JP3259600B2 - 反強誘電性液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は反強誘電性液晶（ＡＦ
ＬＣ、AntiFerroelectric Liquid Crystal）を用いた液
晶表示素子に関し、特に、階調表示が可能なＡＦＬＣ液
晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶を用いる強誘電性液晶表示
素子は、ネマティック液晶を用いるＴＮモードの液晶表
示素子と比較して、高速応答、広い視野角が得られる等
の点で注目されている。

【０００３】強誘電性液晶表示素子として、強誘電性液
晶を用いた強誘電性液晶表示素子と反強誘電性液晶を用
いた反強誘電性液晶表示素子とが知られている。

【０００４】反強誘電性液晶表示素子は、反強誘電性液
晶が備える配向状態の安定性を利用して画像を表示する
ものである。即ち、反強誘電性液晶は、液晶分子の配向
に３つの安定状態を有し、第１のしきい値以上の電圧を
該液晶に印加したとき、印加電圧の極性に応じて液晶分
子が第１の配向方向に配列する第１の強誘電相または第
２の配向方向に配列する第２の強誘電相に配向し、前記
第１のしきい値より低い第２のしきい値以下の電圧を印
加したとき、第１と第２の強誘電相の中間の配列状態で
ある反強誘電相に配向する。液晶表示素子の両側に配置
する一対の偏光板の透過軸の方向を反強誘電相の光学軸
を基準にして設定することにより、図１３にその電圧−
透過率特性を示すように、光の透過率を制御して画像を
表示することができる。

【０００５】反強誘電性液晶は、印加電圧が変化して
も、上記第１と第２のしきい値の間の範囲であれば、第
１または第２の強誘電相または反強誘電相に配向した状
態を維持するというメモリ性を有している。従来の反強
誘電性液晶表示素子は、このメモリ性を利用して単純マ
トリクス駆動されている。

【０００６】反強誘電性液晶の配向状態のメモリ性は、
液晶が第１または第２の強誘電相から反強誘電相に相転
移する電圧と、反強誘電相から第１または第２の強誘電
相に相転移する電圧との電圧差によって定まり、この電
圧差が大きいほど、配向状態のメモリ性が高い。即ち、
光学特性のヒステリシスが大きい程メモリ性が高い。こ
のため、従来の単純マトリクス駆動される反強誘電性液
晶表示素子では、反強誘電性液晶として、上記電圧差が
大きい液晶を用いている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、メモリ性の高
い反強誘電性液晶を用いる従来の反強誘電性液晶表示素
子は、光の透過率を任意に制御することができず、表示
階調の制御がほとんど不可能で、階調表示を実現するこ
とはできなかった。

【０００８】この発明は上記実状に鑑みてなされたもの
で、明確な階調表示を実現できる反強誘電性液晶表示素
子を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１の観点にかかる反強誘電性液晶表示
素子は、対向する一対の基板の一方に画素電極を、他方
の基板に前記画素電極に対向する対向電極をそれぞれ形
成し、前記一対の基板間に、液晶分子がほぼ第１の配向
方向に配列する第１の配向状態と液晶分子がほぼ第２の
配向方向に配列する第２の配向状態との２つの配向状態
の液晶分子が均一に混在する反強誘電性相を有し、各液
晶分子が印加電圧に応じてその分子長軸の回りに回転す
る自由回転の前記印加電圧と自発分極の相互作用による
抑制により電界と垂直な方向に傾くと共に、印加電圧に
応じて前記第１の配列状態と前記第２の配向状態のうち
の一方の配向状態の液晶分子が他方の配向状態に変化し
て異なった配向状態の領域が可視光帯域の波長よりも小
さい距離内に複数形成されることにより、ダイレクタが
印加電圧に応じて連続的に変化し、かつヒステリシスを
実質的に持たない反強誘電性液晶を封入し、階調表示を
可能としたことを特徴とする。

