JP2997866B2 - 強誘電性液晶表示素子 - Google Patents
強誘電性液晶表示素子Info
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- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
- G02F1/139—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
- G02F1/141—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent using ferroelectric liquid crystals
- G02F1/1416—Details of the smectic layer structure, e.g. bookshelf, chevron, C1 and C2
-
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F2203/30—Gray scale
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、基板間に強誘電性液晶
を備え、階調表示を行う強誘電性液晶表示素子に関す
る。
を備え、階調表示を行う強誘電性液晶表示素子に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、オフィスオートメーション（Ｏ
Ａ）の進展に伴って、ワードプロセッサ，パーソナルコ
ンピュータ等のＯＡ機器を利用する機会が増加してい
る。特にパーソナルユーズでは小型のＯＡ機器が好まれ
るため、ラップトップ，パームトップ等の小型，軽量の
ＯＡ機器の需要が高い。従ってキーボード，ディスプレ
イに対しても当然小型化が要求され、ディスプレイに対
してはさらに平面薄型化及び高画質化が強く求められて
いる。この種のディスプレイとしては、小型，軽量，薄
型であり、さらに低消費電力である液晶ディスプレイ
（ＬＣＤ：Ｌiquid Ｃrystal Ｄisplay）が最も広く利
用されている。またＬＣＤは、表示容量も比較的大きく
カラー化も可能である。
Ａ）の進展に伴って、ワードプロセッサ，パーソナルコ
ンピュータ等のＯＡ機器を利用する機会が増加してい
る。特にパーソナルユーズでは小型のＯＡ機器が好まれ
るため、ラップトップ，パームトップ等の小型，軽量の
ＯＡ機器の需要が高い。従ってキーボード，ディスプレ
イに対しても当然小型化が要求され、ディスプレイに対
してはさらに平面薄型化及び高画質化が強く求められて
いる。この種のディスプレイとしては、小型，軽量，薄
型であり、さらに低消費電力である液晶ディスプレイ
（ＬＣＤ：Ｌiquid Ｃrystal Ｄisplay）が最も広く利
用されている。またＬＣＤは、表示容量も比較的大きく
カラー化も可能である。
【０００３】しかしながら従来からあるスーパーツイス
ト型ＬＣＤ（ＳＴＮ−ＬＣＤ）は表示容量の限界が1024
×768 画素程度である。また応答時間が長いので、マウ
ス等のカーソル移動手段で画面上のカーソルを移動させ
たときカーソルの移動がマウスの移動に追随することが
できない。従ってマウス等のカーソル移動手段を使用す
るタイプのディスプレイには不適当である。またＳＴＮ
−ＬＣＤは、表示容量の増加に伴いコントラスト比が低
下するという欠点を有する。例えば1024×768画素の高
精細表示ではコントラスト比が８：１程度であり、十分
であるとはいい難い。さらにＳＴＮ−ＬＣＤの最大の問
題点は視野角が高々±30°程度と狭いことである。また
見る角度によってコントラスト比及び色が変化するの
で、極めて見難く改善，改良が必要である。
ト型ＬＣＤ（ＳＴＮ−ＬＣＤ）は表示容量の限界が1024
×768 画素程度である。また応答時間が長いので、マウ
ス等のカーソル移動手段で画面上のカーソルを移動させ
たときカーソルの移動がマウスの移動に追随することが
できない。従ってマウス等のカーソル移動手段を使用す
るタイプのディスプレイには不適当である。またＳＴＮ
−ＬＣＤは、表示容量の増加に伴いコントラスト比が低
下するという欠点を有する。例えば1024×768画素の高
精細表示ではコントラスト比が８：１程度であり、十分
であるとはいい難い。さらにＳＴＮ−ＬＣＤの最大の問
題点は視野角が高々±30°程度と狭いことである。また
見る角度によってコントラスト比及び色が変化するの
で、極めて見難く改善，改良が必要である。
【０００４】このようなＳＴＮ−ＬＣＤが有する欠点に
対処するＬＣＤとして、表面安定化による強誘電性液晶
（ＳＳＦＬＣ：Ｓurface Ｓtabilized Ｆerroelectric
Ｌiquid Ｃrystal）構造が提案されている（Appl.Phy
s.Lett.Vol.36,pp.899,N.A.Clark,et.al. ）。このＳＳ
ＦＬＣ構造のＬＣＤは、電気−光学特性において双安定
性を示すため液晶のメモリ効果を利用した大容量表示が
可能であり、また１ライン当たりの走査時間が約 100μ
sec.と非常に短いのでマウスの動きに追随することがで
