JPH08152598A

JPH08152598A - 液晶装置及びその駆動方法

Info

Publication number: JPH08152598A
Application number: JP6321443A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Nito; 敬一仁藤; Akio Yasuda; 章夫安田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1996-06-11
Anticipated expiration: 2018-01-14
Also published as: JP3365587B2

Abstract

(57)【要約】【構成】単安定強誘電性液晶素子（単安定ＦＬＣ素
子）と、この液晶素子を駆動するＴＦＴ等のアクティブ
マトリックス素子と、フィルタ素子とを組み合わせた液
晶表示デバイス。【効果】広視野角で高速応答性があり、階調表示を可
能にし、更には、解像度も向上させ得る液晶装置（特に
フルカラー表示装置）とその駆動方法を提供することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶装置（例えば透明電
極及び配向膜をこの順に設けた一対の基板が所定の間隙
を置いて対向配置され、前記間隙内に強誘電性液晶が配
されている強誘電性液晶素子を用いた表示装置）及びそ
の駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】液晶表示素子は、薄型で低消費電力で駆動
が可能であるという利点から、フラットパネルディスプ
レイとしての需要が伸びてきている。特に、アクティブ
マトリックス駆動のツイストネマチック液晶表示素子
（ＴＮ−ＬＣＤ）では、その画質が近年飛躍的に向上し
ている。

【０００３】しかしながら、ディスプレイの大画面化に
伴い、ＴＮ液晶が分子配向のねじれを持っているため
に、視野角の狭さ、階調の反転、更には、応答速度が遅
いために生じる尾引き等の残像が問題となっている。

【０００４】視野角の拡大に関しては、位相補償フィル
ムの採用、配向膜の工夫によるツイスト構造のキャンセ
ル等の手法が開発されつつあるが、まだ不十分である。
また、応答速度に関しては、現在のＴＦＴ（薄膜トラン
ジスタ）の駆動電圧ではもちろん、駆動電圧を高くして
も、電解除去時のツイスト構造への復帰の応答時間は数
十ミリ秒以下に短縮することはできないため、例えば、
ノーマリーホワイトの表示素子では黒から白への応答が
極めて遅く、特に尾引き等の残像が目立つ結果となる。

【０００５】この広視野角、高速応答を同時に実現する
液晶材料としては、強誘電性液晶（ferroelectric liqu
idcrystals（ＦＬＣｓ））が考えられる。表面安定型強
誘電性液晶表示素子（ＳＳＦＬＣＤ）は、ＴＮ液晶の約
1000倍の高速応答性とメモリ性により、パッシブマトリ
ックス駆動で1000本以上の走査線数、広視野角で安価な
大画面フラットパネルディスプレイを実現する技術とし
て期待され、検討されている。

【０００６】こうした強誘電性液晶（更には、反強誘電
性液晶の液晶）では、電解印加による液晶ダイレクタの
スイッチング挙動は液晶辞典ｐ150(培風館）に記載され
ている南部−ゴールドストーンモードに従って液晶分子
が仮想的なコーン上を動き、更に、電傾効果を有するス
メクチックＡ液晶（液晶辞典ｐ145(培風館））では、液
晶辞典ｐ119(培風館）に記載されているソフトモードを
利用した場合でも、コーン角に類似した各液晶組成物に
固有のコーン角を有している。

【０００７】即ち、図23に示すような電極間に挟まれた
液晶のコーンモデルを考える。コーンの開き角をコーン
角θｒと呼び、このコーン角の透明電極の付いたガラス
基板への投影を見かけのコーン角θａと呼ぶ。光学的に
はこの見かけのコーン角θａについて考えれば良い。こ
こで、コーン角の測定については、２つのスイッチ状態
における液晶ダイレクタのなす角を測定するものであ
り、具体的には液晶セルを偏光子が直交した偏光顕微鏡
下で、消光位（回転して暗くなる位置）でのステージの
回転角から求めた。

【０００８】しかしながら、従来のＦＬＣ、特にＳＳＦ
ＬＣＤでは、ＦＬＣ分子の永久双極子と電界との強い相
互作用のために高速応答性を示すが、図23に示したよう
に、液晶分子が配向膜分子からの束縛により双安定化さ
れる。

【０００９】従って、この等エネルギーの２状態間での
スイッチングでは、電圧印加に対する急峻な閾値特性の
ために傾き角θａを連続的に制御することができす、階
調表示が困難であった。

【００１０】ＳＳＦＬＣＤのパッシブ駆動での階調表示
法としては、タイムインテグレーション法や一つの画を
分割した面積階調法等、デジタル的な方法が提案されて
いる。しかし、このデジタル法では、まだ十分な階調数
を得るには至っていない。

【００１１】一方、最近になって、ＴＮ液晶素子におい
て用いているアクティブマトリックス素子とＦＬＣとを
組み合わせることにより、双安定メモリ性を用いない階
調表示法も提案されている。

【００１２】例えば、カイラルスメクチックＣ相でのピ
ッチ長が光学波長よりも短いＦＬＣを用いて、そのねじ
れたヘリックス構造を電界印加により解き、液晶ダイレ
クタの平均的傾きを制御することにより、階調制御する
ものである。しかしながら、液晶配向が縞状の組織構造
を有するために、そのコントラストは低い。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、広視
野角で高速応答性があり、階調表示を可能にし、更には
解像度も向上させ得る液晶装置（特にフルカラー表示装
置）とその駆動方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、単安定
強誘電性液晶素子（単安定ＦＬＣ素子）と、この液晶素
子を駆動するＴＦＴ等のアクティブマトリックス素子
と、フィルタ素子とを組み合わせた液晶装置（ＬＣＤ）
に係るものである。

