JPH06186532A - Liquid crytal electrooptical device - Google Patents

Liquid crytal electrooptical device

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Publication number
JPH06186532A
JPH06186532A JP35709092A JP35709092A JPH06186532A JP H06186532 A JPH06186532 A JP H06186532A JP 35709092 A JP35709092 A JP 35709092A JP 35709092 A JP35709092 A JP 35709092A JP H06186532 A JPH06186532 A JP H06186532A
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JP
Japan
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liquid crystal
voltage
state
spontaneous polarization
pixel
Prior art date
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Pending
Application number
JP35709092A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshimitsu Konuma
利光 小沼
Takeshi Nishi
毅 西
Harumi Mori
晴美 森
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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Priority to US08/167,357 priority patent/US5555110A/en
Publication of JPH06186532A publication Critical patent/JPH06186532A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve screen display of a large driving frequency and to effectively utilize high-speed responsiveness, high contrast ratio and high visual field angle characteristic by adopting the constitution that image electrodes have the voltage above the voltage necessary for maintaining first and second states within a display period. CONSTITUTION:Spacers which are silica particles are sprayed on a TFT substrate 180 side. A counter electrode side is subjected to screen printing of a sealing material, an epoxy resin in such a case. Both substrates 180, 183 are stuck to each other and a ferroelectric liquid crystal 190 of a phenyl pyrimidine system is injected into the cell. Either the positive or negative voltage is supplied to the liquid crystal via the TFT. Which state of the first state and the second state adopted by the liquid crystal is to be adopted is determined by the electrolytic direction generated in the pixel electrodes. Simultaneously, the potential of the pixel electrodes has the voltage exceeding the voltage capable of maintaining the potential in either of the first or second state within the display period. The liquid crystal having >=0.1V and <=4V voltage mentioned above is utilized.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高速、高階調性の液晶デ
ィスプレイを実現する液晶電気光学装置に関する発明で
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal electro-optical device which realizes a high speed and high gradation liquid crystal display.

【0002】[0002]

【従来の技術】液晶を用いた電子デバイスは、時計や温
度計等に限らず、ワードプロセッサーやラップトップコ
ンピューターやテレビ受像機に至るまで広範な映像機器
への応用が期待されている。
2. Description of the Related Art Electronic devices using liquid crystals are expected to be applied not only to clocks and thermometers, but also to a wide range of video equipment such as word processors, laptop computers and television receivers.

【0003】液晶自身に自発分極を有する強誘電性液晶
の魅力はクラークやラゲルバルによって広く知らされ
た。また、これと相対する反強誘電性液晶に関してはチ
ャンダニらによって広く紹介された。これらは、これま
で広く使用されていたツイステッドネマチック(TNと
略す)液晶ディスプレイやスーパーツイステッドネマチ
ック(STNと略す)液晶ディスプレイなどのネマチッ
ク液晶とは異なった特性を有している。
The appeal of ferroelectric liquid crystals having spontaneous polarization in the liquid crystal itself has been widely known by Clark and Lagerval. The antiferroelectric liquid crystal, which is the opposite of this, was widely introduced by Chandani et al. These have characteristics different from those of nematic liquid crystals such as a twisted nematic (abbreviated as TN) liquid crystal display and a super twisted nematic (abbreviated as STN) liquid crystal display which have been widely used until now.

【0004】図1に示す模式図において、強誘電性液晶
は、基板100面の配向制御にしたがって液晶分子10
2が一定方向に配列している。液晶分子と分子の間は層
構造101を形成し、3次元方向に秩序性高く配列して
いる。薄いセル厚のもとでは液晶分子長軸の向きは、第
1の状態102と第2の状態103という2つの状態を
とる。
In the schematic diagram shown in FIG. 1, the ferroelectric liquid crystal is composed of liquid crystal molecules 10 according to the orientation control of the surface of the substrate 100.
2 are arranged in a fixed direction. A layered structure 101 is formed between the liquid crystal molecules, and they are highly ordered in the three-dimensional direction. Under a thin cell thickness, the orientation of the liquid crystal molecule long axis takes two states, a first state 102 and a second state 103.

【0005】強誘電性液晶は、自発分極Ps(C/
2 )を有しており、それは図1においては矢印で示し
てある。液晶セルに電圧を印加して発生した基板面と垂
直方向に発生した電界強度E(V/m)と自発分極の積
であるPs・Eなるトルクによって自発分極の向きは電
界方向と反平行となるように動く。その動きに合わせて
液晶分子長軸は第1の状態102と第2の状態103の
2つの状態の間をスイッチングする。つまり両状態のど
ちらをとるかはそこに印加する電界方向で制御できる。
Ferroelectric liquid crystals have a spontaneous polarization Ps (C /
m 2 ), which is indicated by the arrow in FIG. The direction of the spontaneous polarization is antiparallel to the direction of the electric field due to the torque Ps · E which is the product of the spontaneous polarization and the electric field intensity E (V / m) generated in the direction perpendicular to the substrate surface generated by applying a voltage to the liquid crystal cell. To move. In accordance with the movement, the liquid crystal molecule long axis switches between the two states of the first state 102 and the second state 103. In other words, which of the two states is taken can be controlled by the direction of the electric field applied thereto.

【0006】その2つの状態間を自発分極を利用したス
イッチングで高速な書換が可能なこと、電界印加を終了
した後もその状態を安定に保持できること、偏光板を介
して観察したときに広い視野角に渡ってその2つの状態
を識別出来る、等の優れた特性を有しているため、高速
かつ大容量な画面を実現できる液晶材料として大いに期
待されている。
Switching between the two states can be performed at high speed by switching using spontaneous polarization, that state can be stably maintained even after application of an electric field, and a wide field of view when observed through a polarizing plate. Since it has excellent properties such as being able to distinguish between the two states over the corners, it is greatly expected as a liquid crystal material that can realize a high-speed and large-capacity screen.

【0007】実際には、図1の様に自発分極が両基板の
何れかを指し示すユニフォーム配向を示すものだけでな
く、電界を印加していない時に、両基板面で自発分極の
向きが内側を指示し、液晶分子長軸の向きが基板間で曲
がっているツイスト配向を呈するものなどもある。この
様なツイスト配向を呈しているものは消光位を取ること
ができずコントラスト比が低いが、電界が印加により前
述のPs・Eのトルクが働けば、図1に示した様な自発
分極の向きが一様に何れかの基板面を指し示すような配
向をする。
Actually, as shown in FIG. 1, not only does the spontaneous polarization show a uniform orientation indicating either of the substrates, but also when no electric field is applied, the direction of the spontaneous polarization is on the inside of both substrates. In some cases, the direction of the major axis of the liquid crystal molecule is twisted between the substrates and the twisted orientation is given. Those having such a twist orientation cannot take an extinction position and have a low contrast ratio, but if the above-described torque of Ps · E is applied by application of an electric field, spontaneous polarization as shown in FIG. The orientation is such that the orientation uniformly points to either substrate surface.

【0008】一方、反強誘電性液晶については、図2に
示す様に第1の状態120、第2の状態121に加えて
第3の状態122を取ることが出来る。電圧を印加しな
いときは、第3の状態にあり、マイナスの電圧を印加し
た時には例えば第1の状態、プラスの電圧を印加した時
には第2の状態をとる。
On the other hand, the antiferroelectric liquid crystal can take the third state 122 in addition to the first state 120 and the second state 121 as shown in FIG. When the voltage is not applied, it is in the third state, when the negative voltage is applied, for example, it is in the first state, and when the positive voltage is applied, it is in the second state.

【0009】この時に第3の状態と第1の状態の間、及
び第3の状態と第2の状態の間には明確なしきい電圧が
存在する。このしきい値が存在することで駆動の面では
強誘電性液晶の特性に比べておおいに異なっている。
At this time, a clear threshold voltage exists between the third state and the first state and between the third state and the second state. Due to the existence of this threshold value, driving characteristics are greatly different from the characteristics of the ferroelectric liquid crystal.

