JP3239310B2 - 強誘電性液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は強誘電性液晶表示装置に
関する。さらに詳しくは、階調表示の可能な強誘電性液
晶表示装置および、これを薄膜トランジスタを用いて駆
動する強誘電性液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶表示素子は時計、電卓はもと
より、ワープロ、パソコンなどのＯＡ機器、ポケットテ
レビ、など幅広い分野において用いられているが、一般
に広く用いられている液晶表示素子はネマチック相を利
用したものである。ネマティック液晶を用いた液晶表示
装置としては、ツィストネマティック型（Twisted Nema
tic TN 型）液晶表示装置、スーパーツイステッド型（S
upertwisted Birefringence Effect、SBE 型)液晶表示
装置などがある。

【０００３】しかしながらツイステッドネマティック
（ＴＮ）型液晶表示素子では、走査線数の増加とともに
駆動マージンが狭くなり、十分なコントラストが得られ
なくなるという欠点が存在するため、大容量の表示素子
を作ることは困難である。このＴＮ型液晶表示素子を改
良するためスーパーツイステッドネマチック（ＳＴＮ）
型液晶表示素子、ダブルレイヤースーパーツイステッド
ネマチック（ＤＳＴＮ）型液晶表示素子が開発されてい
るが、ライン数の増加と共にコントラスト、応答速度が
低下するので、現状では800×1024ライン程度の表示容
量が限界である。加えて、ＴＮ型、ＳＴＮ型、ＤＳＴＮ
型などのネマチック相を利用した表示素子は視野角が狭
いという大きな欠点を有している。また、コントラス
ト、応答速度とも十分に良い値は得られない。

【０００４】一方、基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）を配列したアクティブマトリックス方式の液晶表示
素子も開発され、1000×1000ライン等の大容量表示が可
能となり、高いコントラストが得られるようになった
が、通常はＴＮ液晶を組み合わせるため、視野角、応答
速度の点で問題が残っていた。そこで、このようなネマ
ティック液晶を用いる液晶表示装置を改良する装置とし
て、１９８０年にクラーク（N.A.Clark）とラガバル
（S.T.Lagerwall）によって、カイラルスメクティック
Ｃ液晶、すなわち強誘電性液晶を用いた液晶表示装置が
提案されている（特開昭56-107216号公報；米国特許第4
367924号）。 この液晶表示装置は、液晶分子の誘電異
方性を利用する電界効果を用いた前記の液晶表示装置と
は異なり、強誘電性液晶の自発分極の極性と電界の極性
とを整合させる回転力を用いた構成の液晶表示装置であ
る。この液晶装置の特徴としては、双安定性、メモリ
性、高速応答性などを上げることができる。すなわち、
強誘電性液晶をギャップを薄くしたセルに注入すると、
界面の影響を受けて強誘電性液晶の螺旋構造がほどけ、
図１（ａ）に示すように液晶分子１８がスメクティック
層法線１７に対して傾き角＋θ１９だけ傾いて安定する
領域と、逆方向に−θ２０だけ傾いて安定する領域とが
混在し、双安定性を有する。このセル内の強誘電性液晶
に対して電圧１６を印加することによって、図１（ｂ）
に示すように液晶分子とその自発分極の向きを一様に揃
えることができる。また、印加する電圧の極性を切り替
えることによって図１（ｃ）に示すように液晶分子の配
向を図１（ｂ）とは逆方向に揃えることができる。

【０００５】このスイッチング駆動に伴い、セル内の強
誘電性液晶では、複屈折光が変化するので２つの偏光子
間に上記セルを挟むことによって、透過光を制御するこ
とができる。さらに、図１（ｄ）に示すように、電圧の
印加を停止しても液晶分子の配向は界面の配向規制力に
よって電圧印加停止前の状態に維持されるので、メモリ
効果も得ることができる。また、スイッチング駆動に必
要な時間は、液晶の自発分極と電界が直接作用するため
に、ＴＮ型液晶表示装置の1/1000以下という高速応答性
をもち、それにより高速表示が可能である。しかしなが
ら、高コントラストを示す一様な配向が得られにくい、
階調表示が困難である等の欠点も合わせ持つ。

