JPH079508B2 - Liquid crystal display device and driving method thereof - Google Patents

Liquid crystal display device and driving method thereof

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JPH079508B2
JPH079508B2 JP584785A JP584785A JPH079508B2 JP H079508 B2 JPH079508 B2 JP H079508B2 JP 584785 A JP584785 A JP 584785A JP 584785 A JP584785 A JP 584785A JP H079508 B2 JPH079508 B2 JP H079508B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、液晶表示素子及びその駆動方法に関し、特
に、強誘電性液晶を使用した液晶表示素子及びその駆動
方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a liquid crystal display device and a driving method thereof, and more particularly to a liquid crystal display device using a ferroelectric liquid crystal and a driving method thereof.

[従来の技術] 従来より、走査電極群と信号電極群をマトリクス状に構
成し、その電極間に液晶化合物を充填し、多数の画素を
形成して画像或いは情報の表示を行う液晶表示素子はよ
く知られている。この表示素子の駆動法としては、走査
電極群に、順次周期的にアドレス信号を選択印加し、信
号電極群には所定の情報信号をアドレス信号と同期させ
て並列的に選択印加する時分割駆動が採用されている
が、この表示素子及びその駆動法は、以下に述べる如き
致命的とも言える大きな欠点を有していた。
[Prior Art] Conventionally, a liquid crystal display element that forms a scanning electrode group and a signal electrode group in a matrix form, fills a liquid crystal compound between the electrodes, and forms a large number of pixels to display an image or information is known. well known. The driving method of this display element is a time-division drive in which an address signal is selectively applied to the scanning electrode group sequentially and cyclically, and a predetermined information signal is applied to the signal electrode group in parallel in synchronization with the address signal. However, this display element and its driving method had a serious drawback that can be said to be fatal as described below.

