JPH0422490B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、表示装置や液晶−光シヤツタアレイ
等に適用する液晶装置に関し、詳しくは表示特性
と駆動特性を改善した液晶装置に関する。 〔従来の技術〕 従来の液晶素子としては、例えばエム．シヤツ
ト（M.Schadt）とダブリユー．ヘルフリツヒ
（W.Helfrich）著“アプライド．フイジツクス・
レターズ”（“Applied Physics Letters”）第18
巻、第４号（1971年２月15日発行）、第127頁〜
128頁の“ボルテージ・デイペンダント・オプテ
イカル・アクテイビテイー・オブ・ア・ツイステ
ツド・ネマチツク・リキツド・クリスタル”
（“Voltage Dependent Optical Activity of ａ
Twisted Nematic Liquid Crystal”）に示さ
れたツイステツド・ネマチツク（twisted
Nematic）液晶を用いたものが知られている。
このTN液晶は、画素密度を高くしたマトリクス
電極構造を用いた時分割駆動の時、クロストーク
を発生する問題点があるため、画素数が制限され
ていた。 又、各画素に薄膜トランジスタによるスイツチ
ング素子を接続し、各画素毎をスイツチングする
方式の表示素子が知られているが、基板上に薄膜
トランジスタを形成する工程が極めて煩雑な上、
大面積の表示素子を作成することが難ずかしい問
題点がある。 このような従来型の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（Clark）およびラガウエル
（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
等）。双安定性を有する液晶としては、一般に、
カイラルスメクチツク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双安定状態を有し、従つ
て前述のTN型の液晶で用いられた光学変調素子
とは異なり、例えば一方の電界ベクトルに対して
１つの光学的安定状態に液晶が配向し、他方の電
界ベクトルに対しては他方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。この点は、本発明と関連し
て、以下に、更に詳細に説明する。しかしなが
ら、この双安定性を有する強誘導性液晶素子は、
一般にセル厚が2μｍ以下で、それ以上のセル厚
となると高コントラストの表示が得られない問題
点がある。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明の目的は、前述した事情に鑑み、表示特
性及び駆動特性を改善した液晶光学素子を提供す
ることにある。 〔問題点を解決するための手段、作用〕 本発明は、 ａ 走査電極群と信号電極群との交差部で画素を
形成したマトリクス電極構造と、該走査電極群と
信号電極群との間に配置され、電界が印加されて
いない時、液晶分子が第１の安定配向と第２の安
定配向との何れか一方に配向し、該第１の安定配
向の平均分子軸と第２の安定配向の平均分子軸と
の間で角度2θを生じ、誘電率異方性が負の値を生
じる強誘電性液晶とを有する液晶セルと、 ｂ 第１の安定配向の液晶分子を第２の安定配向
とは反対側に移動させて第３の安定配向に配向さ
せ、第２の安定配向の液晶分子を第１の安定配向
とは反対側に移動させて第４の安定配向に配向さ
せ、該第３の安定配向の平均分子軸と第４の安定
配向の平均分子軸との間の角度を前記角度2θより
大きくする交流電圧を、前記マトリクス電極構造
に印加する手段と、 ｃ 前記走査電極群上の画素に、同時に、第３の
安定配向の液晶分子を第４の安定配向に転移させ
るのに十分な一方極性の第１電圧を印加した後、
走査電極を順次走査し、走査選択された走査電極
上の画素に、選択的に、第４の安定配向の液晶分
子を第３の安定配向に転移させるのに十分な他方
極性の第２電圧を印加する手段と、 ｄ 第３の安定配向に配向した液晶分子を通過し
た光線と、第４の安定配向に配向した液晶分子を
通過した光線との間で、光学的相違を生じさせる
手段と を有する液晶装置を特徴としている。 〔実施例〕 以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明
を更に詳細に説明する。 本発明で用いる液晶材料として、特に適したも
のは、カイラルスメクチツク液晶であつて、強誘