きる。さらにＳＳＦＬＣ構造の表示素子は、印加電圧の
有無に関わらず液晶分子が常にガラス基板に対して平行
であるので、視野角が極めて広く、表示特性の視野角依
存性が事実上ないといえる。
対処するＬＣＤとして、表面安定化による強誘電性液晶
（ＳＳＦＬＣ：Ｓurface Ｓtabilized Ｆerroelectric
Ｌiquid Ｃrystal）構造が提案されている（Appl.Phy
s.Lett.Vol.36,pp.899,N.A.Clark,et.al. ）。このＳＳ
ＦＬＣ構造のＬＣＤは、電気−光学特性において双安定
性を示すため液晶のメモリ効果を利用した大容量表示が
可能であり、また１ライン当たりの走査時間が約 100μ
sec.と非常に短いのでマウスの動きに追随することがで
きる。さらにＳＳＦＬＣ構造の表示素子は、印加電圧の
有無に関わらず液晶分子が常にガラス基板に対して平行
であるので、視野角が極めて広く、表示特性の視野角依
存性が事実上ないといえる。
【０００５】図11は、従来のＳＳＦＬＣ構造の表示素子
における１画素分を概略的に示す構造断面図である。ブ
ックシェルフ層構造を示す強誘電性液晶からなる液晶層
55は、その一面に、ＩＴＯからなる透明電極52，62と、
Ｔａ2 Ｏ5 からなる絶縁膜53，63と、ポリイミドからな
る配向膜54, 64とがこの順で夫々積層形成された透明ガ
ラス基板51，61間に挟持されている。
における１画素分を概略的に示す構造断面図である。ブ
ックシェルフ層構造を示す強誘電性液晶からなる液晶層
55は、その一面に、ＩＴＯからなる透明電極52，62と、
Ｔａ2 Ｏ5 からなる絶縁膜53，63と、ポリイミドからな
る配向膜54, 64とがこの順で夫々積層形成された透明ガ
ラス基板51，61間に挟持されている。
【０００６】このような表示素子では、制限された条件
のもとで強誘電性液晶の螺旋の発達を抑えるように基板
間隔及び液晶の厚み（セルギャップ）を小さくする必要
があるが、光学的なスイッチング挙動及び製造技術等の
点から液晶層55の厚みは２〜３μm が採用されている。
そして上述の螺旋の発達を抑えるという理由から、その
螺旋ピッチを大きくするための開発が種々なされてお
り、螺旋ピッチは液晶層厚の４倍以上とされている（グ
レイ他、サモトロピック液晶，1987）。透明電極52，62
は、所定画素に電界を与えるための電極であり、その一
方はデータ電極として使用され、他方は走査電極として
使用される。
のもとで強誘電性液晶の螺旋の発達を抑えるように基板
間隔及び液晶の厚み（セルギャップ）を小さくする必要
があるが、光学的なスイッチング挙動及び製造技術等の
点から液晶層55の厚みは２〜３μm が採用されている。
そして上述の螺旋の発達を抑えるという理由から、その
螺旋ピッチを大きくするための開発が種々なされてお
り、螺旋ピッチは液晶層厚の４倍以上とされている（グ
レイ他、サモトロピック液晶，1987）。透明電極52，62
は、所定画素に電界を与えるための電極であり、その一
方はデータ電極として使用され、他方は走査電極として
使用される。
【０００７】配向膜54，64は、通常数千Åの薄い膜であ
り、ポリマの絶縁体からなる。絶縁膜53，63は、液晶層
55への導電性のゴミ等の混入物によりこのポリマからな
る配向膜54，64が押しつぶされ上下の電極（透明電極5
2，62）の絶縁が破壊されることを防止するための膜で
あり、Ｔａ2 Ｏ5 からなる。
り、ポリマの絶縁体からなる。絶縁膜53，63は、液晶層
55への導電性のゴミ等の混入物によりこのポリマからな
る配向膜54，64が押しつぶされ上下の電極（透明電極5
2，62）の絶縁が破壊されることを防止するための膜で
あり、Ｔａ2 Ｏ5 からなる。
【０００８】このような強誘電性液晶表示素子はパルス
状電圧を印加して駆動にする。パルス状の電圧の印加に
より、液晶の配向状態を制御すると、その印加電圧が消
滅しても強誘電性液晶はメモリ機能を有するため一旦形
成した状態を維持する。しかしながらこの強誘電性液晶
表示素子は原理的に「白」と「黒」との２値表示であ
り、中間調表示が行えない。
状電圧を印加して駆動にする。パルス状の電圧の印加に
より、液晶の配向状態を制御すると、その印加電圧が消
滅しても強誘電性液晶はメモリ機能を有するため一旦形
成した状態を維持する。しかしながらこの強誘電性液晶
表示素子は原理的に「白」と「黒」との２値表示であ
り、中間調表示が行えない。
【０００９】そこでこのような液晶表示素子に対して階
調表示を可能とする駆動方法として、従来からドメイン
制御法，フレーム変調法，面積階調法等が知られてい
る。これらの方法を以下に簡単に説明する。
調表示を可能とする駆動方法として、従来からドメイン
制御法，フレーム変調法，面積階調法等が知られてい
る。これらの方法を以下に簡単に説明する。
【００１０】ドメイン制御法は、１画素内の液晶ドメイ
ンの反転状態を制御することにより、階調を実現する方
法である（Proceedingof the SID (Society for Inform
ation Display),Vol.32/2,pp.115〜120(1991),W.J.A.M.