【0010】このような強誘電性液晶及び反強誘電性液
晶の特徴を活かして駆動電極を短冊状に加工した電極で
液晶を挟持して駆動する単純マトリクスディスプレイの
開発が行われている。
Utilizing the characteristics of the ferroelectric liquid crystal and the anti-ferroelectric liquid crystal as described above, a simple matrix display has been developed in which the liquid crystal is sandwiched and driven by electrodes whose drive electrodes are processed into strips.

【0011】しかしながら、自発分極を有した液晶材料
を単純マトリクスで駆動する高性能なディスプレイの開
発は難しい事などの理由で、より安定な表示が可能で高
性能なパネルをめざして、薄膜トランジスタ(TFTと
略す)や金属−絶縁膜−金属(MIMと略す)の非線型
素子を配しての表示の検討が成されている。
However, because it is difficult to develop a high-performance display in which a liquid crystal material having spontaneous polarization is driven by a simple matrix, it is difficult to develop a more stable display and a high-performance panel. A) and metal-insulating film-metal (abbreviated as MIM) non-linear elements are being studied for display.

【0012】そうしたスイッチング素子を利用すること
より、これまで困難とされていた問題も数多く解決して
きた。強誘電性液晶や反強誘電性液晶は、それらはいず
れにおいても2つまたは3つの状態が印加する電界方向
によって一義的に決ってしまうために、TN液晶の様に
印加電圧の大きさで白さや黒さの色調の度合を変化させ
る事が難しく、階調を取ることが困難とされていた。
By utilizing such a switching element, many problems which have been difficult so far have been solved. Ferroelectric liquid crystals and anti-ferroelectric liquid crystals have two or three states that are uniquely determined by the direction of the applied electric field. Therefore, like TN liquid crystals, the whiteness depends on the applied voltage. It was difficult to change the degree of color tone of the sheath and black, and it was difficult to obtain gradation.

【0013】その結果、高速スイッチングかつ高視野角
な特性を有しながらもテレビ映像など高階調性を必要と
するディスプレイには用いられないでいた。そこで強誘
電性液晶及び反強誘電性液晶を用いたディスプレイで高
階調性を実現するための技術の開発が急務とされてい
た。
As a result, it has not been used for a display that requires high gradation such as a television image while having characteristics of high speed switching and a wide viewing angle. Therefore, there has been an urgent need to develop a technique for realizing high gradation in a display using a ferroelectric liquid crystal and an antiferroelectric liquid crystal.

【0014】これを解決するには3種類の手法が利用で
きる。
To solve this, three kinds of methods can be used.

【0015】1つには、1画素をn分割して、1画素で
2のn乗の階調表示をするものである。ただし、この方
法では画素数が実質的にn倍に要求されるため、歩留り
の低下、コストの上昇といった問題があった。
One is to divide one pixel into n, and perform gradation display of 2 to the n-th power in one pixel. However, in this method, the number of pixels is required to be substantially n times, so that there are problems such as a decrease in yield and an increase in cost.

【0016】2つ目としてはTFTを用いたアナログ階
調によるものである。強誘電性液晶に印加する電圧の波
高値を変化させて液晶の取りえる第1の状態と第2の状
態の取りえる面積比を調整して行うものである。単純マ
トリクスで強誘電性液晶を駆動する時には画素電極の容
量に出入りする電荷が随時変化するために不可能な手法
であった。
The second is due to analog gradation using a TFT. The peak value of the voltage applied to the ferroelectric liquid crystal is changed to adjust the area ratio of the liquid crystal in the first state and the second state. When driving a ferroelectric liquid crystal with a simple matrix, it was impossible because the electric charge flowing in and out of the capacitance of the pixel electrode was changed at any time.

【0017】しかしながら、TFTを用いると電荷注入
後にゲートがオフとなった状態ではTFTを介して画素
電極に出入りする電荷量は無くなる為に液晶としては一
定の状態を保持できる。従ってその時に液晶が取れる第
1の状態と第2の状態の画素内での面積比を変える事に
より階調表示が可能となる。
However, when a TFT is used, when the gate is turned off after charge injection, the amount of charge that goes in and out of the pixel electrode through the TFT disappears, so that the liquid crystal can maintain a constant state. Therefore, gradation display is possible by changing the area ratio in the pixel in the first state and the second state in which the liquid crystal can be taken at that time.

【0018】もう一つの手法は、やはりTFTを利用し
たデジタル階調によるものである。これは、強誘電性液
晶が白と黒の2値しかとらず、高速応答が可能なことを
利用したものである。白と黒の状態がとる時間を可変し
て階調を作るものである。たとえば白が表示される時間
が0.2m秒、黒が表示される時間が0.8m秒であ
り、これを繰り返し表示するとそれを観察する人の目に
は全白を100%、全黒を0%の透過率とするならば2
0%の透過率を得ることとなる。この時の動作周波数が
60Hzを越えていれば人の目にはちらつきとなっては
見えない。そもそも強誘電性液晶は高速なスイッチング
を有する為にデジタル階調を用いると多階調のディスプ
レイを実現できる。
The other method is based on digital gradation using TFTs. This is because the ferroelectric liquid crystal takes only binary values of white and black and is capable of high-speed response. The gradation is created by changing the time taken by the white and black states. For example, white is displayed for 0.2 ms, black is displayed for 0.8 ms, and if this is repeatedly displayed, 100% of all white and all black are displayed to the eyes of the observer. 2 for 0% transmission
A transmittance of 0% will be obtained. If the operating frequency at this time exceeds 60 Hz, it does not appear as flicker to the human eye. Since a ferroelectric liquid crystal has a high-speed switching in the first place, a multi-gradation display can be realized by using digital gradation.

【0019】デジタル階調は、TNまたはSTNの応答
速度に比して強誘電性液晶のそれが3桁から4桁ほど高
速であるという特徴を活かして初めて可能となる技術で
ある。強誘電性液晶の高速性という特徴をを最大限に活
かす事が出来る手法である。そこにはTFT等のスイッ
チング素子が必要になってくる。
Digital gradation is a technology that can be realized only by taking advantage of the characteristic that the ferroelectric liquid crystal is 3 to 4 digits faster than the response speed of TN or STN. This is a method that can maximize the high-speed characteristics of ferroelectric liquid crystals. Switching elements such as TFTs are needed there.

【0020】[0020]

【発明が解決しようとする課題】自発分極を有する液晶
材料をTFTで駆動する場合には、ネマチック液晶をT
FTで駆動する場合と異なった問題が発生する。それは
紛れもなく液晶材料によるスイッチングモードが異なっ
ているためである。
When a liquid crystal material having spontaneous polarization is driven by a TFT, a nematic liquid crystal is used as a T
A problem different from the case of driving with FT occurs. This is undeniably because the switching modes differ depending on the liquid crystal material.

【0021】通常に使用する液晶材料の自発分極の大き
さは1〜100nC/cm2 である。反強誘電性液晶の
場合には数100nC/cm2 と言ったものも稀には使
われている。この電荷量は液晶が反転するときに流す電
荷量であるのと同時に、この電荷量を最低限外部から供
給してやらないと液晶は反転しない。この電荷量はネマ
チック液晶を駆動する時に必要な電荷量に比べたら非常
に大きい。
The magnitude of spontaneous polarization of a liquid crystal material which is usually used is 1 to 100 nC / cm 2 . In the case of antiferroelectric liquid crystal, a material of several 100 nC / cm 2 is rarely used. This charge amount is the charge amount that flows when the liquid crystal is inverted, and at the same time, the liquid crystal is not inverted unless this charge amount is supplied from the outside at least. This charge amount is much larger than the charge amount required for driving the nematic liquid crystal.

