JPH0869019A - 液晶電気光学装置 - Google Patents

液晶電気光学装置

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JPH0869019A
JPH0869019A JP20394394A JP20394394A JPH0869019A JP H0869019 A JPH0869019 A JP H0869019A JP 20394394 A JP20394394 A JP 20394394A JP 20394394 A JP20394394 A JP 20394394A JP H0869019 A JPH0869019 A JP H0869019A
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JP
Japan
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liquid crystal
optical device
voltage
angle
twist
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JP20394394A
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English (en)
Inventor
Yuzuru Sato
譲 佐藤
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 準安定的記憶効果を有する液晶表示体におい
てプレティルト角に関する動作マージンを拡大し、単純
マトリクス方式で走査線数の多い高精細表示及び大画面
に対応可能な液晶表示装置を提供する。 【構成】 2枚の基板に施されたラビング方向のなす角
と初期状態における液晶分子の捻れ角(φr)をほぼ一
致させ、各界面のプレティルト角が逆符号の関係になる
構成によって印加電圧波形に依存して2つの準安定状態
を有する液晶表示素子において、液晶の3つの弾性定数
に関して、0.5≦K33/K11≦3.0、0.5≦K22/K11
0.8、K33 ≦ 30×10-12N なる条件を満たす事によっ
て上記目的を達する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はカイラルネマティック液
晶を用いたメモリー性を有する液晶電気光学装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】メモリー性を有する液晶素子のひとつと
して、特公平1-51818 に開示された方式がある。それ
は、初期状態において180° ツイスト構造をとるように
液晶層厚dとねじれピッチpとの比(d/p)を調整し
たカイラルネマティック液晶を備え、電圧を印加するこ
とによって一旦フレデリクス転移を生じさせた後の緩和
状態として、前記初期状態とは異なる任意に選択可能な
2つの配向状態を持つ、というものである。
【0003】図1に該液晶素子の略断面図を示す。初期
状態でのツイスト角は必ずしも180°である必要はない
が、ここではツイスト角が180°の場合について説明す
る。2枚の透明基板11,12には透明電極13と絶縁
層14と液晶配向膜15が積層されており(ただし、絶
縁層は任意)、さらにラビング処理が施されている。ま
た、カイラルネマティック液晶のd/pは、初期状態に
おいて180°ツイスト構造をとるように調整されてい
る。上下基板それぞれに施したラビング処理の方向を互
いに反平行とすることによって、上下基板それぞれに接
している液晶分子のダイレクターベクトル19(液晶分
子長軸方向)の立ち上がり方向が図示した関係になるよ
うにする。
【0004】このような配向状態をとる液晶層にフレデ
リクス転移を生じさせるに十分大きな電圧を印加した
後、その電圧を急激に減少させれば配向状態は360°ツ
イスト状態へ緩和し、徐々に減少させればツイスト角が
0°であるユニフォーム状態へ緩和する。その2つの配
向状態は準安定であり、それらの配向状態は数秒間は維
持される。すなわち、永久的ではないが双安定性を持
つ。準安定状態を維持するために電圧を印加する必要は
ない。一定の時間が経過すればそれらの準安定状態は自
然に初期状態へ戻る。偏光板の設置角度を適当に設定す
れば2つの準安定状態を光学的に区別することができる
ため、その2つの準安定状態を用いて光スイッチングを
行うことができる。
【0005】該液晶素子を表示装置として応用する場合
には、その双安定性を利用して、たとえば図2に示した
駆動方法によって単純マトリクス駆動することができ
る。同図中201、204は走査電極に印加される電圧
