JPS61223897A - スメクチツク液晶表示装置 - Google Patents

スメクチツク液晶表示装置

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JPS61223897A
JPS61223897A JP6607185A JP6607185A JPS61223897A JP S61223897 A JPS61223897 A JP S61223897A JP 6607185 A JP6607185 A JP 6607185A JP 6607185 A JP6607185 A JP 6607185A JP S61223897 A JPS61223897 A JP S61223897A
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JP
Japan
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liquid crystal
smectic liquid
high frequency
frequency component
signal
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JP6607185A
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清吾 富樫
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Citizen Watch Co Ltd
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Citizen Watch Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスメクチック液晶を用いた液晶表示装置に関す
るものである。
〔従来の技術〕
液晶表示装置は低電圧、低電駆動の平面ディスプレイと
して広く利用されている。その多くはネマチック(N)
液晶を用いたものであるが、近年スメクチック(S m
 )液晶を使用した新しいモードが活発に研究されてい
る。
(参照文献1;福田他、オプトロニクス9月号(198
3)、p、64〜70) (参照文献2;曲尾、楕円、日経マイクロデバイセメ1
985年春号、p、79〜86)Sm液晶を用いた表示
装置はNi晶を用いたものと比較して次のような長所が
ある。
(1)高速応答 (2)  メモリー性 (3)急峻な閾値特性 特に(2)のメモリー性を利用すれば数百行数百列以上
の高密度表示が比較的簡単に実現され、極めて有望であ
る。
以上の長所を生かすために未解決の事柄として次の諸点
が挙げられる。
(1)  配向技術(均一なモノドメインを得るため)
(2)極薄セルギャップ制御(同上) (3)液晶材料(温度博聞、ラセンピッチ、他)(4)
駆動方法(メモリー性保持、均一な表示)これ等の事項
はお互いに独立ではないが、いずれが不満足であっても
長所を生し切れなくなる。
本発明は(4)の駆動方法の改良により、従来の欠点で
あるメモリー性の低下とクロストークを大巾に減少させ
るものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
まずSmi晶を用いた表示装置の一般的な構成について
述べよう。第2図はその断面図、第3図は平面図である
。第2図、第3図では電極がマトリクス状に配置されそ
の交叉部に画素が配置された所謂マトリクス型表示を例
にとっている。2枚の基板(上基板1と下基板2)の表
面には電極(信号電極D1、D2と走査電極S1、S2
)が形成され、両基板の間にSm液晶分子6よりなるS
m液晶層5が挾持されている。両基板の外側には偏光板
6.4が配置されている。Sm液晶は層状の規則性を持
つが、層の面方向は第2図、第3図共紙面に垂直である
この面方位は参照文献1.2に示されている様な様々な
配向処理により均一に実現されなくてはならない。Sm
液晶分子はこのような層構造中で、第3図の如く一定の
傾きを有する。液晶物質や液晶層厚を最適化すると矢印
7.8で示したような2種の傾きのみが安定となり、電
圧により選択可能となる。第3図(b)の如く矢印7と
矢印8のなす角を45°、2枚の偏光板3.4の偏光軸
のいずれか一方を矢印7と同一方向10、他方を矢印7
に直交させておくと、電圧印加によって選択される双安
