JPH09190157A - 液晶表示装置 - Google Patents
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- JPH09190157A JPH09190157A JP8347093A JP34709396A JPH09190157A JP H09190157 A JPH09190157 A JP H09190157A JP 8347093 A JP8347093 A JP 8347093A JP 34709396 A JP34709396 A JP 34709396A JP H09190157 A JPH09190157 A JP H09190157A
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/139—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
- G02F1/141—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent using ferroelectric liquid crystals
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 均一な配向が容易であり多階調表示がで
き、しかも視野角が相対的に広くて駆動電圧の低い液晶
表示装置を提供する。 【解決手段】 一対の透明電極１１．１２を備えると共
に、スメクチック層２０が電極１１．１２に垂直であ
り、電極１１．１２のうち一方の電極１１から他方の電
極１２にわたって液晶方向子がねじれている反強誘電性
液晶物質１０を、電極１１．１２間に有する。
き、しかも視野角が相対的に広くて駆動電圧の低い液晶
表示装置を提供する。 【解決手段】 一対の透明電極１１．１２を備えると共
に、スメクチック層２０が電極１１．１２に垂直であ
り、電極１１．１２のうち一方の電極１１から他方の電
極１２にわたって液晶方向子がねじれている反強誘電性
液晶物質１０を、電極１１．１２間に有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置（ＬＣ
Ｄ：liquid crystal display）に関し、詳しくは、ねじ
れ構造の反強誘電性（antiferroelectric）液晶物質を
用いる液晶表示装置に関する。
Ｄ：liquid crystal display）に関し、詳しくは、ねじ
れ構造の反強誘電性（antiferroelectric）液晶物質を
用いる液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶とは、固体で見られる方向秩序を有
するものもあり、方向秩序と位置秩序の一部を有するも
のもあるので、液体および固体とは区分される相、また
は状態である。液晶相の物質は一般的に方向秩序を有
し、その分子は非対称的な模様を有するので、方向に伴
って物理的性質が違って現われる異方性物質である。液
晶分子は細くて長い棒の形をしているのが一般的であ
る。分子の長軸を分子軸といい、分子はその分子軸が平
均的に互いに平行するように配列しようとする。この
際、平均分子軸方向を方向子で表す。このような液晶
を、その秩序の状態によって大きく３つに分類すること
ができる。それらを分類すると、ネマチック（nemati
c）、コレステリック（cholesteric）またはキラール・
ネマチック（Chiral nematic）、スメクチック（smecti
c）などである。ネマチック液晶は、方向秩序はもって
いるが、位置秩序はもっていない。キラール・ネマチッ
ク液晶は方向子に対して垂直である方向に伴って平均分
子軸が空間上に回転するようにする分子力を有する。こ
のような性質を、キラリティー（chirality）という。
スメクチック層からなるスメクチック液晶は、前記２つ
の種類の液晶より配列が更に規則的であるので、方向秩
序のみならず位置秩序も一部持っている。
するものもあり、方向秩序と位置秩序の一部を有するも
のもあるので、液体および固体とは区分される相、また
は状態である。液晶相の物質は一般的に方向秩序を有
し、その分子は非対称的な模様を有するので、方向に伴
って物理的性質が違って現われる異方性物質である。液
晶分子は細くて長い棒の形をしているのが一般的であ
る。分子の長軸を分子軸といい、分子はその分子軸が平
均的に互いに平行するように配列しようとする。この
際、平均分子軸方向を方向子で表す。このような液晶
を、その秩序の状態によって大きく３つに分類すること
ができる。それらを分類すると、ネマチック（nemati
c）、コレステリック（cholesteric）またはキラール・
ネマチック（Chiral nematic）、スメクチック（smecti
c）などである。ネマチック液晶は、方向秩序はもって
いるが、位置秩序はもっていない。キラール・ネマチッ
ク液晶は方向子に対して垂直である方向に伴って平均分
子軸が空間上に回転するようにする分子力を有する。こ
のような性質を、キラリティー（chirality）という。
スメクチック層からなるスメクチック液晶は、前記２つ
の種類の液晶より配列が更に規則的であるので、方向秩
序のみならず位置秩序も一部持っている。
【０００３】スメクチック液晶の中では、傾斜キラール
・スメクチック液晶、例えばスメクチックＣ＊液晶は強
誘電性を有する。スメクチックＣ＊液晶は、スメクチッ
ク層に対して垂直な軸（以下、レーヤーノーマルとい
う）に傾いている分子軸を有する液晶物質である。スメ
クチックＣ＊液晶分子は光学的に活性化されているの
で、レーヤーノーマルに沿って螺旋運動をする。スメク
チックＣ＊液晶は、方向子とレーヤーノーマルに対して
垂直方向で自発分極を表す。スメクチックＣ＊液晶は、
方向子に対して垂直である軸に対する回転対称（rotati
