JPS62275223A - Liquid crystal element and its driving method - Google Patents

Liquid crystal element and its driving method

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Publication number
JPS62275223A
JPS62275223A JP11742286A JP11742286A JPS62275223A JP S62275223 A JPS62275223 A JP S62275223A JP 11742286 A JP11742286 A JP 11742286A JP 11742286 A JP11742286 A JP 11742286A JP S62275223 A JPS62275223 A JP S62275223A
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JP
Japan
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liquid crystal
state
crystal element
electric field
alignment film
Prior art date
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Pending
Application number
JP11742286A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Tsuboyama
明 坪山
Shinjiro Okada
伸二郎 岡田
Osamu Taniguchi
修 谷口
Hideyuki Kawagishi
秀行 河岸
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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  • Liquid Crystal (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a liquid crystal element which displays characteristics of ferroelectric liquid crystal to its maximum by obtaining a certain specified bistable state. CONSTITUTION:This a liquid crystal element of cell structure having the ferroelectric liquid crystal between a couple of substrates provided with electrodes and oriented films and the ferroelectric liquid crystal has a single stable state induced on an oriented film interface in the absence of an impressed electric field. Then, when a DC electric field (downward) is impressed on the liquid crystal element which is in a stable molecule orientation state in one direction so that the polarization direction of liquid crystal molecules becomes stable in the opposite direction, a bistable state can be realized artificially. Namely, the DC electric field in this opposite direction is impressed while the liquid crystal element is driven to generate a state where an electric field more than a certain value is impressed at any time, thereby obtaining the stable bistable state regardless of the phase structure of the liquid crystal, components of the oriented films, a combination of orientation processing methods, etc.

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 [産業上の利用分野] 本発明は゛、液晶表示素子や液晶−光シヤツター等に使
用される液晶素子及びその駆動法に関し、更に詳しくは
、液晶分子の配向状態を改善することにより、表示なら
びに駆動特性を改善した液晶素子及びその駆動法に関す
るものである。
Detailed Description of the Invention 3. Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to a liquid crystal element used in a liquid crystal display element, a liquid crystal-light shutter, etc., and a method for driving the same. The present invention relates to a liquid crystal element with improved display and driving characteristics by improving the alignment state of liquid crystal molecules, and a method for driving the same.

[開示の概要] 本明細書及び図面は、液晶表示素子や液晶−光シヤツタ
ー等に使用される液晶素子及びその駆動法において、上
下基板の配向膜及びその配向処理をそれぞれ非対称な構
成とし、単安定状態をとる液晶分子の分極方向が反対の
向きに安定化するような直流電界を印加することにより
、擬似的な双安定状態を誘起し、強誘電性液晶の最大の
特徴であるメモリー性を生かした駆動ができるようにし
たものである。
[Summary of the Disclosure] This specification and drawings describe a liquid crystal element used in a liquid crystal display element, a liquid crystal-light shutter, etc., and a method for driving the same, in which the alignment films of the upper and lower substrates and the alignment treatment thereof are respectively asymmetrically configured, and a single By applying a DC electric field that stabilizes the polarization direction of liquid crystal molecules in a stable state in the opposite direction, a pseudo-bistable state is induced, and the memory property, which is the most important feature of ferroelectric liquid crystals, is achieved. This makes it possible to utilize the power of the vehicle.

[従来の技術] 従来の液晶素子としては、例えばエム・シャツ) (M
、 5chadt )とダブリュー・ヘルフリッヒ(W
、 He1frich)著°°アプライド・フィジック
ス・レターズ’  (”Applied Physic
s Letters” )第18巻、第4号(1971
年2月15日発行)、第127頁〜128頁の“ボルテ
ージ・ディペンダント・オプティカル・アクティビティ
−・オブ・ア・ツィステッド・ネマチック・リキッド・
クリスタルパ(’Voltage Dependent
 0ptical Activit7 of aTwi
sted Ne1Ilatic Liquid Cry
stal”)に示されたツィステッド・ネマチック(t
wisted nematic)液晶を用いたものが知
られている。このTN液晶は、画素密度を高くしたマト
リクス電極構造を用いた時分割駆動の時、クロストーク
を発生する問題点があるため、画素数が制限されていた
[Prior art] As a conventional liquid crystal element, for example, M-Shirt) (M
, 5chadt) and W. Helfrich (W.
, He1frich) °°Applied Physics Letters'
s Letters” Volume 18, No. 4 (1971
“Voltage Dependent Optical Activity of a Twisted Nematic Liquid”, pp. 127-128
Crystalpa ('Voltage Dependent
0ptical Activit7 of aTwi
sted Ne1Ilatic Liquid Cry
The twisted nematic (t
A device using twisted nematic (twisted nematic) liquid crystal is known. This TN liquid crystal has a problem in that crosstalk occurs during time division driving using a matrix electrode structure with high pixel density, so the number of pixels is limited.