Hartmann et al.)。即ち１画素内の液晶分子配向は均一
ではないいくつかのドメインに分かれており、この分割
されたドメインの反転数を制御することにより１画素内
での面積階調を行って複数の階調表示を行う。
ンの反転状態を制御することにより、階調を実現する方
法である（Proceedingof the SID (Society for Inform
ation Display),Vol.32/2,pp.115〜120(1991),W.J.A.M.
Hartmann et al.)。即ち１画素内の液晶分子配向は均一
ではないいくつかのドメインに分かれており、この分割
されたドメインの反転数を制御することにより１画素内
での面積階調を行って複数の階調表示を行う。
【００１１】またフレーム変調法は、一定時間内に反転
する回数をパルス数によって制御し複数の階調表示を実
現するものである（National Technical Report,Vol.3
8,No.3,pp.313〜317(1992),N.Wakita et al.)。このフ
レーム変調法はＳＴＮ等のネマティック液晶では広く行
われている方法であり、液晶の応答時間が速いほど階調
度数を多くすることができる。
する回数をパルス数によって制御し複数の階調表示を実
現するものである（National Technical Report,Vol.3
8,No.3,pp.313〜317(1992),N.Wakita et al.)。このフ
レーム変調法はＳＴＮ等のネマティック液晶では広く行
われている方法であり、液晶の応答時間が速いほど階調
度数を多くすることができる。
【００１２】さらに面積階調（Dithering)法は、１絵素
を複数の画素で構成することにより、各画素を独立して
反転させて絵素としての階調を実現するものである（SI
D DIGEST,1991,pp.261〜264,Y.Yabe et al.)。この面積
階調法は、例えば新聞の網点写真等で広く知られている
手法であり液晶でも利用されている。
を複数の画素で構成することにより、各画素を独立して
反転させて絵素としての階調を実現するものである（SI
D DIGEST,1991,pp.261〜264,Y.Yabe et al.)。この面積
階調法は、例えば新聞の網点写真等で広く知られている
手法であり液晶でも利用されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらドメイン
制御法は、温度によってドメイン領域が変化し易いこ
と、作製上ドメイン数の制御が困難であるという欠点を
有する。またフレーム変調法の欠点は、階調度数が液晶
の応答速度に依存することにあり、特に10℃以下の低温
域では応答速度の低下に伴って階調度数は急激に低下
し、４階調程度が限界である。さらに面積階調法は画素
数が実効的に減少するため解像度に難点がある。また超
大容量表示パネルが必要であるので、駆動回路数の増加
によるコストアップ等の問題がある。
制御法は、温度によってドメイン領域が変化し易いこ
と、作製上ドメイン数の制御が困難であるという欠点を
有する。またフレーム変調法の欠点は、階調度数が液晶
の応答速度に依存することにあり、特に10℃以下の低温
域では応答速度の低下に伴って階調度数は急激に低下
し、４階調程度が限界である。さらに面積階調法は画素
数が実効的に減少するため解像度に難点がある。また超
大容量表示パネルが必要であるので、駆動回路数の増加
によるコストアップ等の問題がある。
【００１４】本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたも
のであり、駆動方法との組み合わせを必要とすることな
く表示素子そのものによって多階調で高品質な表示が行
える強誘電性液晶表示素子を提供することを目的とす
る。
のであり、駆動方法との組み合わせを必要とすることな
く表示素子そのものによって多階調で高品質な表示が行
える強誘電性液晶表示素子を提供することを目的とす
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の強
誘電性液晶表示素子は、一対の基板、該基板間に介在さ
れた強誘電性液晶層、及び該強誘電性液晶層の自発分極
の方向を制御するために前記基板の対向面に設けられた
電極を備え、前記強誘電性液晶層はブックシェルフ層構
造を示し、その螺旋ピッチはその層厚の１〜２倍であ
り、前記電極間への閾値電圧を越える所定電圧の印加に
より自発分極の方向が反転した後、前記所定電圧の印加
を止めたときの分極方向が、中間的光学特性を示すべ
く、そのままの状態である領域と元に戻る領域との混在
状態を維持するように設定されていることを特徴とす
る。
誘電性液晶表示素子は、一対の基板、該基板間に介在さ
れた強誘電性液晶層、及び該強誘電性液晶層の自発分極
の方向を制御するために前記基板の対向面に設けられた
電極を備え、前記強誘電性液晶層はブックシェルフ層構
造を示し、その螺旋ピッチはその層厚の１〜２倍であ
り、前記電極間への閾値電圧を越える所定電圧の印加に
より自発分極の方向が反転した後、前記所定電圧の印加
を止めたときの分極方向が、中間的光学特性を示すべ