onary symmetry）とスメクチック面に反転対称（invers
ion symmetry）が存在するが、スメクチックＣ＊相では
分子がキラールした部分を持つと、反転対称が崩れて横
方向へ巨視的には自発分極（spontaneous polarizatio
n）が表れてくる。ところが、一般的なスメクチックＣ
＊相で分子がレーヤーノーマルに従って螺旋運動をする
ので、一周期、または一ピッチに対する巨視的な自発分
極は０になる。従って、強誘電性液晶を不適合（improp
er）強誘電性液晶とも呼んでいる。このような螺旋構造
は外部で電場を印加することによって解けるが、臨界値
以上の電場では螺旋構造が完全に解けて巨視的な自発分
極が存在する。
・スメクチック液晶、例えばスメクチックＣ＊液晶は強
誘電性を有する。スメクチックＣ＊液晶は、スメクチッ
ク層に対して垂直な軸（以下、レーヤーノーマルとい
う）に傾いている分子軸を有する液晶物質である。スメ
クチックＣ＊液晶分子は光学的に活性化されているの
で、レーヤーノーマルに沿って螺旋運動をする。スメク
チックＣ＊液晶は、方向子とレーヤーノーマルに対して
垂直方向で自発分極を表す。スメクチックＣ＊液晶は、
方向子に対して垂直である軸に対する回転対称（rotati
onary symmetry）とスメクチック面に反転対称（invers
ion symmetry）が存在するが、スメクチックＣ＊相では
分子がキラールした部分を持つと、反転対称が崩れて横
方向へ巨視的には自発分極（spontaneous polarizatio
n）が表れてくる。ところが、一般的なスメクチックＣ
＊相で分子がレーヤーノーマルに従って螺旋運動をする
ので、一周期、または一ピッチに対する巨視的な自発分
極は０になる。従って、強誘電性液晶を不適合（improp
er）強誘電性液晶とも呼んでいる。このような螺旋構造
は外部で電場を印加することによって解けるが、臨界値
以上の電場では螺旋構造が完全に解けて巨視的な自発分
極が存在する。
【０００４】一方、スメクチックＣ液晶のうち、反強誘
電性を有するものもある。図５を参考にして、反強誘電
性液晶の動作を説明する。反強誘電性液晶は方向子とレ
ーヤーノーマルに垂直である双極子Ｐを有し、互いに隣
接している分子層である液晶分子はレーヤーノーマルに
対して反対方向に傾いている。ところが、図５に示した
ように連続するスメクチック層の双極子Ｐは互いに反対
方向を示すので、巨視的な自発分極は存在しない。強誘
電性液晶とは異なり、反強誘電性液晶は隣接するスメク
チック層の間に作用する電気的双極子結合力を持ってお
り、この結合力は誘電率異方性による力より非常に大き
い。その結果、印加される外部電場による力が双極子結
合力より小さい場合、分子は応答しない。しかしなが
ら、臨界電圧以上の電圧を印加すると、分子は電気双極
子が電場の方向に配列されるようにする方向に配列す
る。このような状況で、この液晶は強誘電性を表し、こ
の強誘電性は基本的に電場により表れてくる。
電性を有するものもある。図５を参考にして、反強誘電
性液晶の動作を説明する。反強誘電性液晶は方向子とレ
ーヤーノーマルに垂直である双極子Ｐを有し、互いに隣
接している分子層である液晶分子はレーヤーノーマルに
対して反対方向に傾いている。ところが、図５に示した
ように連続するスメクチック層の双極子Ｐは互いに反対
方向を示すので、巨視的な自発分極は存在しない。強誘
電性液晶とは異なり、反強誘電性液晶は隣接するスメク
チック層の間に作用する電気的双極子結合力を持ってお
り、この結合力は誘電率異方性による力より非常に大き
い。その結果、印加される外部電場による力が双極子結
合力より小さい場合、分子は応答しない。しかしなが
ら、臨界電圧以上の電圧を印加すると、分子は電気双極
子が電場の方向に配列されるようにする方向に配列す
る。このような状況で、この液晶は強誘電性を表し、こ
の強誘電性は基本的に電場により表れてくる。
【０００５】つぎに、図６（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、
反強誘電性液晶を用いる従来の液晶表示装置を詳細に説
明する。２つの透明電極１１、１２の間に反強誘電性液
晶を置き、液晶物質のスメクチック層は電極１１、１２
に対して垂直に配列する。図６（Ｂ）は電極１１、１２
に電場が印加されない状態を示するもので、スメクチッ
ク層に垂直である軸と方向子の間の角度は与えられる温
度で一定であり、互いに隣接しているスメクチック層の
分子はレーヤーノーマルに対して互いに反対方向に傾い
ている。図６（Ａ）及び（Ｃ）は臨界値以上の電場を印
加する際の分子状態を示すものであり、電場の極性に従
って２つの方向のうち、一方向に分子が整列する。２つ
の場合の分子方向は、レーヤーノーマルに対して対称で
ある。結局、強誘電性液晶は電場に対してオン／オフ状
態に応答する反面、反強誘電性液晶はオン／反強誘電／
オフの３つの状態に応答する。このような従来の反強誘
電性液晶表示装置は、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示したよう
に３つの状態に駆動されるので、強誘電性液晶装置に比
べると、フリッカ（flicker）とかクロストーク（cross
talk）が相対的に少なくて視野角が向上する利点があ
る。
反強誘電性液晶を用いる従来の液晶表示装置を詳細に説
明する。２つの透明電極１１、１２の間に反強誘電性液
晶を置き、液晶物質のスメクチック層は電極１１、１２
に対して垂直に配列する。図６（Ｂ）は電極１１、１２
に電場が印加されない状態を示するもので、スメクチッ
ク層に垂直である軸と方向子の間の角度は与えられる温
度で一定であり、互いに隣接しているスメクチック層の
分子はレーヤーノーマルに対して互いに反対方向に傾い
ている。図６（Ａ）及び（Ｃ）は臨界値以上の電場を印