また、各画素に薄膜トランジスタによるスイッチング素
子を接続し、画素毎にスイッチングする方式の表示素子
が知られているが、基板上に薄膜トランジスタを形成す
る工程が極めて煩雑な上、大画面の表示素子を作成する
ことが難かしい問題点がある。
In addition, display elements are known in which a switching element using a thin film transistor is connected to each pixel and switching is performed for each pixel, but the process of forming the thin film transistor on the substrate is extremely complicated, and it is difficult to create a display element with a large screen. There are some problems that make it difficult to do so.

このような従来型の液晶素子の欠点を改善するものとし
て、双安定性を有する液晶素子の使用がクラーク(C1
ark)およびラガウェル(Lagerwa l I)
により提案されている(#開閉58−107218号公
報、米国特許第4.367.924号明細書等)、双安
定性を有する液晶としては、一般に、カイラルスメクチ
ックC相(SIIICo)またはH相(SmH” )を
有する強誘電性液晶が用いられる。この液晶は電界に対
して第1の光学安定状態と第2の光学的安定状態からな
る双安定状態を有し、従って前述のTN型の液晶で用い
られた光学変調素子とは異なり、例えば一方の電界ベク
トルに対して第1の光学的安定状態に液晶が配向し、他
方の電界ベクトルに対しては第2の光学的安定状態に液
晶が配向される。又この型の液晶は、加えられる電界に
応答して、極めて速やかに上記2つの安定状態のいずれ
かを取り、且つ電界の印加のないときはその状態を維持
する性質を有する。この様な性質を利用することにより
、上述した従来のTN型素子の問題点の多くに対して、
かなり木質的な改善が得られる。
Clark (C1
ark) and Lagerwal I
(#Open and Close Publication No. 58-107218, U.S. Patent No. 4,367,924, etc.), liquid crystals having bistability generally include chiral smectic C phase (SIIICo) or H phase ( A ferroelectric liquid crystal is used, which has a ferroelectric liquid crystal (SmH"). This liquid crystal has a bistable state consisting of a first optically stable state and a second optically stable state with respect to an electric field, and therefore is similar to the above-mentioned TN type liquid crystal. Unlike the optical modulation element used in This type of liquid crystal has the property of very quickly taking one of the above two stable states in response to an applied electric field, and maintaining that state when no electric field is applied. By utilizing these properties, many of the problems of the conventional TN type elements mentioned above can be solved.
A considerable woody improvement is obtained.

第2図は、らせん構造を用いた強誘電性液晶セルの例を
模式的に描いたものである。llaとllbは、In2
O3,SnO2やITO(Lndium Tin 0x
ide)等の透明電極がコートされた基板(ガラス板)
であり、その間に液晶分子層12がガラス面に垂直にな
る様に配向したSmC” (カイラルスメクチックC相
)の液晶が封入されている。太線で示した線13が液晶
分子を表わしており、この液晶分子13は、その分子に
直交した方向に双極子モーメント(Pよ)14を有して
いる。この時の三角錐の直角をなす角度がかかるらせん
構造のカイラルスメクチフク相でのチルト角■を表わし
ている。基板11aとllb上の電極間に一定の閾値以
上の電圧を印加すると、液晶分子13のらせん構造がほ
どけ、双極子モーメント(P工)14はすべて電界方向
に向くよう、液晶分子13の配向方向を変える事ができ
る。液晶分子13は細長い形状を有しており、その長袖
方向と短軸方向で屈曲率異方性を示し、従って例えばガ
ラス面の上下に互いにクロスニコルの位置関係に配置し
た偏光子を置けば、電圧印加極性によって光学特性が変
わる液晶光学変調素子となる事は容易に理解される。更
に液晶セルの厚さを充分に薄くした場合(例えば1ル)
には、第3図に示す様に電界を印加していない状態でも
液晶分子のらせん構造はほどけ、非らせん構造となり、
その双極子モーメン)Pa又はpbは上向き(24a)
又は下向き(24b)のどちらかの状態をとり、双安定
状態が形成される。このようなセルに第3図に示す如く
一定の閾値以上の極性の異なる電界EaまたはEbを付
与すると、双極子モーメント電界Ea又はEbは電界ベ
クトルに対応して上向き24a又は、下向き24bと向
きを変え、それに応じて液晶分子は第1の安定状態23
aか或いは第2の安定状態23bの何れか一方に配向す
る。この時の第1と第2の安定状態のなす角度の1/2
がチルト角θに相当している。
FIG. 2 schematically depicts an example of a ferroelectric liquid crystal cell using a helical structure. lla and llb are In2
O3, SnO2 and ITO (Lndium Tin 0x
Substrate (glass plate) coated with a transparent electrode such as
A liquid crystal of SmC'' (chiral smectic C phase), which is oriented so that a liquid crystal molecule layer 12 is perpendicular to the glass surface, is sealed in between.The thick line 13 represents the liquid crystal molecules. This liquid crystal molecule 13 has a dipole moment (P) 14 in the direction perpendicular to the molecule.At this time, the tilt in the chiral smectifcation phase of the helical structure where the angle forming the right angle of the triangular pyramid is When a voltage higher than a certain threshold is applied between the electrodes on the substrates 11a and llb, the helical structure of the liquid crystal molecules 13 is unraveled, and the dipole moments (P) 14 are all oriented in the direction of the electric field. , it is possible to change the alignment direction of the liquid crystal molecules 13.The liquid crystal molecules 13 have an elongated shape and exhibit curvature anisotropy in the long axis direction and the short axis direction. It is easy to understand that if a polarizer is placed in Nicol positional relationship, it becomes a liquid crystal optical modulation element whose optical characteristics change depending on the polarity of applied voltage.Furthermore, if the thickness of the liquid crystal cell is made sufficiently thin (for example, )
As shown in Figure 3, even when no electric field is applied, the helical structure of the liquid crystal molecules unravels and becomes a non-helical structure.
Its dipole moment) Pa or pb is upward (24a)
or downward (24b), and a bistable state is formed. When an electric field Ea or Eb of different polarity above a certain threshold is applied to such a cell as shown in FIG. 3, the dipole moment electric field Ea or Eb is directed upward 24a or downward 24b in accordance with the electric field vector and accordingly the liquid crystal molecules are in the first stable state 23
a or the second stable state 23b. 1/2 of the angle formed by the first and second stable states at this time
corresponds to the tilt angle θ.