く、そのままの状態である領域と元に戻る領域との混在
状態を維持するように設定されていることを特徴とす
る。
【００１６】請求項２に係る発明の強誘電性液晶表示素
子は、一対の基板、該基板間に介在された強誘電性液晶
層、及び該強誘電性液晶層の自発分極の方向を制御する
ために前記基板の対向面に設けられた電極を備え、前記
強誘電性液晶層は電界印加によりブックシェルフ層構造
を示し、その螺旋ピッチはその層厚の１〜２倍であり、
前記電極間への閾値電圧を越える所定電圧の印加により
自発分極の方向が反転した後、前記所定電圧の印加を止
めたときの分極方向が、中間的光学特性を示すべく、そ
のままの状態である領域と元に戻る領域との混在状態を
維持するように設定されていることを特徴とする。
子は、一対の基板、該基板間に介在された強誘電性液晶
層、及び該強誘電性液晶層の自発分極の方向を制御する
ために前記基板の対向面に設けられた電極を備え、前記
強誘電性液晶層は電界印加によりブックシェルフ層構造
を示し、その螺旋ピッチはその層厚の１〜２倍であり、
前記電極間への閾値電圧を越える所定電圧の印加により
自発分極の方向が反転した後、前記所定電圧の印加を止
めたときの分極方向が、中間的光学特性を示すべく、そ
のままの状態である領域と元に戻る領域との混在状態を
維持するように設定されていることを特徴とする。
【００１７】請求項３に係る発明の強誘電性液晶表示素
子は、前記強誘電性液晶層は、その層厚が約２μｍであ
り、螺旋ピッチが約２μｍであることを特徴とする。
子は、前記強誘電性液晶層は、その層厚が約２μｍであ
り、螺旋ピッチが約２μｍであることを特徴とする。
【００１８】
【作用】これらの発明にあっては、強誘電性液晶表示素
子の液晶分子が電界制御により自発分極方向を反転させ
る際に、螺旋ピッチが液晶層厚の約１〜２倍と短いため
に、閾値電圧以上の電圧が印加されると、一旦分極の反
転が全て完了してから各印加電圧に応じた中間的な光学
特性を示すメモリ状態が得られる。これは短ピッチによ
るフォーカルコニックス由来の微小な領域が、その電圧
印加によって一度完全に分極反転した後、その電圧を取
り除くと、分極方向がそのままの領域と反転した元の方
向に戻る領域との混在になるためである。この混在の割
合によって複数のメモリ性がある中間調状態を発現する
ことができる。前記微小な領域は、従来のドメイン制御
法によるドメインに比べ格段に小さく、温度依存性が低
い。また高精細化により絵素が微小になった場合でも、
絵素に対し微小領域が小さいので十分な中間調状態を得
ることができる。
子の液晶分子が電界制御により自発分極方向を反転させ
る際に、螺旋ピッチが液晶層厚の約１〜２倍と短いため
に、閾値電圧以上の電圧が印加されると、一旦分極の反
転が全て完了してから各印加電圧に応じた中間的な光学
特性を示すメモリ状態が得られる。これは短ピッチによ
るフォーカルコニックス由来の微小な領域が、その電圧
印加によって一度完全に分極反転した後、その電圧を取
り除くと、分極方向がそのままの領域と反転した元の方
向に戻る領域との混在になるためである。この混在の割
合によって複数のメモリ性がある中間調状態を発現する
ことができる。前記微小な領域は、従来のドメイン制御
法によるドメインに比べ格段に小さく、温度依存性が低
い。また高精細化により絵素が微小になった場合でも、
絵素に対し微小領域が小さいので十分な中間調状態を得
ることができる。
【００１９】かかる動作原理をセル層厚（セルギャッ
プ）と螺旋ピッチとが同じ大きさ（２μm ）である場合
を例にしてさらに詳しく説明する。図３に示す如く、
５，７，９，11，13Ｖと２Ｖずつ上昇させた200 μｓの
パルス電圧を20ｍｓ間隔で、−13Ｖ，200 μｓのパルス
をリセット電圧として印加し、「黒」→「白」の書き込
みを行うと、図２に示す如く、短ピッチの強誘電性液晶
表示素子では、印加電圧の上昇に対応して高くなる透過
光強度が再現性良く得られており、光学的に中間的であ
る複数の「メモリ状態」が得られていることが判る。な
お自然の螺旋ピッチが液晶層の層厚よりも短い場合は、
液晶が螺旋を巻くため、ブックシェルフ層構造が得られ
ず、そのため表示に色付きが生じる。また螺旋ピッチが
層厚の２倍以上であると、後述するように印加電圧と光
透過率との関係にヒステリシスが生じるため表示品質が
劣化する。従って強誘電性液晶の螺旋ピッチはその層厚
の略１〜２倍が望ましい。
プ）と螺旋ピッチとが同じ大きさ（２μm ）である場合
を例にしてさらに詳しく説明する。図３に示す如く、
５，７，９，11，13Ｖと２Ｖずつ上昇させた200 μｓの
パルス電圧を20ｍｓ間隔で、−13Ｖ，200 μｓのパルス
をリセット電圧として印加し、「黒」→「白」の書き込
みを行うと、図２に示す如く、短ピッチの強誘電性液晶
表示素子では、印加電圧の上昇に対応して高くなる透過
光強度が再現性良く得られており、光学的に中間的であ
る複数の「メモリ状態」が得られていることが判る。な
お自然の螺旋ピッチが液晶層の層厚よりも短い場合は、
液晶が螺旋を巻くため、ブックシェルフ層構造が得られ
ず、そのため表示に色付きが生じる。また螺旋ピッチが
層厚の２倍以上であると、後述するように印加電圧と光
