JPS6232424A - 液晶装置 - Google Patents

液晶装置

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JPS6232424A
JPS6232424A JP60172002A JP17200285A JPS6232424A JP S6232424 A JPS6232424 A JP S6232424A JP 60172002 A JP60172002 A JP 60172002A JP 17200285 A JP17200285 A JP 17200285A JP S6232424 A JPS6232424 A JP S6232424A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液晶素子、特に強誘電性液晶素子の駆動法に
関する。
〔従来の技術〕
フラット・パネル・ディスプレイ・デバイスの開発は、
現在世界中で活発に行なわれている。その中でも、液晶
を用いたディスプレイは、小規模な分野では、完全に社
会に定着したと考えられるが、CRTK置き替わりうる
ような高解像度をもち、しかも、大画面のものは、従来
の液晶方式(例えばTNやDSMなど)では非常に困難
であった。
この様な、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(C1ark
 )およびラガウエル(Lmge rwa l l )
により提案されている(特開昭56−107216号公
報、米国特許第4367924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(SmC”)又は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
学的安定状態と第2の光学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
態に液晶がル 配向し、他方の電界ベク)Yに対しては第2の光学的安
定状態に液晶が配向される。またこの型の液晶は、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。このような性質を利用
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、かなり本質的な改善が得られる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前述の双安定状態が付与された強誘電性液晶素子は、一
般的に液晶層が2μm以下と極めて薄い膜厚で形成され
、このため素子内に混入した微細な粒体を通して上電極
と下電極の間でショートを発生する問題点があるために
、素子に設けた電極にはショートを防止する誘電体層が
設けられている。
しかしながら、前述の如く相対向電極間に誘電体層が形
成されているために、液晶層に前述の電極間から強誘電
性液晶が完全反転するに十分なパルス源VON (書込
みパルス)を印加した時に、液晶層に実質的に印加され
る電圧波形は、第1図(b)に示す様にパルス印加時の
vOが時定数π−R1(Ct+ C2) : (R1;
液晶層の抵抗値、C1;液晶層の単位面積当りの容量、
C2;誘電体層の単位面積当りの容量〕:の割合でΔV
Oだけの電圧降下を生じる。
この電圧降下ΔVoは、液晶層の抵抗値(R1)が小さ
い程大きくなるが、前述の強誘電性液晶は一般的に10
8Ω〜10140程度であるため、この電圧降下ΔVo
が上述するパルス切換時に一Δ■0で加算され、この加
算された位相t2でのパルス切換時の電圧が位相t1で
の書込みによる表示状態(強誘電性液晶の第1の配向状
態に基づく第1表示状態)を反転した表示状態(強誘電
性液晶の第2の配向状態に基づく第2表示状態)を形成
する原因となることが本発明者らの実験により明らかと
なった。
強誘電性液晶素子に行順次書込み方式を通用する場合に
は、例えば行上の全又は所定の画素に対して第1位相と
なる位相tlで強誘電性液晶の第1の配向状態に基づく
第1表示状態を形成するパルスを印加し、次の第2位相
となる位相t2で選択された画素に対して第1表示状態
を強誘電性液晶の第2の配向状態に基づく第2表示状態
に反転するパルスを印加する方式がある。
この方式の場合、位相t2では第1図(、)に示す様に
第1表示状態を保持する画素には位相tl  で印加し
たパルスとは逆極性のパルスが閾値電圧以下で印加され
ることになる。
この様に行順次書込み方式の場合では、位相tlで書込
まれた表示状態を位相t2で反転することなく保持され
ることが必要である。従って、位相t2で反転閾値電圧
を超えた電圧が印加されてはならないはずであるが、本
発明者らの研究から明らかとなったことであるが、位相
t1から位相t2へのパルス極性切換時に、液晶層には
第2図に示す様に−(aVo+ΔVo ) : (aは