即ち、画素密度を高く、或いは画面を大きくするのが難
しいことである。従来の液晶の中で応答速度が比較的高
く、しかも消費電力が小さいことから、表示素子として
実用に供されているのは殆どが、例えば、“アプライド
・フィジックス・レターズ”(“Applied Physics Lett
ers")1971年12月15日号,127〜128頁のM・シャット
(M・Schadt)とW・ヘルフリヒ(W・Helfrich)共
著、「ボルテージ−ディペンデェント・オプチカル・ア
クティビティ・オブ・ア・ツイステッド・ネマチック・
リキッド・クリスタル」(“Voltage Dependent Optica
l Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal")
に示されたツイステッドネマチック型の液晶を用いたも
のであり、この型の液晶は、無電界状態で正の誘電異方
性をもつネマチック液晶の分子が、液晶層厚方向で捩れ
た構造(ヘリカル構造)を形成し、両電極面でこの液晶
の分子が互いに並行に配列した構造を形成している。一
方、電界印加状態では、正の誘電異方性をもつネマチッ
ク液晶が電界方向に配列し、この結果光調変調を起すこ
とができる。この型の液晶を用いてマトリクス電極構造
によって表示素子を構成した場合、走査電極と信号電極
が共に選択される領域(選択点)には、液晶分子を電極
面に垂直に配列させるに要する閾値以上の電圧が印加さ
れ、走査電極と信号電極が共に選択されない領域(非選
択点)には電圧は印加されず、したがって液晶分子は電
極面に対して並行な安定配列を保っている。このような
液晶セルの上下に、互いにクロスニコル関係にある直線
偏光子を配置することにより、選択点では光が透過せ
ず、非選択点では光が透過するため、画像素子とするこ
とが可能とする。然し乍ら、マトリクス電極構造を構成
した場合には、走査電極が選択され、信号電極が選択さ
れない領域或いは、走査電極が選択されず、信号電極が
選択される領域(所謂“半選択点”)にも有限の電界が
かかってしまう。選択点にかかる電圧と、半選択点にか
かる電圧の差が充分に大きく、液晶分子を電界に垂直に
配列させるに要する電圧閾値がこの中間の電圧値に設定
されるならば、表示素子は正常に動作するわけである。
That is, it is difficult to increase the pixel density or enlarge the screen. Among the conventional liquid crystals, most of them are practically used as display devices because of their relatively high response speed and low power consumption. For example, "Applied Physics Letters"
ers ") December 15, 1971, 127-128, by M. Schadt and W. Helfrich," Voltage-Dependent Optical Activity of a Twisted. " Nematic
Liquid Crystal "(" Voltage Dependent Optica
l Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal ")
The twisted nematic liquid crystal shown in Fig. 2 is used, and this type of liquid crystal has a structure in which the molecules of the nematic liquid crystal having a positive dielectric anisotropy in the absence of an electric field are twisted in the thickness direction of the liquid crystal layer (helical Structure is formed, and the molecules of the liquid crystal are aligned in parallel with each other on both electrode surfaces. On the other hand, when an electric field is applied, nematic liquid crystals having positive dielectric anisotropy are aligned in the direction of the electric field, and as a result, light modulation can occur. When a display element is constructed with a matrix electrode structure using this type of liquid crystal, in a region (selection point) in which both the scanning electrode and the signal electrode are selected, the liquid crystal molecules are equal to or more than the threshold value required to be aligned vertically to the electrode surface. The voltage is applied, and no voltage is applied to a region (non-selection point) in which neither the scanning electrode nor the signal electrode is selected, so that the liquid crystal molecules maintain a stable alignment parallel to the electrode surface. By arranging linear polarizers having a crossed Nicols relationship above and below such a liquid crystal cell, light does not pass at selected points and light passes at non-selected points, so it can be used as an image device. And However, when the matrix electrode structure is formed, the scan electrode is selected and the signal electrode is not selected, or the scan electrode is not selected and the signal electrode is selected (so-called “half-selected point”). A finite electric field is applied. If the difference between the voltage applied to the selection point and the voltage applied to the semi-selection point is sufficiently large and the voltage threshold value required to align the liquid crystal molecules perpendicularly to the electric field is set to an intermediate voltage value, the display element will operate normally. It works.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明が解決しようとする問題点は、上記の方式で走査
線数を増やして行った場合、画面全体を走査する間に1
つの選択的に有効な電界がかかっている時間(duty比)
は、1/Nの割合で減少してしまい、このために、くり返
し走査を行った場合の選択点と非選択点にかかる実効値
としての電圧差は、走査線数が増えれば増える程小さく
なり、結果的には画像コントラストの低下やクロストー
クが避け難い欠点となることで、このような現象は、双
安定状態を有さない液晶(電極面に対し、液晶分子が水
平に配向しているのが安定状態であり、電界が有効に印
加されている間のみ垂直に配向する)を、時間的蓄積効
果を利用して駆動する(即ち、繰り返し走査する)とき
に生じる本質的には避け難い問題点があり、この点を改
良するために、電圧平均化法、二周波駆動法や多重マト
リクス法等が既に提案されているが、いずれの方法でも
不充分であり、表示素子の大画面化や高密度化は、走査
線数が充分に増やせないことによって頭打ちになってい
る。
[Problems to be Solved by the Invention] The problem to be solved by the present invention is that when the number of scanning lines is increased by the above-described method, one
Time for which two selectively effective electric fields are applied (duty ratio)
Will decrease at a rate of 1 / N.Therefore, the voltage difference as the effective value applied to the selected point and the non-selected point when repeating scanning becomes smaller as the number of scanning lines increases. As a result, a decrease in image contrast and crosstalk are inevitable drawbacks, and such a phenomenon is caused by a liquid crystal that does not have a bistable state (liquid crystal molecules are aligned horizontally with respect to the electrode surface). Is stable and vertically aligned only when the electric field is effectively applied), which is essentially unavoidable when driven (that is, repeatedly scanned) using the temporal accumulation effect. There is a problem, and in order to improve this point, the voltage averaging method, the two-frequency driving method, the multiple matrix method, etc. have already been proposed, but none of them is sufficient, and the display device has a large screen. For higher density, increase the number of scanning lines It has peaked by Ikoto.

更に、強誘電性液晶を使用した画像表示においては、強
誘電液晶分子の状態がメモリ性を有する状態であると、
2つの双安定状態のいずれかに安定しようとして、中間
的な分子位置を少なくとも理想的には取らないため、従
来のアナログ的な分子挙動を取り得ず、階調表現に不向
きであると考えられていた。だからと言って、デイザ法
による階調表示では、解像度を低下させることになり、
表示品質上の要求に答えられず、特に、電極をエッチン
グで形成する場合には1画素のサイズに限界があるので
好ましくなかった。
Further, in the image display using the ferroelectric liquid crystal, if the state of the ferroelectric liquid crystal molecules is a state having a memory property,
Attempting to stabilize in one of the two bistable states does not at least ideally take an intermediate molecular position, so that conventional analog-like molecular behavior cannot be obtained and it is considered unsuitable for gradation expression. It was However, in gradation display by the dither method, the resolution is lowered,
It was not preferable because the demand for display quality could not be met, and especially when the electrodes were formed by etching, the size of one pixel was limited.