電性を有するものである。具体的にはカイラルス
メクテツクＣ相（SmC^*）、カイラルスメクテツ
クＧ相（SmG^*）、カイラルスメクテツクＦ相
（SmF^*）、カイラルスメクテツクＩ相（SmI^*）
又はカイラルスメクテツクＨ相（SmH^*）の液晶
を用いることができる。 強誘電性液晶の詳細については、たとえば
“ル・ジユルナール・ド・フイジイク・レツトル”
（“LE JOURNAL DEPHYSIQUE LETTRE”）
36（Ｌ−69）1975年「フエロエレクトリツク・リ
キツド・クリスタル」（Ferroelectric Liquid
Crystals；“アプライド・フイジイツクス・レタ
ーズ”（“Applid Physics Letters”）36111980年
「サブミクロ・セカンド・バイステイブル・エレ
クトロオプテイツク・スイツチング・イン・リキ
ツド・クリスタルス」（「Submicro Second
Bistable Electrooptic Switching in Liquid
Crystals」）；“固体物理”161411981「液晶」等に
記載されており、本発明ではこれらに開示された
もののうち、負の誘電率異方性をもつ強誘電性液
晶を用いることができる。特に、好ましい強誘電
性液晶としては、これより高温側でコレステリツ
ク相を示すものを用いることができ、例えば下述
の実施例に挙げた相転移温度を示すフエニルエス
テル系液晶を用いることができる。 これらの材料を用いて素子を構成する場合、液
晶化合物が所望の相となるような温度状態に保持
する為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込ま
れた銅ブロツク等により支持することができる。 第１図は、強誘電性液晶の動作説明のために、
セルの例を模式的に描いたものである。以下、所
望の相としてSmC^*を例にとつて説明する。 １１ａと１１ｂは、In₂O₃，SnO₂あるいはITO
（Indium−Tin Oxide）等の薄膜からなる透明電
極で被覆された基板（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に
配向したSmC^*相の液晶が封入されている。太線
で示した線１３が液晶分子を表わしており、この
液晶分子１３は基板の面方向に連続的にらせん構
造を形成している。このらせん構造の中心軸１５
と液晶分子１３の軸方向とのなす角度をとして
表わす。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１１ｂ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⊥）１４
がすべて電界方向に向くよう、液晶分子１３は配
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
向で屈折異方性を示し、従つて例えばガラス面の
上下に互いにクロスニコルの偏光子を置けば、電
圧印加極性によつて光学特性が変わる液晶光学素
子となることは、容易に理解される。 本発明の液晶光学素子で好ましく用いられる液
晶セルは、例えば10μ以下とすることができる。
このような液晶層が薄くなるにしたがい、第２図
に示すように電界を印加していない状態でも液晶
分子のらせん構造がほどけ、非らせん構造とな
り、その双極子モーメントPaまたはPbは上向き
２４ａ又は下向き２４ｂのどちらかの状態をと
る。この液晶分子軸２３ａの分子軸と２３ｂのな
す角度の1/2の角度をチルト角と称し、このチ
ルト角はらせん構造をとる時のコーンのなす頂
角に等しい。このようなセルに、第２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
電圧印加手段２１ａと２１ｂにより付与すると、
双極子モーメントは、電界Ea又はEbの電界ベク
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、１つの安
定配向２３ａあるいは他の安定配向２３ｂの何れ
か一方に配向する。 このような強誘電性を液晶光学素子として用い
ることの利点は、先にも述べたが２つある。その
第１は、応答速度が極めて速いことであり、第２
は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２図によつて更に説明
すると、電界Eaを印加すると液晶分子は１つの
