JPH1054975A

JPH1054975A - 液晶装置及び液晶素子の駆動方法

Info

Publication number: JPH1054975A
Application number: JP14383597A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Asao; 恭史浅尾; Yasuhiro Ito; 靖浩伊藤; Yukio Haniyu; 由紀夫羽生; Yasuaki Takeda; 恭明武田; Hirohide Munakata; 博英棟方
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-05-31
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶移動現象を低減し、液晶セル厚増加に伴
う色づき及び表示むらが少なく、優れた表示品位の信頼
性が高い液晶素子を提供する。【解決手段】一対の基板間に液晶を挟持してなる液晶
素子において、該液晶は、少なくとも２種の安定な分子
状態Ｓ１、Ｓ２をとることが出来、電界印加時に移動可
能な液晶であり、該液晶に印加される駆動情報信号パル
スの実効周波数ｆの変化範囲内に、該液晶の移動方向が
反転する境界値であるゼロクロス周波数ｆ₀ が存在し、
該液晶素子に非対称な信号波形を印加した場合のＳ１状
態でのゼロクロス周波数ｆ₀₁とＳ２状態でのゼロクロス
周波数ｆ₀₂との差の絶対値が、該液晶素子に対称な信号
波形を印加した場合のｆ₀₁とｆ₀₂との差の絶対値よりも
小さいことを特徴とする液晶素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テレビ受像機、ビ
デオカメラのビューファインダー、コンピューターの端
末用モニターなどに用いられる表示素子あるいは液晶プ
リンターやプロジェクター等に用いられる光バルブに採
用され得る液晶装置に関し、特に耐久信頼性の高いカイ
ラルスメクチック液晶装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】比較的低コストで製造できる液晶表示素
子としてＴＮ液晶を用いたパッシブマトリクス駆動方式
の液晶表示素子が知られている。しかしながら、この素
子は、クロストークやコントラスト等の点で限界があ
り、ＴＮ液晶を用いたパッシブマトリクス駆動方式の液
晶表示素子は、高密度配線数の表示素子、例えば液晶テ
レビジョンパネル等に適したものとは言い難い。

【０００３】このような従来のＴＮ液晶が持つ根本的な
問題を解決するものとして、表面安定化強誘電性液晶素
子（ＳＳＦＬＣＤ）がクラークとラガヴァルにより提案
されている（特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特
許第４，３６７，９２４号明細書等）。この表面安定化
強誘電性液晶素子は、使用状態においてカイラルスメク
チックＣ相（ＳｍＣ＊）またはＨ相（ＳｍＨ＊）等のス
メクチック相を呈するカイラルスメクチック液晶を薄セ
ル中に挟持することによって強誘電体特有の分極ドメイ
ンを発現させ、高速応答と双安定性を実現している。即
ち、表面安定化強誘電性液晶素子は、カイラルスメクチ
ック液晶素子の一種であるといえる。

【０００４】表面安定化強誘電性液晶素子において、カ
イラルスメクチック液晶分子は、２つの安定状態からな
る双安定状態を有し、中間的な分子位置を取りにくい。

【０００５】このような双安定状態間での液晶分子のス
イッチングを利用した液晶素子を構成することにより、
従来のＴＮ液晶を用いた液晶素子が有する多くの問題点
に対して、かなり本質的な改善がなされてきた。そし
て、表面安定化強誘電性液晶素子と偏光素子を組み合わ
せることによって、高速応答で且つ記憶型の表示素子と
しての幅広い応用が期待されている。

【０００６】一方、最近では、チャンダニ、竹添らによ
り、３つの安定状態を有するカイラルスメクチック反強
誘電性液晶素子も提案されている（Ｊａｐａｎｅｓｅ
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃ
ｓ，２７（１９８８）Ｌ７２９）。

【０００７】上記表面安定化強誘電性液晶素子の駆動法
としては、メモリ性を利用した単純マトリクス方式が一
般に用いられる。その電極構成は、走査電極（行電極）
と信号電極（列電極）とで構成したマトリクス電極であ
り、走査電極には順次走査信号が印加され、この走査信
号と同期して信号電極には情報信号が印加されるように
なっている。

【０００８】上記の液晶素子を単純マトリクス方式で駆
動する場合、表示状態を決定する情報信号を列電極に印
加し、書き込み時刻を指定する走査信号を順次行電極に
印加する。各画素は、選択期間において、走査信号と情
報信号の合成信号に従ってその表示状態が決定される。
一方、非選択期間には、各画素は情報信号による定常的
電界変化を受ける。

【０００９】定常的に変化する電界と液晶分子の自発分
極との相互作用によって、液晶分子は反転しない程度に
微小にコーン（強誘電性液晶分子が存在し得る円錐状の
面）上を振動する。それにより、液晶分子の重心の並進
的な移動が誘起されることが明らかになっている。具体
的には、図１に示すように、液晶分子は２つの安定状態
Ｓ１、Ｓ２をとり、それぞれ基板の面方向、例えば０
２、０３の向きに移動する。ここで０１はラビング処理
等の一軸配向処理軸であり、液晶分子は一軸配向処理軸
に垂直な方向、即ち液晶層方向に移動する。

【００１０】この移動の累積により、基板間に挟持され
た液晶は、素子周辺部や有効光学変調領域（書き込み領
域）の端部に蓄積し、その部分のセル厚（基板間の液晶
部分の厚さ）が増加する。その結果、液晶層のリタデー
ションが増加し、黄変現象と呼ばれる透過光スペクトル
の変化による色づき、即ち表示品位の低下が生じる。さ
らには、前記セル厚増加量が大きい場合には液晶が受け
る電界が低下し、有効光学変調領域（書き込み領域）内
の表示むらを発生させる原因にもなる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、カイラル
スメクチック液晶素子において、液晶移動現象を抑制
し、それに伴い黄変現象等の表示品位の低下の少ない液
晶素子を提供することにある。

