JPH10301089A - Liquid crystal element and its driving method - Google Patents

Liquid crystal element and its driving method

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JPH10301089A
JPH10301089A JP12780297A JP12780297A JPH10301089A JP H10301089 A JPH10301089 A JP H10301089A JP 12780297 A JP12780297 A JP 12780297A JP 12780297 A JP12780297 A JP 12780297A JP H10301089 A JPH10301089 A JP H10301089A
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哲志 吉田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the liquid crystal display element utilizing an anti- ferroelectric liquid crystal material which provides a stable gradation display. SOLUTION: A liquid crystal layer 21 is sealed in between substrates 11 and 12. The layer 21 shows an anti-ferroelectric phase, in a bulk condition, depending on an applied voltage. The layer 21 shows the anti-ferroelectric phase while the layer 21 is sealed between one substrate and the other substrate and no voltage is applied. Moreover, the layer 21 is sealed to show the mixed phase, in which liquid crystal molecules of the intermediate phase oriented in the anti-ferroelectric, a ferroelectric and other conditions are mixed, while a voltage is applied. Depending on the applied voltage, the mixed phase is generated in the layer 21, the percentage of the liquid crystal molecules of the ferroelectric, the anti-ferroelectric and the intermediate phases varies and the optical axis of the layer 21 is continuously varied in accordance with the applied voltage. Thus, a gradation display is made possible by arranging polarizing plates 23 and 24 holding the substrates 11 and 12.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は反強誘電性液晶
(AFLC、Antiferroelectric Liquid Crystal)を用
いた液晶表示素子に関し、特に、階調表示が可能な反強
誘電性液晶表示素子及びその駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device using an antiferroelectric liquid crystal (AFLC), and more particularly to an antiferroelectric liquid crystal display device capable of gradation display and a driving method thereof. .

【0002】[0002]

【従来の技術】強誘電性液晶を用いる強誘電性液晶表示
素子は、ネマティック液晶を用いるTNモードの液晶表
示素子と比較して、高速応答、広い視野角が得られる等
の点で注目されている。強誘電性液晶表示素子として
は、強誘電性液晶を用いた強誘電性液晶表示素子と反強
誘電性液晶を用いた反強誘電性液晶表示素子とが知られ
ている。反強誘電性液晶表示素子は、反強誘電性液晶が
備える配向状態の安定性を利用して画像を表示するもの
である。
2. Description of the Related Art A ferroelectric liquid crystal display device using a ferroelectric liquid crystal has attracted attention in that a high-speed response and a wide viewing angle can be obtained as compared with a TN mode liquid crystal display device using a nematic liquid crystal. I have. As a ferroelectric liquid crystal display element, a ferroelectric liquid crystal display element using a ferroelectric liquid crystal and an antiferroelectric liquid crystal display element using an antiferroelectric liquid crystal are known. The antiferroelectric liquid crystal display element displays an image by utilizing the stability of the alignment state of the antiferroelectric liquid crystal.

【0003】より詳しく説明すると、反強誘電性液晶
は、液晶分子の配向に3つの安定状態を有し、(1)第1
のしきい値以上の電圧を該液晶に印加したとき、印加電
圧の極性に応じて液晶分子が第1の方向に配列する第1
の強誘電相または第2の方向に配列する第2の強誘電相
に配向し、(2)前記第1のしきい値より低い第2のしき
い値以下の電圧を印加したとき、第1と第2の強誘電相
とは異なる配列状態である反強誘電相に配向する。液晶
表示素子の両側に配置された一対の偏光板の透過軸の方
向を反強誘電相における光学軸を基準にして設定するこ
とにより、印加電圧により光の透過率を制御して画像を
表示することができる。
More specifically, an antiferroelectric liquid crystal has three stable states in the alignment of liquid crystal molecules.
Is applied to the liquid crystal, the liquid crystal molecules are arranged in the first direction according to the polarity of the applied voltage.
(2) When a voltage equal to or lower than a second threshold lower than the first threshold is applied to the first ferroelectric phase or the second ferroelectric phase arranged in the second direction, And the second ferroelectric phase is oriented to an antiferroelectric phase that is in a different arrangement state. By setting the direction of the transmission axis of a pair of polarizing plates disposed on both sides of the liquid crystal display element with reference to the optical axis in the antiferroelectric phase, the light transmittance is controlled by the applied voltage to display an image. be able to.

【0004】反強誘電性液晶は、印加電圧が変化して
も、上記第1と第2のしきい値の間の範囲であれば、第
1または第2の強誘電相または反強誘電相に配向した状
態を維持する。即ち、メモリ性を有している。従来の反
強誘電性液晶表示素子は、このメモリ性を利用して単純
マトリクス駆動されている。
[0004] The antiferroelectric liquid crystal has a first or second ferroelectric phase or an antiferroelectric phase as long as the applied voltage changes within a range between the first and second threshold values. Is maintained. That is, it has a memory property. The conventional antiferroelectric liquid crystal display device is driven by a simple matrix utilizing this memory property.

【0005】反強誘電性液晶のメモリ性は、液晶が第1
または第2の強誘電相から反強誘電相に相転移する電圧
と、反強誘電相から第1または第2の強誘電相に相転移
する電圧との電圧差によって定まる。そして、この電圧
差が大きいほど、配向状態のメモリ性が高い。即ち、光
学特性のヒステリシスが大きい程メモリ性が高い。
[0005] The memory properties of antiferroelectric liquid crystals are as follows.
Alternatively, it is determined by a voltage difference between a voltage at which a phase transition from the second ferroelectric phase to the antiferroelectric phase and a voltage at which the phase transition from the antiferroelectric phase to the first or second ferroelectric phase. The larger the voltage difference, the higher the memory property of the alignment state. That is, the larger the hysteresis of the optical characteristic, the higher the memory property.

【0006】このため、従来の単純マトリクス駆動され
る反強誘電性液晶表示素子では、反強誘電性液晶とし
て、上記電圧差が大きい液晶を用いている。
For this reason, in the conventional anti-ferroelectric liquid crystal display element driven by simple matrix, the liquid crystal having a large voltage difference is used as the anti-ferroelectric liquid crystal.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、メモリ性の高
い反強誘電性液晶を用いる従来の反強誘電性液晶表示素
子は、光の透過率を任意に制御することができない。即
ち、表示階調の制御がほとんど不可能で、階調表示を実
現することはできなかった。
However, a conventional antiferroelectric liquid crystal display device using an antiferroelectric liquid crystal having a high memory property cannot arbitrarily control the light transmittance. That is, the control of the display gradation is almost impossible, and the gradation display cannot be realized.

【0008】この発明は上記実状に鑑みてなされたもの
で、明確な階調表示を実現できる反強誘電性液晶表示素
子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide an antiferroelectric liquid crystal display device capable of realizing a clear gradation display.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第1の観点にかかる液晶表示素子は、画
素電極と画素電極に接続されたアクティブ素子がマトリ
クス状に複数配列された一方の基板と、前記画素電極に
対向する共通電極が形成された他方の基板と、前記基板
の間に封入され、バルクの状態でカイラルスメクティッ
クCA相を形成し、前記一方の基板と前記他方の基板間
において、前記画素電極と前記共通電極間に電圧が印加
されていない無電界状態で、反強誘電相を形成し、前記
画素電極と前記共通電極間に電圧が印加された電界印加
状態で、反強誘電相と強誘電相とその他の状態に配向し
た中間相とが混合する混合相を示す液晶層から構成され
る、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a liquid crystal display device according to a first aspect of the present invention is a liquid crystal display device in which a plurality of pixel electrodes and active elements connected to the pixel electrodes are arranged in a matrix. And the other substrate on which a common electrode opposed to the pixel electrode is formed, and sealed between the substrates to form a chiral smectic CA phase in a bulk state, and the one substrate and the other substrate In the meantime, in the absence of an electric field in which no voltage is applied between the pixel electrode and the common electrode, an antiferroelectric phase is formed, and in the electric field in which a voltage is applied between the pixel electrode and the common electrode, It is characterized by comprising a liquid crystal layer showing a mixed phase in which an antiferroelectric phase, a ferroelectric phase and an intermediate phase oriented in another state are mixed.

【0010】この液晶表示素子に使用される液晶は混合
相を示す。即ち、強誘電相の液晶分子と、反強誘電相の
液晶分子と、液晶分子が自己の描くコーンに沿って挙動
して(コーンを描いて挙動して)基板に対してチルトを
もって配向した中間状態の液晶分子が混合した混合相を
呈する。この混合相における、強誘電相の液晶と反強誘
電相の液晶の分子の割合及び基板面に対してチルトをも
って配向した状態の液晶分子の平均的な配向方向は、印
加電圧に応じて連続的に変化する。このため、この反強
誘電性を示す液晶を用いた液晶表示素子は、表示階調を
連続的に変化させて、任意の階調で画像を表示すること
ができる。
The liquid crystal used in this liquid crystal display element shows a mixed phase. That is, the liquid crystal molecules in the ferroelectric phase, the liquid crystal molecules in the antiferroelectric phase, and the liquid crystal molecules that behave along the cone drawn by themselves (behave by drawing the cone) and are aligned with a tilt with respect to the substrate. It exhibits a mixed phase in which liquid crystal molecules in a state are mixed. In this mixed phase, the ratio of the molecules of the liquid crystal in the ferroelectric phase and the liquid crystal in the antiferroelectric phase and the average orientation direction of the liquid crystal molecules in the state of being tilted with respect to the substrate surface are continuously changed according to the applied voltage. Changes to Therefore, the liquid crystal display device using the liquid crystal exhibiting the antiferroelectricity can display an image at an arbitrary gradation by continuously changing the display gradation.