本発明は、これらのに問題点をすべて解決し、新規な双
安定性液晶、特に強誘電性液晶を使用した液晶表示素子
と、その階調操作に優れた駆動方法とを提供することを
目的とする。
It is an object of the present invention to solve all of these problems, and to provide a liquid crystal display device using a novel bistable liquid crystal, particularly a ferroelectric liquid crystal, and a driving method excellent in gradation operation thereof. And

[問題点を解決するための手段] 本発明において、上記の問題点を解決するために講じら
れた手段は、強誘電性液晶を使用した液晶層と、絶縁層
と、表示画素電極とを積層状に備えた液晶表示素子であ
って、絶縁層が表示画素電極上に形成され、その層厚が
連続的もしくは段階的に変化して分布されることを特徴
とする液晶表示素子とするものであり、かつ、その駆動
方法として、強誘電性液晶を使用した液晶層と、表示画
素電極と、該表示画素電極上に形成された層厚の異なる
絶縁層とを備えて成る液晶表示素子の駆動方法であっ
て、周波数もしくは電圧波高値を絶縁層の層厚に対応さ
せて変化させた信号電圧を表示画素電極へ印加すること
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法を用いるものであ
る。
[Means for Solving Problems] Means for solving the above problems in the present invention include a liquid crystal layer using a ferroelectric liquid crystal, an insulating layer, and a display pixel electrode. A liquid crystal display element having a shape, wherein an insulating layer is formed on a display pixel electrode and the layer thickness is continuously or stepwise changed and distributed. And, as a driving method thereof, driving of a liquid crystal display element including a liquid crystal layer using a ferroelectric liquid crystal, a display pixel electrode, and an insulating layer formed on the display pixel electrode and having a different layer thickness. A method for driving a liquid crystal display element is characterized in that a signal voltage, which is changed in frequency or voltage peak value in accordance with the layer thickness of an insulating layer, is applied to a display pixel electrode.

本発明の駆動法で用いる強誘電性液晶としては、加えら
れる電界に応じて第一の光学的安定状態と第二の光学的
安定状態とのいずれかを取る、すなわち電界に対する双
安定状態を有す物質、特にこのような性質を有する液晶
が用いられる。
The ferroelectric liquid crystal used in the driving method of the present invention has one of a first optical stable state and a second optical stable state depending on an applied electric field, that is, has a bistable state with respect to an electric field. A substance, especially a liquid crystal having such a property is used.

本発明の駆動法で用いることができる双安定性を有する
強誘電性液晶としては、強誘電性を有するカイラルスメ
クティックC相(SmC*)又はH相(SmH*)の液晶が適
している。この強誘電性液晶については、“ル・ジュー
ルナル・ド・フィジーク・ルテール”(“LE JOURNAL D
E PHYSIQUE LETTERS")1975年、36(L-69)号,「フェ
ロエレクトリック・リキッド・クリスタル」(「Ferroe
lectric Liquid Crystals」);“アプライド・フィジ
ックス・レターズ”(“Applied Physics Letters")19
80年,36(11)号,「サブミクロ・セカンド・バイステ
イブル・エチクトロオブチック・スイッチング・イン・
リキッド・クリスタルス」(「Submicro Second Bistab
le Electrooptic Switching in Liquid Crystals」);
“固体物理"1981年,16(141)号,「液晶」等に記載さ
れていて、本発明においても、これらに開示された強誘
電性液晶を使用する。
As the ferroelectric liquid crystal having bistability that can be used in the driving method of the present invention, a chiral smectic C phase (SmC *) or H phase (SmH *) liquid crystal having ferroelectricity is suitable. For this ferroelectric liquid crystal, refer to "LE JOURNAL D
E PHYSIQUE LETTERS ") 1975, No. 36 (L-69)," Ferroelectric Liquid Crystal "(" Ferroe
lectric Liquid Crystals ");" Applied Physics Letters "19
1980, No. 36 (11), "Sub-micro second bistable ectotroobtic switching in
Liquid Crystals "(" Submicro Second Bistab
le Electrooptic Switching in Liquid Crystals ”);
"Solid state physics", 1981, 16 (141), "Liquid crystal", etc., and the ferroelectric liquid crystal disclosed therein is also used in the present invention.

より具体的には、本発明法に用いられる強誘電性液晶化
合物の例としては、デシロキシベンジリデン‐p′‐ア
ミノ‐2−メチルブチルシンナメート(DOBAMBC)、ヘ
キシルオキシベンジリデン‐p′‐アミノ‐2−クロロ
プロピルシンナメート(HOBACPC)および4-o-(2−メ
チル)‐ブチルレゾルシリデン‐4′‐オクチルアニリ
ン(MBRA8)等が挙げられる。
More specifically, examples of the ferroelectric liquid crystal compound used in the method of the present invention include desiloxybenzylidene-p'-amino-2-methylbutylcinnamate (DOBAMBC), hexyloxybenzylidene-p'-amino- 2-chloropropyl cinnamate (HOBACPC) and 4-o- (2-methyl) -butylresorcylidene-4'-octylaniline (MBRA8) and the like can be mentioned.

