JPH0422488B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表示装置や液晶−光シヤツタアレイ
等に適用する液晶装置に関し、詳しくは表示特性
と駆動特性を改善した液晶装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の液晶素子としては例えばエム・シヤツト
（M.Schadt）とダブリユー・ヘルフリツヒ（W.
Helfrich）著“アプライド・フイジツクス．レタ
ーズ”（“Applied Physics Letters”）第18巻、第
４号（1971年２月15日発行）、第127頁〜128頁の
“ボルテージ・デイペンダント・オプテイカル・
アクテイビテイー・オブ・ア・ツイステツド・ネ
マチツク・リキツド・クリスタル”（“Voltage
Dependent Optical Activity of ａ Twisted
Ｎ ematic Liquid Crystal”）に示されたツイ
ステツド・ネマチツク（twisted Nematic）液晶
を用いたものが知られている。このTN液晶は、
画素密度を高くしたマトリクス電極構造を用いた
時分割駆動の時、クロストークを発生する問題点
があるため、画素数が制限されていた。

又、各画素に薄膜トランジスタによるスイツチ
ング素子を接続し、各画素毎をスイツチングする
方式の表示素子が知られているが、基板上に薄膜
トランジスタを形成する工程が極めて煩雑な上、
大面積の表示素子を作成することが難ずかしい問
題点がある。

このような従来型の液晶素子の欠点を改善する
ものとして、双安定性を有する液晶素子の使用が
クラーク（Clark）およびラガウエル
（Lagerwall）により提案されている（特開昭56
−107216号公報、米国特許第4367924号明細書
等）、双安定性を有する液晶としては、一般に、
カイラルスメクチツクＣ相（AmC^*）又はＨ相
（SmH^*）を有する強誘電性液晶が用いられる。
この液晶は電界に対して双安定状態を有し、従つ
て前述のTN型の液晶で用いられた光学変調素子
とは異なり、例えば一方の電界ベクトルに対して
１つの光学的安定状態に液晶が配向し、他方の電
界ベクトルに対しては他方の光学的安定状態に液
晶が配向される。またこの型の液晶は、加えられ
る電界に応答して、極めて速やかに上記２つの安
定状態のいずれかを取り、且つ電界の印加のない
ときはその状態を維持する性質を有する。このよ
うな性質を利用することにより、上述した従来の
TN型素子の問題点の多くに対して、かなり本質
的な改善が得られる。この点は、本発明と関連し
て、以下に、更に詳細に説明する。しかしなが
ら、この双安定性を有する強誘電性液晶素子は、
一般にセル厚が2μm以下で、それ以上のセル厚と
なると高コントラストの表示が得られない問題点
がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、前述した事情に鑑み、表示特
性及び駆動特性を改善した液晶光学素子を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段、作用〕

本発明は、 ａ 走査電極群と信号電極群との交差部で画素を
形成したマトリクス電極構造と、該走査電極群
と信号電極群との間に配置され、電界が印加さ
れていない時、液晶分子が第１の安定配向と第
２の安定配向との何れか一方に配向し、該第１
の安定配向の平均分子軸と第２の安定配向の平
均分子軸との間で角度2θを生じ、誘電率異方性
が負の値を生じる強誘電性液晶とを有する液晶
セルと、 ｂ 第１の安定配向の液晶分子を第２の安定配向
とは反対側に移動させて第３の安定配向に配向
させ、第２の安定配向の液晶分子を第１の安定
配向とは反対側に移動させて第４の安定配向に
配向させ、該第３の安定配向の平均分子軸と第
４の安定配向の平均分子軸との間の角度を前記
角度2θより大きくする交流電圧を、前記マトリ
クス電極構造に印加する手段と、 ｃ 走査電極を順次走査し、Ｎ番目に走査選択さ
れた走査電極上の画素に、同時に、第３の安定
配向の液晶分子を第４の安定配向に転移させる
のに十分な一方極性の電圧を印加し、 該Ｎ番目に走査選択された走査電極上の画素
のための情報信号を信号電極群に印加すること
によつて、該情報信号の印加に応じて、該Ｎ番
目に走査選択された走査電極上の画素に、第４
の安定配向の液晶分子を第３の安定配向に転移
させるのに十分な他方極性の電圧を印加し、 前記Ｎ番目に走査選択された走査電極上の画
素のための前記情報信号の極性に対して逆極性
であつて、強誘電性液晶の閾値電圧以下の電圧
に設定した電圧信号を信号電極群に印加し、Ｎ
＋１番目に走査選択された走査電極上の画素
に、前記Ｎ番目に走査選択された走査電極上の
画素のための前記電圧信号の信号電極群への印
加が終了する前で、同時に、第３の安定配向の
液晶分子を第４の安定配向に転移させるのに十
分な一方極性の電圧を印加する手段と、 ｄ 第３の安定配向に配向した液晶分子を通過し
た光線と、第４の安定配向に配向した液晶分子
を通過した光線との間で、光学的相違を生じさ
せる手段と、 を有する液晶装置を特徴としている。