【００１５】本発明の液晶装置によれば、液晶素子とし
て単安定ＦＬＣ素子を用いているので、後述することか
ら明らかなように、ＴＮ素子では不可能であった、広視
野角で１msec以下の高速応答性の表示を階調性良く実現
することができる。このような広視野角、高速応答性の
単安定ＦＬＣ素子をＴＦＴ等のアクティブマトリックス
素子で駆動し、フィルタ素子（特に１msec以下で色順次
に切り替え可能なカラーフィルタ等のフィルタ素子）に
よって、対応する色の表示を再現性良く高階調度に得る
ことができる。

【００１６】本発明の液晶装置のように、ＦＬＣをＴＦ
Ｔ等のアクティブマトリックスで駆動し、階調性を発現
させるためには、少なくとも２つの駆動条件が必要とな
る。即ち、（１）各画素に１フィールド間に印加され続
ける電圧の強度により階調性が制御されること、（２）
液晶に電荷が蓄積されないようにフィールド間或いはフ
レーム間で印加電圧を反転した駆動方法が適用できるこ
とである。

【００１７】これらの（１）、（２）の駆動条件を実現
するには、印加電界強度に対して液晶分子の傾き角がほ
ぼリニアに変化し、極性反転により等価な傾き角を有す
ることが重要である。

【００１８】その実現のために、本発明者は、図13に示
すように、液晶分子と配向膜界面との相互作用を強め、
仮想的なコーンの下側の一つの状態で液晶分子を安定化
させれば、電界と液晶分子の自発分極との直接的相互作
用により発生するトルクと液晶ダイレクタのＳplay変形
（広がり変形）に伴う弾性との釣合いにより、液晶分子
の傾き角θａを印加電圧により連続的に制御でき、更
に、この構造を実現すれば、液晶のモノドメイン化も容
易であると考えた。

【００１９】そこで、本発明者は、光学波長よりもピッ
チの長いＦＬＣ組成物を調製し、更に配向規制力が大き
いと予想される低プレチルトの配向膜材料と組み合わせ
ることにより、液晶分子配向が配向処理方向に配列し、
安定化した単安定ＦＬＣモードをモノドメインで実現で
きることを見出した。

【００２０】このような単安定ＦＬＣモードは、電界を
印加しないとき分子の配列方向が配向処理方向に安定化
し、電界印加により、その極性に応じて左右にその分子
の配列方向が傾く。この傾き角は電界強度により制御で
きるので、ＴＦＴによる電圧制御によりアナログ階調が
可能である。また、モノドメイン化により暗レベルを下
げ、高コントラスト比を得ることができる。

【００２１】更に、この単安定ＦＬＣを例えば 0.7イン
チ、10.3万画素のＴＦＴ素子と組み合わせることによ
り、ＦＬＣ表示素子の特徴である広視野角、高速応答性
を生かし、大画面化に伴ってＴＮ液晶で問題となってい
る視野角特性、中間階調の応答性を向上させたカラーデ
ィスプレイを実現することができる。

【００２２】本発明の液晶表示装置においては、単安定
ＦＬＣ素子（特に１msec以下の応答速度を有する単安定
ＦＬＣ素子）とアクティブマトリックス素子とを組み合
わせてモノクロの表示素子が構成され、この表示素子と
表示観測位置（例えば観測者）との間にフィルタ素子
（特に１msec以下で色順に次切り替え可能なもの）が配
置されているのがよい。

【００２３】即ち、アクティブマトリックスのＴＮ液晶
表示素子において、カラーフィルタを配置したもので
は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３つの画素の組で
一つの画素となるため、その表示素子の解像度を低下さ
せていた。しかし、上記のように表示素子をモノクロと
し、フィルタ素子を色順次に切り替えるようにすると、
一つの画素でＲ、Ｇ、Ｂを兼用でき、その分だけ画素密
度を高め、高解像度（例えば従来の３倍）を実現でき
る。

【００２４】勿論、単安定ＦＬＣ素子とアクティブマト
リックス素子とカラーフィルタ素子とを組み合わせてカ
ラーの表示素子として構成されてもよい。

【００２５】本発明はまた、上記した本発明の液晶装置
を駆動するに際し、アクティブマトリックス素子によっ
て単安定ＦＬＣ素子を駆動し、この駆動と同期してフィ
ルタ素子を切り替える、液晶装置の駆動方法も提供する
ものである。

【００２６】この駆動方法においては、単安定ＦＬＣ素
子の駆動を１msec以下の応答時間で行い、フィルタ素子
の切り替えも１msec以下で行うことができる。

【００２７】また、単安定ＦＬＣ素子に対する情報書き
込み過程（特に異なる色表示の間）においてフィルタ素
子を黒の状態にすると、色の切り替え時に色残りをなく
し、色の純度バランス（画質の品位）を向上させること
ができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を実施例について更に詳細に説
明する。

【００２９】単安定強誘電性液晶（単安定ＦＬＣ）とそ
の特性まず、本発明に使用可能な単安定ＦＬＣとその特性につ
いて説明する。

【００３０】１．液晶材料単安定ＦＬＣモードの基本動作を確認するため、強誘電
性液晶として、高速応答性付与のためにカイラル部にフ
ッ素を導入した自発分極の大きな図14に示す如き強誘電
性液晶を新規に合成し、そのカイラル分子を、室温でス
メクチックＣ相を示すホスト液晶に添加したＦＬＣ組成
物を調製した。

【００３１】ホスト液晶としてはＳplay弾性率（広がり
の弾性定数）が高く、液晶層傾斜角δとコーン角θを等
しくなるようにブレンドしたフェニルピリミジン系液晶
を用いた。下記の表１に、ＦＬＣ組成物の代表的な物性
値を示す。

【００３２】

【００３３】これらのＦＬＣ組成物はいずれも、室温で
カイラルスメクチックＣ相を有し、数％のカイラル液晶
の添加で自発分極値は２〜12nC/cm²を示した（ＦＬＣ
１、ＦＬＣ２）。一般的には、自発分極値Ｐｓが大きい
方が高速化されるが、応答時間τは粘性係数ηと印加電
界強度Ｅを用いて τ∝η／（Ｐｓ・Ε）で表されるため、粘性にも影響される。