【００１２】上記液晶移動現象を抑制する技術として
は、液晶移動現象のセル厚依存性を利用したもの（特開
平７−５６１７６）、基板表面の凹凸形状依存性を利用
したもの（特開平５−２７３５３７）、液晶の配向状態
を領域によって変化させるもの（ＥＰ０７４０１８５Ａ
２）が挙げられるが、これらは液晶セルの構成条件を規
定することをその解決の手法としていた。

【００１３】しかしながら、本発明者らの研究によれ
ば、液晶セルの構成条件のみならず、液晶の駆動温度、
駆動周波数、駆動電圧あるいは液晶材料を変化させるこ
とによっても液晶移動の向き及び／または液晶移動量が
変化することが明らかとなった。また、駆動のための印
加信号において、液晶移動の向きを決定する支配的な要
因は駆動周波数であることも明らかとなった。液晶移動
の向きが反転する周波数、即ち液晶移動がゼロになる周
波数のことを本明細書中ではゼロクロス周波数と呼ぶ。
液晶素子をゼロクロス周波数のもとで駆動することによ
って、液晶移動現象の生じない液晶素子を作製すること
ができる。

【００１４】ところが、セル構成に関して上下基板が対
称でない場合や、図１のＳ１状態とする（Ｓ１を書き込
む）印加信号波形とＳ２状態とする（Ｓ２を書き込む）
印加信号波形が対称でない場合に、Ｓ１とＳ２の書き込
み時の液晶移動の向き及び／または液晶移動量が互いに
異なる場合があることを、本発明者らは見出した。即
ち、Ｓ１とＳ２でゼロクロス周波数が異なる値となって
しまうのである。本明細書中でＳ１の書き込み時という
場合、液晶分子がＳ１状態にあることを意味する。Ｓ１
状態というのはＳ１の位置でのメモリー状態も含む。Ｓ
２についても同様である。

【００１５】このように、Ｓ１とＳ２の書き込み時の液
晶移動特性が異なる場合、二つの状態について同時に液
晶移動特性を最適化することが難しく、液晶移動が抑制
された液晶素子を設計することが非常に困難となる。

【００１６】従って、液晶移動現象を抑制しようとする
場合、Ｓ１とＳ２でのゼロクロス周波数の差を極力抑え
るよう液晶セルを設計する必要がある。本発明は、上述
したＳ１とＳ２のような分子位置の違いによる液晶移動
特性の差を低減することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段は、一対の基板間に液晶を挟持する液晶素子であ
って、該液晶は少なくとも２つの安定な分子状態Ｓ１、
Ｓ２をとることができ、外部から印加される電界の変化
に伴い累積的な並進移動が誘起される液晶であり、該液
晶に印加される駆動情報信号パルスの実効周波数である
第１の周波数ｆの変化範囲内に、該液晶の移動する向き
が反転する境界値である第２の周波数（ゼロクロス周波
数）ｆ₀が存在し、該第２の周波数ｆ₀のうち、該液晶が
該分子状態Ｓ１をとる時の第２の周波数をｆ₀₁、該液晶
が該分子状態Ｓ２をとる時の第２の周波数をｆ₀₂とした
時、該液晶に非対称な信号波形を印加した場合のｆ₀₁と
ｆ₀₂の差の絶対値が、該液晶に対称な信号波形を印加し
た場合のｆ₀₁とｆ₀₂の差の絶対値よりも小さいことを特
徴とする液晶素子と、前記液晶に非対称な信号波形を印
加する手段と、を有する液晶装置である。

【００１８】上記目的を達成するための手段は、また、
一対の基板間に液晶を挟持する液晶素子の駆動方法であ
って、該液晶は少なくとも２つの安定な分子状態Ｓ１、
Ｓ２をとることができ、外部から印加される電界の変化
に伴い累積的な並進移動が誘起される液晶であり、該液
晶に印加される駆動情報信号パルスの実効周波数である
第１の周波数ｆの変化範囲内に、該液晶の移動する向き
が反転する境界値である第２の周波数（ゼロクロス周波
数）ｆ₀が存在し、該第２の周波数ｆ₀のうち、該液晶が
該分子状態Ｓ１をとる時の第２の周波数をｆ₀₁、該液晶
が該分子状態Ｓ２をとる時の第２の周波数をｆ₀₂とした
時、該液晶に非対称な信号波形を印加することにより、
ｆ₀₁とｆ₀₂の差の絶対値を、該液晶に対称な信号波形を
印加した場合のｆ₀₁とｆ₀₂の差の絶対値よりも小さくす
ることを特徴とする液晶素子の駆動方法である。

【００１９】ここで、上記液晶素子に非対称な信号波形
を印加した際のｆ₀₁とｆ₀₂の差の絶対値は、ｆ₀₁とｆ₀₂
の和の平均値の２０％以下であることが好ましく、１０
％以下であることがさらに好ましい。

【００２０】上記液晶装置及び上記駆動方法において
は、前記カイラルスメクチック液晶を前記Ｓ１とすると
きのゼロクロス周波数ｆ₀₁と前記カイラルスメクチック
液晶を前記Ｓ２とするときのゼロクロス周波数ｆ₀₂の差
（ｆ₀₁−ｆ₀₂）は、上下基板間でのセル構成の非対称性
により生じるゼロクロス周波数の差（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_S
と、印加信号波形の非対称性により生じるゼロクロス周
波数の差（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_Wとからなっており、（ｆ₀₁−
ｆ₀₂）_S と（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_W との間に（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_S ×（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_W ＜０の関係が成り立っている。

【００２１】すなわち、非対称なセル構成と、非対称な
印加信号波形とを組み合わせて用いる。これにより、セ
ル構成の非対称性による液晶移動の非対称性が印加信号
波形の非対称性による液晶移動の非対称性によって緩和
される、もしくは、印加信号波形の非対称性による液晶
移動の非対称性がセル構成の非対称性による液晶移動の
非対称性によって緩和される。本明細書中で、非対称と
いう場合、一見すると対称である（ほぼ対称な）場合を
含むものである。本明細書中で、対称というのは上下基
板が全く同一である場合である。

