JP2000241817A - 液晶素子とその駆動方法 - Google Patents

液晶素子とその駆動方法

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JP2000241817A
JP2000241817A JP3934699A JP3934699A JP2000241817A JP 2000241817 A JP2000241817 A JP 2000241817A JP 3934699 A JP3934699 A JP 3934699A JP 3934699 A JP3934699 A JP 3934699A JP 2000241817 A JP2000241817 A JP 2000241817A
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Koichi Sato
公一 佐藤
Yukio Haniyu
由紀夫 羽生
Koji Noguchi
幸治 野口
Tsuneki Nukanobu
恒樹 糠信
Mineto Yagyu
峰人 柳生
Masahiro Terada
匡宏 寺田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 残像や経時的な配向の劣化、焼き付き等の改
善されたアクティブマトリクスタイプのカイラルスメク
チック液晶素子を構成する。 【解決手段】 双安定性で且つ相異なる安定状態へのス
イッチングしきい値電圧に100mV以上の差を生じる
ように、非対称セルを構成し、より安定な状態へリセッ
トした後、不安定な状態へのスイッチングによって階調
表示を行い、該表示を行う期間の前或いは後に、非表示
期間を設けて、上記表示期間に印加した電圧をは極性の
反転した電圧を印加することによって、非ホールド型表
示を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フラットパネルデ
ィスプレイ、プロジェクションディスプレイ、プリンタ
等に用いられる液晶素子とその駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より最も広範に用いられてきている
ディスプレイとしては、CRTが、テレビやVTRなど
の動画出力、或いはパソコン等のモニターとして広く知
られている。しかしながらCRTはその特性上、静止画
像に対してはフリッカや解像度不足による走査縞等が視
認性を低下させたり、焼き付きによる蛍光体の劣化が起
こったりする。また、最近ではCRTが発生する電磁波
が人体に悪影響を与えることがわかり、VDT作業者の
健康を害することが懸念されている。そして、CRTは
その構造上、画面後方に広く体積を有することが必須で
あることから、情報機器の利便性を著しく阻害し、オフ
ィス、家庭の省スペース化を阻害している。
【0003】このようなCRTの欠点を解決するものと
して液晶素子がある。例えば、M.シャット(M.Sc
hadt)とW.ヘルフリッヒ(W.Helfric
h)著、アプライド・フィジックス・レターズ(App
lied Physics Letters)第18
巻、第4号(1971年2月15日発行)第127頁〜
128頁において示されたツイステッドネマチック(T
wited Nematic)液晶を用いたものが知ら
れている。近年、このタイプの液晶を用い、TFT(T
hin Film Transistor,薄膜トラン
ジスタ)をアクティブ素子として用いて構成したアクテ
ィブマトリクスタイプ、いわゆるTFT型と呼ばれる液
晶素子の開発、製品化が行われている。このタイプは一
つ一つの画素にトランジスタを作製するものであり、ク
ロストークの問題が無く、また、近年の急速な生産技術
の進歩によって10〜12インチクラスのディスプレイ
が良い生産性で作られつつある。しかしながら、さらに
大きなサイズ或いは動画を問題なく再現するためにフレ
ーム周波数を60Hz以上にするには、未だ生産性、液
晶の応答速度、視野角に問題がある。
【0004】一方、自発分極をスイッチングトルクとす
る液晶素子が、クラーク(Clark)及びラガウェル
(Lagerwall)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)カイラルスメクチック液晶素子がある。この
素子には液晶として、一般にカイラルスメクチックC相
またはカイラルスメクチックH相からなる強誘電性液晶
(FLC)が用いられている。この強誘電性液晶は、自
発分極により反転スイッチングを行うため、非常に速い
応答速度を有し、さらに視野角特性も優れていることか
ら、高速、高精細、大面積の単純マトリクス表示素子或
いはライトバルブとして適していると考えられる。
【0005】また、最近では、チャンダニ、竹添らによ
り、カイラルスメクチック反強誘電性液晶素子も提案さ
れている〔ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライ
ド・フィジックス(Japanese Journal
of Applied Physics)第27巻、
1988年L729頁〕。そして、最近この反強誘電性
液晶材料のうち、しきい値レスでヒステリシスが小さ
く、階調表示に有利な特性を有するV字型応答特性が発
見された(例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・
アプライド・フィジックス、第36巻、1997年35
86頁)。
【0006】また、自発分極をスイッチングトルクとす