加する際の分子状態を示すものであり、電場の極性に従
って２つの方向のうち、一方向に分子が整列する。２つ
の場合の分子方向は、レーヤーノーマルに対して対称で
ある。結局、強誘電性液晶は電場に対してオン／オフ状
態に応答する反面、反強誘電性液晶はオン／反強誘電／
オフの３つの状態に応答する。このような従来の反強誘
電性液晶表示装置は、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示したよう
に３つの状態に駆動されるので、強誘電性液晶装置に比
べると、フリッカ（flicker）とかクロストーク（cross
talk）が相対的に少なくて視野角が向上する利点があ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気的
双極子結合力より大きい力を加えるため、大きい電圧が
必要であり、電力消費も大きく、強誘電性液晶表示装置
の有する多階調表示の実現が難しく、均一な配向が得ら
れないという課題がある。
双極子結合力より大きい力を加えるため、大きい電圧が
必要であり、電力消費も大きく、強誘電性液晶表示装置
の有する多階調表示の実現が難しく、均一な配向が得ら
れないという課題がある。
【０００７】本発明の目的は、上記従来技術の有する課
題に鑑み、均一な配向が容易であり多階調表示ができ、
しかも視野角が相対的に広くて駆動電圧の低い液晶表示
装置を提供することにある。
題に鑑み、均一な配向が容易であり多階調表示ができ、
しかも視野角が相対的に広くて駆動電圧の低い液晶表示
装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は、請求項記載
の発明により達成される。即ち、本発明の液晶表示装置
ではねじれを加えた反強誘電性液晶物質を用いる。つま
り、本発明の特徴構成は、一対の透明電極を備えると共
に、スメクチック層が前記電極に垂直であり、前記電極
のうち一方の電極から他方の電極にわたって液晶方向子
がねじれている反強誘電性液晶物質を、前記電極間に有
する点にある。このようになっているので、本発明にか
かる液晶表示装置は、大面積の均一な配向を得ることが
できると共に、多階調表示も容易であり、しかも低電圧
駆動もでき、高いコントラスト比率も達成される。
の発明により達成される。即ち、本発明の液晶表示装置
ではねじれを加えた反強誘電性液晶物質を用いる。つま
り、本発明の特徴構成は、一対の透明電極を備えると共
に、スメクチック層が前記電極に垂直であり、前記電極
のうち一方の電極から他方の電極にわたって液晶方向子
がねじれている反強誘電性液晶物質を、前記電極間に有
する点にある。このようになっているので、本発明にか
かる液晶表示装置は、大面積の均一な配向を得ることが
できると共に、多階調表示も容易であり、しかも低電圧
駆動もでき、高いコントラスト比率も達成される。
【０００９】前記一対の電極表面での前記液晶物質の液
晶方向子が、前記電極と平行することが好ましい。前記
一対の電極のうち、一方の電極表面での前記液晶方向子
が他方の電極表面での前記液晶方向子となるねじれ角は
０°〜１８０°であると都合がよい。前記液晶方向子
が、前記スメクチック層のレーヤーノーマルに対して一
定な分子傾斜角となることが好ましい。前記ねじれ角は
前記分子傾斜角の２倍以下であり、特に前記ねじれ角は
前記分子傾斜角の２倍であると都合がよい。そして、前
記液晶方向子の分子傾斜角が１５°〜６０°であること
が好ましい。
晶方向子が、前記電極と平行することが好ましい。前記
一対の電極のうち、一方の電極表面での前記液晶方向子
が他方の電極表面での前記液晶方向子となるねじれ角は
０°〜１８０°であると都合がよい。前記液晶方向子
が、前記スメクチック層のレーヤーノーマルに対して一
定な分子傾斜角となることが好ましい。前記ねじれ角は
前記分子傾斜角の２倍以下であり、特に前記ねじれ角は
前記分子傾斜角の２倍であると都合がよい。そして、前
記液晶方向子の分子傾斜角が１５°〜６０°であること
が好ましい。
【００１０】前記一対の電極に夫々偏光子が付着されて
いると一層好ましい。これらの偏光子の偏光軸は互いに
直交するか、あるいは、互いに平行するように配置する
ことが好ましい。これらの偏光子のうち、１つの偏光子
の偏光軸は前記一対の電極表面での液晶方向子が互いに
対称になるように配置されていると都合がよい。
いると一層好ましい。これらの偏光子の偏光軸は互いに
直交するか、あるいは、互いに平行するように配置する
ことが好ましい。これらの偏光子のうち、１つの偏光子
の偏光軸は前記一対の電極表面での液晶方向子が互いに
対称になるように配置されていると都合がよい。
【００１１】前記一対の電極のうち、片方または双方の
電極に位相差板が付着されていると一層好ましい。ある
いは、前記一対の電極のうち、片方の電極に光を発する
発光手段が付着されていてもよいし、あるいは、前記一
対の電極のうち、片方の電極に反射板が付着されていて
もよい。この場合、自然光が利用できて好ましい。
電極に位相差板が付着されていると一層好ましい。ある
いは、前記一対の電極のうち、片方の電極に光を発する
発光手段が付着されていてもよいし、あるいは、前記一
対の電極のうち、片方の電極に反射板が付着されていて
もよい。この場合、自然光が利用できて好ましい。
【００１２】電場が印加されない場合は、与えられた温
度下で分子傾斜角を維持しようとする力と配向力が調和
するので、分子が円錐の表面に沿って連続的に移動す
る。電圧が印加されると、分子方向子は、分子双極子が
電場に対して平行になるように電場に反応してその方向
を変化するので、階調表示ができるのである。
度下で分子傾斜角を維持しようとする力と配向力が調和
するので、分子が円錐の表面に沿って連続的に移動す
る。電圧が印加されると、分子方向子は、分子双極子が
