專利名稱：液晶顯示器和驅(qū)動(dòng)該液晶顯示器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用AFLC(反鐵電液晶)的LCD(液晶顯示)器件，更具體地涉及一種能進(jìn)行灰度顯示的顯示器和驅(qū)動(dòng)該顯示器的方法。
一種LCD器件因其比使用向列液晶的TN液晶顯示器的響應(yīng)快、視角寬而已經(jīng)引起人們的注意，這種LCD器件使用其分子具有自發(fā)極化的LC材料，并通過利用電場(chǎng)和LC分子自發(fā)極化之間的相互作用驅(qū)動(dòng)LC分子來執(zhí)行顯示操作。
公知的FLC顯示器包括使用FLC的FLC顯示器和使用AFLC的AFLC顯示器。
AFLC顯示器通過利用AFLC所具有的三個(gè)穩(wěn)定的直線對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)來顯示圖象。
下面將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)的討論。AFLC具有如下的三種對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)(1)當(dāng)加到LC上的電壓等于或高于第一閾值時(shí)，根據(jù)所加電壓的極性不同，LC呈現(xiàn)LC分子在第一方向直線對(duì)準(zhǔn)的第一鐵電相或LC分子在第二方向直線對(duì)準(zhǔn)的第二鐵電相；和(2)當(dāng)加到AFLC上的電壓等于或低于比第一閾值小的第二閾值時(shí)，液晶呈現(xiàn)LC分子的取向與第一和第二鐵電相不同的反鐵電相。依據(jù)反鐵電相時(shí)液晶層的光軸確定設(shè)置在LCD器件兩側(cè)的一對(duì)極化板的傳輸軸的方向，根據(jù)所加電壓控制光透射率，使顯示器件顯示圖象。
即使在所加電壓發(fā)生變化時(shí)，只要所加電壓值在第一和第二閾值之間的范圍內(nèi)，AFLC仍處于第一／第二鐵電相或反鐵電相。將這種特性稱為記憶特性。通過利用這種記憶特性以簡(jiǎn)單的矩陣模式驅(qū)動(dòng)常規(guī)的AFLC顯示器。
AFLC的記憶特性由在液晶中使第一／第二鐵電相轉(zhuǎn)換到反鐵電相的相轉(zhuǎn)換的電壓與在液晶中使反鐵電相轉(zhuǎn)換到第一／第二鐵電相的相轉(zhuǎn)換的電壓之間的幅度差來決定。電壓差越大，記憶特性越好。換句話說，液晶的光學(xué)特性的滯后越顯著，記憶特性越好。
正因?yàn)槿绱?，以?jiǎn)單矩陣模式驅(qū)動(dòng)的常規(guī)AFLC顯示器使用上述電壓幅度差大的這類液晶作為AFLC。
然而，很難人為地控制使用具有極好記憶特性的AFLC的常規(guī)AFLC顯示器的光透射率。即，幾乎不可能控制顯示灰度，不能實(shí)現(xiàn)多級(jí)灰度顯示。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能實(shí)現(xiàn)高反差灰度顯示的LCD器件。
根據(jù)實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的第一方面，提供了一種液晶顯示器，它包括第一基片，在第一基片上形成第一電極；第二基片，在第二基片上面向第一電極形成第二電極；由近晶液晶形成的液晶層，當(dāng)所述液晶密封在第一基片和第二基片之間時(shí)它呈現(xiàn)混合相，所述混合相的液晶具有以形成鄰接近晶層的液晶分子的對(duì)準(zhǔn)順序彼此不同的多個(gè)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)對(duì)準(zhǔn)的液晶分子；導(dǎo)向改變裝置，通過控制呈混合相的液晶分子的對(duì)準(zhǔn)來改變液晶層的導(dǎo)向。
按照上述的結(jié)構(gòu)，液晶層呈現(xiàn)混合相，呈混合相的液晶層具有形成鄰接近晶層的以液晶分子的對(duì)準(zhǔn)順序彼此不同的多個(gè)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)對(duì)準(zhǔn)的液晶分子。在混合相狀態(tài)，液晶層導(dǎo)向的方向隨所加電壓和其極性連續(xù)變化。通過給液晶顯示器設(shè)置極化板，能夠獲得沒有滯后的并且在較寬的范圍內(nèi)線性變化的電光特性。根據(jù)此特性，所加電壓決定顯示灰度。因此，給液晶層施加與所需灰度對(duì)應(yīng)的電壓，就能顯示出所需灰度的圖象。
多個(gè)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)在液晶分子的對(duì)準(zhǔn)方面彼此互不相同，在與第一和第二基片基本平行的平面內(nèi)。
加在第一和第二基片之間的電場(chǎng)產(chǎn)生混合相。在此情況下，為了使液晶分子在預(yù)定方向上對(duì)準(zhǔn)，包含在液晶層中的近晶層之間的相互作用最好比在基片的內(nèi)表面上形成的對(duì)準(zhǔn)膜的對(duì)準(zhǔn)力強(qiáng)。
在混合相狀態(tài)，液晶包括呈現(xiàn)鐵電相、反鐵電相和正鐵電相之一的液晶分子。
由當(dāng)液晶材料為塊狀態(tài)時(shí)呈現(xiàn)反鐵電相的液晶材料形成液晶層。在將液晶材料密封在基片之間并且在第一和第二電極之間沒有施加電壓的狀態(tài)下，液晶材料呈現(xiàn)反鐵電相。當(dāng)在第一和第二電極之間施加電壓時(shí)，液晶材料呈現(xiàn)前面所述的混合相。
導(dǎo)向器改變裝置包括在第一和第二電極之間施加將反鐵電相變?yōu)榛旌舷嗟碾妷翰⑶铱刂瞥驶旌舷嗟囊壕Х肿拥膶?duì)準(zhǔn)以改變液晶層的導(dǎo)向的裝置。
發(fā)生在液晶層和對(duì)準(zhǔn)膜之間的界面的表面效應(yīng)產(chǎn)生混合相。
在這種情況下，使用對(duì)準(zhǔn)力基本上等于或大于近晶層之間的相互作用的液晶材料和對(duì)準(zhǔn)裝置。
當(dāng)采用這種對(duì)準(zhǔn)力基本上等于或大于近晶層之間的相互作用的液晶材料和對(duì)準(zhǔn)裝置時(shí)，液晶層在塊狀狀態(tài)下呈反鐵電相，在電壓沒有加到第一電極和第二電極上的狀態(tài)下呈現(xiàn)正鐵電相，在電壓加到第一電極和第二電極之間的狀態(tài)下呈現(xiàn)混合相。在混合相狀態(tài)，由所加的電場(chǎng)控制導(dǎo)向。
當(dāng)采用這種近晶層之間的相互作用比對(duì)準(zhǔn)力弱的液晶材料和對(duì)準(zhǔn)裝置時(shí)，液晶層在塊狀狀態(tài)下呈反鐵電相，在將液晶層密封在第一基片和第二基片之間并且電壓沒有加到第一電極和第二電極上的狀態(tài)下呈現(xiàn)混合相，在電壓加到第一電極和第二電極之間的狀態(tài)下，由所加的電場(chǎng)控制混合相的導(dǎo)向。
在具有上述結(jié)構(gòu)的液晶顯示器中，混合相可以是這樣的一個(gè)狀態(tài)液晶層包括與第一和第二基片的主平面平行對(duì)準(zhǔn)的液晶分子，與和第一和第二基片的主平面成預(yù)定角對(duì)準(zhǔn)的液晶分子。
在混合相狀態(tài)，液晶層包括呈現(xiàn)至少鐵電相、反鐵電相和正鐵電相之一的液晶分子，沿由呈現(xiàn)手性近晶相的分子繪出的錐形移動(dòng)并且與第一和第二基片的主平面成預(yù)定角度對(duì)準(zhǔn)的液晶分子。
液晶層在塊狀狀態(tài)下呈反鐵電相。在將液晶層密封在第一基片和第二基片之間并且電壓加到第一電極和第二電極上的狀態(tài)下，液晶層包括與第一和第二基片的主平面成預(yù)定角度對(duì)準(zhǔn)的液晶分子。
在具有上述結(jié)構(gòu)的液晶顯示器中，液晶層由這樣的液晶材料形成當(dāng)液晶材料密封在第一和第二基片之間時(shí)液晶層在液晶層的整個(gè)厚度上呈現(xiàn)混合相。
此外，在上述的液晶顯示器中，液晶層可具有多層結(jié)構(gòu)，其中出現(xiàn)在位于第一和第二基片的周圍的液晶層的這些部分中的液晶分子呈現(xiàn)混合相，而離開第一和第二基片周圍的液晶分子呈現(xiàn)另一種相。
上述液晶顯示器還包括驅(qū)動(dòng)部件，驅(qū)動(dòng)部件通過與第一電極或第二電極相連接的有源單元將電壓加到呈現(xiàn)混合相的液晶上，從而使液晶分子沿呈手性近晶相分子形成的錐體移動(dòng)，以便控制液晶層的導(dǎo)向來進(jìn)行灰度顯示。
按照上述的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)部件已通過有源單元將電壓加到其上的液晶層的液晶分子，根據(jù)所加電壓的極性和幅度，沿由呈現(xiàn)手性近晶相的分子形成的錐體移動(dòng)。液晶層的導(dǎo)向的方向隨所加電壓連續(xù)變化。這可使液晶顯示器顯示灰度。
為了在不將混合相變?yōu)殍F電相的情況下進(jìn)行灰度顯示，最好是通過驅(qū)動(dòng)部件使混合相的液晶層的導(dǎo)向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，這一角度比呈手性近晶CA相的分子形成的每一錐體與其自身的軸形成的錐角的最大值小。
在上述的結(jié)構(gòu)中，在不使液晶層呈鐵電相的情況下進(jìn)行灰度顯示。因此，抑制了顯示燃斷現(xiàn)象，并獲得了高顯示屏反差和高圖象質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面。提供了一種驅(qū)動(dòng)液晶顯示器的方法，它包括如下步驟將液晶層密封在第一基片和第二基片之間，液晶層由當(dāng)液晶處于塊狀狀態(tài)時(shí)呈手性近晶相并且在液晶密封在第一和第二基片之間時(shí)呈混合相的液晶形成，混合相的液晶包括具有形成鄰接近晶層的以液晶分子的對(duì)準(zhǔn)順序彼此不同的多個(gè)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)對(duì)準(zhǔn)的液晶分子；和將電壓加到液晶層上，從而使呈混合相的液晶分子沿呈手性近晶CA相的分子形成的錐體移動(dòng)，以便控制混合相的液晶層的導(dǎo)向并進(jìn)行灰度顯示。
在上述的驅(qū)動(dòng)方法，為了在不將混合相變?yōu)殍F電相的情況下進(jìn)行灰度顯示，最好是使混合相的液晶層的導(dǎo)向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，這一角度比呈手性近晶CA相的分子形成的每一錐體與其自身的軸形成的錐角的最大值小。


圖1是描述本發(fā)明第一實(shí)施例的液晶顯示器的結(jié)構(gòu)的橫截面圖；圖2是描述圖1所示的液晶顯示器的下基片的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖3是表示極化板的傳輸軸與液晶分子的對(duì)準(zhǔn)方向之間關(guān)系的示意圖；圖4是解釋由塊狀態(tài)的液晶分子形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是解釋密封在基片之間的液晶分子的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)的示意圖；圖6A至6E是示意圖，表示所加電壓與液晶分子的對(duì)準(zhǔn)之間的關(guān)系；圖7是一個(gè)示意圖，解釋當(dāng)中間電壓加到液晶上時(shí)液晶分子的狀態(tài)；圖8是一個(gè)示意圖，解釋當(dāng)中間電壓加到液晶上時(shí)液晶分子的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)；圖9A是曲線圖，表示當(dāng)方波低頻電壓加到使用圖3所示的光學(xué)裝置的例1(根據(jù)本發(fā)明)的液晶顯示器上時(shí)所加電壓與透射率之間關(guān)系；圖9B是曲線圖，表示在對(duì)比例1中所加電壓與透射率之間關(guān)系，其中間隔長(zhǎng)度為5微米；圖10是表示塊狀液晶的干涉圖象的示意圖；圖11A和11C是表示液晶顯示器的顯微照片的圖；圖12A和12B是示意圖，是表示極化板的傳輸軸與液晶分子的對(duì)準(zhǔn)方向之間關(guān)系的其它例子；圖13A是曲線圖，表示當(dāng)方波低頻電壓加到使用圖12B所示的光學(xué)裝置的例2(根據(jù)本發(fā)明)的液晶顯示器上時(shí)所加電壓與透射率之間關(guān)系；圖13B是曲線圖，表示在對(duì)比例2中所加電壓與透射率之間關(guān)系，其中間隔長(zhǎng)度為5微米；圖14A至14C解釋本發(fā)明的AFLC顯示器驅(qū)動(dòng)方法的時(shí)間關(guān)系圖；圖15是示意圖，表示當(dāng)用圖14A至14C所示的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)本發(fā)明例2的液晶顯示器時(shí)所加電壓與透射率之間關(guān)系；
