JP3259632B2 - 反強誘電性液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は反強誘電性液晶
（ＡＦＬＣ、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ＡＦ
ＬＣ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１２にその印加電
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、スメクチックＣA^＊相を持
ち、複数のスメクチック層の液晶分子がコーンを描いて
配列すると共に、前記液晶分子が前記スメクチック層毎
に前記コーン上でほぼ１８０゜シフトした螺旋を描いて
配列する二重螺旋構造を有し、印加電圧に応じて前記二
重螺旋構造の螺旋が歪むと共に、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って、電
界と垂直な方向に傾くことにより、液晶分子の長軸の平
均的な方向が連続的に変化する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、スメクチックＣA ^＊ 相を持ち、液晶分子の配列
状態が互いに異なる第１と第２の強誘電相と、前記スメ
クチックＣA ^＊ 相の複数のスメクチック層の液晶分子が
コーンを描いて配列すると共に、前記液晶分子が前記ス
メクチック層毎に前記コーン上でほぼ１８０゜シフトし
た螺旋を描いて配列する二重螺旋構造を有し、印加電圧
に応じて前記二重螺旋構造の螺旋が歪むと共に、前記液
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って電界
と垂直な方向に傾くことにより、液晶分子の平均的なダ
イレクタが連続的に変化する反強誘電性液晶と、を備え
たことを特徴とする。

【００１１】上記目的を達成するため、この発明の第３
の観点にかかる反強誘電性液晶表示素子は、一方の基板
と、前記一方の基板に対向して配置された他方の基板
と、前記一方の基板の間に封止され、スメクチックＣA
^＊ 相を持ち、液晶分子の配列状態が互いに異なる第１と
第２の強誘電相と、前記スメクチックＣA ^＊ 相の複数の
スメクチック層の液晶分子がコーンを描いて配列すると
共に、前記液晶分子が前記スメクチック層毎に前記コー
ン上でほぼ１８０゜シフトした螺旋を描いて配列する二
重螺旋構造を有し、印加電圧に応じて前記二重螺旋構造
の螺旋が歪むと共に、前記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って電界と垂直な方向に傾く反強誘
電性液晶と、前記液晶に電圧を印加して、この印加電圧
を変えることにより、二重螺旋構造の螺旋を歪ませると
共に液晶分子を電界と垂直な方向に傾かせることによ
り、反強誘電性液晶の平均的なダイレクタを連続的に変
化させて所望の方向に設定する手段と、を備えたことを
特徴とする。

【００１２】上記構成の液晶表示素子によれば、反強誘
電性液晶がその二重螺旋構造を保持した状態で液晶表示
素子に封止されており、印加される電圧に応じてその螺
旋構造が歪み、液晶分子の平均的な配向方向が連続的に
変化する。さらに、印加電圧により、例えば、液晶分子
の長軸周りの回転が拘束されて自発分極が生じ、液晶分
子が電界と垂直な方向に傾く（動く）。このことは、液
晶分子が描く各コーンの軸が印加電圧に応じて傾くこと
に等価である。螺旋構造の歪み及び各コーンの軸の傾き
により、液晶分子の平均的な配向方向、即ち、ダイレク
タを連続的に変化させることができる。このため、この
発明の液晶表示素子の光学特性は、閾値がなく、印加電
圧に対する透過率が滑らかに変化するものとなる。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】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。まず、この実施の形態の反強誘
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、スメクチックＣA^*相（ＳｍＣ
A^*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、前記基板１１，１２の間
に封入されたとき、ＳｍＣA ^＊ 相の液晶分子が、スメク
チック層構造の隣接する層毎に、１８０゜シフトして螺
旋を描いた二重螺旋構造を呈し、液晶分子の長軸の平均
的な方向（ダイレクタ）がＳｍＣA ^＊ 相の層構造の層の
法線方向に向いている。また、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Ｓｍ相の層
構造の層（スメクチック層）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、分子長軸が
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、ダイレクタがスメクチック層の法線方向２１Ｃ
に向くようにほぼ配向した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または第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ＡＦＬＣ２
１の複屈折作用により非直線偏光となり、出射側偏光板
２４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、ダイレクタがスメクチック層の法線方向
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ＡＦ
ＬＣ２１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１４で吸収され、表示が暗くなる。また、ＡＦＬＣ２
１が光学的中間状態の時は、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Ｓ
ｍＣA^*相の液晶から構成され、分子配列の層構造及び螺
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
螺旋構造の１ピッチは、ＡＦＬＣ２１の層の厚さ（セル
ギャップ）よりも小さく形成され、ＡＦＬＣ２１は、図
４に模式的に示すように、二重螺旋構造を維持した状態
で基板１１、１２間に封止されている。ＡＦＬＣ２１は
配向膜１８、１９との相互作用が弱く、分子長軸回りの
回転力が強い液晶である。

【００２８】図５は、印加電圧による液晶分子の二重螺
旋構造の歪みを説明するための図であり、図６に示すよ
うに、各分子の描くコーンの軸をｚ軸、基板の主面方向
をｙ軸、基板の主面に垂直な方向をｘ軸としたときに、
各液晶分子をｚ−ｙ平面に投影した図である。