定状態は着色と非着色の2状態となりオン/オフの2値
表示が可能となる。この様な電界制御複屈折(ECB)
モードの他に、ゲスト・ホス)(GH)モードも可能で
あり、参照文献1.2に詳述されている。
第4図実線11は以上のSm液晶表示装置の透過率T対
印加電圧V特性である。十分な大きさの電圧を印加する
事により、その極性により2つの安定状態A、Bをとり
、±Vth以内の電圧に対してはその状態を保持すると
いうメモリー性を示している。この性質を用いれば数1
00〜数1000行のマトリクス表示が達成可能である
以上の如く、Sm液晶表示装置は原理的には極めて優れ
ている。しかし実用化に対する最大の問題点は液晶セル
製造技術にある。まず液晶セルギ 〔ヤップな1μm以
下で均一に制御する事が非常に難しい。更に配向処理も
未解決であり、このような極薄ギャップセルに大面積均
一にモノドメインを作る事も困難もある。
この様な困難さを回避するためにセルギャップを4〜5
μmという実用的な値とした時の特性が第4図破線12
である。メモリー性が大きく損われ、マルチプレックス
性が低下している。
本発明の目的は実用的な厚さのセルギャップを用いても
メモリー性が維持しつる、製造性とマルチプレックス性
に共に優れたスメクチック液晶表示装置を提供するもの
である。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は以上の問題点を解決するために、スメクチック
液晶の分極反転の追随する限界周波数よりも低い周波数
信号で表示情報の書き込みを行うとともに、該限界周波
数よりも高い周波数信号を付加し2周波駆動する事によ
り、厚い液晶層に於いても双安定性を実現せしむるもの
である。
実施例〕 以下、本発明を実施例に基づいて詳述する。本発明に於
いても液晶セル構造は第2図に示した従来例と同じであ
る。即ち、2枚の基板1.2間にスメクチック液晶が封
入されている。しかし従来例で第3図に示した双安定性
を実現するためには液晶層厚を1μm以下とし、剪断応
力等の特殊な配向技術を必要とした。本発明の実施例に
於ける液晶層厚は4〜5μmとかなり厚い。又配向処理
はラビングを用い、高温から徐冷する事により、層方向
を限定している。切要に応じて徐冷時に磁場印加をして
配向性を高めている。第5図で本実施例に於けるスメク
チック液晶分子の配向を説明する。第5図の図面に垂直
な前後方向の面がスメクチツク液晶の層構造の層方向に
対応する。液晶層は図面に垂直で左右方向の面に平行に
形成されている。図面に示された円錐はスメクチック液
晶の分子軸51と分極方向52の許される範囲を示して
いる。液晶層厚が1μm以下と十分に薄い場合には分極
方向は53又は54のように液晶層に垂直な方向しか許
されず双安定状態が存在する。
しかし本実施例のように4〜5μmとかなり厚い場合に
は基板との界面による配向強制力が相対的に弱まり図の
ように様々な方向を向くようになる。
本発明の特徴はこのような電圧無印加状態では双安定と
ならない液晶セルを2周波駆動する事により疑似的な双
安定状態を作り出す点にある。
2周波駆動はネマチック液晶を用いた液晶ディスプレイ
では古くから用いられた方法である。
(参照文献3;特開昭54−87499)しかし、ネマ
チック液晶に於ける2周波駆動は本発明と原理及び方法
に於いて異なる。ネマチック液晶の場合は自発分極がな
く常誘電性であり、分子軸に対し誘電異方性を示す。2
周波駆動ではこの誘電異方性の極性が周波数によって反
転する事を利用し時分割性や応答性を高めている。一方
スメクチノク液晶は強誘電性を示し自発分極を有する。
ネマチック液晶では周波数にかかわらず実効電圧によっ
て応答し電圧極性には無関係なのに対しスメクチック液
晶は電圧極性によって応答する。又、スメクチック液晶
はネマチック液晶のように誘電異方性が周波数によって
反転する事はない。このように誘電異方性の変化を利用
し、実効電圧によって駆動するネマチック液晶に用いた
2周波駆動法はスメクチック液晶には適用できない。
本発明はスメクチック液晶の電圧に対する2種類の応答
を利用している。第1は強誘電性応答であり、電界の極
性によって分極方向が反転する。
この応答は分子方向の変化を伴う。よって高周波側では
追随できない。又この応答限界周波数は電界強度にも依
存する。第6図は強誘電性応答の限界周波数を印加電界
強度に対しプロットしたものである。斜線で示した条件