a (l Vth l / IVONI:vthは強誘
電性液晶の閾値電圧〕二の電圧が実質的に印加されるこ
とになり、この−(ago+ΔVo)が反転閾値電圧よ
り大きい場合には、第1表示状態を保持すべき画素が位
相t2で第2表示状態に反転されることになり、所期の
表示を形成することができなくなる問題点がちった。こ
の問題点は、逆極性パルスの切換時に液晶層に直列接続
された誘電体層の容量からの放電により逆向きの電界(
−ΔVo)を発生することが原因となっていることが判
明した。
又、位相t1とt2で第1表示状態あるいは第2表示状
態の何れかで書込まれた画素には走査非選択時であって
も、データ線から情報信号が印加され続け、場合によっ
ては書込まれた画素の表示状態が反転する問題点を避け
るために、書込み後の画素に閾値電圧以下の交番電圧を
印加する方法が考えられているが、この交番電圧印加時
でも逆極性パルス印加による逆向き電界が加算されるこ
とになり、前述と同様の問題を包含している。
従って、本発明の目的は、前述の問題点を解決した液晶
素子の駆動法、特に強誘電性液晶素子に行順次書込み方
式を適用した際に生じる問題点、すなわち書込み時の表
示状態を保持すべき画素に印加される−(ago+ΔV
o)の電圧による反転現象を防止した強誘電性液晶素子
の駆n法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用」すなわち
、本発明は相対向電極と、該相対向電極間に配置した強
誘電性液晶層及び誘電体層とを有する画素を配列した液
晶素子の駆動法において、前記強誘電性液晶層の抵抗値
をR(Ω)、その1画素当りの容量を自CF)及び前記
誘電体層の1画素当りの容量をC2(F)とした時、前
記画素に印加する駆動電圧のパルス幅ΔT(5ee)を
下記式(1)に設定した点に特徴を有している。
式(1) で、vthは強誘電性液晶の閾値電圧(V) 、 VO
Nはで示される定数で、vlは反転開始電圧(V)であ
る。) 〔実施例〕 以下1本発明を図面に従って説明する。
第2図は、本発明で用いる液晶素子の等価回路を表わし
ている。clは1画素当りの液晶層の容t、C2は1画
素当りの誘電体層の容量、R,は液晶層の抵抗値を表わ
している。容量C2は下達する絶縁層、配向制御膜やカ
ラーフィルタなどの誘電体層によって形成される。
式(2)のVx(t )に矩形パルスを入力した時のV
y(t )の電圧波形は、下記式(3)によって示すこ
とができるOVx(t)=VoN(μ(1)−μ(t−
ΔT ) )  −−−−・・(2)・・・・・・但し
、式中μ(【)はステップ関数、tは時間、ΔTはパル
ス幅、VONは書込み時の電圧値で、R1、自及びC2
は前述で定義したものであ心。
前述した様に強誘電性液晶素子に行順次書込み方式を瑞
相した場合には、第1表示状態と第2表示状態の書込み
が第3図に示す様に位相t+ 、!: t2の何れかで
行なわれる。第3図は行順次書込み方式における曹込み
行の1[!lI素に印加する電圧波形全表わしている。
すなわち、第3図(、)によれば位相tlで行止の画素
に対応する強誘電性液晶は相対向電極間にV o Nが
印加されて第1の配向状態を配向し、これに対応した画
素は第1表示状態(「白」とする)を形成する。(従っ
て、位相Elはラインクリヤー信号41を印加する位相
に相当する。)次に、第3図(b)によれば位相tzで
選択された画素が反転した第2表示状態(「黒」とする
)を形成する。すなわち、位相t2では選択された画素
には反転信号42が印加され、残りの画素には位相t1
での表示状態を維持する保持信号が印加されることにな
る。この場合、位相t2における保持信号43は、位相
t1における書込み時の信号とは逆極性の電圧agoが
印加されることになり、前項の〔発明が解決しようとす
る問題点〕で述べた問題点を惹起こすことになる。又、
第3図に示す波形を第5図のマトリクス画素に印加した
時の時系列波形を第4図に示す(但し、第4図では前述
aを1/2としたン。
又、第6図は別の行順次書込み方式における書込み行の
画素に印加する電圧波形を表わしている。
第6図(、)は画素も位相t2で黒に書込む時の電圧波
形で、第6図(b)は画素を位相tlで白に書込む時の
電圧波形を表わしている。すなわち、位相t1は白書込
み位相、位相t2は黒書込み位相に対応している。
第6図に示す書込み方式の好ましい具体例では、画素に
印加される駆動信号に書込み時の信号と逆極性信号が連
続ことを避けるために、位相t3  で補助信号73を
印加することができる。この具体例を第7図に明らかに
する。第7図によれば、位相t2で黒書込み信号71を
画素に印加した後、位相t3で画素には補助信号73が
印加されているので、連続した逆極性信号を生じること
がない。この際、第7図に示す駆動例では3w−の例で
説明した(すなわち、補助信号73のパルス波高値ヲ舊
込みパルスの波高値の−とじた)。
従って、第7図に示す様に補助信号73が黒書込み信号
