JPH0950049A - 反強誘電性液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクティブマトリクスタイプの反強誘電性液
晶表示素子に、明確な階調表示を行なわせることであ
る。 【解決手段】 アクティブマトリクス方式の液晶表示素
子に、液晶分子の配列状態が互いに異なる第１と第２の
強誘電相と反強誘電相を有する。印加電圧の極性と大き
さに応じて、微小領域単位で、第１又は第２の配向状態
にある液晶分子の一部が第２又は第１の配向状態に変化
する。また、印加電圧の極性と大きさに応じて、各微小
領域内の液晶分子がコーンに沿って移動し、そのチルト
が変化する。液晶分子のチルトは印加電圧に対応するた
め、ダイレクタは印加電圧に応じて連続的に変化し、無
数の光学的中間状態を生成する。また、ヒステリシスも
小さい。従って、この液晶表示素子を駆動することによ
り、明確な階調表示が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は反強誘電性液晶
（ＡＦＬＣ、AntiFerroelectric Liquid Crystal）を用
いた液晶表示素子に関し、特に、階調表示が可能なＡＦ
ＬＣ液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶を用いる強誘電性液晶表示
素子は、ネマティック液晶を用いるＴＮモードの液晶表
示素子と比較して、高速応答、広い視野角が得られる等
の点で注目されている。

【０００３】強誘電性液晶表示素子として、強誘電性液
晶を用いた強誘電性液晶表示素子と反強誘電性液晶を用
いた反強誘電性液晶表示素子とが知られている。

【０００４】反強誘電性液晶表示素子は、反強誘電性液
晶が備える配向状態の安定性を利用して画像を表示する
ものである。即ち、反強誘電性液晶は、液晶分子の配向
に３つの安定状態を有し、第１のしきい値以上の電圧を
該液晶に印加したとき、印加電圧の極性に応じて液晶分
子が第１の配向方向に配列する第１の強誘電相または第
２の配向方向に配列する第２の強誘電相に配向し、前記
第１のしきい値より低い第２のしきい値以下の電圧を印
加したとき、第１と第２の強誘電相の中間の配列状態で
ある反強誘電相に配向する。液晶表示素子の両側に配置
する一対の偏光板の透過軸の方向を反強誘電相の光学軸
を基準にして設定することにより、図１２に示すよう
に、印加電圧により透過率を制御して画像を表示するこ
とができる。

【０００５】反強誘電性液晶は、印加電圧が変化して
も、上記第１と第２のしきい値の間の範囲であれば、第
１または第２の強誘電相または反強誘電相に配向した状
態を維持するというメモリ性を有している。従来の反強
誘電性液晶表示素子は、このメモリ性を利用して単純マ
トリクス駆動されている。

【０００６】反強誘電性液晶の配向状態のメモリ性は、
液晶が第１または第２の強誘電相から反強誘電相に相転
移する電圧と、反強誘電相から第１または第２の強誘電
相に相転移する電圧との電圧差によって定まり、この電
圧差が大きいほど、配向状態のメモリ性が高い。即ち、
光学特性のヒステリシスが大きい程メモリ性が高い。こ
のため、従来の単純マトリクス駆動される反強誘電性液
晶表示素子では、反強誘電性液晶として、上記電圧差が
大きい液晶を用いている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、メモリ性の高
い反強誘電性液晶を用いる従来の反強誘電性液晶表示素
子は、光の透過率を任意に制御することができず、表示
階調の制御がほとんど不可能で、階調表示を実現するこ
とはできなかった。

【０００８】この発明は上記実状に鑑みてなされたもの
で、明確な階調表示を実現できる反強誘電性液晶表示素
子を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の第１の観点にかかる反強誘電性液晶表示
素子は、対向する一対の基板の一方に画素電極を、他方
の基板に前記画素電極に対向する対向電極をそれぞれ形
成し、前記一対の基板間に、スメクチックＣA^*相の液晶
から構成され、印加電圧に応じて、相転移前駆現象によ
り液晶分子が所定のコーンに沿って移動することによ
り、印加電圧に応じてダイレクタが連続的に変化する反
強誘電性液晶を封入し、階調表示を可能としたことを特
徴とする。