【0011】上記目的を達成するため、この発明の第2
の観点にかかる液晶表示素子は、電極が形成された一方
の基板と、前記電極に対向する電極が形成された他方の
基板と、前記基板の間に封入され、スメクティック相を
形成する液晶分子が自発分極を有し、バルクの状態で二
重螺旋構造を描いて配列する反強誘電相を形成し、前記
一方の基板と前記他方の基板との間において、電界が印
加されない無電界状態で、螺旋構造が解けて、第1の方
向を向いた液晶分子と第2の方向を向いた液晶分子が交
互に配列することにより隣接するスメクティック層の液
晶分子の自発分極が相互に相殺する反強誘電相を形成
し、十分大きな電界が印加された状態で、その極性に応
じて液晶分子が第1の方向又は第2の方向を向いた強誘
電相を示し、中間の電圧が印加された状態で、前記第1
の方向を向いた状態の液晶分子と、前記第2の方向を向
いた液晶分子と、前記液晶分子の描くコーンに沿って挙
動して前記一方と他方の基板の主面に対し傾きを有した
状態に配向した液晶分子とが混在する混合相を示す液晶
層とから構成される、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a second aspect of the present invention is provided.
The liquid crystal display element according to the aspect of the present invention, one substrate on which an electrode is formed, the other substrate on which an electrode opposed to the electrode is formed, and a liquid crystal molecule that is sealed between the substrates and forms a smectic phase. Having a spontaneous polarization, forming an antiferroelectric phase arranged to draw a double helical structure in a bulk state, between the one substrate and the other substrate, in an electric field-free state where no electric field is applied, Antiferroelectricity, in which the helical structure is unwound and the liquid crystal molecules oriented in the first direction and the liquid crystal molecules oriented in the second direction are alternately arranged, so that the spontaneous polarization of the liquid crystal molecules in adjacent smectic layers cancel each other out. In a state where a phase is formed and a sufficiently large electric field is applied, the liquid crystal molecules exhibit a ferroelectric phase in which the liquid crystal molecules are oriented in the first direction or the second direction depending on the polarity, and in a state where an intermediate voltage is applied. , The first
And the liquid crystal molecules oriented in the second direction, and the liquid crystal molecules acted along the cone drawn by the liquid crystal molecules and tilted with respect to the principal surfaces of the one and other substrates. And a liquid crystal layer exhibiting a mixed phase in which liquid crystal molecules oriented in a state are mixed.

【0012】この構成においても、強誘電相の液晶と反
強誘電相の液晶の分子の割合及び基板面に対してチルト
をもって配向した状態の液晶分子の平均的な配向方向
は、印加電圧に応じて連続的に変化する。このため、表
示階調を連続的に変化させて、任意の階調で画像を表示
することができる。
Also in this configuration, the ratio of the molecules of the ferroelectric phase liquid crystal and the antiferroelectric phase liquid crystal and the average orientation direction of the liquid crystal molecules in the state of being tilted with respect to the substrate surface depend on the applied voltage. Change continuously. For this reason, the image can be displayed at an arbitrary gradation by continuously changing the display gradation.

【0013】前記液晶層に形成される反強誘電相と、混
合相は、バルクの状態でカイラルスメクティックCA相
を形成し、反強誘電相から強誘電相に相転移する際の相
転移前駆現象が大きい液晶材料を用いることにより得ら
れる。即ち、バルクの状態でカイラルスメクティックC
A相を形成する液晶は、前記一方の基板と前記他方の基
板間に封入された状態で、配向膜の配向処理による配向
規制力を受けが、液晶の分子間力が前記配向処理による
配向規制力よりも大きく、且つカイラルスメクティック
CA相の螺旋ピッチに比べて液晶層の層厚が等しいか或
は比較的大きいため、螺旋がほどけた反強誘電相に配向
する。そして、対向する電極間に電圧が印加されると、
相転移前駆現象が大きい液晶は、反強誘電相と強誘電相
との相転移エネルギーのギャップが小さいため、前記カ
イラルスメクティックCAの仮想的なコーンに沿って移
動して(傾いて)中間状態に配向する液晶分子が発生す
る。そのため液晶層のダイレクタが連続的に変化し、階
調表示素子が可能になる。
The antiferroelectric phase and the mixed phase formed in the liquid crystal layer form a chiral smectic CA phase in a bulk state, and a phase transition precursory phenomenon at the time of a phase transition from the antiferroelectric phase to the ferroelectric phase. Is obtained by using a liquid crystal material having a large value. That is, chiral smectic C in bulk state
The liquid crystal forming the A phase receives the alignment regulating force by the alignment treatment of the alignment film in a state of being sealed between the one substrate and the other substrate, but the intermolecular force of the liquid crystal is regulated by the alignment treatment by the alignment treatment. Since the force is larger than the force and the thickness of the liquid crystal layer is equal to or relatively larger than the helical pitch of the chiral smectic CA phase, the liquid crystal layer is oriented to the helically unwound antiferroelectric phase. Then, when a voltage is applied between the opposing electrodes,
A liquid crystal having a large phase transition precursor phenomenon has a small phase transition energy gap between the antiferroelectric phase and the ferroelectric phase, and therefore moves along the virtual cone of the chiral smectic CA (tilts) to an intermediate state. Liquid crystal molecules to be aligned are generated. Therefore, the director of the liquid crystal layer changes continuously, and a gray scale display element becomes possible.

【0014】また、この発明の第3の観点にかかる液晶
表示素子の駆動方法は、電極が形成された一方の基板と
前記電極に対向する電極が形成された他方の基板との間
に、バルクの状態でカイラルスメクティックCA相を形
成し、前記一方の基板と前記他方の基板間において、対
向する前記電極間に 電圧が印加されていない無電界状
態で、反強誘電相を形成し、対向する前記電極間に電圧
が印加された電界印加状態で、反強誘電相と強誘電相と
その他の状態に配向した中間相とが混合する混合相が形
成する液晶層を封入され、対向する前記電極間に電圧を
印加することにより、前記混合相を生じさせて、液晶の
ダイレクタを変化させることにより、階調表示を行うこ
とを特徴とする。この駆動方法によれば、混合相を生ず
る液晶を使用し、そのダイレクタを変化させているの
で、任意の階調を表示することができる。
Further, according to a third aspect of the present invention, there is provided a method of driving a liquid crystal display element, wherein a bulk is provided between one substrate on which an electrode is formed and the other substrate on which an electrode opposed to the electrode is formed. A chiral smectic CA phase is formed in the state described above, and an antiferroelectric phase is formed between the one substrate and the other substrate in an electric field-free state in which no voltage is applied between the electrodes facing each other. In a state where an electric field is applied with a voltage applied between the electrodes, a liquid crystal layer formed by a mixed phase in which an antiferroelectric phase, a ferroelectric phase, and an intermediate phase oriented in another state are sealed, and the opposing electrodes are sealed. The method is characterized in that the mixed phase is generated by applying a voltage therebetween, and the director of the liquid crystal is changed, thereby performing a gradation display. According to this driving method, a liquid crystal that generates a mixed phase is used and its director is changed, so that an arbitrary gradation can be displayed.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態に係
る中間調を表示することができる反強誘電性液晶表示素
子について図面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An antiferroelectric liquid crystal display device capable of displaying a halftone according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】この反強誘電性液晶表示素子は、アクティ
ブマトリクス方式のものであり、一対の透明基板(例え
ば、ガラス基板)11、12を備える。図1において下
側の基板(以下、下基板)11には透明な画素電極13
と画素電極13に接続されたアクティブ素子14とがマ
トリクス状に配列形成されている。
The antiferroelectric liquid crystal display device is of an active matrix type and includes a pair of transparent substrates (eg, glass substrates) 11 and 12. In FIG. 1, a lower substrate (hereinafter, referred to as a lower substrate) 11 includes a transparent pixel electrode 13.
And active elements 14 connected to the pixel electrodes 13 are arranged in a matrix.

【0017】アクティブ素子14は、例えば、薄膜トラ
ンジスタ(以下、TFT)から構成される。TFT14
は、基板11上に形成されたゲート電極と、ゲート電極
を覆うゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜の上に形成された
半導体層と、半導体層の上に形成されたソース電極及び
ドレイン電極と、から構成される。
The active element 14 is composed of, for example, a thin film transistor (hereinafter, TFT). TFT14
A gate electrode formed on the substrate 11, a gate insulating film covering the gate electrode, a semiconductor layer formed on the gate insulating film, a source electrode and a drain electrode formed on the semiconductor layer, Consists of

【0018】さらに、下基板11には、図2に示すよう
に、画素電極13の行間にゲートライン(走査ライン)
15が配線されている。また、画素電極13の列間にデ
ータライン(階調信号ライン)16が配線されている。
各TFT14のゲート電極は対応するゲートライン15
に接続され、ドレイン電極は対応するデータライン16
に接続されている。
Further, as shown in FIG. 2, a gate line (scan line) is provided between the rows of the pixel electrodes 13 on the lower substrate 11.
15 are wired. Further, a data line (gradation signal line) 16 is wired between columns of the pixel electrodes 13.
The gate electrode of each TFT 14 corresponds to the corresponding gate line 15
And the drain electrode is connected to the corresponding data line 16.
It is connected to the.

【0019】ゲートライン15は、端部15aを介して
行ドライバ(行駆動回路)31に接続されている。デー
タライン16は端部16aを介して列ドライバ(列駆動
回路)32に接続される。行ドライバ31は、後述する
ゲート信号を印加して、ゲートライン15をスキャンす
る。一方、列ドライバ32は、表示データ(階調デー
タ)を受け、データライン16に表示データに対応する
データ信号を印加する。
The gate line 15 is connected to a row driver (row drive circuit) 31 via an end 15a. The data line 16 is connected to a column driver (column driving circuit) 32 via an end 16a. The row driver 31 scans the gate line 15 by applying a gate signal described later. On the other hand, the column driver 32 receives the display data (gradation data) and applies a data signal corresponding to the display data to the data line 16.

【0020】ゲートライン15は端子部15aを除いて
TFT14のゲート絶縁膜(透明膜)で覆われている。
データライン16はゲート絶縁膜の上に形成されてい
る。画素電極13は、ITO等からなり、ゲート絶縁膜
の上に形成されており、その一端部においてTFT14
のソース電極に接続されている。
The gate line 15 is covered with a gate insulating film (transparent film) of the TFT 14 except for the terminal portion 15a.
The data line 16 is formed on the gate insulating film. The pixel electrode 13 is made of ITO or the like, is formed on a gate insulating film, and has a TFT 14 at one end thereof.
Are connected to the source electrode of

【0021】図1において、上側の基板(以下、上基
板)12には、下基板11の各画素電極13と対向する
透明な共通電極17が形成されている。共通電極17
は、ITO等から構成され、表示領域全体にわたる面積
の1枚の電極から構成され、基準電圧V0が印加されて
いる。画素電極13と共通電極17は、その間の液晶層
21に電圧を印加することにより液晶分子の配向方向を
制御して、そのダイレクタ(液晶分子の長軸の平均的な
方向)の方向を連続的に変化させ、これにより液晶層の
光学軸を連続的に制御させ、これにより表示階調を制御
する。
In FIG. 1, a transparent common electrode 17 facing each pixel electrode 13 of a lower substrate 11 is formed on an upper substrate (hereinafter, upper substrate) 12. Common electrode 17
Is made of ITO or the like, is made up of one electrode having an area covering the entire display area, and is applied with a reference voltage V0. The pixel electrode 13 and the common electrode 17 control the orientation direction of the liquid crystal molecules by applying a voltage to the liquid crystal layer 21 therebetween, thereby changing the direction of the director (the average direction of the long axis of the liquid crystal molecules) continuously. To thereby control the optical axis of the liquid crystal layer continuously, thereby controlling the display gradation.

