JP3535304B2 - 液晶表示素子 - Google Patents
液晶表示素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示素子に係
り、特に、少なくとも室温を含む特定の温度領域におい
て、カイラルスメクティックＣ相あるいはカイラルスメ
クティックＣＡ相を示す液晶材料を使用して、これを能
動素子を用いて駆動する液晶表示素子の構成に関する。
り、特に、少なくとも室温を含む特定の温度領域におい
て、カイラルスメクティックＣ相あるいはカイラルスメ
クティックＣＡ相を示す液晶材料を使用して、これを能
動素子を用いて駆動する液晶表示素子の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示素子は、省スペース・低消費電
力等の特性を備え、現在、開発が行われているフラット
パネルディスプレイの中でも最も有力視されているもの
の一つである。現在、能動素子として薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）を備え、液晶材料としてネマティック液晶を
用いるＴＦＴ−ＴＮタイプ、あるいは液晶材料として同
様にネマティック液晶を用い、ねじれ角を更に増加させ
たＳＴＮタイプの表示表示方式の液晶表示素子が開発さ
れている。上記両タイプの液晶材料を用いて、既に１０
インチ程度のフルカラー表示が達成されており、情報端
末用ディスプレイとして市販されている。これらのディ
スプレイは、限られた用途（ワープロ・表計算など）に
対しては、現在、ほぼ満足し得る特性に到達しつつある しかし、ＳＴＮタイプの液晶表示素子は、これらの用途
に対しても、応答速度に関しては未だ十分とは言えな
い。また、視野角が極端に狭く、現在、位相差フィルム
等を利用するなど、視野角の拡大のための改良が検討さ
れているが、十分な視野角が得られるまでには至ってい
ない。
力等の特性を備え、現在、開発が行われているフラット
パネルディスプレイの中でも最も有力視されているもの
の一つである。現在、能動素子として薄膜トランジスタ
（ＴＦＴ）を備え、液晶材料としてネマティック液晶を
用いるＴＦＴ−ＴＮタイプ、あるいは液晶材料として同
様にネマティック液晶を用い、ねじれ角を更に増加させ
たＳＴＮタイプの表示表示方式の液晶表示素子が開発さ
れている。上記両タイプの液晶材料を用いて、既に１０
インチ程度のフルカラー表示が達成されており、情報端
末用ディスプレイとして市販されている。これらのディ
スプレイは、限られた用途（ワープロ・表計算など）に
対しては、現在、ほぼ満足し得る特性に到達しつつある しかし、ＳＴＮタイプの液晶表示素子は、これらの用途
に対しても、応答速度に関しては未だ十分とは言えな
い。また、視野角が極端に狭く、現在、位相差フィルム
等を利用するなど、視野角の拡大のための改良が検討さ
れているが、十分な視野角が得られるまでには至ってい
ない。
【０００３】これに対して、ＴＮタイプの液晶表示素子
は、応答速度に関してはほぼ満足し得る水準にあるが、
更に大型の表示パネルに適用した場合には、応答速度に
関して限界があると予想されている。更に、ＴＮタイプ
の液晶素子は、視野角に関してＳＴＮ方式と較べれば有
利ではあるが、特にフルカラーの画像を表示する場合、
視野角が極めて狭くなるので、この問題がＴＮタイプの
液晶素子の適用範囲を制約する要因となると予想されて
いる。
は、応答速度に関してはほぼ満足し得る水準にあるが、
更に大型の表示パネルに適用した場合には、応答速度に
関して限界があると予想されている。更に、ＴＮタイプ
の液晶素子は、視野角に関してＳＴＮ方式と較べれば有
利ではあるが、特にフルカラーの画像を表示する場合、
視野角が極めて狭くなるので、この問題がＴＮタイプの
液晶素子の適用範囲を制約する要因となると予想されて
いる。
【０００４】以上の様に、液晶表示素子は、情報用端末
としてその開発が強く期待されており、現在、特定用途
向けについては特性を満足するものが開発されている
が、未だ、視野角・応答速度の点では十分な特性が得ら
れていない。
としてその開発が強く期待されており、現在、特定用途
向けについては特性を満足するものが開発されている
が、未だ、視野角・応答速度の点では十分な特性が得ら
れていない。
【０００５】ところで、以上の様なネマティックタイプ
の液晶材料に代って、更に高い秩序を有するスメクティ
ック液晶（具体的にはカイラルスメクティックＣ相）を
使用する液晶表示素子が提案されている。
の液晶材料に代って、更に高い秩序を有するスメクティ
ック液晶（具体的にはカイラルスメクティックＣ相）を
使用する液晶表示素子が提案されている。
【０００６】代表的なものとして、１９８０年クラーク
及びラーガバルにより発表された表面安定化強誘電性液
晶（ "ＳＳＦＬＣ", Surface Stabilized Ferroelectri
c Liquid Cristal; N. A. Clark and S. T. Lagererwal
l. Appl. Phys. Lett., 36,899 (1980)) が挙げられ
る。このタイプの液晶材料によれば、応答速度が２桁か
ら３桁早くなり、且つ視野角がＣＲＴ並に増加する。そ
の表示方式は、カイラルスメクティックＣ相の持つ螺旋
構造を配向膜と液晶材料の相互作用によって解いて、そ
の際、発生する自発分極と、電場の相互作用により発生
するトルクでスイッチングを行うものである。このタイ
プの液晶材料では、自発分極が配向膜界面に垂直な２方
向を向く二つの状態のみが安定化するため、メモリー性
を有し、当初、ＴＦＴ等の非線型能動素子を必要としな
い表示方式として大いに期待されていた。しかし、この
タイプでは、二つの状態のみを使用しているために中間
調の表示はできない。
及びラーガバルにより発表された表面安定化強誘電性液
晶（ "ＳＳＦＬＣ", Surface Stabilized Ferroelectri
c Liquid Cristal; N. A. Clark and S. T. Lagererwal
l. Appl. Phys. Lett., 36,899 (1980)) が挙げられ
る。このタイプの液晶材料によれば、応答速度が２桁か
ら３桁早くなり、且つ視野角がＣＲＴ並に増加する。そ
の表示方式は、カイラルスメクティックＣ相の持つ螺旋
構造を配向膜と液晶材料の相互作用によって解いて、そ
の際、発生する自発分極と、電場の相互作用により発生
するトルクでスイッチングを行うものである。このタイ
プの液晶材料では、自発分極が配向膜界面に垂直な２方
向を向く二つの状態のみが安定化するため、メモリー性
を有し、当初、ＴＦＴ等の非線型能動素子を必要としな
い表示方式として大いに期待されていた。しかし、この
タイプでは、二つの状態のみを使用しているために中間
調の表示はできない。
【０００７】今後のディスプレイの用途を考えると、中
間調の表示は必要不可欠であり、現在、いくつかの検討
例が報告されている。先ず、上記の表面安定化強誘電性
液晶（以下 "ＳＳＦＬＣ" と呼ぶ）を用いて中間調表示
を行う試みが幾通りか報告されている、（例えば、W.