【００１０】上記目的を達成するため、この発明の第２
の観点にかかる反強誘電性液晶表示素子は、画素電極と
画素電極に接続されたアクティブ素子がマトリックス状
に複数配列された一方の基板と、前記画素電極に対向す
る対向電極が形成された他方の基板と、前記基板間に封
入され、液晶分子がほぼ第１の配向方向に配列した第１
の強誘電相と液晶分子がほぼ第２の配向方向に配列した
第２の強誘電相と、第1の配向方向に配列した液晶分子
と第２の配向方向に配列した液晶分子が混在することに
より、ダイレクタがスメクティックＣA^＊相の層構造の
層の方線方向にほぼ一致する反強誘電相を有し、印加電
圧に応じて、液晶分子がその分子長軸の回りに回転する
自由回転の前記印加電圧と自発分極の相互作用による抑
制により電界と垂直な方向に傾くと共に、第１の配向方
向に配列した液晶分子と第２の配向方向の１方向に配列
した液晶分子が他方の配向方向に配列することにより、
可視光帯域の光の波長よりも短い範囲で、異なった配列
状態の領域が複数形成されることにより、ダイレクタが
変化し、前記強誘電相と前記反強誘電相の間の中間の状
態をとり、かつヒステリシスを実質的に持たない反強誘
電性液晶、を備えたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】この発明の第１の観点にかかる反強誘電性液晶
表示素子によれば、反強誘電性液晶の各液晶分子は、印
加電圧に応じて、２つの配向状態の一方から他方に順次
変化する。このため、平均的な配向状態が異なった領域
が多数形成される。また、各領域内の液晶分子は電界の
印加によりその長軸回りの回転が抑制され、その為に生
ずる自発分極と電界の間の相互作用により、電界に垂直
な面内で傾く。各領域のサイズが可視光帯域の光の波長
よりも小さいため、光学的には、これらの領域の液晶分
子の平均的な配向方向が光学軸となる。このため、印加
電圧を制御することにより、液晶分子の平均的な配向方
向を変化させて強誘電相と反強誘電相の間の多数の中間
配向状態を形成することができる。

【００１２】また、この発明の第２の観点にかかる反強
誘電性液晶表示素子によれば、反強誘電性液晶の各液晶
分子は、印加電圧に応じて、第１又は第２の配向方向か
ら第２又は第１の配向方向に変化する。このため、平均
的な配向状態が異なった領域が多数形成される。また、
各領域内の液晶分子は電界の印加によりその長軸回りの
回転が抑制されて、電界に垂直な方向に傾く。各領域の
サイズが可視光帯域の光の波長よりも小さいため、これ
らの領域の光学特性が平均化される。このため、印加電
圧を制御することにより、強誘電相と反強誘電相の間の
多数の中間配向状態を形成することができる。従って、
アクティブ素子により、非選択期間も該液晶に表示階調
に対応する印加電圧を保持することにより、任意の階調
の表示が可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。まず、この実施例の反強誘電性液晶表示素子の
構成を説明する。図１は反強誘電性液晶表示素子の断面
図、図２は画素電極とアクティブ素子を形成した基板の
平面図である。

【００１４】この反強誘電性液晶表示素子は、アクティ
ブマトリクス方式のものであり、一対の透明基板（例え
ば、ガラス基板）１１、１２のうち、図１において下側
の基板（以下、下基板）１１には透明な画素電極１３と
画素電極１３に接続されたアクティブ素子１４とがマト
リクス状に配列形成されている。

【００１５】アクティブ素子１４は、例えば、薄膜トラ
ンジスタ（以下、ＴＦＴ）から構成される。ＴＦＴ１４
は、基板１１上に形成されたゲート電極と、ゲート電極
を覆うゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜の上に形成された
半導体層と、半導体層の上に形成されたソース電極及び
ドレイン電極とから構成される。

【００１６】さらに、下基板１１には、図２に示すよう
に、画素電極１３の行間にゲートライン（走査ライン）
１５が配線され、画素電極１３の列間にデータライン
（階調信号ライン）１６が配線されている。各ＴＦＴ１
４のゲート電極は対応するゲートライン１５に接続さ
れ、ドレイン電極は対応するデータライン１６に接続さ
れている。

【００１７】ゲートライン１５は、端部１５ａを介して
行ドライバ（行駆動回路）３１に接続され、データライ
ン１６は端部１６ａを介して列ドライバ（列駆動回路）
３２に接続される。行ドライバ３１は、後述するゲート
信号を印加して、ゲートライン１５をスキャンする。一
方、列ドライバ３２は、表示データ（階調データ）を受
け、データライン１６に表示データに対応するデータ信
号を印加する。