【００３４】一方、ＳｍＣ^*相でのヘリカルピッチ長は
光学波長よりも長く、狭ギャップセル中では、配向膜と
の相互作用により螺旋が解けるため、一様な液晶配向を
達成できる。

【００３５】更に、実用的な液晶材料として、高速化、
広い動作温度を実現した材料（ＦＬＣ３）を選択した。

【００３６】２．配向膜材料とセルの作製配向膜材料は、ＦＬＣ組成物との相互作用が強く、低プ
レチルト角を与えるポリイミド系配向膜材料の中から良
配向を与えるものを選択した。具体的には、宇部興産社
製Ｕ−ワニス等を用いた。

【００３７】ホモジニアス配向セルの作製は、ガラス基
板上の透明電極にポリイミド配向膜を形成し、ラビング
処理方向の組み合わせかたにより、平行セル、反平行セ
ルを作製した。

【００３８】３．単安定評価用の波形単安定ＦＬＣ評価用の駆動波形を図15に示す。波形は、
印加電圧強度が徐々に増大するバイポーラパルスからな
り、その印加電圧強度に応じた階調を評価した。バイポ
ーラパルスを用いたのは、偏った電圧印加による蓄積電
荷のために液晶材料に電気化学的なダメージを与えない
ためである。更に、バイポーラパルス間の０Ｖ電圧の挿
入は、印加電圧解除時の立ち下がり応答時間の計測のた
めである。

【００３９】また、電気光学特性の評価のための光学系
を図16に示す。液晶の単安定時のダイレクタ（配向処理
方向）に平行した偏光子（Ｐ方向）を配置し、検光子
（Ａ方向）をそれと垂直に配置した。

【００４０】４．ＴＦＴ素子との組み合わせアクティブマトリックス素子としては、ビューファイン
ダ用の 0.7インチ、10.3万画素のポリ−Ｓｉ−ＴＦＴを
用いた。対向させるコモン電極はＲ、Ｇ、Ｂのカラーフ
ィルタ付きの基板を用い、セルギャップは触媒化成工業
の真糸球をスペーサとして用い、 1.2〜1.5 μｍとした
（図１参照）。液晶は減圧下で等方相温度で注入した。

【００４１】５．結果とその考察（１）液晶の組織と電気光学特性偏光顕微鏡下で液晶注入したセルを観察すると、平行配
向セルでは、ＳＳＦＬＣによく見られるマルチドメイン
組織を示し、その電気光学特性は±22Ｖ／μｍ印加で60
μsec の応答時間を有し、双安定のメモリ性（メモリコ
ーン角：40.5度）を示した。

【００４２】一方、反平行セルでは、ラビング処理方向
に平行な 2.3μｍピッチの縞状組織を示した。このスト
ライプは、液晶のダイレクタが配向処理方向に対して約
±４度傾いた周期的構造であることが分かった。

【００４３】この反平行セルの電気光学特性は、電界を
印加しないときには、液晶ダイレクタは偏光子又は検光
子の偏光軸にほぼ平行となるために、透過率は常に０を
示し、電界印加により光透過率はその極性に関係なく電
界強度と共に増大する。この透過率変化は０〜５Ｖの範
囲では小さく、かつ高速であるが、５Ｖ以上では透過率
変化は大きく、やや遅い。この閾値電圧を有する２段階
のスイッチング挙動は、低電圧領域の連続的なチルト角
変化と、これに続くドメインスイッチングにより、説明
できる。

【００４４】更に、電界印加により傾斜した液晶ダイレ
クタが、電界の除去によりもとの配列状態に速やかに戻
るという単安定性を示した。電界除去時のダイレクタの
元の配列への復帰は、液晶分子がポリイミド配向膜によ
る相互作用により束縛されたことが要因と考えられる。
しかしながら、この系では、ストライプ組織のために最
大コントラストが46と小さい。

【００４５】（２）アナログ階調性の改善コントラスト及びアナログ階調性を改善するために、セ
ルを 700Hz、20〜50Ｖの交流電界印加により電界処理し
た。この電界処理により、規則的なストライプ組織から
層の回転を伴い、モノドメイン組織へと変えることがで
きる。このモノドメイン化によるストライプドメインの
消失により、コントラストは81を達成した。

【００４６】このモノドメイン組織における液晶ダイレ
クタの傾き角の電圧依存性を図17に示す。印加電圧強度
の増大に伴い、傾き角は閾値電圧を待たず、低電圧から
一様に増大し、約７Ｖで約22度傾斜することが分かる。
更に、その印加電圧の極性がダイレクタの傾く方向を決
定する。また、応答時間もストライプ組織の時よりも約
１msecと高速化された。

【００４７】また、このセルの透過率変化の一例を図18
に示す。ここでの光透過率は10Ｖ印加時の透過率で規準
化した。光透過率は０Ｖ〜２Ｖまでほぼリニアに変化
し、その後は緩やかな変化となり、６Ｖ〜７Ｖ以上でほ
ぼ一定となる。このように、電圧が印加されていないと
きには、液晶分子が配向膜界面で配向処理方向に並び、
安定化した状態を実現した。また、直交した偏光子Ｐと
検光子Ａの間に、単安定化した液晶分子の配向方向を偏
光子Ｐに平行に配置することにより、低電圧での電圧の
制御で光透過率を制御し、アナログ階調を実現できた。

【００４８】単安定ＦＬＣでは複屈折モードを用いてい
るため、最大透過率を得るためには見かけのチルト角は
45度が望ましく、この時、ＴＮモードとほぼ同じ透過率
となる。

【００４９】更に、このデバイスの高速化、及び駆動温
度範囲の拡大のために、液晶材料（ＦＬＣ３）を調製
し、組み合わせる配向膜の検討を行い、次に示す単安定
ＦＬＣ素子を実現した。但し、ＦＬＣ３の見かけのチル
ト角は約22度である。