【００１０】上記目的を達成するため、この発明の第２
の観点にかかる反強誘電性液晶表示素子は、画素電極と
画素電極に接続されたアクティブ素子がマトリクス状に
複数配列された一方の基板と、前記画素電極に対向する
対向電極が形成された他方の基板と、前記基板の間に封
入され、液晶分子の配列状態が互いに異なる第１と第２
の強誘電相と反強誘電相を有し、印加電圧に応じて、相
転移前駆現象により液晶分子が所定のコーンに沿って動
くことによりダイレクタが変化し、前記強誘電相と前記
反強誘電相の間の中間の状態を有する反強誘電性液晶
と、を備えたことを特徴とする。

【００１１】上記目的を達成するため、この発明の第３
の観点にかかる反強誘電性液晶表示素子は、一方の基板
と、前記一方の基板に対向して配置された他方の基板
と、前記一方と他方の基板の間に封入され、液晶分子の
配列状態が互いに異なる第１と第２の強誘電相と反強誘
電相を有し、印加電圧に応じて、相転移前駆現象により
液晶分子が所定のコーンに沿って動くことによりダイレ
クタが変化し、前記強誘電相と前記反強誘電相の間の中
間の状態を有する反強誘電性液晶と、前記液晶に電圧を
印加して、この印加電圧を変えることにより、相転移前
駆現象により液晶分子を所定のコーンに沿って動かして
ダイレクタを変化させて、任意の方向に設定する制御手
段と、を備えたことを特徴とする。

【００１２】上記構成の液晶表示素子によれば、印加電
圧に応じて、液晶分子がコーンに沿って印加電圧に応じ
た量だけ移動する。このコーンは、極性が反対で十分大
きい電圧を液晶に交互に印加した際に、液晶分子が描く
軌跡で表される。この発明の反強誘電性液晶は、中間的
な電圧が印加された際にもコーンに沿って、電圧値に対
応する量だけ傾く（チルトする）。このため、印加電圧
を制御することにより、分子の移動の程度を調整し、液
晶分子の長軸の平均的な方向、即ち、ダイレクタを連続
的に変化させることができる。このため、この発明の液
晶表示素子の光学特性は、印加電圧に対する透過率が滑
らかに変化するものとなる。従って、アクティブ素子に
より、非選択期間も該液晶に表示階調に対応する印加電
圧を保持することにより、任意の階調の表示が可能とな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。まず、この実施の形態の反強誘
電性液晶表示素子の構成を説明する。図１は反強誘電性
液晶表示素子の断面図、図２は画素電極とアクティブ素
子を形成した基板の平面図である。

【００１４】この反強誘電性液晶表示素子は、アクティ
ブマトリクス方式のものであり、一対の透明基板（例え
ば、ガラス基板）１１、１２のうち、図１において下側
の基板（以下、下基板）１１には透明な画素電極１３と
画素電極１３に接続されたアクティブ素子１４とがマト
リクス状に配列形成されている。

【００１５】アクティブ素子１４は、例えば、薄膜トラ
ンジスタ（以下、ＴＦＴ）から構成される。ＴＦＴ１４
は、基板１１上に形成されたゲート電極と、ゲート電極
を覆うゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜の上に形成された
半導体層と、半導体層の上に形成されたソース電極及び
ドレイン電極とから構成される。

【００１６】さらに、下基板１１には、図２に示すよう
に、画素電極１３の行間にゲートライン（走査ライン）
１５が配線され、画素電極１３の列間にデータライン
（階調信号ライン）１６が配線されている。各ＴＦＴ１
４のゲート電極は対応するゲートライン１５に接続さ
れ、ドレイン電極は対応するデータライン１６に接続さ
れている。

【００１７】ゲートライン１５は、端部１５ａを介して
行ドライバ（行駆動回路）３１に接続され、データライ
ン１６は端部１６ａを介して列ドライバ（列駆動回路）
３２に接続される。行ドライバ３１は、後述するゲート
信号を印加して、ゲートライン１５をスキャンする。一
方、列ドライバ３２は、表示データ（階調データ）を受
け、データライン１６に表示データに対応するデータ信
号を印加する。

【００１８】ゲートライン１５は端子部１５ａを除いて
ＴＦＴ１４のゲート絶縁膜（透明膜）で覆われており、
データライン１６は前記ゲート絶縁膜の上に形成されて
いる。画素電極１３は前記ゲート絶縁膜の上に形成され
ており、その一端部においてＴＦＴ１４のソース電極に
接続されている。