電場に対して平行になるように電場に反応してその方向
を変化するので、階調表示ができるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明による実施形態を、添付図
面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態によ
る半強誘電性液晶表示装置を表す。図１に示すように、
正または負の誘電率異方性を有する半強誘電性液晶１０
が一対の透明電極１１、１２の間に挿入されていて、２
つの電極１１、１２の外面に夫々偏光子１３、１４が装
着されている。液晶物質のスメクチック層２０は、２つ
の電極１１、１２の面に対して垂直になるように配置さ
れていて、液晶物質１０の分子方向子はレーヤーノーマ
ルに対して「分子傾斜角」を構成する。液晶物質１０に
接する電極１１、１２の両表面は、水平配向をした液晶
分子が電極１１、１２の表面で、表面に対して平行にな
るように配列されるようにする。一般的には、アルキル
フェノール(alkylphenol)、ヘキサデシルトリメチルア
ンモニウムブロミド(hexadecyltrimethylammonium brom
ide)などの界面活性剤、ポリイミド(polyimide)樹脂な
どに塗布するか、ＳｉＯｘ斜方蒸着するか、ラングミュ
ア・ブロジェット・フィルム積層方法(Langmuir-Blodge
tt film deposition method)で配向吸着剤を塗布した
後、望む方法にラビング(rubbing)して溝(groove)を形
成したり、線偏光される紫外線、または可視光線を照射
して両電極１１、１２の表面に存在する液晶分子が電極
１１、１２に水平に配向されるようにする。
面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態によ
る半強誘電性液晶表示装置を表す。図１に示すように、
正または負の誘電率異方性を有する半強誘電性液晶１０
が一対の透明電極１１、１２の間に挿入されていて、２
つの電極１１、１２の外面に夫々偏光子１３、１４が装
着されている。液晶物質のスメクチック層２０は、２つ
の電極１１、１２の面に対して垂直になるように配置さ
れていて、液晶物質１０の分子方向子はレーヤーノーマ
ルに対して「分子傾斜角」を構成する。液晶物質１０に
接する電極１１、１２の両表面は、水平配向をした液晶
分子が電極１１、１２の表面で、表面に対して平行にな
るように配列されるようにする。一般的には、アルキル
フェノール(alkylphenol)、ヘキサデシルトリメチルア
ンモニウムブロミド(hexadecyltrimethylammonium brom
ide)などの界面活性剤、ポリイミド(polyimide)樹脂な
どに塗布するか、ＳｉＯｘ斜方蒸着するか、ラングミュ
ア・ブロジェット・フィルム積層方法(Langmuir-Blodge
tt film deposition method)で配向吸着剤を塗布した
後、望む方法にラビング(rubbing)して溝(groove)を形
成したり、線偏光される紫外線、または可視光線を照射
して両電極１１、１２の表面に存在する液晶分子が電極
１１、１２に水平に配向されるようにする。
【００１４】２つの電極１１、１２の水平配向方向は互
いにずれるようにし、この際、２つの電極の水平配向方
向の角度は液晶の分子傾斜角の２倍になる。それで、分
子傾斜角を維持する力と双極子結合力が配向力と調和す
るように分子が配列される。図２及び図３は、２つの電
極１１、１２間の反強誘電性液晶のスメクチック層に存
在する分子を示す。ここで、ｘ軸はスメクチック層に垂
直な軸であり、ｙ軸は電極１１、１２に平行、かつｘ軸
に対して反時計方向に９０°回転する軸であり、ｚ軸は
電極１１、１２に垂直な軸であり、かつｙ軸に対して反
時計方向に９０°回転する軸である。
いにずれるようにし、この際、２つの電極の水平配向方
向の角度は液晶の分子傾斜角の２倍になる。それで、分
子傾斜角を維持する力と双極子結合力が配向力と調和す
るように分子が配列される。図２及び図３は、２つの電
極１１、１２間の反強誘電性液晶のスメクチック層に存
在する分子を示す。ここで、ｘ軸はスメクチック層に垂
直な軸であり、ｙ軸は電極１１、１２に平行、かつｘ軸
に対して反時計方向に９０°回転する軸であり、ｚ軸は
電極１１、１２に垂直な軸であり、かつｙ軸に対して反
時計方向に９０°回転する軸である。
【００１５】図２により、液晶分子１６、１７、１８の
位置を次の変数を用いて説明する。ｘ軸の正方向と液晶
分子の方向子ｎになる角は「分子傾斜角」θ0であり、
方向子ｎのｘ−ｙ平面に対する垂線の軸がｘ軸となす角
度は「水平角」θであり、方向子ｎのｙ軸からｚ軸の方
向に回転した「回転角」はφである。ここではθは方向
子ｎのｘ−ｙ平面に対する垂直な軸がｙ＞０のある場合
には正の値になり、ｙ＜０の部分にある場合には負の値
になると仮定してみる。まず、反強誘電性液晶の性質に
従って設定される温度ですべての分子傾斜角の大きさθ
0（＞０）は固定されていて、いつも一定な値である。
電極１１、１２表面の液晶方向子１７、１８により形成
される平面は水平配向により、電極１１、１２の表面に
平行である。即ち、下部電極１１の表面の液晶方向子１
７の回転角φは０°であり、上部電極の表面の液晶方向
子１８の回転角φは１８０°である。一方、両電極１
１、１２表面の液晶方向子１７、１８の水平角θの大き
さは夫々傾斜角θ0と同様であるが、下部電極１１の表
面の液晶方向子１７の場合には、正の符号を持って（即
ち、＋θ0）、上部電極１２の表面の液晶方向子１８の
場合には負の符号を有している（即ち、−θ0）。
位置を次の変数を用いて説明する。ｘ軸の正方向と液晶
分子の方向子ｎになる角は「分子傾斜角」θ0であり、
方向子ｎのｘ−ｙ平面に対する垂線の軸がｘ軸となす角
度は「水平角」θであり、方向子ｎのｙ軸からｚ軸の方