〔実施例〕

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明
を更に詳細に説明する。

本発明で用いる液晶材料として、特に適したも
のは、カイラルスメクチツク液晶であつて、強誘
電性を有するものである。具体的にはカイラルス
メクチツクＣ相（SmC^*）、カイラルスメクチツ
クＧ相（SmG^*）、カイラルスメクチツクＦ相
（SmF^*）、カイラルスメクチツクＩ相（SmI^*）
又はカイラルスメクチツクＨ相（SmH^*）の液晶
を用いることができる。

強誘電性液晶の詳細については、たとえば
“ル・ジユルナール・ド・フイジイク・レツトル”
（“LE JOURNAL DE PHYSIQUE
LETTRE”）36（Ｌ−69）1975年「フエロエレク
トリツク・リキツド・クリスタル」
（Ferroelectric Liquid Crystals；“アプライド・
フイジイツクス・レターズ”（“Applied Physics
Letters”）36（11）1980年「サブミクロ・セカン
ド・バイステイブル・エレクトロオプテイツク・
スイツチング・イン・リキツド・クリスタルス」
（「Submicro Second Bistable Electrooptic
Switching in Liquid Cystals」）；“固体物理”16
（141）1981「液晶」等に記載されており、本発明
ではこれらに開示されたもののうち、負の誘電異
方性をもつ強誘電性液晶を用いることができる。
特に、好ましい強誘電性液晶としては、これによ
り高温側でコレステリツク相を示すものを用いる
ことができ、例えば下述の実施例に挙げた相転移
温度を示すフエニルエステル系液晶を用いること
ができる。

これらの材料を用いて素子を構成する場合、液
晶化合物が所望の相となるような温度状態に保持
する為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込ま
れた銅ブロツク等により支持することができる。

第１図は、強誘電性液晶の動作説明のために、
セルの例を模式的に描いたものである。以下、所
望の相としてSmC^*を例にとつて説明する。

１１ａと１１ｂは、In₂O₃あるいはITO
（Indium−Tin Oxide）等の薄膜からなる透明電
極で被覆された基板（ガラス板）であり、その間
に液晶分子層１２がガラス面に垂直になるように
配向したSmC^*相の液晶が封入されている。太線
で示した線１３が液晶分子を表わしており、この
液晶分子１３は基板の面方向に連続的にらせん構
造を形成している。このらせん構造の中心軸１５
と液晶分子１３の軸方向とのなす角度をとして
表わす。この液晶分子１３は、その分子に直交し
た方向に双極子モーメント（Ｐ⊥）１４を有して
いる。基板１１ａと１１ｂ上の電極間に一定の閾
値以上の電圧を印加すると、液晶分子１３のらせ
ん構造がほどけ、双極子モーメント（Ｐ⊥）１４
がすべて電界方向に向くよう、液晶分子１３は配
向方向を変えることができる。液晶分子１３は、
細長い形状を有しており、その長軸方向と短軸方
向で屈折率異方性を示し、従つて例えばガラス面
の上下に互いにクロスニコルの偏光子を置けば、
電圧印加極性によつて光学特性が変わる液晶光学
素子となることは、容易に理解される。

本発明の液晶光学素子で好ましく用いられる液
晶セルは、例えば10μ以下とすることができる。
このように液晶層が薄くなるにしたがい、第２図
に示すように電界を印加していない状態でも液晶
分子のらせん構造がほどけ、非らせん構造とな
り、その双極子モーメントPaまたはPbは上向き
２４ａ又は下向き２４ｂのどちらかの状態をと
る。この液晶分子軸２３ａの分子軸と２３ｂのな
す角度の1/2の角度をチルト角と称し、このチ
ルト角はらせん構造をとる時のコーンのなす頂
角に等しい。このようなセルに、第２図に示す如
く一定の閾値以上の極性の異なる電界Ea又はEb
を電圧印加手段２１ａと２１ｂにより付与する
と、双極子モーメントは、電界Ea又はEbの電界
ベクトルに対応して上向き２４ａ又は下向き２４
ｂと向きを変え、それに応じて液晶分子は、１つ
の安定配向２３ａかあるいは他の安定配向２３ｂ
の何れか一方に配向する。