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SmC*相又はSmH*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
ロック等により支持することができる。
When using these materials to construct an element, the element is supported by a copper block with a heater embedded, if necessary, in order to maintain the temperature at which the liquid crystal compound becomes the SmC * phase or SmH * phase. can do.

又、前述のSmC*やSmH*の他にカイラルスメクティック
I相(SmI*)、J相(SmJ*)、G相(SmG*)、F相
(SmF*)、K相(SmK*)などで現われる強誘電性液晶
を用いることもできる。
In addition to the above-mentioned SmC * and SmH *, chiral smectic I phase (SmI *), J phase (SmJ *), G phase (SmG *), F phase (SmF *), K phase (SmK *), etc. A ferroelectric liquid crystal that appears can also be used.

[作 用] 第3図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもの
である。1と1′は、In2O3、SnO2やITO(Indium-Tin O
xide)等の透明電極がコートされた基板(ガラス板)で
あり、その間に液晶分子層2がガラス面に垂直になるよ
う配向したSmC*相の液晶が封入されている。太線で示
した線3が液晶分子を表わしており、この液晶分子3
は、その分子に直交した方向に双極子モーメント
(P)4を有している。基板1と1′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3のらせん
構造がほどけ、双極子モーメント(P)4はすべて電
界方向に向くよう、液晶分子3の配向方向を変えること
ができる。液晶分子3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、従って例え
ばガラス面の上下に互いにクロスニコルの位置関係に配
置した偏光子を置けば、電圧印加極性によって光学特性
が変わる液晶光学変調素子となることは、容易に理解さ
れる。さらに液晶セルの厚さを充分に薄くした場合(例
えば1μ)には、第4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は、ほどけ(非らせ
ん構造)、その双極子モーメントP又はP′は上向き
(4a)又は下向き(4b)のどちらかの状態をとる。この
ようなセルに第4図に示す如く一定の閾値以上の極性の
異なる電界E又はE′を所定時間付与すると、双極子モ
ーメントは電界E又はE′の電界ベクトルに対応して上
向き4a又は、下向き4bと向きを変え、それに応じて液晶
分子は第一の配向状態5かあるいは第二の配向状態5′
の何れか一方に配向する。
[Operation] FIG. 3 schematically illustrates an example of a ferroelectric liquid crystal cell. 1 and 1'are In 2 O 3 , SnO 2 and ITO (Indium-Tin O
xide) and the like coated with a transparent electrode (glass plate), in which SmC * phase liquid crystal oriented so that the liquid crystal molecular layer 2 is perpendicular to the glass surface is enclosed. A thick line 3 represents a liquid crystal molecule, and this liquid crystal molecule 3
Has a dipole moment (P ) 4 in a direction orthogonal to its molecule. When a voltage above a certain threshold is applied between the electrodes on the substrates 1 and 1 ', the helical structure of the liquid crystal molecules 3 is unraveled, and all the dipole moments (P ) 4 are oriented in the direction of the electric field. You can change direction. The liquid crystal molecules 3 have an elongated shape, and exhibit refractive index anisotropy in the major axis direction and the minor axis direction thereof. Therefore, for example, if polarizers arranged in a crossed Nicols position above and below a glass surface are placed. It is easily understood that the liquid crystal optical modulation element has optical characteristics that change depending on the polarity of voltage application. Further, when the thickness of the liquid crystal cell is made sufficiently thin (for example, 1 μ), the helical structure of the liquid crystal molecules is unwound (non-helical structure) even if no electric field is applied as shown in FIG. The child moment P or P'takes either an upward (4a) or downward (4b) state. As shown in FIG. 4, when an electric field E or E'having a polarity different from a certain threshold value is applied to such a cell for a predetermined time, the dipole moment is directed upward 4a or corresponding to the electric field vector of the electric field E or E ', or The direction is changed to downward 4b, and the liquid crystal molecule is changed to the first alignment state 5 or the second alignment state 5'according to it.
Orient one of them.