【００５０】（３）応答時間図19、図20には、新たに見出した単安定ＦＬＣ組成物と
配向膜とを組み合わせた単安定ＦＬＣ素子（ＦＬＣ３）
の立ち上がり応答時間と立ち下がり応答時間の電圧依存
性、温度特性を示す。室温で電圧依存性を見ると、電圧
印加時の立ち上がり時間は電圧の増大に伴い高速化さ
れ、５Ｖで約50μsec にも達した。

【００５１】一方、電圧除去時の応答時間（立ち下がり
時間）は、それまで印加されていた電圧、即ちダイレク
タの傾き角の大きさには依存せずに一定であり、かつ約
120μsec と高速である。

【００５２】更に、応答時間は、立ち上がり、立ち下が
り共に同様の温度依存性を示し、主に粘性の温度依存性
の影響によるものと考えられる。それでも、−５℃にお
いても１msec以下の応答時間を達成することができた。
特に、立ち下がり時間が電圧に依らず一定で高速である
のは、電圧印加によって応答したＦＬＣ自身の自発分極
による反電界の発生により、元の配向状態に戻ろうとす
るためであると考えられる。

【００５３】（４）視野角特性図21にＴＮ液晶素子の典型的な視野角特性を、図22に単
安定ＦＬＣの視野角特性を示した。ここでの透過率は大
塚電子社製のＬＣＤ評価装置（平行光源使用）を用いて
測定し、視野角０度の最大透過率で規格化した。これら
の視野角特性はいずれも、位相補償などによる広視野角
化を行っていない上下方向の透過率変化である。

【００５４】これによれば、ＴＮ液晶では、正面でのコ
ントラストは 100以上と大きいが、本質的に液晶分子配
列にねじれ構造を有するために、視野角の変化に伴い黒
レベル（０％）と、白レベル(100％）が共にコントラス
トを低下させる方向に変動する。そのために、コントラ
ストの視野角依存性が大きい。更に、中間調レベル、例
えば50％での変動が極めて大きいため、特に上下方向の
視野角特性において階調の反転が生じてしまう。

【００５５】しかしながら、単安定ＦＬＣ素子では、現
状の正面でのコントラストは最大100程度であるが、液
晶の配列構造にねじれのないこと及びこれによりオプテ
ィカルパスが短いことを反映して、視野角の変化に伴う
黒レベル、白レベル、及び中間階調レベルの変動は非常
に少なく、ＴＮ液晶に見られるような階調の反転挙動は
見られず、視野角は全方位50度以上と広いことが特徴的
である。

【００５６】（５）ＴＦＴ素子との組み合わせ下記の表２に、単安定ＦＬＣＤとＴＮ−ＬＣＤの視野角
特性と応答時間をまとめた。

【００５７】これによれば、単安定ＦＬＣＤでは、ＦＬ
Ｃの有する高速応答性と広視野角を活かして、アクティ
ブマトリックス駆動が可能であることが分かる。そし
て、特徴的なのは、駆動電圧が５Ｖ程度とＦＬＣとして
は比較的低電圧で駆動できるため、従来のＴＮ液晶用の
ＴＦＴ素子及び駆動回路を変更することなく、組み合わ
せ可能な点である。

【００５８】これに反し、従来のＴＮ−ＬＣＤでは、立
ち上がりと立ち下がりの応答時間の和τ_r＋τ_fは25℃
においても約30msecと遅く、１フィールドの16.7msecの
画像情報を十分に再現できない。特に０℃では約90msec
となり、さらに尾引き現象は顕著になる。しかし、単安
定ＦＬＣＤの応答時間τ_r＋τ_fは25℃で 0.2msec、０
℃においても１msec以下であるため、各フィールドの中
間階調の情報を忠実に再現できることが予想される。

【００５９】

【００６０】単安定ＦＬＣＤを従来のＴＮ液晶用のＴＦ
Ｔアクティブマトリックス(0.7インチ、10.3万画素ビュ
ーファインダ用）と組み合わせたデバイス（これについ
ては、後で詳しく説明する。）において、配向処理プロ
セスの改良、ギャップ精度の向上により、これまでは段
差構造上では困難と考えられていたＦＬＣの均一な液晶
配向性を達成した。

【００６１】駆動法として、ＴＮ液晶と同様、ライン反
転或いはフィールド反転を適用することにより、上記の
広い視野角を有するビデオレートのカラー表示を実現し
た。実際に、ビデオカメラでの撮像している被写体の高
速な移動においても尾引きは非常に少ないことを確認し
た。

【００６２】駆動モードとしては、電界が offの時に暗
レベルとなるノーマリブラックモードが、単安定ＦＬＣ
では電気的中性を保つという点及び高コントラストとい
う点で好ましい。

【００６３】次に、上記した本発明に基づく単安定ＦＬ
Ｃをアクティブマトリックス素子であるＴＦＴと組み合
わせて表示デバイスを作製し、その特性を測定した例を
詳細に説明する。

【００６４】例１（アクティブマトリックス駆動型単安
定ＦＬＣ表示デバイスＩの作製）アクティブマトリックスの素子としては、例えばＴＦＴ
（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）を用いる
ことができる。ここでは、Ｒ、Ｇ、Ｂカラーフィルタ対
応のＴＦＴ素子を用いた。

【００６５】図１に、カラーフィルタ付きアクティブマ
トリックス駆動型単安定ＦＬＣ表示デバイスＩの構成を
示す。ガラス基板１ａ上のＴＦＴ６の側に宇部興産社製
Ｕ−ワニスのＮ−メチル−２−ピロリドン溶液をスピン
キャスト法により塗布し、 200℃で焼成し、 500Åのポ
リイミド配向膜５ａを形成し、更にアセテート系の布を
巻いたローラでラビング配向処理をした。また、コモン
電極４側は、ガラス基板１ｂ上にクロムのブラックマト
リックス２、カラーフィルタ３、透明電極（ＩＴＯ）４
をこの順番に形成し、その透明電極の面に上記と同様に
ポリイミド膜５ｂを形成し、ラビング配向処理を施し
た。