【００１９】図１において、上側の基板（以下、上基
板）１２には、下基板１１の各画素電極１３と対向する
透明な対向電極１７が形成されている。対向電極１７は
表示領域全体にわたる面積の１枚の電極から構成され、
基準電圧Ｖ０が印加されている。

【００２０】下基板１１と上基板１２の電極形成面に
は、それぞれ配向膜１８、１９が設けられている。配向
膜１８、１９はポリイミド等の有機高分子化合物からな
る水平配向膜であり、その対向面には同一方向にラビン
グによる配向処理が施されている。

【００２１】下基板１１と上基板１２は、その外周縁部
において枠状のシール材２０を介して接着されており、
基板１１、１２間のシール材２０で囲まれた領域には液
晶２１が封入されている。

【００２２】液晶２１は、スメクチックＣA^*相（ＳｍＣ
A^*相）の反強誘電性液晶（以下、ＡＦＬＣ）から構成さ
れ、その層の厚さは、透明なギャップ材２２により規制
されている。ギャップ材２２は液晶封入領域内に点在状
態で配置されている。

【００２３】ＡＦＬＣ２１としては、隣接するスメクチ
ック層間の液晶分子に働く分子間相互作用が弱い液晶材
料が使用されている。隣接するスメクチック層間の液晶
分子に働く分子間相互作用が弱いため、外部電界が印加
されると、液晶分子は、スメクチック相の液晶分子が描
く仮想的なコーンに沿って挙動し始め、電気的に不安定
な反強誘電相を示す。即ち、その分子の配向方向が外部
電界に応じて比較的に連続して変化するという反強誘電
−強誘電相の相転移前駆現象を示す。

【００２４】反強誘電相において、電界を印加したと
き、液晶分子がその永久双極子と電界との相互作用によ
って、螺旋のコーン上を連続的に動く現象が、反強誘電
−強誘電相の相転移前駆現象である。この現象を液晶分
子の挙動から見たときには、液晶分子の基板に対するチ
ルト角が印加電圧に応じて変化するので、前駆チルト現
象としてとらえることができる。

【００２５】このような反強誘電性液晶は、液晶分子の
骨格構造にテトラリン結合とその両側に酸素原子とフッ
素原子とをもったテトラリン系の反強誘電性液晶化合
物、及び分子の両側の末端の置換基に酸素原子とフッ素
原始とをもった液晶化合物等との混合によって得ること
ができる。例えば、化１に示す液晶化合物ＩとIIを６０
重量％と４０重量％の割合で配合した反強誘電性液晶化
合物からなる組成物である。

【００２６】

【化１】

【００２７】これらの液晶化合物は、不斉炭素を挟ん
で、分子の末端基に負の極性を持つ酸素原子とフッソ原
子を持っているため、スメクチック層の層間の分子間相
互作用が小さくなり、隣接するスメクチック層間の液晶
に働く分子間相互作用が弱い。そのため、外部電界が印
加されると、液晶分子は前記相転移前駆現象により、前
記コーンに沿って挙動し始め、外部電圧に応じて、比較
的に連続して変化し、外部電圧が十分に大きくなったと
きには、完全な強誘電相に転移する。そして、この反強
誘電性液晶は、反強誘電相から強誘電相に移転する電圧
と強誘電相から反強誘電相に転移する電圧との差で表さ
れるヒステリシスが小さく、連続的な中間調を得ること
ができる。

【００２８】即ち、ＡＦＬＣ２１は、十分高い電圧が印
加された時、印加された電圧の極性に応じて、液晶分子
が図３に示す第１の配向方向２１Ａに配列した第１の強
誘電相と前記第１の配向方向と異なる第２の配向方向に
配列した第２の強誘電相、及び液晶分子のダイレクタの
平均的な方向がスメクチックＣA^*相の層構造の層（スメ
クチック層）の法線方向２１Ｃに揃った状態の反強誘電
相と、これらの中間状態を呈する。

