JPH0643498A - 強誘電性液晶表示素子 - Google Patents

強誘電性液晶表示素子

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JPH0643498A
JPH0643498A JP4199841A JP19984192A JPH0643498A JP H0643498 A JPH0643498 A JP H0643498A JP 4199841 A JP4199841 A JP 4199841A JP 19984192 A JP19984192 A JP 19984192A JP H0643498 A JPH0643498 A JP H0643498A
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充浩 向殿
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洋 合田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 短ピッチ双安定性強誘電性液晶を適用して階
調表示をし得る。 【構成】 少なくとも電極膜と配向制御層とを有する一
対の基板間に強誘電性液晶が充填された液晶セルの前後
に、クロスニコル状態に配置した一対の偏光板を設置
し、電界無印加時の消光位の一つに該偏光板の偏光方向
を合わせた液晶表示装置において強誘電性液晶が短ピッ
チ双安定性強誘電性液晶(Short Pitch Bistable Ferroe
lectric Liquid Crystal) であり、印加電圧が矩形波で
あり、かつその波高値を変化させることで階調表示をし
得、前記液晶がカイラルスメクティックC 相における螺
旋ピッチが前記一対の基板間隔より短いにもかかわら
ず、その螺旋構造が解かれていることを特徴とする強誘
電性液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は強誘電性液晶表示装置に
関する。さらに詳しくは、階調表示の可能な強誘電性液
晶表示装置および、これを薄膜トランジスタを用いて駆
動する強誘電性液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、液晶表示素子は時計、電卓はもと
より、ワープロ、パソコンなどのOA機器、ポケットテ
レビ、など幅広い分野において用いられているが、一般
に広く用いられている液晶表示素子はネマチック相を利
用したものである。ネマティック液晶を用いた液晶表示
装置としては、ツィストネマティック型(Twisted Nema
tic TN 型)液晶表示装置、スーパーツイステッド型(S
upertwisted Birefringence Effect、SBE 型)液晶表示
装置などがある。
【0003】しかしながらツイステッドネマティック
(TN)型液晶表示素子では、走査線数の増加とともに
駆動マージンが狭くなり、十分なコントラストが得られ
なくなるという欠点が存在するため、大容量の表示素子
を作ることは困難である。このTN型液晶表示素子を改
良するためスーパーツイステッドネマチック(STN)
型液晶表示素子、ダブルレイヤースーパーツイステッド
ネマチック(DSTN)型液晶表示素子が開発されてい
るが、ライン数の増加と共にコントラスト、応答速度が
低下するので、現状では800×1024ライン程度の表示容
量が限界である。加えて、TN型、STN型、DSTN
型などのネマチック相を利用した表示素子は視野角が狭
いという大きな欠点を有している。また、コントラス
ト、応答速度とも十分に良い値は得られない。
【0004】一方、基板上に薄膜トランジスタ(TF
T)を配列したアクティブマトリックス方式の液晶表示
素子も開発され、1000×1000ライン等の大容量表示が可
能となり、高いコントラストが得られるようになった
が、通常はTN液晶を組み合わせるため、視野角、応答
速度の点で問題が残っていた。そこで、このようなネマ
ティック液晶を用いる液晶表示装置を改良する装置とし
て、1980年にクラーク(N.A.Clark)とラガバル
(S.T.Lagerwall)によって、カイラルスメクティック
C液晶、すなわち強誘電性液晶を用いた液晶表示装置が