では分極反転は生じない。このような高周波条件では常
誘電性応答が存在する。スメクチック液晶として、(S
)2−メチルブチルp−C(p”n−デシロキシベンジ
リデン)アミン〕シンナメート(略称DOBAMBC)
や参照文献2に示されている液晶を用いると、このよう
な高周波数条件では負の誘電異方性、即ち分子軸方向よ
りもそれに垂直な分極軸方向の誘電率の方が大きい特性
を示す。よって第6図斜線領域のような低電圧・高周波
の信号を印加する事によって分極反転を起こす事なく分
極軸をそろえる力をスメクチック液晶分子に加える事が
できる。
この力は極性力ではなく軸性力であるため電界に平行で
方向の異なる2つの安定状態を作り得る。
本発明は以上の原理に基づいて電気的に双安定状態を創
出している。
第1図は本発明に用いた駆動波形の一実施例である。φ
1、φ2は走査信号、ψ1、ψ2はデータ信号であり、
それぞれ走査電極、データ電極に印加され液晶駆動信号
は両信号の差の信号、例えばφ1−ψ1やφ・2−ψ1
となる。ここでφ1−ψ1は点灯信号、φ2−ψ1は非
点灯信号に対応している。φ1−ψ1、φ2−ψ1の低
周波成分はそれぞれL(φ1−ψ1)及びL(φ2−ψ
1)、高周波成分は共vcHとなる。本実施例の特徴は
走査信号φ1、φ2に高周波成分Hが重畳されている結
果すべての表示要素に、表示内容に依らず高周波成分が
印加されている点にある。
本実施例を第6図を用いて説明する。高周波成分の周波
数をfl、電圧4vt図中の匝と仮定する。点灯信号φ
1−91選択期間Ts、を考える。
低周波成分L(φ1−91)の電圧は3v、選択周期を
高周波周期の10倍とすると第6図ではaの座標に対応
し、特性線の右側なので強誘電性応答による分極反転が
生じ点灯される。一方この選択期間Tl11での高周波
を重畳した尖頭値4vは第6図中すの座標を占め、この
成分によっても十分点灯し得る。
結局駆動信号φ1−91によって選択期間T8゜内で分
極反転により十分点灯される。点灯信号φ1−91の非
選択期間′rl、、及び非点灯信号φ2−91のすべて
の期間の低周波成分の電圧は±Vであり第6図中ではC
の座標をとる。又、高周波成分を重畳するとdとなる。
いずれの場合にも斜線領域となり強誘電性応答は生じな
い。このように、本実施例では指定した表示要素のみ分
極反転を起こさせる事ができる。
この様に高周波成分は分極反転には一切影響を与えない
が常誘電性応答には十分作用する。即ち誘電異方性によ
り分極軸が電場に平行な状態、第5図で電場を液晶層に
垂直な上下方向とすると56と54の2つの状態がエネ
ルギー的に最も安定となる。このよ5に第5図のような
様々な状態が高周波電界によって双安定状態に統一され
る。
第7図は本発明の他の実施例に於ける駆動波形である。
走査信号は非選択期間7.4s、では高周波信号であり
、選択期間T、1では一定の電位2vをとる。前実施例
との違いは選択期間T81で高周波信号が重畳されてい
ない点である。この結果点灯信号φ1−ψ1及び非点灯
信号φ2−ψ1は図のようになり、低周波成分L(φ1
−ψ1)、L(φ2−91)は変らないが、高周波成分
Hは選択期間で高周波成分がなくなる。第6図で強誘電
性応答を考えて見ると非点灯状態c、dは変らないが点
灯状態は低周波のaのみとなり、bに対応する高周波が
なくなる。しかし低周波aのみでも特性線の右側領域で
あるので十分分極反転を起こし得る。
一方、常誘電応答を考えると、第6図と第7図の高周波
成分Hはほぼ同等であり分極方向に軸性の強制力を加え
双安定状態を創出し得る。
第8図は本発明の他の実施例に於ける駆動波形である。
第7図の実施例との相違は選択期間T、。
に於ける走査信号の電位φ1、φ2が2vか5■となっ
ている点にある。第6図で言うと点灯状態aがa′と特
性線に近づき、応答時間が遅くなるという欠点があるが
、長所としては走査信号が2値信号となり駆動回路が簡
単になる点が挙げられる。
以上の実施例は高周波成分を走査信号にのせていたが、
第9図に示す本発明の他の実施例ではデータ信号上にの
せている。走査信号φ1、φ2は非選択期間T。Iでは
一定電位をとり、選択期間T、1では選択電位2vを含
む高周波信号をとる。
一方、データ信号ψ1は表示内容によって対応する走査
信号の選択期間の高周波信号と同相又は逆相の高周波信
号をとる。点灯信号φ1−ψ1、非点灯信号φ2−91
は図のような波形となり、その低周波成分L(φ1−ψ
1)、L(φ2−91)は一定だが、高周波振巾が異な