るV字型スイッチング液晶としては、単安定表面安定化
FLC(例えば、ジャーナル・オブ・アプライド・フィ
ジックス、第61巻、1987年2400頁)、デフォ
ームドヘリックスFLC(例えば、フェロエレクトロニ
クス、第85巻、1988年173頁)、ツイストスメ
クチックFLC(例えばアプライド・フィジックス・レ
ター、第60巻、1992年280頁)、しきい値レス
反強誘電性液晶、高分子液晶安定化FLC(例えば、S
ID’96ダイジェスト、1996年699頁)などが
ある。
【0007】これらの液晶を用い、アクティブマトリク
スタイプの液晶素子とし、高速のディスプレイを実現し
ようという動きが活発になってきている(例えば、特開
平9−50049号公報)。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記強
誘電性を有するカイラルスメクチック液晶を用いたアク
ティブマトリクスタイプの素子においては、ヒステリシ
スに基づく残像、経時的な配向の劣化、焼き付き等信頼
性の面で尚問題があり、これらの問題の解決が強く求め
られている。
【0009】本発明の目的は、上記問題を解決し、高速
応答、高画質、高信頼性の液晶素子を実現することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の液晶素子は、一
対の基板間にカイラルスメクチック液晶を狭持してな
り、複数の画素を有し、各画素の液晶を画素毎に配した
アクティブ素子によってマトリクス駆動するアクティブ
マトリクスタイプの液晶素子であって、上記液晶が無電
界状態で少なくとも2つの安定状態を有し、相異なる安
定状態へのスイッチングしきい値電圧の差が100mV
以上であり、上記2つの相異なる安定状態間で印加電圧
に応じた中間調状態をとることを特徴とする。
【0011】また、本発明の液晶素子の駆動方法は、上
記本発明の液晶素子の駆動方法であって、より安定な状
態に画素全面をリセットした後、表示状態に応じた電圧
を当該画素の液晶に印加して書き込みを行うことを特徴
とする。
【0012】
【発明の実施の形態】先ず、本発明の液晶素子の構成を
説明する。
【0013】図1、図2に本発明の液晶素子の一実施形
態の構成を模式的に示す。図1はその平面模式図、図2
は断面模式図である。図中、11は列ドライバ、12は
行ドライバ、13は画素電極、14はTFT、15は走
査信号線、16は走査信号線の端部、17は情報信号
線、18は情報信号線の端部、21,22は基板、24
は共通電極、22,25は配向膜、27は液晶層、26
はスペーサー、28は封止材である。
【0014】本発明において、基板21,22として
は、ガラス、プラスチック等透明基板が用いられる。電
極13,24は、通常ITOの透明導電材で形成され
る。
【0015】本発明の液晶素子は、液晶の相異なる安定
状態へのスイッチングしきい値電圧の差が100mV以
上であるが、このような非対称性は具体的には、例えば
上下基板の配向膜23,25を異なるものとした非対称
セル、或いは、強誘電性液晶においてはいずれかの安定
状態に焼き付きを起こした場合等に現れる。本発明にお
いては、焼き付きを起こさずにこの非対称性を実現する
ため、好ましくは、上下基板の配向膜23,25を互い
に異なるものとする。より具体的には、一方を一軸配向
制御層とすることが望ましい。
【0016】本発明に用いうる一軸配向制御層の形成方
法としては、例えば基板上に溶液塗工または蒸着、或い
はスパッタリング等により、一酸化珪素、二酸化珪素、
酸化アルミニウム、ジルコニア、フッ化マグネシウム、
酸化セリウム、フッ化セリウム、シリコン窒化物、シリ
コン炭化物、ホウ素窒化物などの無機物や、ポリビニル
アルコール、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリエス
テル、ポリアミド、ポリエステルイミド、ポリパラキシ
レン、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリ
ビニルクロライド、ポリスチレン、ポリシロキサン、セ
ルロース樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、アクリル樹
脂などの有機物を用いて皮膜形成した後、表面をビロー
ド、布或いは紙等の繊維状のもので摺擦(ラビング)す
ることにより得られる。また、SiO等の酸化物或いは
窒化物などを基板の斜方から蒸着する、斜方蒸着法など
も用いられる。
【0017】特に、より良好な一軸配向性を得るために
は、下記一般式(1)で示される繰り返し単位を有する
ポリイミド配向膜が好ましく用いられる。通常ポリイミ
ドはポリアミック酸の形で塗膜し、焼成することで得ら
れる。ポリアミック酸は溶剤に易溶解性であるため生産
性に優れる。最近では溶剤に可溶なポリイミドも生産さ
れており、そういった技術の進歩の上からもポリイミド
はより良好な一軸配向性を得ることができ、高い生産性
を有する点で好ましく用いられる。ポリイミド膜の膜厚
は薄い方が反電場による悪影響を抑制する意味で好まし
く、具体的には200Å以下が好ましい。
【0018】
【化1】
【0019】また、一軸配向制御層でない側の配向膜と
しては、上記一軸配向制御層に使用した材質で一軸配向
制御処理を施していないもの、各種高分子材料、反電場
の影響を抑制する意味で導電性を有する膜等が挙げられ
る。導電性を有する膜としては、導電性微粒子をバイン
ダー材質に分散した膜が挙げられ、一軸配向制御層とし
て好ましく用いられるポリイミド膜と帯電特性に差を付