【００２２】上下基板間で非対称なセル構成とする方法
として、例えば、基板表面に凹凸形状を設けるなどして
上下両基板の表面（液晶層との界面）の形状を変化させ
る方法、上下両基板の液晶層界面に設けた配向制御膜の
材料を変化させる方法、上下両基板の液晶層界面に施す
ラビング等の一軸配向処理条件を変化させる方法（この
方法は一方の基板のみに一軸配向処理を施す方法も含
む）、上下両基板に設ける電極の形状を変化させる方法
（この方法は一方の基板のみに補助電極を設ける方法、
及び両基板で補助電極の形状を変化させる方法も含む）
等が挙げられるが、いずれの方法を用いてもよく、ここ
に挙げた以外の方法を用いてもよい。

【００２３】また、印加信号波形を非対称とする液晶素
子の駆動方法として、例えば、一方の状態（例えばＳ
１）を書き込む時のリセットパルスの数と他方の状態
（例えばＳ２）を書き込む時のリセットパルスの数とを
異ならせる方法、一方の状態（例えばＳ１）を書き込む
時のパルス幅（リセットパルス幅又は書き込みパルス
幅）と他方の状態（例えばＳ２）を書き込む時のパルス
幅（リセットパルス幅又は書き込みパルス幅）とを異な
らせる方法、一方の状態（例えばＳ１）を書き込む時の
電界の大きさ（リセットパルス電圧又は書き込みパルス
電圧）と他方の状態（例えばＳ２）を書き込む時の電界
の大きさ（リセットパルス電圧又は書き込みパルス電
圧）とを異ならせる方法等が挙げられるが、いずれの方
法を用いてもよく、ここに挙げた以外の方法を用いても
よい。ここで、リセットパルスとは、一方の状態（例え
ばＳ１）を書き込む前に、その状態（例えばＳ１）ある
いは他方の状態（例えばＳ２）に一旦液晶分子を反転さ
せるためのパルス波のことである。

【００２４】そして、以下の付加手段を加味すること
で、本発明の効果は、さらに高まるのである。その一つ
は、一対の基板のうち少なくとも一方の内面（液晶界
面）が粗面化されていることである。

【００２５】また、有効光学変調領域の液晶分子のプレ
チルト角を１０度以上と高プレチルトとするか、５度以
下と低プレチルトとすることが好ましい。

【００２６】そして、前記液晶基板間に複数の接着剤と
スペーサとを介在させることが好ましい。

【００２７】本発明に用いられる液晶としてはカイラル
スメクチック液晶が好ましく、さらに好ましくは強誘電
性を示す液晶（強誘電性液晶）である。このような強誘
電性液晶としては、例えばフェニルピリミジン系のベー
ス液晶に、カイラルドーパントを添加した液晶組成物な
どを好適に用いることが出来る。

【００２８】また、前記反強誘電性液晶も本発明に好適
に用いることが出来る。

【００２９】（液晶移動の周波数依存性）本発明者らの
研究によれば、液晶移動量は駆動波形の振動数、電圧、
バイアス比等の影響を受けるが、駆動波形の振動数が液
晶移動の向きを決める支配的な要素である。また液晶移
動の向きが反転する周波数即ちゼロクロス周波数ｆ₀
は、セル厚、基板表面（配向膜表面）の凹凸形状、プレ
チルト角、配向膜材料、液晶材料、温度によって変化す
る。

【００３０】これらの要因のうち、基板表面の凹凸形
状、プレチルト角、配向膜材料を上下基板で異なる構成
にすると、対称な波形で駆動したとしても、液晶分子が
Ｓ１にある状態で駆動した場合のゼロクロス周波数ｆ₀₁
と液晶分子がＳ２にある状態で駆動した場合のゼロクロ
ス周波数ｆ₀₂とが異なる値を示す。また、走査信号と情
報信号との合成信号に関して、Ｓ１を書き込むためのも
のとＳ２を書き込むためのものとが対称でない場合、上
下対称なセルを用いたとしても、液晶分子がＳ１にある
状態で駆動した場合のゼロクロス周波数ｆ₀₁と液晶分子
がＳ２にある状態で駆動した場合のゼロクロス周波数ｆ
₀₂とが異なる値を示す。

【００３１】従って、上下基板間でのセル構成の非対称
性によるゼロクロス周波数の差（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_S と印加
信号波形（駆動条件）の非対称性によるゼロクロス周波
数の差（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_W との積が負の場合、そのセル構
成の非対称性と駆動条件の非対称性との組み合わせによ
って、液晶移動の非対称性は緩和される。

【００３２】なお、セル構成が完全に対称であり、セル
構成の非対称性に起因するゼロクロス周波数の差（ｆ₀₁
−ｆ₀₂）_S が０である場合、印加信号波形はより対称な
ものを用いることが好ましい。一方、対称な波形を用
い、波形の非対称性に起因するゼロクロス周波数の差
（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_W が０である場合、上下対称なセルを用
いることが好ましい。上記２つの場合、（ｆ₀₁−ｆ₀₂）
_S と（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_Wはともに０となり、（ｆ₀₁−
ｆ₀₂）_S ×（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_W＝０となる。

【００３３】上述の構成とすることにより、カイラルス
メクチック液晶素子において、液晶分子の位置（Ｓ１、
Ｓ２）に関わらず、セル厚増加及びそれに伴う色づき等
の表示むらが少なく、信頼性の高いカイラルスメクチッ
ク液晶素子を作製することができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を詳細に説明する。