【００１８】ゲートライン１５は端部１５ａを除いてＴ
ＦＴ１４のゲート絶縁膜（透明膜）で覆われており、デ
ータライン１６は前記ゲート絶縁膜の上に形成されてい
る。画素電極１３は前記ゲート絶縁膜の上に形成されて
おり、その一端部においてＴＦＴ１４のソース電極に接
続されている。

【００１９】図１において、上側の基板（以下、上基
板）１２には、下基板１１の各画素電極１３と対向する
透明な対向電極１７が形成されている。対向電極１７は
表示領域全体にわたる面積の１枚の電極から構成され、
基準電圧Ｖ０が印加されている。

【００２０】下基板１１と上基板１２の電極形成面に
は、それぞれ配向膜１８、１９が設けられている。配向
膜１８、１９はポリイミド等の有機高分子化合物からな
る水平配向膜であり、その対向面には同一方向（後述す
る配向方向２１Ｃにほぼ等しい方向）にラビングによる
配向処理が施されている。

【００２１】下基板１１と上基板１２は、その外周縁部
において枠状のシール材２０を介して接着されており、
基板１１、１２間のシール材２０で囲まれた領域には液
晶２１が封入されている。

【００２２】液晶２１は、スメクテッィクＣA^*相の反強
誘電性液晶（以下、ＡＦＬＣ）から構成され、その層の
厚さは、透明なギャップ材２２により規制されている。
ギャップ材２２は液晶封入領域内に点在状態で配置され
ている。

【００２３】ＡＦＬＣ２１は、十分高い電圧が印加され
た時、印加された電圧の極性に応じて、液晶分子が図３
に示す第１の配向方向２１Ａに配列した第１の強誘電相
と前記第１の配向方向と異なる第２の配向方向に配列し
た第２の強誘電相、及びダイレクタ（液晶分子長軸の平
均的方向）がスメクティックＣA^*相の層構造の層の法線
方向２１Ｃに向いた状態の反強誘電相と、これらの中間
状態を呈する。

【００２４】液晶表示素子の上下には、一対の偏光板２
３、２４が配置されている。偏光板２３、２４の光学軸
（以下、透過軸とする）は、ＡＦＬＣ２１の液晶分子の
配向方向に基づいて設定されている。即ち、図３に示す
ように、下側の偏光板２３の透過軸２３Ａは配向処理の
方向２１Ｃにほぼ一致するスメクティック層の法線方向
とほぼ平行に設定され、上側偏光板２４の透過軸２４Ａ
は下偏光板２３の透過軸２３Ａにほぼ直角に設定されて
いる。

【００２５】図３に示すように、偏光板２３、２４の透
過軸を設定した反強誘電性液晶表示素子は、液晶分子の
長軸が第１又は第２の配向方向２１Ａ、２１Ｂにほぼ配
向した強誘電相の時に透過率がほぼ最大（表示が最も明
るく）になり、液晶分子の長軸の平均的な方向が第３の
配向方向２１Ｃに向くようにほぼ配向した反強誘電相の
時に透過率がほぼ最小（表示が最も暗く）になる。

【００２６】すなわち、液晶分子が第１又は第２の配向
方向２１Ａ、２１Ｂを向いた状態では、入射側の偏光板
２３の透過軸２３Ａを通過した直線偏光はＡＦＬＣ２１
の複屈折作用により非直線偏光となり、出射側偏光板２
４の透過軸２４Ａと平行な成分が出射し、表示は明るく
なる。一方、ＡＦＬＣ２１のダイレクタが第３の配向方
向２１Ｃを向いた状態では、その光学軸が層の法線方向
に向くため、入射側の偏光板２３を通った直線偏光はＡ
ＦＬＣ２１の複屈折作用をほとんど受けず、直線偏光の
ままＡＦＬＣ２１を通過し、そのほとんどが出射側の偏
光板２４で吸収され、表示が暗くなる。また、ＡＦＬＣ
２１が光学的中間状態の時は、液晶分子のダイレクタの
平均的な方向に応じた階調が得られる。