【0022】下基板11と上基板12の電極形成面に
は、それぞれ配向膜18、19が設けられている。配向
膜18、19は水平配向膜であり、同一方向(後述する
図3の第3の方向21C)にラビングによる配向処理が
施されており、近傍の液晶分子を配向処理の方向21C
に配列させようとする配向規制力を有する。配向膜1
8、19は、表面エネルギーが小さく、配向規制力が比
較的小さいことが望ましく、例えば、厚さが25〜35
nm程度のポリイミド等の有機高分子化合物からなり、
ラビングが施されている。この配向膜18,19として
は、分散力esdが38〜41,極性力espが比較的
弱く4〜10程度のものが望ましい。
Alignment films 18 and 19 are provided on the electrode formation surfaces of the lower substrate 11 and the upper substrate 12, respectively. The alignment films 18 and 19 are horizontal alignment films, which have been subjected to an alignment process by rubbing in the same direction (a third direction 21C in FIG. 3 described later), so that liquid crystal molecules in the vicinity are aligned in the alignment direction 21C.
It has an alignment regulating force to be arranged in a matrix. Alignment film 1
8 and 19 preferably have a small surface energy and a relatively small alignment regulating force, for example, a thickness of 25 to 35.
consisting of an organic polymer compound such as polyimide of about nm,
Rubbing has been applied. As the alignment films 18 and 19, those having a dispersion force esd of 38 to 41 and a polar force esp relatively weak and about 4 to 10 are desirable.

【0023】下基板11と上基板12は、その外周縁部
において枠状のシール材20を介して接着されている。
基板11、12間のシール材20で囲まれた領域には液
晶層21が封入されている。液晶層21の層の厚さは、
透明なスペーサ22により規制されている。スペーサ2
2は液晶封入領域内に点在状態で配置されている。
The lower substrate 11 and the upper substrate 12 are bonded to each other at the outer peripheral edge thereof via a frame-shaped sealing material 20.
A liquid crystal layer 21 is sealed in a region surrounded by the sealant 20 between the substrates 11 and 12. The thickness of the liquid crystal layer 21 is
It is regulated by the transparent spacer 22. Spacer 2
Numerals 2 are scattered in the liquid crystal sealing area.

【0024】液晶層21は、(1)バルクの状態でカイ
ラルスメクティックCA*(SmCA*)相、(2)基板1
1と12の間に封入され、電圧が印加されていない無電
界状態で反強誘電相、(3)十分大きい電圧が印加され
た状態では、印加電圧の極性に応じて、液晶分子が図3
及び図4に示す第1の方向21A又は第2の方向21B
をほぼ向いた強誘電相、(4)中間の電界が印加された
状態で、反強誘電相と強誘電相とこれらの相とは異なる
中間相の液晶分子が混在する混合相をそれぞれ形成する
液晶材料から構成される。液晶層21の詳細については
後述する。
The liquid crystal layer 21 includes (1) a chiral smectic CA * (SmCA * ) phase in a bulk state, and (2) a substrate 1
The liquid crystal molecules are sealed between Nos. 1 and 12 in an electric field-free state in which no voltage is applied. (3) When a sufficiently large voltage is applied, the liquid crystal molecules are changed according to the polarity of the applied voltage as shown in FIG.
And the first direction 21A or the second direction 21B shown in FIG.
And (4) a mixed phase in which an anti-ferroelectric phase, a ferroelectric phase, and a liquid crystal molecule of an intermediate phase different from these phases are mixed when an intermediate electric field is applied. It is composed of a liquid crystal material. The details of the liquid crystal layer 21 will be described later.

【0025】液晶表示素子の上下には、一対の偏光板2
3、24が配置されている。図3に示すように、下側の
偏光板23の光学軸(以下、透過軸とする)23Aは第
3の方向21Cにほぼ一致するスメクティック層の法線
方向とほぼ平行に設定されている。上偏光板24の光学
軸(以下、透過軸とする)24Aは下偏光板23の透過
軸23Aにほぼ直角に設定されている。
A pair of polarizing plates 2 are provided above and below the liquid crystal display element.
3, 24 are arranged. As shown in FIG. 3, the optical axis (hereinafter referred to as the transmission axis) 23A of the lower polarizing plate 23 is set substantially parallel to the normal direction of the smectic layer, which substantially coincides with the third direction 21C. An optical axis (hereinafter referred to as a transmission axis) 24A of the upper polarizing plate 24 is set substantially perpendicular to a transmission axis 23A of the lower polarizing plate 23.

【0026】偏光板23、24の透過軸を図3に示すよ
うに設定した反強誘電性液晶表示素子は、液晶層21の
ダイレクタが第1又は第2の配向方向21A、21Bに
ほぼ配向した強誘電相の時に透過率がほぼ最大(表示が
最も明るく)になる。また、液晶層21のダイレクタが
第3の方向21Cに向くようにほぼ配向した反強誘電相
の時に透過率がほぼ最小(表示が最も暗く)になる。
In the antiferroelectric liquid crystal display device in which the transmission axes of the polarizing plates 23 and 24 are set as shown in FIG. 3, the director of the liquid crystal layer 21 is substantially oriented in the first or second orientation direction 21A or 21B. In the ferroelectric phase, the transmittance becomes almost maximum (display is brightest). When the director of the liquid crystal layer 21 is in an antiferroelectric phase substantially oriented so as to face the third direction 21C, the transmittance becomes substantially minimum (display is darkest).

【0027】即ち、液晶分子が第1または第2の方向2
1A、21Bを向いた状態では、入射側の偏光板23の
透過軸23Aを通過した直線偏光状態の光は液晶層21
の複屈折作用により偏光状態が変化して出射側偏光板2
4に入射し、出射側偏光板24の透過軸24Aと平行な
成分の光が透過し、表示は明るくなる。ダイレクタが第
3の方向21Cを向いた状態では、入射側の偏光板23
の透過軸23Aを通った直線偏光は液晶層21の複屈折
作用をほとんど受けない。このため、入射側の偏光板2
3を通った直線偏光は、直線偏光のまま液晶層21を通
過し、出射側の偏光板14でほとんど吸収され、表示が
暗くなる。また、液晶層21が光学的中間状態の時は、
ダイレクタの方向に応じた階調が得られる。
That is, the liquid crystal molecules move in the first or second direction 2
1A and 21B, the light in the linearly polarized state that has passed through the transmission axis 23A of the polarizing plate 23 on the incident side is the liquid crystal layer 21.
The polarization state changes due to the birefringent action of
4, the light having a component parallel to the transmission axis 24A of the output side polarizing plate 24 is transmitted, and the display becomes bright. In a state where the director faces the third direction 21C, the polarizing plate 23 on the incident side is used.
Of the liquid crystal layer 21 hardly receives the birefringent action of the liquid crystal layer 21. For this reason, the polarizing plate 2 on the incident side
The linearly polarized light passing through 3 passes through the liquid crystal layer 21 as linearly polarized light, is almost absorbed by the polarizing plate 14 on the emission side, and the display becomes dark. When the liquid crystal layer 21 is in the optically intermediate state,
A gradation corresponding to the direction of the director is obtained.

【0028】次に、配向膜18、19と液晶層21につ
いてより詳細に説明する。液晶層21は、例えば、化学
式1に示す骨格構造を有する液晶組成物を主成分とする
液晶であり、表1に示すような物性を有する。
Next, the alignment films 18 and 19 and the liquid crystal layer 21 will be described in more detail. The liquid crystal layer 21 is, for example, a liquid crystal containing a liquid crystal composition having a skeletal structure represented by Chemical Formula 1 as a main component, and has physical properties as shown in Table 1.

【0029】[0029]

【化1】 Embedded image

【0030】[0030]

【表1】 相系列 結晶−30℃−SmCA*−69℃−SmA−80℃−I
SO 自発分極 229nC/cm2 コーン角θ 32゜ 螺旋ピッチ 1.5ミクロン
Table 1 Phase Series Crystal -30 ° C-SmCA * -69 ° C-SmA-80 ° C-I
SO Spontaneous polarization 229 nC / cm 2 Cone angle θ 32 ゜ Spiral pitch 1.5 microns

【0031】ここで、コーン角とは、液晶が描くコーン
の軸とコーンのなす角度であり、第1の方向21Aと第
2の方向21Bとの交差角はコーン角θの2倍の2θに
相当する。
Here, the cone angle is the angle between the cone axis drawn by the liquid crystal and the cone, and the intersection angle between the first direction 21A and the second direction 21B is 2θ which is twice the cone angle θ. Equivalent to.

【0032】このような構成及び物性を有する液晶は、
反強誘電相と強誘電相のポテンシャルエネルギーの障壁
が小さく、通常の反強誘電性液晶に比較して、反強誘電
相の秩序が乱れやすく、相転移前駆現象が大きいという
特徴を有する。相転移前駆現象は、反強誘電相を形成し
ている液晶分子に印加する電界強度を徐々に強くしたと
き、反強誘電相から強誘電相に相転移が起こる前に、図
3に示した光学配置の液晶素子の透過率が高くなる現象
を指しており、透過率の上昇は、液晶分子が相転移前に
挙動することを意味している。そして、この相転移前の
液晶分子の挙動は、反強誘電相と強誘電相のポテンシャ
ルエネルギーの障壁が小さいことを意味している。
A liquid crystal having such a structure and physical properties is as follows.
The barrier of the potential energy between the antiferroelectric phase and the ferroelectric phase is small, the order of the antiferroelectric phase is easily disturbed, and the phase transition precursor phenomenon is large as compared with ordinary antiferroelectric liquid crystals. The phase transition precursor phenomenon is shown in FIG. 3 before the phase transition from the antiferroelectric phase to the ferroelectric phase occurs when the electric field applied to the liquid crystal molecules forming the antiferroelectric phase is gradually increased. This refers to a phenomenon in which the transmittance of a liquid crystal element in an optical arrangement increases, and an increase in the transmittance means that liquid crystal molecules behave before phase transition. The behavior of the liquid crystal molecules before the phase transition means that the barrier of the potential energy between the antiferroelectric phase and the ferroelectric phase is small.