J. A. M. Hartmann; Ferroelectrics, 1991, 122, p.1)
。然しながら、このＳＳＦＬＣの応答は、「ドメイン
反転」と呼ばれる不連続なスイッチングを示し、このた
め、能動素子を併用せずに中間調表示を行うことは不可
能であると言える。
間調の表示は必要不可欠であり、現在、いくつかの検討
例が報告されている。先ず、上記の表面安定化強誘電性
液晶（以下 "ＳＳＦＬＣ" と呼ぶ）を用いて中間調表示
を行う試みが幾通りか報告されている、（例えば、W.
J. A. M. Hartmann; Ferroelectrics, 1991, 122, p.1)
。然しながら、このＳＳＦＬＣの応答は、「ドメイン
反転」と呼ばれる不連続なスイッチングを示し、このた
め、能動素子を併用せずに中間調表示を行うことは不可
能であると言える。
【０００８】このほか、反強誘電性液晶を用いる表示方
式も報告されている。この方式は、反強誘電性液晶相
（ＳｍＣａ相）を使用するものである。（A. D. L. Cha
ndani,T. Hagiwara, T. Suzuki, Y. Ouchi, H. Takezo
e, and A. Fukuda; Jpn. J. Appl. Phys., 27, L729 (1
988)) 。このタイプでは、強誘電性液晶の二つの安定状
態に加えて、電圧無印加時の反強誘電性液晶構造をとる
ものである。図２に、このタイプの場合の印加電圧と透
過光量の関係を示した。近年、この方式を用いることに
より、能動素子を使用することなく、中間調表示が可能
であることが報告されている。（N. Yamamoto, N. Kosh
oubu, K. Mori, K. Nakamura, Y. Yamada;Ferroelectri
cs, 1993, 149, p.295)。中間調表示を行うためには、
図２のＶ１からＶ２の電圧を利用する。この場合、正負
二方向の電圧の利用が可能であり、この事は、焼き付き
等の現象の防止のために好ましい。また、電圧無印加時
に光軸が特定位置に戻る事も、中間調表示のために好ま
しい。
式も報告されている。この方式は、反強誘電性液晶相
（ＳｍＣａ相）を使用するものである。（A. D. L. Cha
ndani,T. Hagiwara, T. Suzuki, Y. Ouchi, H. Takezo
e, and A. Fukuda; Jpn. J. Appl. Phys., 27, L729 (1
988)) 。このタイプでは、強誘電性液晶の二つの安定状
態に加えて、電圧無印加時の反強誘電性液晶構造をとる
ものである。図２に、このタイプの場合の印加電圧と透
過光量の関係を示した。近年、この方式を用いることに
より、能動素子を使用することなく、中間調表示が可能
であることが報告されている。（N. Yamamoto, N. Kosh
oubu, K. Mori, K. Nakamura, Y. Yamada;Ferroelectri
cs, 1993, 149, p.295)。中間調表示を行うためには、
図２のＶ１からＶ２の電圧を利用する。この場合、正負
二方向の電圧の利用が可能であり、この事は、焼き付き
等の現象の防止のために好ましい。また、電圧無印加時
に光軸が特定位置に戻る事も、中間調表示のために好ま
しい。
【０００９】以上の各方式に対して、近年、能動素子を
使用し、且つ、カイラルスメクティックＣ型液晶を用い
る液晶表示素子が提案されている。具体的には、ＤＨＦ
タイプ（"Distorted Helical Ferroelectric Liquid Cr
istal"; J. Funfschillingand M. Schadt; J. Appl. P
hys. 66(8),15）、あるいはＴＦＬＣタイプ（ねじれ強
誘電性液晶; "Twisted Ferroelectric Liquid Crista
l"; J.S.Patel; J. Appl. Phys. Lett. 60(3), p.280)
が提案されている。
使用し、且つ、カイラルスメクティックＣ型液晶を用い
る液晶表示素子が提案されている。具体的には、ＤＨＦ
タイプ（"Distorted Helical Ferroelectric Liquid Cr
istal"; J. Funfschillingand M. Schadt; J. Appl. P
hys. 66(8),15）、あるいはＴＦＬＣタイプ（ねじれ強
誘電性液晶; "Twisted Ferroelectric Liquid Crista
l"; J.S.Patel; J. Appl. Phys. Lett. 60(3), p.280)
が提案されている。
【００１０】これらのタイプのディスプレイは能動素子
を使用しているので、製造コストに関しては先に挙げた
タイプに較べて不利であるが、以下に示す点で、先に挙
げたタイプに較べて優れている。即ち、第一に、中間調
表示の信頼性に優れている。これらの方式は、印加電圧
の強さに対する透過率の変化が比較的なだらかであり、
また、従来のＳＳＦＬＣの様に、ドメイン反転を伴うス
イッチングのために中間調表示が困難になるといった問
題は生じない。第二に、これらのタイプの材料は、低電
圧（０〜５Ｖ）での駆動が可能であり、低消費電力を実
現できる。第三に、これらの方式のディスプレイは機械
的衝撃に強く、ＳＳＦＬＣの様に、機械的ショックで配
向破壊を引き起こす恐れがない。
を使用しているので、製造コストに関しては先に挙げた
