JPH01222228A

JPH01222228A - 液晶装置

Info

Publication number: JPH01222228A
Application number: JP4784188A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Okada; 伸二郎岡田; Yutaka Inaba; 豊稲葉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-03-01
Filing date: 1988-03-01
Publication date: 1989-09-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の分野〕本発明は液晶装置に関し、詳しくは負の誘電率異方性（
Δε〈０）の強誘電性液晶を用いた液晶装置に、関する
ものである。

〔従来技術〕

クラークとラガーウオルは、Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙ
ｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ第３６巻、第１１号（１９８０
年６月１日発行）、　Ｐ、８９９−９０１．又は米国特
許第４３６７９２４号、米国特許第４５６３０５９号で
、表面安定化強誘電性液晶（Ｓｕｒｆａｃｅ−ｓｔａｂ
ｉｌｉｚｅｄ　ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｌｉｇｕｉ
ｄ　　ｃｒｙｓｔａｌ）による双安定性強誘電性液晶を
明らかにした。この双安定性強誘電性液晶は、バルク状
態のカイラルスメクチック相における液晶分子のらせん
配列構造の形成を抑制するのに十分に小さい間隔に設定
した一対の基板間に配置させ、且つ複数の液晶分子で組
織された垂直分子層を一方向に配列させることによって
実現された。

上述の強誘電性液晶素子は、基板の投影成分に△ おいて安定な分子長軸の平均方向（ｎ）は、２方向に限
定され、垂直分子層に平行な分子のダイポール・モーメ
ント（μ）を有し、平均的に自発分極（Ｐｓ）を形成し
ている。この自発分極（Ｐｓ）と印加電界とが強い結合
を生じる。この強誘電性液晶に一方向の電界を印加する
と、垂直分子層内のダイポール・モーメント（μ）は、
その電界方向に揃う。この時のチルト角は、らせん配列
構造における頂角の１７２倍の角度に相当し、最大チル
ト角を生じる（この時の分子配列状態をユニフォーム配
向状態Ｕ、と言う）。上述した電界を解除すると、しば
らくの緩和期間（強誘電性液晶の種類によりて相違する
が、一般的にはｌμｓ〜２ｍｓ程度である）を経た後、
ユニフォーム配向状態Ｕ１と較べ、分子の秩序度が低く
、光学的−軸性が低く、且つチルト角が小さい別の分子
配列状態（この状態をスプレィ配向状態Ｓ１と言う）に
安定化する。スブレイ配向状態Ｓ１における分子のダイ
ポール・モーメントは同一方向とはなっていないが、自
発分極（Ｐｓ）の方向は、ユニフォーム配向状態Ｕ、の
場合と同一である。また、逆方向の電界印加により同様
にユニフォーム配向状態（Ｕ２）とスプレィ配向状態（
Ｓ２）を生じることになる。

従つて、前述した強誘電性液晶素子をデイスプレィパネ
ルに適用した場合では、そのパネルの明るさはスプレィ
配向状態Ｓ、及びＳ２における透過率によって一義的に
定められる。すなわち、透過光量は、分子配列状態を一
軸性として仮定すると、クロスニコル下で入射光Ｉ０の
強度に対して、（ここで、θａはチルト角、Δｎは屈折
率異方性。

ｄはセル厚、λは入射光の波長である。）で定められる
。本発明者らの実験によれば、スプレィ配向状態Ｓｌ及
びＳ２でのチルト角θａは、一般に５°〜８°であるこ
とが判明していた。

前記問題点を解決するために高周波の交流印加手段を用
いた液晶装置が、例えば特開昭６１−２４６７２２号公
報、同６１−２４６７２３号公報、同６１−２４６７２
４号公報、同６１−２４９０２４号公報、同６１−２４
９０２５号公報などに明らかにされている。かかる装置
では駆動用スイッチングパルスとは別に高周波の交流を
印加する手段が用いられているため、消費電力が大きく
なる問題点があった。

〔発明の概要〕

本発明の目的はチルト角を増大させるための高周波交流
電圧を重畳することなく、しかも駆動電圧マージンを低
下させることな（強誘電性液晶画素に交流電圧を印加す
ることができる液晶装置を提供することにある。

