JPH0869020A - 液晶装置 - Google Patents

液晶装置

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JPH0869020A
JPH0869020A JP20394494A JP20394494A JPH0869020A JP H0869020 A JPH0869020 A JP H0869020A JP 20394494 A JP20394494 A JP 20394494A JP 20394494 A JP20394494 A JP 20394494A JP H0869020 A JPH0869020 A JP H0869020A
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JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
crystal display
elastic constant
crystal device
voltage
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Application number
JP20394494A
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English (en)
Inventor
Takaaki Tanaka
孝昭 田中
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Seiko Epson Corp
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Seiko Epson Corp
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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
て画素の応答時間を短縮し、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、各々の界面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を得る。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 ≧ 15×10
-12 N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、液晶を用いた表示装置
に関するものであり、特に双安定性スイッチングを利用
して単純マトリクス駆動される液晶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、OA機器の表示装置等として実用
化されている液晶表示装置は、ツイストネマティック
(TN)型液晶もしくはスーパーツイストネマティック
(STN)型液晶を用いている。例えば、M.Schadt and
W.Helfrich: Appl. Phys. Lett.18(1971)127, あるい
は T.J.Scheffer and J.Nehring: Appl. Phys.Lett.45
(1984)1021.に示されているこれらの表示方式はメモリ
ー効果を持たないため、電圧平均化法による単純マトリ
クス駆動法または各画素にトランジスタ等のアクティブ
素子を設けたアクティブマトリクス駆動法によって駆動
される。
【0003】この他に、まだ実用化はされていないが、
様々な方式が研究されている。例えば、特開昭59-21972
0、特開昭60-196728には電圧平均化法の高速化技術等が
開示されており、特公平1-51818及び USP 4,239,345、
特公平3-26368、特開昭59-58420には双安定性スイッチ
ングを用いる方式が開示されている。
【0004】双安定性あるいは複数の安定状態を有する
動作モードに関しては、それらの状態間を適当な電圧波
形で選択的にスイッチング出来る場合において走査線数
の多い高精細表示に適する訳であるが、それぞれに特有
の問題点を持っている。
【0005】例えば、特公平1-51818 及びUSP 4,239,34
5 に開示されている技術は双安定性を持っているため、
アクティブ素子を用いなくても、いったん書き込んだ情
報を長時間保持することができる。ところが、二つの安
定な状態間のスイッチングは、基本的には印加電圧の急
激な遮断と約1秒間にわたる緩慢な降下によって行われ
るため、単純マトリクス駆動には適さず、書き込み速度
も非常に遅い。事実、特公平1-51818 にはスイッチング
原理が記載されているのみであり、単純マトリクス駆動
する方法は開示されていない。
【0006】特公平3-26368 に開示されている技術は、
印加電圧を制御することによって比較的高速の双安定ス
イッチングを行うものである。しかし、35°という高
いプレティルト角を必要とするため、液晶配向膜を斜方
蒸着等によって形成しなければならず、実用的とは言い
難い。
【0007】特開昭59-58420に開示されている技術は、
印加電圧を制御することによって書き込むか否かを選択
できるが、表示を消去するためには液晶層を等方相まで
加熱しなければならない。また、書き込むためには非常
に高い電圧が必要である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の液晶表示装置
は、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−1
80°)である2つの準安定状態を有する。より具体的
には、初期状態もしくは選択された準安定状態に絶対値
がしきい値以上の電圧パルスが印加されてフレデリクス
転移を生じた後の緩和過程において上記2つの準安定状
態のうち何れか一方が選択される。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
の液晶装置に適用することは原理的に可能であるが、画
素の透過率変化をともなうフレデリクス転移後の緩和時
間が長い場合にフリッカーを生じる、光利用効率が低い
等の問題点を有していた。
【0009】
【課題を解決するための手段】発明者は上記緩和時間が
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。従って本発明の液晶装
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表示パネル、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装置において、液晶表示
パネルに封入された液晶が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 ≧ 15×10-12 N なる条件を満たす事を特徴とする。
【0010】(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。
【0011】
【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。
【0012】図1に本発明の液晶表示装置における液晶
パネル部分の概略断面図を示す。ガラス基板(5)上に
ストライプ形状のITO透明電極(4)、絶縁層
(3)、配向膜(2)を積層して表面にラビング処理を
施して対向配置した。同図中8は画素間遮光層、6はレ
ベリング層であるが、これら(6、8)は必ずしも必要
ではない。基板間に液晶(1)を封入すると配向処理の
効果によりダイレクターベクトル(9)が配向膜界面で
一定のプレティルト角(θ1、θ2)をもって配列する。
液晶中に光学活性物質を添加する事によって内部の液晶
分子は螺旋構造をとる。
【0013】セルギャップをd、液晶のヘリカルピッチ