透過率との関係にヒステリシスが生じるため表示品質が
劣化する。従って強誘電性液晶の螺旋ピッチはその層厚
の略１〜２倍が望ましい。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面に基づ
き詳しく説明する。図１は、本発明に係る強誘電性液晶
表示素子を示す構造断面図である。ナフタレン系液晶を
主成分とする強誘電性の液晶層15（厚み：２μm ）は、
その一面に、ＩＴＯからなる透明電極12，22と、Ｔａ2
Ｏ5 からなる絶縁膜13，23と、ポリイミドからなる配向
膜14, 24とがこの順で夫々積層形成されている透明ガラ
ス基板11，21間に挟持されている。透明電極12，22は、
所定画素に電界を与えるための電極であり、その一方は
データ電極として使用され、他方は走査電極として使用
される。これらデータ電極及び走査電極は、透明ガラス
基板11，21夫々に対して直交するように設けられてお
り、これによりマトリクス状の画素が形成されるように
なっている。
き詳しく説明する。図１は、本発明に係る強誘電性液晶
表示素子を示す構造断面図である。ナフタレン系液晶を
主成分とする強誘電性の液晶層15（厚み：２μm ）は、
その一面に、ＩＴＯからなる透明電極12，22と、Ｔａ2
Ｏ5 からなる絶縁膜13，23と、ポリイミドからなる配向
膜14, 24とがこの順で夫々積層形成されている透明ガラ
ス基板11，21間に挟持されている。透明電極12，22は、
所定画素に電界を与えるための電極であり、その一方は
データ電極として使用され、他方は走査電極として使用
される。これらデータ電極及び走査電極は、透明ガラス
基板11，21夫々に対して直交するように設けられてお
り、これによりマトリクス状の画素が形成されるように
なっている。
【００２１】この強誘電性液晶表示素子の作製方法につ
いて説明する。まず厚さ1.1 mmのガラス基板11，21の表
面に複数のストライプ状の透明電極12，22を電極幅0.18
5 mm，電極間ピッチ0.2 mm，15Ω／□で夫々形成する。
次にその表面にＴａ2 Ｏ5 からなる絶縁膜13，23を蒸着
により膜厚500 Åで形成する。そしてこのガラス基板
（透明ガラス基板11，21）を洗浄した後、ポリイミドを
スピンコートで塗布し、200 ℃，１時間で焼成して約10
00Åの配向膜14, 24を成膜する。この配向膜14, 24の表
面をレーヨン製の布でラビングし、平均粒径1.6 μm の
ガラス球をスペーサとして介在させて液晶パネルを作製
する。できあがりのセルギャップは約２μm である。そ
してナフタレン系液晶を主成分とした液晶材料をこのセ
ルに注入し、強誘電性液晶表示素子を完成する。
いて説明する。まず厚さ1.1 mmのガラス基板11，21の表
面に複数のストライプ状の透明電極12，22を電極幅0.18
5 mm，電極間ピッチ0.2 mm，15Ω／□で夫々形成する。
次にその表面にＴａ2 Ｏ5 からなる絶縁膜13，23を蒸着
により膜厚500 Åで形成する。そしてこのガラス基板
（透明ガラス基板11，21）を洗浄した後、ポリイミドを
スピンコートで塗布し、200 ℃，１時間で焼成して約10
00Åの配向膜14, 24を成膜する。この配向膜14, 24の表
面をレーヨン製の布でラビングし、平均粒径1.6 μm の
ガラス球をスペーサとして介在させて液晶パネルを作製
する。できあがりのセルギャップは約２μm である。そ
してナフタレン系液晶を主成分とした液晶材料をこのセ
ルに注入し、強誘電性液晶表示素子を完成する。
【００２２】ここで使用する強誘電性液晶材料は自然螺
旋ピッチが2.0 μm であり、自発分極が16.1nc／cm2 で
ある。なお本発明ではこの液晶材料の他にも表１に示さ
れた液晶材料２，３も使用可能である。表１中の液晶材
料４，５は本発明の効果を説明するための比較に用いた
ものである。表１に示す液晶材料はいずれも25℃でカイ
ラルスメクティックＣ相を示す。そして表面安定化、即
ち透明ガラス基板11，21間の間隙による界面効果に起因
する液晶分子の分子配列及びスメクティックＣ相液晶の
分子間相互作用により螺旋がほどけブックシェルフ層構
造を有する。自然の螺旋ピッチが液晶層15の層厚よりも
短い場合は、前述したようにブックシェルフ層構造が得
られず液晶が螺旋を巻く。そうすると表示の色付きが生
じ、表示品質が低下するので、螺旋ピッチは層厚の１倍
以上としている。
旋ピッチが2.0 μm であり、自発分極が16.1nc／cm2 で
ある。なお本発明ではこの液晶材料の他にも表１に示さ
れた液晶材料２，３も使用可能である。表１中の液晶材
料４，５は本発明の効果を説明するための比較に用いた
ものである。表１に示す液晶材料はいずれも25℃でカイ
ラルスメクティックＣ相を示す。そして表面安定化、即
ち透明ガラス基板11，21間の間隙による界面効果に起因
する液晶分子の分子配列及びスメクティックＣ相液晶の
分子間相互作用により螺旋がほどけブックシェルフ層構
造を有する。自然の螺旋ピッチが液晶層15の層厚よりも
短い場合は、前述したようにブックシェルフ層構造が得
られず液晶が螺旋を巻く。そうすると表示の色付きが生
じ、表示品質が低下するので、螺旋ピッチは層厚の１倍