この様な強誘電性液晶を光学変調素子として用いること
の利点は2つある。第1に、応答速度が極めて速いこと
、第2に液晶分子の配向が双安定性を有することである
。第2の点を例えば第3図によって説明すると、電界E
aを印加すると培晶分子は第1の安定状J923aに配
向するが、この状態は電界を切っても安定である。又、
逆向きの電界Ebを印加すると、液晶分子は第2の安定
状態23bに配向して、その分子の向きを変えるが、や
はり電界を切ってもこの状態に留っている。又、与える
電界Eaが一定の閾値を越えない限り夫々の配向状態に
やはり維持されている。このような応答速度の速さと、
双安定性が有効に実現されるには。
There are two advantages to using such a ferroelectric liquid crystal as an optical modulation element. Firstly, the response speed is extremely fast, and secondly, the alignment of liquid crystal molecules has bistability. To explain the second point with reference to FIG. 3, for example, the electric field E
When a is applied, the culture crystal molecules are oriented in the first stable state J923a, and this state remains stable even when the electric field is turned off. or,
When an electric field Eb in the opposite direction is applied, the liquid crystal molecules are oriented to a second stable state 23b and change their orientation, but they remain in this state even after the electric field is turned off. Further, the respective orientation states are maintained as long as the applied electric field Ea does not exceed a certain threshold value. Such fast response speed and
How can bistability be effectively realized?

セルとしては出来るだけ薄い方が好ましく、一般的には
、0.5ルー20周、特に1ル〜5ルが適している。
It is preferable that the cell be as thin as possible, and generally 0.5 ru 20 turns, particularly 1 ru to 5 ru are suitable.

次に、強誘電性液晶の駆動法の具体例を、第4図〜第6
図を用いて説明する。
Next, specific examples of driving methods for ferroelectric liquid crystals are shown in Figures 4 to 6.
This will be explained using figures.

第4図は、中間に強誘電性液晶化合物(図示せず)が挟
まれたマトリクス電極構造を有するセル31の模式図で
ある。32は、走査電極群であり、33は信号電極群で
ある。最初に走査電極Slが選択された場合について述
べる。第5図(a)と第5図(b)は走査信号であって
、それぞれ選択された走査電極S1に印加される電気信
号とその以外の走査電極(選択されない走査電極) S
2. S3. Sa・・・に印加される電気信号を有し
ている。第5図(c)と第5図(d)は、情報信号であ
ってそれぞれ選択された信号電極fl+ 13+ Is
と選択されない信号電極12、Inに与えられる電気信
号を示している。
FIG. 4 is a schematic diagram of a cell 31 having a matrix electrode structure in which a ferroelectric liquid crystal compound (not shown) is sandwiched between. 32 is a scanning electrode group, and 33 is a signal electrode group. First, the case where scanning electrode Sl is selected will be described. FIG. 5(a) and FIG. 5(b) are scanning signals, which are electric signals applied to the selected scanning electrode S1 and other scanning electrodes (unselected scanning electrodes) S1, respectively.
2. S3. It has an electric signal applied to Sa... FIG. 5(c) and FIG. 5(d) show information signals of selected signal electrodes fl+ 13+ Is.
This shows an electric signal given to the unselected signal electrode 12, In.

