JPH08129161A

JPH08129161A - 液晶スイッチング素子

Info

Publication number: JPH08129161A
Application number: JP26593394A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Shigeno; 信行重野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 1996-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶分子の自発分極方向を反転させる際に、
ドメイン生成を伴わず、かつ高速なスイッチング動作を
実現する液晶スイッチング素子を提供する。【構成】基板１及び基板２の間に強誘電性液晶層３が
あり、また、基板１の表面に対向電極５及び補助電極６
が、基板２の表面に主電極４が貼着されている。なお、
後に基板１と基板２との間に注入される強誘電性液晶分
子が均一に配向するように、例えば、基板の表面を布で
擦るラビング処理等の適当な処理を基板１及び基板２に
施してから、基板１及び基板２を所定の位置に固定し貼
り合わせる。また、強誘電性液晶層３は、ＳｍＣ^* 相を
形成する強誘電性液晶分子、例えば、ＤＯＢＡＭＢＣを
用いる。なお、強誘電性液晶層３の層構造は、図面に対
して平行になるように配向させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイ装置
等の表示画面に使用される液晶スイッチング素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年において、強誘電性液晶を用いた液
晶ディスプレイ装置が知られている。強誘電性液晶は、
図３に示すように、液晶分子３１の長軸方向に対して垂
直な方向、すなわち矢印３２で示される方向に自発分極
を起こすことを特徴としている。従って、液晶内に分極
が生じていることになる。この分極は外部からの電界に
反応する。ここで、液晶分子３１に対して上記自発分極
する方向と逆の方向、すなわち矢印３３で示される方向
に電界を加えると、液晶分子は円錐３４の外側に沿って
反対側に回転する。すなわち、上記自発分極する方向
は、矢印３２で示される方向から矢印３３で示される方
向に反転することになる。この動作は、スイッチングと
呼ばれている。一般に、強誘電性液晶のスイッチング動
作においては、従来のＴＮ（twisted nematic ）型液晶
に比べて応答速度が大きいことが知られている。

【０００３】さらに、強誘電性液晶の第二の特徴とし
て、表面安定化状態にて上記スイッチング動作で反転し
た液晶分子は、電界が切られてもこの反転した状態を維
持することである。この電圧が遮断されても電圧遮断前
の状態を維持する性質は、双安定性と呼ばれている。上
記従来のＴＮ型液晶は、電圧が遮断されると電圧印加前
の状態に戻ってしまう、すなわち双安定性を持たないも
のであった。

【０００４】また、従来のＴＮ型液晶を用いた画面表示
様式において、画面を構成する画素を水平方向に順に駆
動する場合、駆動開始直後に駆動電圧が印加された画素
は、駆動電圧が遮断されると徐々に消えるため、駆動電
圧が印加される時間の異なる画素間で動作状態に差が生
じることになり、一般に画素数を増やすとコントラスト
が低下する。このコントラストの低下を防止するのに駆
動電圧を上げると、単純マトリックスと呼ばれる駆動方
式では、一つの画素を駆動する電圧の一部が他の画素に
も加わる現象、いわゆるクロストークが起こる。このク
ロストークを避けるため、各画素に加わる駆動電圧が遮
断されても表示した状態を維持するように、上記各画素
にトランジスタやダイオードを組み込んだアクティブマ
トリックスと呼ばれる駆動方式が採用されている。

【０００５】強誘電性液晶を用いた画面表示様式におい
ては、上述したように各画素に加える駆動電圧が遮断さ
れても、電圧遮断前の状態を維持することを特徴として
いるため、上述したような画素数の増加に伴うコントラ
ストの低下は起きないことが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の強誘
電性液晶において、電界を印加して自発分極の向きを反
転させて、ある均一状態から別の均一状態へのスイッチ
ング動作を行った場合、傾いたブックシェルフ（book-s
helf）本棚状構造をとるもの以外は、転傾、すなわちド
メインの生成を伴うスイッチング動作が誘起されること
が確認されている。上記ドメインの生成を伴うスイッチ
ング動作は、非常に遅く、例えば、ＤＯＢＡ−１−ＭＰ
Ｃ（P-decyloxybenzylidene-P'-amino-1-methylpropyl-
cinnamate）を用いたスイッチング動作の際の応答速度
の電界依存性は、±４００ｍＶの電界を印加した場合、
ドメイン生成を伴わないスイッチング動作が約０．３ミ
リ秒で完了するのに対し、ドメイン生成を伴うものは約
１０ミリ秒もの時間を要することが知られている。