【0022】従って、ネマチック液晶を駆動する時には
電圧保持率が大きな液晶材料を用いる事が良いと言った
尺度をTFTで駆動する強誘電性液晶に応用する事は出
来ない。
Therefore, when driving a nematic liquid crystal, a liquid crystal material having a large voltage holding ratio should be used, but it cannot be applied to a ferroelectric liquid crystal driven by a TFT.

【0023】ネマチック液晶を用いる時の評価方法とし
て用いられている電圧保持率の測定に関して、図3で説
明する。液晶画素134はソース130とドレイン13
1とゲート132から成るTFTと接続している。ソー
ス部に供給端子138から送られたデータ信号はゲート
に印加する電圧によってデータ信号をドレイン側に送ら
れる。その信号が画素電極に供給される。ゲートがオフ
の状態ではソースとドレインの間は高抵抗な状態となっ
ている為に、画素に供給された電荷はTFTを介して流
出入しないようになっている。
The measurement of the voltage holding ratio, which is used as an evaluation method when using the nematic liquid crystal, will be described with reference to FIG. The liquid crystal pixel 134 has a source 130 and a drain 13.
1 and the gate 132 are connected to the TFT. The data signal sent from the supply terminal 138 to the source part is sent to the drain side by the voltage applied to the gate. The signal is supplied to the pixel electrode. Since the resistance between the source and the drain is high when the gate is off, the electric charge supplied to the pixel does not flow in and out through the TFT.

【0024】図4にそのときの信号を記述した。ソース
とドレインの間には例えば方形波143のデータ信号が
印加され、ゲート電極140がオン状態になった時のみ
ドレイン部に電圧144が供給される。これにより理想
的な画素容量に蓄積される電圧141は減衰することな
く一定の電圧を保つ。一方、通常の液晶画素に蓄積され
る電圧142は時間経過にともなって減衰する。理想的
な電圧と評価液晶の電圧をそれぞれ実効値で測定し、そ
の比率を電圧保持率と称している。当然では有るが電圧
保持率が100%に近い程望ましい特性となる。
The signals at that time are described in FIG. A data signal of, for example, a square wave 143 is applied between the source and the drain, and the voltage 144 is supplied to the drain part only when the gate electrode 140 is turned on. As a result, the voltage 141 accumulated in the ideal pixel capacitance maintains a constant voltage without being attenuated. On the other hand, the voltage 142 accumulated in a normal liquid crystal pixel is attenuated over time. The ideal voltage and the voltage of the evaluation liquid crystal are measured as effective values, and the ratio is called the voltage holding ratio. Naturally, the closer the voltage holding ratio is to 100%, the more desirable the characteristics.

【0025】電圧保持率が小さいと画素容量の電圧が時
間経過に伴って変化する。ネマチック液晶は印加される
電圧によって透過率が変化するために低保持率の場合に
は、画素を通過する光の量が時間的に変化して再現性の
高い階調が実現しない。
When the voltage holding ratio is small, the voltage of the pixel capacitance changes with time. When the nematic liquid crystal has a low holding ratio because the transmittance changes depending on the applied voltage, the amount of light passing through the pixel changes with time and a highly reproducible gradation cannot be realized.

【0026】一方、自発分極を有した液晶材料をTFT
で駆動した時の状態について述べる。測定系は図3に示
した通りであり、液晶セル134の部分が自発分極を有
した液晶材料である強誘電性液晶であったり、または反
強誘電性液晶に変わる。測定した例を図5を用いて説明
する。画素電極の電位と同時に液晶の光学応答の変化を
測定した。
On the other hand, a liquid crystal material having spontaneous polarization is used as a TFT.
State when driven by. The measurement system is as shown in FIG. 3, and the liquid crystal cell 134 part is a ferroelectric liquid crystal which is a liquid crystal material having spontaneous polarization, or is changed to an antiferroelectric liquid crystal. An example of measurement will be described with reference to FIG. The change in the optical response of the liquid crystal was measured simultaneously with the potential of the pixel electrode.

【0027】画素電極にはゲートがオンされた状態で電
荷の注入が画素電極で起こり、図5−(1)では一定の
電圧V0 152が供給される。その後、画素電位は減衰
し一定の状態になる。その時の液晶の光学変化155が
明から暗に、または暗から明に状態が変化する。この時
の光学変化は画素電位の低下と一致していることから、
強誘電性液晶の反転に画素電荷が消費された事を意味し
ている。この時には自発分極と電極面積の2倍の電荷が
消費された事となる。その結果として画素に残留する電
位はVrem 153となる。その後は画素電圧及び光学応
答は一定となる。強誘電性液晶はTFTで十分に応答し
ている。
Charge is injected into the pixel electrode with the gate turned on, and a constant voltage V 0 152 is supplied to the pixel electrode in FIG. 5- (1). After that, the pixel potential is attenuated and becomes constant. The optical change 155 of the liquid crystal at that time changes from bright to dark or from dark to bright. Since the optical change at this time coincides with the decrease of the pixel potential,
This means that the pixel charge was consumed for the inversion of the ferroelectric liquid crystal. At this time, spontaneous polarization and twice the charge of the electrode area are consumed. As a result, the potential remaining in the pixel becomes V rem 153. After that, the pixel voltage and the optical response become constant. The ferroelectric liquid crystal responds well in the TFT.

【0028】この状態のまま、電圧を例えば1/2V0
156に変えた時の様子を図5−(2)に示した。V
rem 157は更に低下し、液晶の光学応答158は充分
に行われず、途中までの光学位置が続いている。
In this state, the voltage is, for example, 1/2 V 0.
The state when changed to 156 is shown in FIG. V
The rem 157 is further lowered, the optical response 158 of the liquid crystal is not sufficiently performed, and the optical position up to the middle is continued.

【0029】この様な現象は、電圧を低下させた場合だ
けでなく、画素が選択されている時間が短くなった場合
にも生じるものである。つまり、画素に注入される電荷
量が液晶を反転させるのに不十分なわけである。
Such a phenomenon occurs not only when the voltage is lowered but also when the time during which a pixel is selected is shortened. That is, the amount of charge injected into the pixel is insufficient to invert the liquid crystal.

【0030】この様な現象から強誘電性液晶をTFTで
駆動する事を考えるとこれまでの電圧保持率とは異なっ
た強誘電性液晶特有の評価方法を新たに構築する必要が
ある。
Considering that the ferroelectric liquid crystal is driven by the TFT from such a phenomenon, it is necessary to newly construct an evaluation method specific to the ferroelectric liquid crystal, which is different from the conventional voltage holding ratio.

【0031】それには、強誘電性液晶はスイッチングの
時に自発分極の反転を伴うために液晶電位は当然減少す
る事を認めた上で評価しなければならない事と、反転に
明確なしきい値は存在しないといわれていることをどの
様に理解するかという事の2点がネマチック液晶とは根
本的に異なる事と理解しなければならない。
It should be evaluated that the liquid crystal potential naturally decreases because the ferroelectric liquid crystal accompanies the inversion of spontaneous polarization during switching, and there is a clear threshold value for the inversion. It must be understood that the two points of how to understand what is said not to do are fundamentally different from nematic liquid crystals.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、強誘電性
液晶をTFTで駆動する場合の強誘電性液晶の自発分極
の発生機構に着目し、駆動波形によって液晶の光学応答
がどうなるか、液晶に残留する電圧がどうなるかを詳細
に調べた。その結果、強誘電性液晶がスイッチングを行
う時に必要な電圧が極めて重要であることを見出した。
Means for Solving the Problems The present inventors have paid attention to the generation mechanism of spontaneous polarization of a ferroelectric liquid crystal when the ferroelectric liquid crystal is driven by a TFT, and what is the optical response of the liquid crystal depending on the drive waveform. , And investigated in detail what happens to the voltage remaining in the liquid crystal. As a result, they have found that the voltage required for the ferroelectric liquid crystal to perform switching is extremely important.