提案されている(特開昭56-107216号公報;米国特許第4
367924号)。 この液晶表示装置は、液晶分子の誘電異
方性を利用する電界効果を用いた前記の液晶表示装置と
は異なり、強誘電性液晶の自発分極の極性と電界の極性
とを整合させる回転力を用いた構成の液晶表示装置であ
る。この液晶装置の特徴としては、双安定性、メモリ
性、高速応答性などを上げることができる。すなわち、
強誘電性液晶をギャップを薄くしたセルに注入すると、
界面の影響を受けて強誘電性液晶の螺旋構造がほどけ、
図1(a)に示すように液晶分子18がスメクティック
層法線17に対して傾き角+θ19だけ傾いて安定する
領域と、逆方向に−θ20だけ傾いて安定する領域とが
混在し、双安定性を有する。このセル内の強誘電性液晶
に対して電圧16を印加することによって、図1(b)
に示すように液晶分子とその自発分極の向きを一様に揃
えることができる。また、印加する電圧の極性を切り替
えることによって図1(c)に示すように液晶分子の配
向を図1(b)とは逆方向に揃えることができる。
【0005】このスイッチング駆動に伴い、セル内の強
誘電性液晶では、複屈折光が変化するので2つの偏光子
間に上記セルを挟むことによって、透過光を制御するこ
とができる。さらに、図1(d)に示すように、電圧の
印加を停止しても液晶分子の配向は界面の配向規制力に
よって電圧印加停止前の状態に維持されるので、メモリ
効果も得ることができる。また、スイッチング駆動に必
要な時間は、液晶の自発分極と電界が直接作用するため
に、TN型液晶表示装置の1/1000以下という高速応答性
をもち、それにより高速表示が可能である。しかしなが
ら、高コントラストを示す一様な配向が得られにくい、
階調表示が困難である等の欠点も合わせ持つ。
【0006】また、強誘電性液晶を用いた表示装置とし
ては、短ピッチ双安定性強誘電性液晶表示装置(SBF-LCD
と略;Short Pitch Bistable Ferroelectric LCD) と呼
ばれる表示装置が、フィンフシィリング(J.Fuenfschill
ing) とシャット(M.Schadt)により提案されている(SID
90 Digest(1990)106-109)。この表示装置は、上記クラ
ーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置と似た原理を用
いるが、螺旋ピッチが基板間隔より短い強誘電性液晶を
使用する点で異なっている。すなわち、クラーク・ラガ
バル型表示装置では,一般に螺旋ピッチがセル厚よりも
大きい強誘電性液晶を用い、基板界面からの規制力によ
り螺旋構造をほどいている。それに対し、SBF-LCDは、
螺旋ピッチが基板間隔よりも短い強誘電性液晶を用いて
いる。
【0007】このため本来なら螺旋構造がほどけず、双
安定性(メモリ効果)を得られないのであるが、フィン
フシィリングとシャットは、液晶材料によっては、螺旋
ピッチが基板間隔より短い場合でも、螺旋構造がほど
け、双安定性(メモリ効果)が得られることを見いだし
た。この場合、図2(a)のように、層法線21、22
がお互いに±γだけ傾いた2つの領域が観測される。領
域1と領域2が、方向23に繰り返し交互に現れるた
め、偏光顕微鏡下で観察すると細かい縞模様が観測され
る。領域1と領域2のそれぞれで、図2(a)に示すよ
うに液晶分子24がスメクティック層法線21、22に
対して傾き角+θ25だけ傾いて安定する領域と、逆方
向に−θ26だけ傾いて安定する領域とが混在し、双安
定性を有する。このセル内の強誘電性液晶に対して電圧
27を印加することによって、図2(b)に示すよう
に、領域1と領域2のそれぞれで,液晶分子とその自発
分極の向きを一様に揃えることができる。
【0008】また、印加する電圧の極性を切り替えるこ
とによって図2(c)に示すように、領域1と領域2の
それぞれで,液晶分子の配向を図2(b)とは逆方向に
揃えることができる。このスイッチング駆動に伴い、セ
ル内の強誘電性液晶の領域1と領域2を合わせたマクロ
の複屈折の光軸は、+β28と−β29に変化するの
で、2つの偏光子間に上記セルを挟むことによって、透
過光を制御することができる。
【0009】以下では、領域1と領域2を合わせたマク