圖16是實(shí)現(xiàn)圖14A至14C所示的驅(qū)動(dòng)方法的驅(qū)動(dòng)電路的示范的結(jié)構(gòu)的方框圖；圖17是表示簡(jiǎn)單矩陣型液晶顯示器結(jié)構(gòu)的示意圖；圖18是解釋密封在基片之間并且呈正鐵電相的液晶分子的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)的示意圖；圖19是示意圖，解釋密封在基片之間并且呈正鐵電相的液晶分子的對(duì)準(zhǔn)投射到基片表面上的狀態(tài)；圖20A至20E是示意圖，表示所加電壓與液晶分子的對(duì)準(zhǔn)之間的關(guān)系；圖21A至21E是示意圖，表示所加電壓與液晶分子的對(duì)準(zhǔn)之間的關(guān)系；圖22是示意圖，解釋液晶分子在沒有電壓加到其上時(shí)的對(duì)準(zhǔn)的狀態(tài)；圖23是示意圖，解釋液晶層在沒有電壓加到其上時(shí)的結(jié)構(gòu)；圖24是示意圖，解釋液晶分子的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)根據(jù)所加電壓發(fā)生變化；圖25是曲線圖，表示當(dāng)方波低頻電壓加到使用圖3所示的光學(xué)裝置的例7(根據(jù)本發(fā)明)的液晶顯示器上時(shí)所加電壓與透射率之間關(guān)系；圖26是曲線圖，表示當(dāng)方波低頻電壓加到使用圖12B所示的光學(xué)裝置的例8(根據(jù)本發(fā)明)的反鐵電液晶顯示器上時(shí)所加電壓與透射率之間關(guān)系；圖27A是曲線圖，表示當(dāng)方波低頻電壓加到使用圖12B所示的光學(xué)裝置的例9(根據(jù)本發(fā)明)的反鐵電液晶顯示器上時(shí)所加電壓與透射率之間關(guān)系；圖27B是解釋已經(jīng)獲得圖27A所示特性的原因；圖28是示意圖，表示當(dāng)用圖14A至14C所示的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)本發(fā)明例9的液晶顯示器時(shí)所加電壓與透射率之間關(guān)系。
下面將參照附圖描述本發(fā)明實(shí)施例的LCD器件，這些LCD器件能顯示半色調(diào)圖象。
第一實(shí)施例現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的LCD器件。
這種LCD器件是有源矩陣型的，并具有一對(duì)透明的基片(例如，玻璃基片)11和12。在圖1中，在下透明基片(以后稱為下基片)11上以矩陣圖案設(shè)置透明象素電極13和與透明電極相連接的有源單元14。
例如，有源單元14由薄膜晶體管構(gòu)成(以后稱為TFT 14)。每一TFT14都有形成在下基片11上的柵電極、覆蓋柵電極的柵極絕緣膜、在柵極絕緣膜上形成的半導(dǎo)體層、在半導(dǎo)體層上形成的源電極、以及漏電極。
如圖2所示，在象素電極13的行之間設(shè)置有柵極線(掃描線)15，而數(shù)據(jù)線(灰度信號(hào)線)16設(shè)置在象素電極13的列之間。各個(gè)TFT14的柵電極與它們相應(yīng)的柵極線15相連接，TFT14的漏電極與它們的相應(yīng)數(shù)據(jù)線16相連接。
柵極線15的端部15a與柵極驅(qū)動(dòng)器(柵極驅(qū)動(dòng)電路)31相連接。數(shù)據(jù)線16的端部16A與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器(數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路)32相連接。為了掃描柵極線15，柵極驅(qū)動(dòng)器31將柵極信號(hào)(后面將要描述)加到柵極線15上。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器32接收顯示數(shù)據(jù)(灰度數(shù)據(jù))并將與顯示數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)加到數(shù)據(jù)線16上。
用TFT14的柵極絕緣膜(透明膜)覆蓋柵極線15，柵極線的端部15A除外。在柵極絕緣膜上形成數(shù)據(jù)線16。象素電極13由ITO或類似物構(gòu)成，并在柵極絕緣膜上形成象素電極。每一象素電極13在其一個(gè)端部與相應(yīng)的一個(gè)TFT14的源電極相連接。
在圖1，在上透明基片(以后稱為上基片)12上形成面向下基片11的各象素電極13的透明公用電極17。公用電極17由ITO等制成并且是由遍布整個(gè)顯示區(qū)的單個(gè)電極構(gòu)成。將參考電壓V0加到公用電極17上。象素電極13和公用電極17將電壓加到夾在其中的LC層21上，從而控制LC分子的對(duì)準(zhǔn)方向，以便LC分子的導(dǎo)向的方向(長(zhǎng)軸的平均方向)連續(xù)變化。這樣做能連續(xù)地控制LC層的光軸，從而控制顯示灰度。
在每一個(gè)其上形成有電極的下基片11和上基片12的那些表面上設(shè)置對(duì)準(zhǔn)膜18和19。
對(duì)準(zhǔn)膜18和19是均勻?qū)?zhǔn)膜，在相對(duì)的方向已經(jīng)過摩擦對(duì)準(zhǔn)處理，使LC分子在相同的方向(以后將討論的圖3所示的第三方向21C)上對(duì)準(zhǔn)，并且對(duì)準(zhǔn)膜具有使鄰近LC分子基本上對(duì)準(zhǔn)在對(duì)準(zhǔn)處理的方向21C上的對(duì)準(zhǔn)力。
在第一實(shí)施例中，最好是對(duì)準(zhǔn)膜18和19的表面能較小并且它們的對(duì)準(zhǔn)力較弱。已經(jīng)過摩擦處理的對(duì)準(zhǔn)膜18和19例如由有機(jī)高分子化合物(例如，聚酰亞胺)形成，厚度大約為25nm至35nm。希望這樣的對(duì)準(zhǔn)膜作為對(duì)準(zhǔn)膜18和19，其表面能分散力(esd)在38至41dyn／cm的范圍內(nèi)，其van der Waals力(esp)較弱并且在大約4至10dyn／cm的范圍內(nèi)。
通過框形密封件20將下基片11和上基片12在其外周邊緣部分相互粘接。LC層21密封在由基片11和12間的密封件20包圍的區(qū)域內(nèi)。由設(shè)置在密封LC層21的區(qū)域內(nèi)的透明分隔器22限定LC層21的厚度。
用這樣的LC材料形成LC層21(1)在塊狀態(tài)，LC材料呈手性近晶CA(SmCA)相；(2)當(dāng)LC材料密封在基片11和基片12之間并且沒有施加電壓時(shí)，LC材料呈現(xiàn)反鐵電相，其中螺旋線被折斷；(3)當(dāng)施加滿意的高壓時(shí)，LC材料呈鐵電相，其中LC分子基本上在圖3所示的第一方向21A或第二方向21B上對(duì)準(zhǔn)；和(4)當(dāng)施加中間電場(chǎng)時(shí)，LC材料呈現(xiàn)混合相，其中LC材料中包含反鐵電相的LC分子、鐵電相的LC分子、以及與反鐵電相和鐵電相不同的相的LC分子。
以后將詳細(xì)討論LC層21。
一對(duì)極化板23和24設(shè)置在LCD器件的底部和頂部。如圖3所示，使下極化板23的光軸(以后稱為傳輸軸)23A實(shí)際上與近晶層的法線平行。法線的方向?qū)嶋H上與第三方向21C一致。使上極化板24的光軸(以后稱為傳輸軸)24A基本上與下極化板23的傳輸軸23A垂直。
在其極化板23和24具有圖3所示的傳輸軸23A和24A的AFLC顯示器中，當(dāng)LC層21的分子按鐵電序?qū)?zhǔn)時(shí)，LC層21的導(dǎo)向在第一方向21A或第二方向21B上，并且透射率變得幾乎最大(顯示變得最亮)。當(dāng)LC層21的分子按反鐵電相對(duì)準(zhǔn)時(shí)，其導(dǎo)向在第三方向21C上，并且透射率變?yōu)閹缀踝钚?顯示最暗)。更具體地說，在LC層21的導(dǎo)向出現(xiàn)在第一方向21A或第二方向21B上的狀態(tài)下，由于LC層21的雙折射作用，已經(jīng)與傳輸軸23A平行地通過光入射側(cè)極化板23的線性偏振光的極化狀態(tài)發(fā)生變化。極化狀態(tài)已發(fā)生變化的光進(jìn)入光出射側(cè)極化板24。與傳輸軸24A平行的光分量通過光出射側(cè)極化板24，結(jié)果，顯示變得明亮。
在LC層21的導(dǎo)向出現(xiàn)在第三方向21C上的狀態(tài)下，已經(jīng)與傳輸軸23A平行地通過光入射側(cè)極化板23的線性偏振光幾乎不受LC層21的雙折射作用的影響。已通過光入射側(cè)極化板23的線性偏振光通過LC層21，并且大部分光由光出射側(cè)極化板2 4所吸收，結(jié)果是顯示變暗。
當(dāng)LC層21為光學(xué)中間狀態(tài)時(shí)，可獲得根據(jù)導(dǎo)向的方向的灰度。
現(xiàn)在詳細(xì)描述對(duì)準(zhǔn)膜18、19和LC層21。
LC層21由主要成分例如是具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)的液晶化合物的液晶形成。這種液晶具有表一所示的特性。〖化學(xué)式1〗
表1
前面提到的錐角是LC分子形成的錐體的軸與錐體的角度，第一方向21A和第二方向21B形成的角度為2θ，是錐角θ的兩倍。
具有上述結(jié)構(gòu)和特性的液晶的特征在于，與通常的反鐵電液晶相比，其反鐵電相和鐵電相之間的勢(shì)能的能隙較小，反鐵電序更傾向于不規(guī)則，預(yù)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象更顯著?！邦A(yù)轉(zhuǎn)變現(xiàn)象”指這樣的現(xiàn)象當(dāng)加到反鐵電相的液晶分子上的電場(chǎng)逐漸增強(qiáng)時(shí)，使用圖3所示的光學(xué)裝置的LCD器件的透射率在從反鐵電相到鐵電相的轉(zhuǎn)變發(fā)生之前變大。透射率增加示意LC分子在相轉(zhuǎn)變發(fā)生之前工作，并且還示意反鐵電相和鐵電相之間的勢(shì)能的能級(jí)距較小。
在塊狀態(tài)下，LC層21的LC材料包括由對(duì)準(zhǔn)分子形成的層，并具有圖4所示的螺旋結(jié)構(gòu)。在每一層的鄰接LC分子具有這樣的雙螺旋結(jié)構(gòu)，使它們?cè)谙胂蟮腻F體上形成旋轉(zhuǎn)約180度的螺旋線。在鄰接近晶層中的LC分子的自發(fā)極化相互抵消。
LC層21的厚度(盒間隔)幾乎等于LC材料的螺旋結(jié)構(gòu)的1個(gè)螺距(自然螺距)(LC層21的厚度為1．5微米)。由對(duì)準(zhǔn)處理在對(duì)準(zhǔn)膜18和19上形成的對(duì)準(zhǔn)力使LC分子對(duì)準(zhǔn)。然而，在本實(shí)施例中，作用在LC分子間的中間分子力比對(duì)準(zhǔn)力強(qiáng)。因此，將LC密封在基片11和12之間以呈現(xiàn)反鐵電相，其中雙螺旋結(jié)構(gòu)已被破壞，如圖5和6(A)所示。
密封在其中的液晶分子具有使按反鐵電相對(duì)準(zhǔn)的中間分子力，而對(duì)準(zhǔn)膜18和19具有使相鄰LC分子沿對(duì)準(zhǔn)處理的方向21C對(duì)準(zhǔn)的力。
當(dāng)由在液晶與對(duì)準(zhǔn)膜之間的界面出現(xiàn)的表面效應(yīng)產(chǎn)生的對(duì)準(zhǔn)力小于保持分子按反鐵電相對(duì)準(zhǔn)的中間分子力時(shí)，液晶保持塊狀態(tài)情況下的反鐵電相。當(dāng)對(duì)準(zhǔn)力遠(yuǎn)大于中間分子力時(shí)，液晶分子將呈現(xiàn)下面將要解釋的混合相。當(dāng)對(duì)準(zhǔn)力大于中間分子力、還大于會(huì)引起液晶呈反鐵電相的對(duì)準(zhǔn)力、但小于引起液晶呈混合相的對(duì)準(zhǔn)力時(shí)，液晶呈正鐵電相。
在此實(shí)施例中，保持LC層21的分子按反鐵電相對(duì)準(zhǔn)的中間分子力大于對(duì)準(zhǔn)膜的對(duì)準(zhǔn)力，并且保持近晶層間序。當(dāng)沒有電壓加到LC層21上，LC層21呈現(xiàn)各近晶層中的分子在第一方向21A和第二方向21B交替對(duì)準(zhǔn)的反鐵電相；更嚴(yán)格地說，在每一鄰接對(duì)的近晶層的一個(gè)近晶層中的LC分子沿圖3所示的第一方向21A對(duì)準(zhǔn)，而在每一鄰接對(duì)的近晶層的另一個(gè)近晶層中的LC分子沿圖3所示的第二方向21B對(duì)準(zhǔn)。在此狀態(tài)下，導(dǎo)向(LC分子的長(zhǎng)軸的平均方向)表示具有SMCA液晶的層結(jié)構(gòu)的(近晶)層的法線方向(第三方向21C)。如圖5所示，鄰接的近晶層中的LC分子的自發(fā)極化PS的方向相互相反，并且相互抵消。此外，液晶層21的空間平均光軸實(shí)際上與近晶層的法向的方向(或第三方向21C)一致。