【００２７】次に、ＡＦＬＣ２１についてより詳細に説
明する。ＡＦＬＣ２１は、例えば、コーンアングルが３
０゜から４５゜（望ましくは、３５゜以上）と大きく、
Ｉ、ＳｍＡ、ＳｍＣA^*というシーケンスで相転移するス
メクティックＣA^*相の液晶から構成され、図４に示すよ
うに、バルクの状態で分子配列の層構造と螺旋構造を有
している。通常の強誘電性液晶と異なり、隣接する液晶
分子は層毎にコーンのほぼ１８０゜シフトして螺旋を描
いた二重螺旋構造を有する。ＡＦＬＣ２１の層の厚さ
（セルギャップ）は、ＡＦＬＣ２１の螺旋構造の１ピッ
チ（ナチュラルピッチ）よりも小さく形成されている。
このため、ＡＦＬＣ２１は、図５に模式的に示すよう
に、二重螺旋構造が消失した状態で基板１１、１２間に
封止されている。なお、セルギャップをＡＦＬＣ２１の
螺旋構造の１ピッチよりも大きくし、代わりに、配向膜
１８、１９の表面を安定化することにより、表面安定化
効果により、二重螺旋構造を消失させてもよい。

【００２８】また、ＡＦＬＣ２１は、強誘電的相互作用
が強い、即ち、各分子が並列に平行使用とる力が比較的
強くまた、分子の自由回転力の強い液晶材料から構成さ
れている。

【００２９】次に、図６を参照して、印加電圧による液
晶分子の配向の変化を説明する。なお、図６は液晶分子
の配置を基板面に投影して示す図である。液晶分子は、
第１の配向方向２１Ａ又は第２の配向方向２１Ｂに配列
した２つの配向状態を有する。電圧無印加の状態では、
図６（Ａ）に示すように、液晶分子は第１と第２の配向
方向２１Ａと２１Ｂに層毎に交互に配列した状態とな
る。即ち、層毎に第１の配向状態と第２の配向状態を繰
り返す状態になる。この状態では、層内では自発分極が
発生するが、隣接する層の永久双極子が互いに反対方向
を向き、双極子モーメントが互いに打ち消しあって総合
的には自発分極は存在せず、反強誘電相となる。空間的
に平均されたＡＦＬＣ２１の光学軸は液晶分子の平均的
な配向方向であるスメクティック層（スメクティック相
の層構造の層）の法線方向２１Ｃとなる。また、この状
態では、液晶分子はその長軸の回りに、反強誘電的作用
により抑制されて回転している。

【００３０】前述のように、ＡＦＬＣ２１は、強誘電性
的相互作用が強い。即ち、隣接する層の液晶分子が平行
になろうとする相互作用が強い。このため、飽和電圧Ｅ
ｃ未満の電圧Ｅを印加すると、図６（Ｂ）及び（Ｃ）に
示すように、印加電圧Ｅの大きさに応じて、第２の配向
状態にある液晶分子の一部が第１の配向状態に変化す
る。配向状態が変化する分子の数（割合）は、印加電圧
Ｅが大きくなるに従って多くなる。

【００３１】また、液晶分子の長軸回りの回転が、印加
電圧の大きさに応じて抑制されて自発分極が発生する。
この自発分極と電界の相互作用により、図６（Ｂ）及び
（Ｃ）に示すように液晶分子は第１の配向方向２１Ａに
向かって傾き、その傾き角は、印加電圧Ｅの上昇に伴っ
て上昇する。

【００３２】印加電圧の上昇に伴う第１の配向状態の液
晶分子の増加と、回転の抑制による液晶分子の傾きの増
加との複合作用により、印加電圧の上昇に伴ってＡＦＬ
Ｃ２１のダイレクタは第１の配向方向２１Ａに向かって
連続的に変化する。