安定配向２３ａに配向するが、この状態は電界を
切つても安定である。又、逆向きの電界Ebを印
加すると、液晶分子は他の安定配向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
つてもこの状態に留つている。 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厚が出来るだけ薄い方が好
ましい。 このような強誘電性を有する液晶で素子を形成
するに当つて最も問題となるのは、先にも述べた
ように、SmC^*相を有する層が基板面に対して垂
直に配列し且つ液晶分子が基板面に略平行に配向
したモノドメイン性の高いセルを形成することが
困難なことである。 ところで、従来より大面積の液晶セルを製造す
る上で、基板表面に一軸性の配向処理を施す方法
が知られている。この一軸性の配向処理法として
は基板表面をビロード、布や紙で一方向にラビン
グする方法あるいは基板表面にSiOやSiO₂を斜方
蒸着する方法などが挙げられる。 しかしながら、強誘電性液晶に対して、このよ
うなラビング法や斜方蒸着法を適用しても、配向
処理を施すこと自体が、前記した液晶分子の双安
定性を阻害するため、所謂メモリー性を生かした
駆動法を採用する場合には一軸性配向処理では、
不適当なものと考えられていた。 ところが、本発明者らが鋭意検討した結果、基
板表面に適正な一軸性の配向処理を施すことによ
り、以下に詳述する如く、ある特定化された双安
定状態を達成することが可能であり、メモリー性
を生かした駆動が達成し得ることが明らかとなつ
た。 第３図ＡとＢは、本発明の液晶素子の一実施例
を示している。第３図Ａは、本発明の液晶素子の
平面図で、第３図ＢはそのＡ−A′断面図である。 第３図で示すセル構造体１００は、ガラス板又
はプラスチツク板などからなる一対の基板１０１
ａと１０１ｂをスペーサ１０４で所定の間隔に保
持され、この一対の基板をシーリングするために
接着剤１０６で接着したセル構造を有しており、
さらに基板１０１ａの上には複数の透明電極１０
２からなる電極群（例えばマトリクス電極構造の
うちの走査電圧印加用電極群）が例えば帯状パタ
ーンなどの所定パターンで形成されている。基板
１０１ｂの上には前述の透明電極１０２と交差さ
せた複数の透明電極１０２ｂからなる電極群（例
えば、マトリクス電極構造のうちの信号電圧印加
用電極群）が形成されている。 このような透明電極１０２ｂを設けた基板１０
１ｂには、例えば、一酸化硅素、二酸化硅素、酸
化アルミニウム、ジルコニア、フツ化マグネシウ
ム、酸化セリウム、フツ化セリウム、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
絶縁物質や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、ポリパ
ラキシリレン、ポリエステル、ポリカーボネー
ト、ポリビニルアセタール、ポリ塩化ビニル、ポ
リアミドポリスチレン、セルロース樹脂、メラミ
ン樹脂、ユリア樹脂やアクリル樹脂などの有機絶
縁物質を用いて被膜形成した配向制御膜１０５を
設けることができる。 この配向制御膜１０５は、前述の如き無機絶縁
物質又は有機絶縁物質を被膜形成した後に、その
表面をビロード、布や紙で一方向に摺擦（ラビン
グ）することによつて得られる。 本発明の別の好ましい具体例では、SiOやSiO₂
などの無機絶縁物質を基板１０１ｂの上に斜め蒸
着法によつて被膜形成することによつて、配向制
御膜１０５を得ることができる。 第８図に示された装置に於いてベルジヤー８０
１は吸出口８０５を有する絶縁基板８０３上に載
置され、前記吸出口８０５から伸びる（図示され
ていない）真空ポンプによりベルジヤー８０１が
真空にされる。タングステン製又はモリブデン製
のるつぼ８０７はベルジヤー８０１の内部及び底
部に配置され、るつぼ８０７には数グラムの
SiO，SiO₂，MgF₂などの結晶８０８が載置され
る。るつぼ８０７は下方の２つのアーム８０７
ａ，８０７b′を有し、前記アームは夫々導線８０
９，８１０に接続される。電源８０６及びスイツ
チ８０４がベルジヤー８０１の外部導線８０９，
８１０間に直列に接続される。基板８０２はベル
ジヤー８０１の内部でるつぼ８０７の真上にベル
ジヤー８０１の垂直軸に対しＫの角度を成して配
置される。 スイツチ８０４が開放されると、ベルジヤー８
０１はまず約10^-5mmHg圧の真空状態にされ、
次にスイツチ８０４が閉じられて、るつぼ８０７