タイプに較べて不利であるが、以下に示す点で、先に挙
げたタイプに較べて優れている。即ち、第一に、中間調
表示の信頼性に優れている。これらの方式は、印加電圧
の強さに対する透過率の変化が比較的なだらかであり、
また、従来のＳＳＦＬＣの様に、ドメイン反転を伴うス
イッチングのために中間調表示が困難になるといった問
題は生じない。第二に、これらのタイプの材料は、低電
圧（０〜５Ｖ）での駆動が可能であり、低消費電力を実
現できる。第三に、これらの方式のディスプレイは機械
的衝撃に強く、ＳＳＦＬＣの様に、機械的ショックで配
向破壊を引き起こす恐れがない。
【００１１】更に、最近、本願発明者らは、図３に示す
様に、反強誘電性液晶において、従来の反強誘電性液晶
と異なり、ヒステリシスを示さず低電圧駆動が可能な反
強誘電性液晶が存在し、この材料がＴＦＴタイプあるい
はＴＦＤタイプ等の能動素子を使用した液晶表示素子に
特に適することを見出した。
様に、反強誘電性液晶において、従来の反強誘電性液晶
と異なり、ヒステリシスを示さず低電圧駆動が可能な反
強誘電性液晶が存在し、この材料がＴＦＴタイプあるい
はＴＦＤタイプ等の能動素子を使用した液晶表示素子に
特に適することを見出した。
【００１２】以上述べたＴＦＬＣ・ＤＨＦ・反強誘電性
液晶（"Anti-Ferroelectric LiquidCristal" 、以下、
ＡＦＬＣと呼ぶ）等のスメクティック系液晶を能動素子
を用いて駆動する液晶表示素子は、従来の液晶表示素子
の欠点を克服し、高速応答・広視野角のフラットパネル
ディスプレイを実現することが期待されている。
液晶（"Anti-Ferroelectric LiquidCristal" 、以下、
ＡＦＬＣと呼ぶ）等のスメクティック系液晶を能動素子
を用いて駆動する液晶表示素子は、従来の液晶表示素子
の欠点を克服し、高速応答・広視野角のフラットパネル
ディスプレイを実現することが期待されている。
【００１３】しかし、これらの液晶材料を用いた液晶表
示素子に関しては、以下に述べる様に、ＴＦＴ素子を用
いて駆動する際の保持率について問題が残っている。先
ず、比較のために、ＴＮ、ＳＴＮ液晶等、従来の自発分
極を持たないネマティック液晶をＴＦＴ素子を用いて駆
動する場合について説明する。
示素子に関しては、以下に述べる様に、ＴＦＴ素子を用
いて駆動する際の保持率について問題が残っている。先
ず、比較のために、ＴＮ、ＳＴＮ液晶等、従来の自発分
極を持たないネマティック液晶をＴＦＴ素子を用いて駆
動する場合について説明する。
【００１４】ＴＦＴのゲートが開いている期間（書き込
み期間）に信号電圧が書き込まれる。この書き込み期間
は、例えばＶＧＡディスプレイでデュアルスキャン方式
で書き込む場合、約６４μｓである。原理的には、書き
込まれた電圧は１フレーム周期（６０Ｈｚで約１７ｍ
ｓ）の間、保持され、１フレーム周期終了後、書き込み
期間の間に次信号が書き込まれる。この時、書き込み期
間の間に書き込まれた信号電圧と、１フレーム終了時の
電圧との比を百分率で表したものを保持率と呼ぶ。ＴＮ
液晶の場合、近年、この保持率は概ね１００％に近くま
で改善され、更に、幾分かのリーク電流がある場合に
も、液晶材料と並列に配置された補助容量によって電荷
が補われるため、１フレーム期間中での電圧の変化は、
ほぼ無視し得る程度にまで至っている。
み期間）に信号電圧が書き込まれる。この書き込み期間
は、例えばＶＧＡディスプレイでデュアルスキャン方式
で書き込む場合、約６４μｓである。原理的には、書き
込まれた電圧は１フレーム周期（６０Ｈｚで約１７ｍ
ｓ）の間、保持され、１フレーム周期終了後、書き込み
期間の間に次信号が書き込まれる。この時、書き込み期
間の間に書き込まれた信号電圧と、１フレーム終了時の
電圧との比を百分率で表したものを保持率と呼ぶ。ＴＮ
液晶の場合、近年、この保持率は概ね１００％に近くま
で改善され、更に、幾分かのリーク電流がある場合に
も、液晶材料と並列に配置された補助容量によって電荷
が補われるため、１フレーム期間中での電圧の変化は、
ほぼ無視し得る程度にまで至っている。
【００１５】これに対して、強誘電性液晶（"Ferroelec
tric Liquid Cristal"、以下、ＦＬＣと呼ぶ）、ＡＦＬ
Ｃ、ＤＨＦ、あるいはＴＦＬＣの様な、固有のあるいは
電場を印加することにより誘起される自発分極（Ｐｓ）
を有し、これと印加電場（Ｅ）との直接の相互作用によ
ってスイッチング可能な液晶材料を用いる場合、もし書
き込み期間の間に液晶の応答が終了していないと、上記
保持率が極端に減少する現象が見られる。
tric Liquid Cristal"、以下、ＦＬＣと呼ぶ）、ＡＦＬ
Ｃ、ＤＨＦ、あるいはＴＦＬＣの様な、固有のあるいは
電場を印加することにより誘起される自発分極（Ｐｓ）
を有し、これと印加電場（Ｅ）との直接の相互作用によ
ってスイッチング可能な液晶材料を用いる場合、もし書
き込み期間の間に液晶の応答が終了していないと、上記
保持率が極端に減少する現象が見られる。
【００１６】この現象について、図を用いて更に詳細に
説明する。図４は、上記の様な液晶材料をＴＦＴ素子を
用いて駆動し、且つ、書き込み期間の間に液晶材料の応
答が終了しない場合における液晶に印加される電圧の変
化を示している。偏光板はノーマリーホワイト、即ち、
電圧無印加時に光を透過し、電圧印加時に光を遮断する
様に設置している。それぞれ、右側の図は液晶に印加さ
れる電圧を示し、左側の図は液晶の透過率を示してい