當(dāng)具有正極性的令人滿意的高壓(等于或大于飽和電壓)加到LC層21上時(shí)，LC分子基本上在第一方向21A上對(duì)準(zhǔn)，如圖6(B)所示。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化的方向基本上在相同方向上，液晶呈現(xiàn)LC層21的光軸基本上與第一方向一致的第一鐵電相。當(dāng)具有負(fù)極性的令人滿意的高壓(等于或小于飽和電壓)加到LC層21上時(shí)，LC分子基本上在第二方向21B上對(duì)準(zhǔn)，如圖6(C)所示。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化的方向基本上在相同方向上，液晶呈現(xiàn)LC層21的光軸基本上與第二方向21B一致的第二鐵電相。
正如前面所討論的，由于對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用，在LC層21和對(duì)準(zhǔn)膜18和19界面的分子取向有序(分子的對(duì)準(zhǔn)序)變差，并且LC分子易沿想象的錐體運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，LC層21的反鐵電相和鐵電相之間的勢(shì)能的能隙較小，并且因出現(xiàn)在LC層21與對(duì)準(zhǔn)膜18和19之間的表面效應(yīng)而使得反鐵電分子取向序更容易不規(guī)則。因此，當(dāng)中間電壓加到LC層21上時(shí)，一些LC分子沿由呈手性近晶CA相的分子形成的想象錐體運(yùn)動(dòng)(移動(dòng))，并且相對(duì)于基片11和12的主平面傾斜，如圖7所示。
當(dāng)比引起液晶呈現(xiàn)鐵電相的電壓低的電壓加到LC層21時(shí)，LC層21變?yōu)槿缦聽顟B(tài)LC層21包括呈反鐵電相的LC分子(圖5所示的保持反鐵電取向序的分子)和如圖8和6(D)至6(E)所示的相對(duì)與基片表面傾斜的LC分子。
當(dāng)所加電壓增大時(shí)，呈反鐵電相的LC分子(如圖6(A)所示的保持反鐵電取向序的分子)的數(shù)量減少，而相對(duì)于基片表面傾斜的LC分子的數(shù)量增加。此外，一些分子在對(duì)準(zhǔn)方向上改變極性，并變?yōu)槌疏F電相分子(保持鐵電相取向序的分子)。結(jié)果是，LC層21變?yōu)槿缦聽顟B(tài)LC層21包括呈反鐵電相的LC分子、呈鐵電相的LC分子和呈中間相的并具有傾斜的LC分子。
在該狀態(tài)下，LC層具有由呈反鐵電相的LC分子形成的小疇、由呈鐵電相的LC分子形成的小疇和由呈中間相的LC分子形成的小疇，并呈現(xiàn)與這些域的特性的平均值對(duì)應(yīng)的光特性。
在此實(shí)施例，將加有中間電壓的LC層21的狀態(tài)稱為第一混合相，因?yàn)長(zhǎng)C層21包括呈反鐵電、鐵電和中間相的LC分子。
圖8中示意地描述了第一混合相，其中在第一方向21A上對(duì)準(zhǔn)的LC分子、在第二方向21B上對(duì)準(zhǔn)的分子和相對(duì)與基片表面傾斜的分子相混合。
呈反鐵電相的LC分子數(shù)、呈鐵電相的LC分子數(shù)和呈中間相的LC分子數(shù)之間的比例，以及呈中間相的LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向(投射到基片主平面上的對(duì)準(zhǔn)方向)隨所加電壓的極性和電壓值連續(xù)變化。
正因?yàn)槿绱?，液晶的?dǎo)向(LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向)根據(jù)所加電壓連續(xù)地在第一方向21A和第二方向21B之間變化，如圖6(A)至6(E)所示。
當(dāng)具有上述結(jié)構(gòu)的LCD器件的光學(xué)特性以曲線的形式表示時(shí)，其光學(xué)特性在0伏的所加電壓附近不是水平線，并且隨著所加電壓的絕對(duì)值的增加平滑連續(xù)地變化。代表當(dāng)正電壓加到LC層上時(shí)的光學(xué)特性的曲線和代表當(dāng)負(fù)電壓加到LC層上時(shí)的光學(xué)特性的曲線是對(duì)稱的。在其絕對(duì)值等于或大于飽和電壓的絕對(duì)值的一個(gè)電壓加到LC層上的情況下，透射率變?yōu)樽畲?。而且滯后相?dāng)小。
圖9A示出了透射率與加到LCD器件的LC層的電壓之間的相互關(guān)系的一個(gè)例子(根據(jù)本發(fā)明的例1)。LCD器件的LC層21是由其主要成分為液晶化合物的一種液晶形成，所述液晶化合物是通過加工具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)并具有表一所示特性的液晶化合物而獲得的。以1．5微米的液晶盒間隔并在LC分子形成的螺旋結(jié)構(gòu)已被破壞的狀態(tài)下密封LC層21。
圖9B示出了加在對(duì)比例1的LCD器件中包括的LC層的電壓與透射率之間的關(guān)系。以1．5微米的液晶盒間隔并在保持LC分子形成的螺旋結(jié)構(gòu)的狀態(tài)下密封該LCD器件的LC層。
通過將方波電壓加在對(duì)電極13和17之間已獲得圖9A和9B所示的特性。
從圖9A可看到，根據(jù)本發(fā)明例1的LCD器件的所加電壓與透射率特性曲線沒有確定的閾值，透射率連續(xù)變化。代表當(dāng)正電壓加到LC層上時(shí)的光學(xué)特性的曲線和代表當(dāng)負(fù)電壓加到LC層上時(shí)的光學(xué)特性的曲線是對(duì)稱的，滯后非常小，反差(最大透射率和最小透射率之差)高。所加電壓和透射率實(shí)際上上彼此一一對(duì)應(yīng)。從而可容易地顯示半色調(diào)，可確保獲得高反差顯示圖象。
相反，在對(duì)比例1的情況下，對(duì)準(zhǔn)膜18、19與LC層21中的在厚度方向上形成LC層21的中間部分的那些LC分子之間的相互作用較弱，在LC層21的整個(gè)寬度上沒有出現(xiàn)混合相。這導(dǎo)致對(duì)比例1的LCD器件的所加電壓與透射率的特性具有一個(gè)閾值，滯后顯著，所加電壓與透射率特性不光滑。此外，反差小。
在根據(jù)本發(fā)明例1的LCD器件中，LC分子按如上所述方式根據(jù)所加電壓而運(yùn)動(dòng)?？蓮睦鐖D10所示的錐光偏振儀圖象以及圖11A至11C所示的顯示屏放大圖理解這一點(diǎn)。
圖10示出了塊狀態(tài)的LC材料的錐光偏振儀圖象。在圖10中，沿幾乎與代表電場(chǎng)E的箭頭垂直的并通過同心等旋干涉條紋(亮和黑環(huán))的中心的慮線出現(xiàn)了兩個(gè)光軸影(亮斑點(diǎn))，這兩個(gè)光軸影相對(duì)于幾乎與電場(chǎng)E的箭頭平行并通過前面所述中心的虛線幾乎是對(duì)稱的，所以認(rèn)為L(zhǎng)C分子處于LC分子跟隨雙螺旋結(jié)構(gòu)的反鐵電相。
從圖11A可看出，當(dāng)在由密封在基片之間的LC材料形成的LC層21上沒有施加電壓時(shí)，幾乎整個(gè)顯示屏都是黑的。當(dāng)高壓加到LV層21上時(shí)，幾乎整個(gè)顯示屏都是白的，如圖11C所示，這表明LC分子在第一方向或第二方向上對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)中間電壓加到LC層21上時(shí)，整個(gè)顯示屏隨所加電壓變黑或亮，如圖11B所示。在中間電壓加到LC層21上的同時(shí)，LC呈現(xiàn)混合相。
因此，本實(shí)施例的LC層21的LC分子根據(jù)所加電壓沿錐體運(yùn)動(dòng)，結(jié)果液晶分子的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)從第一／第二對(duì)準(zhǔn)態(tài)變?yōu)榈诙谝粚?duì)準(zhǔn)態(tài)。在此狀態(tài)下，LC層21的平均對(duì)準(zhǔn)方向(導(dǎo)向)根據(jù)所加電壓連續(xù)變化，從而透射率連續(xù)變化。這樣允許按所需灰度顯示圖象。
在圖3，將下極化板23的的傳輸軸23A設(shè)置成與包括在LC層21中的近晶層的法線幾乎平行，而將上極化板24的傳輸軸24A設(shè)置成與傳輸軸23A垂直。但是，可根據(jù)所要求的LCD器件的光電特性任意地來確定下極化板23和上極化板24的傳輸軸23A和24A的設(shè)置。
例如，可以平行于第二方向21B設(shè)置下極化板23的傳輸軸23A，使上極化板24的傳輸軸24A垂直于下極化板23的傳輸軸23A，如圖12A所示。根據(jù)此結(jié)構(gòu)，當(dāng)令人滿意的負(fù)高壓(等于或大于閾值)加到LC層21上時(shí)，導(dǎo)向表示顯示變得最黑的第二方向21B。當(dāng)令人滿意的正高壓(等于或大于閾值)加到LC層21上時(shí)，導(dǎo)向表示顯示變得最亮的第一方向21A。
在使用其錐角θ大于22．5度的LC材料的情況下，可以使極化板(下極化板23或上極化板24)的傳輸軸與LC層21的近晶層的法線成22．5度角?？梢赃@樣確定作為L(zhǎng)C層21呈鐵電相的導(dǎo)向的第二方向21B，使在第二方向21B和LC層21的近晶層的法線間形成大于22．5度但小于錐體角的角度?？墒蛊渌鼧O化板的傳輸軸與前面所述的一個(gè)極化板的傳輸軸基本垂直。采用這樣的光學(xué)方案，在不使LC處于鐵電相的情況下，也能驅(qū)動(dòng)LC，結(jié)果能防止顯示燃燒現(xiàn)象等，并能抑制閃爍。
例如，在采用如化學(xué)式1所示的其錐角為32度的LC材料的情況下，使下極化板23的傳輸軸23A與LC層21的近晶層的法線相交成22．5度，例如(法線的方向基本上與方向21C一致)，如圖12B所示。上極化板24的傳輸軸24A基本上與傳輸軸23A垂直。
通過在對(duì)電極間施加一個(gè)比引起LC層呈鐵電相的電壓低的電壓來控制傳輸光量，所述的LC層由上述的液晶形成，從而LC層的導(dǎo)向的方向在方向23A和方向21D限定的范圍內(nèi)變化，方向23A與近晶層的法線成22．5度角(法線方向基本上與方向21C一致)，方向21D與近晶層的法線成22．5度角。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)導(dǎo)向與傳輸軸23A的方向一致時(shí)顯示變?yōu)樽詈冢?dāng)導(dǎo)向與傳輸軸23A成45度角的方向21D一致時(shí)顯示變?yōu)樽盍?。在此情況下，不改變導(dǎo)向方向就能實(shí)現(xiàn)灰度顯示，直到變?yōu)榕c第一方向21A和第二方向21B一致以便獲得最小至最大灰度為止。換句話說，在不使LC呈鐵電相的情況下也能驅(qū)動(dòng)LC。
即使在采用上述光學(xué)方案的情況下，前面也討論了所加電壓與LC層21內(nèi)的分子的運(yùn)動(dòng)、相轉(zhuǎn)換等之間的關(guān)系，并且導(dǎo)向的方向在第一方向21A和第二方向21B間連續(xù)變化以便按所需灰度顯示圖象。此外，與圖3所述的光學(xué)方案相比減少了閃爍，并且使液晶層21處于非鐵電相。因此，抑制了顯示燃燒現(xiàn)象，并獲得高質(zhì)量的高反差顯示圖象。
圖13A示出了LCD器件(根據(jù)本發(fā)明的例2)的所加電壓與透射率特性曲線。在此LCD器件中，將圖12B所示的光學(xué)裝置應(yīng)用到上述LC盒(其中，以1．5微米盒間距密封液晶，所述的液晶具有表1所示的特性并且具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)的液晶化合物為基主要成分)中。
圖13B表示除盒間距為5微米外結(jié)構(gòu)與本發(fā)明例2相同的LCD器件(對(duì)比例2)的所加電壓與透射率特性曲線。
已通過將方波電壓加在對(duì)電極13和17間獲得了圖13A和13B所示的特性曲線。
從圖13A可看到，本發(fā)明例2的LCD器件的所加電壓與透射率特性曲線沒有確定的閾值，透射率連續(xù)變化。代表當(dāng)正電壓加到LC層上時(shí)的光學(xué)特性的曲線和代表當(dāng)負(fù)電壓加到LC層上時(shí)的光學(xué)特性的曲線是對(duì)稱的，滯后較小，反差高。另一方面，在對(duì)比例2的情況下，所加電壓與透射率我曲線有一個(gè)閾值，滯后顯著，所加電壓與透射率特性曲線不光滑，如圖13B所示。此外，反差低。
從圖13A和13B可以斷定，本發(fā)明例2的LCD器件也有極好的顯示能力。
現(xiàn)在參照?qǐng)D14A至14C描述上面所形成的本發(fā)明LCD器件的驅(qū)動(dòng)方法。
圖14A表示柵信號(hào)，柵驅(qū)動(dòng)器31將柵信號(hào)加到任一行的柵極線15上，而圖14B表示數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器32將數(shù)據(jù)信號(hào)與柵極脈沖同步地加到第一數(shù)據(jù)線16上。使數(shù)據(jù)信號(hào)的電壓設(shè)定為不導(dǎo)致LC層21呈現(xiàn)鐵電相的值，即，為一個(gè)在VTmax和VTmin之間并與要獲得的透射率對(duì)應(yīng)的電壓。圖14C表示在施加圖14B所示數(shù)據(jù)脈沖時(shí)出現(xiàn)的透射率的變化。