向に回転した「回転角」はφである。ここではθは方向
子ｎのｘ−ｙ平面に対する垂直な軸がｙ＞０のある場合
には正の値になり、ｙ＜０の部分にある場合には負の値
になると仮定してみる。まず、反強誘電性液晶の性質に
従って設定される温度ですべての分子傾斜角の大きさθ
0（＞０）は固定されていて、いつも一定な値である。
電極１１、１２表面の液晶方向子１７、１８により形成
される平面は水平配向により、電極１１、１２の表面に
平行である。即ち、下部電極１１の表面の液晶方向子１
７の回転角φは０°であり、上部電極の表面の液晶方向
子１８の回転角φは１８０°である。一方、両電極１
１、１２表面の液晶方向子１７、１８の水平角θの大き
さは夫々傾斜角θ0と同様であるが、下部電極１１の表
面の液晶方向子１７の場合には、正の符号を持って（即
ち、＋θ0）、上部電極１２の表面の液晶方向子１８の
場合には負の符号を有している（即ち、−θ0）。
【００１６】下部電極１１の液晶分子１７の水平角θは
＋θ0であり、上部電極１２の液晶分子１１の水平角θ
は−θ0であるので、分子間に作用する力によって液晶
セルの中間にある分子の水平角θは、下部電極１１から
上部基板１２に至る＋θ0から−θ0まで次第に変化しな
ければならない。結局、液晶分子はｘ軸となす角度がθ
0である直線がｘ軸に対して回転してなす円錐４０の表
面に従って回転する形になる。
＋θ0であり、上部電極１２の液晶分子１１の水平角θ
は−θ0であるので、分子間に作用する力によって液晶
セルの中間にある分子の水平角θは、下部電極１１から
上部基板１２に至る＋θ0から−θ0まで次第に変化しな
ければならない。結局、液晶分子はｘ軸となす角度がθ
0である直線がｘ軸に対して回転してなす円錐４０の表
面に従って回転する形になる。
【００１７】従って、下部電極１１から中央地点までの
液晶分子の回転角φは０°から９０°までの角度をな
し、中央から上部電極１２までの液晶分子は９０°から
１８０°までの回転角をなす。また、下部電極１１から
中央地点までの液晶分子の水平角θは＋θ0から０°ま
での角度をなし、中央から上部基板１２までの液晶分子
は０°から−θ0までの回転角をなす。結局、２つの電
極１１、１２の表面にある分子間の回転角φは１８０°
になり、水平角θの差は２θ0で、２つの電極１１、１
２の間の配向角度の差と同様である。
液晶分子の回転角φは０°から９０°までの角度をな
し、中央から上部電極１２までの液晶分子は９０°から
１８０°までの回転角をなす。また、下部電極１１から
中央地点までの液晶分子の水平角θは＋θ0から０°ま
での角度をなし、中央から上部基板１２までの液晶分子
は０°から−θ0までの回転角をなす。結局、２つの電
極１１、１２の表面にある分子間の回転角φは１８０°
になり、水平角θの差は２θ0で、２つの電極１１、１
２の間の配向角度の差と同様である。
【００１８】つぎに、スメクチック層での分子の配列を
みてみる。図３は、本実施形態に従う液晶表示装置で液
晶分子の配列を示すもので、２つの電極１１、１２に対
してスメクチック層が垂直に配向されている構造を示
す。このような液晶装置で、２つの電極１１、１２の表
面付近である液晶分子は表面処理により決定される１つ
の方向に配列される。しかしながら、互いに隣接してい
るスメクチック層である液晶分子は互いに反対方向に配
列しようとし、また分子傾斜角は一定に維持しようとす
る。従って、電極１１、１２表面から遠くなると、互い
に隣接するスメクチック層の液晶分子は円錐に従って違
う方向に回転して反対側に位置しようとし、結局、中央
付近では互いに隣接するスメクチック層である分子が円
錐表面で互いに反対側に位置するので、結果的にジグザ
グ形になる。
みてみる。図３は、本実施形態に従う液晶表示装置で液
晶分子の配列を示すもので、２つの電極１１、１２に対
してスメクチック層が垂直に配向されている構造を示
す。このような液晶装置で、２つの電極１１、１２の表
面付近である液晶分子は表面処理により決定される１つ
の方向に配列される。しかしながら、互いに隣接してい
るスメクチック層である液晶分子は互いに反対方向に配
列しようとし、また分子傾斜角は一定に維持しようとす
る。従って、電極１１、１２表面から遠くなると、互い
に隣接するスメクチック層の液晶分子は円錐に従って違
う方向に回転して反対側に位置しようとし、結局、中央
付近では互いに隣接するスメクチック層である分子が円
錐表面で互いに反対側に位置するので、結果的にジグザ
グ形になる。
【００１９】一方、図３で上部電極１２付近にある液晶
分子の双極子が紙面上にある場合、下部電極１１に向か
うにしたがい液晶分子が回転し、これに従って双極子の
方向も回転する。結局、下部電極１１付近の液晶分子の
双極子の方向は紙面の下側位置になることになる。この
際、２つの電極１１、１２の間に臨界値以上の高い電圧
を印加すると、分子の方向がねじれる。前述したように
反強誘電性液晶分子の場合、分子軸方向に垂直である電
気的双極子を有する。ところが、電気的双極子は電場に
対して平行に整列しようとする性質を有するので、電場
が印加されると分子軸は電場と垂直になろうとする。一
方、反強誘電性液晶の性質に従って液晶方向子は続いて
一定な分子傾斜角を維持しようとする。従って、液晶分
子は円錐表面に従って電場に平行する方向に配列する。
この状態で、電極１１、１２に垂直である方向に下側か
ら上側に向かう電場を印加すると、双極子の方向は電場
の方向と同一な方向、即ち、紙面上に向かう。そのた
め、分子は一番上側の分子と同一に配列される。しか
し、下部電極１１表面付近の分子は本来の状態を維持す
るので、分子が円錐４０の表面に従って連続的に回転す
る領域が下部電極１１とある地点の間に形成される。前
記したこととは反対に、電極１１、１２に垂直である方
向に上側から下側に向かう電場を印加すると双極子の方