波形、Tsは選択期間を表す。202、205はTsにお
いて信号電極に印加される電圧波形であって、それぞれ
ツイスト角が略(φr+180°)と略(φr−180
°)である2つの準安定状態を選択する場合に対応す
る。203、206はそれぞれ201と202、204
と205の差分としてTsにおいて液晶層に印加される
合成波形である。液晶にフレデリクス転移をもたらすた
めの電圧しきい値をVth、2つの準安定状態を選択する
ための電圧臨界値をVcとした場合、波高値V1の電圧パ
ルスをフレデリクス転移を生じさせるに十分大きなもの
とし、さらに |V2−V3| ≦ Vc |V2+V3| ≧ Vc |V3| ≦ Vth なる関係を満たす事によって、フレデリクス転移後の選
択期間Tsにおいて203の電圧波形が印加されるとツ
イスト角が略φr+180°=360°の準安定状態が
選択され、206印加時にはφr−180°=0°ユニ
フォームの準安定状態が選択される。1フレームの周期
は数10msec 程度なので、選択された状態は次に選択さ
れるまで維持される。したがって、選択した状態(360
°ツイスト状態またはユニフォーム状態)が初期状態へ
自然に戻らないうちに再び選択するようにすれば、高い
コントラスト比の表示を行うことができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、表示領域全面
にわたって均一に表示することはそれほど容易ではな
い。液晶−液晶配向膜界面における液晶分子の配向が均
一ではない、ということがその理由の一つである。
【0007】図1に記されたxyz座標系は、xy面が
液晶層の巨視的な広がり面と平行で、かつ、x軸が下側
基板に施したラビング処理の方向と平行になるように設
定したグローバル座標系であり、αβγ座標系は、各基
板上においてγ軸が液晶配向膜表面の各点における面法
線と平行で、かつ、α軸がxz面内にあるように設定し
たローカル座標系である。基板上各点で液晶配向膜と接
しているダイレクターベクトルと液晶配向膜表面(αβ
面)とのなす角度をΩで表し、ダイレクターベクトルと
xy面とのなす角度をθp で表すことにする。一般的な
用語であるプレティルト角はθp の意味で用いられてい
る。ある面積にわたった平均的なθp のみが測定可能で
ある。液晶配向膜のアンカリングエネルギーや液晶層厚
などがxy面内で均一であっても、θp が不均一ならば
cが不均一になり、表示領域全面にわたって均一に表
示することはできない。θp がxy面内で不均一になる
原因としては、(1) 液晶配向膜表面が平坦であってもラ
ビング強度が不均一なためにΩ(θp)が場所により異
なる、(2) 液晶配向膜表面が平坦であっても液晶配向膜
の膜質が不均一なためにΩ(θp)が場所により異な
る、 (3) 液晶配向膜の表面にうねりや凹凸があるため
に、仮にΩが均一であってもθpが場所により異なる、
ということが挙げられる。しかし、これらの要因を完全
に押えることは非常に困難である。
【0008】従来のTN、STN等での使用を目的とし
て開発された液晶組成物を本発明の液晶電気光学装置に
適用することは原理的に可能であるが、θp の変動に対
する動作マージンが狭く、θp が変動した場合に上記2
つの準安定状態間のスイッチングがバランス良く行われ
ないという問題点を有していた。そのため、現在のとこ
ろ大面積で均一な表示は実現できていない。
【0009】本発明は上記課題を解決するためのもので
あり、その目的とするところは、大面積にわたって均一
な特性を持つ液晶電気光学装置を提供するところにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】発明者は上記動作マージ
ンが液晶の弾性定数に依存する事を見いだし、実験デー
タに見られる両者の相関から以下の条件によって所望の
特性が得られるという結論に達した。
【0011】本発明の液晶電気光学装置は、(1) 走査電
極群と信号電極群がマトリクス状に配置されてその対向
部に画素を形成する基板間に記憶効果を有する液晶を挟
持して構成された液晶素子、該電極群に駆動電圧信号を
印加する手段および該駆動電圧信号を制御する手段から
成る液晶電気光学装置において、前記液晶素子に封入さ
れた液晶がカイラルネマティック相を呈し、スプレイ変
形の弾性定数K11、ツイスト変形の弾性定数K22および
ベンド変形の弾性定数K33が、 0.5 < K33/K11 <3.0 0.5 < K22/K11 <0.8 K33 ≦ 30×10-12N なる条件を満たし、(2) 上記記憶効果を有する液晶が、
電圧を印加する前の初期状態においてφrのツイスト角
を成し、パルス電圧群を印加した後の緩和状態としてツ