このような強誘電性液晶を光学変調素子として用いるこ
との利点は2つある。第1に応答速度が極めて速いこ
と、第2に液晶分子の配向が双安定状態を有することで
ある。第2の点を例えば第2図によって説明すると、電
界Eを印加すると液晶分子は第一の配向状態5に配向す
るが、この状態は電界を切っても安定である。又、逆向
きの電界E′を印加すると、液晶分子は第二の配向状態
5′に配向して、その分子の向きを変えるが、やはり電
界を切ってもこの状態に留っている。又、与える電界E
が一定の閾値を越えない限り、それぞれの配向状態にや
はり維持されている。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、セルとしては出来るだ
け薄い方が好ましく、一般的には、0.5μ〜20μ、特に
1μ〜5μが適している。この種の強誘電性液晶を用い
たマトリクス電極構造を有する液晶−電気光学装置は、
例えばクラークとガバルにより、米国特許第4367924号
明細書で提案されている。
There are two advantages of using such a ferroelectric liquid crystal as an optical modulation element. Firstly, the response speed is extremely fast, and secondly, the alignment of liquid crystal molecules has a bistable state. Explaining the second point with reference to FIG. 2, for example, when an electric field E is applied, the liquid crystal molecules are aligned in the first alignment state 5, but this state is stable even when the electric field is cut off. When a reverse electric field E'is applied, the liquid crystal molecules are oriented in the second alignment state 5'to change the orientation of the molecules, but they remain in this state even when the electric field is cut off. Also, the applied electric field E
As long as the values do not exceed a certain threshold, they are still maintained in their respective orientations. In order to effectively realize such a high response speed and bistability, it is preferable that the cell is as thin as possible, and generally 0.5 μ to 20 μ, particularly 1 μ to 5 μ is suitable. A liquid crystal-electro-optical device having a matrix electrode structure using this type of ferroelectric liquid crystal,
For example, proposed by Clark and Gabal in US Pat. No. 4,367,924.

本発明は、上記の強誘電性液晶を、双安定を有する状態
で使用する場合のセル構造及び駆動方法に工夫を加える
ものであり、強誘電性液晶素子の電極上に、層厚の異な
る絶縁膜を設けることにより、階調表示を可能にするも
のである。
The present invention is to devise a cell structure and a driving method when the above-mentioned ferroelectric liquid crystal is used in a bistable state, in which insulating layers having different layer thicknesses are formed on the electrodes of the ferroelectric liquid crystal element. The provision of the film enables gradation display.

原理的に、電極上に絶縁層を形成した基板を液晶層の片
側もしくは両側に使用して液晶表示素子を構成した場
合、例えば、絶縁層の容量をC1、液晶層の容量をC2
し、プラス方向のパルスを印加して、その電圧波高値を
V0とすると、液晶層には、容量分割により、V0・C1/(C
1+C2)の初期電圧がかかり、その後は、絶縁層の抵抗
値R1が十分に大きければ、液晶層の抵抗値R2に比例する
時定数τ=R2(C1+C2)で減衰して行く。液晶層で電荷
がリークするのとほぼ等しい時間だけパルスを印加する
と、パルス波形の下降時に印加電圧と逆極性の電界が液
晶層に印加されるので、この場合に、液晶層の抵抗R2
及び容量C2を一定とすると、絶縁層の容量C1により初期
電圧値及び時定数が変動することになる。ここで、画素
電極上に絶縁層の厚みの分布を形成することによる容量
分布を実現すれば、印加電圧の周波数と電圧波高値とを
変化させることにより、前記容量分布に対応した状態
で、液晶表示を制御することができる。
In principle, when a liquid crystal display element is constructed by using a substrate with an insulating layer formed on electrodes on one side or both sides of the liquid crystal layer, for example, the capacitance of the insulating layer is C 1 and the capacitance of the liquid crystal layer is C 2. , Pulse of positive direction is applied, and the voltage peak value is
Assuming V 0 , the liquid crystal layer has V 0 · C 1 / (C
1 + C 2 ) initial voltage is applied, and thereafter, if the insulation layer resistance value R 1 is sufficiently large, it decays with a time constant τ = R 2 (C 1 + C 2 ) proportional to the resistance value R 2 of the liquid crystal layer. To go. When a pulse is applied for a time almost equal to the leakage of electric charge in the liquid crystal layer, an electric field of the opposite polarity to the applied voltage is applied to the liquid crystal layer when the pulse waveform falls, so in this case, the resistance R 2 of the liquid crystal layer,
When the capacitance C 2 is constant, the initial voltage value and the time constant vary depending on the capacitance C 1 of the insulating layer. Here, if the capacitance distribution is realized by forming the thickness distribution of the insulating layer on the pixel electrode, the liquid crystal is changed in a state corresponding to the capacitance distribution by changing the frequency of the applied voltage and the voltage peak value. The display can be controlled.

[実施例] 以下、図面と実施例により、本発明を詳細に説明する。[Examples] Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings and examples.