在選擇相應(yīng)行的選擇期間每一柵信號(hào)變?yōu)镺N作為柵極脈沖。該柵極脈沖使所選擇行的TFTs14導(dǎo)通。在TFTs14導(dǎo)通(ON)的寫周期，將與顯示灰度對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)加在象素電極13與面對(duì)象素電極的公用電極17之間。當(dāng)柵極脈沖變?yōu)镺FF，TFTs14變成OFF，至到此時(shí)仍將加在電極13和17上的電壓保持在象素電容上，每一象素電容都包括一個(gè)電極13、電極17和夾在這兩個(gè)電極間的LC層21。正如在圖14C中所看到的，維持與保持的電壓相對(duì)應(yīng)的顯示灰度，直到選擇下一行的選擇周期為止。因而，根據(jù)這一驅(qū)動(dòng)方法，通過控制數(shù)據(jù)脈沖的電壓就能按所要求的灰度顯示圖象。
圖15表示，當(dāng)用圖14A和14B所示的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)本發(fā)明例2的LCD器件時(shí)、并且數(shù)據(jù)信號(hào)的電壓依次從-5V到+5V增加和從+5V到-5V依次降低時(shí)，透射率的變化。從圖15可以理解，通過使用圖14A和14B所示的驅(qū)動(dòng)方法能容易地按要求的灰度顯示圖象。
現(xiàn)在參照?qǐng)D16描述能實(shí)現(xiàn)這樣的驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器32結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。
如圖16所示，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器32包括第一取樣／保持電路41、第二取樣／保持電路42、A／D(模／數(shù))轉(zhuǎn)換器43、定時(shí)控制44和電平移動(dòng)器45。
第一取樣／保持電路41取樣／保持對(duì)在于一個(gè)相應(yīng)象素的外部提供模擬顯示信號(hào)的的信號(hào)分量(一個(gè)圖象數(shù)據(jù)項(xiàng))VD’。第二取樣／保持電路42取樣／保持由第一取樣／保持電路41保持的信號(hào)VD’。
A／D轉(zhuǎn)換器43將由第二取樣／保持電路42所保持的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字灰度信號(hào)。
在每一選擇周期TS，定時(shí)控制器44給第一和第二取樣／保持電路41、42提供作為取樣／保持指令的定時(shí)控制信號(hào)。
電平移動(dòng)器(level shifter)45將從A／D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字灰度信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有相應(yīng)電壓VD(用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電壓并且是顯示由數(shù)據(jù)灰度指定的灰度所需要的電壓)，并將數(shù)據(jù)脈沖輸給相應(yīng)的一個(gè)數(shù)據(jù)線16。電平移動(dòng)器45將信號(hào)處理系統(tǒng)的供電設(shè)備與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的供電設(shè)備相互分開。在相應(yīng)行的TFTs14為ON時(shí)的寫周期將從電平移動(dòng)器45輸出的電壓VD加到LC層21上。并且將該電壓在TFTs14為OFF時(shí)保持在電極13和17間。
對(duì)于每一列象素都設(shè)置有第一取樣保持電路41、第二取樣保持電路42、A／D轉(zhuǎn)換器43和電平移動(dòng)器45，而設(shè)置的定時(shí)控制器44為多列象素所共用。
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器32的結(jié)構(gòu)并不局限于圖16所示的結(jié)構(gòu)。例如，包括在A／D轉(zhuǎn)換器43中的取樣保持電路可以用作第取樣保持電路42。可以采用專門的方法處理從A／D轉(zhuǎn)換器43輸出的數(shù)據(jù)，然后將處理后的數(shù)據(jù)提供給電平移動(dòng)器45以轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電壓?？梢詫⑻幚砗蟮臄?shù)據(jù)提供給電平移動(dòng)器45以轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電壓?？梢詫⑻幚砗蟮臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為具有用于信號(hào)處理系統(tǒng)的電壓的灰度信號(hào)，然后將所述灰度信號(hào)提供給電平移動(dòng)器45以轉(zhuǎn)換為用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電壓。
可以從數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器32的外邊提供各種定時(shí)信號(hào)。另外，圖象數(shù)據(jù)本身可以是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
本發(fā)明不局限于第一實(shí)施例，可得到各種修改和應(yīng)用。
例如，本發(fā)明的液晶不局限于其主要成分是具有化學(xué)式1的所示結(jié)構(gòu)的液晶化合物，能使用呈混合相的任何其它液晶。液晶的性能也不局限于前面所描述的。當(dāng)需要時(shí)也可以改變對(duì)準(zhǔn)膜的材料、厚度、等等。
可以使用LC材料和對(duì)準(zhǔn)膜的任意組合，只要對(duì)準(zhǔn)力小于形成上述LC層的LC分子間的相互作用力，并且只要LC層能呈現(xiàn)混合相。
也可任意地確定LC層21的厚度，只要LC層21能在整個(gè)厚度呈現(xiàn)混合相。甚至還可以使用液晶層的一部分不能呈混合相的液晶層，只要這一部分的出現(xiàn)幾乎不影響顯示就可以。
此外，根據(jù)第一實(shí)施例，將極化板23和24設(shè)置成它們的傳輸軸23A和24A相互垂直。但是，也可將極化板23和24設(shè)置成它們的傳輸軸23A和24A相互平行。另外，極化板的光軸可以是吸收軸。
進(jìn)一步地，本發(fā)明不局限于采用TFTs作為有源單元的AFLC顯示器，也可以用MIMs作為有源單元的AFLC顯示器。
本發(fā)明還能用于簡(jiǎn)單矩陣(無(wú)源矩陣)型顯示器，其中在相互面對(duì)的基片11和12的相對(duì)著的表面上設(shè)置掃描電極71和與掃描電極71垂直的信號(hào)電極72，如圖17所示。
第二實(shí)施例現(xiàn)在描述本發(fā)明第二實(shí)施例的LCD器件。
第二實(shí)施例的LCD器件的基本結(jié)構(gòu)與圖1-4所示的第一實(shí)例的LCD器件的結(jié)構(gòu)基本上相同。
第二實(shí)施例的LC層21，例如，由主要成分是具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)的液晶化合物的液晶形成，這種液晶具有表一所示的特性。在塊狀態(tài)下，液晶呈手性近晶(SmCA*)相。對(duì)準(zhǔn)膜18和19的表面能分散力(esd)在38至41dyn／cm的范圍內(nèi)，其van der Waals力(esp)在大約4至10dyn／cm的范圍內(nèi)。這些基本上與第一實(shí)例的LCD器件的相同。
但是，第二實(shí)施例的對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力比第一實(shí)施例的對(duì)準(zhǔn)膜的對(duì)準(zhǔn)力大。作用在第二實(shí)施例使用的液晶的分子間的中間分子力大約等于第二實(shí)施例的對(duì)準(zhǔn)膜的對(duì)準(zhǔn)力。LC分子受到通過對(duì)準(zhǔn)處理給予對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用。這些對(duì)準(zhǔn)力比第一實(shí)施例中LC受到的對(duì)準(zhǔn)力大。在上述的狀態(tài)下，(1)當(dāng)?shù)诙?shí)例的LC層21密封在基片11和基片12之間并且沒有施加電壓時(shí)，它呈現(xiàn)反鐵電相，(2)當(dāng)LC層21密封在基片11和基片12之間并施加滿意的高壓時(shí)呈鐵電相，其中LC分子基本上在圖3所示的第一方向21A或第二方向21B上對(duì)準(zhǔn)；(3)當(dāng)施加中間電場(chǎng)時(shí)，LC層21呈現(xiàn)混合相，其中在LC層21中出現(xiàn)在分子對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)與正鐵電相和鐵電相不同的呈中間相對(duì)準(zhǔn)的LC分子。
在正鐵電相，如立體圖18所示和如投射在基片表面上的示意圖19所示，使第一近晶層中的LC分子與設(shè)為第一方向21A或第二方向21B的它們的長(zhǎng)軸對(duì)準(zhǔn)。按預(yù)定的序設(shè)置近晶層。與設(shè)為第一方向21A的它們的長(zhǎng)軸對(duì)準(zhǔn)的LC分子數(shù)和與設(shè)為第二方向21B的它們的長(zhǎng)軸對(duì)準(zhǔn)的LC分子數(shù)彼此相等。
由于在第一方向(第一對(duì)準(zhǔn)狀態(tài))對(duì)準(zhǔn)的LC分子數(shù)和與第二方向(第二對(duì)準(zhǔn)狀態(tài))對(duì)準(zhǔn)的LC分子數(shù)彼此相等。所以導(dǎo)向(LC分子的長(zhǎng)軸的平均方向)基本上與SmCA*液晶的層結(jié)構(gòu)的(近晶)層的法線的方向(第三方向21C)一致。LC分子的自發(fā)極化PS相互抵消。此外，LC層21的空間平均光軸基本上與近晶層的法線的方向(第三方向21C)一致。
當(dāng)令人滿意的正極高壓(等于或大于飽和電壓)加到鐵電相的具有圖20(A)所示的分子排列的LC層21上時(shí)，LC分子基本上與第一方向21A對(duì)準(zhǔn)，如圖20(D)所示。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第一鐵電相。
在當(dāng)令人滿意的負(fù)極高壓(等于或大于飽和電壓)加到LC層21上時(shí)，LC分子基本上在如圖20(E)所示的第二方向21B上對(duì)準(zhǔn)。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第二鐵電相。
在上述情況下，LC層21的光軸基本與第一方向21A或第二方向21B一致。
由于對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用，在LC層21與對(duì)準(zhǔn)膜18和19之間的界面的分子取向序變差，LC分子能容易地沿想象的錐體運(yùn)動(dòng)。由于在LC層21與對(duì)準(zhǔn)膜18和19之間的界面出現(xiàn)的表面效應(yīng)，比較容易地使正鐵電分子取向序不規(guī)則。所以，當(dāng)中間電壓加到LC分子層21時(shí)，一些LC分子沿呈手性近晶CA相的分子描繪的錐體運(yùn)動(dòng)，并相對(duì)于基片11和12的主平面傾斜，如圖7所示。
當(dāng)將電壓加到LC層21上時(shí)，在LC分子21中出現(xiàn)小疇和與基片的表面傾斜對(duì)準(zhǔn)的LC分子，如圖21(B)和21(C)所示。這些小疇呈鐵電相，其中鄰接近晶層中的LC分子在第一方向21A或第二方向21B對(duì)準(zhǔn)。
當(dāng)所加電壓增強(qiáng)時(shí)，在第一方向21A或第二方向21B對(duì)準(zhǔn)的LC分子數(shù)減少，而在第二方向21B或第一方向21A對(duì)準(zhǔn)的LC分子數(shù)根據(jù)所加電壓的極性增加。與基片表面傾斜的LC分子數(shù)也增加。
在第二實(shí)施例中，施加中間電壓時(shí)LC分子呈現(xiàn)的相稱為第二混合相，因?yàn)長(zhǎng)C分子包括呈第一和第二鐵電相的LC分子以及與基本表面傾斜的LC分子。
第二混合相與如圖8所示的第一實(shí)施例相同，其中在LC層21中包括呈第一和第二鐵電相的LC分子以及與基本表面傾斜的LC分子。
呈第一和第二鐵電相的LC分子數(shù)與呈中間相的LV分子數(shù)之間的比、呈中間相的LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向(投射在基片的主平面上的對(duì)準(zhǔn)方向)所加電壓的極性和電壓值連續(xù)變化。