る。図４（ａ）は書き込み期間終了時の状態を示してい
る。印加電圧Ｖ1 は液晶のＶth以下であるので、液晶は
引き続き応答を続ける。このとき、上記の様な液晶材料
（ＦＬＣ、ＡＦＬＣ、ＤＨＦ、ＴＦＬＣ）の場合、液晶
の応答には自発分極の反転が伴うので、書き込み期間が
終了した以後は、液晶の応答に従って印加されている電
圧が次第に減少する（図４（ｂ））。その後、平衡値Ｖ
1 に到達する（図４（ｃ））。このため、透過光の強度
は、Ｖ0 の信号電圧により書き込んだ場合にも、Ｖ1 で
駆動した場合とほぼ等しくなる。以上の理由によって、
書き込み期間の間に液晶の応答が終了していない場合に
は、コントラストの低下を生じる。
説明する。図４は、上記の様な液晶材料をＴＦＴ素子を
用いて駆動し、且つ、書き込み期間の間に液晶材料の応
答が終了しない場合における液晶に印加される電圧の変
化を示している。偏光板はノーマリーホワイト、即ち、
電圧無印加時に光を透過し、電圧印加時に光を遮断する
様に設置している。それぞれ、右側の図は液晶に印加さ
れる電圧を示し、左側の図は液晶の透過率を示してい
る。図４（ａ）は書き込み期間終了時の状態を示してい
る。印加電圧Ｖ1 は液晶のＶth以下であるので、液晶は
引き続き応答を続ける。このとき、上記の様な液晶材料
（ＦＬＣ、ＡＦＬＣ、ＤＨＦ、ＴＦＬＣ）の場合、液晶
の応答には自発分極の反転が伴うので、書き込み期間が
終了した以後は、液晶の応答に従って印加されている電
圧が次第に減少する（図４（ｂ））。その後、平衡値Ｖ
1 に到達する（図４（ｃ））。このため、透過光の強度
は、Ｖ0 の信号電圧により書き込んだ場合にも、Ｖ1 で
駆動した場合とほぼ等しくなる。以上の理由によって、
書き込み期間の間に液晶の応答が終了していない場合に
は、コントラストの低下を生じる。
【００１７】以上述べてきた様に、固有の或いは電圧を
印加することにより誘起される自発分極（Ｐｓ）を有
し、これと印加電圧（Ｅ）との直接の相互作用によりス
イッチング可能な液晶材料、例えば、ＦＬＣ、ＡＦＬ
Ｃ、ＤＨＦ、あるいはＴＦＬＣ等の液晶材料を使用し
て、これを能動素子を用いて駆動することで表示を行う
液晶表示素子は、高速応答、広視野角などの優れた特徴
を備えているが、書き込み期間の間に液晶の応答が完了
しない場合には、極端にコントラストが低下するという
問題を有している。
印加することにより誘起される自発分極（Ｐｓ）を有
し、これと印加電圧（Ｅ）との直接の相互作用によりス
イッチング可能な液晶材料、例えば、ＦＬＣ、ＡＦＬ
Ｃ、ＤＨＦ、あるいはＴＦＬＣ等の液晶材料を使用し
て、これを能動素子を用いて駆動することで表示を行う
液晶表示素子は、高速応答、広視野角などの優れた特徴
を備えているが、書き込み期間の間に液晶の応答が完了
しない場合には、極端にコントラストが低下するという
問題を有している。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】以上の様な問題点に鑑
み、本願発明の課題は、ＦＬＣ、ＡＦＬＣ、ＤＨＦ、あ
るいはＴＦＬＣ等の液晶材料を使用して、これを能動素
子を用いて駆動することにより表示を行う液晶表示素子
において、中間調表示の安定性に優れた液晶表示素子を
提供することにある。
み、本願発明の課題は、ＦＬＣ、ＡＦＬＣ、ＤＨＦ、あ
るいはＴＦＬＣ等の液晶材料を使用して、これを能動素
子を用いて駆動することにより表示を行う液晶表示素子
において、中間調表示の安定性に優れた液晶表示素子を
提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本願発明者等は、固有の
あるいは電場を印加することにより誘起される自発分極
を有し、これと印加電圧との相互作用によってスイッチ
ング可能な液晶と、この液晶を駆動する能動素子とを備
えた液晶表示素子において、液晶材料の飽和配向状態に
於ける静電容量をＣ（Ｆ）、液晶材料の電極単位面積当
たりの自発分極をＰｓ（Ｃ／ｍ2 ）、液晶材料に接続さ
れた電極の面積をＡ（ｍ2 ）、液晶材料に印加される電
圧をＥ（Ｖ）、印加される電圧に対する液晶材料の応答
時間をｔ（ｓｅｃ）としたとき、前記能動素子の蓄積容
量Ｃｓ（Ｆ）、及び、前記能動素子に与えられるゲート
パルスのパルス幅Ｔ（ｓｅｃ）を、 ｔ≦Ｔ ・・・（１） あるいは、ｔ＞Ｔ の場合には、 ｛｜Ｐｓ｜・Ａ／（Ｃ＋Ｃｓ）｝・（１−Ｔ／ｔ）2 ＜１０ ・・・（２） の条件を満足する様に設定することにより、コントラス
ト２０以上の良好な画質を得ることができることを見出
した。
あるいは電場を印加することにより誘起される自発分極
を有し、これと印加電圧との相互作用によってスイッチ
ング可能な液晶と、この液晶を駆動する能動素子とを備
えた液晶表示素子において、液晶材料の飽和配向状態に
於ける静電容量をＣ（Ｆ）、液晶材料の電極単位面積当
たりの自発分極をＰｓ（Ｃ／ｍ2 ）、液晶材料に接続さ
れた電極の面積をＡ（ｍ2 ）、液晶材料に印加される電
圧をＥ（Ｖ）、印加される電圧に対する液晶材料の応答
時間をｔ（ｓｅｃ）としたとき、前記能動素子の蓄積容
量Ｃｓ（Ｆ）、及び、前記能動素子に与えられるゲート
パルスのパルス幅Ｔ（ｓｅｃ）を、 ｔ≦Ｔ ・・・（１） あるいは、ｔ＞Ｔ の場合には、 ｛｜Ｐｓ｜・Ａ／（Ｃ＋Ｃｓ）｝・（１−Ｔ／ｔ）2 ＜１０ ・・・（２） の条件を満足する様に設定することにより、コントラス
ト２０以上の良好な画質を得ることができることを見出