以上としている。
【００２３】
【表１】
【００２４】図５〜９は表１に示す５種類の液晶材料を
使用した強誘電性液晶表示素子を図４に示すような駆動
電圧によって「黒」→「白」の書き込みを行ったときの
印加電圧と透過光強度との関係を夫々示す。ここで印加
電圧波形は図４に示す如く選択電圧Ｖｓ，半選択電圧Ｖ
ｈｓ，及び非選択電圧Ｖｎｓを使用する。螺旋ピッチが
2.0 μm （図５）及び3.3 μm （図６）と短い場合は、
書き込み電圧（選択電圧）を上昇させると５Ｖ付近から
透過光強度が上昇し、約13Ｖで最大となる。さらに上
昇，下降の過程でヒステリシスが生じず、安定した中間
調表示が得られた。また螺旋ピッチが4.1 μm の場合
（図７）は若干ヒステリシスが生じているが、実用上問
題ない。しかしながら比較例の螺旋ピッチが5.2 μm 及
び20.4μm である場合（図８，９）は、中間調状態は得
られるが印加電圧の上昇，下降の過程でヒステリシスを
生じており、これらは実用的ではないことが分かる。
使用した強誘電性液晶表示素子を図４に示すような駆動
電圧によって「黒」→「白」の書き込みを行ったときの
印加電圧と透過光強度との関係を夫々示す。ここで印加
電圧波形は図４に示す如く選択電圧Ｖｓ，半選択電圧Ｖ
ｈｓ，及び非選択電圧Ｖｎｓを使用する。螺旋ピッチが
2.0 μm （図５）及び3.3 μm （図６）と短い場合は、
書き込み電圧（選択電圧）を上昇させると５Ｖ付近から
透過光強度が上昇し、約13Ｖで最大となる。さらに上
昇，下降の過程でヒステリシスが生じず、安定した中間
調表示が得られた。また螺旋ピッチが4.1 μm の場合
（図７）は若干ヒステリシスが生じているが、実用上問
題ない。しかしながら比較例の螺旋ピッチが5.2 μm 及
び20.4μm である場合（図８，９）は、中間調状態は得
られるが印加電圧の上昇，下降の過程でヒステリシスを
生じており、これらは実用的ではないことが分かる。
【００２５】なお本発明は、電界印加によりブックシェ
ルフ層構造を示す液晶材料（疑似ブックシェルフ層構造
の液晶材料）を使用する場合も含み、これは電界印加状
態では上述の液晶材料と光学的に同様に振る舞う。
ルフ層構造を示す液晶材料（疑似ブックシェルフ層構造
の液晶材料）を使用する場合も含み、これは電界印加状
態では上述の液晶材料と光学的に同様に振る舞う。
【００２６】図５〜９より、自然の螺旋ピッチが液晶層
厚の2.05倍までであればヒステリシスが生じず、2.6 倍
以上であるとヒステリシスが生じる。螺旋ピッチが液晶
層厚の約１〜２倍の範囲にあれば、走査電極，信号電極
に図４に示す如き波形の電圧を印加することにより、ヒ
ステリシスがない安定した階調表示が可能である。また
図10に示すように駆動電圧波形のパルス幅によっても明
暗（ルミナンス）比が変化することが判る。明暗比は透
過光強度と対応するので、例えば電圧レベルを５，７，
９，13Ｖの４レベルとし、さらにパルス幅を、例えば26
0 μｓ及び200μｓの２段階に変調すると、合計で８レ
ベルの白黒階調が実現する。また例えば一般に使用され
ているＲＧＢカラーフィルタと組み合わせてカラー表示
を行うと、夫々８階調の発色が可能であるので８×８×
８＝512 色の発色が可能であり、略フルカラーの表示が
行える。
厚の2.05倍までであればヒステリシスが生じず、2.6 倍
以上であるとヒステリシスが生じる。螺旋ピッチが液晶
層厚の約１〜２倍の範囲にあれば、走査電極，信号電極
に図４に示す如き波形の電圧を印加することにより、ヒ
ステリシスがない安定した階調表示が可能である。また
図10に示すように駆動電圧波形のパルス幅によっても明
暗（ルミナンス）比が変化することが判る。明暗比は透
過光強度と対応するので、例えば電圧レベルを５，７，
９，13Ｖの４レベルとし、さらにパルス幅を、例えば26
0 μｓ及び200μｓの２段階に変調すると、合計で８レ
ベルの白黒階調が実現する。また例えば一般に使用され
ているＲＧＢカラーフィルタと組み合わせてカラー表示
を行うと、夫々８階調の発色が可能であるので８×８×
８＝512 色の発色が可能であり、略フルカラーの表示が
行える。
【００２７】上述の実施例においては駆動電圧値を変え
ることでのみ強誘電性液晶表示素子の中間調表示を行っ
ているが、前述したドメイン制御法，フレーム変調法，
又は面積階調法等の駆動法を適宜組み合わせて使用する
ことにより、より多段階の階調表示を行うことができ
る。
ることでのみ強誘電性液晶表示素子の中間調表示を行っ
ているが、前述したドメイン制御法，フレーム変調法，
又は面積階調法等の駆動法を適宜組み合わせて使用する
ことにより、より多段階の階調表示を行うことができ
る。
【００２８】
【発明の効果】以上のように本発明に係る強誘電性液晶
表示素子は、強誘電性液晶の螺旋ピッチをその層厚の約
１〜２倍とすることにより、印加電圧に応じた複数の透
過光強度が得られ、多段階で高品質な多階調表示が行え
る等、本発明は優れた効果を奏する。
表示素子は、強誘電性液晶の螺旋ピッチをその層厚の約
１〜２倍とすることにより、印加電圧に応じた複数の透
過光強度が得られ、多段階で高品質な多階調表示が行え
る等、本発明は優れた効果を奏する。