71とは逆極性で画素に印加されることになり、このた
め前述の第3図と第4図に示した時の問題点と同様の問
題点を包含していることになる。
この様な行順次書込み方式を用いた場合、第8図示す様
な強誘電性液晶の反転開始′rはI−、): 81 (
V□をbVoNとした時、本発明者らの実測によれば、
5 VoN/6〜VON O範囲内に反転開始電圧Vs
 (81)が包含されることが判明した。従って、逆極
性電界の耐圧をbVoN(−、VON )以下とすれば
よいので、次式(4)が導ひかれる。
・・・・・・(4) 前述の式(4)から下記式(1)ヲ導ひくことができる
式 %式%) 次に、a=了とした時、前述の式(1)から下記式(5
)が得られる。
式 %式%(5) そこで、画素を構成している強誘電性液晶として膜厚1
.8μmのDOBAMBCを用い、又誘電体層として上
下電極上にそれぞれ設けた1000^のポリイミド膜を
用いた時1−当り(1画素とした)の液晶層の容量CI
は11pFで、1−当りの誘電体層の容量C2ば170
pFで、又膜厚1.8μmで液晶層の抵抗値は1.8X
10’Ωであったので、これらを式(5)に代入すると
、パルス幅ΔTはΔT(1,8x109−180xlO
−12−0,7=22.7xlσ3(sec)・・・・
・・(6) の式(6)ヲ満たすことになる。従って、前述の実施例
ではパルス幅ΔTを22.7m5ec 以下に設定して
おけば、位相t2で液晶層に印加される駆動電圧かので
、行順次書込み方式を適用して所期の表示を画面に形成
することができることになる。
又、第12図は、本発明で用いる駆動例の別の第8図に
示す反転開始電圧81とは、1画素中に反転ドメインが
生じる閾値に相当するもので、又完全反転電圧82とは
1画素が完全に反転ドメインで占められた時の飽和電圧
に相当している。
又、本発明の実施例では駆動パルスとして矩形波を用い
ているが、この矩形波に限らず、三角波などの他のパル
ス波形のものを用いることも可能である。
第9図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描い九もの
である。11&とllbは、工oi03.8B02やI
TO(インジウム−ティン−オキサイド)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よう配向し2SmC
”相の液晶が封入されている。太線で示し九線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±)14を有し
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上)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ことができる。液
晶分子13は細長い形状を有しており、その長軸方向と
短軸方向で屈折率異方性を示し、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ことは、容易に理解される。
さらに液晶セルの厚さを充分に薄くした場合(例えば1
μ)には、@6図に示すように′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ト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る
。このようなセルに第10図に示す如く一定の閾値以上
の極性の異る電界Ea又は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23aかあるいは第2の
安定状態23bの何れか一方に配向する0 このよう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10図によって説明すると、
電界Eaを印加すると液晶分子は第1の安定状態23鳳
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]Elが一定の閾値を越えない限り、それぞれ
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、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.
5μ〜20μ、特に1μ〜5μが適している。この種の
強誘電性液晶を用いたマトリクス電極構造を有する液晶
−電気光学装置は、例えばクラークとラガバルにより、
米国特許第4367924号明細書で提案されている。
次に、第11図に本発明の液晶素子の断面図を示す。本
発明の液晶素子は、基板31aと31bには、それぞれ
支持され次相対向する電極32aと32bが設けられ、
さらに電極32aと32bにはショート防止のために誘
電体層33aと33bが複覆されている。この誘電体層
33aと33bには強誘電性液晶層34の配向を制御す