ロの複屈折の光軸を見かけの光軸と呼ぶ。図2(c)に
示すように、電圧の印加を停止しても、領域1と領域2
の境界部分30が螺旋構造の発生を阻害し、電圧印加停
止前の状態に維持されるので、メモリ効果も得ることが
できる。スイッチング駆動に必要な時間は、液晶の自発
分極と電界が直接作用するために、TN型液晶表示装置
の1/1000以下という高速応答性をもち、それにより高速
表示が可能である。
【0010】このSBF-LCDは、クラーク・ラガバル型表
示装置と比較しても、極めて一般的なラビング法によ
り、消光位をもつ無欠陥な一様配向が簡単に得られ、ま
たメモリ角が非常に大きいため、明るい表示が可能であ
るという利点を持つ。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】強誘電性液晶を用いた
表示装置は高速表示が可能であるという利点をもつが、
解決しなければならない問題点も多数存在する。その代
表的なものは、クラーク・ラガバル型表示装置、SBF-LC
D共に、双安定性をもつため階調表示が困難であるとい
う点である。クラーク・ラガバル型表示装置において、
階調表示には種々の方法が提案されているが、有望な方
法の1つとして 特開平3ー242624 特開平3ー243915 森、他、第16回液晶討論会、3K111(1990) 豊田、他、第16回液晶討論会、3K112(199
0) 松居、他、第17回液晶討論会、3F301(199
1) K.Nito et al.,Proc.IDRC, 179(1991) などで開示されている手法がある。
【0012】これらは片安定のクラーク・ラガバル型セ
ルに交流電圧を印加し、その電圧の大きさに応じて液晶
分子の分子軸方向を一義的に変化させることによって中
間表示を行う方法である。図3にこのモードの原理を示
す。電圧を印加しないときに分子は101の位置に存在
し、これに電圧をかけるとその極性に応じて分子は右又
は左に動く。充分に高い電圧を印加すると分子は102
または103の位置まで動くがそれ以下の電圧の場合に
は中間的な位置で分子がとどまる。そこで、例えば、1
01の位置に片方の偏光板の偏光軸を合わせ、もう一方
の偏光板の偏光軸をこれと直交に合わせれば中間調表示
が得られる。なお、ここで断っておかなくてはならない
が、図3はこのモードを理解するために簡略化した図で
あり、実際の強誘電性液晶セルにおいては液晶分子の分
子軸方向は基板の上面から下面まで一様ではなく、捩れ
ていることを述べておかなくてはならない。図4は電圧
とチルト角の関係、図5は電圧と透過光量の関係であ
り、中間調表示が行えることがわかる。なお、これまで
開示されている技術によれば、片安定の強誘電性液晶を
用いることが述べられているが、片安定でも双安定でも
いずれの場合も中間調表示が可能である。
【0013】しかしながら、この中間調表示モードを用
いても、高コントラストを示す一様配向が得られにくい
という、クラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置の
もう一つの欠点は解決されない。一般に、パラレルラビ
ングを施したクラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装
置には、ジグザグ欠陥と呼ばれる配向欠陥が生じやす
い。これは、SmC*相において層構造が「く」の字型
に折れ曲がることに起因し、ラビング方向に対し「く」
の字がどちら向きに折れ曲がるかで、液晶分子の配向は
C1配向とC2配向に分けられる。C1配向とC2配向
の定義を図6に示す。このC1配向とC2配向の境目が
ジグザグ欠陥と呼ばれる欠陥となる。また、クラーク・
ラガバル型にはユニフォーム配向とツイスト配向と呼ば
れる2種類の分子配向状態も存在する。液晶分子が基板
の一方から他方の基板の間で略一様に配向している状態
をユニフォーム配向、基板の一方から他方の基板の間で
液晶分子が捩れて配向している状態をツイスト配向と呼
ぶ(図7)。一般に、ユニフォーム配向は消光位を持
ち、ツイスト配向は消光位を持たないことが知られてい
る。クラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置で高コ
ントラストを実現しようとすれば、ジグザグ欠陥の無