すなわち、本発明は相対向する一対の電極、及び該一対
の電極の間に配置された誘電率異方性が負の強誘電性液
晶を有する液晶素子、並びに選択された一対の電極間に
時間軸に対して波高値が増大した波形のパルスを印加す
る手段を有することを第１の特徴とし、第２に走査電極
群と信号電極群とで形成したマトリクス電極及び該走査
電極群と信号電極群との間に配置した負の誘電率異方性
の強誘電性液晶を有する液晶素子並びに選択されていな
い時の走査電極への印加電圧を基準にして、−方又は他
方極性パルスを印加することによって走査電極を選択し
、前記一方又は他方極性パルスと同期して、選択された
信号電極に、ともに選択された走査電極と信号電極との
交差部への印加パルスが時間軸に対して増大した波高値
をもつ波形を与える情報パルスを印加する手段を有する
ことを第２の特徴としている。

〔発明の態様の詳細な説明〕

印加電界（Ｅ）とダイポール・モーメントとの結合で生
じる液晶分子のトルクｒｐ−及び印加電界（Ｅ）と誘電
率異方性（Δε）との結合で生じる液晶分子のトルクｒ
Δ２は、それぞれ下式で示される。

１”　ｐｓＣＸ：　ＰＳ　１１　Ｅ　　・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・（１）ｒΔ、ｏｃ−・Δε・ε。・Ｅ２　　・
・・・・・・・・・・・（２）（ここでε。は真空誘電
率である）上述の式（２）から、液晶分子の誘電率異方性Δεが大
きい程、らせん配列構造が抑制あるいは消去されやすい
ことが判る。しかも、Δさく０の場合では、印加電界下
で液晶分子は基板の投影成分において優勢に配列し、そ
の結果らせん配列構造が抑制されることになる。

第１図は、Δε＝−５，５の液晶（Ｉ）、Δε＝−３，
０の液晶（■）、Δε＝Ｏの液晶（ＩｆＥ）及びΔε＝
１．０の液晶（ＩＶ）の電圧実効値Ｖ　ｒｍｓに対する
チルト角θａの依存性を表わしている。第１図に示す測
定では、自発分極Ｐｓから影響を除去するために、６０
ＫＨｚの矩形交流を使用した。図中の○、×、△及び口
は実測値である。

第１図から明らかな如く、誘電率異方性Δεが大きいも
の稈、チルト角θａが大きいことが判る。液晶（Ｉ）と
（■）を用いたセルにおけるクロスニコル下での最大透
過率は、それぞれ１５％［液晶（■）］と６６％液晶（
■）］であった。

第２図は、基板に平行な軸２４に対するＣ−ダイレクタ
２１のなす角度θ（ｒＣ−ダイレクタの角度θ」という
）を表わしている。Ｃ−ダイレクタは、複数のカイラル
スメクチック液晶分子で組織された垂直分子層への液晶
分子長軸の投影を表わしている。又、Ｃ−ダイレクタの
角度θの増大方向が正トルク２２で表わさせ、Ｃ−ダイ
レクタの角度θの減少方向が負トルク２３で表わされて
いる。

第３図は、Ｃ−ダイレクタの角度θをパラメータとした
時の印加電圧とトルクの関係を示している。

第２図では正トルク２２が大きい程、反転スイッチング
しやすく、負トルク２３が大きい程、反転スイッチング
しにくいことを示していないが、第３図によれば、Ｃ−
ダイレクタの角度θが５０°以下と小さい程、印加電圧
の増大に従って負トルク２３が大きくなり、誘電率異方
性の結合が優勢に作用し、反転スイッチングを生じなく
なる。一方、Ｃ−ダイレクタの角度θが６０°の場合で
は、印加電圧が約１０Ｖの時に正の最大トルクを生じ、
従って印加電圧約１０Ｖで反転スイッチングを生じるこ
とになる。さらに、Ｃ−ダイレクタの角度θが８０’ま
で増大すると、印加電圧が約２５Ｖ付近で正の最大トル
クを生じ、従って印加電圧約２５Ｖで反転スイッチング
を生じることになる。