るラビング処理などの一軸性配向処理が施されている。
又、この誘電体層33aと33bには、図示していない
が別に配向制御膜を設けることも可能である。さらに、
又、何れか一方の誘電体層の上又は下側にカラーフィル
タ一層(図示せず)を設けることが可能である。
この際、カラーフィルターは、1画素毎に青色染色フィ
ルター(B) 、緑色染色フィルター(G)、!:赤色
染色フィルター(R)が配置され、これらB、 GとR
で1つのカラー画素を構成することができる。
この液晶素子は、基板31aと31bの周辺がエポキシ
系接着剤などのシール材36でシーリングされている。
本発明の誘電体層33aと33bで使用する絶縁物質と
しては、特に制限されるものではないが、シリコン窒化
物、水素を含有するシリコン窒化物、シリコン炭化物、
水素を含・目するノリコン窒化物、シリコン酸化物、備
素窒化物、水素を官有する動索窒化物、セリウム酸化物
、アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、チタン酸
化物−?7ツ化マグネシウムなどの無機絶縁物質、ある
いはポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアミドイ
ミド、ポリエステルイミド、ポリバラキシリレン、ポリ
エステル、ポリカーボネート、ポリビニルアセルール、
ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリス
チレン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリャ樹脂、
アクリル樹脂やフォトレジスト樹脂などの有機絶縁物質
が絶縁膜として使用される。これらの絶縁膜の膜厚50
00^以下、好ま′しぐは100^〜5000^、特に
500^〜3000Aが適している。
又、これらの誘電体/if 33 aと33bによって
形成される容量の場合では、5.5X10’ PF/(
11(以上となる様に設定することによって、前述の反
転現象を一層有効に防止することができる。その好まし
い容量は、5.5 x 103PF/ad 〜3.Ox
 105PF/dの範囲で、特に十分な絶縁性を保?#
する上で9.0X103PF’/m 〜5.5X10’
 PF/id!適している。
本発明で用いる強誘電性液晶34としては、カイラルス
メクチック液晶が最好ましく、そのうちカイラルスメク
チックC相(SmC”)、H相(SmH”)、1相(S
mI”)、J相(SmJ” )、K相(SmK”)、G
相(SmG”)やF相(SmF”)の液晶が適している
より具体的には、強誘電性液晶34としては、p−7’
シロキシベンジリデン−p′−アミノ−2−メチルブチ
ルシンナメート(DOBAMBC)、p−へキシロキシ
ベンジリデン−p/−アミノ−2−クロログロビルシン
ナメート(HOBACPC)、P−デシロキシベンジリ
デン−p′−アミノ−2−メチルブチル−α−シアノシ
ンナメー) (DOBAMBCC)、p−ナト2デシロ
キシペンシリテン−p′−アミノ−2−メチルブチル−
α−シアノシンナメート(TDOBAMBCC)、p 
−、t りf ルオキシペンジリデンーp′−アミノ−
2−メチルブチル−α−りuoシンナメート(OOBA
MBCC)、p−オクチルオキシベンジリデン−p′−
アミノ−2−メチルブチル−α−メチルシンナメー)、
4.4’−アソキシシンナミックマシッドービス(2−
メチルブチル)エステル4−O−(2−メチル)−フチ
ルレゾルシリデンー4′−オクチルアニリン(MBRA
  8)、4−(2’−メチルブチル)フェ二/L/−
4’−オ/チルオキシビフェニル−4−カルMキシL/
−)II 4−へキシルオキシフェニル−4−(2”−
メチルブチル)ビフェニル−4′−カルボキシレート、
4−オクチルオキシフェニA、 −4−(2″−メチル
ブチル)ビフェニル−4′−カルボキシレート、4−へ
ブチルフェニル−4−C4”−メチルヘキシル)ビフェ
ニル−4′−カルホキシレー)、4−(2’−メチルブ
チル)フェニル−4−(4”−メチルヘキシル)ビフェ
ニル−4′−カルボキシレートなどを用いることができ
る。
これらの強誘電性液晶化合物は単独又は2種以上組合せ
て用いることができ、又他の非銹電性液晶、例えばネマ
チック液晶、コレステリンク液晶(カイラル坏マチック
液晶)やスメクチック液晶と混合することができる。又
、前述した強JjjL ’、%液晶34は、前述の第9
図に示すらせん構造を形成したものでもよく、第10図
に示す非らせん構造のものであってもよい。特に、第9
図に示すらせん構造を有している際には、強誘電性液晶
として負の誘電異方性をもつものを使用し、両電極間に
交流バイアーを印加することによって、非らせん構造と
した双安定性を付与させる駆動法を適用するのが好まし
い。又、この際、液晶層のセル厚を十分に小さくそれだ
けで非らせん構造を形成する液晶素子に前述の交流バイ