【００３５】図２は本発明に用いられるカイラルスメク
チック液晶素子の一例を示す模式的な断面図である。

【００３６】１１ａ、１１ｂは上下基板であり、それぞ
れの基板には例えば厚さが約４０〜３００ｎｍの酸化
錫、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等か
らなる透明電極１２ａ、１２ｂが設けられている。１３
ａ、１３ｂは、例えば厚さが１０〜３００ｎｍのＺｎ
Ｏ、ＺｒＯ、ＴａＯｘ等からなる上下基板間のショート
防止層としての絶縁膜である。本実施態様例では、塗
布、焼成タイプの絶縁膜を少なくとも一層形成するが、
スパッタによる膜等との複層構造としてもよい。また、
本発明の液晶素子には、必ずしも絶縁膜を設けなくとも
よく、一方の基板のみに絶縁膜を設けても良い。１４
ａ、１４ｂは配向制御膜であり、５〜１００ｎｍの厚さ
で形成される。配向制御膜のうち少なくとも一方はナイ
ロン、ポリイミド等の有機高分子膜にラビング等の一軸
配向処理が施されたものが好ましく用いられる。他方の
配向制御膜は前記一方の配向制御膜と同様であってもよ
く、あるいは、例えばポリシロキサン等からなる一軸配
向処理が施されていない膜であってもよい。配向制御膜
表面に安定な凹凸形状を形成するために、絶縁膜及び／
または配向膜中には微粒子を混入させてもよい。１５は
カイラルスメクチック液晶層であり、好ましくは双安定
状態を持つ強誘電性液晶、あるいは３つの安定状態を持
つ反強誘電性液晶が用いられる。

【００３７】本発明では、強誘電性液晶として使用温度
でカイラルスメクチック相状態のものを用いることがで
きる。具体的には、カイラルスメクチックＣ（ＳｍＣ
＊）相、Ｈ（ＳｍＨ＊）相、Ｉ（ＳｍＩ＊）相、Ｋ（Ｓ
ｍＫ＊）相やＧ（ＳｍＧ＊）相状態の液晶を用いること
ができる。好ましくはＳｍＣ＊相状態の液晶が用いられ
る。

【００３８】特に好ましい液晶としては、カイラルスメ
クチック相の高温側にコレステリック（Ｃｈ）相及びス
メクチックＡ（ＳｍＡ）相を持つ液晶が用いられる。こ
のような液晶では、等方相（Ｉｓｏ．）から徐冷して行
く過程で、Ｃｈ相で液晶分子方向が一方向に揃い、Ｓｍ
Ａ相でその分子方向と垂直な層構造が形成され、ＳｍＣ
＊相では層に対して液晶分子の方向が傾く、というよう
に秩序が順次揃うために均一な配向が得られやすい。こ
のような相系列を示す液晶として、例えば下述の相転移
温度及び物性値を示すピリミジン系混合液晶Ａを好適に
用いることができる。

【００３９】〔ピリミジン系混合液晶Ａ〕 −３℃ ５７℃ ７９℃ ８５℃ Ｃｒｙｓｔ． → ＳｍＣ＊ → ＳｍＡ → Ｃｈ → Ｉｓｏ． ← チルト角 Θ＝１４° （３０℃）層の傾斜角 δ＝１１° （３０℃）見かけのチルト角 θ＝１１° （３０℃）

【００４０】また、上記のような相転移系列を示さない
液晶、例えばＣｈ相を持たない液晶も本発明に用いるこ
とができる。Ｃｈ相を持たない液晶としては、例えばＵ
ＳＰ５，０８２，５８７、ＷＯ９３／２２３９６等に記
載のフッ素含有液晶化合物を含有する液晶組成物が好適
に用いられる。

【００４１】本発明における液晶装置は、例えば図６、
図７に示した走査線アドレス情報を持つ画像情報なるデ
ータフォーマット及びＳＹＮ信号による通信同期手段を
用いることにより実現することができる。ここでは液晶
表示装置を例にとって説明する。図中の符号はそれぞれ
以下の通りである。

【００４２】１０１液晶表示装置１０２グラフィックコントローラ１０３表示パネル１０４走査線駆動装置１０５情報線駆動装置１０６デコーダ１０７走査信号発生装置１０８シフトレジスタ１０９ラインメモリ１１０情報信号発生装置１１１駆動制御回路１１２ＧＣＰＵ１１３ホストＣＰＵ１１４ＶＲＡＭ

【００４３】画像情報の発生は、本体装置側のグラフィ
ックコントローラ１０２にて行われ、図６及び図７に示
した信号転送手段に従って表示パネル１０３へと転送さ
れる。グラフィックコントローラ１０２はＧＣＰＵ（中
央演算処理装置）１１２及びＶＲＡＭ（画像情報格納用
メモリ）１１４を核に、ホストＣＰＵ１１３と液晶表示
装置１０１との間の画像情報の管理や通信をつかさどっ
ている。表示パネル１０３としては、前述した液晶素子
を用いることができる。尚、該表示パネル１０３の裏側
には光源（不図示）が配置されている。

【００４４】本発明の表示装置は表示媒体である液晶素
子としてカイラルスメクチック液晶素子を用いた場合、
前述したように良好なスイッチング特性を有するため、
優れた駆動特性、信頼性を発揮し、高精細、高速、大面
積の表示画像を得ることができる。

【００４５】本発明における液晶素子の駆動法として
は、例えば特開昭５９―１９３４２６号公報、特開昭５
９−１９３４２７号公報、特開昭６０−１５６０４６号
公報、特開昭６０−１５６０４７号公報などに開示され
た駆動法を適用することができる。

【００４６】図１０は、上記駆動法の波形の一例であ
る。また、図９は、マトリクス電極を配置したカイラル
スメクチック液晶パネルの一例の平面図である。図９の
液晶パネル１３１には、走査電極群１３２の走査電極と
情報電極群１３３の情報電極とが互いに交差して配置さ
れ、少なくともその交差部の走査電極と情報電極との間
にはカイラルスメクチック液晶が配置されている。