【0033】強誘電性液晶は前述のように電界方向の変
化で強誘電性液晶がスイッチングし、その時に印加する
電圧にはしきい値がないと通常は考えられているた。
It has been generally considered that the ferroelectric liquid crystal is switched by the change of the electric field direction as described above, and that the voltage applied at that time has no threshold value.

【0034】しかしながら、強誘電性液晶をTFTで実
際に駆動してみると、状態が変わる為のしきい値電圧は
小さいが、図1で示した様な第1の状態又は第2の状態
を安定に表示する為にはある一定の電圧が必要な事がわ
かった。しきい値電圧が非常に重要な問題となってき
た。ここでいうしきい値電圧(Vth)とは、液晶が第1
の状態から第2の状態に変化するときに必要な電圧を表
している。このしきい値が実際にはゼロではなく、所定
の電圧が必要となる。
However, when the ferroelectric liquid crystal is actually driven by the TFT, the threshold voltage for changing the state is small, but the first state or the second state as shown in FIG. It turns out that a certain voltage is necessary for stable display. Threshold voltage has become a very important issue. The threshold voltage (V th ) here means that the liquid crystal is the first
The voltage required when changing from the state to the second state is shown. This threshold is not actually zero, but a certain voltage is required.

【0035】また、さらに厳密に言うならば液晶を第1
の状態から第2の状態にスイッチングする場合には、所
定の電圧を印加した時に、自発分極の反転や他の電荷の
移動にともなって画素電極にどれくらいの然るべき電圧
が残っていれば図1に示した様に第2の状態の自発分極
が一様に配列した状態を維持できるかと言う状態維持電
圧(VSM)を考慮しなければいけない。
More strictly speaking, the liquid crystal is the first
When switching from the state 2 to the second state, when a predetermined voltage is applied, as shown in FIG. 1, how much appropriate voltage remains in the pixel electrode due to the reversal of spontaneous polarization and the movement of other charges. As shown, it is necessary to consider the state-maintaining voltage (V SM ) that can maintain the state in which the spontaneous polarization in the second state is uniformly arranged.

【0036】この様な電圧は、ネマチック液晶でいうフ
レデリクス転移のような厳密な意味でのしきい値とは異
なる。本来は材料特性や配向処理方法などで影響された
液晶セルの電気特性の偏りのようなものであったり、自
発分極と配向膜との相互作用によってもたらされるもの
である。
Such a voltage is different from the threshold value in the strict sense such as the Freedericksz transition in the nematic liquid crystal. Originally, it is something like a bias in the electrical characteristics of the liquid crystal cell affected by the material properties or the alignment treatment method, or it is caused by the interaction between spontaneous polarization and the alignment film.

【0037】まず、強誘電性液晶セルのしきい値の評価
方法に関して説明する。用いたセルの構造としては、リ
ード電極及び画素電極を配した透過性基板で自発分極を
有する液晶材料を挟持する。前記液晶と接する基板面上
には液晶材料を少なくとも初期の段階において一軸配向
方向に配列するための手段を有している。ここに20〜
0.1Vまで遅い方形波を印加し、それぞれの電界方向
に対して光学応答が十分に応答しきる時の光学変化を調
べた。印加する電圧が小さくなると液晶の光学応答は非
常に遅くなり、1秒を越え数秒に及ぶこともある。セル
の透過率は5V以上の電圧では第1の状態から第2の状
態に十分に応答したが、5Vより小さな電圧ではそれに
比べて小さな透過率の範囲しか応答しなくなった。印加
電圧が小さくなるほど応答の範囲は小さくなった。
First, a method of evaluating the threshold value of the ferroelectric liquid crystal cell will be described. As the structure of the cell used, a liquid crystal material having spontaneous polarization is sandwiched between transparent substrates on which lead electrodes and pixel electrodes are arranged. On the surface of the substrate that is in contact with the liquid crystal, there is provided a means for aligning the liquid crystal material in the uniaxial orientation direction at least in the initial stage. 20 here
An optical change was investigated when a slow square wave was applied up to 0.1 V and the optical response fully responded to each electric field direction. When the applied voltage becomes small, the optical response of the liquid crystal becomes very slow, sometimes exceeding 1 second to several seconds. The cell transmissivity responded sufficiently from the first state to the second state at a voltage of 5 V or higher, but at a voltage lower than 5 V, it responded only in a range of a smaller transmissivity. The smaller the applied voltage, the smaller the range of response.

【0038】この5Vという電圧が液晶を反転するため
に必要なしきい値電圧である。同時に一定の状態を示す
為に必要な状態維持電圧VSMとなる。これを前述の強誘
電性液晶をTFTで駆動したときに画素に最後に残留す
る電圧Vrem というパラメータと大小関係を比較する事
が強誘電性液晶のスイッチングには極めて重要である。
This voltage of 5 V is the threshold voltage required to invert the liquid crystal. At the same time, the state maintaining voltage V SM becomes necessary to show a constant state. It is extremely important for the switching of the ferroelectric liquid crystal to compare this with the parameter of the voltage V rem remaining in the pixel when the ferroelectric liquid crystal is driven by the TFT.

【0039】強誘電性液晶がTFTで十分に応答する
か、または途中までしか応答しないかの違いは、液晶反
転後の画素電位Vrem の大きさが、液晶の状態維持電圧
を十分に越えているかに依存している。
The difference between whether the ferroelectric liquid crystal responds sufficiently in the TFT or only halfway is that the magnitude of the pixel potential V rem after liquid crystal inversion exceeds the liquid crystal state maintaining voltage sufficiently. Depends on what you do.

【0040】しきい値電圧と状態維持電圧と特に区別す
るする必要はないが、TFT駆動の場合には初期におい
てはこれの電圧より遙に大きな電圧が印加されているが
この電圧はスイッチングに特に重要な条件ではなく、最
後に画素に残留する電圧の大きさが問題となるわけだ。
従って、自発分極を有した液晶をTFTで駆動する時に
はしきい値電圧と言うよりも状態維持電圧と言ったほう
がむしろ相応しい。
It is not necessary to distinguish between the threshold voltage and the state-maintaining voltage, but in the case of TFT driving, a voltage much higher than this voltage is applied in the initial stage, but this voltage is particularly important for switching. It is not a critical condition, but the magnitude of the voltage remaining in the pixel at the end becomes a problem.
Therefore, when the liquid crystal having spontaneous polarization is driven by the TFT, the state maintaining voltage is more appropriate than the threshold voltage.

【0041】従って、本発明者らは、改めて強誘電性液
晶の状態維持電圧に着目し、強誘電性液晶のしきい値電
圧を様々な液晶セルで測定し、自発分極を有する液晶材
料のTFTでの駆動に最適な条件が有ることを見出した
のである。
Therefore, the inventors of the present invention pay attention again to the state maintaining voltage of the ferroelectric liquid crystal, measure the threshold voltage of the ferroelectric liquid crystal in various liquid crystal cells, and find out the TFT of the liquid crystal material having spontaneous polarization. It was found that there are optimum conditions for driving in.

【0042】本発明の構成に関して記述する。リード電
極及び画素電極を配した透過性基板で自発分極を有する
液晶材料を挟持する。液晶と接する基板面上には液晶材
料を少なくとも初期の段階において一軸配向方向に配列
するための手段を有している。前記画素電極には薄膜ト
ランジスタを配置した液晶電気光学装置におけるもので
ある。前記液晶には第1の状態または第2の状態を前記
薄膜トランジスタから供給される極性の異なる電圧で選
択され、前記状態が維持するのに必要な電圧以上の電圧
を前記画素電極が表示期間内において有している事を特
徴とする液晶電気光学装置に関するものである。
The configuration of the present invention will be described. A liquid crystal material having spontaneous polarization is sandwiched between transparent substrates on which lead electrodes and pixel electrodes are arranged. On the surface of the substrate in contact with the liquid crystal, there is provided a means for aligning the liquid crystal material in the uniaxial orientation direction at least in the initial stage. This is in a liquid crystal electro-optical device in which a thin film transistor is arranged on the pixel electrode. In the liquid crystal, the first state or the second state is selected by voltages having different polarities supplied from the thin film transistor, and a voltage higher than a voltage required to maintain the state is applied to the pixel electrode within a display period. The present invention relates to a liquid crystal electro-optical device characterized by having.