【０００７】

【化１】

【０００８】そこで、本発明は上述した実情に鑑みてな
されたものであり、液晶分子の自発分極方向を反転させ
る際に、ドメイン生成を伴わず、かつ高速なスイッチン
グ動作を実現する液晶スイッチング素子を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る液晶スイッ
チング素子は、上述した問題を解決するために、強誘電
性液晶分子が均一な状態で配向した液晶層と、上記液晶
層を挟む一対の電極と、上記一対の電極の一方の電極と
同一面上で、かつ上記液晶層の各強誘電性液晶分子の長
軸方向にほぼ垂直な方向に電界が生じるように設けられ
た電極、すなわち補助電極とを有している。

【００１０】また、上記液晶層は、光学活性を有するス
メクティックＣ相（chiral smecticＣ：ＳｍＣ^*）を形
成する強誘電性液晶分子から成る液晶層であるものとす
る。

【００１１】さらに、上記強誘電性液晶層は、ＤＯＢＡ
ＭＢＣ（P-decyloxybenzylidene-P'-amino-2-methylbut
yl-cinnamate）分子から成る液晶層であることが挙げら
れる。

【００１２】

【作用】本発明に係る液晶スイッチング素子によれば、
強誘電性液晶分子から成る液晶層を挟む電極の一方の電
極と同一面上に設けた電極、いわゆる補助電極に電圧を
印加しながら、上記液晶層を挟む電極に上記強誘電性液
晶分子が反転する閾電圧以上の大きさの電圧を印加する
ことで、上記強誘電性液晶分子の自発分極方向が反転す
る、すなわちスイッチング動作する際に生じる虞がある
上記液晶層内部におけるドメイン生成を抑える。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る液晶スイッチング素子が
適用される好ましい実施例について、図面を参照しなが
ら詳細に説明する。

【００１４】図１は、本実施例の液晶スイッチング素子
の概略構成を示す図である。

【００１５】図１で、基板１及び基板２の間に強誘電性
液晶層３があり、また、基板１の表面に対向電極５及び
補助電極６が、また、基板２の表面に主電極４が貼着さ
れている。なお、後に基板１と基板２との間に注入され
る強誘電性液晶分子が均一に配向するように、例えば、
基板の表面を布で擦るラビング処理等の適当な処理を、
基板１及び基板２に施してから、基板１及び基板２を所
定の位置に固定し貼り合わせる。また、強誘電性液晶層
３は、光学活性を有するスメクティックＣ相、いわゆる
ＳｍＣ^* （chiral smectic Ｃ）と呼ばれる相を形成す
る強誘電性液晶分子、例えば、従来から知られているＤ
ＯＢＡＭＢＣ（P-decyloxybenzylidene-P'-amino-2-met
hylbutyl-cinnamate）を用いる。なお、強誘電性液晶層
３の層構造は、図面に対して平行になるように配向させ
る。

【００１６】

【化２】

【００１７】図２は、本実施例の液晶スイッチング素子
の動作を説明する図である。すなわち、図２は、図１で
示した主電極４に印加する電圧を電圧ａ、補助電極に印
加する電圧を電圧ｂとし、対向電極は常時接地された状
態にして、電圧ａ及びｂを印加するタイミングを示す図
である。

【００１８】図２で、縦軸に電圧の振幅値を、横軸に時
間をとる。また、電圧ａの振幅値は２Ｖａ（±Ｖａ）、
電圧ｂの振幅値はＶｂとする。

【００１９】ここで、図２によれば、強誘電性液晶層３
にて、図２で示されたタイミングで主電極４に電圧ａ
を、また、補助電極６に電圧ｂをそれぞれ印加すると、
３種類の状態が存在する。そこで、上記３種類の状態
を、状態１、状態２及び状態３とする。先ず、状態１
は、矢印１１で示される時間範囲において、強誘電性液
晶層３がとっている状態である。すなわち、主電極４か
ら対向電極５に向かって振幅値がＶａとなる電圧ａが印
加され、各液晶分子が反転、すなわちスイッチング動作
を行った後、上記各液晶分子は主電極４に印加される正
の電圧で定められる均一状態で安定化している。なお、
上記振幅値Ｖａは、強誘電性液晶層３を構成する液晶分
子が反転動作を行う際の閾値以上の値である。