【０００６】また、強誘電性液晶を用いた表示装置とし
ては、短ピッチ双安定性強誘電性液晶表示装置(SBF-LCD
と略;Short Pitch Bistable Ferroelectric LCD) と呼
ばれる表示装置が、フィンフシィリング(J.Fuenfschill
ing) とシャット(M.Schadt)により提案されている（SID
90 Digest(1990)106-109)。この表示装置は、上記クラ
ーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置と似た原理を用
いるが、螺旋ピッチが基板間隔より短い強誘電性液晶を
使用する点で異なっている。すなわち、クラーク・ラガ
バル型表示装置では，一般に螺旋ピッチがセル厚よりも
大きい強誘電性液晶を用い、基板界面からの規制力によ
り螺旋構造をほどいている。それに対し、SBF-LCDは、
螺旋ピッチが基板間隔よりも短い強誘電性液晶を用いて
いる。

【０００７】このため本来なら螺旋構造がほどけず、双
安定性（メモリ効果）を得られないのであるが、フィン
フシィリングとシャットは、液晶材料によっては、螺旋
ピッチが基板間隔より短い場合でも、螺旋構造がほど
け、双安定性（メモリ効果）が得られることを見いだし
た。この場合、図２（ａ）のように、層法線２１、２２
がお互いに±γだけ傾いた２つの領域が観測される。領
域１と領域２が、方向２３に繰り返し交互に現れるた
め、偏光顕微鏡下で観察すると細かい縞模様が観測され
る。領域１と領域２のそれぞれで、図２（ａ）に示すよ
うに液晶分子２４がスメクティック層法線２１、２２に
対して傾き角＋θ２５だけ傾いて安定する領域と、逆方
向に−θ２６だけ傾いて安定する領域とが混在し、双安
定性を有する。このセル内の強誘電性液晶に対して電圧
２７を印加することによって、図２（ｂ）に示すよう
に、領域１と領域２のそれぞれで，液晶分子とその自発
分極の向きを一様に揃えることができる。

【０００８】また、印加する電圧の極性を切り替えるこ
とによって図２（ｃ）に示すように、領域１と領域２の
それぞれで，液晶分子の配向を図２（ｂ）とは逆方向に
揃えることができる。このスイッチング駆動に伴い、セ
ル内の強誘電性液晶の領域１と領域２を合わせたマクロ
の複屈折の光軸は、＋β２８と−β２９に変化するの
で、２つの偏光子間に上記セルを挟むことによって、透
過光を制御することができる。

【０００９】以下では、領域１と領域２を合わせたマク
ロの複屈折の光軸を見かけの光軸と呼ぶ。図２（ｄ）に
示すように、電圧の印加を停止しても、領域１と領域２
の境界部分３０が螺旋構造の発生を阻害し、電圧印加停
止前の状態に維持されるので、メモリ効果も得ることが
できる。スイッチング駆動に必要な時間は、液晶の自発
分極と電界が直接作用するために、ＴＮ型液晶表示装置
の1/1000以下という高速応答性をもち、それにより高速
表示が可能である。

【００１０】このSBF-LCDは、クラーク・ラガバル型表
示装置と比較しても、極めて一般的なラビング法によ
り、消光位をもつ無欠陥な一様配向が簡単に得られ、ま
たメモリ角が非常に大きいため、明るい表示が可能であ
るという利点を持つ。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】強誘電性液晶を用いた
表示装置は高速表示が可能であるという利点をもつが、
解決しなければならない問題点も多数存在する。その代
表的なものは、クラーク・ラガバル型表示装置、SBF-LC
D共に、双安定性をもつため階調表示が困難であるとい
う点である。クラーク・ラガバル型表示装置において、
階調表示には種々の方法が提案されているが、有望な方
法の１つとして 特開平３ー２４２６２４ 特開平３ー２４３９１５ 森、他、第１６回液晶討論会、３Ｋ１１１（１９９０） 豊田、他、第１６回液晶討論会、３Ｋ１１２（１９９
０） 松居、他、第１７回液晶討論会、３Ｆ３０１（１９９
１） K.Nito et al.,Proc.IDRC, 179(1991) などで開示されている手法がある。