【００３３】ＡＦＬＣ２１にある一定値Ｅｃ以上の電圧
（飽和電圧）を印加することにより、図６（Ｄ）に示す
ように、液晶分子は第１の配向状態になる。回転の抑制
による傾きも加わり、各液晶分子は第１の配向方向２１
Ａよりも所定角度傾いた方向に配列する。この状態で
は、隣接する層の永久双極子が互いに同一方向を向き、
自発分極が存在し、第２の強誘電相となる。この状態で
は、印加電界により液晶分子の回転は大幅に抑制されて
おり、大きな分極が現れる。

【００３４】また、逆極性で飽和電圧Ｅｃ未満の電圧Ｅ
をＡＦＬＣ２１に印加すると、図６（Ｅ）及び（Ｆ）に
示すように、印加電圧Ｅの大きさに応じて、第１の配向
状態にある液晶分子の一部は第２の配向状態に変化す
る。配向状態が変化する分子の数（割合）は印加電圧が
大きくなるに従って大きくなる。

【００３５】また、液晶分子の長軸回りの回転が、印加
電圧の大きさに応じて抑制されて自発分極が発生する。
この自発分極と電界の相互作用により、電界と垂直な方
向に液晶分子は、図６（Ｅ）及び（Ｆ）に示すように徐
々に傾く。

【００３６】印加電圧の上昇に伴う第２の配向状態の液
晶分子の増加と、回転の抑制による液晶分子の傾きの増
加との複合作用により、印加電圧の上昇に伴ってＡＦＬ
Ｃ２１のダイレクタは第２の配向方向２１Ｂに向かって
連続的に変化する。

【００３７】ＡＦＬＣ２１に逆極性で一定値Ｅｃ以上の
電圧（飽和電圧）を印加することにより、図６（Ｇ）に
示すように、液晶分子は第２の配向状態になる。回転の
抑制による傾きも加わり、各液晶分子は第２の配向方向
２１Ｂよりも所定角度傾いた方向に配列する。この状態
では、隣接する層の永久双極子が互いに同一方向を向
き、自発分極が存在し、第２の強誘電相となる。この状
態では、印加電界により液晶分子の回転は大幅に抑制さ
れており、大きな分極が現れる。

【００３８】このように、上述のＡＦＬＣ２１では、第
１又は第２の配向状態の液晶分子の一部が印加電圧に応
じて第２又は第１の配向状態に切り替わるため、可視光
帯領の光の波長内より短い距離の中の液晶分子の平均的
配向が変化する。即ち、図７に模式的に示すように、第
１の配向状態に液晶分子が配列した微小領域と第２の配
向状態に液晶分子が配列した微小領域が、可視光帯域の
光の波長λよりも短い距離内に多数形成される。しか
も、これらの微小領域の面積又は数の割合及び各微小領
域内の液晶分子の傾き角は印加電圧に応じて変化する。

【００３９】各微小領域のサイズが可視領域の光の波長
よりも小さいため、光学的には、これらの微小領域の光
学特性が平均化される。従って、ＡＦＬＣ２１の光学軸
は、印加電圧の変化に伴う液晶分子の配向の変化、即
ち、第１の配向状態と第２の配向状態の液晶分子の割合
の変化に応じて連続的に変化する。

【００４０】このため、偏光板２３、２４を図３に示す
ように配置し、０．１Ｈｚ程度の十分低周波の三角波電
圧を画素電極１３と対向電極１７との間に印加して得ら
れる光学特性は、図８に示すように、印加電圧０Ｖ近傍
において平坦な部分がなく、印加電圧の変化に伴って光
学特性も連続的に変化し、閾値が存在しない。さらに、
印加電圧の極性に対して透過率のカーブも対称となる。
また、絶対値が一定の値（Ｅｃ）以上の電圧が印加され
ると、ほぼ全ての液晶分子が第１又は第２の配向状態に
配向し、透過率はほぼ飽和する。さらに、ヒステリシス
が非常に小さい。

【００４１】このような光学特性を示す液晶表示素子に
よれば、印加電圧に対し表示階調が一義的に定まり、し
かも、任意の階調を得ることができる。従って、上述の
ように、液晶表示素子をアクティブマトリクス型とし
て、各画素の非選択期間に、印加電圧を表示階調に対応
するほぼ一定値に維持することにより、任意の階調が表
示可能となる。ここで、透過光量が最大値の５０％とな
る位置での電圧幅（ヒステリシス幅）Δ50は、ほぼ０．
１Ｖ以下となるＡＦＬＣ２１が望ましい。

