JPH10307304A - 液晶表示素子とその駆動方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定した階調表示が可能な反強誘電性液晶を
用いた液晶表示素子を提供する。 【解決手段】 基板１１，１２の間に、バルクの状態で
反強誘電相を示し、基板１１と１２との間に封入されて
電界が印加された状態で、フェリ相を形成する液晶層２
１が封入されている。印加電圧の極性と大きさに応じ
て、第１の配向状態の液晶分子と第２の配向状態の液晶
分子の一方が他方に、カイラルスメクティックＣA相の
液晶分子が描くコーンに沿ってスイッチする。このた
め、印加電圧の極性と大きさに応じて、第１の配向状態
の液晶と第２の配向状態の液晶との割合が変化し、ダイ
レクタが印加電圧に応じて連続的に変化する。従って、
基板１１，１２を挟んで偏光板２３，２４を配置するこ
とにより、階調表示が可能となる。
用いた液晶表示素子を提供する。 【解決手段】 基板１１，１２の間に、バルクの状態で
反強誘電相を示し、基板１１と１２との間に封入されて
電界が印加された状態で、フェリ相を形成する液晶層２
１が封入されている。印加電圧の極性と大きさに応じ
て、第１の配向状態の液晶分子と第２の配向状態の液晶
分子の一方が他方に、カイラルスメクティックＣA相の
液晶分子が描くコーンに沿ってスイッチする。このた
め、印加電圧の極性と大きさに応じて、第１の配向状態
の液晶と第２の配向状態の液晶との割合が変化し、ダイ
レクタが印加電圧に応じて連続的に変化する。従って、
基板１１，１２を挟んで偏光板２３，２４を配置するこ
とにより、階調表示が可能となる。
Description
【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、階調表示が可能な反強
誘電性液晶表示素子及びその駆動方法に関する。
（ＡＦＬＣ、Antiferroelectric Liquid Crystal）を用
いた液晶表示素子に関し、特に、階調表示が可能な反強
誘電性液晶表示素子及びその駆動方法に関する。
【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。強誘電性液晶表示素子として
は、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。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。
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。強誘電性液晶表示素子として
は、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。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。
【０００３】より詳しく説明すると、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、(1)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の方向に配列する第１
の強誘電相または第２の方向に配列する第２の強誘電相
に配向し、(2)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
とは異なる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された一対の偏光板の透過軸の方
向を反強誘電相における光学軸を基準にして設定するこ
とにより、印加電圧により光の透過率を制御して画像を
表示することができる。
は、液晶分子の配向に３つの安定状態を有し、(1)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の方向に配列する第１
の強誘電相または第２の方向に配列する第２の強誘電相
に配向し、(2)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
とは異なる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された一対の偏光板の透過軸の方
向を反強誘電相における光学軸を基準にして設定するこ
とにより、印加電圧により光の透過率を制御して画像を
表示することができる。
【０００４】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。即ち、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。
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。即ち、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。
【０００５】反強誘電性液晶のメモリ性は、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る。そして、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。
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る。そして、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。
【０００６】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。
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ない。即
ち、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。
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ない。即
ち、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。
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の観点にかかる液晶表示素子は、画
素電極と前記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
極に対向する共通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、バルクの状態でカイラルスメクテ
ィックＣA相を形成し、前記一方の基板と前記他方の基
板間においてフェリ相を形成する液晶層と、から構成さ
れることを特徴とする。
め、この発明の第１の観点にかかる液晶表示素子は、画
素電極と前記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
極に対向する共通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、バルクの状態でカイラルスメクテ
ィックＣA相を形成し、前記一方の基板と前記他方の基
板間においてフェリ相を形成する液晶層と、から構成さ
れることを特徴とする。
【００１０】また、この発明の第２の観点にかかる液晶
表示素子は、電極が形成された一方の基板と、前記電極
に対向する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、バルクの状態でカイラルスメクティック
ＣA相を形成し、前記一方の基板と前記他方の基板間に
おいてフェリ相を形成する液晶層と、前記一方の基板の
電極と前記他方の基板の電極に接続され、前記電極間に
電圧を印加することにより、前記フェリ相の液晶分子を
カイラルスメクティックＣA相の分子の描くコーンに沿
って移動させることにより、前記液晶層のダイレクタを
制御して階調表示を行う駆動手段と、から構成されるこ
とを特徴とする。