従って、本発明では誘電率異方性結合を生じさせる交番
電圧印加状態下で生じる配向状態（Ｃ−ダイレクタの角
度θが小さい値に設定されている）の強誘電性液晶に対
して、時間軸に沿って低波高値のパルス印加、続いて高
波高値のパルス印加によって反転スイッチングさせるこ
とによって、駆動電圧マージンを拡大させることができ
る。又、本発明の好ましい具体例では、選択された走査
電極と選択されていない信号電極との交差点である半選
択点には、時間軸に沿って高波高値パルス印加、続いて
低波高値パルス印加によって反転スイッチングを防止す
ることができる。

Ｃ−ダイレクタの角度θを小さい値に設定しうる配向状
態を生じさせる方法とには、駆動中の非選択画素に高周
波、例えば緩和周波数以上の交流電圧を印加する方法（
特開昭６１−２４６７２２号公報、同６１−２４６７２
３号公報、同６１−２４６７２４号公報、同６１−２４
９０２４号公報、同６１−２４９０２５号公報、米国特
許第４６６８０５１号公報などに開示されている方法）
や駆動前に予め高周波の交流印加する方法（例えば特開
昭６２−２２０９３０号公報、特開昭６２−２２３７２
９号公報）を用いることができる。

本発明で用いる強誘電性液晶としては、誘電率異方性Δ
εが負のカイラルスメクチック液晶を用いるのが好まし
い。例えば、チッソ社製のｒｃｓｌｏｌｌＪ（商品名）
などが知られている。又、この強誘電性液晶の膜厚は、
無電界時に（バルク状態で）カイラルスメクチック相の
らせん分子配列構造の形成を抑制するのに十分薄く設定
されているのがよい（例えば、０．５　μｍＮ１０　μ
ｍ、好ましくは１．０μｍ〜５μｍ）。この強誘電性液
晶は、ラビング処理されたポリイミド膜、ポリアミド膜
、ポリアミドイミド膜、ポリエステルイミド膜、又はポ
リビニルアルコール膜、あるいは斜方蒸着処理したＳｉ
Ｏ膜、又はＳｉＯ□膜の界面で接しているのがよく、こ
れによってモノドメインを形成することができる。

第９図は、本発明で用いたマトリクス電極を配置した強
誘電性液晶パネル９１の駆動装置を表わしている。第９
図のパネル９１には、走査線９２とデータ線９３とが互
いに交差して配線され、その交差部の走査線９２とデー
タ線ａ３との間には強誘電性液晶が配置されている。又
、第９図中９４は走査回路、９５は走査側駆動回路、９
６は信号側駆動電圧発生回路、９７はラインメモリー、
９８はシフトレジスタ、９９は走査側駆動電圧発生電源
、９０はマイクロ・プロセッサーφユニット（ＭＰＶ　
）を表わしている。

走査側駆動電圧発生電源９９には、電圧Ｖ、、Ｖ２とＶ
ｃが用意され、例えば電圧ｖ１とｖ２を前述した走査選
択信号の電源とし、電圧Ｖｃを走査非選択信号の電源と
することができる。

次に、本発明を実施例に従って説明する。

〔実施例〕

透明電極となるＩＴＯ（インジウム−ティン−オキサイ
ド）膜をストライブ形状にパターニングしたガラス基板
の上に、１ＯＯＯ人厚の５ｉ０２膜をスパッタリング法
によって形成し、その上に５００人厚０ポリイミド膜を
形成した（ポリイミド膜の形成には、ポリアミック酸溶
液である東し社製の５Ｐ−７１０−（商品名）を使用し
た）。次に、このポリイミド膜にアセテート植毛布でラ
ビング処理した。

上述のラビング処理したガラス基板をそれぞれ２枚用意
し、互いにストライプ電極が交差し、ラビング処理軸が
平行となる様に、２枚のガラス基板を販り合せた。この
際、一方のガラス基板には、販り合せ時に２枚のガラス
基板の間隔が約１．４μｍとなる様に、平均粒子サイズ
１．４μｍのシリカビーズを散布した。