【００４２】次に、上記構成の液晶表示素子に階調表示
を行わせる場合の駆動方法について説明する。図９
（Ａ）は、行ドライバ３１が第１行のＴＦＴ１４に接続
されたゲートライン１５に印加するゲート信号の波形を
示し、図９（Ｂ）は、列ドライバ３２がデータライン１
６に印加するデータ信号の波形を示し、図９（Ｃ）は各
画素に保持される電圧を示す。なお、理解を容易にする
ため、第１行の画素用のデータ信号のみ示し、他の行用
のデータ信号は図示しない。

【００４３】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）において、ＴＦは
１フレーム期間、ＴＳは第１行の画素の選択期間、ＴＯ
は非選択期間を示す。各選択期間ＴＳは、例えば、約６
０μ秒である。この実施例においては、図９（Ｂ）に示
すように、連続する２つのフレームの選択期間Ｔｓに、
表示階調に応じ、極性が反対で絶対値が同一の電圧値Ｖ
Ｄ、−ＶＤを有する駆動パルス（書き込みパルス）をデ
ータライン１６に印加する。即ち、１つの映像信号（表
示データ）について、電圧値が＋ＶＤと−ＶＤの２つの
駆動パルスを２つのフレームの各選択期間ＴＳにそれぞ
れ１つずつＡＦＬＣ２１に印加する。駆動パルスの極性
及び電圧値は、データ信号の基準電圧Ｖ０に対する極性
と電圧である。基準電圧Ｖ０は対向電極７に印加する電
圧と同一である。

【００４４】この駆動方法では、書き込み電圧ＶＤの最
小値をＶ０とし、最大値Ｖmaxを透過率の飽和が起こる
電圧ＥCよりも若干低い値として、Ｖ０〜Ｖmaxの範囲で
書き込み電圧ＶＤを制御する。

【００４５】上記のような波形のゲート信号とデータ信
号とを用いて上記反強誘電性液晶表示素子を駆動する
と、各行の選択期間ＴＳに、駆動パルスの電圧（書き込
み電圧）ＶＤがゲート信号によりオンしているＴＦＴ１
４を介して画素電極１３に印加される。ゲート信号がオ
フし、非選択期間ＴＯになると、ＴＦＴ１４がオフ状態
になり、図９（Ｃ）に示すように、書き込み電圧ＶＤ
が、画素電極１３と対向電極１７とその間のＡＦＬＣ２
１とで形成される容量（画素容量）に保持される。この
ため、図９（Ｃ）に示すように非選択期間ＴＯの間、そ
の画素の透過率が、画素容量の保持電圧に対応する値に
維持される。

【００４６】この実施例では、ＡＦＬＣ２１として印加
電圧の変化に対する明確な閾値を有さず、透過率が連続
的に変化するものを使用し、しかも、図３に示す光学配
置を採用しているので、書き込み電圧ＶＤの絶対値に対
する透過率が一義的に定まり、書き込み電圧ＶＤの絶対
値により透過率を制御して、明確な階調表示を実現でき
る。また、連続する２つのフレームにより、１つの画素
データに対する正負逆極性の電圧＋ＶＤと−ＶＤをＡＦ
ＬＣ２１に印加しているので、正負の電圧に対する光学
特性が若干異なっていてもこれらの光学的変化の平均値
として観察されるので、正負逆極性の電圧に対する光学
的特性に差があっても明確な階調表示が可能である。

【００４７】また、連続する２つのフレームで、極性が
逆で絶対値が等しい電圧＋ＶＤと−ＶＤを各画素（ＡＦ
ＬＣ２１）に印加するので、ＡＦＬＣ２１に直流電圧成
分が片寄って印加されることがない。従って表示の焼き
付き現象やＡＦＬＣ２１の劣化を生ずることもない。