表示素子は、電極が形成された一方の基板と、前記電極
に対向する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、バルクの状態でカイラルスメクティック
ＣA相を形成し、前記一方の基板と前記他方の基板間に
おいてフェリ相を形成する液晶層と、前記一方の基板の
電極と前記他方の基板の電極に接続され、前記電極間に
電圧を印加することにより、前記フェリ相の液晶分子を
カイラルスメクティックＣA相の分子の描くコーンに沿
って移動させることにより、前記液晶層のダイレクタを
制御して階調表示を行う駆動手段と、から構成されるこ
とを特徴とする。
【００１１】また、この発明の第３の観点にかかる液晶
表示素子の駆動方法は、一対の基板間に、バルクの状態
でカイラルスメクティックＣA相を形成し、前記一方の
基板と前記他方の基板間において、第１の配向状態に配
向した液晶分子と第２の配向状態に配向した液晶分子と
が混在するフェリ相を形成する液晶層を封入し、前記液
晶層に電圧を印加することにより、第１の配向状態に配
向した液晶分子と第２の配向状態に配向した液晶分子と
の一方を他方にスイッチングさせる電界を印加すること
により、第１と第２の配向状態の割合を制御することに
より、前記液晶層のダイレクタを制御して階調を表示す
る、ことを特徴とする。
表示素子の駆動方法は、一対の基板間に、バルクの状態
でカイラルスメクティックＣA相を形成し、前記一方の
基板と前記他方の基板間において、第１の配向状態に配
向した液晶分子と第２の配向状態に配向した液晶分子と
が混在するフェリ相を形成する液晶層を封入し、前記液
晶層に電圧を印加することにより、第１の配向状態に配
向した液晶分子と第２の配向状態に配向した液晶分子と
の一方を他方にスイッチングさせる電界を印加すること
により、第１と第２の配向状態の割合を制御することに
より、前記液晶層のダイレクタを制御して階調を表示す
る、ことを特徴とする。
【００１２】この液晶表示素子に使用される液晶は、バ
ルクの状態では、カイラルスメクテックＣA相を形成す
るいわゆる反強誘電性液晶である。しかし、基板間に封
入されると、第１の配向状態の液晶分子（第１の強誘電
相）の液晶分子と第２の配向状態の液晶分子（第２の強
誘電相）の液晶分子とが混在するフェリ相を形成する。
この状態では、液晶層中に、第１の配向状態の微小領域
と第２の配向状態の微小領域とが混在する。この液晶層
に電圧を印加すると、その極性と大きさに応じて、第１
の配向状態と第２の配向状態の液晶分子の一方がカイラ
ルスメクテックＣA相の液晶分子が描くコーンに従っ
て、他方にスイッチングし、第１の配向状態の液晶分子
と第２の配向状態の液晶分子の割合が変化する。このた
め、液晶層のダイレクタは、印加された電界に応じて連
続的に変化し、階調表示が可能となる。
ルクの状態では、カイラルスメクテックＣA相を形成す
るいわゆる反強誘電性液晶である。しかし、基板間に封
入されると、第１の配向状態の液晶分子（第１の強誘電
相）の液晶分子と第２の配向状態の液晶分子（第２の強
誘電相）の液晶分子とが混在するフェリ相を形成する。
この状態では、液晶層中に、第１の配向状態の微小領域
と第２の配向状態の微小領域とが混在する。この液晶層
に電圧を印加すると、その極性と大きさに応じて、第１
の配向状態と第２の配向状態の液晶分子の一方がカイラ
ルスメクテックＣA相の液晶分子が描くコーンに従っ
て、他方にスイッチングし、第１の配向状態の液晶分子
と第２の配向状態の液晶分子の割合が変化する。このた
め、液晶層のダイレクタは、印加された電界に応じて連
続的に変化し、階調表示が可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態に係
る中間調を表示することができる反強誘電性液晶表示素
子について図面を参照して説明する。
る中間調を表示することができる反強誘電性液晶表示素
子について図面を参照して説明する。
【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を備える。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。
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を備える。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、ＴＦＴ１４）から構成される。ＴＦＴ
１４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。
ンジスタ（以下、ＴＦＴ１４）から構成される。ＴＦＴ
１４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が配線されている。また、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ＴＦＴ１４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。
に、画素電極１３の行間にゲートライン（走査ライン）
１５が配線されている。また、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ＴＦＴ１４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に接続されている。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。
行ドライバ（行駆動回路）３１に接続されている。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は端部１５ａを除いてＴ
ＦＴ１４のゲート絶縁膜（透明膜）で覆われている。デ
ータライン１６はゲート絶縁膜の上に形成されている。
画素電極１３は、ＩＴＯ等からなり、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。
ＦＴ１４のゲート絶縁膜（透明膜）で覆われている。デ
ータライン１６はゲート絶縁膜の上に形成されている。
画素電極１３は、ＩＴＯ等からなり、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
透明な共通電極１７が形成されている。共通電極１７
は、ＩＴＯ等から構成され、表示領域全体にわたる面積
の１枚の電極から構成され、基準電圧が印加されてい
る。画素電極１３と共通電極１７は、その間の液晶層２
１に電圧を印加することにより液晶分子の配向方向を制
御して、そのダイレクタ（液晶分子の長軸の平均的な方
向）を連続的に変化させ、これにより液晶層の光学軸を
連続的に制御させ、これにより表示階調を制御する。
板）１２には、下基板１１の各画素電極１３と対向する
透明な共通電極１７が形成されている。共通電極１７
は、ＩＴＯ等から構成され、表示領域全体にわたる面積
の１枚の電極から構成され、基準電圧が印加されてい
る。画素電極１３と共通電極１７は、その間の液晶層２
１に電圧を印加することにより液晶分子の配向方向を制
御して、そのダイレクタ（液晶分子の長軸の平均的な方
向）を連続的に変化させ、これにより液晶層の光学軸を
連続的に制御させ、これにより表示階調を制御する。
【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は水平配向膜であり、同一方向（後述する
図３の第３の方向２１Ｃ）にラビングによる配向処理が
施されており、近傍の液晶分子を配向処理の方向２１Ｃ
に配列させようとする配向規制力を有する。配向膜１
８、１９は、例えば、厚さが２５〜３５ｎｍ程度のポリ
イミド等の有機高分子化合物からなり、ラビング等の配
向処理が施されており、分散力ｅｓｄが３０〜５０，極
性力ｅｓｐが比較的弱く３〜２０程度のものを使用でき
る。
は、それぞれ配向膜１８、１９が設けられている。配向
膜１８、１９は水平配向膜であり、同一方向（後述する