けることができる点で好ましく用いられる。また、塗布
溶媒を変えることでも上下の配向膜の非対象性を変化さ
せることが可能である。上下基板21,22はスペーサ
ー26を介して対向は位置されるが、均一な一軸配向
性、また無電界持に液晶分子の平均分子軸をほぼ配向処
理軸の平均方向と実質的に同一にする配向状態を発現さ
せるべく、セルギャップは0.3〜10μmとすること
好ましい。
【0020】基板21,22上には、配向膜13,25
以外にもショート防止のための絶縁層を設けることが可
能である。
【0021】本発明の液晶素子の液晶層27としては、
強誘電性液晶、反強誘電性液晶等のカイラルスメクチッ
ク液晶が用いられる。好ましくは、表面安定化強誘電性
液晶が用いられる。これらの液晶は、自発分極をスイッ
チングトルクとしているため、高速液晶素子を実現する
ことができる。具体的には、駆動電圧に依存するが、ス
イッチングスピードとして、1msec以下或いは50
0μsec以下、さらには100μsec以下にするこ
とも可能である。
【0022】本発明の液晶素子は、2つの相異なる安定
状態間で一方から他方へのスイッチングしきい値電圧に
100mV以上の非対称性があるにも関わらず、無電界
状態で少なくとも2つの安定状態を有していることが大
きな特徴である。通常、このようなしきい値電圧に大き
な非対称性があると無電界状態においても単安定とな
る。本発明で好ましく用いられる液晶は、双安定性を有
する強誘電性液晶であり、このような非対称条件下でも
双安定性を実現するためには、2つの安定状態間の遷移
の活性化エネルギーが大きい必要があり、様々な方法で
実現することができる。
【0023】例えば、チルト角の大きい液晶が好まし
い。代表的には15°以上のチルト角が好ましい。ま
た、ツイスト状態を持たない、ユニフォームの2状態を
持つ双安定性液晶も好ましく用いられる。この場合、ツ
イスト状態を抑制する意味で液晶中のイオンの存在が少
ないほど好ましい。さらに、自発分極があまり大きくな
いカイラルスメクチック液晶も2状態間のしきい値電圧
が大きくなる傾向を持っており、好ましく用いられる。
具体的には、自発分極は10nC/cm2以下が好まし
い。また、ヒステリシスを抑制する意味でも自発分極は
小さい方が好ましい。
【0024】本発明におけるチルト角及び自発分極の測
定方法を以下に示す。
【0025】〔チルト角〕±30〜±50V、1〜10
0HzのAC(交流)を液晶素子の上下基板間に電極を
介して印加しながら、直交クロスニコル下、その間に配
置された液晶素子を偏光板として平行に回転させると同
時に、フォトマル(浜松フォトニクス社製)で光学応答
を検知しながら、第1の消光位(透過率が最も低くなる
位置)及び第2の消光位を求める。そしてこの時の第1
の消光位から第2の消光位までの角度の1/2をチルト
角とする。
【0026】〔自発分極〕K.ミヤサト他「三角波によ
る強誘電性液晶の自発分極の直接測定方法」(日本応用
物理学会誌、22,10号(661)1983、”Di
rect Method with Triangul
ar Waves for Measuring Sp
ontaneous Polarization in
Ferroelectric Liquid Cry
stal”、as described by K.M
iyasato et al.(Jap.J.App
l.Phys.22.No.10,L661(198
3))によって測定する。
【0027】本発明に用いられるカイラルスメクチック
液晶としては、次のフッ素含有液晶化合物を含む液晶組
成物が好ましい。即ち、カイラルもしくはアカイラルな
メチレングループを少なくとも1つ有し且つ連鎖中エー
テル酸素を1つ以上有していても良いフルオロケミカル
末端部分と、カイラルもしくはアカイラルな飽和炭化水
素末端部分とを、中央コア部分で結合してなり、スメク
チック相もしくは潜在的スメクチック相を持つフッ素含
有液晶化合物である。本発明においてはさらに、上記フ
ッ素含有液晶化合物群のみで構成された液晶組成物を用
いることが望ましい。上記フッ素含有液晶化合物を含む
液晶組成物は、精製度を高めることにより、イオン含有
量を少なくできること、良好なユニフォーム配向性を持
つこと、ジグザグ欠陥を回避できるブックシェルフ或い
は層傾き角の小さい構造を現出できること、から好まし
く用いることができる。
【0028】上記フッ素含有液晶化合物の具体例として
は、以下に示した一般式(I),(II),(III)
が挙げられる。
【0029】
【化2】 を表わす。
【0030】ga、ha、iaは独立に0〜3の整数
(但し、ga+ha+iaは少なくとも2である)を表
わす。
【0031】夫々のL1とL2は独立に、単結合、−CO
−O−、−O−CO−、−COS−、−S−CO−、−
CO−Se−、−Se−CO−、−CO−Te−、−T
e−CO−、−CH2CH2−、−CH=CH−、−C≡
C−、−CH=N−、−N=CH−、−CH2−O−、
−O−CH2−、−CO−又は−O−を表わす。
【0032】夫々のX1、Y1、Z1はA1、A2、A3の置
換基であり、独立に−H、−Cl、−F、−Br、−
I、−OH、−OCH3、−CH3、−CN、又は−NO
2を表わし、夫々のja、ma、naは独立に0〜4の
整数を表わす。
【0033】J1は、−CO−O−(CH2ra−、−O
−(CH2ra−、−(CH2ra−、−O−SO2−、
−SO2−、−SO2−(CH2ra−、−O−(CH2
ra−O−(CH2rb−、−(CH2ra−N(Cpa
2pa+1)−SO2−、又は−(CH2ra−N(Cpa