このような強誘電性を液晶光学素子として用い
ることの利点は、先にも述べたが２つある。その
第１は、応答速度が極めて速いことであり、第２
は液晶分子の配向が双安定性を有することであ
る。第２の点を、例えば第２図によつて更に説明
すると、電界Eaを印加すると液晶分子は１つの
安定配向２３ａに配向するが、この状態は電界を
切つても安定である。又、逆向きの電界Ebを印
加すると、液晶分子は他の安定配向２３ｂに配向
してその分子の向きを変えるが、やはり電界を切
つてもこの状態に留つている。

このような応答速度の速さと、双安定性が有効
に実現されるにはセル厚が出来るだけ薄い方が好
ましい。

このような強誘電性を有する液晶で素子を形成
するに当つて最も問題となるのは、先にも述べた
ように、SmC^*相を有する層が基板面に対して垂
直に配列し且つ液晶分子が基板面に略平行に配向
したモノドメイン性の高いセルを形成することが
困難なことである。

ところで、従来より大面積の液晶セルを製造す
る上で、基板表面に一軸性の配向処理を施す方法
が知られている。この一軸性の配向処理法として
は基板表面をビロード、布や紙で一方向にラビン
グする方法あるいは基板表面にSiOやSiO₂を斜方
蒸着する方法などが挙げられる。

しかしながら、強誘電性液晶に対して、このよ
うなラビング法や斜方蒸着法を適用しても、配向
処理を施すこと自体が、前記した液晶分子の双安
定性を阻害するため、所謂メモリー性を生かした
駆動法を採用する場合には一軸性配向処理では、
不適当なものと考えられていた。

ところが、本発明者らが鋭意検討した結果、基
板表面に適正な一軸性の配向処理を施すことによ
り、以下に詳述する如く、ある特定化された双安
定状態を達成することか可能であり、メモリー性
を生かした駆動が達成し得ることが明らかとなつ
た。

第３図ＡとＢは、本発明の液晶素子の一実施例
を示している。第３図Ａは、本発明の液晶素子の
平面図で、第３図ＢはそのＡ−A′断面図である。

第３図で示すセル構造体１００は、ガラス板又
はプラスチツク板などからなる一対の基板１０１
ａと１０１ｂをスペーサ１０４で所定の間隔に保
持され、この一対の基板をシーリングするために
接着剤１０６で接着したセル構造を有しており、
さらに基板１０１ａの上には複数の透明電極１０
２からなる電極群（例えばマトリクス電極構造の
うちの走査電圧印加用電極群）が例えば帯状パタ
ーンなどの所定パターンで形成されている。基板
１０１ｂの上には前述の透明電極１０２と交差さ
せた複数の透明電極１０２ｂからなる電極群（例
えば、マトリクス電極構造のうちの信号電圧印加
用電極群）が形成されている。

このような透明電極１０２ｂを設けた基板１０
１ｂには、例えば、一酸化硅素、二酸化硅素、酸
化アルミニウム、ジルコニア、フツ化マグネシウ
ム、酸化セリウム、フツ化セリウム、シリコン窒
化物、シリコン炭化物、ホウ素窒化物などの無機
絶縁物質やポリビニルアルコール、ポリイミド、
ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリパ
ラキシリレン、ポリエステル、ポリカーボネー
ト、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポ
リアミドポリスチレン、セルロース樹脂、メラミ
ン樹脂、ユリア樹脂やアクリル樹脂などの有機絶
縁物質を用いて被覆形成した配向制御膜１０５を
設けることができる。

この配向制御膜１０５は、前述の如き無機絶縁
物質又は有機絶縁物質を被膜形成した後に、その
表面をビロード、布や紙で一方向に摺擦（ラビン
グ）することによつて得られる。

本発明の別の好ましい具体例では、SiOやSiO₂
などの無機絶縁物質を基板１０１ｂの上に斜め蒸
着法によつて被膜形成することによつて、配向制
御膜１０５を得ることができる。