【００６６】このようにして作製した配向膜付きのＴＦ
Ｔ側パネルとカラーフィルタ側パネルとを、その配向処
理方向が対向面で反平行となるように組み、そのスペー
サ７として目的ギャップ長に応じたガラスビーズ（真糸
球：直径 0.8〜1.5 μｍ（触媒化成工業社製））を用い
た。スペーサ７は周囲を接着するシール剤８（ＵＶ硬化
型の接着剤（フォトレック：セキスイ化学（株）社
製））中に 0.3wt％程度分散させることにより、基板間
のギャップを制御し、かつ、セルの周囲を液晶の注入孔
を確保して上記シール剤で接着した。

【００６７】その後、単安定強誘電性液晶組成物９を等
方相温度又はカイラルネマチック相温度の流動性を示す
状態で減圧下で注入した。液晶注入後、徐冷し、注入孔
周囲のガラス基板上の液晶を除去した後、ＵＶ硬化型接
着剤で封止し、単安定強誘電性液晶素子を作製した。こ
こで用いた強誘電性液晶９は上記した表１に記載のＦＬ
Ｃ３（ピッチ長10μｍ、自発分極16nC/cm²）又は本出願
人による特願平３−２５１３１号による組成物、例えば
フェニルピリミジン系液晶ＦＬＣ２（カイラル成分２wt
％、ピッチ長21.2μｍ、自発分極 2.5nC/cm²）を用い
た。

【００６８】上記の各パネルに配向処理方向と平行又は
直交して偏光板10ａ、10ｂを設け、デバイス両面に配置
した。配置した偏光板10は互いに直交させた。更に、こ
のパネルのＴＦＴ素子側にバックライト11を配置するこ
とにより、単安定強誘電性液晶表示デバイスＩを完成し
た。

【００６９】例２（アクティブマトリックス駆動型単安
定ＦＬＣ表示デバイスＩの駆動）カラーフィルタ用アクティブマトリックスの素子構成の
レイアウトを図２に示す。ＮＴＳＣ信号をデコーダによ
りＲ、Ｇ、Ｂの各輝度信号に変換し、同時にＴＦＴを駆
動するためのＨ、Ｖシフトレジスタ用クロックパルスを
パルスドライバから発生させた。このＴＦＴパネルにお
ける各端子信号について下記の表３にまとめて示す。

【００７０】この表示デバイスＩの駆動に際しては、各
端子から下記の表３に示す所定の信号をＨシフトレジス
タから各ゲートトランジスタＴＲを介して選択的にＴＦ
Ｔに入力し、Ｖシフトレジスタからのゲート制御信号に
応じて、ＴＦＴによって単安定ＦＬＣ９にスイッチング
電圧を印加する（Ｃｓは信号電荷を１フレーム時間蓄積
するためのキャパシタ、ＣＯＭはコモン電位を供給する
素子部である）。

【００７１】

【００７２】＊ＨとＶの位相 180度、周波数は任意。この電圧印加で液晶に＋4.5 ＶのＤＣが印加される。

【００７３】この例では、60Hzのフィールド周波数で画
像表示したところ、 200マイクロ秒以下と高速で、±50
度以上の広い視野角を有するディスプレイを実現でき
た。

【００７４】例３（カラーフィルタのないアクティブマ
トリックス駆動型単安定ＦＬＣ表示デバイスIIの作製）アクティブマトリックス素子としては、例えばＴＦＴ
（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）を用いる
ことができる。ここでは、モノクロ用のＴＦＴ素子を用
いた。

【００７５】図３に、カラーフィルタレスのアクティブ
マトリックス駆動型単安定ＦＬＣ表示デバイスIIの構成
を示す。ガラス基板１ａのＴＦＴ６の側に宇部興産社製
Ｕ−ワニスのＮ−メチル−２−ピロリドン溶液をスピン
キャスト法により塗布し、 200℃で焼成し、 500Åのポ
リイミド配向膜５ａを形成し、更にアセテート系の布を
巻いたローラでラビング配向処理をした。また、コモン
電極４の側は、ガラス基板１ｂ上にクロムのブラックマ
トリックス２、透明電極（ＩＴＯ）４をこの順番に形成
し、その透明電極面４に同様にポリイミド膜５ｂを形成
し、ラビング配向処理を施した。

【００７６】このようにして作製した配向膜付きのＴＦ
Ｔ側パネルとカラーフィルタ側パネルとを、その配向処
理方向が対向面で反平行となるように組み、そのスペー
サ７として目的ギャップ長に応じたガラスビーズ（真糸
球：直径 0.8〜1.5 μｍ（触媒化成工業社製））を用い
た。スペーサ７は周囲を接着するシール剤８（ＵＶ硬化
型の接着剤（フォトレック：セキスイ化学（株）社
製））中に 0.3wt％程度分散させることにより、基板間
のギャップを制御し、かつ、セルの周囲を液晶の注入孔
を確保して上記シール剤で接着した。

【００７７】その後、単安定強誘電性液晶組成物９を等
方相温度又はカイラルネマチック相温度の流動性を示す
状態で減圧下で注入した。液晶注入後、徐冷し、注入孔
周囲のガラス基板上の液晶を除去した後、ＵＶ硬化型接
着剤で封止し、単安定強誘電性液晶素子を作製した。こ
こで用いた強誘電性液晶９は例１と同様の組成物を用い
た。