い、少なくとも1つの消光位を持つ一様な配向を用いな
ければならない。
【0014】上述のようなクラーク・ラガバル型表示装
置において高コントラストを示す一様配向を得るため
に、幾つかの方式が提案されてきた。その一つは、Si
O斜方蒸着法を用いたもので、比較的高いプレチルトを
基板界面に付与することで、層の折れ曲がりを防ぎ、斜
めに傾斜した層構造を達成した報告がある。また第2の
方法として、「く」の字構造を持つセルに高い電圧の交
流電界を印加することにより、層構造をブックシェルフ
構造に変える方法が提案されており(佐藤ら、第12回
液晶討論会(名古屋)、1F16(1986).)、い
ずれも高いコントラスト特性が得られたことが報告され
ている。しかしながら、前記の斜方蒸着法は、蒸着角度
を均一にする技術が難しいことや、真空プロセスを有す
るために、生産面で大きな問題がある。また電界を印加
する方法は、均一に層構造を変化させるのが難しく、長
期の時間の経過と共に徐々に元のシェブロン構造に変化
するものも多く、未だ実用化には至っていない。また、
第3の方法として、「く」の字構造の層のままで、高コ
ントラストを実現しようとする試みがある(例えば特開
平3−252624)。これは、θ<α+δ(θ:ティ
ルト角、α:プレティルト角、δ:層傾斜角)であるよ
うなクラーク・ラガバル型表示装置を用いるもので、高
コントラストを示すC1ユニフォーム配向が得られると
している。しかしながら、θ<α+δという関係を満た
すことにより一様なC1配向が得られやすくなることは
報告されているが、消光位をもつ一様なユニフォーム配
向を得るための決定的な手段は見いだされていないのが
現状であり、この第3の方法でも、高コントラストな一
様配向を得ることは、非常に困難である。
【0015】また、 松居、他、第17回液晶討論会、3F301(199
1) K.Nito et al.,Proc.IDRC, 179(1991) においては、アンチパラレルラビングセルを用いている
が、一般に、アンチパラレルラビングは欠陥の無い一様
な配向が得られにくい。
【0016】本発明はこのような状況下でなされたもの
であり、SBF-LCDのみかけのティルト角を電圧の値に応
じて変化させることにより、生産が容易で高コントラス
トを示し階調表示可能な、高速表示装置を提供するもの
である。
【0017】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、少な
くとも電極膜と配向制御層とを有する一対の基板間に強
誘電性液晶が充填された液晶セルの前後に、クロスニコ
ル状態に配置した一対の偏光板を設置し、電界無印加時
の消光位の一つに該偏光板の偏光方向を合わせた液晶表
示装置において、強誘電性液晶が短ピッチ双安定性強誘
電性液晶(ShortPitch Bistable Ferroelectric Liquid
Crystal SBF-LC と略) であり、印加電圧が矩形波であ
り、かつその波高値を変化させることで階調表示をし
得、前記液晶がカイラルスメクティックC 相における螺
旋ピッチが前記一対の基板間隔より短いにもかかわら
ず、その螺旋構造が解かれていることを特徴とする強誘
電性液晶表示装置が提供される。
【0018】さらに、このSBF-LCを適用した系として、
一対の基板のうち片方の基板上に、複数の走査電極と複
数の信号電極がマトリクス上に形成され、電極の各交点
にアクティブ素子が設けられ、一対の基板の双方が電界
印加用の電極膜と配向制御層を有する液晶セルに強誘電
性液晶が充填された液晶セルの前後に、クロスニコル状
態に配置した一対の偏光板を設置した強誘電性液晶表示
装置が提供される。
【0019】このうち、好ましい系として、アクティブ
素子の駆動方法がアモルファスシリコンまたはポリシリ
コンを半導体膜とする薄膜トランジスタの駆動方法を用
いたものであり、配向制御層が有機高分子膜からなり、
ラビング法により配向制御を行われるこを特徴とする強
誘電性液晶表示装置である。さらに、好ましくは、この
ラビング法による配向制御が、両面の基板にほぼ同等に
施され、各基板のラビング方向が略平行または略反平行
であり、および/またはラビング法による配向制御が、
両面の基板に非対称に施されたり、薄膜トランジスタが