【0033】液晶層21の液晶材料は、バルクの状態で
は、図4に示すように、分子配列の層構造と螺旋構造を
有しており、隣接する液晶分子は層毎に仮想的なコーン
上でほぼ180゜シフトして螺旋を描いた二重螺旋構造
を有し、隣接するスメクティック層の液晶分子同士でそ
の自発分極をキャンセルする。
In a bulk state, the liquid crystal material of the liquid crystal layer 21 has a layer structure and a helical structure of a molecular arrangement as shown in FIG. 4, and adjacent liquid crystal molecules are formed on a virtual cone for each layer. Has a double helical structure in which a helix is shifted by approximately 180 °, and the spontaneous polarization is canceled between liquid crystal molecules of adjacent smectic layers.

【0034】液晶層21の層厚(セルギャップ)は、液
晶材料の螺旋構造の1ピッチ(ナチュラルピッチ)とほ
ぼ等しい(1.5ミクロン)。また、液晶分子は配向膜
18、19の配向処理による配向規制力を受けるが、液
晶の分子間力が配向処理による配向規制力よりも大き
い。このため、液晶分子は、図5及び図6(A)に模式
的に示すように、二重螺旋構造が消失した状態の反強誘
電相を形成して基板11、12間に封止されている。
The thickness (cell gap) of the liquid crystal layer 21 is substantially equal to one pitch (natural pitch) of the spiral structure of the liquid crystal material (1.5 microns). Further, the liquid crystal molecules receive an alignment regulating force by the alignment treatment of the alignment films 18 and 19, and the intermolecular force of the liquid crystal is larger than the alignment regulating force by the alignment treatment. Therefore, as schematically shown in FIGS. 5 and 6A, the liquid crystal molecules form an antiferroelectric phase in which the double helical structure has disappeared and are sealed between the substrates 11 and 12. I have.

【0035】ここで、液晶分子は反強誘電相を維持しよ
うとする分子間力を有し、一方、配向膜18,19は近
傍の液晶を配向処理の方向21Cに向かせようとする配
向規制力を有する。このため、液晶分子が反強誘電相を
維持するための分子間力に比べて、界面の効果による配
向規制力が小さい場合には、液晶は、バルクの時と同様
に反強誘電相を維持する。また、前記分子間力に比べて
配向規制力が十分大きい場合には、液晶分子はフェリ相
を形成する。また、前記分子間力に比べて配向規制力が
大きく、且つ前記フェリ相を形成する配向規制力よりも
小さい場合には、後述する混合相を形成する。
Here, the liquid crystal molecules have an intermolecular force for maintaining the antiferroelectric phase, while the alignment films 18 and 19 are oriented for regulating the liquid crystal in the vicinity in the alignment direction 21C. Have power. Therefore, when the liquid crystal molecules have a small alignment control force due to the interface effect compared to the intermolecular force for maintaining the antiferroelectric phase, the liquid crystal maintains the antiferroelectric phase as in the case of the bulk. I do. When the alignment regulating force is sufficiently larger than the intermolecular force, the liquid crystal molecules form a ferri phase. When the orientation regulating force is larger than the intermolecular force and smaller than the orientation regulating force for forming the ferri phase, a mixed phase described later is formed.

【0036】この実施の形態では、液晶層21の液晶分
子の反強誘電相を維持するための分子間力が配向規制力
よりも大きく、電圧が無印加のとき、隣接するスメクテ
ィック層の液晶分子が図3の第1の方向21Aと第2の
方向21Bとを交互に向く。この状態では、ダイレクタ
(液晶分子の長軸の平均的な方向)がSmCA*相が形成
する層(スメクティック層)の法線方向(又は第3の方
向21C)にほぼ揃った状態になる。隣接するスメクテ
ィック層の液晶分子の自発分極Psは、図5に示すよう
に互いに反対方向を向き、隣接するスメクティック層の
自発分極同士が互いにキャンセルする。また、空間的に
平均された液晶層21の光学軸は、スメクティック層の
法線方向(又は第3の方向21C)にほぼ一致する。
In this embodiment, when the intermolecular force for maintaining the antiferroelectric phase of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 21 is larger than the alignment control force, and when no voltage is applied, the liquid crystal molecules of the adjacent smectic layer are not applied. Turn alternately in the first direction 21A and the second direction 21B in FIG. In this state, the director (the average direction of the major axis of the liquid crystal molecules) is almost aligned with the normal direction (or the third direction 21C) of the layer (smectic layer) in which the SmCA * phase is formed. The spontaneous polarizations Ps of the liquid crystal molecules of the adjacent smectic layers are opposite to each other as shown in FIG. 5, and the spontaneous polarizations of the adjacent smectic layers cancel each other. The spatially averaged optical axis of the liquid crystal layer 21 substantially coincides with the normal direction of the smectic layer (or the third direction 21C).

【0037】一方、液晶層21に、正極性で十分高い電
圧(飽和電圧以上の電圧)を印加することにより、図6
(B)に示すように、液晶分子が第1の方向21Aにほ
ぼ配列した状態に配向する。この状態では、液晶分子の
自発分極はほぼ同一方向を向き、液晶は第1の強誘電相
を示す。一方、液晶層21に、負極性で十分高い電圧
(飽和電圧以下の電圧)を印加することにより、図6
(C)に示すように、液晶分子が第2の方向21Bにほ
ぼ配列した状態に配向する。この状態では、液晶分子の
自発分極はほぼ同一方向を向き、液晶は第2の強誘電相
を示す。これらの状態では、液晶層21の光学軸は第1
の方向21A又は第2の方向21Bにほぼ一致する。
On the other hand, by applying a sufficiently positive voltage (voltage equal to or higher than the saturation voltage) to the liquid crystal layer 21,
As shown in (B), the liquid crystal molecules are aligned so as to be substantially aligned in the first direction 21A. In this state, the spontaneous polarization of the liquid crystal molecules is oriented substantially in the same direction, and the liquid crystal exhibits a first ferroelectric phase. On the other hand, by applying a sufficiently negative voltage (voltage equal to or lower than the saturation voltage) to the liquid crystal layer 21,
As shown in (C), the liquid crystal molecules are aligned so as to be substantially aligned in the second direction 21B. In this state, the spontaneous polarization of the liquid crystal molecules is oriented in substantially the same direction, and the liquid crystal exhibits a second ferroelectric phase. In these states, the optical axis of the liquid crystal layer 21 is the first axis.
21A or the second direction 21B.

【0038】前述のように、液晶層21の液晶分子は、
配向膜18、19の配向規制力により液晶層21との界
面で分子配列の秩序が弱められ、図7に示すように、液
晶分子を仮想的なコーンに沿って動き易くなっており、
一方、液晶層21の反強誘電相と強誘電相のポテンシャ
ルエネルギーの障壁が小さく、反強誘電相の分子配列の
秩序は配向膜18、19との界面の作用により比較的乱
れ易い。従って、液晶層21に中間の電圧が印加される
と、図7に示すように、液晶分子の一部は、カイラルス
メクティックCA*相の仮想的なコーンに沿って挙動し
(動き)、図7に示すように、基板11、12の主面に
対して傾いた状態(チルトを持った状態)になる。
As described above, the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 21 are:
Due to the alignment regulating forces of the alignment films 18 and 19, the order of the molecular arrangement is weakened at the interface with the liquid crystal layer 21, and as shown in FIG. 7, the liquid crystal molecules easily move along a virtual cone.
On the other hand, the barrier between the potential energy of the antiferroelectric phase and the ferroelectric phase of the liquid crystal layer 21 is small, and the order of the molecular arrangement of the antiferroelectric phase is relatively easily disturbed by the action of the interface with the alignment films 18 and 19. Therefore, when an intermediate voltage is applied to the liquid crystal layer 21, a part of the liquid crystal molecules behaves (moves) along a virtual cone of the chiral smectic CA * phase as shown in FIG. As shown in (2), the substrate 11 and 12 are tilted (with a tilt) with respect to the main surfaces thereof.

【0039】このため、低電圧が印加された状態では、
反強誘電相の液晶分子(図5に示す反強誘電相的な配列
秩序を維持した液晶)と、図8及び図6(D)及び
(E)に示すように基板面に対してチルトを持った液晶
が混在する状態となる。
Therefore, when a low voltage is applied,
The liquid crystal molecules of the antiferroelectric phase (the liquid crystal maintaining the antiferroelectric phase order shown in FIG. 5) and the tilt with respect to the substrate surface as shown in FIGS. 8 and 6 (D) and (E). It becomes a state where the held liquid crystal is mixed.

【0040】さらに、印加電圧を上昇させると、反強誘
電相の液晶分子(図6(A)に示す反強誘電相的な配列
秩序を維持した液晶分子)が減少し、基板面に対してチ
ルトを持った液晶分子の数が増加する。さらに、一部の
分子は配向方向が反転して、強誘電相(強誘電相的な配
列秩序を持った液晶分子)になる。このため、反強誘電
相の液晶と強誘電相の液晶とチルトを持って配向した中
間相の液晶が混在する状態となる。
When the applied voltage is further increased, the number of liquid crystal molecules in the antiferroelectric phase (the liquid crystal molecules maintaining the antiferroelectric phase arrangement shown in FIG. 6A) decreases, and the The number of tilted liquid crystal molecules increases. Further, the orientation direction of some of the molecules is reversed, and the molecules become ferroelectric phases (liquid crystal molecules having a ferroelectric phase order). For this reason, the liquid crystal of the antiferroelectric phase, the liquid crystal of the ferroelectric phase, and the liquid crystal of the intermediate phase oriented with a tilt are mixed.

【0041】この状態では、可視光の波長サイズの領域
に、反強誘電相の液晶からなる微小領域、強誘電相の液
晶からなる微小領域、中間相の液晶からなる微小領域が
混在する。光学的にはこれらのドメインの特性が平均化
された特性が得られる。
In this state, a minute region composed of an antiferroelectric phase liquid crystal, a minute region composed of a ferroelectric phase liquid crystal, and a minute region composed of an intermediate phase liquid crystal are mixed in the visible light wavelength size region. Optically, a characteristic in which the characteristics of these domains are averaged is obtained.