アスを印加する駆動法を適用するも可能である。
し発明の効果〕 行順次書込み方式を適用した時に伴い、逆極性パルス切
換時に発生する誘電体層の容量からの放電による逆向き
電界(−Δ■o)の存在にかかわらず、■フレーム期間
内にその書込み状態を維持することができ、所期の表示
を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、電極間に印加する駆動矩形パルス波を示す説
明図で、第2図はその時の実質的に液晶層に印加される
電圧波形を表わす説明図でちる。 第2図は、本発明で用いる液晶素子の等価回路を表わす
説明図である。第3図(a)と(b)は画素の書込み駆
動信号を表わす説明図で、第4図はその時系列波形を表
わす説明図である。第5図は、走査線(81〜S5・・
・)とデータ線(11〜工5・・・)とで形成した画素
の配列を示す説明図である。第6図(a)と(b)は、
画素の別の書込み駆動信号を表わす説明図で、第7図は
その時系列波形を表わす説明図である。第8図は、反転
開始電圧と完全反転電圧の関係を説明する説明図である
。第9図及び第1O図は、本発明の駆動法で用いる強誘
電性液晶素子の斜視図である。第11図は、本発明の駆
動法で用いる強誘電性液晶素子の断面図である。第12
図は、本発明で用いた別の駆動例の時系列波形を表わす
説明図である。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)相対向電極と、該相対向電極間に配置した強誘電
    性液晶層及び誘電体層とを有する画素を配列した液晶素
    子の駆動法において、前記強誘電性液晶層の抵抗値をR
    (Ω)、その容量をC_1(F)及び前記誘電体層の容
    量をC_2(F)とした時、前記画素に印加する駆動電
    圧のパルス幅ΔT(sec)を下記式(1)に設定する
    ことを特徴とする液晶素子の駆動法。 式(1) exp(−ΔT/{R(C_1+C_2)})>(1−
    b+a)(但し、式中aはa<|Vth|/|V_O_
    N|の式を満たす定数で、Vthは強誘電性液晶の閾値
    電圧(V)、V_O_Nは書込み時の電圧値(V)であ
    る。bは、b=|V_1|/|V_O_N|で示される
    定数で、V_1は反転開始電圧(V)である。)
  2. (2)前記強誘電性液晶が双安定状態を形成している特
    許請求の範囲第1項記載の液晶素子の駆動法。
  3. (3)前記強誘電性液晶の抵抗値が10^8Ω〜10^
    1^4Ωである特許請求の範囲第1項記載の液晶素子の
    駆動法。
  4. (4)前記誘電体層の容量が5.5×10^3PF/c
    m^3以上である特許請求の範囲第1項記載の液晶素子
    の駆動法。
  5. (5)前記誘電体層の容量が5.5×10^3PF/c
    m^2〜3.0×10^5PF/cm^3である特許請
    求の範囲第1項記載の液晶素子の駆動法。
  6. (6)前記誘電体層の容量が9×10^3PF/cm^
    3〜5.5×10^4PF/cm^3である特許請求の
    範囲第1項記載の液晶素子の駆動法。
  7. (7)前記画素が行及び列に沿つて複数配列されており
    、行毎に順次行上の全又は所定の画素に第1位相で前記
    強誘電性液晶の第1の配向状態に基づく第1表示状態と
    なす駆動電圧を印加し、第2位相で行上の選択された画
    素に前記強誘電性液晶の第2の配向状態に基づく第2表
    示状態となす駆動電圧を印加する特許請求の範囲第1項
    記載の液晶素子の駆動法。
  8. (8)補助信号を印加する第3位相を有している特許請
    求の範囲第7項記載の液晶素子の駆動法。
  9. (9)前記画素が行及び列に沿つて複数配列されており
    、行毎に順次行上の選択された画素に第1位相で前記強
    誘電性液晶の第1の配向状態に基づく第1表示状態とな
    す駆動電圧を印加し、第2位相で行上の別に選択された
    画素に前記強誘電性液晶の第2の配向状態に基づく第2
    表示状態となす駆動電圧を印加する特許請求の範囲第1
    項記載の液晶素子の駆動法。
  10. (10)補助信号を印加する第3位相を有している特許
    請求の範囲第9項記載の液晶素子の駆動法。
  11. (11)前記強誘電性液晶が双安定下の強誘電性液晶で
    ある特許請求の範囲第1項記載の液晶素子の駆動法。
  12. (12)前記強誘電性液晶がカイラルスメクチック液晶
    である特許請求の範囲第1項記載の液晶素子の駆動法。
  13. (13)前記カイラルスメクチック液晶がカイラルスメ
    クチックC相、H相、I相、J相、K相、G相又はF相
    である特許請求の範囲第12項記載の液晶素子の駆動法
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