【００１２】これらは片安定のクラーク・ラガバル型セ
ルに交流電圧を印加し、その電圧の大きさに応じて液晶
分子の分子軸方向を一義的に変化させることによって中
間表示を行う方法である。図３にこのモードの原理を示
す。電圧を印加しないときに分子は１０１の位置に存在
し、これに電圧をかけるとその極性に応じて分子は右又
は左に動く。充分に高い電圧を印加すると分子は１０２
または１０３の位置まで動くがそれ以下の電圧の場合に
は中間的な位置で分子がとどまる。そこで、例えば、１
０１の位置に片方の偏光板の偏光軸を合わせ、もう一方
の偏光板の偏光軸をこれと直交に合わせれば中間調表示
が得られる。なお、ここで断っておかなくてはならない
が、図３はこのモードを理解するために簡略化した図で
あり、実際の強誘電性液晶セルにおいては液晶分子の分
子軸方向は基板の上面から下面まで一様ではなく、捩れ
ていることを述べておかなくてはならない。図４は電圧
とチルト角の関係、図５は電圧と透過光量の関係であ
り、中間調表示が行えることがわかる。なお、これまで
開示されている技術によれば、片安定の強誘電性液晶を
用いることが述べられているが、片安定でも双安定でも
いずれの場合も中間調表示が可能である。

【００１３】しかしながら、この中間調表示モードを用
いても、高コントラストを示す一様配向が得られにくい
という、クラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置の
もう一つの欠点は解決されない。一般に、パラレルラビ
ングを施したクラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装
置には、ジグザグ欠陥と呼ばれる配向欠陥が生じやす
い。これは、ＳｍＣ＊相において層構造が「く」の字型
に折れ曲がることに起因し、ラビング方向に対し「く」
の字がどちら向きに折れ曲がるかで、液晶分子の配向は
Ｃ１配向とＣ２配向に分けられる。Ｃ１配向とＣ２配向
の定義を図６に示す。このＣ１配向とＣ２配向の境目が
ジグザグ欠陥と呼ばれる欠陥となる。また、クラーク・
ラガバル型にはユニフォーム配向とツイスト配向と呼ば
れる２種類の分子配向状態も存在する。液晶分子が基板
の一方から他方の基板の間で略一様に配向している状態
をユニフォーム配向、基板の一方から他方の基板の間で
液晶分子が捩れて配向している状態をツイスト配向と呼
ぶ（図７）。一般に、ユニフォーム配向は消光位を持
ち、ツイスト配向は消光位を持たないことが知られてい
る。クラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置で高コ
ントラストを実現しようとすれば、ジグザグ欠陥の無
い、少なくとも１つの消光位を持つ一様な配向を用いな
ければならない。

【００１４】上述のようなクラーク・ラガバル型表示装
置において高コントラストを示す一様配向を得るため
に、幾つかの方式が提案されてきた。その一つは、Ｓｉ
Ｏ斜方蒸着法を用いたもので、比較的高いプレチルトを
基板界面に付与することで、層の折れ曲がりを防ぎ、斜
めに傾斜した層構造を達成した報告がある。また第２の
方法として、「く」の字構造を持つセルに高い電圧の交
流電界を印加することにより、層構造をブックシェルフ
構造に変える方法が提案されており（佐藤ら、第１２回
液晶討論会（名古屋）、１Ｆ１６（１９８６）．）、い
ずれも高いコントラスト特性が得られたことが報告され
ている。しかしながら、前記の斜方蒸着法は、蒸着角度
を均一にする技術が難しいことや、真空プロセスを有す
るために、生産面で大きな問題がある。また電界を印加
する方法は、均一に層構造を変化させるのが難しく、長
期の時間の経過と共に徐々に元のシェブロン構造に変化
するものも多く、未だ実用化には至っていない。また、
第３の方法として、「く」の字構造の層のままで、高コ
ントラストを実現しようとする試みがある（例えば特開
平３−２５２６２４）。これは、θ＜α＋δ（θ：ティ
ルト角、α：プレティルト角、δ：層傾斜角）であるよ
うなクラーク・ラガバル型表示装置を用いるもので、高
コントラストを示すＣ１ユニフォーム配向が得られると
している。しかしながら、θ＜α＋δという関係を満た
すことにより一様なＣ１配向が得られやすくなることは
報告されているが、消光位をもつ一様なユニフォーム配
向を得るための決定的な手段は見いだされていないのが
現状であり、この第３の方法でも、高コントラストな一
様配向を得ることは、非常に困難である。