2pa+1)−CO−を表わす。ra及びrbは、独立に1
〜20であり、paは0〜4である。
【0034】R1は、−O−Cqa2qa−O−Cqb
2qb+1、−Cqa2qa−O−Cqb2qb+1、−Cqa2qa
3、−O−Cqa2qa−R3、−CO−O−Cqa2qa
3、又は−O−CO−Cqa2qa−R3を表わし、直鎖
状、分岐状のいずれであっても良い(但し、R3は、−
O−CO−Cqb2qb+1、−CO−O−Cqb2qb+1、−
H、−Cl、−F、−CF3、−NO2、−CNを表わ
し、qa及びqbは独立に1〜20である)。
【0035】R2はCxa2xa−Xを表わす(Xは−H又
は−Fを表わし、xaは1〜20の整数である)。
【0036】
【化3】 を表わす。
【0037】gb、hb、ibはそれぞれ独立に0〜3
の整数(但し、gb+hb+ibは少なくとも2であ
る)を表わす。
【0038】夫々のL3、L4は独立に、単結合、−CO
−O−、−O−CO−、−CO−S−、−S−CO−、
−CO−Se−、−Se−CO−、−CO−Te−、−
Te−CO−、−(CH2CH2ka−(kaは1〜
4)、−CH=CH−、−C≡C−、−CH=N−、−
N=CH−、−CH2−O−、−O−CH2−、−CO−
又は−O−を表わす。
【0039】夫々のX2、Y2、Z2はA4、A5、A6の置
換基であり、独立に−H、−Cl、−F、−Br、−
I、−OH、−OCH3、−CH3、−CF3、−O−C
3、−CN、又は−NO2を表わし、夫々のjb、m
b、nbは独立に0〜4の整数を表わす。
【0040】J2は、−CO−O−Crc2rc−、−O−
rc2rc−、−Crc2rc−、−O−(Csa2sa
O)ta−Crd2rd−、−O−SO2−、−SO2−、−
SO2−Crc2rc−、−Crc2rc−N(Cpb2pb+1
−SO2−、−Crc2rc−N(Cpb2pb+1)−CO−
であり、rc及びrdは独立に1〜20であり、saは
それぞれの(Csa2sa−O)に独立に1〜10であ
り、taは1〜6であり、pbは0〜4である。
【0041】R4は、−O−(Cqc2qc−O)wa−Cqd
2qd+1、−(Cqc2qc−O)wa−Cqd2qd+1、−C
qc2qc−R6、−O−Cqc2qc−R6、−CO−O−C
qc2qc−R6、又は−O−CO−Cqc2qc−R6を表わ
し、直鎖状、分岐状のいずれであっても良い(但し、R
6は−O−CO−Cqd2qd+1、−CO−O−Cqd
2qd+1、−Cl、−F、−CF3、−NO2、−CN、又
は−Hを表わし、qc及びqdは独立に1〜20の整
数、waは1〜10の整数である)。
【0042】R5は、(Cxb2xb−O)za−Cya
2ya+1で表わされる(但し、上記式中xbはそれぞれの
(Cxb2xb−O)に独立に1〜10であり、yaは1
〜10であり、zaは1〜10である)。
【0043】上記一般式(I)で表わされる化合物は、
特開平2−142753号公報、米国特許第5,08
2,587号に記載の方法によって得ることができる。
かかる化合物の具体例を以下に列挙する。
【0044】
【化4】
【0045】
【化5】
【0046】
【化6】
【0047】
【化7】
【0048】
【化8】
【0049】
【化9】
【0050】
【化10】
【0051】
【化11】
【0052】
【化12】
【0053】
【化13】
【0054】
【化14】
【0055】
【化15】
【0056】上記一般式(II)で表わされる化合物
は、国際公開WO93/22396、特表平7−506
368号公報に記載の方法によって得ることができる。
かかる化合物の具体例を以下に列挙する。
【0057】
【化16】
【0058】
【化17】
【0059】
【化18】
【0060】
【化19】
【0061】
【化20】
【0062】
【化21】 を表わす。
【0063】a,b,cは夫々独立に0又は1〜3の整
数(但し、a+b+cは少なくとも1である)を表わ
す。
【0064】A及びBは夫々独立に、共有結合を含む下
記のグループ(方向は問わない)より選択される(kは
1〜4の整数である)。
【0065】−CO−O−、−CO−S−、−CO−S
e−、−CO−Te−、−(CH2CH2k−、−CH
=CH−、−C≡C−、−CH=N−、−CH2−O
−、−CO−、−O−
【0066】X,Y,Zは夫々独立に、−H、−Cl、
−F、−Br、−I、−OH、−OCH3、−CH3、−
CF3、−CN、−NO2より選択される。
【0067】l,m,nは夫々独立に0又は1〜3の整
数を表わす。
【0068】Dは共有結合を含む下記のグループ(方向
は問わない)より選択される。
【0069】−CO−O−Cr2r−、−O−Cr
2r−、−O−OC−Cr2r−、−C≡C−、−CH=
CH−、−CO−、−O−(Cs2sO)t−Cr'2r'
−、−Cr2r−、−(Cs2sO)t−Cr'2r'−、−
O−、−S−、−OSO2−、−SO2−、−SO2−Cr
2r−、−Cr2r−N(Cp2p+1)−SO2−、−N
(Cp2p+1)−、−Cr2r−N(Cp2p+1)−CO
−、−CH=N−、及びこれらの組み合わせ。ここで、
r及びr’は独立に0〜20の整数、sは各(Cs2s
O)について独立に1〜10の整数、tは1〜6の整
数、pは0〜4の整数である。
【0070】Rは、−O−((Cq'2q'-v'−(R’)
v')−O)w−Cq2q+1-v−(R’)v、−((Cq'
2q-v−(R’)v')−O)w−Cq2q+1-v
(R’)v、−CO−O−Cq2q+1-v−(R’)v、−
O−OC−Cq2q+1-v−(R’)v
【0071】