図３の第３の方向２１Ｃ）にラビングによる配向処理が
施されており、近傍の液晶分子を配向処理の方向２１Ｃ
に配列させようとする配向規制力を有する。配向膜１
８、１９は、例えば、厚さが２５〜３５ｎｍ程度のポリ
イミド等の有機高分子化合物からなり、ラビング等の配
向処理が施されており、分散力ｅｓｄが３０〜５０，極
性力ｅｓｐが比較的弱く３〜２０程度のものを使用でき
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いる。
基板１１、１２間のシール材２０で囲まれた領域に液晶
層２１が封入され、液晶セル２５を形成している。液晶
層２１の層の厚さは、液晶のナチュラルピッチと同等又
はそれ以下、例えば、１．５μｍ程度の厚さに設定され
ており、透明なスペーサ２２により規制されている。ス
ペーサ２２は液晶封入領域内に点在状態で配置されてい
る。
において枠状のシール材２０を介して接着されている。
基板１１、１２間のシール材２０で囲まれた領域に液晶
層２１が封入され、液晶セル２５を形成している。液晶
層２１の層の厚さは、液晶のナチュラルピッチと同等又
はそれ以下、例えば、１．５μｍ程度の厚さに設定され
ており、透明なスペーサ２２により規制されている。ス
ペーサ２２は液晶封入領域内に点在状態で配置されてい
る。
【００２２】液晶層２１は、（１）バルクの状態でカイ
ラルスメクティックＣA*（ＳｍＣA*）相を形成し、
（２）基板１１と１２の間に封入された状態で、フェリ
相を形成し、（３）基板１１と１２の間に封入され、且
つ、十分大きい電圧が印加された状態では、印加電圧の
極性に応じて、液晶分子が図３に示す第１の方向２１Ａ
又は第２の方向２１Ｂをほぼ向いた強誘電相を形成す
る、液晶材料から構成される。液晶層２１の詳細につい
ては後述する。
ラルスメクティックＣA*（ＳｍＣA*）相を形成し、
（２）基板１１と１２の間に封入された状態で、フェリ
相を形成し、（３）基板１１と１２の間に封入され、且
つ、十分大きい電圧が印加された状態では、印加電圧の
極性に応じて、液晶分子が図３に示す第１の方向２１Ａ
又は第２の方向２１Ｂをほぼ向いた強誘電相を形成す
る、液晶材料から構成される。液晶層２１の詳細につい
ては後述する。
【００２３】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。図３に示すように、下側の
偏光板２３の光学軸（以下、透過軸とする）２３Ａは第
３の方向２１Ｃにほぼ一致するスメクティック層の法線
方向とほぼ平行に設定されている。上偏光板２４の光学
軸（以下、透過軸とする）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。
３、２４が配置されている。図３に示すように、下側の
偏光板２３の光学軸（以下、透過軸とする）２３Ａは第
３の方向２１Ｃにほぼ一致するスメクティック層の法線
方向とほぼ平行に設定されている。上偏光板２４の光学
軸（以下、透過軸とする）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。
【００２４】偏光板２３、２４の透過軸を図３に示すよ
うに設定した反強誘電性液晶表示素子は、液晶層２１の
ダイレクタが第１又は第２の配向方向２１Ａ、２１Ｂに
ほぼ配向した時に透過率がほぼ最大（表示が最も明る
く）になる。また、液晶層２１のダイレクタが第３の方
向２１Ｃに向くようにほぼ配向した時に透過率がほぼ最
小（表示が最も暗く）になる。
うに設定した反強誘電性液晶表示素子は、液晶層２１の
ダイレクタが第１又は第２の配向方向２１Ａ、２１Ｂに
ほぼ配向した時に透過率がほぼ最大（表示が最も明る
く）になる。また、液晶層２１のダイレクタが第３の方
向２１Ｃに向くようにほぼ配向した時に透過率がほぼ最
小（表示が最も暗く）になる。
【００２５】即ち、液晶分子が第１または第２の方向２
１Ａ、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状態の光は液晶層２１
の複屈折作用により偏光状態が変化して出射側偏光板２
４に入射し、出射側偏光板２４の透過軸２４Ａと平行な
成分の光が透過し、表示は明るくなる。ダイレクタが第
３の方向２１Ｃを向いた状態では、入射側の偏光板２３
の透過軸２３Ａを通った直線偏光は液晶層２１の複屈折
作用をほとんど受けない。このため、入射側の偏光板２
３を通った直線偏光は、直線偏光のまま液晶層２１を通
過し、出射側の偏光板１４でほとんど吸収され、表示が
暗くなる。また、液晶層２１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。
１Ａ、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状態の光は液晶層２１
の複屈折作用により偏光状態が変化して出射側偏光板２
４に入射し、出射側偏光板２４の透過軸２４Ａと平行な
成分の光が透過し、表示は明るくなる。ダイレクタが第
３の方向２１Ｃを向いた状態では、入射側の偏光板２３
の透過軸２３Ａを通った直線偏光は液晶層２１の複屈折
作用をほとんど受けない。このため、入射側の偏光板２
３を通った直線偏光は、直線偏光のまま液晶層２１を通
過し、出射側の偏光板１４でほとんど吸収され、表示が
暗くなる。また、液晶層２１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。
【００２６】次に、配向膜１８、１９と液晶層２１につ
いて詳細に説明する。液晶層２１は、例えば、化学式１
に示す骨格構造を有する液晶組成物を主成分とする液晶
であり、表１に示すような物性を有する。
いて詳細に説明する。液晶層２１は、例えば、化学式１
に示す骨格構造を有する液晶組成物を主成分とする液晶
であり、表１に示すような物性を有する。
【００２７】
【化１】
【００２８】
【表１】 相系列 結晶−３０℃−ＳｍＣA*−６９℃−ＳｍＡ−８０℃−ＩSO 自発分極 ２２９ｎＣ／ｃｍ2 コーン角θ ３２゜ 螺旋ピッチ １．５μｍ
【００２９】ここで、コーン角とは、液晶が描くコーン
の軸とコーンのなす角度であり、第１の方向２１Ａと第
２の方向２１Ｂとの交差角はコーン角θの２倍の２θに
相当する。
の軸とコーンのなす角度であり、第１の方向２１Ａと第
２の方向２１Ｂとの交差角はコーン角θの２倍の２θに
相当する。
【００３０】この液晶材料は、バルクの状態では、図４
に示すように、分子配列の層構造と螺旋構造を有してお
り、隣接する液晶分子は層毎に仮想的なコーン上でほぼ
１８０゜シフトして螺旋を描いた二重螺旋構造を有し、
隣接するスメクティック層の液晶分子同士でその自発分
極をキャンセルする。
に示すように、分子配列の層構造と螺旋構造を有してお
り、隣接する液晶分子は層毎に仮想的なコーン上でほぼ
１８０゜シフトして螺旋を描いた二重螺旋構造を有し、
隣接するスメクティック層の液晶分子同士でその自発分
極をキャンセルする。
【００３１】この液晶材料は、螺旋構造の１ピッチ（ナ
チュラルピッチ）とほぼ等しい（１．５ミクロン）た
め、二重螺旋構造が消失した状態で液晶セル２５に封入
されている。
チュラルピッチ）とほぼ等しい（１．５ミクロン）た
め、二重螺旋構造が消失した状態で液晶セル２５に封入
されている。
【００３２】また、配向膜１８、１９の配向規制力と液
晶層２１を構成する液晶材料の反強誘電相を維持しよう
とする分子間力と配向規制力はほぼ等しい。また、この
液晶材料の反強誘電的分子配列のエネルギーと強誘電的
分子配列のエネルギーとの差が比較的小さく、しかも、
そのしきい値が明確である。このため、液晶分子の一部
は、配向膜１８、１９の界面の効果である配向規制力を
受けて反転し、微小領域内で液晶分子が同一方向に配向
したフェリ相を形成する。
晶層２１を構成する液晶材料の反強誘電相を維持しよう
とする分子間力と配向規制力はほぼ等しい。また、この
液晶材料の反強誘電的分子配列のエネルギーと強誘電的
分子配列のエネルギーとの差が比較的小さく、しかも、
そのしきい値が明確である。このため、液晶分子の一部