第5図および第6図においては、それぞれ横軸が時間を
、縦軸が電圧を表わす0例えば、動画を表示するような
場合には、走査電極群32は逐次、周期的に選択される
。今、所定の電圧印加時間1゜またはt2に対して双安
定性を有する液晶セルの、第1の安定状態を与えるため
の閾値電圧を−Vtb+とじ、第2の安定状態を与える
ための閾値電圧を+Vthzとすると、選択された走査
電極32 (S+)に与えられる電極信号は、第5図(
a)に示される如く位相(時間) 1+では、2vを、
位相C時間) t2では、−2Vとなるような交番する
電圧である。
In FIGS. 5 and 6, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage. For example, when displaying a moving image, the scanning electrode groups 32 are sequentially and periodically selected. Now, for a liquid crystal cell having bistability for a predetermined voltage application time of 1° or t2, the threshold voltage for providing the first stable state is set as -Vtb+, and the threshold voltage for providing the second stable state is set as -Vtb+. is +Vthz, the electrode signal given to the selected scanning electrode 32 (S+) is as shown in FIG.
As shown in a), for phase (time) 1+, 2v is
Phase C time) At t2, the voltage is alternating to -2V.

このように選択された走査電極に互いに電圧の異なる複
数の位相間隔を有する電気信号を印加すると、光学的「
暗」あるいは「明」状態に相当する液晶の第1あるいは
第2の安定状態間での状態変化を、速やかに起こさせる
ことができるという重要な効果が得られる。
When electrical signals having multiple phase intervals with mutually different voltages are applied to the scanning electrodes selected in this way, optical "
The important effect is that a state change between the first or second stable state of the liquid crystal corresponding to the "dark" or "bright" state can be caused quickly.

一方、それ以外の走査電極S2〜S5・・・は、第5図
(b)に示す如くアース状態となっており、電気信号O
である。また、選択された信号電極11+ 13゜I5
に与えられる電気信号は、第5図(c)に示される如く
■であり、また選択されない信号電極12゜I4に与え
られる電気信号は、第5図(d)に示されろく如<−V
である0以上に於て各々の電圧値は、以下の関係を満足
する所望の値に設定される。
On the other hand, the other scanning electrodes S2 to S5 are in a grounded state as shown in FIG. 5(b), and receive the electrical signal O.
It is. In addition, the selected signal electrode 11+13°I5
The electric signal applied to the unselected signal electrode 12°I4 is <−V as shown in FIG. 5(d), and the electric signal applied to the unselected signal electrode 12°I4 is
Each voltage value above 0 is set to a desired value that satisfies the following relationship.

V<Vth2<3V −3V<−Vthl<−V この様な電気信号が与えられたときの各画素のうち、例
えば第4図中の画素AとBにそれぞれ印加される電圧波
形を第6図(a)と(b)に示す。すなわち、第6図(
a)と(b)より明らかな如く、選択された走査線上に
ある画素Aでは、位相t2に於て、閾値vth2を越え
る電圧3vが印加される。また、同一走査線上に存在す
る画素Bでは位相tlに於て閾値−Vthlを越える電
圧−3vが印加される。従って、選択された走査電極線
上に於て、信号電極が選択されたか否かに応じて、選択
された場合には、液晶分子は第1の安定状態に配向を揃
え、選択されない場合には第2の安定状態に配向を揃え
る。
V<Vth2<3V -3V<-Vthl<-V Figure 6 shows the voltage waveforms applied to each pixel, for example, pixels A and B in Figure 4 when such an electrical signal is applied. Shown in (a) and (b). In other words, Fig. 6 (
As is clear from a) and (b), a voltage of 3v exceeding the threshold value vth2 is applied to the pixel A on the selected scanning line at phase t2. Furthermore, a voltage of -3V exceeding the threshold value -Vthl is applied to the pixel B existing on the same scanning line at the phase tl. Therefore, depending on whether or not a signal electrode is selected on the selected scanning electrode line, if the signal electrode is selected, the liquid crystal molecules are aligned in the first stable state, and if not selected, the liquid crystal molecules are aligned in the first stable state. Align the orientation to the stable state of 2.