【００１５】また、 松居、他、第１７回液晶討論会、３Ｆ３０１（１９９
１） K.Nito et al.,Proc.IDRC, 179(1991) においては、アンチパラレルラビングセルを用いている
が、一般に、アンチパラレルラビングは欠陥の無い一様
な配向が得られにくい。

【００１６】本発明はこのような状況下でなされたもの
であり、SBF-LCDのみかけのティルト角を電圧の値に応
じて変化させることにより、生産が容易で高コントラス
トを示し階調表示可能な、高速表示装置を提供するもの
である。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、少な
くとも電極膜と配向制御層とを有する一対の基板間に強
誘電性液晶が充填された液晶セルの前後に、クロスニコ
ル状態に配置した一対の偏光板を設置し、電界無印加時
の消光位の一つに該偏光板の偏光方向を合わせた液晶表
示装置において、強誘電性液晶が短ピッチ双安定性強誘
電性液晶(ShortPitch Bistable Ferroelectric Liquid
Crystal SBF-LC と略) であり、印加電圧が矩形波であ
り、かつその波高値を変化させることで階調表示をし
得、前記液晶がカイラルスメクティックC 相における螺
旋ピッチが前記一対の基板間隔より短いにもかかわら
ず、その螺旋構造が解かれていることを特徴とする強誘
電性液晶表示装置が提供される。

【００１８】さらに、このSBF-LCを適用した系として、
一対の基板のうち片方の基板上に、複数の走査電極と複
数の信号電極がマトリクス上に形成され、電極の各交点
にアクティブ素子が設けられ、一対の基板の双方が電界
印加用の電極膜と配向制御層を有する液晶セルに強誘電
性液晶が充填された液晶セルの前後に、クロスニコル状
態に配置した一対の偏光板を設置した強誘電性液晶表示
装置が提供される。

【００１９】このうち、好ましい系として、アクティブ
素子の駆動方法がアモルファスシリコンまたはポリシリ
コンを半導体膜とする薄膜トランジスタの駆動方法を用
いたものであり、配向制御層が有機高分子膜からなり、
ラビング法により配向制御を行われるこを特徴とする強
誘電性液晶表示装置である。さらに、好ましくは、この
ラビング法による配向制御が、両面の基板にほぼ同等に
施され、各基板のラビング方向が略平行または略反平行
であり、および／またはラビング法による配向制御が、
両面の基板に非対称に施されたり、薄膜トランジスタが
設けられていない方の基板の前記高分子膜にのみラビン
グ処理が施されたことを特徴とする強誘電性液晶表示装
置を提供する。

【００２０】この発明の強誘電性液晶は SBF-LC であ
り、そのカイラルスメクティックC 相における螺旋ピッ
チが前記一対の基板間隔より短いにもかかわらず、その
螺旋構造が解かれていることを特徴とする液晶であり、
例えばFLC-6430（Hoffman-La Roche社製）等が挙げられ
る。従来、SBF-LCDでは、螺旋がほどけ、双安定な２つ
の状態が出現し、電界によってこの２つの状態間をスイ
ッチングさせられることは知られていたが、これらの２
つの状態間の中間的な状態は作り出せないと一般に信じ
られてきた。しかし、発明者らは電界印加状態において
は中間的な状態が作り出せることを見いだした。即ち、
印加電圧が矩形波であり、かつその波高値を変化させる
ことで階調表示をし得た。