【００２９】液晶表示素子の上下には、一対の偏光板２
３、２４が配置されている。偏光板２３、２４の光学軸
（以下、透過軸とする）は、ＡＦＬＣ２１の液晶分子の
配向方向に基づいて設定されている。即ち、図３に示す
ように、下側の偏光板２３の透過軸２３Ａはスメクチッ
ク層の法線方向とほぼ平行に設定され、上側偏光板２４
の透過軸２４Ａは下偏光板２３の透過軸２３Ａにほぼ直
角に設定されている。

【００３０】図３に示すように、偏光板２３、２４の透
過軸を設定した反強誘電性液晶表示素子は、液晶分子の
ダイレクタが第１又は第２の配向方向２１Ａ、２１Ｂに
ほぼ配向した強誘電相の時に透過率がほぼ最大（表示が
最も明るく）になり、液晶分子のダイレクタの平均的方
向がスメクチック層の法線方向２１Ｃに向くようにほぼ
配向した反強誘電相の時に透過率がほぼ最小（表示が最
も暗く）になる。

【００３１】すなわち、液晶分子が第１または第２の配
向方向２１Ａ、２１Ｂを向いた状態では、入射側の偏光
板２３の透過軸２３Ａを通過した直線偏光はＡＦＬＣ２
１の複屈折作用により非直線偏光となり、出射側偏光板
２４の透過軸２４Ａと平行な成分が出射し、表示は明る
くなる。一方、ダイレクタがスメクチック層の法線方向
２１Ｃを向いた状態では、その光学軸が層の法線方向に
向くため、入射側の偏光板２３を通った直線偏光はＡＦ
ＬＣ２１の複屈折作用をほとんど受けず、直線偏光のま
まＡＦＬＣ２１を通過し、そのほとんどが出射側の偏光
板１４で吸収され、表示が暗くなる。また、ＡＦＬＣ２
１が光学的中間状態の時は、ダイレクタの方向に応じた
階調が得られる。

【００３２】次に、ＡＦＬＣ２１についてより詳細に説
明する。ＡＦＬＣ２１は、例えば、コーンアングルが３
０゜から４５゜（望ましくは、３５゜以上）と大きく、
Ｉ、ＳｍＡ、ＳｍＣA^*相）というシーケンスで相転移す
るＳｍＣA^*相の液晶から構成され、図４に示すように、
バルクの状態では、分子配列の層構造と螺旋構造を有し
ている。通常の強誘電性液晶と異なり、隣接する液晶分
子は層毎にコーンのほぼ１８０゜シフトして螺旋を描い
た二重螺旋構造を有する。

【００３３】ＡＦＬＣ２１の層の厚さ（セルギャップ）
は、ＡＦＬＣ２１の螺旋構造の１ピッチ（ナチュラルピ
ッチ）よりも小さく形成されている。このため、ＡＦＬ
Ｃ２１は、図５に模式的に示すように、二重螺旋構造が
消失した状態で基板１１、１２間に封止されている。な
お、セルギャップをＡＦＬＣ２１の螺旋構造の１ピッチ
よりも大きくし、代わりに、配向膜１８、１９の表面を
安定化することにより、表面安定化効果により、二重螺
旋構造を消失させてもよい。また、この実施の形態のＡ
ＦＬＣ２１は、反強誘電的相互作用が弱い、即ち、層毎
に液晶分子が反対方向を向いている反強誘電相を維持し
ようとする作用の弱い液晶材料から構成され、印加電圧
に応じてその分子が比較的容易に移動する作用を有す
る。

【００３４】図６は、印加電圧による液晶分子の配向を
説明するための図である。また、図７は、液晶分子の描
く軌跡により定義されるコーンを示す図である。電圧無
印加の状態では、図５及び図６（Ａ）に示すように、液
晶分子は第１と第２の配向方向２１Ａと２１Ｂを層毎に
交互に向いた状態となり、それぞれ第１の配向状態と第
２の配向状態となっている。この状態では、層内では自
発分極が発生するが、隣接する層の永久双極子が互いに
反対方向を向き、双極子モーメントが互いに打ち消しあ
って総合的には自発分極は存在せず、反強誘電相とな
る。空間的に平均されたＡＦＬＣ２１の光学軸は液晶分
子の平均的な配向方向であるスメクチック層の法線方向
２１Ｃとなる。