が適温で白熱して結晶８０８が蒸発されるまで電
源８０６を調節して電力が供給される。適温範囲
（700〜1000℃）に対して必要な電流は約100amps
である。結晶８０８は次に蒸発され図中Ｓで示さ
れた上向きの分子流を形成し、流体Ｓは、基板８
０２に対してＫの角度を成して基板８０２上に入
射され、この結果基板８０２が被覆される。角度
Ｋは上記の“入射角”であり、流体Ｓの方向は上
記の“斜め蒸着方向”である。この被膜の膜厚は
基板８０２をベルジヤー８０１に挿入する前に行
なわれる装置の時間に対する厚みのキヤリブレー
シヨンにより決定される。適宜な厚みの被膜が形
成されると電源８０６からの電力を減少させ、ス
イツチ８０４を開放してベルジヤー８０１とその
内部を冷却する。次に圧力を大気圧まで上げ基板
８０２をベルジヤー８０１から取り外す。 また、別の具体例ではガラス又はプラスチツク
からなる基板１０１ｂの表面あるいは基板１０１
ｂの上に前述した無機絶縁物質や有機絶縁物質を
被膜形成した後に、該被膜の表面を斜方エツチン
グ法によりエツチングすることにより、その表面
に配向制御効果を付与することができる。 前述の配向制御膜１０５は、同時に絶縁膜とし
ても機能させることが好ましく、このためにこの
配向制御膜１０５の膜厚は一般に100Å〜1μ、好
ましくは500Å〜5000Åの範囲に設定することが
できる。この絶縁膜は、液晶層１０３に微量に含
有される不純物等のために生ずる電流の発生を防
止できる利点をも有しており、従つて動作を繰り
返し行なつても液晶化合物を劣化させることがな
い。 また、本発明の液晶素子では前述の配向制御膜
１０５と同様のものをもう一方の基板１０１ａに
設けることができる。 第３図に示すセル構造体100の中の液晶層１０
３は、SmC^*とすることができる。又、液晶層１
０３の厚さは充分に薄く、液晶分子はらせん構造
を有していない。 第４図は、本発明の液晶素子の別の具体例を表
わしている。第４図で示す液晶素子は、一対の基
板１０１ａと１０１ｂの間に複数のスペーサ部材
２０３が配置されている。このスペーサ部材２０
３は、例えば配向制御膜１０５が設けられていな
い基板１０１の上にSiO，SiO₂，Al₂O₃，TiO₂な
どの無機化合物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、ポリパラキシリレン、ポリエステル、ポリ
カーボネート、ポリビニルアセタール、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、ユリヤ樹
脂、アクリル樹脂やフオトレジスト樹脂などの樹
脂類を適当な方法で被膜形成した後に、所定の位
置にスペーサ部材２０３が配置される様にエツチ
ングすることによつて得ることができる。 このようなセル構造体100は、基板１０１ａと
１０１ｂの両側にはクロスニコル状態とした偏光
子１０７と１０８がそれぞれ配置されて、この偏
光子１０７と１０８により電極１０２ａと１０２
ｂの間に電圧を印加した時の光学変調を検知する
ことができる。 次に、本発明の液晶素子の作成法について液晶
材料としてエステル系液晶を例にとつて第３図と
第５図に従つて説明する。このエステル化合物
は、 の３成分混合系である。この液晶材料は、降温過
程に於て、下記の如き相転移を示す。 Iso ―→ 63℃Ch ―→ 50℃SmA ―→ 35℃SmC^* ―→ ３℃Crystal （IsO；等方相、Ch；コレステリツク相、
SmA；スメクチツクＡ相） 液晶層が充分に厚い場合（〜100μ）、SmC^*で
はらせん構造をとり、そのピツチは約5μである。 まず、前述のエステル系液晶が封入されている
セル構造体100は、セル100全体が均一に加熱され
る様な加熱ケース（図示せず）にセツトされる。 次に、セル100中の化合物が等方相となる温度
（約70℃）まで加熱する。しかる後に、加熱ケー
スの温度を降温させて。セル100中の等方相とな
つている化合物を降温過程に移す。この降温過程
で等方相の化合物は、約63℃でグランジユアン組
織のコレステリツク相に相転移し、さらに降温過
程を続けると約50℃でコレステリツク相から一軸
異方相であるSmAに相転移を生じることができ
る。この時、SmAの液晶分子軸は、ラビング方
向に揃う。 しかる後に、このSmAより降温過程でSmC^*に
相転移することによつて、例えばセル厚を6μｍ
程度以下とすると非らせん構造をもつモノドメイ