【００２９】電圧無印加の状態では、図４及び図５
（Ａ）に示すように、液晶分子は１８０゜シフトした２
つの螺旋を描く。この状態では、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
打ち消しあって自発分極は存在せず、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
であるスメクチック層の法線方向２１Ｃとなる。

【００３０】ＡＦＬＣ２１に電圧を印加すると、液晶分
子の永久双極子と電界との相互作用により、印加電圧の
極性及び印加電圧の絶対値に応じて、図５（Ｂ）及び
（Ｄ）に示すように液晶分子の描く二重螺旋構造が歪
む。この歪みに伴って平均的な光学軸が傾く。そして、
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５（Ｃ）及び（Ｅ）に示すよ
うに、螺旋構造が消失し、印加電圧の極性に応じて液晶
分子が第１又は第２の配向方向２１Ａ、２１Ｂに配向し
た第１又は第２の強誘電相となる。

【００３１】また、各液晶分子は電界が印加されていな
い時、反強誘電的相互作用により拘束されながらその長
軸の周りに回転している。ここで、図６に示すように基
板１１、１２の主面に垂直な方向に電界Ｅが印加される
と、液晶分子の回転が抑制されて分極が発生し、この分
極と電界との相互作用により、液晶分子は電界と垂直な
方向に傾く。例えば、図７（Ａ）に実線で示すような配
向状態の液晶分子に電界Ｅを印加すると、破線で示すよ
うに分子が電界Ｅに垂直な平面上で傾き、傾き角δは印
加電界の強度に対応する。また、図７（Ｂ）に示すよう
に、電界の向きを反転すると、傾き方向が反転する。こ
のように、電界の印加により、液晶分子の傾き角δが誘
起される。この実施の形態では、液晶分子は、二重螺旋
構造を保持した状態で両基板１１、１２間に封入されて
おり、印加電界Ｅによる液晶分子の傾きは、各液晶分子
が描くコーンの軸の傾き（図６のｚ軸のｚ−ｙ平面上で
の傾き）として捉えることができる。

【００３２】この実施の形態のＡＦＬＣ２１Ｆは、印加
電圧に応じて、二重螺旋構造の歪みとコーンの軸の傾き
が複合的に発生することにより、液晶分子の平均的な配
向方向が連続的に変化する。ＡＦＬＣ２１の螺旋構造の
ピッチは可視光域の光の波長よりも短いので、その平均
的な光学軸は、第1の配向方向２１Ａと第３の配向方向
（２１Ｃ）及び第２の配向方向２１Ｂと第３の配向方向
（２１Ｃ）の間で連続的に変化する。また、極性が異な
り絶対値が等しい印加電圧に対する変化もほぼ等しくな
る。

【００３３】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、印加電圧の絶対値の上昇に
伴って透過率も連続的になめらかに変化するものとな
る。さらに、印加電圧が充分に高くなると、透過率がほ
ぼ飽和するが、液晶分子の回転の抑制により、液晶分子
がさらに傾くため、印加電圧が充分高い範囲でも透過率
がわずかに上昇する。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。さらに、ヒステリシスが
非常に小さい。

【００３４】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、安定した階調表示を
行うためには、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が、ほぼ０．１Ｖ以下
となるＡＦＬＣ２１が望ましい。

【００３５】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。

【００３６】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。この実施の形態においては、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ＶＤ、−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１７に印加
する電圧と同一である。

【００３７】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乃至Ｖmaxの範囲
で書き込み電圧ＶＤを制御する。

【００３８】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。

【００３９】この実施の形態では、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
ＡＦＬＣ２１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。

【００４０】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の劣化が生ずることもない。

【００４１】

【実施例】図１０はＡＦＬＣ２１としてＩ−ＳA転移温
度が８３℃、ＳA−ＳCA^*転移温度が７４℃で、自発分極
が２６１ｎｃ／ｃｍ²、チルト角が３２．３°（コーン
アングル６４．６°）で、印加電圧により二重螺旋が歪
むと共に液晶分子の回転の抑制により液晶分子の長軸が
傾く作用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、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〜１０
Ｖの範囲で変化させた時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。

【００４２】この液晶において、液晶分子が上述のよう
に挙動していることは、この液晶表示素子のコノスコー
プ像から判別することができる。図１１は、この液晶表
示素子の印加電圧とコノスコープ像との関係を示し、
（Ａ）は電界無印加（電極１３と１７との間に電圧を印
加していない）時の像を、（Ｂ）と（Ｃ）は正極性の印
加電圧を順次増加したときのコノスコープ像を、（Ｄ）
は正極性の充分高い電圧を印加したときのコノスコープ
像を示す。

【００４３】図１１（Ａ）では、上下左右に均等に明部
が発生している。この状態は液晶が螺旋構造を有してい
ることを示している。一方、正極性の印加電圧を印加
し、これを順次増加すると、図１１（Ｂ）、１１（Ｃ）
に示すように、対象構造を維持しつつも、右側が明る
く、左側が暗くなる。これは、一軸性を維持しつつも、
液晶分子が右方向（図３の第１の配向方向２１Ａの方
向）にチルトしていることを示している。