【００３５】ＡＦＬＣ２１にある一定値Ｅｃ以上の電圧
（飽和電圧）を印加することにより、印加電圧の極性に
応じて第１又は第２の配向状態の液晶分子の一方が図７
に示すコーンに沿って移動し、図６（Ｃ）又は（Ｅ）に
示すように、第２又は第１の配向方向２１Ｂ又は２１Ａ
に配向して第２又は第１の配向状態となる。この状態で
は、隣接する層の永久双極子が互いに同一方向を向き、
自発分極が存在し、第１又は第２の強誘電相となる。

【００３６】基板１１、１２の主面に垂直な方向に飽和
電圧Ｅ_C未満で正極性の電界Ｅが印加されると、分子長
軸が第２の配向方向２１Ｂに配向した第２の配向状態の
液晶分子に、電界との相互作用による力が働いて、第２
の配向状態の液晶分子はコーンに沿って所定量（所定角
度）動く。この移動量（移動角度）は印加電圧の値に対
応する。一方、すでに第１の配向方向に配向していた液
晶分子は自発分極との相互作用による力が大きいので動
かない。このため、図６（Ａ）に実線で示すような配向
状態のＡＦＬＣ２１に飽和電圧Ｅ_C未満の正極性の電圧
Ｅを印加すると、図６（Ｂ）に破線で示すように分子が
傾き、傾き角は印加電界の強度に対応する。

【００３７】また、逆極性（負極性）で、飽和電圧未満
の電圧Ｅが印加されると、分子長軸が第１の配向方向２
１Ａに配向した第１の配向状態の液晶分子に、電界との
相互作用による力が働いて、第１の配向状態の液晶分子
はコーンに沿って所定量（所定角度）動く。この移動量
（移動角度）は印加電圧の値に対応する。一方、すでに
第２の配向方向に配向していた液晶分子は動かない。こ
のため、図６（Ａ）に実線で示すような配向状態の液晶
分子群に電界−Ｅを印加すると、図６（Ｄ）に破線で示
すように分子が傾く。

【００３８】即ち、この実施の形態のＡＦＬＣ２１は、
印加電界に応じて液晶分子がコーンに沿って動く作用を
有し、印加電圧を制御することにより、液晶分子の平均
的な配向方向、即ち、ダイレクタが連続的に変化させる
ことができる。従って、その平均的な光学軸も、第１の
配向方向２１Ａとスメクチック層の法線方向２１Ｃ及び
第２の配向方向２１Ａとスメクチック層の法線方向２１
Ｃの間で連続的に変化する。また、極性が異なり絶対値
が等しい印加電圧に対する変化もほぼ等しくなる。

【００３９】このため、偏光板２３、２４を図３に示す
ように配置し、０．１Ｈｚ程度の十分低周波の三角波電
圧を画素電極１３と対向電極１７との間に印加して得ら
れる光学特性は、図８に示すように、印加電圧０Ｖ近傍
において平坦な部分がなく、印加電圧の絶対値の上昇に
伴って光学特性も連続的に変化し、しきい値を有しない
ものとなる。さらに、印加電圧の極性に対して透過率の
カーブも対称となる。また、絶対値が一定の値（Ｅｃ）
以上の電圧が印加されると、螺旋が消失して透過率は飽
和する。さらに、ヒステリシスが非常に小さい。

【００４０】このような光学特性を示す液晶表示表示素
子によれば、印加電圧に対し表示階調が一義的に定ま
り、しかも、任意の階調を得ることができる。従って、
上述のように、液晶表示素子をアクティブマトリクス型
として、各画素の非選択期間に、印加電圧を表示階調に
対応するほぼ一定値に維持することにより、任意の階調
が表示可能となる。なお、安定した階調表示を可能とす
るためには、透過光量が最大値の５０％となる位置での
電圧幅（ヒステリシス幅）が、ほぼ０．１Ｖ以下となる
ＡＦＬＣ２１が望ましい。

【００４１】次に、上記構成の液晶表示素子に階調表示
を行わせる場合の駆動方法について説明する。図９
（Ａ）は、行ドライバ３１が第１行のＴＦＴ１４に接続
されたゲートライン１５に印加するゲート信号の波形を
示し、図９（Ｂ）は、列ドライバ３２がデータライン１
６に印加するデータ信号の波形を示し、図９（Ｃ）は各
画素に保持される電圧を示す。なお、理解を容易にする
ため、第１行の画素用のデータ信号のみ示し、他の行用
のデータ信号は図示しない。