この様にして作成したセル内に、カイラルスメクチック
液晶（液晶Ａ）を注入した。この液晶Ａの特性は、下記
のとおりであった。

ＪＩＬａＬ人　（測定温度；２５℃）自発分極Ｐｓ；　１２．９　ｎｃ／ａｒｄ閾値特性；　
第４図 Δε　　　；　−５，８らせん配列構造における頂角■；２３゜相　　系　　列；　　ｌ５ｏ４Ｃｈ　４ＳｍＡ　−＊　
ＳｍＣ”（表中、ｌ５ｏ−等吉相、ｃｈ−コレステリッ
ク相、Ｓ　ｍ　Ａ−スメクチツク人相、ＳｍＣ＊−カイ
ラルスメクチックＣ相）上述の液晶セルに、下記条件で第５図に示すマルチブレ
クシング駆動を適用することによって表示する画面を形
成したところ、高コントラストを表示する画面が得られ
た。

Ｖ、　　；　　２５ボルト ■２　；　９ボルト ΔＴ；　８０μｓｅｃ駆動温度；２５℃ 又、第５図に示すマルチプレクシング駆動に代えて、第
６図に示すマルチブレクシング駆動を下記条件で適用し
たところ、同様の結果が得られた。

ｖｓ　　；　　２５ボルトｖ２；　９ボルトｖ３；　９ボルト ΔＴ　；　　８０　ｐ　ｓｅｃ駆動温度；　２５℃ 第５図および第６図に示すマルチブレクシング駆動では
、−垂直走査期間（例えば１フレーム又はｌフィールド
）毎に正極性パルスと負極性パルスとが交互に印加され
、−垂直走査期間毎に白画素と黒画素の選択を交互に行
うことができる。

次に、前述の液晶セルを１００倍の偏光顕微鏡（商品名
；ＢＨ−２，オリンパス光学工業社製）にセットしてか
ら、セル内の一対の電極間に第７図（Ａ）〜（Ｃ）に示
すパルス波形を印加した時の電圧マージン閾値電圧ｖｔ
ｈ、飽和電圧Ｖｓａｔ及びスイッチング不能を生じる電
圧Ｖｎｏｎを測定した。その結果を表１に示す。尚、閾
値電圧ｖｔｈは、偏光顕微鏡視野内に微小反転部を生じ
始める電圧、飽和電圧Ｖ　ｓａｔは完全な反転部を生じ
た時の電圧、スイッチング不能を生じる電圧Ｖ　ｎｏｎ
は逆反転を生じ始める電圧であって、電圧マージンはＶ
　ｎｏｎ　−Ｖ　ｓａｔで示される。

表　　　１電圧マージン（Ｖ）　　　７　　　　　３　　　　　　
４Ｖｔｈ（Ｖ）　　　　１４　　　　　１７　　　　　
１２Ｖｓａｔ　　（Ｖ）　　　　１５　　　　　１９　
　　　　１．３Ｖｎｏｎ　（Ｖ）　　　　２２　　　　
　２２　　　　　１７尚、第７図（Ａ）〜（Ｃ）に示す
波形の条件は下記のとおりであった。

Ｖｔ；Ｖ＋＝２：ＩＶ　ｎ　＝　Ｖ　ｍ ΔＴ＝８０　μｓｅｃ駆動温度；２７．２℃ 表１より明らかな様に、第７図（Ａ）で示すハツチング
部では、時間軸に対してパルス波高値が階段状に増大し
ているのに対し、第７図（Ｂ）で示すハツチング部では
時間軸に対してパルス波高値が階段状に減少しており、
第７図（Ａ）の波形の方が第７図（Ｂ）の波形に較べ電
圧マージンが広い。又、第７図（Ｃ）に示す矩形パルス
の場合でも電圧マージンは狭いものとなっている。

又、本発明では、第８図に示す駆動波形によって駆動す
ることができる。第８図によれば、走査電極の一水平走
査期間毎に走査電極上の全又は所定数の画素を消去し、
選択された画素には、時間軸に対してパルス波高゛値が
階段状に増大したパルスを印加することによって書込み
電圧を印加し、他の画素には時間軸に対してパルス波高
値が階段状に減少したパルスを印加することによって消
去時の光学状態を保持することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、誘電率異方性結合による表示コントラ
ストの増大をはかる時に、駆動時の電圧マージンを拡大
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電圧実効値に対するチルト角θａの依存性を示
す特性図である。第２図はＣ−ダイレクタの角度θの説
明図である。第３図はＣ−ダイレクタの角度θをパラメ
ータとした時の印加電圧とトルクとの関係を示す特性図
である。第４図は閾値特性図である。第５図、第６図、
第７図及び第８図は本発明の駆動で用いた駆動波形図で
ある。第９図は本発明装置のブロック図である。 ′１テ１ヤ〒；　ノ　Ｖｎ矩形交汽ノ＼。ルス