は、配向膜１８、１９の界面の効果である配向規制力を
受けて反転し、微小領域内で液晶分子が同一方向に配向
したフェリ相を形成する。
【００３３】フェリ相では、図５に斜視図で、図６に基
板平面への投影図で示すように、液晶分子は、第１の方
向２１Ａ又は第２の方向２１Ｂのいずれかにその長軸を
向けて配列している。このため、液晶層２１は、図７に
示すように、液晶分子が第１の方向を向いた第１の配向
状態にある微小領域と、液晶分子が第２の方向を向いた
第２の配向状態にある微小領域とが混在する状態とな
る。このため、空間的に平均された液晶層２１のダイレ
クタ（光学軸）は、図８（Ａ）に示すように、スメクテ
ィック層の法線方向（又は第３の方向２１Ｃ）にほぼ一
致する。
板平面への投影図で示すように、液晶分子は、第１の方
向２１Ａ又は第２の方向２１Ｂのいずれかにその長軸を
向けて配列している。このため、液晶層２１は、図７に
示すように、液晶分子が第１の方向を向いた第１の配向
状態にある微小領域と、液晶分子が第２の方向を向いた
第２の配向状態にある微小領域とが混在する状態とな
る。このため、空間的に平均された液晶層２１のダイレ
クタ（光学軸）は、図８（Ａ）に示すように、スメクテ
ィック層の法線方向（又は第３の方向２１Ｃ）にほぼ一
致する。
【００３４】図８（Ａ）に示す分子配列を有するフェリ
相の液晶層２１に、正極性で十分高い電圧（飽和電圧以
上の電圧）を印加することにより、図８（Ｂ）に示すよ
うに、液晶分子が第１の方向２１Ａにほぼ配列した状態
に配向する。この状態では、液晶分子の自発分極はほぼ
同一方向を向き、液晶は第１の強誘電相を示す。一方、
液晶層２１に、負極性で十分高い電圧（飽和電圧以下の
電圧）を印加することにより、図８（Ｃ）に示すよう
に、液晶分子は第２の方向２１Ｂにほぼ配列した状態に
配向する。この状態では、液晶分子の自発分極はほぼ同
一方向を向き、液晶は第２の強誘電相を示す。これらの
状態では、液晶層２１の光学軸は第１の方向２１Ａ又は
第２の方向２１Ｂにほぼ一致する。
相の液晶層２１に、正極性で十分高い電圧（飽和電圧以
上の電圧）を印加することにより、図８（Ｂ）に示すよ
うに、液晶分子が第１の方向２１Ａにほぼ配列した状態
に配向する。この状態では、液晶分子の自発分極はほぼ
同一方向を向き、液晶は第１の強誘電相を示す。一方、
液晶層２１に、負極性で十分高い電圧（飽和電圧以下の
電圧）を印加することにより、図８（Ｃ）に示すよう
に、液晶分子は第２の方向２１Ｂにほぼ配列した状態に
配向する。この状態では、液晶分子の自発分極はほぼ同
一方向を向き、液晶は第２の強誘電相を示す。これらの
状態では、液晶層２１の光学軸は第１の方向２１Ａ又は
第２の方向２１Ｂにほぼ一致する。
【００３５】一方、中間の電圧を印加すると、その極性
に応じて、液晶分子の一部は、図９に示すように、カイ
ラルスメクティックＣA相の分子の描くコーンに沿って
移動して、その配向方向が反転する。このため、図８
（Ｄ）又は（Ｅ）に示すように、第１の方向２１Ａ又は
第２の方向２１Ｂに配列した液晶分子の数が減少し、第
２の方向２１Ｂ又は第１の方向２１Ａに配列した液晶分
子が増加する。このため、第１の方向２１Ａを向いた第
１の配向状態の液晶分子と第２の方向２１Ｂを向いた第
２の配向状態の液晶分子の割合が印加電圧の極性及び値
に応じて連続的に変化する。
に応じて、液晶分子の一部は、図９に示すように、カイ
ラルスメクティックＣA相の分子の描くコーンに沿って
移動して、その配向方向が反転する。このため、図８
（Ｄ）又は（Ｅ）に示すように、第１の方向２１Ａ又は
第２の方向２１Ｂに配列した液晶分子の数が減少し、第
２の方向２１Ｂ又は第１の方向２１Ａに配列した液晶分
子が増加する。このため、第１の方向２１Ａを向いた第
１の配向状態の液晶分子と第２の方向２１Ｂを向いた第
２の配向状態の液晶分子の割合が印加電圧の極性及び値
に応じて連続的に変化する。
【００３６】このため、液晶層２１のダイレクタ（液晶
分子の平均的な配向方向）は、図８（Ａ）〜（Ｅ）に示
すように、印加電圧に応じて第１の方向２１Ａと第２の
方向２１Ｂとの間で連続的に変化する。
分子の平均的な配向方向）は、図８（Ａ）〜（Ｅ）に示
すように、印加電圧に応じて第１の方向２１Ａと第２の
方向２１Ｂとの間で連続的に変化する。
【００３７】従って、この液晶表示素子の光学特性は、
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なめらかに
変化するものとなる。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、絶対値が飽和電圧
以上の電圧が印加されると、透過率は飽和する。
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なめらかに
変化するものとなる。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、絶対値が飽和電圧
以上の電圧が印加されると、透過率は飽和する。
【００３８】一例として、この実施の形態の液晶表示素
子（実施例１）の三角波の印加電圧に対する透過率の関
係を図１０（Ａ）に示す。この液晶表示素子は、化学式
１に示す骨格構造を有する液晶を主成分とし、表１に示
すような物性を有する液晶組成物を調整し、この液晶組
成物を液晶層２１として用い、セルギャップを１．５ミ
クロンとし、液晶層２１の分子の描く螺旋構造を解いた
状態で封入したものである。また、配向膜１８、１９
を、厚さが２５〜３５ｎｍ程度のポリイミド等の有機高
分子化合物から構成し、ラビングを施し、分散力ｅｓｄ
を３８〜４１，極性力ｅｓｐを９〜１４程度とした。
子（実施例１）の三角波の印加電圧に対する透過率の関
係を図１０（Ａ）に示す。この液晶表示素子は、化学式
１に示す骨格構造を有する液晶を主成分とし、表１に示
すような物性を有する液晶組成物を調整し、この液晶組
成物を液晶層２１として用い、セルギャップを１．５ミ
クロンとし、液晶層２１の分子の描く螺旋構造を解いた
状態で封入したものである。また、配向膜１８、１９
を、厚さが２５〜３５ｎｍ程度のポリイミド等の有機高
分子化合物から構成し、ラビングを施し、分散力ｅｓｄ
を３８〜４１，極性力ｅｓｐを９〜１４程度とした。
【００３９】比較例として、セルギャップを５ミクロン
として、液晶分子の描く螺旋構造を維持した状態で液晶
を封入した液晶表示素子（比較例１）の印加電圧に対す
る透過率の関係を図１０（Ｂ）に示す。
として、液晶分子の描く螺旋構造を維持した状態で液晶
を封入した液晶表示素子（比較例１）の印加電圧に対す
る透過率の関係を図１０（Ｂ）に示す。
【００４０】図１０（Ａ）に示すように、実施例１の液
晶表示素子の印加電圧−透過率特性は、明確なしきい値
を有さず、透過率が連続的に変化し、印加電圧の極性に
対して対称であり、ヒステリシスが非常に小さく、コン
トラストが大きい。従って、印加電圧に対する透過率が
ほぼ一義的に定まり、中間階調を安定的に表示でき、し
かも、コントラストの高い画像を安定的に表示すること
ができる。
晶表示素子の印加電圧−透過率特性は、明確なしきい値
を有さず、透過率が連続的に変化し、印加電圧の極性に
対して対称であり、ヒステリシスが非常に小さく、コン
トラストが大きい。従って、印加電圧に対する透過率が
ほぼ一義的に定まり、中間階調を安定的に表示でき、し
かも、コントラストの高い画像を安定的に表示すること
ができる。
【００４１】一方、図１０（Ｂ）に示すように、比較例
１では、印加電圧−透過率特性がしきい値を持つと共に
ヒステリシスが大きく、滑らかな印加電圧−透過率特性
が得られない。また、コントラストが小さい。
１では、印加電圧−透過率特性がしきい値を持つと共に
ヒステリシスが大きく、滑らかな印加電圧−透過率特性
が得られない。また、コントラストが小さい。
【００４２】実施例１の液晶表示素子において、印加電
圧に応じて、液晶分子が上述のように挙動していること
は、例えば、図１１に示すコノスコープ像及びこの液晶
表示素子の表示面の拡大図から判別することができる。