第８図に示された装置に於いてベルジヤー８０
１は吸出口８０５を有する絶縁基板８０３上に載
置され、前記吸出口８０５から伸びる（図示され
ていない）真空ポンプによりベルジヤー８０１が
真空にされる。タングステン製又はモリブデン製
のるつぼ８０７はベルジヤー８０１の内部及び底
部に配置され、るつぼ８０７には数グラムの
SiO、SiO₂、MgF₂などの結晶８０８が載置され
る。るつぼ８０７は下方の２つのアーム８０７
ａ，８０７ｂを有し、前記アームは夫々導線８０
９，８１０に接続される。電源８０６及びスイツ
チ８０４がベルジヤー８０１の外部導線８０９，
８１０間に直列に接続される。基板８０２はベル
ジヤー８０１の内部でるつぼ８０７の真上にベル
ジヤー８０１の垂直軸に対しＫの角度を成して配
置される。

スイツチ８０４が開放されると、ベルジヤー８
０１はまず約10^-5mmHgの真空状態にされ、次に
スイツチ８０４が閉じられて、るつぼ８０７が適
温で白熱して結晶８０８が蒸発されるまで電源８
０６を調節して電力が供給される。適温範囲
（700〜1000℃）に対して必要な電流は約100amps
である。結晶８０８は次に蒸発され図中Ｓで示さ
れた上向きの分子流を形成し、流体Ｓは、基板８
０２に対してＫの角度を成して基板８０２上に入
射され、この結果基板８０２が被覆される。角度
Ｋは上記の“入射角”であり、流体Ｓの方向は上
記の“斜め蒸着方向”である。この被膜の膜厚は
基板８０２をベルジヤー８０１に挿入する前に行
なわれる装置の時間に対する厚みのキヤリブレー
シヨンにより決定される。適宜な厚みの被膜が形
成されると電源８０６からの電力を減少させ、ス
イツチ８０４を開放してベルジヤー８０１とその
内部を冷却する。次に圧力を大気圧まで上げ基板
８０２をベルジヤー８０１から取り外す。

また、別の具体例ではガラス又はプラスチツク
からなる基板１０１ｂの表面あるいは基板１０１
ｂの上に前述した無機絶縁物質や有機絶縁物質を
被膜形成した後に、該被膜の表面を斜方エツチン
グ法によりエツチングすることにより、その表面
に配向制御効果を付与することができる。

前述の配向制御膜１０５は、同時に絶縁膜とし
ても機能させることが好ましく、このためにこの
配向制御膜１０５の膜厚は一般に100Å〜1μ、好
ましくは500Å〜5000Åの範囲に設定することが
できる。この絶縁膜は、液晶層１０３に微量に含
有される不純物等のために生ずる電流の発生を防
止できる利点をも有しており、従つて動作を繰り
返し行なつても液晶化合物を劣化させることがな
い。

また、本発明の液晶素子では前述の配向制御膜
１０５と同様のものをもう一方の基板１０１ａに
設けることができる。

第３図に示すセル構造体100の中の液晶層１０
３は、SmC^*とすることができる。又、液晶層１
０３の厚さは充分に薄く、液晶分子はらせん構造
を有していない。

第４図は、本発明の液晶素子の別の具体例を表
わしている。第４図で示す液晶素子は、一対の基
板１０１ａと１０１ｂの間に複数のスペーサ部材
２０３が配置されている。このスペーサ部材２０
３は、例えば配向制御膜１０５が設けられていな
い基板１０１の上にSiO，SiO₂，Al₂O₃、TiO₂な
どの無機化合物あるいはポリビニルアルコール、
ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイ
ミド、ポリパラキシリレン、ポリエステル、ポリ
カーボネート、ポリビニルアセタール、ポリ塩化
ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリスチ
レン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹
脂、アクリル樹脂やフオトレジスト樹脂などの樹
脂類を適当な方法で被膜形成した後に、所定の位
置にスペーサ部材２０３が配置される様にエツチ
ングすることによつて得ることができる。

このようなセル構造体１００は、基板１０１ａ
と１０１ｂの両側にはクロスニコル状態とした偏
光子１０７と１０８がそれぞれ配置されて、この
偏光子１０７と１０８により電極１０２ａと１０
２ｂの間に電圧を印加した時の光学変調を検知す
ることができる。

次に、本発明の液晶素子の作成法について液晶
材料としてエステル系液晶を例にとつて第３図と
第５図に従つて説明する。このエステル化合物
は、 の３成分混合系である。この液晶材料は、降温過
程に於て、下記の如き相転移を示す。