【図１】本発明に係る強誘電性液晶表示素子を示す構造
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明に係る強誘電性液晶表示素子による中間
調表示を説明するための図である。
調表示を説明するための図である。
【図３】図２に示す中間調表示を行うための電圧波形図
である。
である。
【図４】本発明の実施例で使用する印加電圧波形図であ
る。
る。
【図５】螺旋ピッチが2.0 μm である強誘電性液晶表示
素子を駆動させたときの透過光強度を示すグラフであ
る。
素子を駆動させたときの透過光強度を示すグラフであ
る。
【図６】螺旋ピッチが3.3 μm である強誘電性液晶表示
素子を駆動させたときの透過光強度を示すグラフであ
る。
素子を駆動させたときの透過光強度を示すグラフであ
る。
【図７】螺旋ピッチが4.1 μm である強誘電性液晶表示
素子を駆動させたときの透過光強度を示すグラフであ
る。
素子を駆動させたときの透過光強度を示すグラフであ
る。
【図８】螺旋ピッチが5.2 μm である強誘電性液晶表示
素子を駆動させたときの透過光強度を示すグラフであ
る。
素子を駆動させたときの透過光強度を示すグラフであ
る。
【図９】螺旋ピッチが20.4μm である強誘電性液晶表示
素子を駆動させたときの透過光強度を示すグラフであ
る。
素子を駆動させたときの透過光強度を示すグラフであ
る。
【図１０】螺旋ピッチが2.0 μm である強誘電性液晶表
示素子をパルス幅を変えて駆動させたときのルミナンス
比と印加電圧との関係を示すグラフである。
示素子をパルス幅を変えて駆動させたときのルミナンス
比と印加電圧との関係を示すグラフである。
【図１１】従来のＳＳＦＬＣ構造の表示素子を示す構造
断面図である。
断面図である。
11，21 透明ガラス基板 12，22 透明電極 14, 24 配向膜 13，23 絶縁膜 15 液晶層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 牧野 哲也 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−160420（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−107216（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−249019（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−43498（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−114827（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−271326（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/141 G02F 1/133 560 G02F 1/133 575
Claims (3)
- 【請求項１】 一対の基板、 該基板間に介在された強誘電性液晶層、及び該強誘電性
液晶層の自発分極の方向を制御するために前記基板の対
向面に設けられた電極を備え、 前記強誘電性液晶層はブックシェルフ層構造を示し、そ
の螺旋ピッチはその層厚の１〜２倍であり、前記電極間
への閾値電圧を越える所定電圧の印加により自発分極の
方向が反転した後、前記所定電圧の印加を止めたときの
分極方向が、中間的光学特性を示すべく、そのままの状
態である領域と元に戻る領域との混在状態を維持するよ
うに設定されていることを特徴とする強誘電性液晶表示
素子。 - 【請求項２】 一対の基板、 該基板間に介在された強誘電性液晶層、及び 該強誘電性
液晶層の自発分極の方向を制御するために前記基板の対
向面に設けられた電極 を備え、 前記強誘電性液晶層は電界印加によりブックシェルフ層
構造を示し、その螺旋ピッチはその層厚の１〜２倍であ
り、前記電極間への閾値電圧を越える所定電圧の印加に
より自発分極の方向が反転した後、前記所定電圧の印加
を止めたときの分極方向が、中間的光学特性を示すべ
く、そのままの状態である領域と元に戻る領域との混在
状態を維持するように設定されていることを特徴とする
強誘電性液晶表示素子。 - 【請求項３】 前記強誘電性液晶層は、その層厚が約２
μｍであり、螺旋ピッチが約２μｍであることを特徴と
する請求項１又は２記載の強誘電性液晶表示素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7051539A JP2997866B2 (ja) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | 強誘電性液晶表示素子 |