した。
【００２０】なお、ここで液晶材料の応答時間ｔとは、
飽和電圧に相当する振幅をもつ矩型波をかけた際、液晶
表示素子の透過率が１０％から９０％に変化するまでの
時間を言う。
飽和電圧に相当する振幅をもつ矩型波をかけた際、液晶
表示素子の透過率が１０％から９０％に変化するまでの
時間を言う。
【００２１】ゲートパルスのゲート幅Ｔが、液晶の応答
時間ｔの値以上の場合（Ｔ≧ｔ）、即ち、ゲートが開い
て信号電圧が液晶材料に掛っている期間の間に液晶の応
答が終了する場合には、１フレーム周期でゲートが閉じ
ている期間（保持時間）に、印加電圧が減少することは
ない。この様な状況は好ましいが、ゲート線の数が２０
０を越える様な場合には、現状の材料では実現が困難で
ある。
時間ｔの値以上の場合（Ｔ≧ｔ）、即ち、ゲートが開い
て信号電圧が液晶材料に掛っている期間の間に液晶の応
答が終了する場合には、１フレーム周期でゲートが閉じ
ている期間（保持時間）に、印加電圧が減少することは
ない。この様な状況は好ましいが、ゲート線の数が２０
０を越える様な場合には、現状の材料では実現が困難で
ある。
【００２２】実際には、ゲートパルスのゲート幅Ｔが応
答時間ｔがよりも短い条件（Ｔ＜ｔ）で液晶を駆動する
ことになり、この様な場合、先に説明した理由により、
コントラストの低下の問題がある。この様な条件下にお
いても、液晶材料、及び能動素子の蓄積容量を適切に選
択することによって、（２）式の条件を満足させれば、
コントラスト２０以上の良好な画質を実現することが可
能である。
答時間ｔがよりも短い条件（Ｔ＜ｔ）で液晶を駆動する
ことになり、この様な場合、先に説明した理由により、
コントラストの低下の問題がある。この様な条件下にお
いても、液晶材料、及び能動素子の蓄積容量を適切に選
択することによって、（２）式の条件を満足させれば、
コントラスト２０以上の良好な画質を実現することが可
能である。
【００２３】（２）式中、液晶材料の静電容量Ｃ、液晶
材料の自発分極Ｐｓ、及び液晶材料の応答時間ｔの３つ
の物性値は、液晶材料固有のものであるので、材料を選
択することで決定される。言い替えれば、これらの３要
素は液晶材料に制約されるものである。自発分極Ｐｓ
は、上記関係式に従えば小さい方が好ましいが、一般的
に言えば、自発分極Ｐｓが小さくなると電場Ｅとのカッ
プリングによって生じるトルクが減少するため応答時間
ｔが大きくなる。両者は、この様に密接に関連している
ので、実際には上記の条件に合うような範囲の材料を選
定することになる。
材料の自発分極Ｐｓ、及び液晶材料の応答時間ｔの３つ
の物性値は、液晶材料固有のものであるので、材料を選
択することで決定される。言い替えれば、これらの３要
素は液晶材料に制約されるものである。自発分極Ｐｓ
は、上記関係式に従えば小さい方が好ましいが、一般的
に言えば、自発分極Ｐｓが小さくなると電場Ｅとのカッ
プリングによって生じるトルクが減少するため応答時間
ｔが大きくなる。両者は、この様に密接に関連している
ので、実際には上記の条件に合うような範囲の材料を選
定することになる。
【００２４】一方、能動素子の蓄積容量Ｃｓ、及びゲー
トパルスのパルス幅Ｔは、デバイス構造及び駆動方法に
関わるパラメータであり、以下の様な制約がある。ゲー
トパルスのパルス幅Ｔは、フレーム周波数、走査線の本
数によって、ほぼ決定される。例えば、フレーム周波数
を６０Ｈｚ、走査線数を４８０本として、デュアルスキ
ャン方式で書き込む場合には、代表的な値としては６４
μｓとなる。しかし、駆動方法の工夫によりある程度の
変更は可能で、パルス幅Ｔ（ｓ）を長くする程コントラ
ストの向上は容易となる。
トパルスのパルス幅Ｔは、デバイス構造及び駆動方法に
関わるパラメータであり、以下の様な制約がある。ゲー
トパルスのパルス幅Ｔは、フレーム周波数、走査線の本
数によって、ほぼ決定される。例えば、フレーム周波数
を６０Ｈｚ、走査線数を４８０本として、デュアルスキ
ャン方式で書き込む場合には、代表的な値としては６４
μｓとなる。しかし、駆動方法の工夫によりある程度の
変更は可能で、パルス幅Ｔ（ｓ）を長くする程コントラ
ストの向上は容易となる。
【００２５】通常の方式では蓄積容量Ｃｓを増大する
と、画素の開口率が減少して液晶表示素子の光利用効率
が減少するので、表示の明るさが低下する。このため、
コントラストは、Ｃｓが大きくなる程向上するが、開口
率の制限から限界がある。この問題を克服するために
は、Ｃｓのかさ高さを高くするなどの方法が有効であ
る。
と、画素の開口率が減少して液晶表示素子の光利用効率
が減少するので、表示の明るさが低下する。このため、
コントラストは、Ｃｓが大きくなる程向上するが、開口
率の制限から限界がある。この問題を克服するために
は、Ｃｓのかさ高さを高くするなどの方法が有効であ
る。
【００２６】以上、説明した様に、上記式中のＣ、Ｐ
ｓ、Ｃ、ｔ、Ｃｓ、Ｔは、いずれも制約があり、独立に
数値を決定することは困難である。（２）式に示された
条件を満足する様に液晶材料及び能動素子を選択する事
によって、ＦＬＣ（強誘電性液晶; "Ferroelectric Liq
uid Cristal"）、ＡＦＬＣ（反強誘電性液晶; "Anti-Fe
rroelectric Liquid Cristal" ）、ＤＨＦ（"Distorted
Helical FerroelectricLiquid Cristal"）、あるいは
ＴＦＬＣ（ねじれ強誘電性液晶; "Twisted Ferroelectr