【００４２】図９（Ａ）〜図９（Ｃ）において、ＴＦは
１フレーム期間、ＴＳは第１行の画素の選択期間、ＴＯ
は非選択期間を示す。各選択期間ＴＳは、例えば、約６
０μ秒である。この実施の形態においては、図９（Ｂ）
に示すように、連続する２つのフレームの選択期間ＴＳ
に、表示階調に応じ、極性が反対で絶対値が同一の電圧
値ＶＤ、−ＶＤを有する駆動パルス（書き込みパルス）
をデータライン１６に印加する。即ち、１つの映像信号
（表示データ）について、電圧値が＋ＶＤと−ＶＤの２
つの駆動パルスを２つのフレームの各選択期間ＴＳにそ
れぞれ１つずつＡＦＬＣ２１に印加する。駆動パルスの
極性及び電圧値は、データ信号の基準電圧Ｖ０に対する
極性と電圧である。基準電圧Ｖ０は対向電極１７に印加
する電圧と同一である。

【００４３】この駆動方法では、書き込み電圧ＶＤの最
小値をＶ０とし、最大値Ｖmaxを透過率の飽和が起こる
電圧Ｅ_Cよりも若干低い値として、Ｖ０乃至Ｖmaxの範囲
で書き込み電圧ＶＤを制御する。

【００４４】上記のような波形のゲート信号とデータ信
号とを用いて上記反強誘電性液晶表示素子を駆動する
と、各行の選択期間ＴＳに、駆動パルスの電圧（書き込
み電圧）ＶＤがゲート信号によりオンしているＴＦＴ１
４を介して画素電極１３に印加される。

【００４５】ゲート信号がオフし、非選択期間ＴＯにな
ると、ＴＦＴ１４がオフ状態になり、図９（Ｃ）に示す
ように、書き込み電圧ＶＤが、画素電極１３と対向電極
１７とその間のＡＦＬＣ２１とで形成される容量（画素
容量）に保持される。このため、図９（Ｃ）に示すよう
に、非選択期間ＴＯの間、その画素の透過率が、画素容
量の保持電圧に対応する値に維持される。

【００４６】この実施の形態では、ＡＦＬＣ２１として
印加電圧の変化に対する明確な閾値を有さず、透過率が
連続的に変化するものを使用し、しかも、図３に示す光
学配置を採用しているので、書き込み電圧ＶＤの絶対値
に対する透過率が一義的に定まり、書き込み電圧ＶＤの
絶対値により透過率を制御して、明確な階調表示を実現
できる。

【００４７】また、連続する２つのフレームにより、１
つの画素データに対する正負逆極性の電圧＋ＶＤと−Ｖ
ＤをＡＦＬＣ２１に印加しているので、正負の電圧に対
する光学特性が若干異なっていてもこれらの光学的変化
の平均値として観察されるので、正負逆極性の電圧に対
する光学的特性に差があっても明確な階調表示が可能で
ある。

【００４８】また、連続する２つのフレームで、極性が
逆で絶対値が等しい電圧＋ＶＤと−ＶＤを各画素（ＡＦ
ＬＣ２１）に印加するので、ＡＦＬＣ２１に直流電圧成
分が片寄って印加されることがない。従って表示の焼き
付き現象やＡＦＬＣ２１の劣化を生ずることもない。

【００４９】

【実施例】図１０はＡＦＬＣ２１としてＩ−ＳA転移温
度が７１℃、ＳA−ＳCA^*転移温度が５７℃、自発分極が
１７６ｎｃ／ｃｍ²、チルト角が３１．５゜（コーンア
ングル６３゜）で、上述の特性を有する反強誘電性液晶
を使用し、配向処理方向及び偏光板の透過軸の方向を図
３に示したように設定し、各選択期間ＴＳを６０μ秒と
し、図９（Ｂ）に示すように絶対値が同一の電圧を有す
る駆動パルスを２つのフレームで異なった極性とし、書
き込み電圧を０Ｖ〜１０Ｖまで０．５Ｖ単位で上昇さ
せ、その後、低下させた場合の印加電圧と透過率の関係
を示す。このグラフから明らかなように、この液晶表示
素子及びこの駆動方法によれば、書き込み電圧を変化さ
せることにより、透過率が連続的に変化し、さらに、書
き込み電圧に応じて表示階調がほぼ一義的に定まり、階
調表示が可能になる。

