短ピ
ッチ双安定性強誘電性液晶であり、連続する2つのフレ
ームについて、第1のフレームで、正または0の電圧を
液晶に印加し、第2のフレームで、負または0の電圧を
液晶に印加し、かつその波高値を変化させることで階調
表示をし得、前記液晶がカイラルスメクティックC 相に
おける螺旋ピッチが前記一対の基板間隔より短いにもか
かわらず、その螺旋構造が解かれていることを特徴とす
る強誘電性液晶表示装置。
2. A plurality of scanning electrodes and a plurality of signal electrodes are formed on a matrix on one of a pair of substrates, an active element is provided at each intersection of the electrodes, and both of the pair of substrates have an electric field. In a ferroelectric liquid crystal display device in which a pair of polarizing plates arranged in a crossed Nicols state is installed before and after a liquid crystal cell filled with a ferroelectric liquid crystal in a liquid crystal cell having an application electrode film and an orientation control layer, The dielectric liquid crystal is a short-pitch bistable ferroelectric liquid crystal. For two consecutive frames, a positive or zero voltage is applied to the liquid crystal in a first frame, and a negative or zero voltage is applied in a second frame. A gradation display can be performed by applying a voltage to the liquid crystal and changing the peak value thereof, and the liquid crystal has a helical structure in which the helical pitch in the chiral smectic C phase is shorter than the interval between the pair of substrates. Ferroelectric liquid crystal display device characterized by being solved.
【請求項3】 アクティブ素子の駆動方法がアモルファ
スシリコンまたはポリシリコンを半導体膜とする薄膜ト
ランジスタの駆動方法を用いた請求項2に記載の強誘電
性液晶表示装置。
3. The ferroelectric liquid crystal display device according to claim 2, wherein the driving method of the active element uses a driving method of a thin film transistor using amorphous silicon or polysilicon as a semiconductor film.
【請求項4】 配向制御層が有機高分子膜からなり、ラ
ビング法により配向制御を行われるこを特徴とする請求
項1〜3項のいずれかの項に記載の強誘電性液晶表示装
置。
4. The ferroelectric liquid crystal display device according to claim 1, wherein the alignment control layer is formed of an organic polymer film, and the alignment is controlled by a rubbing method.
【請求項5】 ラビング法による配向制御が、両面の基
板にほぼ同等に施され、各基板のラビング方向が略平行
または略反平行であることを特徴とする請求項4項に記
載の強誘電性液晶表示装置。
5. The ferroelectric device according to claim 4, wherein the alignment control by the rubbing method is performed substantially equally on the substrates on both sides, and the rubbing directions of the respective substrates are substantially parallel or substantially antiparallel. Liquid crystal display device.
【請求項6】 ラビング法による配向制御が、両面の基
板に非対称に施されることを特徴とする請求項4項に記
載の強誘電性液晶表示装置。
6. The ferroelectric liquid crystal display device according to claim 4, wherein the alignment control by the rubbing method is performed asymmetrically on the substrates on both sides.
【請求項7】 配向制御層が有機高分子膜からなり、薄
膜トランジスタが設けられていない方の基板の前記高分
子膜にのみラビング処理が施されたことを特徴とする請
求項2に記載の強誘電性液晶表示装置。
7. The method according to claim 2, wherein the orientation control layer is made of an organic polymer film, and the rubbing treatment is applied only to the polymer film on the substrate on which the thin film transistor is not provided. Dielectric liquid crystal display.
【請求項8】 配向制御層が有機高分子膜からなり、薄
膜トランジスタが設けられていない方の基板の前記高分
子膜にのみラビング処理が施されたことを特徴とする4
項に記載の強誘電性液晶表示装置。
8. The method according to claim 4, wherein the orientation control layer is made of an organic polymer film, and only the polymer film on the substrate on which the thin film transistor is not provided is subjected to a rubbing treatment.
Item 7. The ferroelectric liquid crystal display device according to item 1.
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