ンのSmC^*が得られる。 第５図は、液晶分子の配向状態を模式的に示す
もので、基板面５０５より上方から見た図であ
る。 図中、５００は一軸性配向処理の方向、即ち、
本実施例ではラビング方向に相当している。
SmA相では、液晶分子がラビング方向５００と
一致する液晶の平均分子軸方向５０１をもつて配
向する。SmC^*相に於ては液晶分子の平均的な分
子軸方向は、５０２ａの方向に傾き、ラビング方
向５００とSmC^*の平均分子軸方向５０２ａは、
角度θをなして第１の安定配向状態となる。この
状態で上下基板に電圧を印加すると、SmC^*の液
晶分子の平均的な分子軸方向は、角度θより大き
い角度に変化し、角度で飽和した第３の安定配
向状態をとる。この時の平均分子軸方向を５０３
ａとする。 次に、電圧を零に戻すと、液晶分子は再びもと
の第１の分子軸方向５０２ａの状態に戻る。従つ
て、第１の分子軸方向５０２ａの状態で、液晶分
子はメモリー性を有することになる。又、分子軸
方向５０２ａの状態で、逆方向の電圧を印加する
と、その電圧が充分に高い場合には、液晶分子の
平均的分子軸方向は、飽和して角度をなす第４
の安定配向状態の平均分子軸方向５０３ｂに転移
する。そして、再び電圧を零に戻すと、液晶分子
は、角度θをなす第２の安定配向状態の平均分子
軸方向５０２ｂの状態に落ちつく。この第１と第
２の安定配向状態での液晶セルの厚さ方向におけ
る分子配列状態は、未だ明確に判明しているわけ
ではないが、厚さ方向に何らかの液晶分子の「ね
じれ」が存在しているものと推測される。又、第
３及び第４の配向状態は、第２図に示した理想的
双安定状態に対応しているものと考えられる。 従つて、図に示すように偏光子の一方の偏光軸
方向５０４を角度θをなす分子軸方向５０２ａに
合致させることによつて、下述する如き電界によ
る第１と第２の安定配向状態との間で生じる配向
転移とこのメモリー性を生じた駆動法を用いた時
にオン状態とオフ状態での光学コントラストを向
上することができる。 第６図には前述のエステル化合物液晶のSmC^*
相に於ける一軸性処理方向と平均的分子軸方向の
なす角θ及び分子軸５０２ａの状態と５０２ｂの
状態での光学的コントラスト比の液晶層の厚さに
よる依存性の例が示されている。曲線６１によれ
ば液晶層の厚さが小さくなるに従い、コントラス
トは増大する。又、６２は液晶層の厚さとθの関
係を表わしている。尚、これらの測定は、SmA
→SmC^*の相転移温度より７℃だけ低い温度にて
行われた。又、充分に電界（例えば20V〜30V程
度）を印加したときの平均的分子軸方向の値
は、液晶層の厚さにより若干異なるが約15°であ
つた。 さて、この様に第１と第２の安定配向状態を有
する液晶セルに、交流電界をスメクチツク相の液
晶分子層１２と平行に印加することにより、それ
ぞれ第１と第２の安定配向状態を第３と第４の安
定配向状態へと転換せしめることが可能となつ
た。この様な現象は、液晶材料が負の誘電異方性
をもつことによつて生じると推測される。この交
流電界の周波数は、所定の電圧値では液晶が応答
し得ない程度に充分に高い値に設定されなければ
ならない。このとき、クロスニコルの偏光子のう
ち一方の偏光子の偏光軸は、第５図に示す第３の
安定配向状態の平均分子軸方向５０３ａ又は第４
の安定配向状態の平均分子軸方向５０３ｂに合致
させた。交流電圧は、周波数400Hz以上100KHz以
下で、波形としては三角波、正弦波や矩形波等を
用いることが出来、液晶層厚にもよるが、Vpp
（peak−to peak）は20V〜100V程度であつた
（電圧値が大きくなると見かけ上が大きくなり、
15°で飽和した）。 周波数；10KHz、Vpp＝60Vの矩形波を用いた
ときの、角度と、コントラストを第７図に示
す。この図面より明らかなように、第３及び第４
の安定配向状態を利用することによつて、セル厚
が大きい領域でも高いコントラストを得ることが
可能である。すなわち、第７図中の７１は液晶層
の厚さとコントラストとの関係を明らかにしてお
り、この７１によれば、液晶層の厚さが大きい領
域でも高いコントラストが得られている。又、図
中７２は液晶層のセル厚との関係を明らかにし
ている。 セル厚が薄い場合には、コントラストは第６図
の場合と同程度であるが、光の透過率が増大する
というメリツトが出た。例えば、セル厚1μの場
合、第１と第２の安定配向状態θを用いて表示す
る場合にくらべ第３と第４の安定配向状態を用
いて表示すると、「明」状態の光の透過量が約３
倍となつた。 本発明の液晶光学素子で用いる駆動法の例を次