【００７８】上記の各パネルに配向処理方向と平行又は
直交して偏光板10ａ、10ｂを設け、デバイス両面に配置
した。配置した偏光板10は互いに直交させた。更に、こ
のパネルのＴＦＴ素子側にバックライト11を配置するこ
とにより、カラーフィルタレスの単安定強誘電性液晶表
示デバイスIIを完成した（但し、カラーフィルタは、Ｆ
ＬＣ素子とは別に設けるが、ここでは図示省略した：後
記の図12参照）。

【００７９】例４（アクティブマトリックス駆動型単安
定ＦＬＣ表示デバイスIIの駆動）カラーフィルタレス（モノクロ）用アクティブマトリッ
クスの素子構成のレイアウトを図４に示す。ＮＴＳＣ信
号をデコーダによりＲ、Ｇ、Ｂ信号に変換し、同時にＴ
ＦＴを駆動するためのＨ、Ｖシフトレジスタ用クロック
パルスをパルスドライバから発生させた。このＴＦＴパ
ネルにおける各端子信号については上記の表３に示した
が、この例では、各Ｒ、Ｇ、Ｂの各輝度信号を３番の共
通端子から入力した。

【００８０】この例でも、60Hzのフィールド周波数で画
像表示したところ、 200マイクロ秒以下と高速で、±50
度以上の広い視野角を有するディスプレイを実現でき
た。しかも、カラーフィルタレスでＲ、Ｇ、Ｂの各信号
を共通端子から入力できるため、カラーフィルタ用のＴ
ＦＴに比較して、有効な画素数を３倍にすることがで
き、高解像度化が可能である。

【００８１】例５（色順次切り替え用液晶フィルタの作
製方法）セルの構成は図５に示す通りである。即ち、透明ガラス
基板１ａ、１ｂ上に透明電極４ａ、４ｂ(100Ω／□のＩ
ＴＯ）を付け、更にその上に液晶配向膜としてＳｉＯの
斜方蒸着膜５ａ、５ｂを形成した。このＳｉＯ斜方蒸着
膜の形成方法としては、真空蒸着装置内に、ＳｉＯ蒸着
源から鉛直上に基板を配し、鉛直の線と基板法線のなす
角を85度として設置した。ＳｉＯを基板温度 170℃で真
空蒸着後、 300℃、１時間の焼成を行った。

【００８２】このようにして作製した配向膜付きの基板
をその配向処理方向が対向面で反平行となるように組
み、そのスペーサ７として目的ギャップ長に応じたガラ
スビーズ（真糸球：直径 0.8〜3.0 μｍ（触媒化成工業
社製））を用いた。スペーサ７は透明基板の大きさによ
り小さい面積の場合は周囲を接着するシール剤８（ＵＶ
硬化型の接着剤（フォトレック：セキスイ化学（株）社
製））中に 0.3wt％程度分散させることにより、基板間
のギャップを制御した。更に基板面積が大きい場合に
は、上記真糸球を基板上に平均密度で 100個／mm² 散布
したのち、ギャップをとり、セルの周囲を液晶の注入孔
を確保して上記シール剤で接着した。

【００８３】その後、強誘電性液晶９（例えばチッソ
（株）社製ＣＳ−１０１４）を等方相温度又はカイラル
ネマチック相温度の流動性を示す状態で減圧下で注入し
た。液晶注入後、徐冷し、注入孔周囲のガラス基板上の
液晶を除去した後、エポキシ系の接着剤で封止し、強誘
電性液晶素子を作製した。

【００８４】用いる強誘電性液晶はチッソ（株）社製、
メルク（株）社製、ＢＤＨ社製、或いは他の公知の強誘
電性液晶化合物又は非カイラル液晶との組成物でも可能
であるが、その制限はなく、その相系列の制限も必要と
せず、必要なのは使用温度範囲でカイラルスメクチック
液晶相をとることである。更に、カイラルスメクチック
液晶以外でもスイッチングスピードが高速であれば、例
えば、反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）や電傾効果を示すス
メクチックＡ相でも適用可能である。

【００８５】この例による色順次切り替え用液晶フィル
タの電気光学特性は下記の表４に示す通りである。

【００８６】

【表１】

【００８７】これによれば、この液晶フィルタ（ＦＬＣ
液晶素子）は、使用光学波長の約半分の位相差を示して
おり、入射光の偏光面を約90度回転できるスペックを有
していることが分かる。

【００８８】例６（色順次切り替え用液晶フィルタの駆
動波形）例５の強誘電性液晶素子の駆動法としては、従来の一般
的なＦＬＣの駆動法が適用できる。図６〜図９に、１フ
レーム内でスイッチ状態を１回切り替える駆動波形の一
例を示す。

【００８９】図６は方形波駆動である。１フレームで電
気的中性条件を保つ方法であって、パルス駆動に比べて
ＤＣ電圧が印加されている時間が長いが、素子の絶縁性
が高い場合には信頼性の高い駆動法である。ＦＬＣの
他、ＡＦＬＣ、電傾効果型スメクチックＡにも使用でき
る。

【００９０】図７はリセットパルス付きのパルス駆動で
あり、書き込み直前にリセットパルスを加えてフィール
ド内での電気的中性条件を保つ方法であり、液晶に長時
間の直流成分が印加され難い。

【００９１】図８はリセットパルス無しのパルス駆動で
あり、１フレーム内での電気的中性条件を保つ方法であ
る。

【００９２】図９はリセットパルス無しのパルス駆動で
あり、パルス印加後の印加電圧保持により、メモリー効
果の少ない液晶材料系でもスイッチ状態を保持でき、同
時に１フレーム内での電気的中性条件を保つ方法であ
る。ＦＬＣの他、ＡＦＬＣにも使用できる。

【００９３】上記の駆動波形によるスイッチング特性を
上記の表４に示した。立ち上がり（10−90％Ｔ）及び立
ち下がり（90−10％Ｔ）とも、いずれもマイクロ秒オー
ダーの高速応答を示しており、１フィールド内での十分
な応答を保証している。