【００４７】図１０（Ａ）中のＳ_Ｓは選択された走査電
極に印加する選択時の走査信号の１Ｈ期間の駆動波形の
一例を、Ｓ_Ｎは選択されていない走査電極に印加する非
選択時の走査信号の１Ｈ期間の駆動波形一例を、Ｉ_Ｓは
選択された情報電極に印加する選択時の情報信号の１Ｈ
期間の駆動波形（黒波形）の一例を、Ｉ_Ｎは選択されて
いない情報電極に印加する非選択時の情報信号の１Ｈ期
間の駆動波形（白波形）の一例を、それぞれ表わしてい
る。情報信号の１Ｈ期間の駆動波形として、ここでは略
奇関数を用いている。また、図中の（Ｉ_Ｓ−Ｓ_Ｓ）と
（Ｉ_Ｎ−Ｓ_Ｓ）は選択された走査電極上の画素に印加す
る電圧波形で、（Ｉ_Ｓ−Ｓ_Ｓ）が印加された画素は黒の
表示状態をとり、（Ｉ_Ｎ−Ｓ_Ｓ）が印加された画素は白
の表示状態をとる。

【００４８】図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）に示す駆動
波形で図８に示す表示を行った時の時系列波形である。

【００４９】図１０に示す駆動例では、選択された走査
電極上の画素に印加される単一極性電圧の最小印加時間
Δｔが書き込み位相ｔ_２の時間に相当し、１ラインクリ
ア位相ｔ_１の時間が２Δｔに設定されている。なお、１
ラインクリア位相において、書き込み情報はリセットさ
れる。本駆動例では、リセットされることにより、画素
は白の表示状態となる。

【００５０】図１０に示した駆動波形の各パラメータＶ
_Ｓ、Ｖ_Ｉ、Δｔの値は、使用する液晶材料のスイッチン
グ特性に応じて決定される。

【００５１】図１１は、バイアス比（Ｖ_Ｉ／（Ｖ_Ｉ＋Ｖ
_Ｓ））を一定に保ちながら駆動電圧（Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｉ）を変
化させた時の透過率Ｔの変化、即ちＶ−Ｔ特性を示すグ
ラフである。ここでは、Δｔ＝５０μｓ、バイアス比＝
１／３に固定している。

【００５２】図１１中、横軸は駆動電圧（Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｉ）
を示し、その値は原点から遠ざかるほど大きくなる。ま
た、透過率Ｔを示す縦軸の右側は、前状態が黒の画素に
図１０における（Ｉ_Ｎ−Ｓ_Ｓ）で示した波形が印加され
た場合の（Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｉ）とＴとの関係を示す。そして、
縦軸の左側は、前状態が白の画素に図１０における（Ｉ
_Ｓ−Ｓ_Ｓ）が印加された場合の（ＶＳ＋ＶＩ）とＴとの
関係を示す。

【００５３】ここで、Ｖ_１、Ｖ_３をそれぞれ実駆動閾値
電圧及びクロストーク電圧と呼ぶ。また、Ｖ_２＜Ｖ_１＜
Ｖ_３の時、ΔＶ＝（Ｖ_３−Ｖ_１）／（Ｖ_３＋Ｖ_１）を電
圧マージンパラメータと呼ぶ。電圧マージンパラメータ
ΔＶは、マトリクス駆動可能な電圧幅のパラメータとな
る。Ｖ３はカイラルスメクチック液晶素子を駆動する場
合一般的に存在すると言ってよい。（Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｉ）がＶ
３を越えると、図１０に示した電圧波形（Ｉ_Ｎ−Ｓ_Ｓ）
のＶ_Ｂ ^１によって白から黒へのスイッチングが生じてし
まう。勿論、バイアス比を大きくすることによりＶ_３の
値を大きくすることは可能である。しかしながら、バイ
アス比を大きくすることは情報信号の振幅を大きくする
ことを意味し、それに伴って、ちらつきの増大、コント
ラストの低下を招く恐れがあるため好ましくない。

【００５４】我々の検討では、バイアス比は１／３〜１
／４程度が実用的であった。ところで、バイアス比を固
定すれば、電圧マージンパラメータΔＶは液晶材料のス
イッチング特性及び素子構成に強く依存することにな
る。ΔＶの大きい素子がマトリクス駆動する上で有利で
あるのは言うまでもない。

【００５５】また、上述した電圧（Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｉ）を一定
に保ち、電圧の最小印加時間Δｔを変化させることによ
って、液晶素子を駆動することも可能である。その際、
横軸にΔｔをとって図１１同様の図を作成することが可
能である。そこで、電圧印加時間閾値をΔｔ_１、電圧印
加時間クロストーク値をΔｔ_２とすると、（Δｔ_２―Δ
ｔ_１）／（Δｔ_２＋Δｔ_１）＝ΔＴを電圧印加時間マー
ジンパラメータという。

【００５６】上述したように、情報信号の２通りの向き
に応じて選択画素に「黒」及び「白」の２状態を書き込
むことが可能であり、且つ非選択画素の「黒」又は
「白」の状態を保持することが可能な（Ｖ_Ｓ＋Ｖ_Ｉ）の
範囲を電圧マージン、同様なΔｔの範囲を電圧印加時間
マージンという。ある一定温度における、電圧マージン
及び電圧印加時間マージンは液晶材料乃至液晶素子構成
によって異なり、液晶素子に固有のものである。また、
環境温度の変化に応じてこれらのマージンは変化してゆ
く。そのため、実際の液晶装置における駆動条件は、液
晶材料、素子構成、及び環境温度に応じて最適化する必
要がある。

【００５７】（プレチルト角の測定）プレチルト角の測
定は、クリスタルローテーション法（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．，Ｖｏ．１１９（１９８０）Ｎｏ．１
０．ＳｈｏｒｔＮｏｔｅｓ２０１３）によって行
なった。なお、測定用のセルは上下基板界面での液晶の
傾きが平行且つ同一の向き（ラビング処理軸が平行且つ
逆向き）になるように二枚の基板を貼り合わせて作製し
た。また、プレチルト角測定用の液晶としては、チッソ
社製強誘電性液晶ＣＳ−１０１４（商品名）に以下の構
造式で示される化合物を重量比で２０％混合した液晶組
成物を標準液晶として封入した。