【化22】 −CR’H−(D)g−CR’H−Cq2q+1-v
(R’)v、を表わし、R’は独立に、−Cl、−F、
−CF3、−NO2、−CN、−H、−Cq2q+1、−O
−OC−Cq2q+1、−CO−O−Cq2q+1、−Br、
−OH、−OCq2q+1を表す。q’は各(Cq'2q'
O)について独立に1〜20の整数、qは1〜20の整
数、wは0〜10の整数、vは0〜6の整数、各v’は
独立に0〜6の整数、gは1〜3の整数である。各Dは
独立に前記Dが選択されるグループ(方向は問わない)
から選択される(但し、Dを含む環は3〜10の原子か
ら環が構成される)。各Wは独立にN、CR’、SiR
から選択される。Rはカイラルもしくはアカイラルであ
る。
【0072】Rf’は−R*−D−(O)x−CH2−D’
−Rfを表わし、ここでR*は環状或いは鎖状のカイラル
部分である。D及びD’は夫々独立に前記Dが選択され
るグループ(方向を問わない)から選択される。xは0
又は1の整数、Rfはフルオロアルキル基、パーフルオ
ロアルキル基、フルオロエーテル基、パーフルオロエー
テル基を表わす。
【0073】上記一般式(III)で表わされる化合物
の合成方法例、具体例はWO96/33251に記載さ
れているものが挙げられる。さらに化合物の具体例を以
下に挙げる。
【0074】
【化23】
【0075】
【化24】
【0076】
【化25】
【0077】
【化26】
【0078】本発明の液晶素子は、通常一対の偏光板
(不図示)に狭持し、基板21側から光を照射し、各画
素毎に液晶層27に印加する電圧を変えることによって
透過率を変化させ、出射光の透過量を変化させて表示を
行う。尚、当該構成は透過型の液晶素子の例であって、
基板21或いは画素電極13を反射部材とする、或い
は、基板21上に別途反射部材を備えることによって、
基板22側から入射した光を反射させる反射型液晶素子
を構成することもできる。
【0079】さらに、下側の基板21には、画素電極1
3と各画素電極13に接続されたアクティブ素子14が
マトリクス状に形成されている。14のアクティブ素子
としては、好ましくはTFTが用いられ、アモルファス
シリコン、ポリシリコン、マイクロクリスタルシリコ
ン、単結晶シリコンなどの半導体を用いて形成される。
本例はTFTを用いて構成した素子を示している。TF
Tは通常、基板21上に形成された、ゲート電極、該ゲ
ート電極を覆うゲート絶縁膜、該ゲート絶縁膜上に形成
された半導体層、該半導体層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。
【0080】さらに基板21には、画素電極13の行間
に走査信号線(ゲートライン)15が配線され、画素電
極13の列間に情報信号線(ソースライン)17が配線
されている。各TFT14のゲート電極は対応する走査
信号線15に接続され、ソース電極は対応する情報信号
線17に接続されている。走査信号線15は端部16を
介して行ドライバ12に接続され、情報信号線17は端
部18を介して列ドライバ11に接続される。行ドライ
バ12は走査信号線12を順次選択してゲート信号を印
加し、列ドライバ11は該ゲート信号に同期して、表示
データに対応する情報信号を各情報信号線17に印加す
る。
【0081】走査信号線15は端部16を除いてTFT
14のゲート絶縁膜で覆われており、情報信号線17は
該ゲート絶縁膜上に形成されている。画素電極13は同
じゲート絶縁膜上に形成されており、その一端部におい
てTFT14のドレイン電極に接続されている。
【0082】また、図2の上側の基板22には、下側の
基板21上の各画素電極13に対向する共通電極14が
形成されている。共通電極14は、表示領域全体に亘る
面積の1枚の電極から構成され、基準電圧が印加され
る。また、画素毎に補助容量となるコンデンサが配置さ
れることもある。
【0083】以上のように構成されたアクティブマトリ
クスタイプの液晶素子においては、ゲートオン時に電荷
が画素である液晶セルに注入され、短時間でゲートはオ
フとなり、次の走査ライン上の画素に情報が書き込まれ
る。本発明に用いられる液晶は自発分極を有することか
ら、ゲートオン時間内にスイッチングを完了する場合を
除き、自発分極の反転に伴い、ゲートオフ時に電圧が降
下する。従って、このような理由からも自発分極は大き
過ぎないことが好ましく、前記したように、本発明にお
いて用いられる液晶の自発分極は10nC/cm2以下
が好ましい。これは極性の不純物等の混入による配向劣
化を抑制するためにも好ましい。
【0084】本発明の液晶素子は、無電界状態で少なく
とも2つの安定状態を示し、該安定状態間でこれら状態
間の中間調状態、即ち複数のドメインの共存状態を示
し、一方の安定状態を黒表示、他方を白表示となるよう
に偏光板を配置することにより、これら2安定状態間で
の階調表示が可能である。またさらに、上記中間状態を
メモリーすることができる。
【0085】次に、本発明の液晶素子の駆動方法につい
て説明する。本発明の駆動方法では、本発明の液晶素子
の各画素について、一旦より安定な状態へリセットした
後、表示状態に応じた電圧を印加して書き込みを行うこ
とを特徴とする。ここで、より安定な状態へリセットす
る意味は、より不安定な状態へリセットする場合に比べ
て、前状態履歴を抑制し、階調表現能力の再現性を高め
る効果を有しているためである。このため、本発明の液
晶素子においては、表示領域の一部分をメモリー状態と
しその他を駆動状態とする部分画素書き換え、或いは全
面をメモリー状態として使用する静止画モード、或いは
低消費電力モードといった応用展開ができる。