因此，液晶的導(dǎo)向(LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向)根據(jù)所加電壓在第一和第二方向21A和21B之間連續(xù)變化，如圖20(A)至20(E)所示。
當(dāng)以曲線的形式表示具有上述結(jié)構(gòu)的LCD器件的光學(xué)特性時(shí)，它并不沒有在0V的所加電壓附近描繪一條水平線，隨著所加電壓絕對(duì)值的增加連續(xù)光滑地變化。表示正電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線和表示負(fù)電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線是對(duì)稱的。進(jìn)一步地，在絕對(duì)值等于或大于飽和電壓的絕對(duì)值的電壓加到LC層上的情況下，透射率變?yōu)轱柡?。而且，滯后相?dāng)小。
液晶化合物是通過加工具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)并具有表一所示特性的液晶化合物而獲得的。使用包括這樣加工的液晶化合物作為主要成分的液晶，形成LC層21以制作LCD器件(根據(jù)本發(fā)明例3的器件)。盒間隔設(shè)定為1．5微米以便破壞LC分子描繪的螺旋結(jié)構(gòu)。將方波電壓加到對(duì)電極13和17上測(cè)量所加電壓與透射率之間的關(guān)系，結(jié)果是，對(duì)于例3的LCD器件，得到了與第一實(shí)施例的圖9A所示相同的電光特性。
例3的LCD器件的所加電壓與透射率的特性曲線沒有確定的閾值，并且透射率連續(xù)地變化。表示正電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線和表示負(fù)電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線是對(duì)稱的，滯后相當(dāng)小，反差高。所加電壓和透射率實(shí)際上是彼此一一對(duì)應(yīng)的。這允許容易地顯示半色調(diào)，能確保獲得高反差的顯示圖象。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的LC層21的LC分子按所加的電壓沿錐體運(yùn)動(dòng)，結(jié)果是LC分子的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)從第一／第二對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)變到第二／第一對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。在此情況下，LC層21的平均對(duì)準(zhǔn)方向根據(jù)所加電壓連續(xù)變化，使透射率連續(xù)變化。允許按所需的灰度顯示圖象。
第三實(shí)施例現(xiàn)在描述本發(fā)明第三實(shí)施例的LCD器件。
第三實(shí)施例的LCD器件的基本結(jié)構(gòu)與圖1-4所示的第一實(shí)例的LCD器件的結(jié)構(gòu)基本上相同。
第三實(shí)施例的LC層21，例如，由主要成分是具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)的液晶化合物的液晶形成，這種液晶具有表一所示的特性。在塊狀態(tài)下，液晶呈手性近晶CA(SmCA*)相。對(duì)準(zhǔn)膜18和19的表面能分散力(esd)在大約38至41dyn／cm的范圍內(nèi)，其van der Waals力(esp)在大約4至10dyn／cm的范圍內(nèi)。這些基本上與第一實(shí)例的LCD器件的相同。
但是，第三實(shí)施例的對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力比第三實(shí)施例的對(duì)準(zhǔn)膜的對(duì)準(zhǔn)力大。作用在第三實(shí)施例使用的液晶的分子間的中間分子力小于第二實(shí)施例的對(duì)準(zhǔn)膜的對(duì)準(zhǔn)力。LC分子受到通過對(duì)準(zhǔn)處理給予對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用。這些對(duì)準(zhǔn)力比第一實(shí)施例中LC分子受到的對(duì)準(zhǔn)力大。在上述的狀態(tài)下，(1)當(dāng)?shù)谌龑?shí)例的LC層21密封在基片11和基片12之間并且沒有施加電壓時(shí)，它呈現(xiàn)混合相，其中LC層包括呈反鐵電相的LC分子、呈鐵電相的LC分子、以及以取向序(對(duì)準(zhǔn)序)與反鐵電和鐵電相不同的其它相對(duì)準(zhǔn)的LC分子；(2)即使當(dāng)施加電壓時(shí)LC層21也呈現(xiàn)混合相；(3)當(dāng)給LC層21施加令人滿意的高壓時(shí)，LC層21根據(jù)所加電壓的極性呈第一或第二鐵電相。
由于對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用，在LC層21與對(duì)準(zhǔn)膜18和19之間的界面的分子取向序變差，LC分子能容易地沿想象的錐體運(yùn)動(dòng)。此外，在本實(shí)施例中，使分子對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)比作用在LC分子間的相互作用力大。
因此，如圖7所示，一些LC分子沿呈手性近晶CA相的分子描繪的錐體運(yùn)動(dòng)，使這些LC分子的對(duì)準(zhǔn)方向反向，而另一些LC分子相對(duì)于基片11和12的主平面傾斜。
更具體地說，在LC分子21中出現(xiàn)鄰接近晶層中的LC分子在第一方向21A或第二方向21B對(duì)準(zhǔn)的鐵電相的小疇、LC分子在第一方向21A和第二方向21B交替對(duì)準(zhǔn)的反鐵電相的小疇、與基片的表面傾斜對(duì)準(zhǔn)的LC分子、以及以正鐵電序?qū)?zhǔn)的LC分子的小疇。
在第三實(shí)施例中，獲得了與這些小疇的平均特性對(duì)應(yīng)的光學(xué)特性。
在第三實(shí)施例中，當(dāng)LC層21密封在一對(duì)基片之間時(shí)，LC層21變?yōu)槌史磋F電相的狀態(tài)，在LC層中包括呈相的LC分子、以中間對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)對(duì)準(zhǔn)的LC分子和呈正鐵電相的分子，這是因?yàn)閷?duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用。這種狀態(tài)稱為第三混合相。
當(dāng)所加電壓增強(qiáng)時(shí)，在第一方向21A或第二方向21B對(duì)準(zhǔn)的LC分子數(shù)減少，而在第二方向21B或第一方向21A對(duì)準(zhǔn)的LC分子數(shù)根據(jù)所加電壓的極性增加。使一開始與基片表面傾斜的LC分子在第一或第二方向上對(duì)準(zhǔn)。與基片表面傾斜的LC分子數(shù)也增加。
在第三混合相的情況下，呈反鐵電相的LC分子數(shù)、呈鐵電相的LC分子數(shù)和呈中間相的LC分子數(shù)之間的比，呈中間相的LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向(投射在基片的主平面上的對(duì)準(zhǔn)方向)隨所加電壓的極性和電壓值連續(xù)變化。
因此，液晶的導(dǎo)向(LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向)根據(jù)所加電壓在第一和第二方向21A和21B之間連續(xù)變化，如圖21(A)至20(C)所示。
當(dāng)令人滿意的正極高壓(等于或大于飽和電壓)加到混合相的具有圖21(A)所示的分子排列的LC層21上時(shí)，LC分子基本上沿第一方向21A對(duì)準(zhǔn)，如圖21(D)所示。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第一鐵電相。
在當(dāng)令人滿意的負(fù)極高壓(等于或小于飽和電壓)加到LC層21上時(shí)，LC分子基本上在如圖21(E)所示的第二方向21B上對(duì)準(zhǔn)。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第二鐵電相。
在上述情況下，LC層21的光軸基本上與第一方向21A或第二方向21B一致。
當(dāng)以曲線的形式表示具有上述結(jié)構(gòu)的LCD器件的光學(xué)特性時(shí)，它沒有在0V的所加電壓附近描繪一條水平線，并隨著所加電壓絕對(duì)值的增加連續(xù)光滑地變化。表示正電壓加到LC層上的光學(xué)特性的曲線和表示負(fù)電壓加到LC層上的光學(xué)特性的曲線是對(duì)稱的。進(jìn)一步地，在絕對(duì)值等于或大于飽和電壓Ec的絕對(duì)值的電壓加到LC層上的情況下，透射率變?yōu)轱柡汀６?，滯后相?dāng)小。
液晶化合物是通過加工具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)并具有表一所示特性的液晶化合物而獲得的。使用包括這樣加工的液晶化合物作為主要成分的液晶，形成LC層21以制作LCD器件(根據(jù)本發(fā)明例4的器件)。盒間隔設(shè)定為1．5微米以便破壞LC分子描繪的螺旋結(jié)構(gòu)。將方波電壓加到對(duì)電極13和17上測(cè)量所加電壓與透射率之間的關(guān)系，結(jié)果是，對(duì)于例4的LCD器件，得到了與第一實(shí)施例的圖9A所示的相同的電光特性。
與第一實(shí)施例的情況相同，例4的LCD器件的所加電壓與透射率的特性曲線沒有確定的閾值，并且透射率連續(xù)地變化。表示正電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線和表示負(fù)電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線是對(duì)稱的，滯后相當(dāng)小，反差高。所加電壓和透射率實(shí)際上是彼此一一對(duì)應(yīng)的。這能確保可靠地顯示半色調(diào)和高反差的圖象。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的LC層21的LC分子按所加的電壓沿錐體運(yùn)動(dòng)，結(jié)果是LC分子的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)從第一／第二對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)變到第二／第一對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。在此情況下，LC層21的平均對(duì)準(zhǔn)方向根據(jù)所加電壓連續(xù)變化，使透射率連續(xù)變化。因此能按所需的灰度顯示圖象。
第四實(shí)施例現(xiàn)在描述本發(fā)明第四實(shí)施例的LCD器件。
第四實(shí)施例的LCD器件的基本結(jié)構(gòu)與圖1-4所示的第一實(shí)施例的LCD器件的結(jié)構(gòu)基本上相同。
第四實(shí)施例的LC層21，例如，由主要成分是具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)的液晶化合物的液晶形成，這種液晶具有表一所示的特性。在塊狀態(tài)下，液晶呈手性近晶CA(SmCA*)相。這些基本上與第一實(shí)例的LCD器件的相同。
然而，在第四實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)膜18和19的表面能分散力(esd)在大約30至50dyn／cm的范圍內(nèi)，而van der Waals力(esp)在大約3至20dyn／cm的范圍內(nèi)。
在第四實(shí)施例中，(1)當(dāng)令人滿意的正高壓加到LC分子層21上時(shí)，LC層21鐵電相，其中LC分子根據(jù)所加電壓的極性基本上沿第一方向21A或第二方向21B對(duì)準(zhǔn)；和(2)當(dāng)中間電壓加到LC層21上時(shí)，LC層21呈混合相，與基片11和12的主平面成角度地對(duì)準(zhǔn)的LC分子和按近晶層間序?qū)?zhǔn)的LC分子相混合。
上述LC層21受到LC層21與對(duì)準(zhǔn)膜18和19之間的界面的相互作用(表面效應(yīng))，換句話說，受到通過對(duì)準(zhǔn)處理給予對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用。由于對(duì)準(zhǔn)力和使LC材料呈反鐵電相的分子間力的相互作用，LC層21呈現(xiàn)(1)鐵電相、(2)反鐵電相、(3)正鐵電相和(4)混合相之一。