Iso ―→ 63℃Ch ―→ 50℃SmA ―→ 35℃SmC^* ―→ ３℃ Crystal （Iso；等方相、Ch；コレステリツク相、SmA；
スメクチツクＡ相） 液晶層が充分に厚い場合（〜100μ）、SmC^*で
はらせん構造をとり、そのピツチは約5μである。

まず、前述のエステル系液晶が封入されている
セル構造体１００は、セル１００全体が均一に加
熱される様な加熱ケース（図示せず）にセツトさ
れる。

次に、セル１００中の化合物が等方相となる温
度（約70℃）まで加熱する。しかる後に、加熱ケ
ースの温度を降温させて。セル１００中の等方相
となつている化合物を降温過程に移す。この降温
過程で等方相の化合物は、約63℃でグランジユア
ン組織のコレステリツク相に相転移し、さらに降
温過程を続けると約50℃でコレステリツク相から
一軸異方相であるSmAに相転移を生じることが
できる。この時、SmAの液晶分子軸は、ラビン
グ方向に揃う。

しかる後に、このSmAより降温過程でSmC^*に
相転移することによつて、例えばセル厚を6μm程
度以下とする非らせん構造をもつモノドメインの
SmC^*が得られる。

第５図は、液晶分子の配向状態を模式的に示す
もので、基板面５０５より上方から見た図であ
る。

図中、５００は一軸性配向処理の方向、即ち、
本実施例ではラビング方向に相当している。
SmA相では、液晶分子がラビング方向５００と
一致する液晶の平均分子軸方向５０１をもつて配
向する。SmC^*相に於ては液晶分子の平均的な分
子軸方向は、５０２ａの方向に傾き、ラビング方
向５００とSmC^*の平均分子軸方向５０２ａは、
角度θをなして第１の安定配向状態となる。この
状態で上下基板に電圧を印加すると、SmC^*の液
晶分子の平均的な分子軸方向は、角度θより大き
い角度に変化し、角度で飽和した第３の安定配
向状態をとる。この時の平均分子軸方向を５０３
ａとする。

次に、電圧を零に戻すと、液晶分子は再びもと
の第１の分子軸方向５０２ａの状態に戻る。従つ
て、第１の分子軸方向５０２ａの状態で、液晶分
子はメモリー性を有することになる。又、分子軸
方向５０２ａの状態で、逆方向の電圧を印加する
と、その電圧が充分に高い場合には、液晶分子の
平均的分子軸方向は、飽和して角度をなす第４
の安定配向状態の平均分子軸方向５０３ｂに転移
する。そして、再び電圧を零に戻すと、液晶分子
は、角度θをなす第２の安定配向状態の平均分子
軸方向５０２ｂの状態に落ちつく。この第１と第
２の安定配向状態での液晶セルの厚さ方向におけ
る分子配列状態は、未だ明確に判明しているわけ
ではないが、厚さ方向に何らかの液晶分子の「ね
じれ」が存在しているものと推測される。又、第
３及び第４の配向状態は、第２図に示した理想的
双安定状態に対応しているものと考えられる。

従つて、図に示す様に偏光子の一方の偏光軸方
向５０４を角度θをなす分子軸方向５０２ａに合
致させることによつて、下述する如き電界による
第１と第２の安定配向状態との間で生じる配向転
移とこのメモリー性を生じた駆動法を用いた時に
オン状態とオフ状態での光学コントラストを向上
することができる。

第６図には前述のエステル化合物液晶のSmC^*
相に於ける一軸性処理方向と平均的分子軸方向の
なす角θ及び分子軸５０２ａの状態と５０２ｂの
状態での光学的コントラスト比の液晶層の厚さに
よる依存性の例が示されている。曲線６１によれ
ば液晶層の厚さが小さくなるに従い、コントラス
トは増大する。又、６２は液晶層の厚さとθの関
係を表わしている。尚、これらの測定は、SmA
→SmC^*の相転移温度より７℃だけ低い温度にて
行われた。又、充分に電界（例えば20V〜30V程
度）を印加したときの平均的分子軸方向の値
は、液晶層の厚さにより若干異なるが約15°であ
つた。