一方、第6図(C)と(d)に示される如く、選択され
ない走査線上では、すべての画素に印加される電圧はV
または−Vであって、いずれも閾値電圧を越えない、従
って、選択された走査線上以外の各画素における液晶分
子は、配向状態を変えることなく前回走査されたときの
信号状態に対応した配向を、そのまま保持している。即
ち、走査電極が選択されたときにその1ライン分の信号
の書き込みが行われ、lフレームが終了して次回選択さ
れるまでの間は、その信号状態を保持し得るわけである
。従って、走査電極数が増えても、実質的なデユーティ
比はかわらず、コントラストの低下は全く生じない。
On the other hand, as shown in FIGS. 6(C) and (d), on unselected scanning lines, the voltage applied to all pixels is V.
or -V, neither of which exceeds the threshold voltage. Therefore, the liquid crystal molecules in each pixel other than those on the selected scanning line maintain the orientation corresponding to the signal state when scanned last time without changing the orientation state. , is kept as is. That is, when a scanning electrode is selected, a signal for one line is written, and that signal state can be maintained until the next selection after one frame ends. Therefore, even if the number of scanning electrodes increases, the actual duty ratio does not change and the contrast does not deteriorate at all.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、この双安定性を有する液晶を用いる光学
変調素子が所望の作動特性を発揮するには、一対の平行
基板間に配置される液晶が、上記2つの安定状態の間で
の変換が効果的に起るような分子配列状態にあることが
必要である。たとえば5raC,” (スメクチックC
)またはSwH” (スメクチックH)相を有する強誘
電性液晶については、SmC・またはSd・相を有する
液晶分子層が基板面に対して垂直で、したがって液晶分
子軸が基板面にほぼ平行に配列した領域(モノドメイン
)が形成される必要がある。ところが、従来の双安定性
を有する液晶を用いる光学変調素子においては、このよ
うなモノドメイン構造を有する液晶の配向状態が、必ず
しも満足に形成されなかったために、十分な特性が得ら
れなかったのが実情である。すなわち、液晶の相構造、
配向膜の成分、配向処理の方法には幾つかの種類があり
、それらの組合せ方によっては液晶に電界を印加して第
1の安定状態にスイッチングさせても、一様な安定状態
を保つことが出来ず、有限な時間で全ての画素が尤の第
1の安定状態に戻ってしまう場合があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in order for an optical modulation element using this bistable liquid crystal to exhibit desired operating characteristics, the liquid crystal disposed between a pair of parallel substrates must meet the above two conditions. It is necessary that the molecules be in such a state that conversion between stable states can occur effectively. For example, 5raC,” (smectic C
) or SwH” (smectic H) phase, the liquid crystal molecular layer having the SmC or Sd phase is perpendicular to the substrate surface, and therefore the liquid crystal molecular axes are aligned almost parallel to the substrate surface. However, in conventional optical modulators using bistable liquid crystals, the alignment state of liquid crystals with monodomain structure cannot always be formed satisfactorily. The reality is that sufficient characteristics could not be obtained because the liquid crystal phase structure
There are several types of alignment film components and alignment processing methods, and depending on how they are combined, it is possible to maintain a uniform stable state even when an electric field is applied to the liquid crystal and it is switched to the first stable state. In some cases, this is not possible, and all pixels return to the first stable state within a finite period of time.

本発明は、ある特定化された双安定状態を達成すること
により、強誘電性液晶の特性を最大限に発揮することの
できる液晶素子及びその駆動法を提供することを目的と
する。
An object of the present invention is to provide a liquid crystal element that can maximize the characteristics of a ferroelectric liquid crystal by achieving a specified bistable state, and a method for driving the same.

c問題点を解決するための手段] 第1の発明の液晶素子は、電極と配向膜を設けた一対の
基板間に強誘電性液晶を挟持してなるセル構造の液晶素
子であって、該配向膜界面によって誘起される該強誘電
性液晶の安定状態が、電場無印加状態で単一の安定状態
を持つことを特徴とするものである。
c. Means for Solving Problems] The liquid crystal element of the first invention has a cell structure in which a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between a pair of substrates provided with electrodes and an alignment film, and The ferroelectric liquid crystal is characterized in that the stable state induced by the alignment film interface has a single stable state when no electric field is applied.

第2の発明の駆動法は、走査電極群と情報電極群より成
るマトリクス構造の電極間に電圧を印加することにより
、単安定状態を有する液晶層を光学変調する液晶素子の
駆動法であって、前記電極間に駆動中一定の直流電圧を
印加することを特徴とするものである。なお、電極間に
加えられる直流電界としては0.5〜IOV/μm程度
が好適である。
The driving method of the second invention is a driving method of a liquid crystal element, which optically modulates a liquid crystal layer having a monostable state by applying a voltage between electrodes in a matrix structure consisting of a scanning electrode group and an information electrode group. , a constant DC voltage is applied between the electrodes during driving. Note that the DC electric field applied between the electrodes is preferably about 0.5 to IOV/μm.