第1図(イ)は、本発明を実施した液晶表示素子の構造
の一例を示す断面図である。第1図において、液晶表示
素子は、透明電極1と、液晶層2と、絶縁層5とを積層
状にガラス基板6で挟持して構成されている。透明電極
1は公知のITO電極であり、液晶層2は前記強誘電液晶
の一種DOBAMBCが使用され、絶縁層5はポリイミド樹脂
で、図中下方のITO電極1上に形成されている。液晶表
示素子は図中3つの画素領域(一),(二),及び
(三)に分割され、それぞれの領域で、絶縁層5は異な
る層厚にパターニングされていて、それに伴い、領域
(一)での容量はC1′,領域(二)での容量はC1″,領
域(三)での容量はC1である。同様に、液晶層の容量
及び抵抗も、それぞれC2′,C2″,C2及びR2′,R2″,R2
とすると、この液晶表示素子の容量分布は、第1図
(ロ)の回路図に示されるようになる。ここで、3つの
領域の面積が等しいとすると、液晶層の厚みが絶縁層の
厚みに比較して十分に大きいものとして、近似的にC2
≒C2″≒C2であり、R2′≒R2″≒R2であるとするこ
とができ、この場合には、液晶層にかかる電圧波形は絶
縁層での容量の函数となる。
FIG. 1 (a) is a sectional view showing an example of the structure of a liquid crystal display element embodying the present invention. In FIG. 1, a liquid crystal display element is configured by sandwiching a transparent electrode 1, a liquid crystal layer 2, and an insulating layer 5 between glass substrates 6 in a laminated shape. The transparent electrode 1 is a known ITO electrode, the liquid crystal layer 2 is made of the above-mentioned ferroelectric liquid crystal DOBAMBC, and the insulating layer 5 is a polyimide resin, which is formed on the lower ITO electrode 1 in the figure. The liquid crystal display device is divided into three pixel regions (1), (2), and (3) in the drawing, and the insulating layer 5 is patterned to have different layer thicknesses in each region, and accordingly, the region (1) is formed. ) Is C 1 ′, the capacitance in region (2) is C 1 ″, and the capacitance in region (3) is C 1. Similarly, the capacitance and resistance of the liquid crystal layer are C 2 ′, C 2 ″, C 2 and R 2 ′, R 2 ″, R 2
Then, the capacitance distribution of this liquid crystal display element becomes as shown in the circuit diagram of FIG. Here, assuming that the areas of the three regions are equal, assuming that the thickness of the liquid crystal layer is sufficiently larger than the thickness of the insulating layer, it is approximately C 2 ′.
It can be said that ≈C 2 ″ ≈C 2 and R 2 ′ ≈R 2 ″ ≈R 2 , and in this case, the voltage waveform applied to the liquid crystal layer is a function of the capacitance in the insulating layer.

第2図(a)〜(f)は、一画素に印加される電圧波形
及び液晶層間における電圧波形の各例を示す波形図であ
って、図(a)は、パルス巾T、波高値V0の印加電圧パ
ルスを示し、そのパルス巾T及び電圧V0を適切に設定す
ることにより、C1>C1″>C1として、領域(三),
(二),(一)にかかる電圧波形をそれぞれ(b),
(c),(d)の如くにすることができる。即ち、領域
(三)では液晶分子は前記第一の安定状態になり、領域
(二)では前記第一の安定状態になったのち直ちに前記
第二の安定状態に反転してしまい、領域(一)では電圧
印加前の状態Qn-1を保つ。また、この時、領域(二)に
対して図(e)に示されるようなパルス(V1≦V0,T0
T)を加えると、図(f)に示されるような電圧が液晶
に印加され、領域(二)でも第一の安定状態に書込まれ
る。下表は、上記の動作を一覧表としたものである。
FIGS. 2A to 2F are waveform diagrams showing examples of the voltage waveform applied to one pixel and the voltage waveform between the liquid crystal layers, and FIG. 2A is a pulse width T and a peak value V. By setting the pulse width T and the voltage V 0 of the applied voltage pulse of 0 appropriately, C 1 > C 1 ″> C 1 is established, and the region (3),
The voltage waveforms applied to (2) and (1) are (b),
(C) and (d) can be used. That is, in the region (3), the liquid crystal molecules are in the first stable state, and in the region (2), the liquid crystal molecules are immediately inverted to the second stable state, and then the region (first). ) Keeps the state Qn -1 before voltage application. At this time, the pulse (V 1 ≤V 0 , T 0 <for the region (2) as shown in FIG.
When T) is applied, a voltage as shown in FIG. 6F is applied to the liquid crystal, and the region (2) is written in the first stable state. The table below lists the above operations.