さて、この様に第１と第２の安定配向状態を有
する液晶セルに、交流電界をスメクチツク相の液
晶分子層１２と平行に印加する事により、それぞ
れ第１と第２の安定配向状態を第３と第４の安定
配向状態へと転換せしめる事が可能となつた。こ
の様な現象は、液晶材料が負の誘電異方性をもつ
事によつて生じると推測される。この交流電界の
周波数は、所定の電圧値では液晶が応答し得ない
程度に充分に高い値に設定されなければならな
い。このとき、クロスニコルの偏光子のうち一方
の偏光子の偏光軸は、第５図に示す第３の安定配
向状態の平均分子軸方向５０３ａ又は第４の安定
配向状態の平均分子軸方向５０３ｂに合致させ
た。交流電圧は、周波数400Hz以上100KHz以下
で、波形としては三角波、正弦波や矩形波等を用
いる事が出来、液晶層厚にもよるが、Vpp
（peakto peak）は20V〜100V程度であつた（電
圧値が大きくなると見かけ上が大きくなり、
15°で飽和した）。

周波数；10KHz、Vpp＝60Vの矩形波を用いた
ときの、角度と、コントラストを第７図に示
す。この図面より明らかなように、第３及び第４
の安定配向状態を利用することによつて、セル厚
が大きい領域でも高いコントラストを得ることが
可能である。すなわち、第７図中の７１は液晶層
の厚さとコントラストとの関係を明らかにしてお
り、この７１によれば、液晶層の厚さが大きい領
域でも高コントラストが得られている。又、図中
７２は液晶層のセル厚との関係を明らかにして
いる。

セル厚が薄い場合には、コントラストは第６図
の場合と同程度であるが、光の透過率が増大する
というメリツトが出た。例えば、セル厚1μの場
合、第１と第２の安定配向状態θを用いて表示す
る場合にくらべ第３と第４の安定配向状態を用
いて表示すると、「明」状態の光の透過量が約３
倍となつた。

本発明の液晶光学素子の駆動法を次に示す。

第９図Ａは、表示すべきマトリクス電極構造を
示し、９１が走査電極、９２が情報信号電極とし
て用いられる。第９図と第１０図は、本発明の具
体例を表わしている。。第１０図は、情報信号を
重畳することによつて付与された高周波の交流成
分は簡単のために省略してある。この例ではVo
とVth₁又はVth₂との間でVo＜Vth₁＜3Vo、−
3Vo＜−Vth₂＜−Voの関係に選定されている。
第９図Ｂ，ａとｂは、それぞれ選択された走査電
極に与えられる電気信号と選択されない走査電極
に与えられる電気信号を示している。

さて、補助信号位相t₃の最適時間間隔として
は、この位相に於て、信号電極に印加される電圧
の大きさにも依存し、情報信号位相t₂に於て負加
される電圧と逆極性の電圧を印加する場合、一般
的には電圧が大きい場合には時間間隔は短く、電
圧が小さい場合には時間間隔は長くするのが好ま
しいが、時間間隔が長いと、一画面全体を走査す
るのに長い時間を要することになる。このため、
好ましくはt₃≦t₂と設定することが好ましい。

第９図Ｂ，ｃ〜ｆは、信号電極群に印加する情
報信号を表わしており、同図ｄとｅが前回の信号
を黒（第５図に示す第３の安定配向５０３ａに対
応）とし、同図ｃとｆが前回の信号を白（第５図
に示す第４の安定配向５０３ｂに対応）とした
時、位相t₂で同図ｅとｃでは情報信号として黒に
対応するVoが印加され、同図ｄとｆでは情報信
号として白に対応する。−Voが印加されている態
様を表わしている。又、位相t₁がＮ＋１ラインを
リフレツシユする位相に対応している。

第９図Ｃは、第９図Ａに示す表示を得る時の駆
動波形を表わしている。第９図Ｃ中のS₁〜S₅は走
査電極に印加される信号、第９図Ｃ中のI₁〜I₃は
信号電極I₁とI₃に印加される信号、第９図Ｃ中の
ＡとＣはそれぞれ第９図Ａに示される画素ＡとＣ
に印加される電圧波形を表わしている。

又、別の実施形態例として、高周波分流成分を
走査電極側共に与えることも可能である。

さらに、位相を合わせて走査電極側と、信号電
極側に与えることによつて、走査電極側と信号電
極側の末端ドラバーICの必要耐圧を低減させる
ことも可能である。

第１１図にはさらに別の実施例を示す。

本実施例に於ては、交流信号は走査非選択信号
として与える。走査選択信号は、第９図Ｂ，ａの
波形と同じ波形を与える。選択時に高周波を
OFFすることにより、液晶分子は動き易くなり、
スイツチングが容易になること、又、選択信号
（ａ：低周波成分）と非選択信号（ｂ：高周波成
分）の重畳を避けることによつて走査側ドライバ
ICの必要耐圧低減のメリツトがある。