【００９４】例７（色順次駆動型単安定ＦＬＣ表示デバ
イスの構成）例５（又は例３）のＦＬＣ素子（スイッチ素子）とカラ
ー偏光板（カラーフィルタ）とを組み合わせることによ
り、透過光の色をＲ、Ｇ、Ｂに切り替え可能な素子を実
現できる。図10に、色順次駆動単安定ＦＬＣ表示デバイ
スの構成を示す。

【００９５】即ち、例３で作製した図３のモノクロタイ
プのアクティブマトリックス駆動型単安定ＦＬＣ表示デ
バイスの偏光板10Ｂ（Ｐ１）の前面に高速で偏光面を90
°回転することのできるＦＬＣ素子12ａ（ＦＬＣ１）、
カラー偏光板13（Ｐ２）、ＦＬＣ素子12ｂ（ＦＬＣ
２）、カラー偏光板14（Ｐ３）をこの順に配置した。Ｆ
ＬＣ１、ＦＬＣ２の異常光軸のスイッチ状態１の方向を
偏光板10ｂ（Ｐ１）の光透過容易軸に対して直交或いは
平行に配置し、更に、偏光板Ｐ１の光透過容易軸に対し
てカラー偏光板Ｐ２のＢ光透過容易軸、カラー偏光板Ｐ
３のＲ光透過容易軸を平行に配置した。

【００９６】スイッチ状態１とスイッチ状態２では、異
常光軸が約45°傾斜しており、そのレタデーションを 2
70nmとすることにより、例えば、偏光板Ｐ１を通った
Ｒ、Ｇ、Ｂ光はＦＬＣ１のスイッチ状態が15（スイッチ
状態１）の時、偏光面の回転を受けないでカラー偏光板
Ｐ２のＢ光透過容易軸に平行に入射するために、カラー
偏光板Ｐ２を透過するのはＢ光だけとなる。

【００９７】この時、ＦＬＣ２のスイッチ状態が15であ
れば、同様にＢ光は偏光面の回転を受けずにカラー偏光
板Ｐ３のＲ光透過容易軸に平行に入射するため、Ｂ光は
透過できず、黒となる。即ち、この場合は、単安定ＦＬ
Ｃ素子での階調に拘わらず、常に黒を実現できる。

【００９８】一方、偏光板Ｐ１を通ったＲ、Ｇ、Ｂ光は
ＦＬＣ１のスイッチ状態が16（スイッチ状態２）の時、
偏光面は90°回転し、カラー偏光板Ｐ２のＲ、Ｇ光透過
容易軸に平行に入射するために、カラー偏光板Ｐ２を透
過するのはＲ、Ｇ光だけとなる。

【００９９】この時、ＦＬＣ２のスイッチ状態が15であ
れば、Ｒ、Ｇ光は偏光面の回転を受けずにカラー偏光板
Ｐ３のＧ、Ｂ光透過容易軸に平行に入射するため、Ｒ光
は透過できず、Ｇだけ透過する。即ち、この場合は、単
安定ＦＬＣ素子での階調に応じた緑の表示を実現でき
る。

【０１００】また、この時、ＦＬＣ２のスイッチ状態が
16であれば、同様にＲ、Ｇ光偏光面は90°回転し、カラ
ー偏光板Ｐ３のＲ光透過容易軸に平行に入射するため、
Ｇ光は透過できず、Ｒだけ透過する。即ち、この場合
は、単安定ＦＬＣ素子での階調に応じた赤の表示を実現
できる。

【０１０１】下記の表５に、ＦＬＣ１とＦＬＣ２のスイ
ッチ状態と透過光の種類についてまとめた。

【０１０２】

【０１０３】このように、ＦＬＣ素子ＦＬＣ１とＦＬＣ
２のスイッチ状態の組み合わせにより、色の切り替えが
可能であった。

【０１０４】例８（色順次駆動法）例５で作製したパネルの駆動法について説明する。図11
に、色順次駆動型単安定ＦＬＣ表示デバイスの駆動回路
の構成を示す。

【０１０５】入力信号はＮＴＳＣ、Ｙ／Ｃ、ＲＧＢ信号
を問わないが、デコーダによりＲ、Ｇ、Ｂ信号にし、１
フィールド分をフィールドメモリ１に取り込む。次のフ
ィールドを取り込む前に、次のバッファメモリ（フィー
ルドメモリ）２へ転送しておく。更に、次のフィールド
を取り込んでいる間に、パルスドライバからのシフトレ
ジスタ駆動パルスに同期させて、バッファメモリ２から
Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号を単安定ＦＬＣ素子の信号端子
３番に入力し、同時に色順次切り替えをそれと同期させ
て行うことにより、フルカラーの表示素子を実現でき
る。

【０１０６】この色順次駆動型単安定ＦＬＣ表示デバイ
スの駆動のタイミングテーブルを図12に示す。ここで
は、１フィールド内にＲ、Ｇ、Ｂを各１回点灯する方法
（図６の方形波を使用）において、単安定ＦＬＣへの書
き込み過程では、色フィルタを黒の状態にして画質の劣
化を防止しているのが特徴的である。

【０１０７】通常、ＮＴＳＣ方式では、１フィールドは
１/60 秒であり、各色は、書き込み過程とホールド時を
含めて 16.67秒で完了しなければならない。しかしなが
ら、１フィールド内で、Ｒ、Ｇ、Ｂを各１回書き込むだ
けでは、その表示特性はいわゆる色割れ（画像のエッジ
でＲ、Ｇ、Ｂの各色が別れて表示される。）を生じてし
まう。

【０１０８】そのために、Ｒ、Ｇ、Ｂを２回（Ｒ／Ｇ／
Ｂ／Ｒ／Ｇ／Ｂ）或いは３回（Ｒ／Ｇ／Ｂ／Ｒ／Ｇ／Ｂ
／Ｒ／Ｇ／Ｂ）繰り返すことにより、色割れを減ずるこ
とができる。しかしながら、１回の場合には各スイッチ
状態は１/180秒、２回の場合には各スイッチ状態は１/3
60秒、３回の場合には各スイッチ状態は１/540秒（1.85
msec）の期間しか与えられていないため、色フィルタの
切り替え速度はかなりの高速性が要求される。