【００５０】上記実施の形態においては、ＡＦＬＣ２１
をＳｍ相の二重螺旋構造が消失した状態で基板１１と１
２の間に配置したが、例えば、セルギャップをＳｍＣA^*
相の螺旋ピッチよりも大きくすることにより、図１１に
示すように、図４に示す二重螺旋構造を保持した状態で
ＡＦＬＣ２１を基板１１と１２の間に配置してもよい。

【００５１】この場合も、ＡＦＬＣ２１に中間電圧を印
加すると、第１と第２の配向状態の液晶分子の一方の液
晶分子は、液晶分子はコーンに沿って移動する。この移
動量（移動角）を図７に示すｚ−ｙ平面に投射した値が
チルトの変化分となる。この場合も、チルトの量は印加
電圧とその極性に応じて変化する。このため、画素電極
と対向電極間に印加する電圧を制御することにより、Ａ
ＦＬＣ２１のダイレクタを第１と第２の配向方向の２１
Ａと２１Ｂの間で変化させ、任意の中間調を表示するこ
とができる。

【００５２】この発明は上記実施の形態に限定されず、
種々の変形が可能である。例えば、液晶表示素子の駆動
方法、駆動波形等は任意に変更可能である。また、偏向
板２３と２４の透過軸２３Ａと２４Ａを平行としてもよ
い。さらに、偏光板２３、２４の光学軸は吸収軸でもよ
い。また、一方の偏光板の光学軸を第１又は第２の配向
方向に平行又は直角とし、他方の偏光板の光学軸を一方
の偏光板の光学軸に平行又は直交させてもよい。また、
本発明はＴＦＴをアクティブ素子とする反強誘電性液晶
表示素子に限らず、ＭＩＭをアクティブ素子とする反強
誘電性液晶表示素子にも適用可能である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
素子は、印加電圧に応じた相転移前駆現象により液晶分
子のチルトが変化するスメクチックＣA^*相の反強誘電性
液晶を使用しているので、相転移前駆現象により、強誘
電相と反強誘電相の間の多数の中間的な状態を生成でき
る。従って、この中間的な状態を用いて階調表示を行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態にかかる液晶表示素子
の構造を示す断面図である。

【図２】図１に示す液晶表示素子の下基板の構成を示す
平面図である。

【図３】偏光板の透過軸と液晶分子の配向方向の関係を
示す図である。

【図４】反強誘電性液晶の液晶分子の描く二重螺旋構造
を説明するための図である。

【図５】基板間に封止された液晶分子の配向状態を説明
するための図である。

【図６】この発明の第１の実施の形態の液晶表示素子に
おける印加電圧と液晶分子のチルトとの関係を示す図で
あり、（Ａ）は電圧を印加していない時の液晶分子の配
向を説明するための図であり、（Ｂ）は第１の極性の中
間電圧を印加した時の液晶分子の配向を説明するための
図であり、（Ｃ）は第１の極性で十分大きい電圧を印加
した時の液晶分子の配向を説明するための図であり、
（Ｄ）は第２の極性の中間電圧を印加した時の液晶分子
の配向を説明するための図であり、（Ｅ）は第２の極性
で十分大きい電圧を印加した時の液晶分子の配向を説明
するための図である。

【図７】コーンと液晶分子及び座標系の関係を示す図で
ある。

【図８】この発明の一実施の形態の反強誘電性液晶表示
素子に低周波の三角波電圧を印加した時の、印加電圧−
透過率特性を示すグラフである。

【図９】この発明の一実施の形態の液晶表示素子の駆動
方法を説明するためのタイミングチャートであり、
（Ａ）はゲート信号、（Ｂ）はデータ信号、（Ｃ）は各
画素に保持される電圧を示すタイミングチャートであ
る。