【0086】さらに本発明の液晶素子の駆動方法におい
て、一画素に着目した場合に、情報信号線から交互に極
性の反転した電圧信号が入力されることが好ましい。本
発明において、このような極性反転駆動を行う場合、以
下に記載する方法が好ましく用いられる。
【0087】先ず、初期状態(より安定な状態へのリセ
ット状態)からより不安定な方向にスイッチングする符
号の電圧信号を与え、液晶をスイッチングさせ、光変調
信号に変換する。これはもちろん階調表示が可能であ
る。次に、極性の異なる信号を与えるとより安定な方向
にスイッチングする。安定方向にスイッチングした状態
は、直交した偏光板の光軸の一方を該安定状態の光軸に
合わせて使用するノーマリーブラックの素子として使用
した場合、本来の表示の間に黒状態もしくはそれに非常
に近い状態を表示することになる。この場合、表示素子
としてこの素子を見ると、1フレーム中に表示期間と非
表示期間を設けた非ホールド型表示となり、本発明の液
晶素子が高速スイッチングすることから、動画表示の画
質に優れる点で非常に好ましい。この安定な状態にスイ
ッチングさせている非表示期間と、より不安定な状態に
スイッチングさせている表示期間との時間比は特に限定
されないが、DC成分の偏りを最小化して焼き付きを抑
制する意味で、1対9〜9対1の範囲が好ましく、さら
に好ましくは、3対7〜7対3の範囲である。より安定
な方向にスイッチングさせる情報信号電圧値に関して、
この時間比と合わせてトータルでDC成分の偏りを最小
化することも好ましい形態である。具体的には、時間比
を1対1とし、表示期間に印加した書き込み信号と絶対
値が同等で極性の異なるリセット信号を該表示期間の直
前または直後に設けた非表示期間に与える方法が挙げら
れる。
【0088】本発明の液晶素子は、直視型にも投写型に
も応用され、またプリンター等のライトバルブとしても
使用可能である。
【0089】本発明の液晶素子を用いて、種々の機能を
持った液晶装置を構成することができるが、その一例
が、該素子を表示パネル部に使用し、図3,図4に示し
たゲート線アドレス情報を持つ画像情報からなるデータ
フォーマット及びSYN信号による通信同期手段をとる
ことにより、液晶表示装置を実現するものである。図
中、101は液晶表示装置、102はグラフィックコン
トローラー、103は表示パネル、104はゲートライ
ン駆動回路、105は情報線駆動回路、106はデコー
ダ、107はゲートライン信号発生回路、108はシフ
トレジスタ、109はラインメモリ、110は情報信号
発生回路、111は駆動制御回路、112はGCPU、
113はホストCPU、114はVRAMである。
【0090】画像情報の発生は、本体装置のグラフィッ
クコントローラー102にて行われ、図3及び図4に示
した信号伝達手段に従って表示パネル103へと転送さ
れる。グラフィックコントローラー102はGCPU
(中央演算装置)及びVRAM(画像情報格納用メモ
リ)114を核にホストCPU113と液晶表示装置1
01間の画像情報の管理や通信を司っている。尚、該表
示パネルの裏面には光源が配置されている。
【0091】本発明の液晶素子を用いて構成された液晶
表示装置においては、液晶素子が良好なスイッチング特
性を有するため、優れた駆動特性、信頼性を発揮し、高
速、大面積の表示画像を得ることができる。
【0092】
【実施例】(実施例1)下記化合物をA/B/C/D=
15/55/25/5(重量%)で混合して液晶組成物
αを調整した。この液晶組成物の相転移温度はTiso
87℃、SmA→SmC*転移温度が52℃であった。
チルト角は26°、自発分極は6.0nC/cm2(い
ずれも30℃)であった。
【0093】
【化27】
【0094】厚さ1.1mmの2枚のガラス基板にそれ
ぞれ、透明電極として厚さが約70nmのITO膜を形
成した。その後、両基板に対して、下記の繰り返し単位
を有するポリイミドの前駆体のポリアミック酸の0.7
重量%溶液を1回目は500rpmで5秒間、2回目は
1500rpmで30秒間の条件で回転塗布した。
【0095】
【化28】
【0096】その後、80℃で5分間の前乾燥を行った
後、220℃で1時間加熱焼成を施した。得られたポリ
イミド膜の膜厚は60Åであり、このポリイミド膜に一
軸配向処理としてナイロン布によるラビング処理を施し
た。
【0097】次に、一方の基板に、ラダー型のポリシロ
キサンの母材とアンチモンドープのSnOxの酸化物超
微粒子(粒径約100Å)の分散した固形分濃度が10
重量%のエタノール/メタノール/イソプロパノール=
44/43/13(重量%)溶液を1500rpmで1
0秒間の条件でスピンコート法により塗布した。80
℃、5分間の前乾燥を行った後、200℃で1時間加熱
乾燥した。この基板表面に平均粒径が2.4μmのシリ
カビーズを0.01重量%で分散させたIPA(イソプ
ロパノール)溶液を1500rpm、10secの条件
でスピン塗布し、分散密度100/mm2程度のビーズ
スペーサーを散布した。この基板上に、熱硬化型の液状
接着剤を印刷法により塗工した。この基板に、上記ポリ
イミド膜のみを形成した基板を対向して貼り合わせ、1
50℃のオーブンで90分間加熱硬化し、セルを得た。
【0098】前記液晶組成物αに活性アルミナ微粒子1
重量%を混合した後、上記セルに注入し、5Hz、±7
Vの三角波を印加し、口述する光学応答測定法により電
圧−透過率曲線を測定したところ、典型的な双安定強誘
電性液晶のヒステリシスカーブが得られ、50%反転時
のしきい値電圧の差は180mVであった。