【0043】また、リード電極及び画素電極を配した透
過性基板で自発分極を有する液晶材料を挟持する。前記
液晶と接する基板面上には液晶材料を少なくとも初期の
段階において一軸配向方向に配列するための手段を有し
ている。前記画素電極には薄膜トランジスタを配置した
液晶電気光学装置におけるものである。前記液晶には第
1の状態または第2の状態を前記薄膜トランジスタから
供給される極性の異なる電圧で選択され、前記状態が維
持するのに必要な電圧が0.1V以上、4V以下と小さ
な電圧であることを特徴とする液晶電気光学装置に関す
るものである。
Further, a liquid crystal material having spontaneous polarization is sandwiched between transparent substrates on which lead electrodes and pixel electrodes are arranged. On the surface of the substrate that is in contact with the liquid crystal, there is provided a means for aligning the liquid crystal material in the uniaxial orientation direction at least in the initial stage. This is in a liquid crystal electro-optical device in which a thin film transistor is arranged on the pixel electrode. For the liquid crystal, the first state or the second state is selected by the voltages having different polarities supplied from the thin film transistor, and the voltage required to maintain the state is 0.1 V or more and 4 V or less. The present invention relates to a liquid crystal electro-optical device characterized by the following.

【0044】また、リード電極及び画素電極を配した透
過性基板で自発分極を有する液晶材料を挟持する。前記
液晶と接する基板面上には液晶材料を少なくとも初期の
段階において一軸配向方向に配列するための手段を有し
ている。前記画素電極には薄膜トランジスタを配置した
液晶電気光学装置におけるものである。その時に電圧無
印加時の基板間隔方向の前記自発分極の向きが何れかの
基板方向を指し示す配向を前記液晶が呈する事を特徴と
する液晶電気光学装置に関するものである。
Further, a liquid crystal material having spontaneous polarization is sandwiched between transparent substrates on which lead electrodes and pixel electrodes are arranged. On the surface of the substrate that is in contact with the liquid crystal, there is provided a means for aligning the liquid crystal material in the uniaxial orientation direction at least in the initial stage. This is in a liquid crystal electro-optical device in which a thin film transistor is arranged on the pixel electrode. At this time, the present invention relates to a liquid crystal electro-optical device characterized in that the liquid crystal exhibits an orientation in which the direction of the spontaneous polarization in the substrate spacing direction when no voltage is applied indicates any substrate direction.

【0045】また、その時に用いる液晶がマルチマイク
ロドメイン配向を呈する事を特徴とする液晶電気光学装
置に関するものである。
Further, the present invention relates to a liquid crystal electro-optical device characterized in that the liquid crystal used at that time exhibits multi-microdomain alignment.

【0046】上述のような本発明を利用すると自発分極
を有した液晶材料をTFTで駆動するのに極めて有効で
ある。
The use of the present invention as described above is extremely effective in driving a liquid crystal material having spontaneous polarization by a TFT.

【0047】[0047]

【作用】TFTを配置したセルに強誘電性液晶を注入し
て駆動させた時には、自発分極の反転に伴って画素電圧
が低下する。低下しすぎてしまうと強誘電性液晶の何れ
か一方を表示することが出来なくなる。
When the ferroelectric liquid crystal is injected into the cell in which the TFT is arranged and is driven, the pixel voltage is lowered due to the reversal of the spontaneous polarization. If it is lowered too much, either one of the ferroelectric liquid crystals cannot be displayed.

【0048】しかし、本発明に示した様に液晶にはTF
Tを介して正または負の何れかの電圧が供給され、画素
電極に発生する電界方向によって液晶が取る第1の状態
と第2の状態の何れかの状態を取るかが決められる。そ
れと同時に画素電極の電位は、表示期間内において第1
の状態または第2の状態の何れかの状態が維持できる為
の電圧VSMを越える電圧を有している事により、何れか
の状態を液晶分子が安定に保つ事ができる。
However, as shown in the present invention, the liquid crystal has TF.
Either a positive voltage or a negative voltage is supplied via T, and it is determined whether the liquid crystal is in the first state or the second state depending on the direction of the electric field generated in the pixel electrode. At the same time, the potential of the pixel electrode changes to the first potential during the display period.
Since the liquid crystal molecule has a voltage exceeding the voltage V SM for maintaining either the state 1 or the second state, the liquid crystal molecules can stably maintain either state.

【0049】自発分極を有した液晶をTFTで駆動する
場合には、必ずこの事に従わなければならない。
When a liquid crystal having spontaneous polarization is driven by a TFT, this must be obeyed.

【0050】例えば、電圧を印加していない時に、液晶
が有している自発分極の向きが基板間で内部を向いてい
るか、または外部を向いているかであり、分子長軸方向
が捩じれているツイスト配向を呈しているとき等にはこ
の発明が必要となる。
For example, when the voltage is not applied, the direction of spontaneous polarization of the liquid crystal is inward or outward between the substrates, and the molecular long axis direction is twisted. The present invention is necessary when the twisted orientation is exhibited.

【0051】ツイスト状態の配向を示している液晶の状
態維持電圧VSMは5V以上と大きい。上述の発明を用い
ると、ツイスト状態が変形し第1の状態又は第2の状態
を形成し、強誘電性液晶をTFTで十分に駆動できる。
The state maintaining voltage V SM of the liquid crystal exhibiting the twisted orientation is as large as 5 V or more. When the above invention is used, the twisted state is deformed to form the first state or the second state, and the ferroelectric liquid crystal can be sufficiently driven by the TFT.

【0052】液晶自身にしきい値を有している反強誘電
性液晶をTFTで駆動する場合もこの発明が必要とな
る。自発分極分の電圧を消費し画素電圧が低下した後で
も反強誘電性液晶のしきい値、これはそのまま状態維持
電圧VSMを表すが、これを越えていれば第3の状態に変
化することなく、第1又は第2の状態を安定した表示が
可能である。
The present invention is necessary when the antiferroelectric liquid crystal having a threshold value in the liquid crystal itself is driven by the TFT. Even after the voltage of the spontaneous polarization is consumed and the pixel voltage is reduced, the threshold value of the antiferroelectric liquid crystal, which represents the state-maintaining voltage V SM as it is, is changed to the third state if it exceeds the threshold value. The stable display of the first or second state is possible without the need.

【0053】また、本発明者らは、液晶が何れかの状態
を維持する為に必要な電圧が大きいと自発分極を有する
液晶をTFTで駆動するには不利であると考えた。そこ
で材料開発や配向技術の改良によって状態維持電圧VSM
が0.1〜4Vのものを見出した。該状態維持電圧VSM
が非常に小さいので、自発分極を有した液晶の駆動をT
FTで行うと容易にそれが可能となった。
Further, the present inventors considered that it is disadvantageous to drive a liquid crystal having spontaneous polarization with a TFT if the voltage required for maintaining the liquid crystal in any state is large. Therefore, the state maintenance voltage V SM has been improved by developing materials and improving the orientation technology.
Was found to be 0.1 to 4V. The state maintaining voltage V SM
Is very small, the drive of the liquid crystal with spontaneous polarization is
This was easily possible with FT.