【０１０９】そこで、液晶素子として上記のＦＬＣ（強
誘電性液晶）であれば、上記の表４や図19に示したよう
に立ち上がり時間は 0.1msec以下を達成できるため、上
記の切り替え速度に対応した十分高速なスイッチングが
可能となった。

【０１１０】以上、本発明を実施例について説明した
が、上述した実施例は本発明の技術的思想に基づいて更
に変形が可能である。

【０１１１】例えば、液晶の種類をはじめ、液晶素子の
各構成部分の材質、構造、形状、組み立て方法等は種々
に変更することができる。基板（例えば上述の１ａ、１
ｂ）はディスプレイとして、少なくとも一方が光学的に
透明であればよい。

【０１１２】なお、上述した実施例では、表示素子に好
適な液晶素子について説明したが、表示素子では特に階
調性（中間調）を実現できる点で好ましいものである。
しかし、本発明は、表示素子に限らず、液晶素子をフィ
ルタやシャッタ、ＯＡ機器のディスプレイ画面、スクリ
ーンやウォブリング用の位相制御素子等にも適用可能で
ある。

【０１１３】

【発明の作用効果】本発明の液晶素子によれば、上述し
た如く、単安定強誘電性液晶素子（単安定ＦＬＣ素子）
と、この液晶素子を駆動するＴＦＴ等のアクティブマト
リックス素子と、フィルタ素子とを組み合わせているの
で、液晶素子として単安定ＦＬＣ素子を用いていること
によって、ＴＮ素子では不可能であった、広視野角で１
msec以下の高速応答性の表示を階調性良く実現すること
ができる。

【０１１４】このような広視野角、高速応答性の単安定
ＦＬＣ素子をＴＦＴ等のアクティブマトリックス素子で
駆動し、フィルタ素子（特に１msec以下で色順次に切り
替え可能なカラーフィルタ等のフィルタ素子）によっ
て、対応する色の表示を再現性良く高階調度に得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく液晶表示デバイスの概略断面図
である。

【図２】同駆動用のアクティブマトリックスのレイアウ
ト図である。

【図３】本発明に基づく他の液晶表示デバイスの概略断
面図である。

【図４】同駆動用のアクティブマトリックスのレイアウ
ト図である。

【図５】本発明に使用可能な液晶セルの概略断面図であ
る。

【図６】液晶素子の駆動波形図である。

【図７】同液晶素子の他の駆動波形図である。

【図８】同液晶素子の他の駆動波形図である。

【図９】同液晶素子の更に他の駆動波形図である。

【図10】本発明に基づく色順次駆動型単安定ＦＬＣ素子
デバイスの概略分解斜視図である。

【図11】同表示デバイスの駆動回路図である。

【図12】同表示デバイスの駆動時のタイミングテーブル
である。

【図13】本発明に使用可能な単安定ＦＬＣ素子のモード
を示す説明図である。

【図14】同単安定ＦＬＣの分子構造図である。

【図15】同単安定ＦＬＣ素子の電気光学特性図である。

【図16】同単安定ＦＬＣ素子の電気光学特性評価のため
に用いる光学系の説明図である。

【図17】同単安定ＦＬＣ素子のチルト角の印加電圧依存
性を示すグラフである。

【図18】同単安定ＦＬＣ素子の透過率の印加電圧依存性
を示すグラフである。

【図19】同単安定ＦＬＣ素子の立ち上がり時間の温度及
び印加電圧依存性を示すグラフである。

【図20】同単安定ＦＬＣ素子の立ち下がり時間の温度依
存性を示すグラフである。

【図21】従来のＴＮ素子の透過率の視野角依存性を示す
グラフである。

【図22】本発明に使用可能な単安定ＦＬＣ素子の透過率
の視野角依存性を示すグラフである。

【図23】従来の双安定ＦＬＣ素子のモードを示す説明図
である。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ・・・基板２・・・ブラックマトリックス３・・・カラーフィルタ４・・・透明電極層５ａ、５ｂ・・・液晶配向膜（液晶配向膜制御層）６・・・透明電極及びＴＦＴ９、12ａ、12ｂ、ＦＬＣ・・・強誘電性液晶又は素子 10ａ、10ｂ・・・偏光板 11・・・バックライト 13、14・・・カラー偏光板ＴＦＴ・・・薄膜トランジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単安定強誘電性液晶素子と、この液晶素
子を駆動するアクティブマトリックス素子と、フィルタ
素子とを組み合わせた液晶装置。
【請求項２】単安定強誘電性液晶素子が１msec以下の
応答時間を有し、フィルタ素子が１msec以下で色順次に
切り替え可能である、請求項１に記載した装置。
【請求項３】単安定強誘電性液晶素子とアクティブマ
トリックス素子とを組み合わせてモノクロの表示素子が
構成され、この表示素子と表示観測位置との間にフィル
タ素子が配置されている、請求項１又は２に記載した装
置。
【請求項４】単安定強誘電性液晶素子とアクティブマ
トリックス素子とカラーフィルタ素子とを組み合わせて
カラーの表示素子として構成されている、請求項１又は
２に記載した装置。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載した
液晶装置を駆動するに際し、アクティブマトリックス素
子によって単安定強誘電性液晶素子を駆動し、この駆動
と同期してフィルタ素子を切り替える、液晶装置の駆動
方法。
【請求項６】単安定強誘電性液晶素子の駆動を１msec
以下の応答時間で行い、フィルタ素子の切り替えも１ms
ec以下で行う、請求項５に記載した方法。
【請求項７】単安定強誘電性液晶素子に対する情報書
き込み過程においてフィルタ素子を黒の状態にする、請
求項５又は６に記載した方法。