圧に応じて、液晶分子が上述のように挙動していること
は、例えば、図１１に示すコノスコープ像及びこの液晶
表示素子の表示面の拡大図から判別することができる。
【００４３】図１１はバルクの状態の液晶材料のコノス
コープ像を示す。この図では、メラノープ（輝点）が、
電界Ｅにほぼ垂直な方向に２つ発生しており、さらに、
ほぼ左右対称である。このことは、液晶分子が二重螺旋
構造を有する反強誘電相であることを示している。
コープ像を示す。この図では、メラノープ（輝点）が、
電界Ｅにほぼ垂直な方向に２つ発生しており、さらに、
ほぼ左右対称である。このことは、液晶分子が二重螺旋
構造を有する反強誘電相であることを示している。
【００４４】一方、液晶材料を基板間に封入した状態の
液晶層２１では、無電界状態で、ほぼ全体が黒く表示さ
れる。次に、電圧を高くすると、ほぼ全体が白くなり、
液晶分子が第１又は第２の方向に揃っていることがわか
る。一方、中間の電圧を印加した状態では、微小領域単
位で明暗が変化し、印加電圧に応じて、明の領域と暗の
領域が順次変化する。従って、中間の電圧で、液晶分子
の配向が、微小領域単位で変化していることがわかる。
液晶層２１では、無電界状態で、ほぼ全体が黒く表示さ
れる。次に、電圧を高くすると、ほぼ全体が白くなり、
液晶分子が第１又は第２の方向に揃っていることがわか
る。一方、中間の電圧を印加した状態では、微小領域単
位で明暗が変化し、印加電圧に応じて、明の領域と暗の
領域が順次変化する。従って、中間の電圧で、液晶分子
の配向が、微小領域単位で変化していることがわかる。
【００４５】このように、この実施の形態の液晶表示素
子は、液晶層２１がフェリ相を形成し、電界を印加する
と、そのダイレクタが印加電圧に応じて、第１の方向２
１Ａと第２の方向２１Ｂとの間で連続的に滑らかに変化
する。従って、任意の階調を安定して表示することがで
きる。
子は、液晶層２１がフェリ相を形成し、電界を印加する
と、そのダイレクタが印加電圧に応じて、第１の方向２
１Ａと第２の方向２１Ｂとの間で連続的に滑らかに変化
する。従って、任意の階調を安定して表示することがで
きる。
【００４６】図３では、下偏光板２３の透過軸２３Ａを
液晶層２１のスメクティック層の法線方向とほぼ平行
に、上偏光板２４の透過軸２４Ａを透過軸２３Ａに直角
に配置したが、下偏光板２３の透過軸２３Ａ及び上偏光
板２４の透過軸２４Ａは、要求される液晶表示素子の電
気光学特性に応じて種々の配置に決定される。
液晶層２１のスメクティック層の法線方向とほぼ平行
に、上偏光板２４の透過軸２４Ａを透過軸２３Ａに直角
に配置したが、下偏光板２３の透過軸２３Ａ及び上偏光
板２４の透過軸２４Ａは、要求される液晶表示素子の電
気光学特性に応じて種々の配置に決定される。
【００４７】例えば、コーン角θが２２．５°程度の液
晶材料を用いる場合は、図１２（Ａ）に示すように、下
偏光板２３の透過軸２３Ａを第２の方向２１Ｂに平行と
し、上偏光板２４の透過軸２４Ａを下偏光板２３の透過
軸２３Ａに直交するように配置してもよい。この構成で
は、液晶層２１に負極性の十分大きい（しきい値以上
の）電圧を印加した時に、ダイレクタが第２の方向２１
Ｂを向くため、表示が最も暗くなる。一方、正極性の十
分大きい（しきい値以上の）電圧を印加した時に、ダイ
レクタが第１の方向２１Ａを向くため、表示が最も明る
くなる。
晶材料を用いる場合は、図１２（Ａ）に示すように、下
偏光板２３の透過軸２３Ａを第２の方向２１Ｂに平行と
し、上偏光板２４の透過軸２４Ａを下偏光板２３の透過
軸２３Ａに直交するように配置してもよい。この構成で
は、液晶層２１に負極性の十分大きい（しきい値以上
の）電圧を印加した時に、ダイレクタが第２の方向２１
Ｂを向くため、表示が最も暗くなる。一方、正極性の十
分大きい（しきい値以上の）電圧を印加した時に、ダイ
レクタが第１の方向２１Ａを向くため、表示が最も明る
くなる。
【００４８】また、コーン角が２２．５°より大きい液
晶材料を用いる場合は、図１２（Ｂ）に示すように、下
偏光板２３の透過軸２３Ａ及び上偏光板２４の透過軸２
４Ａの一方を、液晶層２１のスメクティック層の法線に
対してコーン角θより小さい角度の範囲内に配置し、他
方の光学軸を一方の光学軸とほぼ直交させて配置させて
もよい。このような光学配置を使用することにより、液
晶を強誘電相に設定することなく、駆動することが可能
となり、表示の焼き付き等を防止し、フリッカを抑える
ことができる。
晶材料を用いる場合は、図１２（Ｂ）に示すように、下
偏光板２３の透過軸２３Ａ及び上偏光板２４の透過軸２
４Ａの一方を、液晶層２１のスメクティック層の法線に
対してコーン角θより小さい角度の範囲内に配置し、他
方の光学軸を一方の光学軸とほぼ直交させて配置させて
もよい。このような光学配置を使用することにより、液
晶を強誘電相に設定することなく、駆動することが可能
となり、表示の焼き付き等を防止し、フリッカを抑える
ことができる。
【００４９】例えば、化学式１に示したようにコーン角
が３２°の液晶材料を用いる場合は、図１２（Ｂ）に示
したように、下偏光板２３の透過軸２３Ａを、液晶層２
１のスメクティック層の法線方向（ほぼ２１Ｃの方向）
に対して例えば２２．５°で交差する方向に配置する。
また、上偏光板２４の透過軸２４Ａを透過軸２３Ａにほ
ぼ直交させて配置する。
が３２°の液晶材料を用いる場合は、図１２（Ｂ）に示
したように、下偏光板２３の透過軸２３Ａを、液晶層２
１のスメクティック層の法線方向（ほぼ２１Ｃの方向）
に対して例えば２２．５°で交差する方向に配置する。
また、上偏光板２４の透過軸２４Ａを透過軸２３Ａにほ
ぼ直交させて配置する。
【００５０】そして、この液晶材料により形成された液
晶層のダイレクタが、スメクティック層の法線方向（ほ
ぼ２１Ｃの方向）に対してそれぞれ２２．５°の角度範
囲（２３Ａ及び２１Ｄの間の範囲の）で変化するよう
に、対向する電極間に前記液晶層が強誘電相を形成する
よりも低い電圧範囲の電圧を印加することにより、透過
光量を制御する。この構成とすれば、ダイレクタが透過
軸の方向２３Ａに一致した時に表示が最も暗くなり、ダ
イレクタが透過軸の方向２３Ａに対して４５°傾いた方
向２１Ｄを向いた時に最も明るくなる。従って、最小階
調から最大階調を得るためにダイレクタを第１の方向２
１Ａと第２の方向２１Ｂに設定する必要がない。即ち、
液晶を強誘電相に設定することなく、駆動することがで
きる。
晶層のダイレクタが、スメクティック層の法線方向（ほ
ぼ２１Ｃの方向）に対してそれぞれ２２．５°の角度範
囲（２３Ａ及び２１Ｄの間の範囲の）で変化するよう
に、対向する電極間に前記液晶層が強誘電相を形成する
よりも低い電圧範囲の電圧を印加することにより、透過
光量を制御する。この構成とすれば、ダイレクタが透過
軸の方向２３Ａに一致した時に表示が最も暗くなり、ダ
イレクタが透過軸の方向２３Ａに対して４５°傾いた方
向２１Ｄを向いた時に最も明るくなる。従って、最小階
調から最大階調を得るためにダイレクタを第１の方向２
１Ａと第２の方向２１Ｂに設定する必要がない。即ち、
液晶を強誘電相に設定することなく、駆動することがで
きる。
【００５１】この光学配置を採用した場合でも、印加電
圧に対する液晶層２１内での分子の挙動及び相変化等は
上述の通りであり、液晶層２１のダイレクタは第１の方
向２１Ａと第２の方向２１Ｂとの間で、連続的に変化す
る。従って、任意の階調を表示することができる。ま
た、図３の光学配置に比較して、フリッカが少なくな
り、しかも液晶層２１に強誘電相が形成されないので、
画面の焼き付きが抑制され、表示画面のコントラストを
高く且つ表示品質を高くすることができる。
圧に対する液晶層２１内での分子の挙動及び相変化等は
上述の通りであり、液晶層２１のダイレクタは第１の方
向２１Ａと第２の方向２１Ｂとの間で、連続的に変化す
る。従って、任意の階調を表示することができる。ま
た、図３の光学配置に比較して、フリッカが少なくな
り、しかも液晶層２１に強誘電相が形成されないので、
画面の焼き付きが抑制され、表示画面のコントラストを