【００４８】具体例 図１０はＡＦＬＣ２１としてＩ−ＳA転移温度が７１
℃、ＳA−ＳC^*転移温度が５７℃で、自発分極が１７
６、チルト角３１．５（コーン角３３°）で、上述の特
性を有する反強誘電性液晶を使用し、配向処理方向及び
偏光板の透過軸の方向を図３に示したように設定し、各
選択期間ＴＳを６０μ秒とし、図９（Ｂ）に示すように
絶対値が同一の電圧を有する駆動パルスを２つのフレー
ムで異なった極性とし、書き込み電圧を０Ｖ〜１０Ｖの
範囲で変化させた場合の印加電圧と透過率の関係を示
す。このグラフから明らかなように、この液晶表示素子
及びこの駆動方法によれば、書き込み電圧を変化させる
ことにより、透過率が連続的に変化し、さらに、書き込
み電圧に応じて表示階調がほぼ一義的に定まり、階調表
示が可能になる。

【００４９】この発明は上記実施例に限定されず、種々
の変形が可能である。例えば、液晶表示素子の駆動方
法、駆動波形等は任意に変更可能である。また、偏光板
２３と２４の透過軸２３Ａと２４Ａを平行に配置しても
よい。偏光板の光学軸は吸収軸でもよい。また、一方の
偏光板の光学軸を第１又は第２の配向方向に平行又は直
角とし、他方の偏光板の光学軸を一方の偏光板の光学軸
に平行又は直交させてもよい。また、この発明はＴＦＴ
をアクティブ素子とする反強誘電性液晶表示素子に限ら
ず、ＭＩＭをアクティブ素子とする反強誘電性液晶表示
素子にも適用可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の反強誘
電性液晶表示素子は、分子レベルで第１と第２の配向状
態を有し、印加電圧に応じて液晶分子の配向状態が第１
又は第２の配向状態から第２又は第１の配向状態にそれ
ぞれ変化する。また、印加電圧に応じて、液晶分子の回
転の抑制による液晶分子の電界に垂直な方向へ傾く。こ
のため、配向状態の異なる部分領域が可視領域の光の波
長の中に複数発生し、これらの光学特性が平均化され、
強誘電相と反強誘電相の間の多数の中間的な状態を生成
できる。従って、この中間的な状態を用いて明確な階調
表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる液晶表示素子の構
造を示す断面図である。

【図２】図１に示す液晶表示素子の下基板の構成を示す
平面図である。

【図３】偏光板の透過軸と液晶分子の配向方向の関係を
示す図である。

【図４】反強誘電性液晶の液晶分子の描く二重螺旋構造
を説明するための図である。

【図５】基板間に封止された液晶分子の配向状態を説明
するための図である。

【図６】印加電圧と液晶分子の配向との関係を示す図で
あり、（Ａ）は電圧を印加していない時の液晶分子の配
向を説明するための図であり、（Ｂ）と（Ｃ）は第１の
極性の中間電圧を印加した時の液晶分子の配向を説明す
るための図であり、（Ｄ）は第１の極性で十分大きい電
圧を印加した時の液晶分子の配向を説明するための図で
あり、（Ｅ）と（Ｆ）は第２の極性の中間電圧を印加し
た時の液晶分子の配向を説明するための図であり、
（Ｇ）は第２の極性で十分大きい電圧を印加した時の液
晶分子の配向を説明するための図である。

【図７】可視光帯域の光の波長λより短い距離内に配向
状態の異なる領域が形成された状態を模式的に示した図
である。

【図８】この発明の一実施例の反強誘電性液晶表示素子
に低周波の三角波電圧を印加した時の、印加電圧−透過
率特性を示すグラフである。

【図９】この発明の一実施例の液晶表示素子の駆動方法
を説明するためのタイミングチャートであり、（Ａ）は
ゲート信号、（Ｂ）はデータ信号、（Ｃ）は各画素に保
持される電圧を示すタイミングチャートである。