ic Liquid Cristal"）などの応答速度の高い液晶材料と
能動素子とを用いて、高いコントラストを示し、良好な
画質を備えた液晶表示素子を実現することができる。
ｓ、Ｃ、ｔ、Ｃｓ、Ｔは、いずれも制約があり、独立に
数値を決定することは困難である。（２）式に示された
条件を満足する様に液晶材料及び能動素子を選択する事
によって、ＦＬＣ（強誘電性液晶; "Ferroelectric Liq
uid Cristal"）、ＡＦＬＣ（反強誘電性液晶; "Anti-Fe
rroelectric Liquid Cristal" ）、ＤＨＦ（"Distorted
Helical FerroelectricLiquid Cristal"）、あるいは
ＴＦＬＣ（ねじれ強誘電性液晶; "Twisted Ferroelectr
ic Liquid Cristal"）などの応答速度の高い液晶材料と
能動素子とを用いて、高いコントラストを示し、良好な
画質を備えた液晶表示素子を実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の効果を評価する
ために作成したＴＦＴ−ＬＣＤの概略構成図を示す。図
１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。アレイ
基板５の表面には走査線７及び信号線６が互いに交差す
る様に配置され、走査線７と信号線６との交点には蓄積
容量Ｃｓを持つＴＦＴ素子８（駆動電圧７Ｖ）が形成さ
れている。走査線７及び信号線６によって区画されるそ
れぞれの領域の中には画素電極９が配置されていて、各
画素電極９はＴＦＴ素子８を介して信号線６に接続され
ている。画素電極９の上にはラビング処理が施された配
向膜１０（日産化学工業株式会社製：ＳＥ−７３１１）
が形成されている。
ために作成したＴＦＴ−ＬＣＤの概略構成図を示す。図
１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面図である。アレイ
基板５の表面には走査線７及び信号線６が互いに交差す
る様に配置され、走査線７と信号線６との交点には蓄積
容量Ｃｓを持つＴＦＴ素子８（駆動電圧７Ｖ）が形成さ
れている。走査線７及び信号線６によって区画されるそ
れぞれの領域の中には画素電極９が配置されていて、各
画素電極９はＴＦＴ素子８を介して信号線６に接続され
ている。画素電極９の上にはラビング処理が施された配
向膜１０（日産化学工業株式会社製：ＳＥ−７３１１）
が形成されている。
【００２８】また、アレイ基板５に対向して配置された
対向基板１側の表面には、カラーフィルタ２及び対向電
極３が順に配置され、その上に同様にラビング処理が施
された配向膜４（日産化学工業株式会社製：ＳＥ−７３
１１）が形成されている。これらの配向膜１０と配向膜
４との間に液晶層１２が配置される。画素のサイズは１
５０μｍ×３００μｍで、液晶表示素子の全体の寸法は
対角１２．５ｃｍである。セルギャップは、直径２μｍ
の球状パール１２を配向膜３の上に散布することによっ
て、２μｍに設定されている。
対向基板１側の表面には、カラーフィルタ２及び対向電
極３が順に配置され、その上に同様にラビング処理が施
された配向膜４（日産化学工業株式会社製：ＳＥ−７３
１１）が形成されている。これらの配向膜１０と配向膜
４との間に液晶層１２が配置される。画素のサイズは１
５０μｍ×３００μｍで、液晶表示素子の全体の寸法は
対角１２．５ｃｍである。セルギャップは、直径２μｍ
の球状パール１２を配向膜３の上に散布することによっ
て、２μｍに設定されている。
【００２９】
【実施例】本発明に基づく液晶表示素子によるコントラ
スト改善の効果を評価するため、液晶表示素子の構造を
共通にして（図１）、各種の液晶材料、及び特性の異な
るＴＦＴを用いて液晶表示素子を作成し、その性能を評
価した結果を表１及び表２に示す。ここで、ＴＦＴの蓄
積容量Ｃｓとしては、０、０．２、０．４、０．６、
０．８、１．０（ＰＦ）の５水準のＴＦＴを選んだ。な
お、表１は、（１）式あるいは（２）式の条件を満足す
る液晶表示素子についてのデータ、表２は、比較のた
め、いずれの条件も満足しない場合についてのデータで
ある。
スト改善の効果を評価するため、液晶表示素子の構造を
共通にして（図１）、各種の液晶材料、及び特性の異な
るＴＦＴを用いて液晶表示素子を作成し、その性能を評
価した結果を表１及び表２に示す。ここで、ＴＦＴの蓄
積容量Ｃｓとしては、０、０．２、０．４、０．６、
０．８、１．０（ＰＦ）の５水準のＴＦＴを選んだ。な
お、表１は、（１）式あるいは（２）式の条件を満足す
る液晶表示素子についてのデータ、表２は、比較のた
め、いずれの条件も満足しない場合についてのデータで
ある。
【００３０】
【表１】
【００３１】
【表２】
【００３２】ａ．ＴＦＬＣタイプ
上下の各配向膜は、互いにラビング方向を９０度ねじっ
て配置した。液晶材料として、チッソ社製のＬＩＸＯＮ
ＣＳ２００５ (Ps = 72.7 nC／cm2 ）を用いた。この
時、応答速度ｔは１５０μｓであった。また、液晶の容
量は０．３ＰＦであった。その他の条件は、表１に示し
た通りである。 （実施例１〜６）ゲートパルスのパルス幅Ｔが応答時間
ｔよりも短い場合、 ｛｜Ｐｓ｜・Ａ／（Ｃ＋Ｃｓ）｝・（１−Ｔ／ｔ）2 の値が１０以下の値になる様な条件では、いずれの液晶
表示素子も、コントラストの値として少なくとも３０以