【００５８】

【外１】なお、この標準液晶は、１０〜５５℃でＳｍＡ相を示
す。

【００５９】測定手順は、液晶セルを上下基板に垂直且
つ配向処理軸（ラビング軸）を含む面で回転させなが
ら、回転軸と４５°の角度をなす偏光面を持つヘリウム
・ネオンレーザー光を回転軸に垂直な方向から照射し、
その反対側で入射偏光面と平行な透過軸を持つ偏光板を
通してフォトダイオードで透過光強度を測定した。そし
て、干渉によってできた透過光強度のスペクトルに対
し、理論曲線、数式１、２とフィッティングを行うシミ
ュレーションによりプレチルト角αを求めた。

【００６０】

【外２】

【００６１】（液晶移動量の測定）図４ａのように開口
部、電極端子部を設けた液晶セルを用意する。この時セ
ル中のシールは、予め一軸配向処理軸によって決定され
た層法線と直角をなすように配置する。この液晶セル中
には液晶移動量を測定するカイラルスメクチック液晶を
注入し、液晶セルの両端の開口部には、ネマチック液晶
１６（メルク社製ネマチック液晶ＺＬＩ１１３２）を約
１ｍｇ塗布する。その後、所望の駆動条件、例えば温
度、駆動波形、駆動電圧、駆動周波数等を任意に設定し
駆動する。駆動中に、カイラルスメクチック液晶の液晶
移動現象が生じ、両開口部からのネマチック液晶１６の
セル中への浸透が加速され、図４ｂのようにＳｍＡ相部
２０とネマチック相部１８を呈する。ＳｍＣ＊／ＳｍＡ
相境界部（１９／２０）またはＳｍＡ／ネマチック相境
界部（１８／２０）の開口部からの到達距離の時間変化
から液晶移動量を算出する。ネマチック液晶の自然拡散
が数値に与える影響を除外するためにセル両端からの浸
透量の差を液晶移動量とする。測定用のセルは、開口部
及び電極端子部を有する未注入のセルに液晶を注入した
ものに限らず、予め液晶が注入された液晶セルの一部を
切り出して開口部及び電極端子部を設けたものでもよ
い。

【００６２】そして、駆動周波数に対する液晶移動量を
プロットすることにより、ゼロクロス周波数を求める。

【００６３】

【実施例】以下、具体例を示す。

【００６４】（実験例１）３００ｍｍ×３２０ｍｍ、
１．１ｍｍ厚の２枚のガラス基板上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄ
ｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）をスパッタリング法によ
って厚さ約１５０ｎｍ成膜し、フォトリソグラフ法によ
って幅約２５０μｍのストライプ状の透明電極とした。
それぞれの基板上に、予め平均粒子径約５０ｎｍのシリ
カからなる微粒子を分散させたＴｉ：Ｓｉ＝１：１の比
率よりなる絶縁膜材料の６．０重量％溶液を５μｍの粗
さの展色板を用いて印刷した。その後、１００℃で約１
０分の仮焼成後ＵＶ照射を行ない、３００℃で約１時間
加熱焼成処理を施すことによって、厚さ約２０ｎｍの絶
縁膜とした。

【００６５】次に、それぞれの基板上に、日立化成社製
のＬＱ１８０２のＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）／ｎ
ＢＣ（ノルマルブチルセロソルブ）＝１／１の１．５重
量％溶液を２０００ｒｐｍ、２０秒の条件でスピンコー
トにより成膜後、２７０℃で約１時間加熱焼成処理を施
した。このときの膜厚は約２０ｎｍであった。このよう
にして形成された塗布膜（配向制御膜）に、ナイロン植
毛布による一方向ラビング処理を施した。この時のラビ
ング条件は上下基板で同一であり、押し込み量εを０．
３５ｍｍ、ローラー回転数を１０００ｒｐｍ、ローラー
送り速度を３０ｍｍ／ｓｅｃとし、同一の向きに２回ラ
ビング処理を行った。

【００６６】その後、平均粒径約１．５μｍのシリカビ
ーズを一方の基板に散布した後、それぞれの基板のラビ
ング処理軸が互いに平行且つ同一の向きとなり、且つス
トライプ電極が平行となるように２枚のガラス基板を重
ね合わせてセルを作製した。このセルに、ピリミジン系
混合液晶Ａを等方相下で真空注入し、０．５℃／ｍｉｎ
で室温まで徐冷することによって、一軸配向したＳｍＣ
＊相状態とした。

【００６７】ここで、上記基板と全く同一の処理を施し
た２枚の基板を２０μｍのセルギャップを保って、ラビ
ング処理軸が互いに平行且つ逆向きになるように重ね合
わせて、上記の方法で前記標準液晶を注入し、プレチル
ト角測定用のセルを作製した。前記クリスタルローテー
ション法で測定したプレチルト角は、約１９°であっ
た。

【００６８】通常、液晶注入後、セル周辺部はシール材
で完全にシールされている。しかしながら、本実験例で
は、駆動周波数と液晶移動量の関係を求めるために図３
に示すようなセルを用いた。このセルは、基板面の対向
する二辺に沿った部分のみがシール材１７によって接着
され、他の二辺は開放されており液晶の移動方向及び液
晶移動量を測定できるようになっている。ここで０１は
ラビング処理等の一軸配向処理方向を表しており、液晶
は０１と垂直な方向即ちシール材１７と平行な方向に移
動する。

【００６９】図４ａ、ｂはその実験の様子を示したもの
であり、基板１１ａ、１１ｂ間に注入されたカイラルス
メクチック液晶の両端（セル開放側）にはマーカーとし
てネマチック液晶が塗布されており、該ネマチック液晶
の浸入長を観察することによって、液晶の移動方向及び
液晶移動量が測定できるようにしている。また、図４ａ
に示すような黒（Ｓ１）白（Ｓ２）のストライプ状のパ
ターンを書き込むことによって、Ｓ１、Ｓ２における液
晶移動量が一つのセルで同時に測定できる。