イスト角が各々略(φr+180°)と略(φr−180
°)である2つの準安定状態を有する性質の液晶である
事を特徴とする。
【0012】
【実施例】以下、具体的な実施例により本発明の詳細を
説明する。
【0013】実施例で用いた液晶素子の略断面図を図1
に示す。透明基板11,12には、ストライプ状の透明
電極13としてITO、絶縁層14としてSi2、液晶
配向膜15としてポリイミドが積層されている。ただ
し、絶縁層を設けるかどうかは任意である。液晶配向膜
に施したラビング処理の方向が上側基板13と下側基板
12とで互いに反平行となるように、スペーサー16を
介して2枚の透明基板を重ね合わせた。ただし、図示し
ていないが球状の間隙保持材も併用して、液晶層厚の精
度を±0.02μmとした。Vcへの液晶層厚の影響を極力
抑えるためである。そして、初期状態において180° ツ
イスト状態となるようにd/pを調整した(0.25<d/
p<0.75)カイラルネマティック液晶を封入した。さら
に、十分高いコントラスト比が得られるような角度に2
枚の偏光板を設置した。図中では、下側基板上に設けら
れたストライプ状の透明電極は5本であるが、実際には
上下基板にそれぞれ640本と480本の透明電極を設けて、
画素数640×480個の対角9インチ液晶素子とした。そし
て、図3に示したような回路構成で液晶表示装置を作成
した。
【0014】(実施例1)本実施例では、以下に示すモ
ル%の液晶組成物にカイラルドーパントとしてE.Me
rck社製:S811を適量添加して、30°Cにおい
てp=3.0μmなるカイラルネマティック相を呈する液
晶組成物を用いた。
【0015】
【化1】
【0016】で表される化合物(以下「化合物1」とい
う。)を40。
【0017】
【化2】
【0018】で表される化合物(以下「化合物2」とい
う。)を20。
【0019】
【化3】
【0020】で表される化合物(以下「化合物3」とい
う。)を40。
【0021】この液晶組成物の30°Cにおける弾性定数
は表1に示したとおりであり、 0.5 < K33/K11 <3.0 0.5 < K22/K11 <0.8 K33 ≦ 30×10-12N という条件を満たしている。d=1.8μmとしたとこ
ろ、前述の双安定スイッチングが確認された。
【0022】
【表1】
【0023】この液晶組成物のVcのθp 依存性は、θp
が異なる6種類のテスト用液晶素子(測定面積は9 mm
2)と図4に示したテスト用駆動波形を用いて調べた。
各テスト用液晶素子で用いた液晶配向膜とその厚さ、お
よびθp を表2に示す。
【0024】
【表2】
【0025】Vcの測定には図4に示した駆動波形にお
いて、Ts=100 μsec、Tns=30 msec、Vr=25 V、V
b=1 V として、書き込み電圧Vwを変化させることに
よって測定した。その結果を図5の曲線(a) で示す。
【0026】この液晶組成物を図1に示した液晶素子に
封入して、図3の回路構成で図2の駆動電圧波形を印加
し、V1=25V,V2=3.2V,V3=1.0V,Ts=100μs
ecとして駆動したところ、表示領域全面にわたって均一
に表示することができた。
【0027】(実施例2)本実施例では、以下に示すモ
ル%の液晶組成物にカイラルドーパントとしてE.Me
rck社製:S811を適量添加して、30°Cにおい
てp=3.0μmなるカイラルネマティック相を呈する液
晶組成物を用いた。
【0028】
【化4】
【0029】で表される化合物(以下「化合物4」とい
う。)を30。
【0030】
【化5】
【0031】で表される化合物(以下「化合物5」とい
う。)を40。
【0032】
【化6】
【0033】で表される化合物(以下「化合物6」とい
う。)を30。
【0034】この液晶組成物の30°Cにおける弾性定数
は表1に示したとおりであり、 0.5 < K33/K11 <3.0 0.5 < K22/K11 <0.8 K33 ≦ 30×10-12N という条件を満たしている。d=1.9μmとしたとこ
ろ、前述の双安定スイッチングが確認された。実施例1
と同様にして求めたVcのθp 依存性を図5の曲線(b)
で示す。この液晶組成物を図1に示した液晶素子に封入
して、図2に示した駆動波形においてV1=25V,V2
3.8V,V3=0.8V,Ts=100μsec として駆動したと
ころ、表示領域全面にわたって均一に表示することがで
きた。
【0035】(比較例)比較例では、以下に示すモル%
の液晶組成物にカイラルドーパントとしてE.Merc
k社製:S811を適量添加して、30°Cにおいてp
=3.0μmなるカイラルネマティック相を呈する液晶組
成物を用いた。
【0036】
【化7】