(1)在形成LC層21的分子之間的分子力增強(qiáng)并且保持反鐵電相取向序的分子力令人滿意地大于對(duì)準(zhǔn)力的情況下，LC層21呈現(xiàn)反鐵電相，與塊狀態(tài)的情況一樣。
更具體地，LC層21的厚度(盒間隔)幾乎等于LC材料的螺旋結(jié)構(gòu)的1個(gè)螺距(自然螺距)。LC受到通過對(duì)準(zhǔn)處理給予對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用。但是，保持LC材料的分子呈反鐵電相的分子間力大于通過對(duì)準(zhǔn)處理給予對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力。因此，正如圖5和6(A)的示出的那樣，LC分子呈雙螺旋結(jié)構(gòu)已被破壞的反鐵電相。
當(dāng)沒有電壓加到LC層21上，鄰接近晶層中的LC分子交替地在第一方向21A和第二方向21B對(duì)準(zhǔn)，導(dǎo)向(LC分子長(zhǎng)軸的平均方向)基本與SmCA*液晶的(近晶)層的法線的方向(第三方向21C)一致。在此狀態(tài)下，如圖5所示，近晶層中的LC分子的自發(fā)極化PS的方向相互相反，鄰接近晶層中的LC分子的自發(fā)極化相互抵消。液晶層21的空間平均光軸實(shí)際上與近晶層的法向的方向(第三方向21C)一致。
當(dāng)令人滿意的正極高壓(等于或大于飽和電壓)加到LC層21上時(shí)，LC分子基本上在第一方向21A上對(duì)準(zhǔn)，如圖6(B)所示。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第一鐵電相。當(dāng)令人滿意的負(fù)極高壓(等于或小于飽和電壓)加到LC層21上時(shí)，LC分子基本上在第二方向21B上對(duì)準(zhǔn)，如圖6(C)所示。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化基本上指向相同的方向，并且LC呈第二鐵電相。
通過對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用，在LC層21和對(duì)準(zhǔn)膜18和19間的界面形成LC層21的LC分子的對(duì)準(zhǔn)序減弱，LC分子能容易地沿想象的錐體運(yùn)動(dòng)，如圖7所示。此外，反鐵電相和鐵電相間的勢(shì)能的間隙較小，反鐵電分子取向序容易不規(guī)則，這上因?yàn)樵贚C層21和對(duì)準(zhǔn)膜18和19間界面的表面現(xiàn)象所引起。在這些條件下，當(dāng)中間電壓加到LC層21上，一些LC分子沿呈手性近晶CA相的分子所描繪的想象錐體運(yùn)動(dòng)，并相對(duì)于基片11和12的主平面傾斜。
當(dāng)?shù)碗妷赫拥絃C層21上時(shí)，LC層21變成這樣的狀態(tài)在LC層中包括呈反鐵電相的LC分子(保持圖6所示的反鐵電取向序的分子)和如圖8、6(D)和6(E)所示的與基片表面傾斜的LC分子。
當(dāng)所加電壓增加時(shí)，呈反鐵電相的LC分子數(shù)(維持圖6(A)所示的反鐵電取向序的分子數(shù))減少，而與基片表面傾斜的LC分子數(shù)增加。使一些LC分子的對(duì)準(zhǔn)方向反向，成鐵電相的分子(具有鐵電取向序的分子)。因此，LC層21變?yōu)槌史磋F電相的狀態(tài)，在LC層中包括呈鐵電相的分子和呈中間相的并傾斜對(duì)準(zhǔn)的分子。
所以LC層21包括呈反鐵電相、鐵電相和中間相的LC分子。在此情況下，獲得與由呈反鐵電相的LC分子形成的小疇、由呈鐵電相的LC分子形成的小疇、由呈中間相的LC分子形成的小疇的平均特性對(duì)應(yīng)的光學(xué)特性。
在第四實(shí)施例中，將中間相對(duì)準(zhǔn)的具有與基片的主平面傾斜的分子的LC分子、其它相對(duì)準(zhǔn)的LC分子出現(xiàn)在LC層21中的狀態(tài)稱為第四混合相。
在第四混合相的情況下，呈反鐵電相的LC分子數(shù)、呈鐵電相的LC分子數(shù)和呈中間相的LC分子數(shù)之間的比，以及呈中間相的LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向(投射在基片主平面上的對(duì)準(zhǔn)方向)隨所加電壓的極性和大小連續(xù)變化。
因此，液晶的導(dǎo)向(LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向)根據(jù)所加電壓在第一和第二方向21A和21B之間連續(xù)變化，如圖6(A)至6(E)所示。
(2)當(dāng)作用在形成LC層21的LC材料的分子間的分子間力較弱并且對(duì)準(zhǔn)力比維持反鐵電相的分子間力大時(shí)，對(duì)準(zhǔn)力對(duì)LC層21的LC分子起作用，使LC分子不為反鐵電取向序。在此情況下，當(dāng)反鐵電分子對(duì)準(zhǔn)的能量與鐵電分子對(duì)準(zhǔn)的能量差相當(dāng)小時(shí)并且當(dāng)其閾值不確定時(shí)，反鐵電取向序破壞，密封在基片11和12間的LC層以小疇為單位呈正鐵電相，其中雙螺旋結(jié)構(gòu)已破壞的LC分子以近晶層間序?qū)?zhǔn)。
在正鐵電相，如圖18和19所示，LC分子沿基設(shè)定為第一方向21A或第二方向21B的長(zhǎng)軸對(duì)準(zhǔn)，沒有LC分子中間相。然而，與反鐵電相不同，其分子沿第一方向21A取向的層與其分子沿第二方向的層沒有交替，LC分子以小疇為單位沿相同的方向?qū)?zhǔn)。
換句話說，在LC層21中出現(xiàn)了處于其分子沿第一方向?qū)?zhǔn)的第一對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)的小疇、處于其分子沿第二方向?qū)?zhǔn)的第二對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)的小疇。
在此情況下，處于其分子沿第一方向?qū)?zhǔn)的第一對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)的小疇中的LC分子的自發(fā)極化Ps與處于其分子沿第二方向?qū)?zhǔn)的第二對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)的鄰接小疇中的LC分子的極化Ps相互抵消。此處，LC層21的空間平均光軸基本上與近晶層的法線的方向(第三方向21C)一致。
當(dāng)令人滿意的正極高壓(等于或大于飽和電壓)加到正鐵電相的具有圖20(A)所示的分子對(duì)準(zhǔn)的LC層21上時(shí)，LC分子基本上沿第一方向21A對(duì)準(zhǔn)，如圖20(B)所示。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第一鐵電相。在當(dāng)令人滿意的負(fù)高壓(等于或小于飽和電壓)加到LC層21上時(shí)，LC分子基本上在如圖20(C)所示的第二方向21B上對(duì)準(zhǔn)。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第二鐵電相。
在上述情況下，LC層21的光軸基本上與第一方向21A或第二方向21B一致。
正如前面所討論的，通過對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用，在LC層21和對(duì)準(zhǔn)膜18和19間的界面形成LC層21的LC分子的對(duì)準(zhǔn)序減弱，LC分子能容易地沿想象的錐體運(yùn)動(dòng)。此外，正鐵電分子取向序容易不規(guī)則，這上因?yàn)樵贚C層21和對(duì)準(zhǔn)膜18和19間的界面的表面現(xiàn)象所引起。當(dāng)中間電壓加到LC層21上，一些LC分子沿呈手性近晶CA相的分子所描繪的想象錐體運(yùn)動(dòng)，并相對(duì)于基片11和12的主平面傾斜如圖7所示。
當(dāng)電壓正加到LC層21上時(shí)，LC層呈混合相，其中LC層21中出現(xiàn)鄰接LC分子沿第一方向21A或第二分子21B對(duì)準(zhǔn)的鐵電(或正鐵電)小疇(如圖20(D)和20(E)所示)和與基片表面傾斜的LC分子。
上述的混合相如圖8所示，其中沿第一方向21A對(duì)準(zhǔn)的LC分子、沿第二方向21B對(duì)準(zhǔn)的LC分子和與基片表面傾斜的LC分子混合。
在這種混合相，呈反鐵電相的LC分子數(shù)、呈鐵電相的LC分子數(shù)和呈中間相的LC分子數(shù)之間的比，以及呈中間相的LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向(投射在基片主平面上的對(duì)準(zhǔn)方向)隨所加電壓的極性和大小連續(xù)變化。
因此，液晶的導(dǎo)向(LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向)根據(jù)所加電壓在第一和第二方向21A和21B之間連續(xù)變化，如圖20(A)至20(E)所示。
(3)假定作用在形成LC層21的LC材料的分子間的分子間力較弱，對(duì)準(zhǔn)力比維持反鐵電相的分子間力大并且對(duì)準(zhǔn)力比引起LC層呈正鐵電相的對(duì)準(zhǔn)力大，反鐵電分子對(duì)準(zhǔn)的能量與鐵電分子對(duì)準(zhǔn)的能量之間的差較小并且不確定。在此情況下，由于對(duì)準(zhǔn)力的作用，一些分子呈中間態(tài)，在由呈近晶手性CA相的分子描繪的錐體上與基片的主表面傾斜對(duì)準(zhǔn)。密封在基片11和12間的LC層呈雙螺旋結(jié)構(gòu)已被破壞的混合相。
換句話說，在LC層21中出現(xiàn)了鄰接LC分子沿第一方向21A或第二方向21B對(duì)準(zhǔn)的鐵電小疇、鄰接LC分子沿第一方向21A和第二方向21B交替對(duì)準(zhǔn)的反鐵電小疇、具有與基片表面成角度的LC分子的中間相小疇。得到了與這些小疇的平均特性對(duì)應(yīng)的光學(xué)特性。
當(dāng)電壓加到LC分子層21上，沿第一／第二方向?qū)?zhǔn)的LC分子數(shù)減少，而沿第二／第一方向?qū)?zhǔn)的LC分子數(shù)增加。使一開始于基片表面傾斜的LV分子敞經(jīng)二方向21B或第二方向21A對(duì)準(zhǔn)。傾斜的LV分子也增加。
在這種混合相，呈反鐵電相的LC分子數(shù)、呈鐵電相的LC分子數(shù)和呈中間相的LC分子數(shù)之間的比，以及呈中間相的LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向(投射在基片主平面上的對(duì)準(zhǔn)方向)隨所加電壓的極性和大小連續(xù)變化。
因此，液晶的導(dǎo)向(LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向)根據(jù)所加電壓在第一和第二方向21A和21B之間連續(xù)變化，如圖20(A)至20(E)所示。
當(dāng)令人滿意的正極高壓(等于或大于飽和電壓)加到混合相的具有圖21(A)所示的分子對(duì)準(zhǔn)的LC層21上時(shí)，LC分子基本上沿第一方向21A對(duì)準(zhǔn)，如圖21(B)所示。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第一鐵電相。在當(dāng)令人滿意的負(fù)高壓(等于或小于飽和電壓)加到LC層21上時(shí)，LC分子基本上在如圖21(C)所示的第二方向21B上對(duì)準(zhǔn)。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第二鐵電相。
在上述情況下，LC層21的光軸基本上與第一方向21A或第二方向21B一致。
當(dāng)將中間電壓加到LC分子上，LC時(shí)分子變成這樣的狀態(tài)，包括沿第一方向21A對(duì)準(zhǔn)的LC分子的小疇、包括沿第二方向21B對(duì)準(zhǔn)的LC分子的小疇、包括沿第一方向21A和第二方向交替對(duì)準(zhǔn)的LC分子的小疇以及與基片的主平面傾斜的LC分子的小疇相混合，如圖21(D)和21(E)所示。
因此，液晶的導(dǎo)向(LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向)根據(jù)所加電壓在第一和第二方向21A和21B之間連續(xù)變化，如圖21(A)至21(E)所示。
在上述對(duì)準(zhǔn)特性的(1)至(3)的任何一種情況下，當(dāng)沒有電壓加到LC分子層21上時(shí)LC分子的導(dǎo)向基本上與第三方向21C一致，并且導(dǎo)向根據(jù)所加電壓在第一和第二方向21A和21B之間連續(xù)變化。