【0042】この明細書では、この中間の電圧を印加し
た状態を、反強誘電相と、強誘電相と、中間配向状態の
液晶分子とが混在するという意味で混合相と呼ぶ。
In this specification, the state in which the intermediate voltage is applied is called a mixed phase in the sense that an antiferroelectric phase, a ferroelectric phase, and liquid crystal molecules in an intermediate alignment state are mixed.

【0043】この混合相において、第1の方向21Aと
第2の配向方向21Bと、基板面に対してチルトを持っ
た状態の液晶分子が混在する状態を、図8に模式的に示
す。
FIG. 8 schematically shows a state in which the first direction 21A, the second alignment direction 21B, and the liquid crystal molecules having a tilt with respect to the substrate surface are mixed in the mixed phase.

【0044】この混合相における、反強誘電相の液晶分
子と強誘電相の液晶分子と中間状態の液晶分子の割合、
及び、中間状態の液晶分子の平均的な配向方向(基板主
面に投影した配向方向)は、印加電圧の極性及び値に応
じて連続的に変化する。このため、この液晶のダイレク
タ(液晶分子の平均的な配向方向)は、図6(A)〜
(E)に示すように、印加電圧に応じて第1の方向21
Aと第2の方向21Bとの間で連続的に変化する。
In this mixed phase, the ratio of the liquid crystal molecules in the antiferroelectric phase, the liquid crystal molecules in the ferroelectric phase and the liquid crystal molecules in the intermediate state,
The average alignment direction of the liquid crystal molecules in the intermediate state (the alignment direction projected on the main surface of the substrate) continuously changes according to the polarity and value of the applied voltage. Therefore, the director of this liquid crystal (the average orientation direction of the liquid crystal molecules) is shown in FIGS.
(E), the first direction 21 according to the applied voltage.
A continuously changes between A and the second direction 21B.

【0045】このため、上記構成の液晶表示素子の光学
特性は、印加電圧0V近傍において平坦な部分がなく、
印加電圧の絶対値の上昇に伴って光学特性も連続的にな
めらかに変化するものとなる。さらに、印加電圧の極性
に対して透過率のカーブも対称となる。また、絶対値が
飽和電圧以上の電圧が印加されると、透過率は飽和す
る。さらに、ヒステリシスが非常に小さい。
For this reason, the optical characteristics of the liquid crystal display device having the above-described structure are such that there is no flat portion near the applied voltage of 0 V.
As the absolute value of the applied voltage increases, the optical characteristics also change continuously and smoothly. Further, the transmittance curve is also symmetric with respect to the polarity of the applied voltage. When a voltage whose absolute value is equal to or higher than the saturation voltage is applied, the transmittance is saturated. Furthermore, the hysteresis is very small.

【0046】一例として、化学式1に示す骨格構造を有
する液晶を主成分とし、表1に示すような物性を有する
液晶組成物を調整し、この液晶組成物を液晶層21とし
て用い、セルギャップを1.5ミクロンとして、液晶層
21の分子の描く螺旋構造を解いたときの液晶表示素子
(実施例1)の印加電圧に対する透過率の関係を図9
(A)に示す。比較例として、セルギャップを5ミクロ
ンとして、液晶分子の描く螺旋構造を維持した状態で液
晶を封入した液晶表示素子(比較例1)の印加電圧に対
する透過率の関係を図9(B)に示す。
As an example, a liquid crystal composition containing a liquid crystal having a skeletal structure represented by Chemical Formula 1 as a main component and having physical properties shown in Table 1 is prepared, and this liquid crystal composition is used as a liquid crystal layer 21 to reduce a cell gap. FIG. 9 shows the relationship between the transmittance and the applied voltage of the liquid crystal display element (Example 1) when the helical structure drawn by the molecules of the liquid crystal layer 21 is solved by setting the liquid crystal layer 21 to 1.5 microns.
It is shown in (A). As a comparative example, FIG. 9B shows the relationship between the transmittance and the applied voltage of a liquid crystal display element (Comparative Example 1) in which a liquid crystal is sealed while maintaining a helical structure drawn by liquid crystal molecules with a cell gap of 5 μm. .

【0047】図9(A)、(B)の特性は、対向する電
極13と17との間に三角波を印加して得られたもので
ある。図9(A)に示すように、実施例1の液晶表示素
子の印加電圧−透過率特性は、明確なしきい値を有さ
ず、透過率が連続的に変化し、印加電圧の極性に対して
対称であり、ヒステリシスが非常に小さく、コントラス
トが大きい。従って、印加電圧に対する透過率がほぼ一
義的に定まり、中間階調を安定的に表示でき、しかも、
コントラストの高い画像を安定的に表示することができ
ることが理解できる。
The characteristics shown in FIGS. 9A and 9B are obtained by applying a triangular wave between the electrodes 13 and 17 facing each other. As shown in FIG. 9A, the applied voltage-transmittance characteristic of the liquid crystal display element of Example 1 does not have a definite threshold value, the transmittance continuously changes, and the polarity of the applied voltage varies. Symmetrical with very low hysteresis and high contrast. Therefore, the transmittance with respect to the applied voltage is almost uniquely determined, and the intermediate gradation can be stably displayed.
It can be understood that a high-contrast image can be stably displayed.

【0048】一方、 図9(B)に示すように、比較例
1では、配向膜18、19と液晶層21の層厚方向の中
間の液晶分子との相互作用が弱く、液晶層の全厚に渡っ
て混合相が形成されないため、印加電圧−透過率特性が
しきい値を持つと共にヒステリシスが大きく、滑らかな
印加電圧−透過率特性が得られない。また、コントラス
トが小さい。
On the other hand, as shown in FIG. 9B, in Comparative Example 1, the interaction between the alignment films 18 and 19 and liquid crystal molecules in the middle of the liquid crystal layer 21 in the thickness direction is weak, and the total thickness of the liquid crystal layer is small. , The applied voltage-transmittance characteristic has a threshold value, has a large hysteresis, and a smooth applied voltage-transmittance characteristic cannot be obtained. Also, the contrast is small.

【0049】実施例1の液晶表示素子において、印加電
圧に応じて、液晶分子が上述のように挙動していること
は、例えば、図10に示すコノスコープ像及び図11
(A)〜11(C)に示す、表示面の拡大図から判別す
ることができる。
The fact that the liquid crystal molecules behave as described above in accordance with the applied voltage in the liquid crystal display element of Example 1 is, for example, shown in FIG. 10 and FIG.
The determination can be made from the enlarged views of the display surface shown in (A) to (C).

【0050】図10はバルクの状態の液晶材料のコノス
コープ像を示す。この図では、メラノープ(輝点)が、
電界Eにほぼ垂直な方向に2つ発生しており、さらに、
ほぼ左右対称である。このことは、液晶分子が二重螺旋
構造を有する反強誘電相であることを示している。
FIG. 10 shows a conoscopic image of a liquid crystal material in a bulk state. In this figure, melanops (bright spots)
Two are generated in a direction substantially perpendicular to the electric field E.
It is almost symmetrical. This indicates that the liquid crystal molecules are an antiferroelectric phase having a double helical structure.

【0051】一方、液晶材料を基板間に封入した状態の
液晶層21では、無電界状態で、図11(A)に示すよ
うに、ほぼ全体が黒く表示される。次に、電圧を高くす
ると、図11(C)に示すように、ほぼ全体が白くな
り、液晶分子が第1又は第2の方向に揃っていることが
わかる。一方、中間の状態では、図11(B)に示すよ
うに、印加電圧に応じて全体的に暗くなったり又は明る
くなったりする。従って、中間の電圧で混合相が生成さ
れていることがわかる。
On the other hand, in the liquid crystal layer 21 in which the liquid crystal material is sealed between the substrates, substantially no black is displayed in the absence of an electric field, as shown in FIG. Next, when the voltage is increased, as shown in FIG. 11C, almost the whole becomes white, and it can be seen that the liquid crystal molecules are aligned in the first or second direction. On the other hand, in the intermediate state, as shown in FIG. 11B, the whole becomes darker or brighter depending on the applied voltage. Therefore, it is understood that a mixed phase is generated at an intermediate voltage.

【0052】このように、この実施の形態の液晶層21
の液晶分子は、印加電圧に応じて、第1又は第2の配向
状態から第2又は第1の配向状態にコーンに沿って挙動
する。従って、液晶層21の平均的な配向方向が印加電
圧に応じて連続的に変化し、透過率が連続的に変化す
る。従って、任意の階調を表示することができる。
As described above, the liquid crystal layer 21 of this embodiment is
Liquid crystal molecules behave along the cone from the first or second alignment state to the second or first alignment state according to the applied voltage. Therefore, the average alignment direction of the liquid crystal layer 21 changes continuously according to the applied voltage, and the transmittance changes continuously. Therefore, an arbitrary gradation can be displayed.

【0053】図3では、下偏光板23の透過軸23Aを
液晶層21のスメクティック層の法線方向とほぼ平行
に、上偏光板24の透過軸24Aを透過軸23Aに直角
に配置したが、例えば、下偏光板23の透過軸23A及
び上偏光板24の透過軸24Aは、要求される液晶表示
素子の電気光学特性に応じて種々の配置に決定される。
In FIG. 3, the transmission axis 23A of the lower polarizing plate 23 is arranged substantially parallel to the normal direction of the smectic layer of the liquid crystal layer 21, and the transmission axis 24A of the upper polarizing plate 24 is arranged perpendicular to the transmission axis 23A. For example, the transmission axis 23A of the lower polarizing plate 23 and the transmission axis 24A of the upper polarizing plate 24 are determined in various arrangements according to the required electro-optical characteristics of the liquid crystal display device.

【0054】例えば、図12(A)に示すように、下偏
光板23の透過軸23Aを第2の方向21Bに平行と
し、上偏光板24の透過軸24Aを下偏光板23の透過
軸23Aに直交するように配置してもよい。この構成で
は、液晶層21に負極性の十分大きい(しきい値以上
の)電圧を印加した時に、ダイレクタが第2の方向21
Bを向くため、表示が最も暗くなる。一方、正極性の十
分大きい(しきい値以上の)電圧を印加した時に、ダイ
レクタが第1の方向21Aを向くため、表示が最も明る
くなる。
For example, as shown in FIG. 12A, the transmission axis 23A of the lower polarizing plate 23 is parallel to the second direction 21B, and the transmission axis 24A of the upper polarizing plate 24 is May be arranged so as to be orthogonal to. In this configuration, when a sufficiently large negative voltage (above the threshold value) is applied to the liquid crystal layer 21, the director moves in the second direction 21.
The display is darkest because it faces B. On the other hand, when a sufficiently large voltage (more than the threshold value) of the positive polarity is applied, the display is brightest because the director faces the first direction 21A.