【0037】で表される化合物(以下「化合物7」とい
う。)を25。
【0038】
【化8】
【0039】で表される化合物(以下「化合物8」とい
う。)を15。
【0040】
【化9】
【0041】で表される化合物(以下「化合物9」とい
う。)を40。
【0042】
【化10】
【0043】で表される化合物(以下「化合物10」と
いう。)を20。
【0044】この液晶組成物の30°Cにおける弾性定数
は表1に示したとおりであり、 K33 ≦ 30×10-12N という条件を満たしていないが、d=1.8μmとしたと
ころ前述の双安定スイッチングが確認された。実施例1
と同様にして求めたVcのθp 依存性を図6に示す。実
施例1と2で用いた液晶組成物と比較して、Vcのθp
依存性がかなり大きいことがわかる。この液晶組成物を
図1に示した液晶素子に封入して、表示領域全面で均一
に表示するように試みた。図2に示した駆動波形におい
てV1=25V,V3=1.3V,Ts=100μsec として、V2
を変えながら表示状態を観察したが、表示領域全面にわ
たって均一に駆動することはできなかった。
【0045】
【発明の効果】以上述べたように本発明によればスイッ
チング特性のプレティルト角(θp)依存性を小さくす
ることができるため、θpが場所によって異なっていて
もほぼ均一なスイッチング特性を得ることができる。そ
のため、表示むらのない大面積の液晶表示装置を実現で
きる、という効果を有する。直視型の液晶表示装置のみ
ならず、各種ライトバルブ、空間光変調器等にも応用で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の液晶素子の構造を表わす略断面
図。
【図2】本発明実施例に用いた駆動電圧波形を表わす
図。
【図3】本発明液晶表示装置の構造の概略を表わす図。
【図4】Vcのθp 依存性を測定するために用いたテス
ト用駆動波形を表す図。
【図5】実施例で用いた液晶組成物のVcのθp 依存性
を表す図。
【図6】比較例で用いた液晶組成物のVcのθp 依存性
を表す図。
【符号の説明】
11・・・・・・・・・・上側透明基板 12・・・・・・・・・・下側透明基板 13・・・・・・・・・・透明電極 14・・・・・・・・・・絶縁層 15・・・・・・・・・・液晶配向膜 16・・・・・・・・・・スペーサー 17・・・・・・・・・・液晶層 18・・・・・・・・・・偏光板 19・・・・・・・・・・ダイレクターベクトル 201、204・・・・・走査電極波形 202、205・・・・・信号電極波形 203、206・・・・・合成(差分)波形

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 走査電極群と信号電極群がマトリクス状
    に配置されてその対向部に画素を形成する基板間に記憶
    効果を有する液晶を挟持して構成された液晶素子、該電
    極群に駆動電圧信号を印加する手段および該駆動電圧信
    号を制御する手段から成る液晶電気光学装置において、
    前記液晶素子に封入された液晶がカイラルネマティック
    相を呈し、スプレイ変形の弾性定数K11、ツイスト変形
    の弾性定数K22およびベンド変形の弾性定数K33が、 0.5 < K33/K11 <3.0 0.5 < K22/K11 <0.8 K33 ≦ 30×10-12N なる条件を満たす事を特徴とする液晶電気光学装置。
  2. 【請求項2】 上記記憶効果を有する液晶が、電圧を印
    加する前の初期状態においてφrのツイスト角を成し、
    パルス電圧群を印加した後の緩和状態としてツイスト角
    が各々略(φr+180°)と略(φr−180°)であ
    る2つの準安定状態を有する性質の液晶である事を特徴
    とする請求項1記載の液晶電気光学装置。
JP20394394A 1994-08-29 1994-08-29 液晶電気光学装置 Pending JPH0869019A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6061042A (en) * 1997-02-06 2000-05-09 Ricoh Company, Ltd. Liquid crystal display device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6061042A (en) * 1997-02-06 2000-05-09 Ricoh Company, Ltd. Liquid crystal display device

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