高く且つ表示品質を高くすることができる。
【００５２】上述の液晶セル（化学式１に示すに示す骨
格構造を有する液晶を主成分とし、表１に示す物性を有
する液晶組成物を１．５ミクロンのセルギャップに封入
したセル）に図１２（Ｂ）に示す光学配置を適用した液
晶表示素子（実施例２）の印加電圧に対する透過率の関
係を図１３（Ａ）に示す。比較例として、セルギャップ
を５ミクロンとした点以外は実施例２と同一構成の液晶
表示素子（比較例２）の印加電圧に対する透過率の関係
を図１３（Ｂ）に示す。
格構造を有する液晶を主成分とし、表１に示す物性を有
する液晶組成物を１．５ミクロンのセルギャップに封入
したセル）に図１２（Ｂ）に示す光学配置を適用した液
晶表示素子（実施例２）の印加電圧に対する透過率の関
係を図１３（Ａ）に示す。比較例として、セルギャップ
を５ミクロンとした点以外は実施例２と同一構成の液晶
表示素子（比較例２）の印加電圧に対する透過率の関係
を図１３（Ｂ）に示す。
【００５３】図１３（Ａ）、（Ｂ）の特性は、対向する
電極１３と１７との間に三角波を印加して得られたもの
である。図１３（Ａ）に示すように、実施例２の液晶表
示素子の印加電圧−透過率特性は、明確なしきい値を有
さず、透過率が連続的に変化し、印加電圧の極性に対し
て対称であり、ヒステリシスが小さく、コントラストが
大きい。これに対し、図１３（Ｂ）に示すように、比較
例２では、印加電圧−透過率特性がしきい値を持つと共
にヒステリシスが大きく、滑らかな印加電圧−透過率特
性が得られない。また、コントラストが小さい。
電極１３と１７との間に三角波を印加して得られたもの
である。図１３（Ａ）に示すように、実施例２の液晶表
示素子の印加電圧−透過率特性は、明確なしきい値を有
さず、透過率が連続的に変化し、印加電圧の極性に対し
て対称であり、ヒステリシスが小さく、コントラストが
大きい。これに対し、図１３（Ｂ）に示すように、比較
例２では、印加電圧−透過率特性がしきい値を持つと共
にヒステリシスが大きく、滑らかな印加電圧−透過率特
性が得られない。また、コントラストが小さい。
【００５４】図１３（Ａ）、（Ｂ）からも、この実施の
形態の液晶表示素子が優れた階調表示能力を有すること
が確認できる。
形態の液晶表示素子が優れた階調表示能力を有すること
が確認できる。
【００５５】次に、上記構成の表示素子の駆動方法を図
１４を参照して説明する。図１４（Ａ）は行ドライバ３
１が任意の行のゲートライン１５に印加するゲート信号
を、図１４（Ｂ）は列ドライバ３２がゲートパルスに同
期して各データライン１６に印加するデータ信号を示
す。データ信号の電圧は液晶層２１を強誘電相に配向さ
せない電圧、即ち、ＶTmaxとＶTminとの間で、表示した
い透過率に対応する電圧に設定されている。図１４
（Ｃ）は、図１４（Ｂ）に示すデータパルスが印加され
た時の透過率の変化を示す。
１４を参照して説明する。図１４（Ａ）は行ドライバ３
１が任意の行のゲートライン１５に印加するゲート信号
を、図１４（Ｂ）は列ドライバ３２がゲートパルスに同
期して各データライン１６に印加するデータ信号を示
す。データ信号の電圧は液晶層２１を強誘電相に配向さ
せない電圧、即ち、ＶTmaxとＶTminとの間で、表示した
い透過率に対応する電圧に設定されている。図１４
（Ｃ）は、図１４（Ｂ）に示すデータパルスが印加され
た時の透過率の変化を示す。
【００５６】各ゲート信号は、対応する行の選択期間に
ゲートパルスとしてオンする。このゲートパルスにより
選択された行のＴＦＴ１４がオンする。ＴＦＴ１４がオ
ンしている期間、即ち、書き込み期間に、そのＴＦＴ１
４を介して表示階調に対応するデータ信号が画素電極１
３と対向電極１７との間に印加される。ゲートパルスが
オフするとＴＦＴ１４がオフし、それまで画素電極１３
と対向電極１７との間に印加されていた電圧が、画素電
極１３と対向電極１７とその間の液晶層２１により形成
される画素容量に保持される。このため、図１４（Ｃ）
に示すように、この保持電圧に対応する表示階調がこの
行の次の選択期間まで保持される。従って、この駆動方
法によれば、データパルスの電圧を制御することにより
任意の階調画像を表示することができる。
ゲートパルスとしてオンする。このゲートパルスにより
選択された行のＴＦＴ１４がオンする。ＴＦＴ１４がオ
ンしている期間、即ち、書き込み期間に、そのＴＦＴ１
４を介して表示階調に対応するデータ信号が画素電極１
３と対向電極１７との間に印加される。ゲートパルスが
オフするとＴＦＴ１４がオフし、それまで画素電極１３
と対向電極１７との間に印加されていた電圧が、画素電
極１３と対向電極１７とその間の液晶層２１により形成
される画素容量に保持される。このため、図１４（Ｃ）
に示すように、この保持電圧に対応する表示階調がこの
行の次の選択期間まで保持される。従って、この駆動方
法によれば、データパルスの電圧を制御することにより
任意の階調画像を表示することができる。
【００５７】実施例２の液晶表示素子を図１４（Ａ）、
（Ｂ）に示す駆動方法で駆動し、データ信号の電圧を−
５Ｖから＋５Ｖに順次増加し、さらに、＋５Ｖから−５
Ｖに順次低下させたときの、透過率の変化を図１５に示
す。図１５から、図１４（Ａ），（Ｂ）の駆動方法を使
用することにより、任意の階調を安定的に表示できるこ
とが理解できる。
（Ｂ）に示す駆動方法で駆動し、データ信号の電圧を−
５Ｖから＋５Ｖに順次増加し、さらに、＋５Ｖから−５
Ｖに順次低下させたときの、透過率の変化を図１５に示
す。図１５から、図１４（Ａ），（Ｂ）の駆動方法を使
用することにより、任意の階調を安定的に表示できるこ
とが理解できる。
【００５８】次に、このような駆動を可能とする列ドラ
イバ３２の構成例を図１６を参照して説明する。列ドラ
イバ３２は、図１６に示すように、第１のサンプル・ホ
ールド回路４１と、第２のサンプル・ホールド回路４２
と、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器４３と、タ
イミング回路４４と、電圧変換回路４５とから構成され
る。
イバ３２の構成例を図１６を参照して説明する。列ドラ
イバ３２は、図１６に示すように、第１のサンプル・ホ
ールド回路４１と、第２のサンプル・ホールド回路４２
と、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器４３と、タ
イミング回路４４と、電圧変換回路４５とから構成され
る。
【００５９】第１のサンプル・ホールド回路４１は、外
部から供給されるアナログ表示信号のうち対応する画素
用の信号成分（１つの画像データ）ＶＤ’をサンプル・
ホールドする。第２のサンプル・ホールド回路４２は第
１のサンプル・ホールド回路４１のホールド信号ＶＤ’
をサンプル・ホールドする。Ａ／Ｄ変換器４３は、第２
のサンプルホールド回路４２のホールド信号をＡ／Ｄ変
換してディジタル階調データに変換する。タイミング回
路４４は、各選択期間ＴＳに、第１と第２のサンプルホ
ールド回路４１、４２にサンプリング及びホールディン
グを指示するタイミング制御信号を供給する。
部から供給されるアナログ表示信号のうち対応する画素
用の信号成分（１つの画像データ）ＶＤ’をサンプル・
ホールドする。第２のサンプル・ホールド回路４２は第
１のサンプル・ホールド回路４１のホールド信号ＶＤ’
をサンプル・ホールドする。Ａ／Ｄ変換器４３は、第２
のサンプルホールド回路４２のホールド信号をＡ／Ｄ変
換してディジタル階調データに変換する。タイミング回
路４４は、各選択期間ＴＳに、第１と第２のサンプルホ
ールド回路４１、４２にサンプリング及びホールディン
グを指示するタイミング制御信号を供給する。
【００６０】電圧変換回路４５は、Ａ／Ｄ変換器４３が
出力するディジタル階調データを対応する電圧（該ディ
ジタル階調データが指示する階調を表示するために必要
な駆動系の電圧）ＶＤを有するデータパルスに変換し
て、対応するデータライン１６に出力する。この電圧変
換回路４５により、信号処理系の電源系統と駆動系の電