【0099】次に、単結晶シリコントランジスタ(オン
抵抗50Ω)を用い、上記構成の液晶セル(面積0.9
cm2)及び2nFのセラミックコンデンサを接続し
て、図6に示す構成のアクティブマトリクスタイプの液
晶素子を作製した。尚、図6中、61は情報信号線、6
2は走査信号線、63は単結晶シリコントランジスタ、
64は液晶セル、65はコンデンサである。
【0100】上記素子に、選択期間が30μsecとな
るようなゲート信号を与え、情報信号線61からは図5
に示したような30μsec幅のパルス信号を与えた。
図5の波形において、30μsec幅の正極性パルスが
書き込み信号であり、30μsec幅の負極性パルスが
非表示期間を形成するリセットパルスである。また、1
フレームは16msecとし、正極性パルスを印加以降
8msec間を表示期間、その直後に負極性パルスが加
えられ、負極性パルス印加以降8msecが非表示期間
である。
【0101】次に、得られた素子の電気光学応答を測定
した。測定は光電子倍増管を備えた偏光顕微鏡を用い、
透過率の変化をクロスニコル下で測定した。この時、電
界無印加の状態で最暗となるようにセルを設置した。
【0102】下記に白1の時の透過率を100%とした
場合の各フレーム毎の透過率を示す。 白2=99% 白3=99% 白4=100% グレー1=35% グレー2=39% グレー3=39% グレー4=41% 黒1<1% 黒2<1% 黒3<1% 黒4<1%
【0103】以上のように、前状態の如何に関わらず、
再現性よく光変調が行われ、ヒステリシスはほとんどな
かった。また、白状態へのスイッチングスピード(90
%スイッチングまでの時間)を測定したところ、290
μsecであった。
【0104】(実施例2)実施例1のアクティブマトリ
クスタイプの液晶素子について、図5の白波形で表され
ている波形を100時間連続して印加し続けた。その
後、図5に示される波形を用い、白、グレー、黒の各波
形による透過率を前記と同様に測定したところ、実施例
1とほとんど同等の透過率が各フレームで測定され、本
発明の液晶素子では液晶の焼き付きが抑制されることが
わかった。
【0105】(実施例3)実施例1で用いた液晶化合物
の組成を、A/B/D=37/55/8(重量%)に変
えた以外は実施例1と同じ構成のアクティブマトリクス
タイプの液晶素子を作製し、電気光学応答特性を測定し
た。結果を下記に示す。尚、本発明で用いた液晶組成物
の30℃での自発分極は9.6nC/cm2であった。 白2=98% 白3=100% 白4=100% グレー1=45% グレー2=50% グレー3=49% グレー4=51% 黒1<1% 黒2<1% 黒3<1% 黒4<1%
【0106】以上のように、再現性良く光変調が行わ
れ、ヒステリシスはほとんどなかった。また、この素子
で実施例2と同様に焼き付き耐久測定を行ったところ、
上記と同様の透過率が得られた。
【0107】(実施例4)実施例1のアクティブマトリ
クスタイプの液晶素子において、図5のグレー3のリセ
ット信号の前まで印加し、1秒後にゲートを開いて液晶
の上下を無電界とした。この状態で、ドメイン階調によ
る中間調が表示されていた。以後、時間が経過してもこ
の状態が維持された。同様に、実施例3の素子を用いて
同様の表示を行ったところ、同様にドメイン階調のメモ
リー状態を維持できた。以上のことから、部分動画表
示、部分静止画表示が可能であること、全面静止画表示
或いは低消費電力モードが可能であることがわかった。
【0108】(実施例5)実施例1において、ポリイミ
ド膜の膜厚を100Åとしたセルを作製し、実施例1で
用いた液晶組成物αを注入した。この液晶セルにおける
2安定状態間のしきい値電圧の差は200mVであっ
た。このセルを用いて実施例1と同様のアクティブマト
リクス素子を構成し、光学応答特性を測定したところ、
階調再現性良く光変調を行うことができた。また、この
素子を用いて実施例4と同様にメモリー機能を観察した
ところ、実施例4と同様のメモリー性が観測された。
【0109】(比較例)実施例1で作製したセルに、強
誘電性液晶(チッソ社製「CS1014」)を注入し、
10VのDCを100時間印加し、単安定液晶とした。
しきい値電圧の差は100mV以上であった。しかしな
がら、実施例4と同様にメモリー機能を観察したとこ
ろ、メモリー性は確認されなかった。
【0110】
【発明の効果】本発明によれば、カイラルスメクチック
液晶を用いたアクティブマトリクスタイプの液晶素子に
おいて、残像の原因になるヒステリシス、経時的な配向
の劣化、焼き付き等信頼性の面での問題が改善され、さ
らに、メモリー性を有する高機能、高速応答、高画質の
液晶素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶素子の一実施形態の平面模式図で
ある。
【図2】本発明の液晶素子の一実施形態の断面模式図で
ある。
【図3】本発明の液晶素子を備えた液晶表示装置とグラ
フィックコントローラを示すブロック図である。
【図4】図3の液晶表示装置とグラフィックコントロー
ラーとの間の画像情報通信タイミングチャートを示す図
である。
【図5】本発明の実施例で用いた電圧波形である。
【図6】本発明の実施例で作製したアクティブマトリク
スタイプの液晶素子の等価回路図である。
【符号の説明】