上記第1表及び第2表は、画素内の領域別の状態変化を
示す表で、第1表は電圧変調によるものであり、第2表
は周波数変調によるものである。表中“0"及び“1"はそ
れぞれ双安定状態の一方を示し、“1"になる方向へ電界
が与えられるものとする。Qn-1は電圧印加前の状態を示
し、この状態を考慮に入れて駆動すれば、1画素上にお
ける一部領域と他の領域との状態を異ならせることが可
能になり、階調表示が達成される。
The above-mentioned Tables 1 and 2 are tables showing state changes in each region in the pixel, wherein Table 1 is based on voltage modulation and Table 2 is based on frequency modulation. In the table, "0" and "1" respectively indicate one of the bistable states, and an electric field is applied in the direction of "1". Qn -1 shows the state before voltage application, and if this state is taken into consideration when driving, it becomes possible to make the state of a partial region on one pixel different from that of another region, and gradation display is possible. To be achieved.

実施例1 液晶として公知のDOBAMBCを使用し、液晶セルのギャッ
プを約2.0μmとし、内面にポリイミド樹脂のパターニ
ングにより第1図に示された如き断面の絶縁層を画素毎
に形成し、ラビング処理を行った。ここで、領域の面積
をすべて1cm2に均一化し、絶縁層の層厚を領域(一),
(二),(三)それぞれについて400Å,800Å,2000Åと
した場合、印加電圧パルスの初期電圧をV0とすると、前
記領域(一),(二),(三)それぞれ約62%,89%,94
%の初期電圧が印加され、それぞれの時定数は、約0.4,
0.8,1.6msecである。従って、第1表に相当する電圧値
としては、 i)1V>V1 ii)1V<V2<5V iii)5V<V3<30V iv)30V<V4<70V v)70V<V5 で達成できた。第2表に相当する周波数としては、 i)625HZ>f1 ii)625HZ<f2<1250HZ iii)1250HZ<f3 で達成できた。
Example 1 A known DOBAMBC was used as a liquid crystal, a liquid crystal cell gap was set to about 2.0 μm, and an insulating layer having a cross section as shown in FIG. I went. Here, the area of all the regions is made uniform to 1 cm 2, and the layer thickness of the insulating layer is set to the region (1),
In the case of 400 Å, 800 Å, 2000 Å for each of (2) and (3), assuming that the initial voltage of the applied voltage pulse is V 0 , the regions (1), (2) and (3) are approximately 62% and 89%, respectively. , 94
% Initial voltage is applied, and each time constant is about 0.4,
0.8 and 1.6 msec. Therefore, the voltage values corresponding to Table 1 are: i) 1V> V 1 ii) 1V <V 2 <5V iii) 5V <V 3 <30V iv) 30V <V 4 <70V v) 70V <V 5 I was able to achieve it. As frequencies corresponding to those in Table 2, i) 625HZ> f 1 ii) 625HZ <f 2 <1250HZ iii) 1250HZ <f 3 could be achieved.

第5図(イ),(ロ)及び(ハ)は、本発明を実施した
液晶表示素子の別な画素構成例を示す平面図、側面図及
び正面図である。第5図の各図において、ITO電極1は
ガラス基板6上に形成され、そのITO電極1上にポリイ
ミド絶縁層5が6層にわたって積層されている。絶縁層
の各層は面積が異なるので、結果的には、平面図(イ)
に示されるA〜Fの各領域が側面図(ロ)に示されるd1
〜d6の層厚を有するのと同一になり、 d1<d2<d3<d4<d5<d6 より、 CA<CB<CC<CD<CE<CF であり、画素面積をSとすると、各容量は次のようにな
る。
5 (a), (b) and (c) are a plan view, a side view and a front view showing another pixel configuration example of the liquid crystal display element embodying the present invention. In each drawing of FIG. 5, the ITO electrode 1 is formed on the glass substrate 6, and the polyimide insulating layer 5 is laminated on the ITO electrode 1 in six layers. Since each layer of the insulating layer has a different area, as a result, a plan view (a)
Areas A to F shown in Fig. 3 are shown in the side view (b) d 1
It becomes the same as have a layer thickness of ~d 6, d 1 <d 2 <d 3 < than d 4 <d 5 <d 6 , C A <C B <C C <C D <C E <C F Therefore, assuming that the pixel area is S, the respective capacitances are as follows.

CA=S(ε・εr)/d6 CB=S(ε・εr)/d5 CC=S(ε・εr)/d4 CD=S(ε・εr)/d3 CE=S(ε・εr)/d2 CF=S(ε・εr)/d1 但し、ε0;真空の誘電率、 εr;媒質の比誘電率 第6図(イ)及び(ロ)は、本発明を実施した液晶表示
素子の更に別な画素構成例を示す平面図及び正面図であ
って、図に示される如く、画素の各領域は均一に分割さ
れなくてもよく、第6図において、各領域の絶縁層5の
層厚は、面積比がA:B:C=3:2:1であるとして、d1<d2
d3とされる。
C A = S (ε 0 · εr) / d 6 C B = S (ε 0 · εr) / d 5 C C = S (ε 0 · εr) / d 4 C D = S (ε 0 · εr) / d 3 C E = S (ε 0 · εr) / d 2 C F = S (ε 0 · εr) / d 1 where ε 0 is the dielectric constant of vacuum, ε r is the relative dielectric constant of the medium. ) And (B) are a plan view and a front view showing still another pixel configuration example of the liquid crystal display element embodying the present invention, and as shown in the drawing, each region of the pixel is not uniformly divided. Alternatively, in FIG. 6, assuming that the area ratio of the insulating layer 5 in each region is A: B: C = 3: 2: 1, d 1 <d 2 <
d 3