源系統とが分離されている。電圧変換回路４５の出力電
圧ＶＤは対応する行のＴＦＴ１４がオンしている書き込
み期間に液晶層２１に印加され、ＴＦＴ１４がオフして
いる間は対向する電極１３と１７の間に保持される。
出力するディジタル階調データを対応する電圧（該ディ
ジタル階調データが指示する階調を表示するために必要
な駆動系の電圧）ＶＤを有するデータパルスに変換し
て、対応するデータライン１６に出力する。この電圧変
換回路４５により、信号処理系の電源系統と駆動系の電
源系統とが分離されている。電圧変換回路４５の出力電
圧ＶＤは対応する行のＴＦＴ１４がオンしている書き込
み期間に液晶層２１に印加され、ＴＦＴ１４がオフして
いる間は対向する電極１３と１７の間に保持される。
【００６１】第１のサンプル・ホールド回路４１と、第
２のサンプル・ホールド回路４２と、Ａ／Ｄ変換器４３
と、電圧変換回路４５は、画素の列毎に配置され、タイ
ミング回路４４は複数列に共通に配置される。
２のサンプル・ホールド回路４２と、Ａ／Ｄ変換器４３
と、電圧変換回路４５は、画素の列毎に配置され、タイ
ミング回路４４は複数列に共通に配置される。
【００６２】なお、列ドライバ３２の構成は、図１６の
構成に限定されるものではない。例えば、Ａ／Ｄ変換器
４３が内蔵するサンプルホールド回路を第２のサンプル
ホールド回路４２として使用しても良い。さらに、Ａ／
Ｄ変換器４３の出力データに一定の処理を行った後、処
理後のデータを電圧変換回路４５に供給して駆動系の電
圧に変換してもよい。また、処理後のデータを一旦信号
処理系の電圧を有する階調信号に変換した後、電圧変換
回路４５で駆動系の電圧に変換してもよい。各種タイミ
ング信号を列ドライバ３２の外部から供給してもよい。
また、画像データ自体をディジタルデータで構成しても
よい。
構成に限定されるものではない。例えば、Ａ／Ｄ変換器
４３が内蔵するサンプルホールド回路を第２のサンプル
ホールド回路４２として使用しても良い。さらに、Ａ／
Ｄ変換器４３の出力データに一定の処理を行った後、処
理後のデータを電圧変換回路４５に供給して駆動系の電
圧に変換してもよい。また、処理後のデータを一旦信号
処理系の電圧を有する階調信号に変換した後、電圧変換
回路４５で駆動系の電圧に変換してもよい。各種タイミ
ング信号を列ドライバ３２の外部から供給してもよい。
また、画像データ自体をディジタルデータで構成しても
よい。
【００６３】この発明は上記実施の形態に限定されず、
種々の変形及び応用が可能である。例えば、この発明の
反強誘電性液晶は、化学式１に示した骨格構造を有する
ものを主成分とするものに限定されず、他のフェリ相を
形成する任意の液晶を使用できる。その物性についても
同様である。また、配向膜の材質、厚さ等も適宜変更可
能である。
種々の変形及び応用が可能である。例えば、この発明の
反強誘電性液晶は、化学式１に示した骨格構造を有する
ものを主成分とするものに限定されず、他のフェリ相を
形成する任意の液晶を使用できる。その物性についても
同様である。また、配向膜の材質、厚さ等も適宜変更可
能である。
【００６４】また、実施の形態では、偏光板２３の透過
軸２３Ａと偏光板２４の透過軸２４Ａを直角に配置した
が、これらが平行になるように偏光板２３と２４を配置
してもよい。また、偏光板の光学軸は吸収軸でもよい。
軸２３Ａと偏光板２４の透過軸２４Ａを直角に配置した
が、これらが平行になるように偏光板２３と２４を配置
してもよい。また、偏光板の光学軸は吸収軸でもよい。
【００６５】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。さらに、この発明は、図１７に示すように、対向
する基板１１と１２の対向面に走査電極７１と、走査電
極７１に直交する信号電極７２を配置した単純マトリク
ス型（パッシブマトリクス型）の表示素子にも適用可能
である。
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。さらに、この発明は、図１７に示すように、対向
する基板１１と１２の対向面に走査電極７１と、走査電
極７１に直交する信号電極７２を配置した単純マトリク
ス型（パッシブマトリクス型）の表示素子にも適用可能
である。
【００６６】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、反強誘電性を示す液晶を用いた液晶表示素子であり
ながら、表示階調を連続的に変化させて、任意の階調で
画像を表示することができる。
ば、反強誘電性を示す液晶を用いた液晶表示素子であり
ながら、表示階調を連続的に変化させて、任意の階調で
画像を表示することができる。
【図１】図１は、この発明の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。
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。
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。
示す図である。
【図４】バルクの状態の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。
構造を説明するための図である。
【図５】フェリ相での液晶分子の配向状態を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図６】フェリ相での液晶分子の配向状態を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図７】フェリ相での液晶分子の配向状態を説明するた
めの図である。
めの図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｅ）は、印加電圧と液晶分子の配向
との関係を示す図である。
との関係を示す図である。
【図９】電圧を印加したときの液晶分子の挙動を説明す
るための図である。
るための図である。
【図１０】（Ａ）は、図３の光学配置を採用した実施例
１の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り、（Ｂ）
は、ギャップ長を５ミクロンとした比較例１の印加電圧
−透過率特性を示すグラフである。
１の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り、（Ｂ）
は、ギャップ長を５ミクロンとした比較例１の印加電圧
−透過率特性を示すグラフである。
【図１１】バルクの状態の液晶のコノスコープ像であ
る。
る。
【図１２】（Ａ）と（Ｂ）は、偏光板の透過軸と液晶分
子の配向方向の関係の他の例を示す図である。
子の配向方向の関係の他の例を示す図である。
【図１３】（Ａ）は、図１２（Ｂ）の光学配置を採用し
た実施例２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
フであり、（Ｂ）は、ギャップ長を５ミクロンとした比
較例２の印加電圧−透過率特性を示すグラフである。
た実施例２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
フであり、（Ｂ）は、ギャップ長を５ミクロンとした比
較例２の印加電圧−透過率特性を示すグラフである。
【図１４】（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明の反強誘電性液
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
ートである。
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
ートである。
【図１５】図１４に示す駆動方法を用いて実施例２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。
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１６】図１４に示す駆動方法を実現するためのドラ