【0054】その中の一つが自発分極の向きが挟持して
いる基板のいずれかの方向を指し示す配向を呈している
ものである。図1でも示したがユニフォームの配向であ
る。この場合には自発分極と配向膜との相互作用が発生
することなく、電界方向で選択された状態が電界印加後
においても安定に保たれる。当然、状態維持電圧VSM
低く1V以下となる。従って、TFTで駆動し残留電圧
が小さくても安定に表示が可能である。液晶が反転した
後の液晶電位Vrem が例えば1.5Vでも十分に光学応
答が可能であり、強誘電性液晶をTFTで駆動する事が
出来る。
One of them is such that the direction of spontaneous polarization has an orientation indicating either direction of the sandwiched substrate. As shown in FIG. 1, the uniform orientation is obtained. In this case, the spontaneous polarization does not interact with the alignment film, and the state selected in the direction of the electric field is stably maintained even after the electric field is applied. Naturally, the state maintaining voltage V SM is low and is 1 V or less. Therefore, it is possible to perform stable display by driving with the TFT even if the residual voltage is small. Even if the liquid crystal potential V rem after the liquid crystal is inverted is, for example, 1.5 V, a sufficient optical response is possible, and the ferroelectric liquid crystal can be driven by the TFT.

【0055】また、その時の液晶の配向としては図6に
示した様にラビング方向に長軸を有した多数のクラスタ
ー170の集合体であるマルチマイクロドメイン配向を
呈したものも有力であった。そのしきい値は0.8V程
度であり、十分にTFTでの駆動が可能であった。その
時には液晶が反転した後の液晶電位Vrem が例えば1.
3Vでも十分に光学応答が可能であり、強誘電性液晶を
TFTで駆動する事が出来た。以下、詳細を実施例にお
いて説明する。
Further, as the liquid crystal alignment at that time, a liquid crystal exhibiting multi-microdomain alignment which is an assembly of a large number of clusters 170 having a long axis in the rubbing direction as shown in FIG. 6 was also effective. The threshold value was about 0.8 V, and it was possible to sufficiently drive the TFT. At that time, the liquid crystal potential V rem after the liquid crystal is inverted is, for example, 1.
A sufficient optical response was possible even at 3 V, and the ferroelectric liquid crystal could be driven by the TFT. Hereinafter, details will be described in examples.

【0056】[0056]

【実施例】【Example】

『実施例1』 自発分極を有した液晶セルの状態維持電
圧VSM特性を評価した結果について図7を用いて記述す
る。青板ガラス190にインジウム・チン・オキサイド
(ITOと省略する)195をスパッタ法や蒸着法にて
500〜2000Åの膜厚に成膜し、通常のフォトリソ
工程でパターニングした。この基板を2枚用意し、一方
の基板上190にスピンコート法でポリイミド191を
塗布し280℃で焼成した。ポリイミドとしては日立化
成製LQ5200、または東レ製LP−64を用いた。
厚さは100〜300Åであった。この基板をラビング
処理を施して一軸配向処理とした。これをもう一方の配
向膜を施していないガラス基板192と対向させた。配
向膜側基板上には、シリカ粒子である触媒化成製真絲球
1.5μmのスペーサー(図面には記載なし)を散布
し、対向電極側にはエポキシ樹脂製のシール剤193を
スクリーン印刷で形成した。両基板はスペーサーの直径
に合わせて1.5μmに貼り合わせた。セル内部にはフ
ェニルピリミジン系の強誘電性液晶194を注入した。
この液晶の相系列は等方相−スメクチックA相−スメク
チックC* 相−結晶相であった。自発分極の大きさは6
nC/cm2 であり、比誘電率は4.4、セルに14V
印加した時の応答速度は100μ秒であった。等方相へ
の転移温度は約90℃であり、液晶材料を110℃にま
で加熱し、液晶が等方相になった状態で真空注入した。
配向状態としては、図6に示すようにマルチマイクロド
メイン配向を示していた。
[Example 1] The results of evaluating the state-maintaining voltage V SM characteristics of a liquid crystal cell having spontaneous polarization will be described with reference to FIG. 7. Indium-tin-oxide (abbreviated as ITO) 195 was formed on the blue plate glass 190 by a sputtering method or a vapor deposition method to a film thickness of 500 to 2000 Å, and patterned by a normal photolithography process. Two of these substrates were prepared, polyimide 191 was applied to one of the substrates 190 by a spin coating method, and baked at 280 ° C. As the polyimide, Hitachi Chemical LQ5200 or Toray LP-64 was used.
The thickness was 100 to 300Å. This substrate was subjected to rubbing treatment to obtain uniaxial orientation treatment. This was opposed to the other glass substrate 192 not provided with an alignment film. On the alignment film side substrate, a spacer (not shown in the drawing) of silica gel particles made by Catalysts and Chemicals Co., Ltd. made of catalyst chemical, 1.5 μm, is sprinkled, and an epoxy resin sealant 193 is formed by screen printing on the counter electrode side. did. Both substrates were attached to each other to a thickness of 1.5 μm according to the diameter of the spacer. Phenylpyrimidine-based ferroelectric liquid crystal 194 was injected into the cell.
The phase sequence of this liquid crystal was isotropic phase-smectic A phase-smectic C * phase-crystal phase. The magnitude of spontaneous polarization is 6
nC / cm 2 , relative permittivity 4.4, 14V in cell
The response speed when applied was 100 μsec. The transition temperature to the isotropic phase was about 90 ° C., the liquid crystal material was heated to 110 ° C., and vacuum injection was performed while the liquid crystal was in the isotropic phase.
As the orientation state, multi-microdomain orientation was shown as shown in FIG.

【0057】これに方形波を20から0.1Vまで印加
し、その時の光学応答を測定した。液晶セルの透過率
は、高電圧を印加した時には高速に変化し、低電圧を印
加した時には1秒以上かかって飽和する。その時の透過
率を調べた。またこの時の偏光板と液晶分子長軸を一致
させる事により得られる消光位の位置は、偏光子を第1
の状態に合わせた時と、第2の状態に併せた時と両方の
場合で測定した。結果を図8に示した。いずれの消光位
においても、20から0.8Vまで良好な明暗がとれ
た。それ以下の電圧では状態の変化は生じなかった。液
晶がスイッチングするときのしきい値電圧は0.8Vと
いえる。
A square wave was applied to this from 20 to 0.1 V, and the optical response at that time was measured. The transmittance of the liquid crystal cell changes rapidly when a high voltage is applied, and it takes 1 second or more to saturate when a low voltage is applied. The transmittance at that time was examined. In addition, the position of the extinction position obtained by aligning the long axis of the liquid crystal molecule with that of the polarizing plate is
The measurement was performed both in the case of adjusting to the state of 1 and in the case of adjusting to the second state. The results are shown in Fig. 8. Good brightness was obtained from 20 to 0.8 V at any extinction position. No change in state occurred at voltages below that. It can be said that the threshold voltage when the liquid crystal switches is 0.8V.

【0058】TFTを配したセルに上記液晶を注入した
時の特性について図9を用いて記述する。コーニング7
059基板180上に通常の低温プロセスで自己整合型
nチャンネルのポリシリコンTFT181を作成した。
ソース側192にはリード電極187と接続し、ドレイ
ン側188には画素電極182をITOで配置した。対
向の基板としては、同様にコーニング7059基板18
3を用い、基板上に画素共通電極186をITOで形成
後、スピンコート法でポリイミド189を塗布し280
℃で焼成した。ポリイミドとしては日立化成製LQ15
00、または東レ製LP−64を用いた。厚さは100
〜300Åであった。この基板をラビング処理を施して
一軸配向処理とした。この時にTFT基板側のラビング
を行う時には各リード電極をグランドに落として静電気
で素子が破壊されないように充分に配慮した。
The characteristics when the above liquid crystal is injected into the cell in which the TFT is arranged will be described with reference to FIG. Corning 7
A self-aligned n-channel polysilicon TFT 181 was formed on a 059 substrate 180 by an ordinary low temperature process.
The source side 192 is connected to the lead electrode 187, and the drain side 188 is provided with the pixel electrode 182 made of ITO. Similarly, the Corning 7059 substrate 18 is used as the opposite substrate.
3, the pixel common electrode 186 is formed on the substrate with ITO, and then polyimide 189 is applied by spin coating to 280
Baked at ° C. As a polyimide, Hitachi Chemical LQ15
00 or Toray LP-64 was used. Thickness is 100
It was ~ 300Å. This substrate was subjected to rubbing treatment to obtain uniaxial orientation treatment. At this time, when rubbing the TFT substrate side, each lead electrode was dropped to the ground, and sufficient consideration was given so that the device would not be destroyed by static electricity.