に示す。 第９図Ａは、表示すべきマトリクス電極構造で
ある。第９図Ｂに走査信号と情報信号を示す。第
９図Ｃは画素に印加される電圧波形である。 第９図Ｂにおいて、ａは選択時の走査信号、ｂ
は非選択時走査信号ｃは第１の安定配向状態への
書込み信号（情報信号）。ｄは第２の安定配向状
態への書込み信号（情報信号）である。 第９図Ｃにおいてａは第１の安定配向状態の書
込み時における画素にかかる電圧波形であり、ｂ
は第２の安定配向状態への書込み時の画素にかか
る電圧波形であり、ｃとｄは走査信号の非選択的
における画素にかかる電圧波形である。 今、説明を簡略化するための白黒の二値信号を
表示する場合を例にとつて示す。第９図Ａに於い
て斜線で示される画素が「黒」に、その他の画素
が「白」に対応するものとする。最初に、画面を
「白」に揃えるために強誘電性スメクチツク液晶
を第５図に示す第３図の安定状態に揃える。この
ためには、全走査電極群に所定の電圧パルス（例
えば電圧3V₀、時間幅Δt）の信号を印加すればよ
い。或いは全信号電極群に同様の電気信号を印加
することも可能であるし、又必要に応じて所要ブ
ロツクの走査電極群又は信号電極群に所要ブロツ
クの強誘電性スメクチツク液晶が第３の安定状態
に揃うような電気信号を印加してもよい。具体的
な方法として、全電極同時に電気信号を印加して
もよいし、又、順次走査を行つてもよい。いずれ
にしても、一担画面を「白」に揃えた後に、情報
信号に応じた情報の書き込みを行う。t₁とt₂はそ
れぞれ情報信号（及び走査信号）が印加される位
相及び補助信号が印加される位相をあらわす。本
例では、t₁＝t₂＝Δtの例が示されている。 今、双安定性を有する液晶セルの第３の安定配
向状態（白）を与えるための印加時間Δtでの閾
値電圧を−Vth₂（−Vth₂は交流電界が印加されて
いない時の第１の安定配向を与える閾値）とし、
第４の安定状態（黒）を与えるための印加時間
Δtでの閾値電圧をVth₁（Vth₁は交流電界が印加さ
れない時の第２の安定配向を与える閾値）とする
と選択された走査電極に与えられる電気信号は第
９図Ｂ−ａに示される如く位相（時間）t₁では−
2V₀を、位相（時間）t₂では０となるような電圧
である。又、それ以外の走査電極は、第９図Ｂ−
ｂに示す如くアース状態となつており電気信号Ｏ
である。一方、選択された信号電極に与えられる
電気信号は第９図Ｂ−ｃに示される如く位相t₁に
おいてV₀で、位相t₂において−V₀であり、又選
択されない信号電極に与えられる電気信号は第９
図Ｂ−ｄに示される如く位相t₁において−V₀で、
位相t₂において＋V₀である。以上において、電圧
値V₀はV₀＜Vth₁＜3V₀と−V₀＞−Vth₂＞−3V₀
を満足する所望の値に設定される。 このような電気信号が与えられたときの、各画
素に印加される電圧波形を第９図Ｃに示す。 第９図Ｃに於て、ａとｂはそれぞれ選択された
走査線上にあつて、「黒」及び「白」を表示され
るべき画素に、又ｃとｄはそれぞれ選択されてい
ない走査線上の画素に印加される電圧波形であ
る。 走査線上にあつて、「黒」と表示すべき画素で
は第１の位相t₁で、閾値電圧Vth₁を越える電圧
3V₀が印加されるために第４の光学的安定状態
「黒」に転移する。、又、同一走査線上に存在し、
「白」と表示すべき画素では第１の位相t₁に於け
る印加電圧は閾値電圧Vth₁を越えない電圧V₀で
あるために、第３の光学的安定状態に留つたまま
即ち白である。 一方、選択されない走査線上では、すべての画
素に印加される電圧は±Ｖ又はＯであつて、いず
れも閾値電圧を越えない。従つて、液晶分子は、
配向状態を変えることなく走査されたときの信号
状態に対応した配向をそのまま保持している。即
ち、一担一方の光学的安定状態「白」に揃えられ
た状態において、走査電極が選択されたときに第
１の位相t₁において一ライン分の信号の書き込み
が行われ、一フレームが終了した後でも、その信
号状態を保持し得るわけである。以上述べた駆動
信号を時系列的に示したのが第１０図である。第
１０図では、情報信号に重畳することによつて付
与された高周波の交流成分は簡単のために省略し
てある。S₁〜S₅は走査電極に印加される電気信
号、I₁〜I₃は、信号電極に印加される電気信号
で、ＡとＣはそれぞれ第９図Ａに示した画素Ａと
Ｃに印加される電圧波形である。 又、本実施例では第１の位相t₁で「黒」に書き
込むための電圧は3V₀であり、印加時間はΔtであ