さて、本実施例に於て述べた液晶材料は、液晶
セルの厚さ約6μ以下で、電界が印加されていな
い時に第１と第２の双安定状態を有する。このよ
うなセルを高周波電界により第３と第４の双安定
状態に転換させた場合とさらにセル厚が厚く、明
確な双安定状態を示さない（セル厚15μの液晶セ
ル）ようなセルを高周波電界によつて、第３と第
４の双安定状態に転換させた場合との、スイツチ
ング特性の比較を次に示す（第１２図）。

第１２図の１２２は、電界が印加されていない
時、らせん構造の強誘電性液晶を生じ、実質的に
第５図に示す第１と第２の安定配向状態を生じな
いセル厚15μの液晶セルを用い、この時高周波交
流電圧として10KHzで±40Vppの矩形波を重畳し
た第９図Ｂに示す電気信号を印加し、それぞれ第
３と第４の安定配向状態を形成し第３の安定配向
状態が第４の配向状態に、又第４の安定配向状態
が第３の安定配向状態に反転するまでの電圧値Ｖ
と印加パルス幅τをプロツトした時の結果を表わ
している。又、第１２図の１２１は電界が印加さ
れていない時、第５図に示す第１と第２の安定配
向状態の非らせん構造の強誘電性液晶を生じるセ
ル厚4μの液晶セル、高周波交流電圧として10KHz
で±20Vppの矩形波を用いたほかは前述と同様の
方法によつて得た結果を表わしている。従つて、
第１２図中横軸はスイツチングに要する駆動パル
スの電圧値Ｖ（閾値）を、縦軸は印加パルス幅τ
を示している。尚、第１２図中の○はセル厚4μ
の液晶セルを用いた時の実測値を、●はセル厚
15μの液晶セルを用いた時の実測値を示してい
る。

この第１２図より明らかな様に、 4μのセルの方が、傾むきが急である。

このことは、4μセルの方が、時分割駆動を
行なう上で、クロストーク防止上、有利である
ことを意味している。

4μセルの方が、駆動電圧が低い。

このことは、4μセルの方が、低耐圧ICドラ
イバーの使用が許されることを示している。

第１３図は情報信号電極側に変調波交流成分
Vacを重畳した場合の駆動回路のブロツク図で、
１３１はｎ×ｍ（ｎ，ｍは整数）の表示マトリク
スで、y₁，y₂……y_oが各情報（信号）線、q₁，
q₂，……q_nが各走査線、１３２は走査線駆動回路
で、そのｃがタイミング入力が、ｄが転送クロツ
ク入力である。１３３は情報（信号）線駆動回路
で、そのａが情報（信号）入力で、ｂが転送クロ
ツク入力、y′₁，y′₂……y′_oが各出力線である。１
３４は変調波交流成分重畳回路で、ｘが変調波交
流入力で、y₁，y₂……y_oがその出力線で、入力ｘ
と入力y′の加算出力をｙとする。すなわち、 ｘy′₁＝y₁ ｘy′₂＝y₂ 〜 〜 ｘy′_o＝y_o である。

第１４図は、走査電極側に変調波交流成分Vac
を重畳した場合の駆動回路のブロツク図で、図中
の付号は第１３図と同一の部材である。１３２の
走査線駆動回路の出力線q′₁，q′₂，……q′_nにそれ
ぞれ変調波交流成分Vacを加算する。すなわち、 ｘq′₁＝q₁ ｘq′₂＝q₂ 〜 〜 ｘq′_n＝q_n である。

第１５図は情報（信号）電極と走査電極の両方
に変調波交流成分Vac／２を重畳し、各表示画素
にVacの変調波交流成分を与える場合に駆動回路
のブロツク図で、反転回路１５１により重畳波の
位相を180°ずらし、１３４の重畳回路に入力す
る。

第１６図は選択時に変調波をオフする場合の駆
動回路のブロツク図で、１６１はシフトレジスタ
で、c′はそのタイミング入力、d′は転送クロツク
入力である。１６２はアンドゲートであり、その
入力線q″が負論理のときのみ、入力線x″は通過
できず基準レベルとなる。