[作 用] 第1図は第3図で示したスメクチック層における液晶分
子の分子軸成分及びその分極方向の投影図である。第1
図(a)は本発明にょる配向膜によって出現する単安定
状態を示し、第1図(b)は理想的な双安定状態を両方
示したものである。第1図(a) 、 (b)において
斜線部は配向膜を示す。本発明による液晶素子において
は、上下の配向膜それぞれを2極性の配向膜としたため
、第1図(a)に示すように液晶分子は一方の分極方向
にのみ安定状態をとる。すなわち、第1図(a)におい
て上基板側に形成された配向膜は界面付近の液晶分子の
分極方向を配向膜側に配向させる性質を持ち、下基板側
に形成された配向膜は界面付近の液晶分子の分極方向を
液晶層側に配向させる性質を持つものである。このよう
な一方向の分子配向状態が安定している液晶素子に対し
て、液晶分子の分極方向が反対方向に安定するように直
流電界(第1図(a)では下向きの電界)を印加すると
、第1図(b)のような双安定状態を擬似的に実現する
ことができる。すなわち、液晶素子の駆動中、この逆方
向の直流電界を印加し、常にある一定以上の電界が印加
された状態をつくりだすことにより、液晶の相構造や配
向膜の成分、配向処理法等の組合せにかかわらず理想的
な双安定性を達成することができる。
[Function] FIG. 1 is a projected diagram of the molecular axis components of liquid crystal molecules and their polarization directions in the smectic layer shown in FIG. 3. 1st
FIG. 1(a) shows a monostable state produced by the alignment film according to the present invention, and FIG. 1(b) shows both ideal bistable states. In FIGS. 1(a) and 1(b), the shaded areas indicate alignment films. In the liquid crystal element according to the present invention, since the upper and lower alignment films are bipolar alignment films, the liquid crystal molecules are stable only in one polarization direction, as shown in FIG. 1(a). That is, in FIG. 1(a), the alignment film formed on the upper substrate side has the property of aligning the polarization direction of liquid crystal molecules near the interface toward the alignment film side, and the alignment film formed on the lower substrate side has the property of aligning the polarization direction of liquid crystal molecules near the interface. It has the property of orienting the polarization direction of the liquid crystal molecules toward the liquid crystal layer side. When a DC electric field (downward electric field in Fig. 1(a)) is applied to a liquid crystal element in which the molecular orientation state is stable in one direction, the polarization direction of the liquid crystal molecules is stabilized in the opposite direction. , a bistable state as shown in FIG. 1(b) can be realized in a pseudo manner. In other words, by applying a DC electric field in the opposite direction while driving the liquid crystal element and creating a state in which an electric field above a certain level is always applied, the combination of the phase structure of the liquid crystal, the components of the alignment film, the alignment treatment method, etc. Ideal bistability can be achieved regardless of the

[実施例] 以下、本発明による液晶素子及びその駆動法の実施例を
説明する。
[Example] Hereinafter, an example of a liquid crystal element and a driving method thereof according to the present invention will be described.

本発明で用いられる配向膜は、液晶分子の分極方向を上
下基板でそれぞれ逆向きに配向させるものであり、本実
施例では下記表−1に示すものを使用した。
The alignment film used in the present invention is one that orients the polarization directions of liquid crystal molecules in opposite directions on the upper and lower substrates, and in this example, those shown in Table 1 below were used.

表  −1 また、強誘電性液晶としては、次式で示される2種類の
液晶組成物を使用した。
Table 1 Two types of liquid crystal compositions represented by the following formulas were used as the ferroelectric liquid crystal.

液晶組成物A:            混合比Iso
 −+SmA −+ 5tsC”−→Sm3−〉Cr7
st液晶組成物B:            混合比5
4°  50’    −1o’ Iso −ンS+5A−)StaC” −+  Cr1
st実施例1 ストライプ状のITO(Indiua+−Tin−Ox
ide)電極群を形成したガラス基板上に、前記ポリイ
ミド系樹脂’ PIQ”0を100OAに塗布した後、
焼成した。
Liquid crystal composition A: Mixing ratio Iso
−+SmA −+ 5tsC”−→Sm3−〉Cr7
st liquid crystal composition B: mixing ratio 5
4° 50'-1o' Iso -onS+5A-)StaC" -+ Cr1
st Example 1 Striped ITO (India+-Tin-Ox
ide) After applying the polyimide resin 'PIQ'0 to 100OA on the glass substrate on which the electrode group was formed,
Fired.