設けられていない方の基板の前記高分子膜にのみラビン
グ処理が施されたことを特徴とする強誘電性液晶表示装
置を提供する。
【0020】この発明の強誘電性液晶は SBF-LC であ
り、そのカイラルスメクティックC 相における螺旋ピッ
チが前記一対の基板間隔より短いにもかかわらず、その
螺旋構造が解かれていることを特徴とする液晶であり、
例えばFLC-6430(Hoffman-La Roche社製)等が挙げられ
る。従来、SBF-LCDでは、螺旋がほどけ、双安定な2つ
の状態が出現し、電界によってこの2つの状態間をスイ
ッチングさせられることは知られていたが、これらの2
つの状態間の中間的な状態は作り出せないと一般に信じ
られてきた。しかし、発明者らは電界印加状態において
は中間的な状態が作り出せることを見いだした。即ち、
印加電圧が矩形波であり、かつその波高値を変化させる
ことで階調表示をし得た。
【0021】この中間的な状態は、電界誘起の見かけの
チルト角変化によると考えることができる。SBF-LCDの
見かけの光軸の、メモリ角、チルト角の関係を図8に示
す。メモリ角は、2つの見かけの消光位間の角度の1/2
とするが、これは通常液晶の見かけのチルト角よりも小
さい。チルト角θは電界を十分(±20V)印加したときの
見かけの消光位間の角度の1/2である。201、20
2、203はそれぞれ、メモリ状態、正の方向に十分な
電圧を印加した状態、負の方向に十分な電圧を印加した
状態の、見かけの光軸の位置を表す。当初、メモリ状態
201に見かけの光軸があるときに、負の方向に電圧を
印加すると、十分に大きな電圧を十分な時間だけ印加す
れば、見かけの光軸は203まで到達するが、そうでな
い場合は、電圧の大きさおよび電圧の印加時間に応じ
て、201と203の間の任意の位置まで見かけの光軸
が移動する。すなわち、電圧の大きさおよび/または電
圧の印加時間に応じて偏光子と見かけの光軸の成す角度
が変わるため、階調の表示が可能となる。この特性を用
いれば無限階調が可能であることが分かる。
【0022】電界印加によって一方のメモリ状態をとら
せたSBF-LCDの見かけの消光位にクロスニコルの状態に
設置した偏光板の偏光方向を一致させ、60Hzの矩形
波を印加して透過光強度を測定した。このときの、透過
光量の印加電圧依存性を図9に示す。図の透過光強度は
印加電圧1周期の間の透過光量を平均したものである。
図から分かるように、電圧が大きくなるにつれて透過光
量が連続的に増加している。この方法の場合、印加され
る電圧波形は正負のかたよりのないものであり、信頼性
の点でも問題がない。
【0023】図9の特性は、双安定のSBF-LCDを用いた
例であるが、片安定の素子を用いてももちろんよく、む
しろ、片安定の強誘電性液晶素子の方が安定した特性が
得られ易すい。SBF-LCDにおいて片安定を得る手段とし
ては、基板両面にパラレル方向にラビングを施すことが
知られている(Jpn.J.Appl.Phys.30(1991)741-746)
が、配向膜・再配向条件によっては、片面ラビングやア
ンチパラレルラビングによっても片安定性が生じること
がある。また、ラビング条件を両基板間で変えることも
有効な手段の1つである。
【0024】このような特性を生かした駆動法として
は、アクティブマトリクス駆動が上げられる。特に、薄
膜トランジスタを用いた駆動は好ましい。図10に薄膜
トランジスタ(TFT)を用いたアクテイブマトリクス
型液晶表示素子の等価回路を示す。液晶を駆動する場
合、走査線より信号を送ってゲート電極Gに電界を印加
し、TFTをオンにする。これに同期させて信号線より
ソース電極Sに信号を送ると、ドレイン電極Dを通して
液晶LCに電荷が蓄積され、これによって生じる電界に
よって液晶が応答する。
【0025】本発明の具体例を、l本の走査電極G1,
G2,...,Gn-1,Gn,Gn+1,Gn+2,...,Gl
-1,Glとk本の信号電極S1,S2,...,Sm,Sm+
1,...,Sk-1,Skがマトリクス状に形成され、そ
の各交点に薄膜トランジスタ(TFT)を配列したアク
ティブマトリクス基板に強誘電性液晶を組み合わせた図
11に示すような液晶表示素子を用いて説明する。各交
点のTFTのゲート電極は走査電極に接続され、ソース