【００２０】次に、状態２は、矢印１２で示される時間
範囲において、強誘電性液晶層３がとっている状態であ
る。すなわち、主電極４から対向電極５に向かって印加
される電圧ａの他に、補助電極６から対向電極５に向か
って電圧ｂが印加され、各液晶分子は、分子の長軸方向
に対して（９０度＋１／２コーン角）、あるいは（９０
度−１／２コーン角）だけ、すなわち矢印７で示される
方向に横磁化を受ける。

【００２１】次に、状態３は、矢印１３で示される時間
範囲において、強誘電性液晶層３がとっている状態あ
る。すなわち、主電極４から対向電極５に向かって振幅
値が−Ｖａとなる電圧ａが印加され、各液晶分子が主電
極４に印加される負の電圧で定められる均一状態で安定
化している。なお、電圧ａが正の振幅値から負の振幅値
へ反転した直後は、上述したように各液晶分子は電圧ｂ
の印加により横磁化を受けているため、上記各液晶分子
の回転方向が規制され、各液晶分子は、図３で示される
円錐３４上で同一方向に回転するため、転傾、すなわち
ドメインの生成を伴わないスイッチング動作が行われ
る。

【００２２】以上のように構成することで、主電極と対
向電極の他に補助電極を設けて、液晶層の各液晶分子の
スイッチング動作時に、補助電極−対向電極の電圧を印
加しながら、主電極−対向電極間の電圧を印加すること
で、上記各液晶分子はドメイン生成を伴わないスイッチ
ング動作を行い、さらに、上記スイッチング動作が完了
した状態で安定化する液晶スイッチング素子の実現が可
能となる。

【００２３】なお、本実施例では、強誘電性液晶とし
て、ＤＯＢＡＭＢＣを用いたが、これに限定されること
はなく、他のＳｍＣ^* 相をとることが知られている強誘
電性液晶を用いても本発明の効果を得ることができる。

【００２４】また、基板１及び基板２の表面をラビング
処理してから強誘電性液晶を基板１−基板２間に注入し
て、液晶スイッチング素子を構成したが、これに限定さ
れることはなく、上記基板の表面を強誘電性液晶を注入
する以前に施す処理として、基板間に注入する液晶層が
均一の方向をとるようであれば、他の方法を行っても差
し支えない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
液晶スイッチング素子によれば、強誘電性液晶分子から
成る液晶層を挟む電極の一方の電極と同一面上に設けた
電極に電圧を印加しながら、上記液晶層を挟む電極に上
記強誘電性液晶分子が反転する閾電圧以上の大きさの電
圧を印加することで、上記強誘電性液晶分子の自発分極
方向が反転する、すなわちスイッチング動作する際に生
じる虞がある上記液晶層内部におけるドメイン生成を抑
えることができるため、高速でかつ安定なスイッチング
動作を行い、さらに、上記スイッチング動作が完了した
状態で安定化する液晶スイッチング素子の実現が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶スイッチング素子の実施例の
概略構成を示す図である。

【図２】本実施例の液晶スイッチング素子の動作を説明
する図である。

【図３】強誘電性液晶を説明する図である。

【符号の説明】

１基板２基板３強誘電性液晶層４主電極５対向電極６補助電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強誘電性液晶分子に電圧を印加し、この
液晶分子の自発分極方向を反転させてスイッチング動作
を行う液晶スイッチング素子において、上記強誘電性液晶分子が均一な状態で配向した液晶層
と、上記液晶層を挟む一対の電極と、上記一対の電極の一方の電極と同一面上に設けられた電
極と、を有することを特徴とする液晶スイッチング素
子。
【請求項２】上記液晶層は、光学活性を有するスメク
ティックＣ相（chiralsmectic Ｃ：ＳｍＣ^*）を形成す
る強誘電性液晶分子から成る液晶層であることを特徴と
する請求項１記載の液晶スイッチング素子。
【請求項３】上記強誘電性液晶層は、ＤＯＢＡＭＢＣ
（P-decyloxybenzylidene-P'-amino-2-methylbutyl-cin
namate）分子から成る液晶層であることを特徴とする請
求項２記載の液晶スイッチング素子。