イバ回路の構成例を示すブロック図である。
イバ回路の構成例を示すブロック図である。
【図１７】単純マトリクスタイプの液晶表示素子の構成
を示す図である。
を示す図である。
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・・・共通電極、１
８・・・配向膜、１９・・・配向膜、２０・・・シール材、２１・
・・液晶層、２２・・・スペーサ、２３・・・偏光板（下偏光
板）、２４・・・偏光板（上偏光板）、２５・・・液晶セル、
３１・・・行ドライバ、３２・・・列ドライバ、７１・・・走査
電極、７２・・・信号電極
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・・・共通電極、１
８・・・配向膜、１９・・・配向膜、２０・・・シール材、２１・
・・液晶層、２２・・・スペーサ、２３・・・偏光板（下偏光
板）、２４・・・偏光板（上偏光板）、２５・・・液晶セル、
３１・・・行ドライバ、３２・・・列ドライバ、７１・・・走査
電極、７２・・・信号電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｇ０９Ｇ 3/36 Ｇ０９Ｇ 3/36 (72)発明者 小倉 潤 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 (6)
- 【請求項１】画素電極と前記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共通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、バルクの状態でカイラルスメ
クティックＣA相を形成し、前記一方の基板と前記他方
の基板間においてフェリ相を形成する液晶層と、から構
成されることを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項２】電極が形成された一方の基板と、 前記電極に対向する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、バルクの状態でカイラルスメ
クティックＣA相を形成し、前記一方の基板と前記他方
の基板間においてフェリ相を形成する液晶層と、 前記一方の基板の電極と前記他方の基板の電極に接続さ
れ、前記電極間に電圧を印加することにより、前記フェ
リ相の液晶分子をカイラルスメクティックＣA相の分子
の描くコーンに沿って移動させることにより、前記液晶
層のダイレクタを制御して階調表示を行う駆動手段と、 から構成されることを特徴とする液晶表示素子。 - 【請求項３】前記液晶層は、第１の配向状態と第２の配
向状態とにスイッチングする液晶分子から構成されてい
る、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示
素子。 - 【請求項４】前記液晶層は、第１の配向状態と第２の配
向状態とにスイッチングする液晶分子から構成され、印
加された電圧に応じて、第１の配向状態と第２の配向状
態との一方の配向状態から他方の配向状態にスイッチン
グすることにより、第１の配向状態と第２の配向状態の
混合割合が制御される液晶から構成されている、ことを
特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示素子。 - 【請求項５】前記液晶層は、印加される電圧に応じて、
液晶分子がカイラルスメクティックＣA相の分子の描く
コーンに沿って移動する液晶分子から構成される、こと
を特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示素子。 - 【請求項６】一対の基板間に、バルクの状態でカイラル
スメクティックＣA相を形成し、前記一方の基板と前記
他方の基板間において、第１の配向状態に配向した液晶
分子と第２の配向状態に配向した液晶分子とが混在する
フェリ相を形成する液晶層を封入し、前記液晶層に電圧
を印加することにより、第１の配向状態に配向した液晶
分子と第２の配向状態に配向した液晶分子との一方を他
方にスイッチングさせる電界を印加することにより、第
１と第２の配向状態の割合を制御することにより、前記
液晶層のダイレクタを制御して階調を表示する、 ことを特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13298997A JP3551702B2 (ja) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | 液晶表示素子とその駆動方法 |
| TW087106899A TW384460B (en) | 1997-05-08 | 1998-05-05 | Liquid crystal display device and method for driving the same |
| US09/073,633 US6091478A (en) | 1997-05-08 | 1998-05-06 | Liquid Crystal Display device using liquid crystal having ferrielectric phase between substrates and method for driving the same |
| CN98115408A CN1201161A (zh) | 1997-05-08 | 1998-05-08 | 液晶显示装置及其驱动方法 |
| KR1019980016475A KR100295273B1 (ko) | 1997-05-08 | 1998-05-08 | 액정표시소자와그구동방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13298997A JP3551702B2 (ja) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | 液晶表示素子とその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10307304A true JPH10307304A (ja) | 1998-11-17 |
| JP3551702B2 JP3551702B2 (ja) | 2004-08-11 |
Family
ID=15094189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13298997A Expired - Fee Related JP3551702B2 (ja) | 1997-05-08 | 1997-05-08 | 液晶表示素子とその駆動方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6091478A (ja) |
| JP (1) | JP3551702B2 (ja) |
| KR (1) | KR100295273B1 (ja) |
| CN (1) | CN1201161A (ja) |
| TW (1) | TW384460B (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002090744A (ja) * | 2000-09-12 | 2002-03-27 | Toshiba Corp | 液晶表示素子 |
| DE102007028371B4 (de) * | 2007-06-13 | 2012-05-16 | Seereal Technologies S.A. | Einrichtung zur Lichtmodulation |
| KR101421627B1 (ko) * | 2007-10-09 | 2014-07-24 | 삼성디스플레이 주식회사 | 표시 장치 및 그 구동 방법 |
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