一方、同じくストライプ状のITO電極群を形成したガ
ラス基板上に、前記シランカップリング剤’ 5H60
20°を数1OAに塗布した後、焼成した。次に、’ 
PIQI2O3をラビング処理し、周基板の電極面を対
向させ、電極群が互いに直交するよう組合せるとともに
、1.5pm粒径のスペーサーを全面に散布して周囲を
接着した0次に、液晶組成物Aを注入し、1℃/hで徐
冷することによって5tsC・相の液晶セルを得た。
On the other hand, the silane coupling agent' 5H60 was placed on a glass substrate on which a group of striped ITO electrodes was also formed.
After coating several OA of 20°, it was fired. next,'
PIQI2O3 was rubbed, the electrode surfaces of the peripheral substrates were made to face each other, and the electrode groups were assembled so as to be orthogonal to each other. Spacers with a particle size of 1.5 pm were scattered over the entire surface and the periphery was bonded. Then, a liquid crystal composition was prepared. A was injected and slowly cooled at 1° C./h to obtain a 5tsC phase liquid crystal cell.

上記液晶セルの両側に、クロスニコルの偏光子及び検光
子を配置し、マトリクス電極間に前述した第5図に示す
波形の信号を印加した。この時、’PIQ’を塗布した
側の電極群に+3.2vの直流電圧を印加したところ、
均一なモノドメイン配向を得ることができた。また、走
査信号は前記直流電圧から+12Vと一12Vの交番電
圧とし、情報信号は選択を+6v、非選択を一6vとし
て駆動を行ったところ、メモリー駆動型の時分割駆動を
行うことができ、正常な表示画像が得られた。
A crossed Nicol polarizer and an analyzer were arranged on both sides of the liquid crystal cell, and a signal having the waveform shown in FIG. 5 described above was applied between the matrix electrodes. At this time, when a DC voltage of +3.2v was applied to the electrode group on the side where 'PIQ' was applied,
Uniform monodomain alignment could be obtained. In addition, when the scanning signal was driven with alternating voltages of +12V and -12V from the DC voltage, and the information signal was driven with +6V for selection and -6V for non-selection, memory-driven time division driving could be performed. A normal display image was obtained.

実施例2 液晶組成物Bを使用し、それ以外の構成は前記実施例1
と全く同様とした。この実施例においても、液晶セルの
’PIQ’を塗布した側の電極群に+2.4Vの直流電
圧を印加することによって均一なモノドメイン配向を得
ることができた。また、走査信号は前記直流電圧から+
15Vの交番電圧、情報信号は選択を+7.5v、非選
択を−7,5vとして駆動を行ったところ、前記実施例
と同様にメモリー駆動型の時分割駆動を行うことができ
た。
Example 2 Liquid crystal composition B was used, and the other structure was the same as that of Example 1.
It was exactly the same. In this example as well, uniform monodomain alignment could be obtained by applying a DC voltage of +2.4 V to the electrode group on the 'PIQ' coated side of the liquid crystal cell. Moreover, the scanning signal is +
When driving was performed using an alternating voltage of 15 V and an information signal of +7.5 V for selection and -7.5 V for non-selection, memory-driven time-division driving could be performed as in the previous embodiment.

実施例3 液晶組成物Bを使用し、配向膜を’ EC25°とした
。それ以外の構成は前記実施例1と全く同様である。こ
の実施例においても、″EG25″側配向膜に+3vの
直流電圧を印加することで均一なモノドメイン配向を得
ることができた。また、走査信号は前記直流電圧から+
12Vの交番電圧、情報信号は選択を+6V、非選択を
一6vとして駆動を行ったところ、前記実施例と同様に
メモリーff駆動型の時分割駆動を行うことができた。
Example 3 Liquid crystal composition B was used, and the alignment film was set to 'EC25°. The rest of the structure is exactly the same as that of the first embodiment. In this example as well, uniform monodomain alignment could be obtained by applying a DC voltage of +3 V to the alignment film on the "EG25" side. Moreover, the scanning signal is +
When driving was performed using an alternating voltage of 12V and an information signal of +6V for selection and -6V for non-selection, memory ff drive type time division driving could be performed as in the previous embodiment.