【００２１】この中間的な状態は、電界誘起の見かけの
チルト角変化によると考えることができる。SBF-LCDの
見かけの光軸の、メモリ角、チルト角の関係を図８に示
す。メモリ角は、２つの見かけの消光位間の角度の1/2
とするが、これは通常液晶の見かけのチルト角よりも小
さい。チルト角θは電界を十分（±20V)印加したときの
見かけの消光位間の角度の1/2である。２０１、２０
２、２０３はそれぞれ、メモリ状態、正の方向に十分な
電圧を印加した状態、負の方向に十分な電圧を印加した
状態の、見かけの光軸の位置を表す。当初、メモリ状態
２０１に見かけの光軸があるときに、負の方向に電圧を
印加すると、十分に大きな電圧を十分な時間だけ印加す
れば、見かけの光軸は２０３まで到達するが、そうでな
い場合は、電圧の大きさおよび電圧の印加時間に応じ
て、２０１と２０３の間の任意の位置まで見かけの光軸
が移動する。すなわち、電圧の大きさおよび／または電
圧の印加時間に応じて偏光子と見かけの光軸の成す角度
が変わるため、階調の表示が可能となる。この特性を用
いれば無限階調が可能であることが分かる。

【００２２】電界印加によって一方のメモリ状態をとら
せたSBF-LCDの見かけの消光位にクロスニコルの状態に
設置した偏光板の偏光方向を一致させ、６０Ｈｚの矩形
波を印加して透過光強度を測定した。このときの、透過
光量の印加電圧依存性を図９に示す。図の透過光強度は
印加電圧１周期の間の透過光量を平均したものである。
図から分かるように、電圧が大きくなるにつれて透過光
量が連続的に増加している。この方法の場合、印加され
る電圧波形は正負のかたよりのないものであり、信頼性
の点でも問題がない。

【００２３】図９の特性は、双安定のSBF-LCDを用いた
例であるが、片安定の素子を用いてももちろんよく、む
しろ、片安定の強誘電性液晶素子の方が安定した特性が
得られ易すい。SBF-LCDにおいて片安定を得る手段とし
ては、基板両面にパラレル方向にラビングを施すことが
知られている（Jpn.J.Appl.Phys.30(1991)741-746）
が、配向膜・再配向条件によっては、片面ラビングやア
ンチパラレルラビングによっても片安定性が生じること
がある。また、ラビング条件を両基板間で変えることも
有効な手段の１つである。

【００２４】このような特性を生かした駆動法として
は、アクティブマトリクス駆動が上げられる。特に、薄
膜トランジスタを用いた駆動は好ましい。図１０に薄膜
トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクテイブマトリクス
型液晶表示素子の等価回路を示す。液晶を駆動する場
合、走査線より信号を送ってゲート電極Ｇに電界を印加
し、ＴＦＴをオンにする。これに同期させて信号線より
ソース電極Ｓに信号を送ると、ドレイン電極Ｄを通して
液晶ＬＣに電荷が蓄積され、これによって生じる電界に
よって液晶が応答する。

【００２５】本発明の具体例を、ｌ本の走査電極Ｇ1，
Ｇ2，．．．，Ｇn-1，Ｇn，Ｇn+1，Ｇn+2，．．．，Ｇl
-1，Ｇlとｋ本の信号電極Ｓ1，Ｓ2，．．．，Ｓm，Ｓm+
1，．．．，Ｓk-1，Ｓkがマトリクス状に形成され、そ
の各交点に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を配列したアク
ティブマトリクス基板に強誘電性液晶を組み合わせた図
１１に示すような液晶表示素子を用いて説明する。各交
点のＴＦＴのゲート電極は走査電極に接続され、ソース
電極は信号電極に接続される。Ｐ1/1，Ｐ1/2，．．．Ｐ
1/m，Ｐ1/m+1，．．．Ｐn/1，Ｐn/2，．．．Ｐn/m，Ｐn
/m+1，．．．などは各交点に形成されたＴＦＴのドレイ
ン電極に接続された画素を示す。この液晶表示素子を駆
動するための駆動波形を図１２に示す。