向は電場の方向と同一である方向、即ち紙面の下部が円
錐４０の表面に従って連続的に回転する領域が上部電極
１２とある地点の間に形成される。一方、分子の再配列
は初期位置から終わり、即ち安定される状態まで最初の
径路に従う。ここで、分子が円錐表面に従って回転する
程度は印加される電圧の大きさに依存するので、この大
きさの変化に従って液晶物質は連続的な電気光学効果を
現して階調表示ができる。
分子の双極子が紙面上にある場合、下部電極１１に向か
うにしたがい液晶分子が回転し、これに従って双極子の
方向も回転する。結局、下部電極１１付近の液晶分子の
双極子の方向は紙面の下側位置になることになる。この
際、２つの電極１１、１２の間に臨界値以上の高い電圧
を印加すると、分子の方向がねじれる。前述したように
反強誘電性液晶分子の場合、分子軸方向に垂直である電
気的双極子を有する。ところが、電気的双極子は電場に
対して平行に整列しようとする性質を有するので、電場
が印加されると分子軸は電場と垂直になろうとする。一
方、反強誘電性液晶の性質に従って液晶方向子は続いて
一定な分子傾斜角を維持しようとする。従って、液晶分
子は円錐表面に従って電場に平行する方向に配列する。
この状態で、電極１１、１２に垂直である方向に下側か
ら上側に向かう電場を印加すると、双極子の方向は電場
の方向と同一な方向、即ち、紙面上に向かう。そのた
め、分子は一番上側の分子と同一に配列される。しか
し、下部電極１１表面付近の分子は本来の状態を維持す
るので、分子が円錐４０の表面に従って連続的に回転す
る領域が下部電極１１とある地点の間に形成される。前
記したこととは反対に、電極１１、１２に垂直である方
向に上側から下側に向かう電場を印加すると双極子の方
向は電場の方向と同一である方向、即ち紙面の下部が円
錐４０の表面に従って連続的に回転する領域が上部電極
１２とある地点の間に形成される。一方、分子の再配列
は初期位置から終わり、即ち安定される状態まで最初の
径路に従う。ここで、分子が円錐表面に従って回転する
程度は印加される電圧の大きさに依存するので、この大
きさの変化に従って液晶物質は連続的な電気光学効果を
現して階調表示ができる。
【００２０】つぎに、このような構成を有する本実施形
態の液晶表示装置の作用を、図２及び図３を参照して詳
細に説明する。第１の偏光子１３を、その偏光軸に対し
て２つの電極１１、１２表面での液晶方向子が互いに対
称になるように配置し、第２の偏光子１４の偏光軸は第
１の偏光子１３の偏光軸と直交するように配置する。例
えば、第１の偏光子１３の偏光軸は、図２ではｘ軸に平
行である。電圧が印加されない状態では、液晶物質１０
の液晶分子が円錐表面に従って連続的に回転する状態を
維持するので、第１の偏光子１３の偏光軸が液晶物質の
平均光軸と一致する。第１の偏光子１３を通過して偏光
される光が電極１１に垂直に入射されると、この光は液
晶物質を通過しながら平均光軸方向に偏光を維持する。
この光の偏光方向は第２の偏光子１４の偏光軸と垂直で
あるので、光は第２の偏光子を通過できない。しかし、
２つの偏光子１３、１４の偏光軸が互いに平行する場合
には、この光は第２の偏光子１４を通過する。
態の液晶表示装置の作用を、図２及び図３を参照して詳
細に説明する。第１の偏光子１３を、その偏光軸に対し
て２つの電極１１、１２表面での液晶方向子が互いに対
称になるように配置し、第２の偏光子１４の偏光軸は第
１の偏光子１３の偏光軸と直交するように配置する。例
えば、第１の偏光子１３の偏光軸は、図２ではｘ軸に平
行である。電圧が印加されない状態では、液晶物質１０
の液晶分子が円錐表面に従って連続的に回転する状態を
維持するので、第１の偏光子１３の偏光軸が液晶物質の
平均光軸と一致する。第１の偏光子１３を通過して偏光
される光が電極１１に垂直に入射されると、この光は液
晶物質を通過しながら平均光軸方向に偏光を維持する。
この光の偏光方向は第２の偏光子１４の偏光軸と垂直で
あるので、光は第２の偏光子を通過できない。しかし、
２つの偏光子１３、１４の偏光軸が互いに平行する場合
には、この光は第２の偏光子１４を通過する。
【００２１】電圧が印加される状態では、液晶分子が円
錐４０の表面に従って回転して電場に対して垂直に配列
しようとする。前述したように、分子が円錐４０の表面
に従って回転する領域が存在するので、液晶の平均光軸
も回転する。このような大きさ及び平均光軸方向の回転
程度は、電場の大きさにより決定される。従って、第１
の偏光子１３による偏光される光が液晶物質１０を通過
することに従って平均光軸方向が回転するほど偏光方向
が回転し、第１の偏光子１３と直交している第２の偏光
子１４を一部通過する。第１の偏光子１３の偏光方向に
対して２つの電極１１、１２表面での液晶方向子が互い
に対称になるように配置するので、第２の偏光子１４を
通過する光の量は電場の極性に関係ない。
錐４０の表面に従って回転して電場に対して垂直に配列
しようとする。前述したように、分子が円錐４０の表面
に従って回転する領域が存在するので、液晶の平均光軸
も回転する。このような大きさ及び平均光軸方向の回転
程度は、電場の大きさにより決定される。従って、第１
の偏光子１３による偏光される光が液晶物質１０を通過
することに従って平均光軸方向が回転するほど偏光方向
が回転し、第１の偏光子１３と直交している第２の偏光
子１４を一部通過する。第１の偏光子１３の偏光方向に
対して２つの電極１１、１２表面での液晶方向子が互い
に対称になるように配置するので、第２の偏光子１４を
通過する光の量は電場の極性に関係ない。
【００２２】本実施形態には２つの偏光子１３、１４の
偏光軸を互いに垂直に配置したが、他の様々な方法で配
置しても類似な結果が得られる。本実施形態では２つの
電極に水平配向をして２つの電極表面での液晶方向子の
間の角度が分子傾斜角の２倍になるようにした場合を提
示したが、様々な方法でねじれを加えても類似な結果が