【００７０】本実験例では、画素選択時に印加される信
号波形として図５に示す５種類の波形を用いた。波形Ａ
はＳ１、Ｓ２を書き込むための波形が対称なものであ
り、残る４種の波形はＳ１、Ｓ２を書き込むための波形
が非対称なものである。これらの波形のＲＥＳＥＴＰ
ＵＬＳＥの有無、選択時にセルに加えられる電圧、及び
そのパルス幅の値を下記表１に示す。

【００７１】

【表１】

【００７２】これらの波形を用いて、Ｄｕｔｙ比を１／
１００としてＳ１、Ｓ２それぞれについて液晶移動の周
波数特性を調べた。

【００７３】本実験例および以下の実験例で、駆動情報
信号パルスの実効周波数の変化範囲は１０〜２５ｋＨｚ
である。また、実験は３０℃で行なった。実験の結果、
得られたゼロクロス周波数を下記表２に示す。この結果
から、上下基板が対称な構成のセルを用いた場合、対称
な波形を用いるとＳ１、Ｓ２のゼロクロス周波数の差
（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_W がゼロとなり、非対称な波形を用いる
とＳ１、Ｓ２のゼロクロス周波数の差（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_W
がゼロでなくなることがわかる。また、Ｓ１、Ｓ２の波
形に起因するゼロクロス周波数の差（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_W の
符号は、波形の極性を反転させることによって逆転して
いることがわかる。

【００７４】

【表２】

【００７５】（実験例２）次に上下基板が非対称となっ
ているセルを用いて実験を行なった。

【００７６】まず、一方の基板は実験例１と同様の方法
で作製した。このようにして作製した基板を基板Ｆと呼
ぶ。

【００７７】また、もう一方の基板として、ラビング時
のローラー送り速度を６０ｍｍ／ｍｉｎとした以外は基
板Ｆと同様に作製した基板Ｇ、絶縁膜中に分散させたシ
リカからなる微粒子の平均粒径を約３５ｎｍとした以外
は基板Ｆと同様に作製した基板Ｈ、配向制御膜を下記構
造式で示されるポリアミドに変えた以外は基板Ｆと同様
に作製した基板Ｉ、ストライプ状の透明電極に厚さ２５
００Å、幅１０μｍのアルミニウムからなる補助電極を
設けた以外は基板Ｆと同様に作製した基板Ｊをそれぞれ
用いた。なお、基板Ｉの配向制御膜の形成法としては、
下記ポリアミドのＮＭＰ／ｎＢＣ＝２／１の２．０重量
％溶液をスピンコートにより成膜後、２２０℃で約１時
間加熱処理を行なった。この時の配向制御膜の膜厚は２
５ｎｍであった。

【００７８】

【外３】

【００７９】上記それぞれの基板を組み合わせて、実験
例１同様、駆動周波数と液晶移動量の関係を求めるた
め、図３に示すようなセルを作製した。なお本実験例で
は、画素選択時に印加される信号波形として図５に示す
波形Ａを用いた。

【００８０】これらの基板の組み合わせとゼロクロス周
波数の関係を下記表３に示す。表３に示すように、セル
の上下基板間での非対称性によって、二つの安定状態
（Ｓ１、Ｓ２）でのゼロクロス周波数の差（ｆ₀₁−
ｆ₀₂）_S がゼロでなくなり、上下基板を入れ替えること
によって、ゼロクロス周波数の差（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_S の符
号が逆転することがわかる。

【００８１】

【表３】

【００８２】（実験例３）実験例１、２の結果を基にし
て、非対称な信号波形と非対称なセル構成を組み合わせ
た実験を行なった。本実験例では、実験例２と同様の方
法でセルを作製した後、図５に示す波形Ｂ〜Ｅを印加し
てゼロクロス周波数の測定を行なった。その結果を下記
表４に示す。

【００８３】

【表４】

【００８４】上記表４に示すように、信号波形の非対称
性によるゼロクロス周波数（ｆ₀₁−ｆ₀₂）_W とセルの上
下基板間の非対称性によるゼロクロス周波数（ｆ₀₁−ｆ
₀₂） _S が打ち消し合うような組み合わせとすることによ
り、ゼロクロス周波数の差は小さくなり、制御しやすく
なることがわかる。

【００８５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
セルの非対称性と印加信号波形の非対称性とを互いに打
ち消し合わせることができ、液晶移動現象を低減するこ
とができる。これにより、本発明によれば、液晶セル厚
増加に伴う色づき及び表示ムラが少なく、優れた表示品
位の信頼性が高い液晶素子を提供することができる。

【００８６】特に、片方の基板にカラーフィルターが設
けられたカラー液晶表示素子において、印加信号波形を
最適化することにより、表示品位の優れたカラー液晶表
示素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】強誘電性液晶分子の双安定状態と液晶分子の移
動の向きとを示す模式図。