【００２６】まず、ｔ1の時間、走査電極Ｇ1より信号を
送ってＴＦＴをオンにする。これに同期して、Ｇ1に接
続された画素（Ｐ1/1，Ｐ1/2，Ｐ1/m，Ｐ1/m+1，Ｐ1/k-
1，Ｐ1/k、など）に求められる表示に対応するゼロまた
は正の電圧を信号電極から印加する。次のｔ1の時間に
はＧ2より信号を送ってＴＦＴをオンにし、これに同期
させて信号電極から信号を送る。以下同様にして順次各
走査電極に接続したＴＦＴをオンにしてゆく。

【００２７】さて、総ての走査電極より信号を送った
後、再びｔ1の時間走査電極Ｇ1より信号を送ってＴＦＴ
をオンにする。これに同期して、Ｇ1に接続された画素
（Ｐ1/1，Ｐ1/2，Ｐ1/m，Ｐ1/m+1，Ｐ1/k-1，Ｐ1/k、な
ど）に求められる表示に対応するゼロまたは負の電圧を
信号電極からは印加する。次のｔ1の時間にはＧ2より信
号を送ってＴＦＴをオンにし、これに同期させて信号電
極からゼロまたは負の信号を送る。以下同様にして順次
各走査電極に接続したＴＦＴをオンにしてゆく。このと
き画素に印加される電圧波形とそのときの透過光量変化
の一例を図１２に示す。画素Ｐ1/1には大きな値の正負
の電界が１フレームごとに交互に印加され、この画素は
白表示となる。画素Ｐ12に印加される電圧は最初の４フ
レームでは画素Ｐ1/1に印加される電圧よりも小さく、
このためＰ1/2はＰ1/1よりも暗い表示となり、中間調表
示が得られる。５番目と６番目のフレームでは印加され
る電圧はゼロとなり、この画素は黒表示に変化する。こ
こで、ひとつ大切なことは、偏光板の合わせ方と、電界
印加の符号の関係である。図１２の場合には、負の電界
を印加したときに生じるメモリ状態の消光位に偏光板の
偏光方向を合わせなければならない。別の言い方をすれ
ば、正の電圧を印加した後に、画素にかかる電圧がゼロ
となるようにすると、黒表示が欲しいのに白表示となっ
てしまう。それゆえ、図１２では２フレームで１セット
となり、電圧値を変化させるのは２フレームで形成され
る１対のフレームのうち、最初のフレームでのみ行わな
ければならない。

【００２８】なお、カラーフィルタを組み合わせればカ
ラー表示を得ることができる。以上説明したような本発
明の強誘電性液晶素子を用いると、以下の利点がある。
まず、黒状態が求められるときには液晶に電界がかから
ないため高コントラストが得られる。第２に、各画素に
印加する電圧を変えることで透過光量を変えることがで
き、容易に階調表示を行うことができる。第３に、１フ
レーム毎に印加電圧の極性を切り替えるため電荷の偏り
のない信頼性の高い液晶素子が得られる。また、ネマチ
ック液晶をＴＦＴと組み合わせた素子に比べて応答速度
が速く、視野角が広いという長所がある。

【００２９】配向処理層の形成法としては、ラビング
法、斜方蒸着法などがあるが、大画面の液晶表示素子の
量産化の場合にはラビング法が有利である。ラビング法
の場合、配向膜を形成した後、ラビング処理を施すわけ
であるが、パラレルラビング法（一対の基板の両方にラ
ビング処理を施しラビング方向が同一になるように貼り
合わせる方法）、アンチパラレルラビング法（一対の基
板の両方にラビング処理を施しラビング方向が逆になる
ように貼り合わせる方法）、片ラビング法（一対の基板
の片方にのみラビング処理を施す方法）がある。