上の値を示し、鮮明な高い画質を得ることができた。 （実施例７、８）ゲートパルスのパルス幅Ｔが応答時間
ｔよりも長い場合、コントラストの値として少なくとも
３０以上の値を示し、鮮明な高い画質を得ることができ
た。 （比較例１〜６）共通の液晶表示素子の構成を用いて、
ゲートパルスのパルス幅Ｔが応答時間ｔよりも短く、し
かも、 ｛｜Ｐｓ｜・Ａ／（Ｃ＋Ｃｓ）｝・（１−Ｔ／ｔ）2 の値が１０を越えるような条件では、コントラストの値
は１以下となり、極めて不鮮明な画像となった。
て配置した。液晶材料として、チッソ社製のＬＩＸＯＮ
ＣＳ２００５ (Ps = 72.7 nC／cm2 ）を用いた。この
時、応答速度ｔは１５０μｓであった。また、液晶の容
量は０．３ＰＦであった。その他の条件は、表１に示し
た通りである。 （実施例１〜６）ゲートパルスのパルス幅Ｔが応答時間
ｔよりも短い場合、 ｛｜Ｐｓ｜・Ａ／（Ｃ＋Ｃｓ）｝・（１−Ｔ／ｔ）2 の値が１０以下の値になる様な条件では、いずれの液晶
表示素子も、コントラストの値として少なくとも３０以
上の値を示し、鮮明な高い画質を得ることができた。 （実施例７、８）ゲートパルスのパルス幅Ｔが応答時間
ｔよりも長い場合、コントラストの値として少なくとも
３０以上の値を示し、鮮明な高い画質を得ることができ
た。 （比較例１〜６）共通の液晶表示素子の構成を用いて、
ゲートパルスのパルス幅Ｔが応答時間ｔよりも短く、し
かも、 ｛｜Ｐｓ｜・Ａ／（Ｃ＋Ｃｓ）｝・（１−Ｔ／ｔ）2 の値が１０を越えるような条件では、コントラストの値
は１以下となり、極めて不鮮明な画像となった。
【００３３】ｂ．ＤＨＦタイプ
上下配向膜は、それぞれに対してラビング方向を反平行
になるように配置した。液晶材料としては、ロッシュ社
製ＦＬＣ９８０７を用いた。この材料は、スメクティッ
クＣ相のピッチを短くすることにより、ＤＨＦ駆動を可
能にしたものである。液晶の容量は０．３ＰＦであっ
た。その他の条件は、表１に示した通りである。 （実施例９〜１３）ゲートパルスのパルス幅Ｔが応答時
間ｔよりも短い場合、 ｛｜Ｐｓ｜・Ａ／（Ｃ＋Ｃｓ）｝・（１−Ｔ／ｔ）2 の値が１０以下の値となる様な条件では、いずれの液晶
表示素子も、コントラストの値として少なくとも３０以
上の値を示し、鮮明な高い画質を得ることができた。 （実施例１４、１５）ゲートパルスのパルス幅Ｔが応答
時間ｔよりも長い場合、コントラストの値として少なく
とも３０以上の値を示し、鮮明な高い画質を得ることが
できた。 （比較例７）共通の液晶表示素子の構成を用いて、ゲー
トパルスのパルス幅Ｔが応答時間ｔよりも短く、しか
も、 ｛｜Ｐｓ｜・Ａ／（Ｃ＋Ｃｓ）｝・（１−Ｔ／ｔ）2 の値が１０を越える様な条件では、コントラストの値は
１以下となり、極めて不鮮明な画像となった。
になるように配置した。液晶材料としては、ロッシュ社
製ＦＬＣ９８０７を用いた。この材料は、スメクティッ
クＣ相のピッチを短くすることにより、ＤＨＦ駆動を可
能にしたものである。液晶の容量は０．３ＰＦであっ
た。その他の条件は、表１に示した通りである。 （実施例９〜１３）ゲートパルスのパルス幅Ｔが応答時
間ｔよりも短い場合、 ｛｜Ｐｓ｜・Ａ／（Ｃ＋Ｃｓ）｝・（１−Ｔ／ｔ）2 の値が１０以下の値となる様な条件では、いずれの液晶
表示素子も、コントラストの値として少なくとも３０以
上の値を示し、鮮明な高い画質を得ることができた。 （実施例１４、１５）ゲートパルスのパルス幅Ｔが応答
時間ｔよりも長い場合、コントラストの値として少なく
とも３０以上の値を示し、鮮明な高い画質を得ることが
できた。 （比較例７）共通の液晶表示素子の構成を用いて、ゲー
トパルスのパルス幅Ｔが応答時間ｔよりも短く、しか
も、 ｛｜Ｐｓ｜・Ａ／（Ｃ＋Ｃｓ）｝・（１−Ｔ／ｔ）2 の値が１０を越える様な条件では、コントラストの値は
１以下となり、極めて不鮮明な画像となった。
【００３４】
【発明の効果】ＦＬＣ、ＡＦＬＣ、ＤＨＦ、あるいはＴ
ＦＬＣなど、固有のあるいは電場を印加することにより
誘起される自発分極を有し、これと印加電圧との直接の
相互作用によってスイッチング可能な液晶と、この液晶
を駆動する能動素子とを備えた液晶表示素子において、
本発明に基づいて各パラメータの組み合わせを適切に選
択することにより、高コントラスト・広視野角・高速応
答の液晶表示素子を実現することが可能になる。
ＦＬＣなど、固有のあるいは電場を印加することにより
誘起される自発分極を有し、これと印加電圧との直接の
相互作用によってスイッチング可能な液晶と、この液晶
を駆動する能動素子とを備えた液晶表示素子において、
本発明に基づいて各パラメータの組み合わせを適切に選
択することにより、高コントラスト・広視野角・高速応
答の液晶表示素子を実現することが可能になる。
【図１】本発明の効果を評価するために作成したＴＦＴ
−ＬＣＤの概略構成図、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面
図を示す。
−ＬＣＤの概略構成図、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面
図を示す。
【図２】反強誘電性液晶を用いた表示方式の場合の印加
電圧と透過光量との関係を示す図。
電圧と透過光量との関係を示す図。
【図３】別の種類の反強誘電性液晶を用いた表示方式の
場合の印加電圧と透過光量との関係を示す図。
場合の印加電圧と透過光量との関係を示す図。
【図４】ＦＬＣ、ＡＦＬＣ、ＤＨＦ、あるいはＴＦＬＣ