電極は信号電極に接続される。P1/1,P1/2,...P
1/m,P1/m+1,...Pn/1,Pn/2,...Pn/m,Pn
/m+1,...などは各交点に形成されたTFTのドレイ
ン電極に接続された画素を示す。この液晶表示素子を駆
動するための駆動波形を図12に示す。
【0026】まず、t1の時間、走査電極G1より信号を
送ってTFTをオンにする。これに同期して、G1に接
続された画素(P1/1,P1/2,P1/m,P1/m+1,P1/k-
1,P1/k、など)に求められる表示に対応するゼロまた
は正の電圧を信号電極から印加する。次のt1の時間に
はG2より信号を送ってTFTをオンにし、これに同期
させて信号電極から信号を送る。以下同様にして順次各
走査電極に接続したTFTをオンにしてゆく。
【0027】さて、総ての走査電極より信号を送った
後、再びt1の時間走査電極G1より信号を送ってTFT
をオンにする。これに同期して、G1に接続された画素
(P1/1,P1/2,P1/m,P1/m+1,P1/k-1,P1/k、な
ど)に求められる表示に対応するゼロまたは負の電圧を
信号電極からは印加する。次のt1の時間にはG2より信
号を送ってTFTをオンにし、これに同期させて信号電
極からゼロまたは負の信号を送る。以下同様にして順次
各走査電極に接続したTFTをオンにしてゆく。このと
き画素に印加される電圧波形とそのときの透過光量変化
の一例を図12に示す。画素P1/1には大きな値の正負
の電界が1フレームごとに交互に印加され、この画素は
白表示となる。画素P12に印加される電圧は最初の4フ
レームでは画素P1/1に印加される電圧よりも小さく、
このためP1/2はP1/1よりも暗い表示となり、中間調表
示が得られる。5番目と6番目のフレームでは印加され
る電圧はゼロとなり、この画素は黒表示に変化する。こ
こで、ひとつ大切なことは、偏光板の合わせ方と、電界
印加の符号の関係である。図12の場合には、負の電界
を印加たときに生じるメモリ状態の消光位に偏光板の偏
光方向を合わせなければならない。別の言い方をすれ
ば、正の電圧を印加した後に、画素にかかる電圧がゼロ
となるようにすると、黒表示が欲しいのに白表示となっ
てしまう。それゆえ、図12では2フレームで1セット
となり、電圧値を変化させるのは2フレームで形成され
る1対のフレームのうち、最初のフレームでのみ行わな
ければならない。
【0028】なお、カラーフィルタを組み合わせればカ
ラー表示を得ることができる。以上説明したような本発
明の強誘電性液晶素子を用いると、以下の利点がある。
まず、黒状態が求められるときには液晶に電界がかから
ないため高コントラストが得られる。第2に、各画素に
印加する電圧を変えることで透過光量を変えることがで
き、容易に階調表示を行うことができる。第3に、1フ
レーム毎に印加電圧の極性を切り替えるため電荷の偏り
のない信頼性の高い液晶素子が得られれる。また、ネマ
チック液晶をTFTと組み合わせた素子に比べて応答速
度が速く、視野角が広いという長所がある。
【0029】配向処理層の形成法としては、ラビング
法、斜方蒸着法などがあるが、大画面の液晶表示素子の
量産化の場合にはラビング法が有利である。ラビング法
の場合、配向膜を形成した後、ラビング処理を施すわけ
であるが、パラレルラビング法(一対の基板の両方にラ
ビング処理を施しラビング方向が同一になるように貼り
合わせる方法)、アンチパラレルラビング法(一対の基
板の両方にラビング処理を施しラビング方向が逆になる
ように貼り合わせる方法)、片ラビング法(一対の基板
の片方にのみラビング処理を施す方法)がある。
【0030】本発明の強誘電性液晶素子の場合、いずれ
の配向法も用いることができるが、薄膜トランジスタを
形成しないほうの基板にのみラビング処理を施す片ラビ
ング法が特に好ましい。その理由としては以下の2つを
上げることができる。まず第1に、薄膜トランジスタを
形成しない基板の方が平坦であり、均一なラビング処理
が容易にできるからである。第2に、薄膜トランジスタ
を形成した基板にラビング処理を施すと、その処理によ
って生じる静電気によって、薄膜トランジスタの特性が
変化したり、配線間の絶縁破壊が生じたりし易いためで
ある。
【0031】
【実施例】