【図２】本発明で用いられる液晶素子の一例を示す模式
的な概略断面図。

【図３】本発明の実験例で用いられる液晶セルの模式的
な概略断面図。

【図４】本発明の実験例における液晶移動の評価実験を
説明する為の液晶セルの模式的な概略平面図。

【図５】本発明の実験例で用いられる印加信号波形の概
略を示す図。

【図６】本発明の液晶表示装置内の各部材の接続状態の
一例を示すブロック図。

【図７】本発明の液晶表示装置における画像情報通信状
態の一例を示すタイミングチャート。

【図８】本発明の液晶表示装置における表示パターンの
一例を示す模式図。

【図９】マトリクス電極を配置したカイラルスメクチッ
ク液晶パネルの一例を示す模式的な概略平面図。

【図１０】本発明の液晶素子を駆動するための波形の一
例を示す模式図。

【図１１】駆動電圧を変化させた時の透過率の変化を表
すＶ−Ｔ特性図。

【符号の説明】

０１ラビング等の一軸配向処理の方向０２、０３液晶分子の移動方向Ｓ１、Ｓ２液晶分子の２つの安定状態１１ａ、１１ｂ上下基板１２ａ、１２ｂ透明電極１３ａ、１３ｂ絶縁膜１４ａ、１４ｂ配向制御膜１５カイラルスメクチック液晶１６ネマチック液晶１７シール材１８ネマチック相部１９ＳｍＣ＊相部２０ＳｍＡ相部１０１液晶表示装置１０２グラフィックコントローラ１０３表示パネル１０４走査線駆動装置１０５情報線駆動装置１０６デコーダ１０７走査信号発生装置１０８シフトレジスタ１０９ラインメモリ１１０情報信号発生装置１１１駆動制御回路１１２ＧＣＰＵ１１３ホストＣＰＵ１１４ＶＲＡＭ１３１液晶パネル１３２走査電極群１３３情報電極群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者武田恭明東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者棟方博英東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間に液晶を挟持する液晶素子
であって、該液晶は少なくとも２つの安定な分子状態Ｓ１、Ｓ２を
とることができ、外部から印加される電界の変化に伴い
累積的な並進移動が誘起される液晶であり、該液晶に印加される駆動情報信号パルスの実効周波数で
ある第１の周波数ｆの変化範囲内に、該液晶の移動する
向きが反転する境界値である第２の周波数ｆ₀が存在
し、該第２の周波数ｆ₀のうち、該液晶が該分子状態Ｓ１を
とる時の第２の周波数をｆ₀₁、該液晶が該分子状態Ｓ２
をとる時の第２の周波数をｆ₀₂とした時、該液晶に非対
称な信号波形を印加した場合のｆ₀₁とｆ₀₂の差の絶対値
が、該液晶に対称な信号波形を印加した場合のｆ₀₁とｆ
₀₂の差の絶対値よりも小さいことを特徴とする液晶素子
と、前記液晶に非対称な信号波形を印加する手段と、を有す
る液晶装置。
【請求項２】前記液晶に非対称な信号波形を印加した
場合に、対称な信号波形を印加した場合と比べて前記液
晶の移動が抑制される請求項１記載の液晶装置。
【請求項３】前記ｆ₀₁とｆ₀₂の差に関して、前記液晶
素子の素子構成の非対称性に起因する差（ｆ₀₁―ｆ₀₂）
_Sと、該液晶素子に印加される信号波形の非対称性に起
因する差（ｆ₀₁―ｆ₀₂）_Wとの間に、（ｆ₀₁―ｆ₀₂）_S×（ｆ₀₁―ｆ₀₂）_W＜０の関係が成り立っている請求項１又は請求項２に記載の
液晶装置。
【請求項４】前記一対の基板の液晶層界面の形状が互
いに異なる請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶装
置。
【請求項５】前記一対の基板は両方とも配向制御膜を
有し、該配向制御膜の材料が互いに異なる請求項１乃至
３のいずれかに記載の液晶装置。
【請求項６】前記一対の基板の一軸配向処理条件が互
いに異なる請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶装
置。
【請求項７】前記一対の基板は両方とも電極又は電極
群を有し、該電極又は電極群の形状が互いに異なる請求
項１乃至３のいずれかに記載の液晶装置。
【請求項８】前記液晶素子の有効光学変調領域の液晶分
子のプレチルト角が１０度以上である請求項１乃至７の
いずれかに記載の液晶装置。
【請求項９】前記液晶素子の有効光学変調領域の液晶
分子のプレチルト角が５度以下である請求項１乃至７の
いずれかに記載の液晶装置。
【請求項１０】前記液晶がカイラルスメクチック液晶で
ある請求項１乃至９のいずれかに記載の液晶装置。
【請求項１１】前記液晶が強誘電性液晶である請求項
１乃至１０のいずれかに記載の液晶装置。
【請求項１２】一対の基板間に液晶を挟持する液晶素
子の駆動方法であって、該液晶は少なくとも２つの安定な分子状態Ｓ１、Ｓ２を
とることができ、外部から印加される電界の変化に伴い
累積的な並進移動が誘起される液晶であり、該液晶に印加される駆動情報信号パルスの実効周波数で
ある第１の周波数ｆの変化範囲内に、該液晶の移動する
向きが反転する境界値である第２の周波数ｆ₀が存在
し、該第２の周波数ｆ₀のうち、該液晶が該分子状態Ｓ１を
とる時の第２の周波数をｆ₀₁、該液晶が該分子状態Ｓ２
をとる時の第２の周波数をｆ₀₂とした時、該液晶に非対
称な信号波形を印加することにより、ｆ₀₁とｆ₀₂の差の
絶対値を、該液晶に対称な信号波形を印加した場合のｆ
₀₁とｆ₀₂の差の絶対値よりも小さくすることを特徴とす
る液晶素子の駆動方法。
【請求項１３】前記液晶を前記Ｓ１とする時のリセッ
トパルスの数と前記液晶を前記Ｓ２とする時のリセット
パルスの数とが異なる請求項１２記載の液晶素子の駆動
方法。
【請求項１４】前記液晶を前記Ｓ１とする時のリセッ
トパルスの幅と前記液晶を前記Ｓ２とする時のリセット
パルスの幅とが異なる請求項１２記載の液晶素子の駆動
方法。
【請求項１５】前記液晶を前記Ｓ１とする時の書き込
みパルスの幅と前記液晶を前記Ｓ２とする時の書き込み
パルスの幅とが異なる請求項１２記載の液晶素子の駆動
方法。
【請求項１６】前記液晶を前記Ｓ１とする時のリセッ
トパルスの電圧の大きさと前記液晶を前記Ｓ２とする時
のリセットパルスの電圧の大きさとが異なる請求項１２
記載の液晶素子の駆動方法。
【請求項１７】前記液晶を前記Ｓ１とする時の書き込
みパルスの電圧の大きさと前記液晶を前記Ｓ２とする時
の書き込みパルスの電圧の大きさとが異なる請求項１２
記載の液晶素子の駆動方法。