11 列ドライバ 12 行ドライバ 13 画素電極 14 TFT 15 走査信号線(ゲート線) 16 走査信号線端部 17 情報信号線(ソース線) 18 情報信号線端部 21,22 基板 23,25 配向膜 24 共通電極 26 スペーサー 27 液晶層 28 封止材 61 情報信号線 62 走査信号線 63 単結晶シリコントランジスタ 64 液晶セル 65 補助容量 101 液晶表示装置 102 グラフィックコントローラー 103 表示パネル 104 ゲートライン駆動回路 105 情報線駆動回路 106 デコーダ 107 ゲートライン信号発生回路 108 シフトレジスタ 109 ラインメモリ 110 情報信号発生回路 111 駆動制御回路 112 GCPU 113 ホストCPU 114 VRAM
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野口 幸治 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 糠信 恒樹 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 柳生 峰人 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 寺田 匡宏 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 2H088 EA03 EA12 EA40 GA04 GA17 HA08 HA18 JA17 JA19 KA14 KA28 MA12 MA13 MA18 MA20 2H090 HA11 HB02Y HB03Y HB04Y HB07Y HB08Y HC05 JB02 JB03 KA14 KA15 MA02 MA11 MB03 2H093 NA16 NA34 NA53 NB22 NC22 NC26 NC29 NC34 ND12 NF17 NF19 NG02 NG12 5C006 AA02 AA16 AC26 BA12 BB16 FA11 FA34 FA47 GA03 5C080 AA10 BB05 DD29 EE29 FF11 JJ02 JJ04 JJ06

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の基板間にカイラルスメクチック液
    晶を狭持してなり、複数の画素を有し、各画素の液晶を
    画素毎に配したアクティブ素子によってマトリクス駆動
    するアクティブマトリクスタイプの液晶素子であって、
    上記液晶が無電界状態で少なくとも2つの安定状態を有
    し、相異なる安定状態へのスイッチングしきい値電圧の
    差が100mV以上であり、上記2つの相異なる安定状
    態間で印加電圧に応じた中間調状態をとることを特徴と
    する液晶素子。
  2. 【請求項2】 上記基板の液晶と接する表面に、上下基
    板で異なる配向膜が設けられている請求項1記載の液晶
    素子。
  3. 【請求項3】 上記配向膜の一方が一軸配向制御層であ
    る請求項2記載の液晶素子。
  4. 【請求項4】 上記中間調状態が、ドメインにより形成
    される請求項1〜3のいずれかに記載の液晶素子。
  5. 【請求項5】 上記カイラルスメクチック液晶が、双安
    定性を有する強誘電性液晶である請求項1〜4のいずれ
    かに記載の液晶素子。
  6. 【請求項6】 上記カイラルスメクチック液晶が液晶組
    成物であって、カイラルもしくはアカイラルなメチレン
    グループを少なくとも1つ有し且つ連鎖中エーテル酸素
    を1つ以上有していても良いフルオロケミカル末端部分
    と、カイラルもしくはアカイラルな飽和炭化水素末端部
    分とを、中央コア部分で結合してなり、スメクチック相
    もしくは潜在的スメクチック相を持つフッ素含有液晶化
    合物を含有する請求項1〜5のいずれかに記載の液晶素
    子。
  7. 【請求項7】 上記カイラルスメクチック液晶が、上記
    フッ素含有液晶化合物群のみで構成された液晶組成物で
    ある請求項7記載の液晶素子。
  8. 【請求項8】 上記カイラルスメクチック液晶の自発分
    極が10nC/cm2以下である請求項1〜7のいずれ
    かに記載の液晶素子。
  9. 【請求項9】 上記アクティブ素子がトランジスタであ
    る請求項1〜7のいずれかに記載の液晶素子。
  10. 【請求項10】 請求項1〜9のいずれかに記載の液晶
    素子の駆動方法であって、より安定な状態に画素全面を
    リセットした後、表示状態に応じた電圧を当該画素の液
    晶に印加して書き込みを行うことを特徴とする液晶素子
    の駆動方法。
  11. 【請求項11】 各画素の液晶に対して、各フレームに
    おいて、表示期間と非表示期間を設け、非表示期間には
    表示期間に印加した信号電圧と極性が反転した信号電圧
    を印加する請求項10記載の液晶素子の駆動方法。
  12. 【請求項12】 少なくとも一部の画素において、書き
    込み後に印加電圧を除去して非駆動状態で表示を行う請
    求項10または11に記載の液晶素子の駆動方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100810289B1 (ko) * 2005-03-31 2008-03-07 엔이씨 엘씨디 테크놀로지스, 엘티디. 액티브 매트릭스형 쌍안정성 표시 장치
KR101082153B1 (ko) 2005-03-31 2011-11-09 엔엘티 테크놀로지 가부시키가이샤 액티브 매트릭스형 쌍안정성 표시 장치

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