る。第6図と同様の説明を第10図で行うと、非点灯状
態は高周波成分d、低周波成分Cともに斜線領域にあり
分極反転を生じない。
一方点灯信号φ1−ψ1の選択期間T、の高周波成分は
bの座標をとり、十分に分極反転を生じつる。常誘電性
応答に関してはデータ信号によって与えられる高周波成
分により軸注力が付加され双安定性(メモリー性)を創
出している。
以上の実施例の説明ではプラス電圧による分極反転(点
灯)についてのみ述べたが、全く同様な説明がマイナス
電圧による分極反転(消灯)に対しても成立する。よっ
て点灯、消灯を時間的に組み合せる事により任意の表示
が可能となる。
又、消灯に関してはパネル全面に十分な電圧を印加する
一括消灯法や、走査信号の選択期間前にリセットパルス
を挿入する方法を用いてもよく、これ等の場合にも本発
明は適用できる。
更に、点灯、消灯を行なわず表示を保存しておく場合に
は一定の高周波信号をバイアスとして与えておく事によ
り双安定性を保持する事ができる。
〔発明の効果〕
以上の説明により明らかなように、本発明では電圧を印
加しない状態ではメモリー性のないスメクチック液晶層
に点灯、消灯特性に影響を与える事なくメモリー性を付
加しうる。この事は特に製造上の効果が太きい。従来は
メモリー性を与えるには1μm以下という極薄の液晶層
を用いねばならなかった。通常のネマチック液晶表示素
子の液晶層は6〜8μmであり、5μm程度にすると途
端に上下基板間の電極ショートが増加し、歩留りが低下
し始める。1μm以下で制御する事は均一なスペーサー
と極平面基板研摩等の技術を用いていても工場的には極
めて難しく・0更にこのような薄い液晶層をモノドメイ
ン配向する事も困難である。現在剪断応力法やエピタキ
シャル成長法等の配向技術が提案されている。しかしい
ずれの方法も配向欠陥が生じやすく大面積均一にモノド
メインを作る事は工業的には困難である。
一方、メモリー性を持たなくてもよいなら゛液晶層厚は
2〜8μmと比較的実用的な値が許される。
この程度の厚さならば、例えばスペースシャトル等の宇
宙工場で作られた均一なビーズ等のスペーサーや平坦な
基板の使用により十分工業化し得る。
更に配向処理も基板面のラビングや液晶冷却時の磁場印
加等安定した技術でモノドメインが実現できる。
以上のように本発明は従来提案されていたが実用化に至
らなかったメモリー性を持ったスメクチック液晶表示の
製造性を大巾に改良するものであり、他のアクティブマ
トリクスや単純マトリクス型のネマチック表示と比べて
も安価で高表示品質、高密度の表示の実用化に寄与する
ものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いた駆動波形の一例を示す波形図、
第2図、第3図はスメクチック液晶セルの断面図、及び
平面図、第4図はその光学特性図、第5図はスメクチッ
ク液晶分子と分極方向の配列の模式説明図、第6、第1
0図はスメクチック液晶分子の分極方向の反転する電圧
、周波数条件を示すグラフ、第7.8.9図は本発明に
用いる駆動波形のそれぞれ異なる実施例を示す波形図で
ある。 φ1、φ2・・・・・・走査信号、 ψ1・・・・・・データ信号、 1・・・・・・上基板、 2・・・・・・下基板、 5・・・・・・スメクチック液晶。 第2図 第3図 第4図 第5図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電極の設けられた2枚の基板間に、該基板面にほ
    ぼ垂直な層構造を有し、カイラル性を持つスメクチック
    液晶が挾持され、両基板に設けられた電極に駆動信号を
    印加する事により表示の可能なスメクチック液晶表示装
    置に於いて、前記駆動信号は高周波成分と、低周波成分
    よりなる2周波駆動信号である事を特徴とするスメクチ
    ック液晶表示装置。
  2. (2)高周波成分は表示内容によらずほぼ一定の実効値
    を有し、低周波成分は表示内容に応じて変化する事を特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載のスメクチック液晶
    表示装置。
JP6607185A 1985-03-29 1985-03-29 スメクチツク液晶表示装置 Pending JPS61223897A (ja)

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