【００３０】本発明の強誘電性液晶素子の場合、いずれ
の配向法も用いることができるが、薄膜トランジスタを
形成しないほうの基板にのみラビング処理を施す片ラビ
ング法が特に好ましい。その理由としては以下の２つを
上げることができる。まず第１に、薄膜トランジスタを
形成しない基板の方が平坦であり、均一なラビング処理
が容易にできるからである。第２に、薄膜トランジスタ
を形成した基板にラビング処理を施すと、その処理によ
って生じる静電気によって、薄膜トランジスタの特性が
変化したり、配線間の絶縁破壊が生じたりし易いためで
ある。

【００３１】

【実施例】

実施例１ パターンニングしたＩＴＯ膜を形成した一対のガラス基
板上にそれぞれ絶縁膜を形成し、ナイロン6/6をスピン
コートし、片側基板のみラビングした。この一対のガラ
ス基板をセル厚１.２μmで貼り合わせ、FLC-6430（Hoff
man-La Roche製）を真空注入した。この液晶の物性を表
１に示す。

【００３２】作製した強誘電性液晶セルを偏光顕微鏡に
セットし、20.5℃において、60Hzの矩形波を印加しつつ
透過光強度を測定した。結果を図１３に示す。電圧によ
って透過光量が連続的に変化することが分かる。

【００３３】実施例２ 実施例１において、配向膜を、PSI-A-2101（チッソ石油
化学(株)製）、測定温度21.5℃とした場合も、同様の結
果が得られた。60Hz矩形電圧印加時における、透過光量
の電圧依存性を図１４に示す。電圧によって透過光量が
連続的に変化することが分かる。

【００３４】実施例３ パターンニングしたＩＴＯ膜を形成した一対のガラス基
板上にそれぞれ絶縁膜を形成し、PSI-A-2101（チッソ石
油化学(株)製）をスピンコートし、ラビングした。この
一対のガラス基板を、ラビング方向が略反平行となるよ
うにセル厚１.２μmで貼り合わせ、FLC-6430（Hoffman-
La Roche製）を真空注入した。60Hz矩形波電圧印加にお
ける、透過光量の電圧依存性を図１５に示す。電圧によ
って透過光量が連続的に変化することが分かる。

【００３５】実施例４ 実施例１で使用したセルをＴＦＴ駆動させた。このセル
の静電容量の周波数依存性を図１６に示す。ゲートパル
ス幅ＴONを変えて駆動させたときの、ゲート電圧、ソー
ス電圧、ドレイン電圧及び透過光強度を図１７に示す。
ただしこのとき偏光板は、正電圧印加時に暗状態となる
ように配置している。また、このときの、透過光強度の
ソース電圧依存性を図１８に示す。ＴONが短いときは、
ドレイン電圧の変化が大きく、透過光強度のソース電圧
依存性も小さい。しかしながら、ＴONを100μsecに取る
と、ドレイン電圧の変化も小さくなり、透過光強度のソ
ース電圧依存性も良好なものが得られる。

【００３６】

【発明の効果】本発明の強誘電性液晶素子を用いること
により、連続階調が実現できた。この表示装置をアクテ
ィブマトリクス駆動することにより、大容量、広視野
角、高コントラスト、無限階調表示（フルカラー表示）
の可能な液晶表示装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】クラーク・ラガバル型強誘電性液晶表示装置の
原理図である。