などの液晶材料をＴＦＴ素子を用いて駆動し、且つ、書
き込み期間の間に液晶材料の応答が終了しない場合にお
ける液晶に印加される電圧の変化を示す図。（ａ）は書
き込み期間終了直後の状態、（ｂ）は書き込み期間終了
後の過渡状態、（ｃ）は書き込み期間終了後の平衡状態
を、それぞれ表す。
などの液晶材料をＴＦＴ素子を用いて駆動し、且つ、書
き込み期間の間に液晶材料の応答が終了しない場合にお
ける液晶に印加される電圧の変化を示す図。（ａ）は書
き込み期間終了直後の状態、（ｂ）は書き込み期間終了
後の過渡状態、（ｃ）は書き込み期間終了後の平衡状態
を、それぞれ表す。
１・・・対向基板、２・・・カラーフィルタ、３・・・
対向電極、４・・・配向膜、５・・・アレイ基板、６・
・・信号線、７・・・走査線、８・・・ＴＦＴ、９・・
・画素電極、１０・・・配向膜、１１・・・トランスフ
ァ、１２・・・液晶層、１３・・・球状パール。
対向電極、４・・・配向膜、５・・・アレイ基板、６・
・・信号線、７・・・走査線、８・・・ＴＦＴ、９・・
・画素電極、１０・・・配向膜、１１・・・トランスフ
ァ、１２・・・液晶層、１３・・・球状パール。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−134626（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−188884（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−36161（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−236012（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02F 1/133 560
G02F 1/133 550
G09G 3/36
Claims (6)
- 【請求項１】 固有のあるいは電場を印加することによ
り誘起される自発分極を有し、これと印加電圧との相互
作用によってスイッチング可能な液晶と、この液晶を駆
動する能動素子とを備えた液晶表示素子において、 前記液晶材料の飽和配向状態に於ける静電容量をＣ
（Ｆ）、前記液晶材料の電極単位面積当たりの自発分極
をＰｓ（Ｃ／ｍ２）、前記液晶材料に接続された電極の
面積をＡ（ｍ２）、前記液晶材料に印加される電圧をＥ
（Ｖ）、印加される電圧に対する前記液晶材料の応答時
間をｔ（ｓｅｃ）としたとき、 前記能動素子の蓄積容量Ｃｓ（Ｆ）、及び前記能動素子
に与えられるゲートパルスのパルス幅Ｔ（ｓｅｃ）を、 Ｔ＜ｔ 且つ、 の条件を満足する様に設定したことを特徴とする液晶表
示素子。 - 【請求項２】 前記液晶材料は、表面安定化強誘電性液
晶であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素
子。 - 【請求項３】 前記液晶材料は、反強誘電性液晶である
ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。 - 【請求項４】 前記液晶材料は、ヒステリシスを持たな
い反強誘電性液晶であることを特徴とする請求項３に記
載の液晶表示素子。 - 【請求項５】 前記液晶材料は、ＤＨＦタイプの液晶で
あることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。 - 【請求項６】 前記液晶材料は、ねじれ強誘電性液晶で
あることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06796696A JP3535304B2 (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 液晶表示素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06796696A JP3535304B2 (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 液晶表示素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09258172A JPH09258172A (ja) | 1997-10-03 |
| JP3535304B2 true JP3535304B2 (ja) | 2004-06-07 |
Family
ID=13360232
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06796696A Expired - Fee Related JP3535304B2 (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 液晶表示素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3535304B2 (ja) |
-
1996
- 1996-03-25 JP JP06796696A patent/JP3535304B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09258172A (ja) | 1997-10-03 |
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