すなわち、 x″AND q″₁＝q₁ x″AND q″₂＝q₂ 〜 x″AND q″_n＝q_n である。

〔効果〕

本発明によれば、セル厚が大きい領域でも高コ
ントラストの表示特性を得ることができ、又、セ
ル厚が薄い場合では交流電界を印加しない場合と
比較して光透過率を約３倍以上も高めることがで
き、この結果表示特性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電界無印加時にらせん構造を形成し
ている強誘電性スメクチツク液晶を用いた素子の
斜視図である。第２図は、本発明で用いる電界印
加時に非らせん構造を形成している強誘電性スメ
クチツク液晶を用いた素子の斜視図である。第３
図Ａは本発明の液晶光学素子の平面図で、第３図
ＢはそのＡ−A′断面図である。第４図は、本発
明の別の液晶光学素子の断面図である。第５図
は、液晶分子の安定配向方向と一軸性配向処理方
向を模式的に表わした平面図である。第６図は、
第１図の液晶素子を用いた時の液晶層の厚さ、θ
及びコントラストの関係を表わす説明図である。
第７図は、本発明に係る第２図の液晶素子を用い
た時の液晶層の厚さ、及びコントラストの関係
を表わす説明図である。第８図は、本発明で用い
る斜め蒸着層を形成するための装置を模式的に表
わした断面図である。第９図Ａは、本発明で用い
るマトリクス電極構造の平面図である。第９図Ｂ
は、本発明で用いる走査信号及び情報信号の波形
を表わす説明図である。第９図Ｃは、第９図Ｂの
信号波形を用いた時の画素に印加される電圧波形
を表わす説明図である。第１０図は、第９図Ｂの
信号波形を用いた時の時系列波形を表わす説明図
である。第１１図は、本発明で用いる別の走査信
号及び情報信号の波形を表わす説明図である。第
１２図は、強誘電性スメクチツク液晶素子を用い
た時の印加電圧とパルス幅の関係を表わす説明図
である。第１３図、第１４図、第１５図及び第１
６図は、本発明で用いる駆動回路を表わす回路図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ａ 走査電極群と信号電極群との交差部で画
   素を形成したマトリクス電極構造と、該走査電
   極群と信号電極群との間に配置され、電界が印
   加されていない時、液晶分子が第１の安定配向
   と第２の安定配向との何れか一方に配向し、該
   第１の安定配向の平均分子軸と第２の安定配向
   の平均分子軸との間で角度2θを生じ、誘電率異
   方性が負の値を生じる強誘電性液晶とを有する
   液晶セルと、 ｂ 第１の安定配向の液晶分子を第２の安定配向
   とは反対側に移動させて第３の安定配向に配向
   させ、第２の安定配向の液晶分子を第１の安定
   配向とは反対側に移動させて第４の安定配向に
   配向させ、該第３の安定配向の平均分子軸と第
   ４の安定配向の平均分子軸との間の角度を前記
   角度2θより大きくする交流電圧を、前記マトリ
   クス電極構造に印加する手段と、 ｃ 走査電極を順次走査し、Ｎ番目に走査選択さ
   れた走査電極上の画素に、同時に、第３の安定
   配向の液晶分子を第４の安定配向に転移させる
   のに十分な一方極性の電圧を印加し、 該Ｎ番目に走査選択された走査電極上の画素
   のための情報信号を信号電極群に印加すること
   によつて、該情報信号の印加に応じて、該Ｎ番
   目に走査選択された走査電極上の画素に、第４
   の安定配向の液晶分子を第３の安定配向に転移
   させるにの十分な他方極性の電圧を印加し、 前記Ｎ番目に走査選択された走査電極上の画
   素のための前記情報信号の極性に対して逆極性
   であつて、強誘電性液晶の閾値電圧以下の電圧
   に設定した電圧信号を信号電極群に印加し、Ｎ
   ＋１番目に走査選択された走査電極上の画素
   に、前記Ｎ番目に走査選択された走査電極上の
   画素のための前記電圧信号の信号電極群への印
   加が終了する前で、同時に、第３の安定配向の
   液晶分子を第４の安定配向に転移させるのに十
   分な一方極性の電圧を印加する手段と、 ｄ 第３の安定配向に配向した液晶分子を通過し
   た光線と、第４の安定配向に配向した液晶分子
   を通過した光線との間で、光学的相違を生じさ
   せる手段と、 を有する液晶装置。