る。又、走査時以外に於て各画素に加わる電圧は
最大｜±V₀｜であり、これが連続して印加され
る最も長い時間は、第１０図で示す１００の個所
で2Δtであり、又、情報信号が、白→白→黒と続
く場合で、２番目の「白」が、走査時に相当する
ときが最も厳しい条件であるが、これでも4Δt１
０１であつて、印加時間としては短く、クロスト
ークは全く起こらず、全画面の走査が一度終了す
ると、表示された情報は、半永久的に保持される
ための双安定性を有さない通常のTN液晶を用い
た表示素子における如き、リフレツシユ工程は全
く必要ない。 さて、第２の位相t₂の最適時間間隔としては、
この位相に於て、信号電極に印加される電圧の大
きさにも依存し、第１の位相T₁に於て情報信号
として付加される電圧と逆極性の電圧を印加する
場合、一般的には電圧が大きい場合には、時間間
隔は短く、電圧が小さい場合には時間間隔は長く
するのが好ましいが、時間間隔が長いと、一画面
全体を走査するに長い時間を要することになる。
このため、好ましくはt₂≦t₁と設定するのがよ
い。 又、別の実施形態例として、高周波交流成分を
走査電極側に与えることも可能である。 さらに、位相を合わせて走査電極側と、信号電
極側共に与えることによつて、走査電極側と信号
電極側の末端ドラバーICの必要耐圧を低減させ
ることも可能である。 第１１にはさらに別の実施例を示す。 本実施例に於ては、交流信号は走査非選択信号
として与える。走査選択信号は、第９図Baの波
形と同じ波形を与える。選択時に高周波をOFF
することにより、液晶分子は動き易くなり、スイ
ツチングが容易になること、又、選択信号（ａ：
低周波成分）と非選択信号（ｂ：高周波成分）の
重畳を避けることによつて走査側ドライバICの
必要耐圧低減のメリツトがある。 さて、本実施例に於て述べた液晶材料は、液晶
セルの厚さ約6μ以下で、電界が印加されていな
い時に第１と第２の双安定状態を有する。このよ
うなセルを高周波電界により第３と第４の双安定
状態に転換させた場合とさらにセル厚が厚く、明
確な双安定状態を示さない（セル厚15μの液晶セ
ル）ようなセルを高周波電界によつて、第３と第
４の双安定状態に転換させた場合との、スイツチ
ング特性の比較を次に示す（第１２図）。 第１２図の１２２は、電界が印加されていない
時、らせん構造の強誘電性液晶を生じ、実質的に
第５図に示す第１と第２の安定配向状態を生じな
いセル厚15μの液晶セルを用い、この時高周波交
流電圧としては10KHzで±40Vppの矩形波を重畳
した第９図Ｂに示す電気信号を印加し、それぞれ
第３と第４の安定配向状態を形成し、第３の安定
配向状態が第４の安定配向状態に、又第４の安定
配向状態が第３の安定配向状態に反転するまでの
電圧値Ｖと印加パルス幅τをプロツトした時の結
果を表わしている。又、第１２図の１２１は電界
が印加されていない時、第５図に示す第１と第２
の安定配向状態の非らせん構造の強誘電性液晶を
生じるセル厚4μの液晶セル、高周波交流電圧と
して10KHzで±20Vppの矩形波を用いたほかは前
述と同様の方法によつて得た結果を表わしてい
る。従つて、第１２図中横軸はスイツチングに要
する駆動パルスの電圧値Ｖ（閾値）を、縦軸は印
加パルス幅τを示している。尚、第１２図中の○
はセル厚4μの液晶セルを用いた時の実測値を、
●はセル厚15μの液晶セルを用いた時の実測値を
示している。 この第１２図より明らかな様に、 4μセルの方が、傾むきが急である。 このことは、4μセルの方が、時分割駆動を行
なう上で、クロストーク防止上、有利であるこ
とを意味している。 4μセルの方が、駆動電圧が低い。 このことは、4μのセルの方が、低耐圧ICド
ライバーの使用が許されることを示している。 第１３図は情報信号電極側に変調波交流成分
Vacを重畳した場合の駆動回路のブロツク図で、
１３１はｎ×ｍ（ｎ，ｍは整数）の表示マトリク
スで、y₁，y₂……ynが各情報（信号）線、q₁，
q₂，……qmが各走査線、１３２は走査線駆動回
路で、そのｃがタイミング入力、ｄが転送クロツ
ク入力である。１３３は情報（信号）線駆動回路
で、そのａが情報（信号）入力で、ｂが転送クロ
ツク入力、y′₁，y′₂……y′nが各出力線である。１
３４は変調波交流成分重畳回路で、ｘが変調波交
流入力で、y₁，y₂……ynがその出力線で、入力ｘ
と入力y′の加算出力をｙとする。すなわち、 ｘy′₁＝y₁ ｘy′₂＝y₂ 〓 〓 ｘy′n＝yn である。 第１４図は、走査電極側に変調波交流成分Vac