【0055】また、コーン角が22.5°より大きい液
晶材料を用いる場合は、下偏光板23の透過軸23A及
び上偏光板24の透過軸24Aの一方を、液晶層21の
スメクティック層の法線に対してコーン角θより小さい
角度の範囲内に配置し、他方の光学軸を一方の光学軸と
ほぼ直交させて配置させてもよい。このような光学配置
を使用することにより、液晶を強誘電相に設定すること
なく、駆動することが可能となり、表示の焼き付き等を
防止し、フリッカを抑えることができる。
When a liquid crystal material having a cone angle larger than 22.5 ° is used, one of the transmission axis 23A of the lower polarizing plate 23 and the transmission axis 24A of the upper polarizing plate 24 is adjusted by the method of forming the smectic layer of the liquid crystal layer 21. It may be arranged within a range of an angle smaller than the cone angle θ with respect to the line, and the other optical axis may be arranged substantially orthogonal to one optical axis. By using such an optical arrangement, it is possible to drive the liquid crystal without setting the liquid crystal to a ferroelectric phase, to prevent display burn-in and the like, and to suppress flicker.

【0056】例えば、化学式1に示したようにコーン角
が32°の液晶材料を用いる場合は、図12(B)に示
したように、下偏光板23の透過軸23Aを、液晶層2
1のスメクティック層の法線方向(ほぼ21Cの方向)
に対して例えば22.5°で交差する方向に配置する。
また、上偏光板24の透過軸24Aを透過軸23Aにほ
ぼ直交させて配置する。
For example, when a liquid crystal material having a cone angle of 32 ° as shown in Chemical Formula 1 is used, as shown in FIG. 12B, the transmission axis 23 A of the lower polarizing plate 23 is changed to the liquid crystal layer 2.
1 Normal direction of smectic layer (almost 21C direction)
, For example, in a direction intersecting at 22.5 °.
Further, the transmission axis 24A of the upper polarizing plate 24 is disposed substantially orthogonal to the transmission axis 23A.

【0057】そして、この液晶材料により形成された液
晶層のダイレクタが、スメクティック層の法線方向(ほ
ぼ21Cの方向)に対してそれぞれ22.5°の角度範
囲(23A及び21Dの間の範囲の)で変化するよう
に、対向する電極間に前記液晶層が強誘電相を形成する
よりも低い電圧範囲の電圧を印加することにより、透過
光量を制御する。この構成とすれば、ダイレクタが透過
軸の方向23Aに一致した時に表示が最も暗くなり、ダ
イレクタが方向23Aに対して45°傾いた方向21D
を向いた時に最も明るくなる。従って、最小階調から最
大階調を得るためにダイレクタを第1の方向21Aと2
1Bに設定する必要がない。即ち、液晶を強誘電相に設
定することなく、駆動することができる。
Then, the director of the liquid crystal layer formed of this liquid crystal material has an angle range of 22.5 ° with respect to the normal direction of the smectic layer (approximately 21C direction) (range between 23A and 21D). ), The amount of transmitted light is controlled by applying a voltage between the opposing electrodes in a voltage range lower than that in which the liquid crystal layer forms a ferroelectric phase. With this configuration, the display becomes darkest when the director coincides with the direction 23A of the transmission axis, and the direction 21D in which the director is inclined by 45 ° with respect to the direction 23A.
Brightest when facing. Therefore, in order to obtain the maximum gradation from the minimum gradation, the directors are moved in the first directions 21A and 2A.
There is no need to set it to 1B. That is, the liquid crystal can be driven without setting the ferroelectric phase.

【0058】この光学配置を採用した場合でも、印加電
圧に対する液晶層21内での分子の挙動及び相変化等は
上述の通りであり、液晶層21のダイレクタは第1の方
向21Aと第2の方向21Bとの間で、連続的に変化す
る。従って、任意の階調を表示することができる。ま
た、図3の光学配置に比較して、フリッカが少なくな
り、しかも液晶層21に強誘電相が形成されないので、
画面の焼き付きが抑制され、表示画面のコントラストを
高く且つ表示品質を高くすることができる。
Even when this optical arrangement is adopted, the behavior of molecules and the phase change in the liquid crystal layer 21 with respect to the applied voltage are as described above, and the director of the liquid crystal layer 21 is in the first direction 21A and the second direction 21A. It changes continuously between the direction 21B. Therefore, an arbitrary gradation can be displayed. Further, as compared with the optical arrangement shown in FIG. 3, flicker is reduced and a ferroelectric phase is not formed in the liquid crystal layer 21.
Screen burn-in is suppressed, and the contrast of the display screen and the display quality can be increased.

【0059】上述の液晶セル(化学式1に示す骨格構造
を有する液晶を主成分とし、表1に示す物性を有する液
晶組成物を1.5ミクロンのセルギャップに封入したセ
ル)に図12(B)に示す光学配置を適用した液晶表示
素子(実施例2)の印加電圧に対する透過率の関係を図
13(A)に示す。比較例として、セルギャップを5ミ
クロンとした点以外は実施例2と同一構成の液晶表示素
子(比較例2)の印加電圧に対する透過率の関係を図1
3(B)に示す。
FIG. 12 (B) shows the above-mentioned liquid crystal cell (a cell in which a liquid crystal composition containing a liquid crystal having a skeletal structure shown in Chemical Formula 1 as a main component and having the physical properties shown in Table 1 was sealed in a cell gap of 1.5 μm). FIG. 13A shows the relationship between the transmittance and the applied voltage of a liquid crystal display element (Example 2) to which the optical arrangement shown in FIG. As a comparative example, FIG. 1 shows the relationship between the transmittance and the applied voltage of a liquid crystal display device (Comparative Example 2) having the same configuration as that of Example 2 except that the cell gap was 5 μm.
3 (B).

【0060】図13(A)、(B)の特性は、対向する
電極13と17との間に三角波を印加して得られたもの
である。図13(A)に示すように、実施例2の液晶表
示素子の印加電圧−透過率特性は、明確なしきい値を有
さず、透過率が連続的に変化し、印加電圧の極性に対し
て対象であり、ヒステリシスが小さく、コントラストが
大きい。これに対し、図13(B)に示すように、比較
例2では、印加電圧−透過率特性がしきい値を持つと共
にヒステリシスが大きく、滑らかな印加電圧−透過率特
性が得られない。また、コントラストが小さい。
The characteristics shown in FIGS. 13A and 13B are obtained by applying a triangular wave between the electrodes 13 and 17 facing each other. As shown in FIG. 13A, the applied voltage-transmittance characteristic of the liquid crystal display element of Example 2 does not have a definite threshold value, the transmittance continuously changes, and the With low hysteresis and high contrast. On the other hand, as shown in FIG. 13B, in Comparative Example 2, the applied voltage-transmittance characteristic has a threshold value and the hysteresis is large, so that a smooth applied voltage-transmittance characteristic cannot be obtained. Also, the contrast is small.

【0061】図13(A)、(B)からも、この実施の
形態の液晶表示素子が優れた階調表示能力を有すること
が確認できる。
From FIGS. 13A and 13B, it can be confirmed that the liquid crystal display device of this embodiment has excellent gradation display capability.

【0062】次に、上記構成の表示素子の駆動方法を図
14(A)〜(C)を参照して説明する。図14(A)
は行ドライバ31が任意の行のゲートライン15に印加
するゲート信号を、図14(B)は列ドライバ32がゲ
ートパルスに同期して各データライン16に印加するデ
ータ信号を示す。データ信号の電圧は液晶層21を強誘
電相に配向させない電圧、即ち、VTmaxとVTminとの間
で、表示したい透過率に対応する電圧に設定されてい
る。図14(C)は、図14(B)に示すデータパルス
が印加された時の透過率の変化を示す。
Next, a method of driving the display element having the above configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 14 (A)
14 shows a gate signal applied by the row driver 31 to the gate line 15 of an arbitrary row, and FIG. 14B shows a data signal applied to each data line 16 by the column driver 32 in synchronization with a gate pulse. The voltage of the data signal is set to a voltage that does not align the liquid crystal layer 21 in the ferroelectric phase, that is, a voltage corresponding to the transmittance to be displayed between VTmax and VTmin. FIG. 14C shows a change in transmittance when the data pulse shown in FIG. 14B is applied.

【0063】各ゲート信号は、対応する行の選択期間に
ゲートパルスとしてオンする。このゲートパルスにより
選択された行のTFT14がオンする。TFT14がオ
ンしている期間、即ち、書き込み期間に、そのTFT1
4を介して表示階調に対応するデータ信号が画素電極1
3と対向電極17との間に印加される。ゲートパルスが
オフするとTFT14がオフし、それまで画素電極13
と対向電極17との間に印加されていた電圧が、画素電
極13と対向電極17とその間の液晶層21により形成
される画素容量に保持される。このため、図14(C)
に示すように、この保持電圧に対応する表示階調がこの
行の次の選択期間まで保持される。従って、この駆動方
法によれば、データパルスの電圧を制御することにより
任意の階調画像を表示することができる。
Each gate signal is turned on as a gate pulse during the selection period of the corresponding row. The TFT 14 in the selected row is turned on by the gate pulse. During the period when the TFT 14 is on, that is, during the writing period, the TFT 1
The data signal corresponding to the display gray scale via the pixel electrode 1
3 and the counter electrode 17. When the gate pulse is turned off, the TFT 14 is turned off, and the pixel electrode 13
The voltage applied between the pixel electrode 13 and the counter electrode 17 is held in the pixel capacitance formed by the pixel electrode 13, the counter electrode 17, and the liquid crystal layer 21 therebetween. For this reason, FIG.
As shown in (1), the display gradation corresponding to the hold voltage is held until the next selection period of this row. Therefore, according to this driving method, an arbitrary gradation image can be displayed by controlling the voltage of the data pulse.

【0064】実施例2の液晶表示素子を図14(A)、
(B)に示す駆動方法で駆動し、データ信号の電圧を−
5Vから+5Vに順次増加し、さらに、+5Vから−5
Vに順次低下させたときの、透過率の変化を図15に示
す。図15から、図14の駆動方法を使用することによ
り、任意の階調を安定的に表示できることが理解でき
る。
The liquid crystal display device of Example 2 is shown in FIG.
Driving by the driving method shown in FIG.
It increases sequentially from 5 V to +5 V, and further, from +5 V to −5
FIG. 15 shows a change in transmittance when sequentially decreasing to V. From FIG. 15, it can be understood that an arbitrary gradation can be stably displayed by using the driving method in FIG. 14.