得られる。
偏光軸を互いに垂直に配置したが、他の様々な方法で配
置しても類似な結果が得られる。本実施形態では２つの
電極に水平配向をして２つの電極表面での液晶方向子の
間の角度が分子傾斜角の２倍になるようにした場合を提
示したが、様々な方法でねじれを加えても類似な結果が
得られる。
【００２３】図４は、印加する電圧の強さに従う光の変
調度合を表すグラフとして、横軸に印加電圧の大きさ
（Ｖ／μｍ）を、縦軸に変調（任意単位）を表す。図４
に示す通り、従来のねじれがない反強誘電性液晶表示装
置と比べて本実施形態のものは、変調の大きさがおよそ
７倍以上に増加するので、低電圧駆動ができて、コント
ラストの強調および多階調表示が容易である。
調度合を表すグラフとして、横軸に印加電圧の大きさ
（Ｖ／μｍ）を、縦軸に変調（任意単位）を表す。図４
に示す通り、従来のねじれがない反強誘電性液晶表示装
置と比べて本実施形態のものは、変調の大きさがおよそ
７倍以上に増加するので、低電圧駆動ができて、コント
ラストの強調および多階調表示が容易である。
【００２４】
【発明の効果】以上に述べた通り、本発明では反強誘電
性液晶物質をねじれ構造で配向するので、大面積の均一
な配向を得ることができると共に、多階調表示も容易で
あり、しかも低電圧駆動もでき、コントラストを高める
ことも達成されるという効果がある。
性液晶物質をねじれ構造で配向するので、大面積の均一
な配向を得ることができると共に、多階調表示も容易で
あり、しかも低電圧駆動もでき、コントラストを高める
ことも達成されるという効果がある。
【図１】本発明の実施形態による反強誘電性液晶表示装
置の断面図
置の断面図
【図２】本発明の実施形態による反強誘電性液晶表示装
置のある分子層の液晶分子の配列を説明する斜視図
置のある分子層の液晶分子の配列を説明する斜視図
【図３】本発明の実施形態による反強誘電性液晶表示装
置で液晶分子の配列を示す斜視図
置で液晶分子の配列を示す斜視図
【図４】本発明の実施形態による反強誘電性液晶表示装
置で印加電圧と変調の大きさの関係を表すグラフ
置で印加電圧と変調の大きさの関係を表すグラフ
【図５】反強誘電性液晶分子の配列説明図
【図６】反強誘電性液晶を用いた従来の液晶表示装置の
動作を説明する図
動作を説明する図
１０ 反強誘電性液晶物質 １１ 下部電極 １２ 上部電極 １３，１４ 偏光子 ２０ スメクチック層 Ｐ 双極子
Claims (16)
- 【請求項１】 一対の透明電極を備えると共に、スメク
チック層が前記電極に垂直であり、前記電極のうち一方
の電極から他方の電極にわたって液晶方向子がねじれて
いる反強誘電性液晶物質を、前記電極間に有する液晶表
示装置。 - 【請求項２】 前記一対の電極表面での前記液晶物質の
液晶方向子が、前記電極と平行である請求項１記載の液
晶表示装置。 - 【請求項３】 前記一対の電極のうち、一方の電極表面
での前記液晶方向子が、他方の電極表面での前記液晶方
向子となすねじれ角は０°〜１８０°である請求項２記
載の液晶表示装置。 - 【請求項４】 前記液晶方向子が、前記スメクチック層
のレーヤーノーマルに対して一定な分子傾斜角となる請
求項３記載の液晶表示装置。 - 【請求項５】 前記ねじれ角は、前記分子傾斜角の２倍
以下である請求項４記載の液晶表示装置。 - 【請求項６】 前記ねじれ角は、前記分子傾斜角の２倍
である請求項５記載の液晶表示装置。 - 【請求項７】 前記液晶方向子の分子傾斜角が、１５°
〜６０°である請求項６記載の液晶表示装置。 - 【請求項８】 前記一対の電極に夫々付着されている偏
光子を更に有する請求項１記載の液晶表示装置。 - 【請求項９】 前記一対の偏光子の偏光軸は互いに直交
する請求項８記載の液晶表示装置。 - 【請求項１０】 前記一対の偏光子の偏光軸は互いに平
行である請求項８記載の液晶表示装置。 - 【請求項１１】 前記一対の偏光子のうち、一方の偏光
子の偏光軸は前記一対の電極表面での液晶方向子が互い
に対称になるように配置されている請求項８記載の液晶
表示装置。 - 【請求項１２】 前記一対の偏光子の偏光軸は互いに直
交する請求項１１記載の液晶表示装置。 - 【請求項１３】 前記一対の偏光子の偏光軸は互いに平
行である請求項１１記載の液晶表示装置。 - 【請求項１４】 前記一対の電極のうち、片方または双
方の電極に位相差板が付着されている請求項１記載の液
晶表示装置。 - 【請求項１５】 前記一対の電極のうち、１つの電極に
光を発する発光手段が付着されている請求項１記載の液
晶表示装置。 - 【請求項１６】 前記一対の電極のうち、１つの電極に
反射板が付着されている請求項１記載の液晶表示装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019950055949A KR0177975B1 (ko) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | 비틀린 구조의 반강유전성 액정 표시 장치 |
| KR1995-55949 | 1995-12-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09190157A true JPH09190157A (ja) | 1997-07-22 |
Family
ID=19444107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8347093A Pending JPH09190157A (ja) | 1995-12-26 | 1996-12-26 | 液晶表示装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5784140A (ja) |
| JP (1) | JPH09190157A (ja) |