【0059】次にTFT基板側にはシリカ粒子である触
媒化成製真絲球1.5μmのスペーサーを散布し、対向
電極側にはシール剤、この場合はエポキシ樹脂のスクリ
ーン印刷を行った。両基板はスペーサーの直径に合わせ
て1.5μmに貼り合わせた。セル内部にはフェニルピ
リミジン系の強誘電性液晶190を注入した。相系列は
等方相−スメクチックA相−スメクチックC* 相−結晶
相であった。等方相への転移温度は約80℃であり、液
晶材料を100℃にまで加熱し、液晶が等方相になった
状態で真空注入した。図面では、基板間で自発分極の向
き191は一様な方向を示し、ユニフォーム配向を呈し
ている。封止後駆動回路を接続後試験に供した。
Next, a spacer of 1.5 μm in diameter, which is a silica particle made of catalyst chemical and made of catalyst, was sprayed on the TFT substrate side, and a sealant, in this case, an epoxy resin was screen-printed on the counter electrode side. Both substrates were attached to each other to a thickness of 1.5 μm according to the diameter of the spacer. Phenylpyrimidine-based ferroelectric liquid crystal 190 was injected into the cell. The phase sequence was isotropic phase-smectic A phase-smectic C * phase-crystalline phase. The transition temperature to the isotropic phase was about 80 ° C., the liquid crystal material was heated to 100 ° C., and vacuum injection was performed while the liquid crystal was in the isotropic phase. In the drawing, the direction 191 of spontaneous polarization between the substrates shows a uniform direction, which is a uniform orientation. The drive circuit after sealing was subjected to a test after connection.

【0060】代表的なTFTのゲート−ドレイン特性を
図10に示した。約7桁のオン/オフ比がとれた。画素
に印加される電圧を14Vと一定にし、ゲートをオン状
態とし、画素に印加される時間を100から1μ秒まで
変化させた。電界方向は5m秒づつ変化させ、液晶を電
界方向でスイッチングさせた。図11に示す様に透過率
は画素選択時間(実際にはゲートに信号が入っている時
間)は100μ秒から1μ秒まで短縮しても、反転する
透過率の位置はほぼ一定であった。またその時の画素残
留電圧は時間短縮に従って低下し1μ秒においてはV
rem が1.5Vであった。これは液晶のしきい値0.8
Vより十分に大きく十分に光学応答する事が可能であ
る。
FIG. 10 shows the gate-drain characteristics of a typical TFT. An on / off ratio of about 7 digits was obtained. The voltage applied to the pixel was kept constant at 14 V, the gate was turned on, and the time applied to the pixel was changed from 100 to 1 μsec. The direction of the electric field was changed every 5 ms, and the liquid crystal was switched in the direction of the electric field. As shown in FIG. 11, even if the pixel selection time (actually, the time when a signal was input to the gate) was shortened from 100 μsec to 1 μsec, the position of the inverted transmissivity was almost constant. In addition, the pixel residual voltage at that time decreases as the time is shortened to V
rem was 1.5V. This is the liquid crystal threshold of 0.8
It is sufficiently larger than V and is capable of a sufficient optical response.

【0061】『実施例2』 実施例1と同様の材料を用
いて今度は2枚の基板の一方でなく、両側に配向膜を形
成した時の特性を調べた。 また、2枚のガラス基板の
両面に配向膜を設けた時のしきい値特性は、図12に示
した通りであり、低電圧側で透過率が減衰したが、状態
維持電圧VSMとしては0.8Vであった。
Example 2 The same material as in Example 1 was used to examine the characteristics when an alignment film was formed on both sides of one of the two substrates this time. Further, the threshold characteristics when the alignment films are provided on both surfaces of the two glass substrates are as shown in FIG. 12, and the transmittance is attenuated on the low voltage side, but the state maintaining voltage V SM is It was 0.8V.

【0062】TFTを用いて駆動した場合には1μ秒の
選択時間幅であるにもかかわらず残留電圧1.5Vで十
分に応答した。
When the TFT was used for driving, a sufficient response was obtained with a residual voltage of 1.5 V despite the selection time width of 1 μsec.

【0063】『比較例1』 実施例1と同様のセル形
態、つまり片側配向のセルを用いて、液晶材料としてメ
ルク製ZLI3654を用いて測定を行った。このセル
はツイスト配向を示す。この時の状態維持電圧VSMは、
図13に示す様に、一方のみ5Vであり、他方において
は安定した状態が常に観察された。ツイストではありな
がらも、電気特性的には単安定となっている。
Comparative Example 1 The same cell configuration as in Example 1, that is, a cell with one-sided orientation was used, and measurement was performed using ZLI3654 manufactured by Merck as a liquid crystal material. This cell exhibits a twist orientation. The state maintaining voltage V SM at this time is
As shown in FIG. 13, only one side had a voltage of 5 V, and the other had a stable state. Although it is a twist, it is monostable in terms of electrical characteristics.

【0064】TFTを用いて同液晶の駆動を行うと駆動
選択時間幅が20μ秒以下になるとVrem が5Vを下回
り、光学応答は十分に行われなかった。
When the same liquid crystal was driven using the TFT, V rem fell below 5 V when the drive selection time width was 20 μsec or less, and the optical response was not sufficiently performed.

【0065】『比較例2』 比較例2の実験をガラス基
板の両側に配向膜を設けた時の測定を行った。状態維持
電圧VSMは、図14に示す様に両側において5Vであっ
た。この電圧以下となると両側とも透過状態は徐々に狭
くなっていった。この状態ではセルはツイスト配向を示
す。
"Comparative Example 2" The experiment of Comparative Example 2 was carried out when the alignment films were provided on both sides of the glass substrate. The state maintaining voltage V SM was 5 V on both sides as shown in FIG. Below this voltage, the transmission state gradually narrowed on both sides. In this state, the cell exhibits twist orientation.

【0066】TFTを用いて同液晶の駆動を行うと駆動
選択時間幅が20μ秒以下になるとVrem が5Vを下回
り、光学応答は十分に行われなかった。
When the same liquid crystal was driven using the TFT, V rem fell below 5 V when the drive selection time width became 20 μsec or less, and the optical response was not sufficiently performed.

【0067】『実施例3』 実施例1で用いた測定用の
セルに反強誘電性液晶を注入し、状態維持電圧VSMの測
定を行った。状態維持電圧VSMは8Vであった。TFT
を伴った液晶セルでの測定を行うと、印加電圧15Vで
ゲート選択時間20μ秒で駆動したときに、残留電圧V
rem が10Vとなり十分に応答した。その時のコントラ
スト比は170であった。このセルを用いオン(明)状
態とオフ(暗)状態を時間的に変化させて駆動したデジ
タル階調の試験を行なった。図15に示す様に階調数1
00を実現した。
Example 3 An antiferroelectric liquid crystal was injected into the measuring cell used in Example 1 and the state-maintaining voltage V SM was measured. The state maintaining voltage V SM was 8V. TFT
When the liquid crystal cell was measured with the following, the residual voltage V
The rem became 10 V and a sufficient response was obtained. The contrast ratio at that time was 170. Using this cell, a digital gradation test was performed by driving the cell while changing the on (bright) state and the off (dark) state with time. As shown in FIG. 15, the gradation number is 1
Achieved 00.