| US08/502,542 US5568299A (en) | 1995-03-10 | 1995-07-14 | Ferroelectric liquid crystal with pitch 1-2 times layer thickness and graduation by bistable/monostable ratio |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7051539A JP2997866B2 (ja) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | 強誘電性液晶表示素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08248450A JPH08248450A (ja) | 1996-09-27 |
| JP2997866B2 true JP2997866B2 (ja) | 2000-01-11 |
Family
ID=12889838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7051539A Expired - Fee Related JP2997866B2 (ja) | 1995-03-10 | 1995-03-10 | 強誘電性液晶表示素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5568299A (ja) |
| JP (1) | JP2997866B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US6870163B1 (en) | 1999-09-01 | 2005-03-22 | Displaytech, Inc. | Ferroelectric liquid crystal devices using materials with a de Vries smectic A phase |
| US7083832B2 (en) | 2000-09-01 | 2006-08-01 | Displaytech, Inc. | Partially fluorinated liquid crystal material |
| US7195719B1 (en) | 2001-01-03 | 2007-03-27 | Displaytech, Inc. | High polarization ferroelectric liquid crystal compositions |
| US6703082B1 (en) | 2001-06-20 | 2004-03-09 | Displaytech, Inc. | Bookshelf liquid crystal materials and devices |
| US6838128B1 (en) | 2002-02-05 | 2005-01-04 | Displaytech, Inc. | High polarization dopants for ferroelectric liquid crystal compositions |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4796980A (en) * | 1986-04-02 | 1989-01-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Ferroelectric liquid crystal optical modulation device with regions within pixels to initiate nucleation and inversion |
| JP2505756B2 (ja) * | 1986-07-22 | 1996-06-12 | キヤノン株式会社 | 光学変調素子の駆動法 |
| JP2655682B2 (ja) * | 1988-06-08 | 1997-09-24 | 株式会社日立製作所 | 光磁気情報記録再生装置 |
| JP3276417B2 (ja) * | 1991-10-07 | 2002-04-22 | 富士通株式会社 | 強誘電性液晶表示素子の駆動方法 |
| JPH05297376A (ja) * | 1992-04-20 | 1993-11-12 | Hoechst Japan Ltd | 強誘電性液晶ディスプレイ素子 |
| JPH06273794A (ja) * | 1993-03-18 | 1994-09-30 | Seiko Instr Inc | 液晶空間光変調器及びその駆動方法 |
-
1995
- 1995-03-10 JP JP7051539A patent/JP2997866B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1995-07-14 US US08/502,542 patent/US5568299A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08248450A (ja) | 1996-09-27 |
| US5568299A (en) | 1996-10-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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