【図１０】図９に示す駆動方法を用いてこの発明の一実
施例の液晶表示素子を駆動した時の印加電圧−透過率特
性を示す図である。

【図１１】従来の反強誘電性液晶表示素子に低周波の三
角波電圧を印加した時の、印加電圧−透過率特性を示す
グラフである。

【符号の説明】

１１・・・透明基板（下基板）、１２・・・透明基板（上基
板）、１３・・・画素電極、１４・・・アクティブ素子（ＴＦ
Ｔ）、１５・・・ゲートライン（走査ライン）、１６・・・デ
ータライン（階調信号ライン）、１７・・・対向電極、１
８・・・配向膜、１９・・・配向膜、２０・・・シール材、２１・
・・反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）、２２・・・ギャップ材、
２３・・・偏光板（下偏光板）、２４・・・偏光板（上偏光
板）、３１・・・行ドライバ（行駆動回路）、３２・・・列ド
ライバ（列駆動回路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−222930（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−246623（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−194626（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−100208（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−188350（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−134276（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−306421（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−19261（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−29219（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−212126（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−208106（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/141 G02F 1/133 G02F 1/1337

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する一対の基板の一方に画素電極を、
   他方の基板に前記画素電極に対向する対向電極をそれぞ
   れ形成し、前記一対の基板間に、液晶分子がほぼ第１の
   配向方向に配列する第１の配向状態と液晶分子がほぼ第
   ２の配向方向に配列する第２の配向状態との２つの配向
   状態の液晶分子が均一に混在する反強誘電性相を有し、
   各液晶分子が印加電圧に応じてその分子長軸の回りに回
   転する自由回転の前記印加電圧と自発分極の相互作用に
   よる抑制により電界と垂直な方向に傾くと共に、印加電
   圧に応じて前記第１の配列状態と前記第２の配向状態の
   うちの一方の配向状態の液晶分子が他方の配向状態に変
   化して異なった配向状態の領域が可視光帯域の波長より
   も小さい距離内に複数形成されることにより、ダイレク
   タが印加電圧に応じて連続的に変化し、かつヒステリシ
   スを実質的に持たない反強誘電性液晶を封入し、階調表
   示を可能としたことを特徴とする反強誘電性液晶表示素
   子。
2. 【請求項２】画素電極と画素電極に接続されたアクティ
   ブ素子がマトリックス状に複数配列された一方の基板
   と、 前記画素電極に対向する対向電極が形成された他方の基
   板と、 前記基板間に封入され、液晶分子がほぼ第１の配向方向
   に配列した第１の強誘電相と液晶分子がほぼ第２の配向
   方向に配列した第２の強誘電相と、第1の配向方向に配
   列した液晶分子と第２の配向方向に配列した液晶分子が
   混在することにより、ダイレクタがスメクティックＣA
   ^＊相の層構造の層の方線方向にほぼ一致する反強誘電相
   を有し、印加電圧に応じて、液晶分子がその分子長軸の
   回りに回転する自由回転の前記印加電圧と自発分極の相
   互作用による抑制により電界と垂直な方向に傾くと共
   に、第１の配向方向に配列した液晶分子と第２の配向方
   向の１方向に配列した液晶分子が他方の配向方向に配列
   することにより、可視光帯域の光の波長よりも短い範囲
   で、異なった配列状態の領域が複数形成されることによ
   り、ダイレクタが変化し、前記強誘電相と前記反強誘電
   相の間の中間の状態をとり、かつヒステリシスを実質的
   に持たない反強誘電性液晶、を備えたことを特徴とする
   反強誘電性液晶表示素子。
3. 【請求項３】前記反強誘電性液晶は、印加電圧の変化に
   対して透過光量が最大値の５０％となる電圧でのヒステ
   リシス幅が０．１Ｖ以下の光学特性を有することを特徴
   とする請求項１又は２に記載の反強誘電性液晶表示素
   子。
4. 【請求項４】前記反強誘電性液晶は、スメクティックＣ
   A^＊相の液晶が螺旋構造を消失させた状態で前記基板間
   に封入されて構成されている、ことを特徴とする請求項
   １又は２に記載の反強誘電性液晶表示素子。
5. 【請求項５】前記反強誘電性液晶表示素子は、さらに、 前記反強誘電相における液晶分子の平均的な配向方向に
   平行又は直交する方向に光学軸が配置された第１の偏光
   板と、 前記液晶を介して前記第１偏光板に対向し、前記第１の
   偏光板の光学軸に平行又は直交するように光学軸が設定
   された第２の偏光板を備える、 ことを特徴とする請求項２に記載の反強誘電性液晶表示
   素子。