| KR (1) | KR0177975B1 (ja) |
| DE (1) | DE19654583A1 (ja) |
| GB (1) | GB2308674B (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3144329B2 (ja) * | 1996-12-25 | 2001-03-12 | 日本電気株式会社 | 液晶表示素子 |
| WO1998044383A1 (fr) * | 1997-03-31 | 1998-10-08 | Citizen Watch Co., Ltd. | Dispositif a cristaux liquides antiferro-electriques et procede de fabrication de celui-ci |
| JPH10307285A (ja) * | 1997-05-08 | 1998-11-17 | Casio Comput Co Ltd | 液晶表示素子とその駆動方法 |
| US6208402B1 (en) * | 1997-09-17 | 2001-03-27 | Citizen Watch Co., Ltd. | Antiferroelectric liquid crystal panel |
| US6505670B2 (en) * | 2000-07-11 | 2003-01-14 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method for injection molding metallic materials |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0334628B1 (en) * | 1988-03-24 | 1994-06-22 | Nippondenso Co., Ltd. | Ferroelectric liquid crystal electrooptic apparatus and manufacturing method thereof |
| US5078477A (en) * | 1988-11-09 | 1992-01-07 | Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. | Ferroelectric liquid crystal cell |
| US5172257A (en) * | 1991-11-08 | 1992-12-15 | Bell Communications Research, Inc. | Twisted ferroelectric liquid crystal modulator for providing gray scale |
| JPH05249435A (ja) * | 1992-03-03 | 1993-09-28 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 反強誘電性液晶素子 |
| US5559620A (en) * | 1992-03-05 | 1996-09-24 | Casio Computer Co., Ltd. | Anti-ferroelectric liquid crystal display device with intersecting alignment film directions |
| US5589966A (en) * | 1993-05-11 | 1996-12-31 | Mitsui Petrochemical Industries, Ltd. | Antiferroelectric liquid crystal light modulation device |
| JPH08201814A (ja) * | 1995-01-24 | 1996-08-09 | Toppan Printing Co Ltd | 反強誘電性液晶を用いた液晶パネル体及びその製造方法 |
| JPH09304794A (ja) * | 1996-05-20 | 1997-11-28 | Toshiba Corp | 液晶表示素子 |
-
1995
- 1995-12-26 KR KR1019950055949A patent/KR0177975B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1996
- 1996-12-20 GB GB9626455A patent/GB2308674B/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-12-24 US US08/772,795 patent/US5784140A/en not_active Expired - Fee Related
- 1996-12-26 JP JP8347093A patent/JPH09190157A/ja active Pending
- 1996-12-27 DE DE19654583A patent/DE19654583A1/de not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR0177975B1 (ko) | 1999-05-01 |
| DE19654583A1 (de) | 1997-07-03 |
| KR970048720A (ko) | 1997-07-29 |
| GB9626455D0 (en) | 1997-02-05 |
| GB2308674B (en) | 2000-06-21 |
| US5784140A (en) | 1998-07-21 |
| GB2308674A (en) | 1997-07-02 |
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