実施例1 パターンニングしたITO膜を形成した一対のガラス基
板上にそれぞれ絶縁膜を形成し、ナイロン6/6をスピン
コートし、片側基板のみラビングした。この一対のガラ
ス基板をセル厚1.2μmで貼り合わせ、FLC-6430(Hoff
man-La Roche製)を真空注入した。この液晶の物性を表
1に示す。
【0032】作製した強誘電性液晶セルを偏光顕微鏡に
セットし、20.5℃において、60Hzの矩形波を印加しつつ
透過光強度を測定した。結果を図13に示す。電圧によ
って透過光量が連続的に変化することが分かる。
【0033】実施例2 実施例1において、配向膜を、PSI-A-2101(チッソ石油
化学(株)製)、測定温度21.5℃とした場合も、同様の結
果が得られた。60Hz矩形電圧印加時における、透過光量
の電圧依存性を図14に示す。電圧によって透過光量が
連続的に変化することが分かる。
【0034】実施例3 パターンニングしたITO膜を形成した一対のガラス基
板上にそれぞれ絶縁膜を形成し、PSI-A-2101(チッソ石
油化学(株)製)をスピンコートし、ラビングした。この
一対のガラス基板を、ラビング方向が略反平行となるよ
うにセル厚1.2μmで貼り合わせ、FLC-6430(Hoffman-
La Roche製)を真空注入した。60Hz矩形波電圧印加にお
ける、透過光量の電圧依存性を図15に示す。電圧によ
って透過光量が連続的に変化することが分かる。
【0035】実施例4 実施例1で使用したセルをTFT駆動させた。このセル
の静電容量の周波数依存性を図16に示す。ゲートパル
ス幅TONを変えて駆動させたときの、ゲート電圧、ソー
ス電圧、ドレイン電圧及び透過光強度を図17に示す。
ただしこのとき偏光板は、正電圧印加時に暗状態となる
ように配置している。また、このときの、透過光強度の
ソース電圧依存性を図18に示す。TONが短いときは、
ドレイン電圧の変化が大きく、透過光強度のソース電圧
依存性も小さい。しかしながら、TONを100μsecに取る
と、ドレイン電圧の変化も小さくなり、透過光強度のソ
ース電圧依存性も良好なものが得られる。
【0036】
【発明の効果】本発明の強誘電性液晶素子を用いること
により、連続階調が実現できた。この表示装置をアクテ
ィブマトリクス駆動することにより、大容量、広視野
角、高コントラスト、無限階調表示(フルカラー表示)
の可能な液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】クラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置の
原理図である。
【図2】SBF−LCDの原理図である。
【図3】強誘電性液晶素子のスイッチングを説明するた
めの模式図である。
【図4】クラーク・ラガバル型強誘電性液晶素子の電圧
とティルト角の関係を示す図である。
【図5】クラーク・ラガバル型強誘電性液晶素子の印加
電圧と透過光量変化の関係を示す図である。
【図6】C1配向、C2配向の定義と、ジグザグ欠陥の
模式図である。
【図7】ユニフォーム配向、ツイスト配向の分子配向モ
デルである。
【図8】本発明のSBF−LCDのスイッチングを説明
するための模式図である。
【図9】本発明のSBF−LCDにおける強誘電性液晶
素子における印加電圧と透過光量変化の関係を示す図で
ある。
【図10】アクティブマトリクス型液晶表示について説
明するための等価回路図である。
【図11】本発明のアク強誘電性液晶の透過強度を示す
グラフである。ティブマトリクス型強誘電性液晶素子を
説明するための図である。
【図12】本発明の駆動法について説明するための図で
ある。
【図13】実施例の強誘電性液晶の透過強度を示すグラ
フである。
【図14】他の実施例の強誘電性液晶の透過強度を示す
グラフである。
【図15】他の実施例の強誘電性液晶の透過強度を示す
グラフである。
【図16】実施例1の液晶セルの静電容量の周波数依存
性を示すグラフである。
【図17】ゲート電圧、ソース電圧、ドレイン電圧の透
過光強度を示すグラフである。
【図18】透過光強度のソース電圧依存性を示すグラフ
である。
【符号の説明】