上記各実施例においては、上下基板の配向膜を非対称と
した場合について述べたが、上下基板の配向膜が対称的
な構成であっても、単安定状態が得られる場合には上記
駆動法によって双安定性のある駆動を実現することがで
きる。
In each of the above embodiments, a case has been described in which the alignment films of the upper and lower substrates are asymmetric, but even if the alignment films of the upper and lower substrates have a symmetrical configuration, if a monostable state can be obtained, the driving method described above can be used. Bistable drive can be achieved.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、初期安定状態が
単一状態の液晶素子に直流電界を常時印加し、擬似的な
双安定状態を誘起することにより、均一なモノドメイン
配向を実現することができる。この結果、強誘電性液晶
の最大の特徴であるメモリー性を生かした駆動が可能と
なり、高画質・大画面のディスプレイ装置を得ることが
できる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, by constantly applying a DC electric field to a liquid crystal element whose initial stable state is a single state and inducing a pseudo bistable state, a uniform monochrome Domain orientation can be achieved. As a result, it becomes possible to drive the ferroelectric liquid crystal by taking advantage of its memory properties, which is its greatest feature, and it is possible to obtain a high-quality, large-screen display device.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は液晶分子の分子軸成分及びその分極方向の投影
図、第2図及び第3図は液晶セルの模式図、第4図はマ
トリクス電極構造を示す図、第5図及び第6図は各電圧
波形を示す図である。 11a、 llb:基板、12:液晶分子層。 13:液晶分子、14:双極子モーメント。 23a:第1の安定状態。 23b:第2の安定状態。 24a:上向き双極子モーメント。 24b=下向き双極子モーメント。 32 (Sl、 S2.・・・):走査電極群(走査電
極)。 33 (II、 I2.・・・):信号電極群(信号電
極)。 7フー77フγ77 又晶介子の分子軸跪゛介及び才の分層″Br1li1の
士史影に第1図 況晶t!jしの才讐式、2 第2図 又晶をjしの狽弐霞 第3図 33イ盲号電オセシ群 II   h   I3   r4Is   −−−−
マトリクス電稀襦造X有可るせルの複汽ン第4図
Figure 1 is a projected diagram of the molecular axis components of liquid crystal molecules and their polarization directions, Figures 2 and 3 are schematic diagrams of a liquid crystal cell, Figure 4 is a diagram showing the matrix electrode structure, and Figures 5 and 6. is a diagram showing each voltage waveform. 11a, llb: substrate, 12: liquid crystal molecule layer. 13: Liquid crystal molecule, 14: Dipole moment. 23a: first stable state. 23b: Second stable state. 24a: Upward dipole moment. 24b = Downward dipole moment. 32 (Sl, S2....): Scanning electrode group (scanning electrode). 33 (II, I2....): Signal electrode group (signal electrode). 7 Fu 77 Fu γ 77 Also, the molecular axis of Kyouko and the division of talent "Br1li1's Shifumi, the 1st figure is the revenge ceremony, 2 the 2nd figure is also the Figure 3 33 A Blind Den Oseshi Group II h I3 r4Is -----
Figure 4: Matrix electrical equipment

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)電極と配向膜を設けた一対の基板間に強誘電性液
晶を挟持してなるセル構造の液晶素子において、該配向
膜界面によって誘起される該強誘電性液晶の安定状態が
、電場無印加状態で単一の安定状態を持つことを特徴と
する液晶素子。
(1) In a liquid crystal element with a cell structure in which a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between a pair of substrates provided with electrodes and an alignment film, the stable state of the ferroelectric liquid crystal induced by the interface of the alignment film is A liquid crystal element characterized by having a single stable state when no voltage is applied.
(2)上記強誘電性液晶の単一の安定状態を誘起させる
配向膜として、一方の電極側に形成された配向膜が、界
面付近の強誘電性液晶分子の分極方向を配向膜側に配向
させる性質を持ち、他方の電極側に形成された配向膜が
、界面付近の強誘電性液晶分子の分極方向を液晶層側に
配向させる性質を持つことを特徴とする特許請求の範囲
第1項に記載の液晶素子。
(2) As an alignment film that induces a single stable state of the ferroelectric liquid crystal, the alignment film formed on one electrode side aligns the polarization direction of the ferroelectric liquid crystal molecules near the interface toward the alignment film side. Claim 1, characterized in that the alignment film formed on the other electrode side has the property of aligning the polarization direction of ferroelectric liquid crystal molecules near the interface toward the liquid crystal layer side. The liquid crystal element described in .
(3)走査電極群と情報電極群より成るマトリクス構造
の電極間に電圧を印加することにより、単安定状態を有
する液晶層を光学変調する液晶素子の駆動法において、
前記電極間に駆動中一定の直流電圧を印加することを特
徴とする液晶素子の駆動法。
(3) In a method for driving a liquid crystal element in which a liquid crystal layer having a monostable state is optically modulated by applying a voltage between electrodes in a matrix structure consisting of a scanning electrode group and an information electrode group,
A method for driving a liquid crystal element, characterized in that a constant DC voltage is applied between the electrodes during driving.
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