をpとした場合、 p/4<d<3p/4 という条件を満たす事によって液晶分子は上下基板間で
初期状態として180゜のツイスト角をもって配列す
る。本実施例では液晶組成物に光学活性添加剤(E.M
erck社製:S811)を加えてヘリカルピッチp=
2.7μmに調整し、セルの基板界面にはポリイミド配
向膜を設け、上下基板で反平行方向(180度)のラビ
ング処理を施してギャップd=1.5〜2.0μmとし
たものを用いた。本構成の素子は印加される駆動電圧波
形に応じて略0°ツイスト(ユニフォーム)状態と略3
60°ツイスト状態の2つの準安定状態を生ずる。この
ようにして得られた記憶型液晶パネルを2枚の偏光板
(図1中7)間に挾持し、概ね図3に示す回路構成をも
って液晶表示装置と成し、本発明の効果を確認した。
【0014】図2に本発明に適用される駆動電圧波形の
基本構成を示す。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、2
05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2
02、204と205の差分とし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、 |V1±V3| ≧ Vth |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。
【0015】2枚の偏光板を略クロスニコルとし、上記
0°ユニフォーム状態の平均分子軸方向(ラビング方
向)と偏光板透過軸のなす角を略45°となる様に配置
すると、同0°ユニフォーム状態は入射光を透過(以
下、ON状態とする)し、360°ツイスト状態は遮光
状態(以下、OFF状態)となって表示体としての機能
を有することになる。
【0016】(実施例1)以下に示すモル%の組成によ
り、室温でネマティック相を呈する液晶組成物を得た。
【0017】
【化1】
【0018】で表される化合物(以下「化合物1」とい
う。)を50。
【0019】
【化2】
【0020】で表される化合物(以下「化合物2」とい
う。)を30。
【0021】
【化3】
【0022】で表される化合物(以下「化合物3」とい
う。)を20。
【0023】上記組成物の弾性定数は30℃において、 K11 = 12.3×10-12 N K22 = 7.1×10-12 N K33 = 30.2×10-12 N となり、 0.5 ≦ K33/K11 ≦ 3.0 0.5 ≦ K22/K11 ≦ 0.8 K33 ≧ 15×10-12 N なる条件を満たす。
【0024】上記組成物のヘリカルピッチを前述の方法
で調整し、図1に示す構造の表示パネルを作成した。図
3の回路構成で図2の駆動電圧波形を印加し、表示パネ
ル部の温度を一定値に固定してフレデリクス転移を生じ
た状態から0°ユニフォームの準安定状態への緩和時間
を光学応答により測定した。30℃において、V1=2
5v、V2=4.0v、V3=1.0v、Ts=100μ
s.という設定によって上記緩和時間は3.15msで
あった。
【0025】(実施例2)以下に示すモル%の組成によ
り、室温でネマティック相を呈する液晶組成物を得た。
【0026】
【化4】
【0027】で表される化合物(以下「化合物4」とい
う。)を40。
【0028】
【化5】
【0029】で表される化合物(以下「化合物5」とい
う。)を30。
【0030】
【化6】
【0031】で表される化合物(以下「化合物6」とい
う。)を30。
【0032】上記組成物の弾性定数は30℃において、 K11 = 12.4×10-12 N K22 = 8.1×10-12 N K33 = 19.2×10-12 N となり、 0.5 ≦ K33/K11 ≦ 3.0 0.5 ≦ K22/K11 ≦ 0.8 K33 ≧ 15×10-12 N なる条件を満たす。
【0033】上記組成物のヘリカルピッチを前述の方法
で調整し、図1に示す構造の表示パネルを作成した。図
3の回路構成で図2の駆動電圧波形を印加し、表示パネ
ル部の温度を一定値に固定してフレデリクス転移を生じ
た状態から0°ユニフォームの準安定状態への緩和時間
を光学応答により測定した。30℃において、V1=2
5v、V2=3.5v、V3=1.2v、Ts=100μ
s.という設定によって上記緩和時間は4.87msで
あった。
【0034】(比較例)以下に示すモル%の組成によ
り、室温でネマティック相を呈する液晶組成物を得た。
【0035】
【化7】
【0036】で表される化合物(以下「化合物7」とい
う。)を40。
【0037】
【化8】
【0038】で表される化合物(以下「化合物8」とい
う。)を30。
【0039】
【化9】
【0040】で表される化合物(以下「化合物9」とい
う。)を30。
【0041】上記組成物の弾性定数は30℃において、 K11 = 5.4×10-12 N K22 = 3.7×10-12 N K33 = 7.7×10-12 N となり、 K33 < 15×10-12 N である。
【0042】上記組成物のヘリカルピッチを前述の方法
で調整し、実施例1、2と同様の方法で評価したとこ
ろ、30℃における上記緩和時間は10.5msであっ
た。
【0043】以上の実施例1、2および比較例に記載し
たデータにより、ベンド変形に関する弾性定数K33が大
きくなるにともなって応答緩和時間は短縮され、K33
≧15×10-12 N なる条件から外れると同緩和時間
は顕著に長くなるという事が明確になった。
【0044】
【発明の効果】以上述べた様に本発明の液晶装置によれ
ば、印加波形によって任意に選択可能な2つの準安定状
態間のスイッチングにおいて液晶の物性値、特に弾性定
数の比と絶対値を一定の範囲に調整する事によって画素
の応答時間を短縮する事ができ、光利用効率を高めてフ
リッカー等のない高品位な表示を実現する事が可能にな
った。本発明の液晶装置は、単純マトリクス駆動によっ
て走査線数の多い高精細ディスプレイへの対応が可能で
ある。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。
【0045】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の液晶表示素子の構造を表わす断
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。
【符号の説明】
1 液晶分子 2 配向膜 3 絶縁層 4 透明電極 5 ガラス基板 6 平坦化層 7 偏光板 8 遮光層 9 ダイレクターベク
トル θ1,θ2 界面における液晶
分子のプレティルト角 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表示パネ
    ル、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装置において、 液晶表示パネルに封入された液晶が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 ≧ 15×10-12 N なる条件を満たす事を特徴とする液晶装置。
  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記載の液晶装置。
JP20394494A 1994-08-29 1994-08-29 液晶装置 Pending JPH0869020A (ja)

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Cited By (2)

* 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
JP2002296611A (ja) * 2001-03-30 2002-10-09 Seiko Epson Corp 液晶表示装置および電子機器

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