因此，當(dāng)以曲線的形式表示具有上述結(jié)構(gòu)的LCD器件的光學(xué)特性時(shí)，它沒有在0V的所加電壓附近描繪一條水平線，并隨著所加電壓絕對(duì)值的增加而連續(xù)光滑地變化。表示正電壓加到LC層上的光學(xué)特性的曲線和表示負(fù)電壓加到LC層上的光學(xué)特性的曲線是對(duì)稱的。進(jìn)一步地，在絕對(duì)值等于或大于飽和電壓Ec的絕對(duì)值的電壓加到LC層上的情況下，透射率變?yōu)轱柡?。而且，滯后相?dāng)小。
根據(jù)本實(shí)施例的LCD器件(例5)具有圖9A所示的作為所加電壓與透射率之間關(guān)系的電光特性。
這一LCD器件的LC層21由其主要成分是液晶化合物的液晶組成，液晶化合物是通過加工具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)并具有表一所示特性的液晶化合物而獲得的。由設(shè)定為1．5微米的盒間隔并在LC層21的分子描繪的螺旋結(jié)構(gòu)已被破壞的狀態(tài)下密封LC層21。
上述LCD器件的對(duì)準(zhǔn)膜18和19由有機(jī)高分子化合物(例如聚酰亞胺)形成，厚度大約為25nm至35nm。對(duì)準(zhǔn)膜已經(jīng)過研磨。對(duì)準(zhǔn)膜18和19的表面能分散力(esd)在大約38至41dyn／cm的范圍內(nèi)，而van der Waals力(esp)在大約4至10dyn／cm的范圍內(nèi)。
例5的LCD器件的所加電壓與透射率的特性曲線沒有確定的閾值，并且透射率連續(xù)地變化。表示正電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線和表示負(fù)電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線是對(duì)稱的，滯后相當(dāng)小，反差高。所加電壓和透射率實(shí)際上是彼此一一對(duì)應(yīng)的。這能確?？煽康仫@示半色調(diào)和高反差的圖象。
因此，根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例的LC層21的LC分子按所加的電壓沿錐體運(yùn)動(dòng)，結(jié)果是LC分子的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)從第一／第二對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)變到第二／第一對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。在此情況下，LC層21的平均對(duì)準(zhǔn)方向根據(jù)所加電壓連續(xù)變化，使透射率連續(xù)變化。因此能按所需的灰度顯示圖象。
第五實(shí)施例現(xiàn)在描述本發(fā)明第五實(shí)施例的LCD器件。
第五實(shí)施例的LCD器件的基本結(jié)構(gòu)與圖1-4所示的第一實(shí)例的LCD器件的結(jié)構(gòu)基本上相同。
第五實(shí)施例的LC層21，例如，由主要成分是具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)的液晶化合物的液晶形成，這種液晶具有表一所示的特性。在塊狀態(tài)下，液晶呈手性近晶CA(SmCA*)相。這些基本上與第一實(shí)例的LCD器件的相同。
然而，在第五實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)膜18和19的表面能分散力(esd)在大約30至50dyn／cm的范圍內(nèi)，而van der Waals力(esp)在大約3至20dyn／cm的范圍內(nèi)。
在第五實(shí)施例中，(1)當(dāng)令人滿意的正高壓加到LC分子層21上時(shí)，LC層21呈鐵電相，其中LC分子根據(jù)所加電壓的極性基本上沿圖3所示第一方向21A或第二方向21B對(duì)準(zhǔn)；和(2)當(dāng)中間電壓加到LC層21上時(shí)，LC層21呈混合相，與基片11和12的主平面成角度地對(duì)準(zhǔn)的LC分子和按近晶層間序?qū)?zhǔn)的LC分子相混合。
上述LC層21受到LC層21與對(duì)準(zhǔn)膜18和19之間的界面的相互作用(表面效應(yīng))，換句話說，受到通過對(duì)準(zhǔn)處理給予對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用。由于對(duì)準(zhǔn)力與作用在LC層21的分子之間的分子間力的相互作用，LC層21呈現(xiàn)(1)鐵電相、(2)反鐵電相、(3)正鐵電相和(4)混合相之一。
(1)在形成LC層21的分子之間的分子力增強(qiáng)并且保持反鐵電相取向序的分子力令人滿意地大于對(duì)準(zhǔn)力的情況下，LC層21呈現(xiàn)反鐵電相，與塊狀態(tài)的情況一樣。
更具體地，LC層21的厚度(盒間隔)幾乎等于LC材料的螺旋結(jié)構(gòu)的1個(gè)螺距(自然螺距)。LC受到通過對(duì)準(zhǔn)處理給予對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用。但是，LC的分子間力大于通過對(duì)準(zhǔn)處理給予對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力，如圖5和6(A)所示，LC分子呈雙螺旋結(jié)構(gòu)已被破壞的反鐵電相。
當(dāng)沒有電壓加到LC層21上，由LC分子描繪的雙螺旋破壞。在鄰接近晶層之一中，LC分子沿圖3所示的第一方向21A對(duì)準(zhǔn)，而在另一近晶層中，LC分子沿圖3所示的第二方向?qū)?zhǔn)。簡(jiǎn)言之，LC分子沿第一方向21A和第二方向21B交替地對(duì)準(zhǔn)。導(dǎo)向(LC分子長(zhǎng)軸的平均方向)基本與SmCA*液晶具有的層結(jié)構(gòu)的(近晶)層的法線的方向(第三方向21C)一致。在此狀態(tài)下，如圖5所示，近晶層中的LC分子的自發(fā)極化Ps的方向相互相反，鄰接近晶層中的LC分子的自發(fā)極化相互抵消。液晶層21的空間平均光軸實(shí)際上與近晶層的法向的方向(第三方向21C)相同。
當(dāng)令人滿意的正極高壓(等于或大于飽和電壓)加到LC層21上時(shí)，LC分子基本上沿第一方向21A對(duì)準(zhǔn)，如圖6(B)所示。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第一鐵電相。當(dāng)令人滿意的負(fù)極高壓(等于或小于飽和電壓)加到LC層21上時(shí)，LC分子基本上沿第二方向21B對(duì)準(zhǔn)，如圖6(C)所示。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化基本上指向相同的方向，并且LC呈第二鐵電相。
在上述狀態(tài)下，LC21的光軸沿基本上與第一方向21A或第二方向21B相同的方向延伸。
正如前面所述，通過對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用，在LC層21和對(duì)準(zhǔn)膜18和19間的界面形成LC層21的LC分子的對(duì)準(zhǔn)序減弱，LC分子能容易地沿想象的錐體運(yùn)動(dòng)，如圖7所示。此外，反鐵電相和鐵電相間的勢(shì)能的間隙較小，反鐵電分子取向序容易不規(guī)則，這上因?yàn)樵贚C層21和對(duì)準(zhǔn)膜18和19間界面的表面現(xiàn)象所引起。當(dāng)中間電壓加到LC層21上，一些LC分子沿呈手性近晶CA相的分子所描繪的想象錐體運(yùn)動(dòng)，并相對(duì)于基片11和12的主平面傾斜，如圖7所示。
當(dāng)?shù)碗妷赫拥絃C層21上時(shí)，LC層21變成這樣的狀態(tài)在LC層21的整個(gè)厚度出現(xiàn)呈反鐵電相的LC分子(保持圖5所示的反鐵電取向序的分子)和如圖8、6(D)和6(E)所示的與基片表面傾斜的LC分子。由于LC層21薄并且其厚度的數(shù)量級(jí)為1．5微米，所以對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力甚至作用在位于LC層21的中間部分中的LC分子上，使LC層21在其整個(gè)厚度上呈現(xiàn)如下狀態(tài)呈反鐵電相的LC分子與傾斜的LC分子相混合。
當(dāng)所加電壓增加時(shí)，呈反鐵電相的LC分子數(shù)(維持圖6(A)所示的反鐵電取向序的分子數(shù))減少，而與基片表面傾斜的LC分子數(shù)增加。使一些LC分子的對(duì)準(zhǔn)方向反向，變成呈鐵電相的分子(具有鐵電取向序的分子)。因此，LC層21在其整個(gè)厚度呈現(xiàn)如下狀態(tài)呈反鐵電相的LC分子、呈鐵電相的分子和呈中間相的并傾斜對(duì)準(zhǔn)的分子相混合。
在此狀態(tài)，LC層21包括呈反鐵電相、鐵電相和中間相的LC分子。因此，獲得與由呈反鐵電相的LC分子形成的小疇、由呈鐵電相的LC分子形成的小疇、由呈中間相的LC分子形成的小疇的平均特性對(duì)應(yīng)的光學(xué)特性。
在第五實(shí)施例中，將具有與基片的主平面傾斜的LC分子與沿其它相對(duì)準(zhǔn)的LC分子相混合的狀態(tài)稱為第五混合相。
在第五混合相的情況下，呈反鐵電相的LC分子數(shù)、呈鐵電相的LC分子數(shù)和呈中間相的LC分子數(shù)之間的比，以及呈中間相的LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向(投射在基片主平面上的對(duì)準(zhǔn)方向)隨所加電壓的極性和大小連續(xù)變化。
因此，液晶的導(dǎo)向(LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向)根據(jù)所加電壓在第一方向21A和第二方向21A之間連續(xù)變化，如圖6(A)至6(E)所示。
(2)當(dāng)對(duì)準(zhǔn)力比作用在形成LC層21的LC材料的分子之間的分子間力強(qiáng)時(shí)，對(duì)準(zhǔn)力對(duì)LC層21的LC分子起作用，使LC分子不為反鐵電取向序。在此情況下，當(dāng)反鐵電分子對(duì)準(zhǔn)的能量與鐵電分子對(duì)準(zhǔn)的能量之間的差相當(dāng)小時(shí)并且當(dāng)其閾值不確定時(shí)，反鐵電取向序破壞，密封在基片11和12間的LC層以小疇為單位呈正鐵電相，其中雙螺旋結(jié)構(gòu)己破壞的LC分子以近晶層間序?qū)?zhǔn)。
在正鐵電相，如圖18和19所示，雙螺旋結(jié)構(gòu)已被破壞，LC分子沿其設(shè)定為第一方向21A或第二方向21B的長(zhǎng)軸對(duì)準(zhǔn)，沒有LC分子呈中間相。然而，與反鐵電相不同，其分子沿第一方向21A對(duì)準(zhǔn)的層與其分子沿第二方向?qū)?zhǔn)的層沒有交替，LC分子以小疇為單位沿相同的方向?qū)?zhǔn)。
換句話說，在LC層21中出現(xiàn)了處于其分子沿第一方向?qū)?zhǔn)的第一對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)的小疇、處于其分子沿第二方向?qū)?zhǔn)的第二對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)的小疇。
在此情況下，處于其分子沿第一方向?qū)?zhǔn)的第一對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)的小疇中的LC分子的自發(fā)極化PS與處于其分子沿第二方向?qū)?zhǔn)的第二對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)的鄰接小疇中的LC分子的極化PS相互抵消。此處，LC層21的空間平均光軸基本上與近晶層的法線的方向(第三方向21C)一致。
當(dāng)令人滿意的正極高壓(等于或大于飽和電壓)加到正鐵電相的具有圖20(A)所示的分子對(duì)準(zhǔn)的LC層21上時(shí)，LC分子基本上沿第一方向21A對(duì)準(zhǔn)，如圖20(B)所示。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第一鐵電相。在當(dāng)令人滿意的負(fù)極高壓(等于或小于飽和電壓)加到LC層21上時(shí)，LC分子基本上在如圖20(C)所示的第二方向21B上對(duì)準(zhǔn)。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第二鐵電相。
在上述情況下，LC層21的光軸基本上與第一方向21A或第二方向21B一致。