なお、本実施例においては、絶縁層の層厚が各領域毎に
段階的に変化している各例により説明したが、層厚が連
続的に変化して分布されても、本発明の実施には何ら差
支えない。
In addition, in the present embodiment, the example in which the layer thickness of the insulating layer is changed stepwise for each region has been described, but even if the layer thickness is continuously changed and distributed, the present invention can be implemented. It doesn't matter at all.

[発明の効果] 以上、説明したとおり、本発明によれば、双安定液晶、
特に強誘電液晶を使用し、電圧もしくは周波数の操作に
より画素を制御して階調表示を実現する液晶表示素子と
その駆動方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention, the bistable liquid crystal,
In particular, it is possible to provide a liquid crystal display element which uses a ferroelectric liquid crystal and realizes gradation display by controlling pixels by operating a voltage or a frequency, and a driving method thereof.

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

第1図(イ)及び(ロ)は本発明の一実施例の断面図及
び等価回路図、第2図(a)〜(f)はその電圧波形
図、第3図及び第4図は強誘電液晶の説明図、第5図及
び第6図は本発明の別な実施例の説明図である。 1……電極、2……液晶層、5……絶縁層、 6……ガラス基板、V0……電圧波高値、 f……周波数。
1 (a) and 1 (b) are sectional views and equivalent circuit diagrams of one embodiment of the present invention, FIGS. 2 (a) to 2 (f) are voltage waveform diagrams thereof, and FIGS. FIG. 5 and FIG. 6 of the dielectric liquid crystal are explanatory views of another embodiment of the present invention. 1 ...... electrode, 2 ...... liquid crystal layer, 5 ...... insulating layer, 6 ...... glass substrate, V 0 ...... voltage peak value, f ...... frequency.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】強誘電性液晶を使用した液晶層と、絶縁層
と、表示画素電極とを積層状に備えた液晶表示素子であ
って、絶縁層が表示画素電極上に形成され、その層厚が
連続的もしくは段階的に変化して分布されることを特徴
とする液晶表示素子。
1. A liquid crystal display device comprising a liquid crystal layer using a ferroelectric liquid crystal, an insulating layer, and a display pixel electrode in a laminated form, the insulating layer being formed on the display pixel electrode. A liquid crystal display device, characterized in that the thickness is distributed continuously or stepwise.
【請求項2】強誘電性液晶を使用した液晶層と、表示画
素電極と、該表示画素電極上に形成された層厚の異なる
絶縁層とを備えて成る液晶表示素子の駆動方法であっ
て、周波数もしくは電圧波高値を絶縁層の層厚に対応さ
せて変化させた信号電圧を表示画素電極へ印加すること
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
2. A method of driving a liquid crystal display device comprising a liquid crystal layer using a ferroelectric liquid crystal, a display pixel electrode, and an insulating layer formed on the display pixel electrode and having a different layer thickness. A method for driving a liquid crystal display element, characterized in that a signal voltage whose frequency or voltage peak value is changed corresponding to the layer thickness of an insulating layer is applied to a display pixel electrode.
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JPH07104514B2 (en) * 1986-09-22 1995-11-13 松下電器産業株式会社 Ferroelectric liquid crystal panel
JPS63133121A (en) * 1986-11-26 1988-06-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd Liquid crystal element and its production
GB2198869B (en) * 1986-12-19 1990-08-15 Philips Electronic Associated Matrix display devices
JPS63213817A (en) * 1987-03-03 1988-09-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Liquid crystal element and its production
US4840460A (en) * 1987-11-13 1989-06-20 Honeywell Inc. Apparatus and method for providing a gray scale capability in a liquid crystal display unit
JPH01182828A (en) * 1988-01-13 1989-07-20 Fujitsu Ltd Liquid crystal display panel
ATE206532T1 (en) * 1992-07-30 2001-10-15 Canon Kk LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE
US5446570A (en) * 1993-04-27 1995-08-29 Canon Kabushiki Kaisha Liquid crystal display with projecting portions on the electrodes
GB2419216A (en) 2004-10-18 2006-04-19 Hewlett Packard Development Co Display device with greyscale capability

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