【0065】次に、このような駆動を可能とする列ドラ
イバ32の構成例を図16を参照して説明する。列ドラ
イバ32は、図16に示すように、第1のサンプル・ホ
ールド回路41と、第2のサンプル・ホールド回路42
と、A/D(アナログ/ディジタル)変換器43と、タ
イミング回路44と、電圧変換回路45とから構成され
る。
Next, an example of the configuration of the column driver 32 that enables such driving will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 16, the column driver 32 includes a first sample / hold circuit 41 and a second sample / hold circuit 42.
, An A / D (analog / digital) converter 43, a timing circuit 44, and a voltage conversion circuit 45.

【0066】第1のサンプル・ホールド回路41は、外
部から供給されるアナログ表示信号のうち対応する画素
用の信号成分(1つの画像データ)VD’をサンプル・
ホールドする。第2のサンプル・ホールド回路42は第
1のサンプル・ホールド回路41のホールド信号VD’
をサンプル・ホールドする。A/D変換器43は、第2
のサンプルホールド回路42のホールド信号をA/D変
換してディジタル階調データに変換する。タイミング回
路44は、各選択期間TSに、第1と第2のサンプルホ
ールド回路41、42にサンプリング及びホールディン
グを指示するタイミング制御信号を供給する。
The first sample-and-hold circuit 41 samples and outputs a signal component (one image data) VD 'for a corresponding pixel from an externally supplied analog display signal.
Hold. The second sample-and-hold circuit 42 receives the hold signal VD 'from the first sample-and-hold circuit 41.
Sample hold. The A / D converter 43 is connected to the second
A / D-converts the hold signal of the sample-and-hold circuit 42 to digital gradation data. The timing circuit 44 supplies a timing control signal for instructing the first and second sample and hold circuits 41 and 42 to perform sampling and holding during each selection period TS.

【0067】電圧変換回路45は、A/D変換器43が
出力するディジタル階調データを対応する電圧(該ディ
ジタル階調データが指示する階調を表示するために必要
な駆動系の電圧)VDを有するデータパルスに変換し
て、対応するデータライン16に出力する。この電圧変
換回路45により、信号処理系の電源系統と駆動系の電
源系統とが分離されている。電圧変換回路45の出力電
圧VDは対応する行のTFT14がオンしている書き込
み期間に液晶層21に印加され、TFT14がオフして
いる間は対向する電極13と17の間に保持される。
The voltage conversion circuit 45 is a voltage corresponding to the digital gradation data output from the A / D converter 43 (a driving system voltage required to display the gradation specified by the digital gradation data) VD And outputs it to the corresponding data line 16. The voltage conversion circuit 45 separates the power supply system of the signal processing system from the power supply system of the drive system. The output voltage VD of the voltage conversion circuit 45 is applied to the liquid crystal layer 21 during the writing period when the TFT 14 in the corresponding row is on, and is held between the opposing electrodes 13 and 17 while the TFT 14 is off.

【0068】第1のサンプル・ホールド回路41と、第
2のサンプル・ホールド回路42と、A/D変換器43
と、電圧変換回路45は、画素の列毎に配置され、タイ
ミング回路44は複数列に共通に配置される。
The first sample and hold circuit 41, the second sample and hold circuit 42, and the A / D converter 43
And the voltage conversion circuit 45 are arranged for each column of pixels, and the timing circuit 44 is commonly arranged for a plurality of columns.

【0069】なお、列ドライバ32の構成は、図16の
構成に限定されるものではない。例えば、A/D変換器
43が内蔵するサンプルホールド回路を第2のサンプル
ホールド回路42として使用しても良い。さらに、A/
D変換器43の出力データに一定の処理を行った後、処
理後のデータを電圧変換回路45に供給して駆動系の電
圧に変換してもよい。また、処理後のデータを一旦信号
処理系の電圧を有する階調信号に変換した後、電圧変換
回路45で駆動系の電圧に変換してもよい。各種タイミ
ング信号を列ドライバ32の外部から供給してもよい。
また、画像データ自体をディジタルデータで構成しても
よい。
The configuration of the column driver 32 is not limited to the configuration shown in FIG. For example, a sample and hold circuit included in the A / D converter 43 may be used as the second sample and hold circuit 42. Furthermore, A /
After performing a certain process on the output data of the D converter 43, the processed data may be supplied to the voltage conversion circuit 45 and converted into the voltage of the driving system. Further, after the processed data is once converted into a gradation signal having a voltage of a signal processing system, the voltage conversion circuit 45 may convert the data into a voltage of a driving system. Various timing signals may be supplied from outside the column driver 32.
Further, the image data itself may be constituted by digital data.

【0070】この発明は上記実施の形態に限定されず、
種々の変形及び応用が可能である。例えば、この発明の
反強誘電性液晶は、化学式1に示した骨格構造を有する
ものを主成分とするものに限定されず、他の混合相を形
成する任意の液晶を使用できる。その物性についても同
様である。また、配向膜の材質、厚さ等も適宜変更可能
である。液晶材料と配向膜の組合せは、前記液晶層を形
成する液晶分子の分子間力より配向規制力が小さくなる
ような組合せで、且つ、混合相が形成できるならば、任
意である。液晶層21の厚さも、混合相が全厚に渡って
形成できる範囲ならば、任意である。さらに、一部に混
合相にならない領域が発生しても、表示に実質的に影響
を与えない程度ならば、差し支えない。
The present invention is not limited to the above embodiment,
Various modifications and applications are possible. For example, the antiferroelectric liquid crystal of the present invention is not limited to a liquid crystal having a skeleton structure shown in Chemical Formula 1 as a main component, and any liquid crystal that forms another mixed phase can be used. The same applies to its physical properties. Further, the material, thickness, and the like of the alignment film can be appropriately changed. The combination of the liquid crystal material and the alignment film is arbitrary as long as the alignment control force is smaller than the intermolecular force of the liquid crystal molecules forming the liquid crystal layer and a mixed phase can be formed. The thickness of the liquid crystal layer 21 is also arbitrary as long as the mixed phase can be formed over the entire thickness. Furthermore, even if a region where the mixed phase is not formed partially occurs, it is acceptable as long as it does not substantially affect the display.

【0071】また、実施の形態では、偏光板23の透過
軸23Aと偏光板24の透過軸24Aを直角に配置した
が、これらが平行になるように偏光板23と24を配置
してもよい。また、偏光板の光学軸は吸収軸でもよい。
In the embodiment, the transmission axis 23A of the polarizing plate 23 and the transmission axis 24A of the polarizing plate 24 are arranged at right angles. However, the polarizing plates 23 and 24 may be arranged so that they are parallel to each other. . The optical axis of the polarizing plate may be an absorption axis.

【0072】また、本発明はTFTをアクティブ素子と
する反強誘電性液晶表示素子に限らず、MIMをアクテ
ィブ素子とする反強誘電性液晶表示素子にも適用可能で
ある。さらに、この発明は、図17に示すように、対向
する基板11と12の対向面に走査電極71と、走査電
極71に直交する信号電極72を配置した単純マトリク
ス型(パッシブマトリクス型)の表示素子にも適用可能
である。
The present invention can be applied not only to an antiferroelectric liquid crystal display device using a TFT as an active element, but also to an antiferroelectric liquid crystal display device using an MIM as an active element. Further, according to the present invention, as shown in FIG. 17, a simple matrix type (passive matrix type) display in which a scanning electrode 71 and a signal electrode 72 orthogonal to the scanning electrode 71 are arranged on the opposing surfaces of the opposing substrates 11 and 12 is provided. It is also applicable to devices.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、反強誘電性を示す液晶を用いた液晶表示素子であり
ながら、表示階調を連続的に変化させて、任意の階調で
画像を表示することができる。
As described above, according to the present invention, although the liquid crystal display device uses a liquid crystal exhibiting antiferroelectricity, the display gradation is continuously changed to provide an arbitrary gradation. Images can be displayed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1は、この発明の実施の形態にかかる液晶表
示素子の構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structure of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す液晶表示素子の下基板の構成を示す
平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a configuration of a lower substrate of the liquid crystal display element shown in FIG.

【図3】偏光板の透過軸と液晶分子の配向方向の関係を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a transmission axis of a polarizing plate and an alignment direction of liquid crystal molecules.

【図4】バルクの状態の液晶の液晶分子の描く二重螺旋
構造を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining a double helical structure drawn by liquid crystal molecules of a liquid crystal in a bulk state.

【図5】基板間に封止された液晶分子の配向状態を説明
するための図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining an alignment state of liquid crystal molecules sealed between substrates.

【図6】(A)〜(E)は、印加電圧と液晶分子の配向
との関係を示す図である。
FIGS. 6A to 6E are diagrams showing the relationship between applied voltage and alignment of liquid crystal molecules.

【図7】中間電圧を印加したときの液晶分子の挙動を説
明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining the behavior of liquid crystal molecules when an intermediate voltage is applied.

【図8】中間電圧を印加したときの液晶分子の配向状態
を説明するための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining an alignment state of liquid crystal molecules when an intermediate voltage is applied.

【図9】(A)は、図3の光学配置を採用した実施例1
の反強誘電性液晶表示素子に低周波の三角波電圧を印加
した時の、印加電圧−透過率特性を示すグラフであり、
(B)は、ギャップ長を5ミクロンとした比較例1の印
加電圧−透過率特性を示すグラフである。
FIG. 9 (A) is a first embodiment employing the optical arrangement of FIG. 3;
When applying a low-frequency triangular wave voltage to the antiferroelectric liquid crystal display element of the above, is a graph showing the applied voltage-transmittance characteristics,
(B) is a graph showing the applied voltage-transmittance characteristics of Comparative Example 1 in which the gap length was 5 microns.

【図10】バルクの状態の液晶のコノスコープ像であ
る。
FIG. 10 is a conoscopic image of a liquid crystal in a bulk state.

【図11】(A)〜(C)は、液晶表示素子の顕微鏡写
真を示す図である。
FIGS. 11A to 11C are microscopic photographs of the liquid crystal display device.

【図12】(A)と(B)は、偏光板の透過軸と液晶分
子の配向方向の関係の他の例を示す図である。
FIGS. 12A and 12B are diagrams showing another example of the relationship between the transmission axis of a polarizing plate and the orientation direction of liquid crystal molecules.