【0068】[0068]

【発明の効果】自発分極を有する液晶材料をTFTを有
したセルで駆動するときには、液晶材料が第1の状態か
ら第2の状態にスイッチングするためのしきい値電圧が
0.1〜4Vの小さな材料、ユニフォーム配向を呈した
もの、マルチマイクロドメイン配向を呈したものが非常
に有効である。
When a liquid crystal material having spontaneous polarization is driven by a cell having a TFT, the threshold voltage for switching the liquid crystal material from the first state to the second state is 0.1 to 4V. Small materials, those with uniform orientation, and those with multi-microdomain orientation are very effective.

【0069】このような液晶を用いるとTFTを介して
駆動を行った時の反転が非常に良好となり、画素に電荷
が注入される時間つまりゲートがオン状態となっている
時間が液晶の応答速度よりも遙に短い時間内例えば1μ
秒でも十分に駆動する事ができる。これにより、デジタ
ル階調の様に駆動周波数の大きな画面表示も良好に行う
ことが出来、強誘電性液晶の有する高速応答性、高コン
トラスト比、高視野角性を活かした高性能な液晶ディス
プレイを実現でき、ビデオ信号で表示できる液晶テレビ
を作成するのに有効である。
When such a liquid crystal is used, the inversion when driven through the TFT becomes very good, and the time when the charge is injected into the pixel, that is, the time when the gate is in the ON state, is the response speed of the liquid crystal. Within a much shorter time than, for example, 1μ
It can be driven sufficiently in seconds. As a result, it is possible to satisfactorily display images with a large driving frequency such as digital gradation, and to use a high-performance liquid crystal display that utilizes the high-speed response, high contrast ratio, and wide viewing angle of ferroelectric liquid crystals. It is effective in creating an LCD TV that can be realized and can be displayed with a video signal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】強誘電性液晶の概要を示す図FIG. 1 is a diagram showing an outline of a ferroelectric liquid crystal.

【図2】反強誘電性液晶の概要を示す図FIG. 2 is a diagram showing an outline of an antiferroelectric liquid crystal.

【図3】電圧保持率測定の回路図FIG. 3 is a circuit diagram for measuring voltage holding ratio.

【図4】ネマチック液晶の測定例[Fig. 4] Measurement example of nematic liquid crystal

【図5】強誘電性液晶のTFTでの駆動例FIG. 5: Driving example of a ferroelectric liquid crystal TFT

【図6】マルチマイクロドメイン配向を示した図FIG. 6 is a diagram showing multi-microdomain orientation.

【図7】強誘電性液晶のしきい値を測定したセルの構造FIG. 7: Structure of cell in which threshold voltage of ferroelectric liquid crystal is measured

【図8】本発明で使用した強誘電性液晶のしきい値電圧
測定例
FIG. 8: Example of measurement of threshold voltage of ferroelectric liquid crystal used in the present invention

【図9】本発明の装置の概略を示した図FIG. 9 is a diagram showing an outline of an apparatus of the present invention.

【図10】本発明で使用したTFTの特性FIG. 10: Characteristics of TFT used in the present invention

【図11】本発明の特性、効果を示した図FIG. 11 is a diagram showing the characteristics and effects of the present invention.

【図12】本発明で使用した強誘電性液晶のしきい値電
圧測定例
FIG. 12: Example of measurement of threshold voltage of ferroelectric liquid crystal used in the present invention

【図13】強誘電性液晶のしきい値電圧を示した比較例FIG. 13 is a comparative example showing the threshold voltage of a ferroelectric liquid crystal.

【図14】強誘電性液晶のしきい値電圧を示した比較例FIG. 14 is a comparative example showing the threshold voltage of a ferroelectric liquid crystal.

【図15】デジタル階調を行った結果を示した図FIG. 15 is a diagram showing a result of performing digital gradation.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リード電極及び画素電極を配した透過性
基板で自発分極を有する液晶材料を挟持し、前記液晶と
接する前記基板面上には液晶材料を少なくとも初期の段
階において一軸配向方向に配列するための手段を有し、
前記リード電極と前記画素電極の間に薄膜トランジスタ
を配置した液晶電気光学装置において、前記液晶には第
1の状態または第2の状態を前記薄膜トランジスタから
供給される極性の異なる電圧で選択され、前記状態が維
持するのに必要な電圧以上の電圧を前記画素電極が表示
期間内において有している事を特徴とする液晶電気光学
装置。
1. A liquid crystal material having spontaneous polarization is sandwiched between transmissive substrates on which lead electrodes and pixel electrodes are arranged, and liquid crystal materials are arranged in a uniaxial orientation direction at least at an initial stage on the substrate surface in contact with the liquid crystal. Have means for doing
In a liquid crystal electro-optical device in which a thin film transistor is disposed between the lead electrode and the pixel electrode, the liquid crystal is selected from a first state or a second state with voltages of different polarities supplied from the thin film transistor, 2. The liquid crystal electro-optical device, wherein the pixel electrode has a voltage higher than a voltage required to maintain the pixel electrode during a display period.
【請求項2】 リード電極及び画素電極を配した透過性
基板で自発分極を有する液晶材料を挟持し、前記液晶と
接する前記基板面上には液晶材料を少なくとも初期の段
階において一軸配向方向に配列するための手段を有し、
前記リード電極と前記画素電極の間に薄膜トランジスタ
を配置した液晶電気光学装置において、前記液晶には第
1の状態または第2の状態を前記薄膜トランジスタから
供給される極性の異なる電圧で選択され、前記液晶の示
す状態を維持するのに必要な電圧が0.1V以上、4V
以下である液晶を利用することを特徴とする液晶電気光
学装置。
2. A liquid crystal material having spontaneous polarization is sandwiched between transmissive substrates on which lead electrodes and pixel electrodes are arranged, and liquid crystal materials are arranged in a uniaxial orientation direction at least in an initial stage on the substrate surface in contact with the liquid crystal. Have means for doing
In a liquid crystal electro-optical device in which a thin film transistor is arranged between the lead electrode and the pixel electrode, the liquid crystal is selected from a first state or a second state by voltages of different polarities supplied from the thin film transistor, The voltage required to maintain the state of is 0.1V or more, 4V
A liquid crystal electro-optical device characterized by using the following liquid crystal.
【請求項3】 リード電極及び画素電極を配した透過性
基板で自発分極を有する液晶材料を挟持し、前記液晶と
接する前記基板面上には液晶材料を少なくとも初期の段
階において一軸配向方向に配列するための手段を有し、
前記リード電極と前記画素電極の間に薄膜トランジスタ
を配置した液晶電気光学装置において、電圧無印加時の
基板間隔方向の前記自発分極の向きが何れかの基板方向
を指し示す配向を前記液晶が呈する事を特徴とする液晶
電気光学装置。
3. A liquid crystal material having spontaneous polarization is sandwiched between transmissive substrates provided with lead electrodes and pixel electrodes, and the liquid crystal material is arranged in a uniaxial orientation direction at least in an initial stage on the substrate surface in contact with the liquid crystal. Have means for doing
In a liquid crystal electro-optical device in which a thin film transistor is arranged between the lead electrode and the pixel electrode, the liquid crystal exhibits an orientation in which the direction of the spontaneous polarization in the substrate spacing direction when no voltage is applied indicates any substrate direction. Characteristic liquid crystal electro-optical device.
【請求項4】 請求項3における液晶はマルチマイクロ
ドメイン配向を呈する事を特徴とする液晶電気光学装
置。
4. The liquid crystal electro-optical device according to claim 3, wherein the liquid crystal exhibits multi-microdomain alignment.
JP35709092A 1992-12-21 1992-12-21 Liquid crytal electrooptical device Pending JPH06186532A (en)

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