【図２】ＳＢＦ−ＬＣＤの原理図である。

【図３】強誘電性液晶素子のスイッチングを説明するた
めの模式図である。

【図４】クラーク・ラガバル型強誘電性液晶素子の電圧
とティルト角の関係を示す図である。

【図５】クラーク・ラガバル型強誘電性液晶素子の印加
電圧と透過光量変化の関係を示す図である。

【図６】Ｃ１配向、Ｃ２配向の定義と、ジグザグ欠陥の
模式図である。

【図７】ユニフォーム配向、ツイスト配向の分子配向モ
デルである。

【図８】本発明のＳＢＦ−ＬＣＤのスイッチングを説明
するための模式図である。

【図９】本発明のＳＢＦ−ＬＣＤにおける強誘電性液晶
素子における印加電圧と透過光量変化の関係を示す図で
ある。

【図１０】アクティブマトリクス型液晶表示について説
明するための等価回路図である。

【図１１】アクティブマトリクス型強誘電性液晶素子を
説明するための図である。

【図１２】本発明の駆動法について説明するための図で
ある。

【図１３】実施例の強誘電性液晶の透過強度を示すグラ
フである。

【図１４】他の実施例の強誘電性液晶の透過強度を示す
グラフである。

【図１５】他の実施例の強誘電性液晶の透過強度を示す
グラフである。

【図１６】実施例１の液晶セルの静電容量の周波数依存
性を示すグラフである。

【図１７】ゲート電圧、ソース電圧、ドレイン電圧の透
過光強度を示すグラフである。

【図１８】透過光強度のソース電圧依存性を示すグラフ
である。

フロントページの続き (72)発明者 合田 洋 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 近藤 直文 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 片山 幹雄 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−152430（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/137 G02F 1/141

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも電極膜と配向制御層とを有す
   る一対の基板間に強誘電性液晶が充填された液晶セルの
   前後に、クロスニコル状態に配置した一対の偏光板を設
   置し、電界無印加時の消光位の一つに該偏光板の偏光方
   向を合わせた液晶表示装置において、強誘電性液晶が短
   ピッチ双安定性強誘電性液晶であり、印加電圧が矩形波
   であり、かつその波高値を変化させることで階調表示を
   し得、前記液晶がカイラルスメクティックC 相における
   螺旋ピッチが前記一対の基板間隔より短いにもかかわら
   ず、その螺旋構造が解かれていることを特徴とする強誘
   電性液晶表示装置。
2. 【請求項２】 一対の基板のうち片方の基板上に、複数
   の走査電極と複数の信号電極がマトリクス上に形成さ
   れ、電極の各交点にアクティブ素子が設けられ、一対の
   基板の双方が電界印加用の電極膜と配向制御層を有する
   液晶セルに強誘電性液晶が充填された液晶セルの前後
   に、クロスニコル状態に配置した一対の偏光板を設置し
   た強誘電性液晶表示装置において、強誘電性液晶が短ピ
   ッチ双安定性強誘電性液晶であり、連続する２つのフレ
   ームについて、第１のフレームで、正または０の電圧を
   液晶に印加し、第２のフレームで、負または０の電圧を
   液晶に印加し、かつその波高値を変化させることで階調
   表示をし得、前記液晶がカイラルスメクティックC 相に
   おける螺旋ピッチが前記一対の基板間隔より短いにもか
   かわらず、その螺旋構造が解かれていることを特徴とす
   る強誘電性液晶表示装置。
3. 【請求項３】 アクティブ素子の駆動方法がアモルファ
   スシリコンまたはポリシリコンを半導体膜とする薄膜ト
   ランジスタの駆動方法を用いた請求項２に記載の強誘電
   性液晶表示装置。
4. 【請求項４】 配向制御層が有機高分子膜からなり、ラ
   ビング法により配向制御を行われるこを特徴とする請求
   項１〜３項のいずれかの項に記載の強誘電性液晶表示装
   置。
5. 【請求項５】 ラビング法による配向制御が、両面の基
   板にほぼ同等に施され、各基板のラビング方向が略平行
   または略反平行であることを特徴とする請求項４項に記
   載の強誘電性液晶表示装置。
6. 【請求項６】 ラビング法による配向制御が、両面の基
   板に非対称に施されることを特徴とする請求項４項に記
   載の強誘電性液晶表示装置。
7. 【請求項７】 配向制御層が有機高分子膜からなり、薄
   膜トランジスタが設けられていない方の基板の前記高分
   子膜にのみラビング処理が施されたことを特徴とする請
   求項２に記載の強誘電性液晶表示装置。
8. 【請求項８】 配向制御層が有機高分子膜からなり、薄
   膜トランジスタが設けられていない方の基板の前記高分
   子膜にのみラビング処理が施されたことを特徴とする４
   項に記載の強誘電性液晶表示装置。