【００４４】そして、正極性の充分高い電圧を印加する
と、図１１（Ｄ）に示すように、対象構造を失い、右側
だけが明るくなる。この状態は、螺旋が解け、ほぼ全て
の液晶分子が第１の配向方向２１Ａに配向し、強誘電相
にあることを示している。

【００４５】一方、負極性の印加電圧を上昇すると、図
１１（Ｂ）〜（Ｄ）に対して、Ｘ軸（電界方向の軸）に
関してほぼ線対象の像が得られる。これは、負極性の電
圧を印加することにより、当初は、螺旋構造を維持しつ
つ液晶分子が左方向（図３の第２の配向方向２１Ｂの方
向）にチルトしていることを示している。そして、充分
高い電圧を印加すると、螺旋が解け、ほぼ全ての液晶分
子が第２の配向方向２１Ｂに配向し、強誘電相にあるこ
とを示している。

【００４６】このように、この発明の反強誘電性液晶
は、印加電圧に応じて、液晶分子が描く二重螺旋構造が
歪むと共に、液晶分子の分子長軸周りの回転が抑制さ
れ、液晶のダイレクタが連続的に変化し、任意の階調を
表示することができる。

【００４７】この発明は上記実施の形態に限定されず、
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の透過軸を平行に設定してもよい。さら
に、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。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の液晶表
示素子は、スメクチックＣA^*相の反強誘電性液晶の有す
る二重螺旋構造が印加電圧に応じて歪み、且つ、液晶分
子の長軸回りの回転が抑制されることにより分子の傾き
が変化する作用を有する反強誘電性液晶を用いている。
従って、印加電圧に応じた中間配向状態を得ることがで
き、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】この発明の一実施の形態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】液晶分子の配向及び二重螺旋構造を説明するた
めの図である。

【図５】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）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、（Ｃ）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、
（Ｄ）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、（Ｅ）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６】液晶分子の描くコーンと座標系の関係を示す図
である。

【図７】（Ａ）と（Ｂ）は、印加電圧と回転の抑制によ
る液晶分子の傾きとの関係を示す図である。

【図８】この発明の一実施の形態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】この発明の一実施の形態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】この発明の実施の形態の液晶表示素子の印加
電圧とコノスコープ像との関係を示し、（Ａ）は電圧無
印加時の像を、（Ｂ）と（Ｃ）は、印加電圧を順次増加
させたときの像を、（Ｄ）は充分高い電圧を印加したと
きの像を示す。

【図１２】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、スメクチックＣA^＊相
   を持ち、複数のスメクチック層の液晶分子がコーンを描
   いて配列すると共に、前記液晶分子が前記スメクチック
   層毎に前記コーン上でほぼ１８０゜シフトした螺旋を描
   いて配列する二重螺旋構造を有し、印加電圧に応じて前
   記二重螺旋構造の螺旋が歪むと共に、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っ
   て、電界と垂直な方向に傾くことにより、液晶分子の長
   軸の平均的な方向が連続的に変化する反強誘電性液晶を
   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、スメクチックＣA ^＊ 相を持ち、
   液晶分子の配列状態が互いに異なる第１と第２の強誘電
   相と、前記スメクチックＣA ^＊ 相の複数のスメクチック
   層の液晶分子がコーンを描いて配列すると共に、前記液
   晶分子が前記スメクチック層毎に前記コーン上でほぼ１
   ８０゜シフトした螺旋を描いて配列する二重螺旋構造を
   有し、印加電圧に応じて前記二重螺旋構造の螺旋が歪む
   と共に、前記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
   制によって電界と垂直な方向に傾くことにより、液晶分
   子の平均的なダイレクタが連続的に変化する反強誘電性
   液晶と、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】一方の基板と、 前記一方の基板に対向して配置された他方の基板と、 前記一方の基板の間に封止され、スメクチックＣA ^＊ 相
   を持ち、液晶分子の配列状態が互いに異なる第１と第２
   の強誘電相と、前記スメクチックＣA ^＊ 相の複数のスメ
   クチック層の液晶分子がコーンを描いて配列すると共
   に、前記液晶分子が前記スメクチック層毎に前記コーン
   上でほぼ１８０゜シフトした螺旋を描いて配列する二重
   螺旋構造を有し、印加電圧に応じて前記二重螺旋構造の
   螺旋が歪むと共に、前記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
   用による抑制によって電界と垂直な方向に傾く反強誘電
   性液晶と、 前記液晶に電圧を印加して、この印加電圧を変えること
   により、二重螺旋構造の螺旋を歪ませると共に液晶分子
   を電界と垂直な方向に傾かせることにより、反強誘電性
   液晶の平均的なダイレクタを連続的に変化させて所望の
   方向に設定する手段と、 を備えたことを特徴とする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の液晶分子が描くコー
   ンの軸は、前記印加電圧に応じて傾斜することを特徴と
   する請求項１、２又は３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、液晶分子の前記二重螺旋構造における液晶 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１乃至４のいずれか１つに記載
   の反強誘電性液晶表示素子。