【図１０】図９に示す駆動方法を用いてこの発明の実施
の形態の液晶表示素子を駆動した時の印加電圧−透過率
特性を示す図である。

【図１１】スメクチック相の二重螺旋構造を保持した状
態で、ＡＦＬＣ２１を基板間に封止した状態を示す図で
ある。

【図１２】従来の反強誘電性液晶表示素子に低周波の三
角波電圧を印加した時の、印加電圧−透過率特性を示す
グラフである。

【符号の説明】

１１・・・透明基板（下基板）、１２・・・透明基板（上基
板）、１３・・・画素電極、１４・・・アクティブ素子（ＴＦ
Ｔ）、１５・・・ゲートライン（走査ライン）、１６・・・デ
ータライン（階調信号ライン）、１７・・・対向電極、１
８・・・配向膜、１９・・・配向膜、２０・・・シール材、２１・
・・反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）、２２・・・ギャップ材、
２３・・・偏光板（下偏光板）、２４・・・偏光板（上偏光
板）、３１・・・行ドライバ（行駆動回路）、３２・・・列ド
ライバ（列駆動回路）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下田 悟 東京都八王子市石川町2951番地の５ カシ オ計算機株式会社八王子研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する一対の基板の一方に画素電極を、
   他方の基板に前記画素電極に対向する対向電極をそれぞ
   れ形成し、前記一対の基板間に、スメクチックＣA^*相の
   液晶から構成され、印加電圧に応じて、相転移前駆現象
   により液晶分子が所定のコーンに沿って移動することに
   より、印加電圧に応じてダイレクタが連続的に変化する
   反強誘電性液晶を封入し、階調表示を可能としたことを
   特徴とする反強誘電性液晶表示素子。
2. 【請求項２】画素電極と画素電極に接続されたアクティ
   ブ素子がマトリクス状に複数配列された一方の基板と、 前記画素電極に対向する対向電極が形成された他方の基
   板と、 前記基板の間に封入され、液晶分子の配列状態が互いに
   異なる第１と第２の強誘電相と反強誘電相を有し、印加
   電圧に応じて、相転移前駆現象により液晶分子が所定の
   コーンに沿って動くことによりダイレクタが変化し、前
   記強誘電相と前記反強誘電相の間の中間の状態を有する
   反強誘電性液晶と、 を備えたことを特徴とする反強誘電性液晶表示素子。
3. 【請求項３】一方の基板と、 前記一方の基板に対向して配置された他方の基板と、 前記一方と他方の基板の間に封入され、液晶分子の配列
   状態が互いに異なる第１と第２の強誘電相と反強誘電相
   を有し、印加電圧に応じて、相転移前駆現象により液晶
   分子が所定のコーンに沿って動くことによりダイレクタ
   が変化し、前記強誘電相と前記反強誘電相の間の中間の
   状態を有する反強誘電性液晶と、 前記液晶に電圧を印加して、この印加電圧を変えること
   により、相転移前駆現象により液晶分子を所定のコーン
   に沿って動かしてダイレクタを変化させて、任意の方向
   に設定する制御手段と、 を備えたことを特徴とする反強誘電性液晶表示素子。
4. 【請求項４】前記反強誘電性液晶は、スメクチックＣA^*
   相の二重螺旋構造が消失した状態で前記基板間に封止さ
   れており、 前記液晶分子は、前記電圧の印加による相転移前駆現象
   により、電界に垂直な面上でチルトすることを特徴とす
   る請求項１、２又は３に記載の反強誘電性液晶表示素
   子。
5. 【請求項５】前記反強誘電性液晶は、スメクチックＣA^*
   相の二重螺旋構造を保持した状態で前記基板間に封止さ
   れており、 前記液晶分子は、前記電圧の印加による相転移前駆現象
   により、前記液晶分子の描くコーンに沿ってチルトする
   ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の反強誘電
   性液晶表示素子。
6. 【請求項６】前記コーンは、極性が反対で十分大きい電
   圧が交互に印加された際に、液晶分子の軌跡が描く仮想
   的なコーンであり、 前記液晶分子は、印加電圧に応じて、前記コーンを実質
   的に１８０゜より小さい角度動いて、印加電圧に応じて
   チルトすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
   １つに記載の反強誘電性液晶表示素子。
7. 【請求項７】前記反強誘電性液晶表示素子は、さらに、
   スメクチックＣA^*相の層の法線方向に実質的に平行又は
   直交する方向に光学軸が配置された第１の偏光板と、 前記液晶を介して前記第１の偏光板に対向し、前記第１
   の偏光板の光学軸に平行又は直交するように光学軸が設
   定された第２の偏光板を備える、 ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載
   の反強誘電性液晶表示素子。