を重畳した場合の駆動回路のブロツク図で、図中
の付号は第１３図と同一の部材である。１３２の
走査線駆動回路の出力線q′₁，q₂，……q′mにそれ
ぞれ変調波交流成分Vacを加算する。すなわち、 ｘq′₁＝q₁ ｘq′₂＝q₂ 〓 〓 ｘq′m＝qm である。 第１５図は情報（信号）電極と走査電極の両方
に変調波交流成分Vac／２を重畳し、各表示画素
にVacの変調波交流成分を与える場合の駆動回路
のブロツク図で、反転回路１５１により重畳波の
位相を180°ずらし、１３４の重畳回路に入力す
る。 第１６図は選択時に変調波をオフする場合の駆
動回路のブロツク図で、１６１はシフトレジスタ
で、c′はそのタイミング入力、d′は転送クロツク
入力である。１６２はアンドゲートであり、その
入力線q″が負論理のときのみ、入力線x″は通過
できず基準レベルとなる。 すなわち、 x″AND q″₁＝q₁ x″AND q″₂＝q₂ 〓 〓 x″AND q″m＝qm である。 〔効果〕 本発明によれば、セル厚が大きい領域でも高い
コントラストの表示特性を得ることができ、又、
セル厚が薄い場合では交流電界を印加しない場合
と比較して光透過率を約３倍以上も高めることが
でき、この結果表示特性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電界無印加時にらせん構造を形成し
ている強誘電性スメクチツク液晶を用いた素子の
斜視図である。第２図は、本発明で用いる電界印
加時に非らせん構造を形成している強誘電性スメ
クチツク液晶を用いた素子の斜視図である。第３
図Ａは本発明の液晶光学素子の平面図で、第３図
ＢはそのＡ−A′断面図である。第４図は、本発
明の別の液晶光学素子の断面図である。第５図
は、液晶分子の安定配向方向と一軸性配向処理方
向を模式的に表わした平面図である。第６図は、
第１図の液晶素子を用いた時の液晶層の厚さ、θ
及びコントラストの関係を表わす説明図である。
第７図は、本発明に係る第２図の液晶素子を用い
た時の液晶層の厚さ、及びコントラストの関係
を表わす説明図である。第８図は、本発明で用い
る斜め蒸着層を形成するための装置を模式的に表
わした断面図である。第９図Ａは、本発明で用い
るマトリクス電極構造の平面図である。第９図Ｂ
は、本発明で用いる走査信号及び情報信号の波形
を表わす説明図である。第９図Ｃは、第９図Ｂの
信号波形を用いた時の画素に印加される電圧波形
を表わす説明図である。第１０図は、第９図Ｂの
信号波形を用いた時の時系列波形を表わす説明図
である。第１１図は、本発明で用いる別の走査信
号及び情報信号の波形を表わす説明図である。第
１２図は、強誘電性スメクチツク液晶素子を用い
た時の印加電圧とパルス幅の関係を表わす説明図
である。第１３図，第１４図，第１５図及び第１
６図は、本発明で用いる駆動回路を表わす回路図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ａ 走査電極群と信号電極群との交差部で画
   素を形成したマトリクス電極構造と、該走査電
   極群と信号電極群との間に配置され、電界が印
   加されていない時、液晶分子が第１の安定配向
   と第２の安定配向との何れか一方に配向し、該
   第１の安定配向の平均分子軸と第２の安定配向
   の平均分子軸との間で角度2θを生じ、誘電率異
   方性が負の値を生じる強誘電性液晶とを有する
   液晶セルと、 ｂ 第１の安定配向の液晶分子を第２の安定配向
   とは反対側に移動させて第３の安定配向に配向
   させ、第２の安定配向の液晶分子を第１の安定
   配向とは反対側に移動させて第４の安定配向に
   配向させ、該第３の安定配向の平均分子軸と第
   ４の安定配向の平均分子軸との間の角度を前記
   角度2θより大きくする交流電圧を、前記マトリ
   クス電極構造に印加する手段と、 ｃ 前記走査電極群上の画素に、同時に、第３の
   安定配向の液晶分子を第４の安定配向に転移さ
   せるのに十分な一方極性の第１電圧を印加した
   後、走査電極を順次走査し、走査選択された走
   査電極上の画素に、選択的に、第４の安定配向
   の液晶分子を第３の安定配向に転移させるのに
   十分な他方極性の第２電圧を印加する手段と、 ｄ 第３の安定配向に配向した液晶分子を通過し
   た光線と、第４の安定配向に配向した液晶分子
   を通過した光線との間で、光学的相違を生じさ
   せる手段と を有する液晶装置。