101 電圧を印加しないときの分子 102 充分に高い電圧を印加した分子 103 充分に高い電圧を印加した分子 201 メモリ状態の見かけの光軸の位置 202 正の方向に十分な電圧を印加した状態の見かけ
の光軸の位置 203 負の方向に十分な電圧を印加した状態の見かけ
の光軸の位置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 合田 洋 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 近藤 直文 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 片山 幹雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも電極膜と配向制御層とを有す
    る一対の基板間に強誘電性液晶が充填された液晶セルの
    前後に、クロスニコル状態に配置した一対の偏光板を設
    置し、電界無印加時の消光位の一つに該偏光板の偏光方
    向を合わせた液晶表示装置において、強誘電性液晶が短
    ピッチ双安定性強誘電性液晶であり、印加電圧が矩形波
    であり、かつその波高値を変化させることで階調表示を
    し得、前記液晶がカイラルスメクティックC 相における
    螺旋ピッチが前記一対の基板間隔より短いにもかかわら
    ず、その螺旋構造が解かれていることを特徴とする強誘
    電性液晶表示装置。
  2. 【請求項2】 一対の基板のうち片方の基板上に、複数
    の走査電極と複数の信号電極がマトリクス上に形成さ
    れ、電極の各交点にアクティブ素子が設けられ、一対の
    基板の双方が電界印加用の電極膜と配向制御層を有する
    液晶セルに強誘電性液晶が充填された液晶セルの前後
    に、クロスニコル状態に配置した一対の偏光板を設置し
    た強誘電性液晶表示装置において、強誘電性液晶が短ピ
    ッチ双安定性強誘電性液晶であり、連続する2つのフレ
    ームについて、第1のフレームで、正または0の電圧を
    液晶に印加し、第2のフレームで、負または0の電圧を
    液晶に印加し、かつその波高値を変化させることで階調
    表示をし得、前記液晶がカイラルスメクティックC 相に
    おける螺旋ピッチが前記一対の基板間隔より短いにもか
    かわらず、その螺旋構造が解かれていることを特徴とす
    る強誘電性液晶表示装置。
  3. 【請求項3】 アクティブ素子の駆動方法がアモルファ
    スシリコンまたはポリシリコンを半導体膜とする薄膜ト
    ランジスタの駆動方法を用いた請求項2に記載の強誘電
    性液晶表示装置。
  4. 【請求項4】 配向制御層が有機高分子膜からなり、ラ
    ビング法により配向制御を行われるこを特徴とする請求
    項1〜3項のいずれかの項に記載の強誘電性液晶表示装
    置。
  5. 【請求項5】 ラビング法による配向制御が、両面の基
    板にほぼ同等に施され、各基板のラビング方向が略平行
    または略反平行であることを特徴とする請求項4項に記
    載の強誘電性液晶表示装置。
  6. 【請求項6】 ラビング法による配向制御が、両面の基
    板に非対称に施されることを特徴とする請求項4項に記
    載の強誘電性液晶表示装置。
  7. 【請求項7】 配向制御層が有機高分子膜からなり、薄
    膜トランジスタが設けられていない方の基板の前記高分
    子膜にのみラビング処理が施されたことを特徴とする請
    求項2に記載の強誘電性液晶表示装置。
  8. 【請求項8】 配向制御層が有機高分子膜からなり、薄
    膜トランジスタが設けられていない方の基板の前記高分
    子膜にのみラビング処理が施されたことを特徴とする4
    項に記載の強誘電性液晶表示装置。
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EP93300664A EP0554109B1 (en) 1992-01-29 1993-01-29 Method for driving a liquid crystal display
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