Claims

【特許請求の範囲】

（１）相対向する一対の電極、及び該一対の電極の間に
配置された誘電率異方性が負の強誘電性液晶を有する液
晶素子、並びに選択された一対の電極間に、時間軸に対
して波高値が増大した波形のパルスを印加する手段を有
することを特徴とする液晶装置。
（２）前記手段が半選択された一対の電極間に、時間軸
に対して波高値が減少した波形のパルスを印加する手段
を有している請求項（１）の液晶装置。
（３）前記手段が半選択された一対の電極間に、時間軸
に対して波高値が減少した波形のパルスを印加する手段
を有し、前記波高値が増大した波形のパルスと前記波高
値が減少した波形のパルスとの電圧平均値が等しい請求
項（１）の液晶装置。
（４）前記波高値が増大した波形のパルスが階段状に波
高値を増大させた波形のパルスである請求項（１）の液
晶装置。
（５）前記波高値が減少した波形のパルスが階段状に波
高値を減少させた波形のパルスである請求項（２）の液
晶装置。
（６）前記手段が選択されていない一対の電極間に、前
記強誘電性液晶に対して誘電率異方性結合を生じさせる
交流電圧を印加する手段を有している請求項（１）の液
晶装置。
（７）前記強誘電性液晶の膜厚が無電界時にカイラルス
メクチツク相のらせん配列の形成を抑制するのに十分に
薄く設定されている請求項（１）又は（６）の液晶装置
。
（８）走査電極群と信号電極群とで形成したマトリクス
電極及び該走査電極群と信号電極群との間に配置した負
の誘電率異方性の強誘電性液晶を有する液晶素子、並び
に選択されていない時の走査電極への印加電圧を基準に
して、一方又は他方極性パルスを印加することによって
走査電極を選択し、前記一方又は他方極性パルスと同期
して、選択された信号電極に、ともに選択された走査電
極と信号電極との交差部への印加パルスが時間軸に対し
て増大した波高値をもつ波形を与える情報パルスを印加
する手段を有することを特徴とする液晶装置。
（９）前記手段が前記一方又は他方極性パルスと同期し
て、選択されていない信号電極に、選択された走査電極
と選択されていない信号電極との交差部への印加パルス
が時間軸に対して減少した波高値をもつ波形を与える情
報パルスを印加する手段を有している請求項（８）の液
晶装置。
（１０）前記手段が前記一方又は他方極性パルスと同期
して、選択されていない信号電極に、選択された走査電
極と選択されていない信号電極との交差部への印加パル
スが時間軸に対して減少した波高値をもつ波形を与える
情報パルスを印加する手段を有し、前記増大した波高値
をもつ波形のパルスと前記減少した波高値をもつ波形の
パルスとの電圧平均値が等しい請求項（８）の液晶装置
。
（１１）前記増大した波高値をもつ波形のパルスが階段
状に波高値を増大させた波形のパルスである請求項（８
）の液晶装置。
（１２）前記減少した波高値をもつ波形のパルスが階段
状に波高値を減少させた波形のパルスである請求項（９
）の液晶装置。
（１３）前記手段が選択されていない時の走査電極と信
号電極との交差部に、前記強誘電性液晶に対して誘電率
異方性結合を生じさせる交流電圧を印加する手段を有し
ている請求項（８）の液晶装置。
（１４）前記手段が一垂直走査期間毎に、前記一方極性
パルス及び他方極性パルスを交互に走査電極に印加する
手段を有している請求項（８）の液晶装置。
（１５）前記手段が一水平走査期間毎に、前記一方極性
パルス及び他方極性パルスをパルス列として走査電極に
印加する手段を有している請求項（８）の液晶装置。
（１６）前記強誘電性液晶の膜厚が無電界時にカイラル
スメクチツク相のらせん配列の形成を抑制するのに十分
に薄く設定されている請求項（８）の液晶装置。