【図13】(A)は、図12の光学配置を採用した実施
例2の反強誘電性液晶表示素子に低周波の三角波電圧を
印加した時の、印加電圧−透過率特性を示すグラフであ
り、(B)は、ギャップ長を5ミクロンとした比較例2
の印加電圧−透過率特性を示すグラフである。
FIG. 13A is a graph showing applied voltage-transmittance characteristics when a low-frequency triangular wave voltage is applied to the antiferroelectric liquid crystal display element of Example 2 employing the optical arrangement of FIG. (B) shows Comparative Example 2 in which the gap length was 5 microns.
5 is a graph showing an applied voltage-transmittance characteristic of FIG.

【図14】(A)〜(C)は、この発明の反強誘電性液
晶表示素子の駆動方法を説明するためのタイミングチャ
ートである。
FIGS. 14A to 14C are timing charts for explaining a method of driving the antiferroelectric liquid crystal display device of the present invention.

【図15】図14(A)〜(C)に示す駆動方法を用い
て実施例2の液晶表示素子を駆動した時の印加電圧−透
過率特性を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing an applied voltage-transmittance characteristic when the liquid crystal display element of Example 2 is driven using the driving methods shown in FIGS. 14 (A) to (C).

【図16】図14(A)〜(C)に示す駆動方法を実現
するためのドライバ回路の構成例を示すブロック図であ
る。
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration example of a driver circuit for realizing the driving methods shown in FIGS.

【図17】単純マトリクスタイプの液晶表示素子の構成
を示す図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a simple matrix type liquid crystal display element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・透明基板(下基板)、12・・・透明基板(上基
板)、13・・・画素電極、14・・・アクティブ素子(TF
T)、15・・・ゲートライン(走査ライン)、16・・・デ
ータライン(階調信号ライン)、17・・・共通電極、1
8・・・配向膜、19・・・配向膜、20・・・シール材、21・
・・液晶層、22・・・スペーサ、23・・・偏光板(下偏光
板)、24・・・偏光板(上偏光板)、25・・・液晶セル、
31・・・行ドライバ、32・・・列ドライバ、71・・・走査
電極、72・・・信号電極
11: transparent substrate (lower substrate), 12: transparent substrate (upper substrate), 13: pixel electrode, 14: active element (TF
T), 15: gate line (scan line), 16: data line (gradation signal line), 17: common electrode, 1
8 ... alignment film, 19 ... alignment film, 20 ... sealing material, 21.
..Liquid crystal layer, 22 spacer, 23 polarizing plate (lower polarizing plate), 24 polarizing plate (upper polarizing plate), 25 liquid crystal cell,
31 ... row driver, 32 ... column driver, 71 ... scanning electrode, 72 ... signal electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武居 学 東京都八王子市石川町2951番地の5 カシ オ計算機株式会社八王子研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Manabu Takei 5 Casio Computer Co., Ltd., Hachioji Research Laboratory, 2951 Ishikawacho, Hachioji-shi, Tokyo

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】画素電極と画素電極に接続されたアクティ
ブ素子がマトリクス状に複数配列された一方の基板と、 前記画素電極に対向する共通電極が形成された他方の基
板と、 前記基板の間に封入され、バルクの状態でカイラルスメ
クティックCA相を形成し、前記一方の基板と前記他方
の基板間において、前記画素電極と前記共通電極間に電
圧が印加されていない無電界状態で、反強誘電相を形成
し、前記画素電極と前記共通電極間に電圧が印加された
電界印加状態で、反強誘電相と強誘電相とその他の状態
に配向した中間相とが混合する混合相を示す液晶層から
構成される、ことを特徴とする液晶表示素子。
A substrate including a plurality of pixel electrodes and a plurality of active elements connected to the pixel electrodes arranged in a matrix; a second substrate provided with a common electrode opposed to the pixel electrodes; And a chiral smectic CA phase is formed in a bulk state, and between the one substrate and the other substrate, when no voltage is applied between the pixel electrode and the common electrode, the electric field is reduced. A mixed phase in which an antiferroelectric phase, a ferroelectric phase, and an intermediate phase oriented in another state are mixed in a state where a dielectric phase is formed and an electric field in which a voltage is applied between the pixel electrode and the common electrode is applied. A liquid crystal display device comprising a liquid crystal layer.
【請求項2】前記液晶層は、強誘電相の液晶と、反強誘
電相の液晶と、液晶分子が前記一方及び他方の基板の主
面に対しチルトを持って配列した状態の中間相の液晶と
が混合された混合相を示す液晶材料からなる、ことを特
徴とする請求項1に記載の液晶表示素子。
2. The liquid crystal layer comprises a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, and an intermediate phase in which liquid crystal molecules are arranged with a tilt with respect to the main surfaces of the one and the other substrates. 2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the liquid crystal display device is made of a liquid crystal material exhibiting a mixed phase in which liquid crystal is mixed.
【請求項3】前記液晶層は、電界の印加により、液晶分
子が、カイラルスメクティックCA相の分子の描くコー
ンに沿って移動することにより、中間相の配向状態が形
成される液晶材料からなる液晶から構成される、ことを
特徴とする請求項1又は2に記載の液晶表示素子。
3. The liquid crystal layer is made of a liquid crystal material in which an alignment state of an intermediate phase is formed by moving liquid crystal molecules along a cone drawn by molecules of a chiral smectic CA phase by application of an electric field. The liquid crystal display device according to claim 1, comprising:
【請求項4】電極が形成された一方の基板と、 前記電極に対向する電極が形成された他方の基板と、 前記基板の間に封入され、スメクティック相を形成する
液晶分子が自発分極を有し、バルクの状態で二重螺旋構
造を描いて配列する反強誘電相を形成し、 前記一方の基板と他方の基板との間において、電界が印
加されない無電界状態で、螺旋構造が解けて、第1の方
向を向いた液晶分子と第2の方向を向いた液晶分子が交
互に配列することにより隣接するスメクティック層の液
晶分子の自発分極が相互に相殺する反強誘電相を形成
し、十分大きな電界が印加された状態で、その極性に応
じて液晶分子が第1の方向又は第2の方向を向いた強誘
電相を示し、中間の電圧が印加された状態で、前記第1
の方向を向いた状態の液晶分子と、前記第2の方向を向
いた液晶分子と、前記液晶分子の描くコーンに沿って挙
動して前記一方と他方の基板の主面に対し傾きを有した
状態に配向した液晶分子とが混在する混合相を示す液晶
層とから構成される、ことを特徴とする液晶表示素子。
4. A substrate on which an electrode is formed, another substrate on which an electrode opposed to the electrode is formed, and liquid crystal molecules sealed between the substrate and forming a smectic phase have spontaneous polarization. Then, an antiferroelectric phase is formed to draw and arrange a double helical structure in a bulk state. Between the one substrate and the other substrate, the helical structure is melted in an electric field-free state where no electric field is applied. The liquid crystal molecules oriented in the first direction and the liquid crystal molecules oriented in the second direction are alternately arranged to form an antiferroelectric phase in which the spontaneous polarization of the liquid crystal molecules in the adjacent smectic layer cancel each other; In a state where a sufficiently large electric field is applied, the liquid crystal molecules exhibit a ferroelectric phase in which the liquid crystal molecules are oriented in the first direction or the second direction according to the polarity thereof.
And the liquid crystal molecules oriented in the second direction, and the liquid crystal molecules acted along the cone drawn by the liquid crystal molecules and tilted with respect to the principal surfaces of the one and other substrates. A liquid crystal display device comprising: a liquid crystal layer exhibiting a mixed phase in which liquid crystal molecules aligned in a state are mixed.
【請求項5】前記一方の基板と前記他方の基板の各対向
面には、配向処理が施されており、 前記液晶は、前記配向処理による配向規制力よりも大き
い分子間力を有する液晶材料よりなる、ことを特徴とす
る請求項1乃至4のいずれか1項に記載の液晶表示素
子。
5. An opposing surface of the one substrate and the other substrate is subjected to an alignment process, wherein the liquid crystal has a liquid crystal material having an intermolecular force larger than an alignment control force by the alignment process. The liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 4, comprising:
【請求項6】前記一方の基板と前記他方の基板の各対向
面には、配向膜が形成されており、 前記配向膜は、前記液晶層の分子間力より小さい配向規
制力を前記液晶層の液晶分子に与える表面エネルギーを
有する、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1
項に記載の液晶表示素子。
6. An alignment film is formed on each of opposing surfaces of said one substrate and said other substrate, and said alignment film exerts an alignment control force smaller than an intermolecular force of said liquid crystal layer on said liquid crystal layer. 5. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the liquid crystal molecules have a surface energy.
A liquid crystal display element according to the item.
【請求項7】前記一方の基板と前記他方の基板の各対向
面には、液晶の分子間力より小さい配向規制力を前記液
晶層に与える配向処理が施されている、ことを特徴とす
る請求項1乃至4のいずれか1項に記載の液晶表示素
子。
7. The liquid crystal device according to claim 1, wherein each of the opposing surfaces of the one substrate and the other substrate is subjected to an alignment treatment for giving an alignment regulating force smaller than an intermolecular force of the liquid crystal to the liquid crystal layer. The liquid crystal display device according to claim 1.
【請求項8】電極が形成された一方の基板と前記電極に
対向する電極が形成された他方の基板との間に、バルク
の状態でカイラルスメクティックCA相を形成し、前記
一方の基板と他方の基板間において、対向する前記電極
間に電圧が印加されていない無電界状態で、反強誘電相
を形成し、対向する前記電極間に電圧が印加された電界
印加状態で、反強誘電相と強誘電相とその他の状態に配
向した中間相とが混合する混合相を形成する液晶層を封
入し、 対向する前記電極間に電圧を印加することにより、前記
混合相を生じさせて、液晶のダイレクタを変化させるこ
とにより、階調表示を行うことを特徴とする液晶表示素
子の駆動方法。
8. A chiral smectic CA phase is formed in a bulk state between one substrate on which an electrode is formed and another substrate on which an electrode facing the electrode is formed, and the one substrate and the other An anti-ferroelectric phase is formed in a non-electric field state where no voltage is applied between the opposing electrodes, and the anti-ferroelectric phase is formed in an electric field applied state where a voltage is applied between the opposing electrodes. And a ferroelectric phase and an intermediate phase oriented in another state are mixed with each other to form a mixed liquid crystal layer, and a voltage is applied between the opposing electrodes to generate the mixed phase. A method of driving a liquid crystal display element, wherein gradation display is performed by changing the director of (1).
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