正如前面所討論的，通過對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用，在LC層21和對(duì)準(zhǔn)膜18和19之間的界面形成LC層21的LC分子的對(duì)準(zhǔn)序減弱，LC分子能容易地沿想象的錐體運(yùn)動(dòng)。此外，正鐵電分子取向序容易不規(guī)則，這上因?yàn)樵贚C層21和對(duì)準(zhǔn)膜18和19之間的界面的表面現(xiàn)象所引起。當(dāng)中間電壓加到LC層21上，一些LC分子沿呈手性近晶CA相的分子所描繪的想象錐體運(yùn)動(dòng)，并相對(duì)于基片11和12的主平面傾斜，如圖7所示。
當(dāng)電壓正加到LC層21上時(shí)，LC層呈混合相，其中LC層21中出現(xiàn)鄰接LC分子沿第一方向21A或第二分子21B對(duì)準(zhǔn)的鐵電(或正鐵電)小疇(如圖21(D)和21(E)所示)和與基片表面傾斜的LC分子。由于LC層薄并且其厚度為1．5微米的數(shù)量級(jí)，所以對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力在LC層21的整個(gè)厚度對(duì)LC分子上起作用，使LC層21在其整個(gè)厚度呈混合相。
當(dāng)所加電壓增加時(shí)，沿第一／第二方向?qū)?zhǔn)的LC分子數(shù)(減少，而沿第二／第一方向?qū)?zhǔn)的LC分子數(shù)增加。與基片表面傾斜的LC分子數(shù)也增加。
上述的混合相如圖8所示，，其中沿LC的整個(gè)厚度出現(xiàn)沿第一方向21A對(duì)準(zhǔn)的LC分子、沿第二方向21B對(duì)準(zhǔn)的LC分子和與基片表面傾斜的LC分子。
在這種混合相，呈第一電相的LC分子數(shù)、呈第二鐵電相的LC分子數(shù)和呈中間相的LC分子數(shù)之間的比，以及呈中間相的LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向(投射在基片主平面上的對(duì)準(zhǔn)方向)隨所加電壓的極性和大小連續(xù)變化。
因此，液晶的導(dǎo)向(LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向)根據(jù)所加電壓在第一方向21A和第二方向21B之間連續(xù)變化，如圖21(A)至21(E)所示。
(3)當(dāng)對(duì)準(zhǔn)力比作用在形成LC層21的分子之間的分子間力弱時(shí)并且當(dāng)使LC分子對(duì)準(zhǔn)的能量為反鐵電分子對(duì)準(zhǔn)的能量和鐵電分子對(duì)準(zhǔn)的能量之間的中間值時(shí)，一些分子呈中間態(tài)，其中在由呈近晶手性CA相的分子描繪的錐體上與基片的主表面傾斜對(duì)準(zhǔn)，LC層21呈混合相。由于LC層21的厚度為1．5的數(shù)量級(jí)，對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力甚至對(duì)LC層21的中間部分的LC分子起作用。因此，LC層21在其整個(gè)厚度呈混合相。
更嚴(yán)格地說，LC層21在其整個(gè)厚度呈混合相，其中其分子沿第一方向21A或第二方向21B對(duì)準(zhǔn)的鐵電小疇、其分子沿第一方向21A和第二方向21B交替對(duì)準(zhǔn)的反鐵電小疇、與基片表面成角度的LC分子相混合。在此情況下，得到了與這些小疇的平均特性對(duì)應(yīng)的光學(xué)特性。
當(dāng)電壓加到LC分子層21上，沿第一方向21A或第二方向21對(duì)準(zhǔn)的LC分子數(shù)減少，而沿第二方向21B／第一方向21A對(duì)準(zhǔn)的LC分子數(shù)增加。使一開始與基片表面傾斜的LC分子數(shù)沿第二方向21B或第二方向21A對(duì)準(zhǔn)。傾斜的LC分子也增加。
在這種混合相，呈反鐵電相的LC分子數(shù)、呈鐵電相的LC分子數(shù)和呈中間相的LC分子數(shù)之間的比，以及呈中間相的LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向(投射在基片主平面上的對(duì)準(zhǔn)方向)隨所加電壓極性和大小連續(xù)變化。
因此，液晶的導(dǎo)向(LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向)根據(jù)所加電壓在第-21A和第二方向21B之間連續(xù)變化，如圖20(A)至20(E)所示。
當(dāng)令人滿意的正極高壓(等于或大于飽和電壓)加到混合相的具有圖21(A)所示的分子對(duì)準(zhǔn)的LC層21上時(shí)，LC分子基本上沿第一方向21A對(duì)準(zhǔn)，如圖21(B)所示。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第一鐵電相。
當(dāng)令人滿意的負(fù)極高壓(等于或小于飽和電壓)加到LC層21上時(shí)，LC分子基本上在如圖21(C)所示的第二方向21B上對(duì)準(zhǔn)。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第二鐵電相。
在上述情況下，LC層21的光軸基本上與第一方向21A或第二方向21B一致。
進(jìn)一步地，當(dāng)將中間電壓加到LC分子上，LC時(shí)分子變成這樣的狀態(tài)，包括沿第一方向21A對(duì)準(zhǔn)的LC分子的小疇、包括沿第二方向21B對(duì)準(zhǔn)的LC分子的小疇、包括沿第一方向21A和第二方向交替對(duì)準(zhǔn)的LC分子的小疇以及與基片的主平面傾斜的LC分子的小疇相混合，如圖21(D)和21(E)所示。
因此，液晶的導(dǎo)向(LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向)根據(jù)所加電壓在第一和第二方向21A和21B之間連續(xù)變化，如圖21(A)至21(E)所示。
在上述對(duì)準(zhǔn)特性的(1)至(3)的任何一種情況下，當(dāng)沒有電壓加到LC分子層21上時(shí)LC分子的導(dǎo)向基本上與第三方向21C一致。當(dāng)電壓加到LC層21上時(shí)，導(dǎo)向隨所加電壓在第一方向21A和第二方向21B之間連續(xù)變化。導(dǎo)向的運(yùn)動(dòng)時(shí)光滑的，因?yàn)長(zhǎng)C層21在其整個(gè)厚度呈混合相。
因此，當(dāng)以曲線的形式表示具有上述結(jié)構(gòu)的LCD器件的光學(xué)特性時(shí)，它沒有在0V的所加電壓附近描繪一條水平線，并隨著所加電壓絕對(duì)值的增加而連續(xù)光滑地變化。表示正電壓加到LC層上的光學(xué)特性的曲線和表示負(fù)電壓加到LC層上的光學(xué)特性的曲線是對(duì)稱的。進(jìn)一步地，在絕對(duì)值等于或大于飽和電壓Ec的絕對(duì)值的電壓加到LC層上的情況下，透射率變?yōu)轱柡?。而且，滯后相?dāng)小。
尤其是在當(dāng)沒有電壓加到LC層21時(shí)LC層呈混合相的情況(3)下，LC層21的導(dǎo)向的運(yùn)動(dòng)在施加低電壓期間是光滑的，滯后較小，得到高對(duì)稱的V形電光特性(即，以曲線形式表示時(shí)描述了一個(gè)V形線的電光特性)。該特性曲線可適合于作為進(jìn)行多灰度顯示的LCD器件的特性。
LCD器件(例6)具有圖9 A所示的作為所加電壓與透射率之間關(guān)系的電光特性。
這一LCD器件的LC層21由其主要成分是液晶化合物的液晶組成，液晶化合物是通過加工具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)并具有表一所示特性的液晶化合物而獲得的。由設(shè)定為1．5微米的盒間隔并在LC層21的分子描繪的螺旋結(jié)構(gòu)已被破壞的狀態(tài)下密封LC層21。
上述LCD器件的對(duì)準(zhǔn)膜18和19由有機(jī)高分子化合物(例如聚酰亞胺)形成，厚度大約為25nm至35nm。對(duì)準(zhǔn)膜已經(jīng)過研磨。對(duì)準(zhǔn)膜18和19的表面能分散力(esd)在大約38至41dyn／cm的范圍內(nèi)，而對(duì)準(zhǔn)膜18和19的van der Waals力(esp)在大約9至14dyn／cm的范圍內(nèi)。
在例6的LCD器件中，LC層21在其整個(gè)厚度呈混合相。例6的LCD器件的所加電壓與透射率的特性曲線沒有確定的閾值，并且透射率連續(xù)地變化。表示正電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線和表示負(fù)電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線是對(duì)稱的，滯后相當(dāng)小，反差高。所加電壓和透射率實(shí)際上是彼此一一對(duì)應(yīng)的。這能確?？煽康仫@示半色調(diào)和高反差的圖象。
因此，該實(shí)施例的LC層21在其整個(gè)厚度呈混合相，LC分子的導(dǎo)向按所加的電壓在第一對(duì)準(zhǔn)方向21A和第二對(duì)準(zhǔn)方向21B之間連續(xù)變化。因此能按所需的灰度顯示圖象。
在上述第二至第五實(shí)施例中，下極化板23、上極化板24的傳輸軸23A和24A的設(shè)置可以根據(jù)所需LCD器件的電光特性來任意確定。
例如，在使用其錐角θ為22．5度的LC材料時(shí)，可按第一實(shí)施例的圖12A所示的方式設(shè)置下極化板23的傳輸軸23A和上極化板24的傳輸軸24A。按照此結(jié)構(gòu)，當(dāng)令人滿意的負(fù)高壓(等于或大于閾值)加到LC層21上時(shí)，導(dǎo)向在顯示變?yōu)樽詈诘牡诙较?1B。當(dāng)令人滿意的正高壓(等于或大于閾值)加到LC層21上時(shí)，導(dǎo)向在顯示變?yōu)樽盍恋牡谝环较?1A。
例如，在使用其錐角θ大于22．5度的LC材料時(shí)，錐角θ為35度的LC材料如化學(xué)式1所示，可按第一實(shí)施例的圖12B所示的方式設(shè)置下極化板23的傳輸軸23A和上極化板24的傳輸軸24A。通過采用這樣的光學(xué)裝置，在使液晶不為鐵電相的情況下能驅(qū)動(dòng)液晶，從而防止顯示燃燒現(xiàn)象等的出現(xiàn)并抑制閃爍。
對(duì)于圖12B所示的光學(xué)裝置用于上述LC液晶盒(以盒間距為1．5微米通過密封液晶形成，所述的液晶具有表一所示的特性并且包括作為其主要成分的具有化學(xué)式1所示結(jié)構(gòu)液晶化合物)的LCD器件測(cè)量所加電壓與透射率之間的關(guān)系。通過在對(duì)電極13和17間施加方波電壓來測(cè)量上述關(guān)系。測(cè)量的結(jié)果是，得到了與第一實(shí)施例的圖13A所示的相同的電光特性。
根據(jù)第五實(shí)施例所述的(本發(fā)明)例子的LCD器件，所加電壓與透射率的特性曲線沒有確定的閾值，并且透射率連續(xù)地變化。表示正電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線和表示負(fù)電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線是對(duì)稱的，滯后相當(dāng)小，反差高。
在上述的LCD器件中，LC層21在其整個(gè)厚度呈混合相。這保證了LCD器件的極好的灰度顯示能力。
用與第一實(shí)例的LCD驅(qū)動(dòng)方法相同的方法驅(qū)動(dòng)上面的LCD器件。
此外，能使用第一實(shí)施例的圖16所示的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器32驅(qū)動(dòng)LCD器件。使用這樣的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器，能按所需的灰度可靠地顯示圖象。
本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，可進(jìn)行各種修改和實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用。例如，本發(fā)明的反鐵電液晶不局限于其主要成分為具有表一所示的結(jié)構(gòu)的液晶化合物，也可作用呈其它相的所需液晶。液晶的特性也不局限于前面所述。也可根據(jù)需要改變對(duì)準(zhǔn)膜的材料，厚度，等等。
可以使用LC材料和對(duì)準(zhǔn)膜的任意組合，只要在沒有電壓加到LC層時(shí)LC層21包括傾斜的LC分子就行。
LC層21的厚度也可任意地確定，只要LC層21能在整個(gè)厚度呈混合相。甚至還能使用其一部分不能呈混合相的液晶層，只要這一部分的出現(xiàn)幾乎不影響顯示就行。
另外，根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例，相互垂直地設(shè)置極化板23的傳輸軸23A和極化板24的傳輸軸24A。但也可相互平行地設(shè)置傳輸軸23A和24A。而且，極化板的光軸可為吸收軸。
另外，本發(fā)明不局限于采用TFTs作為有源單元的AFLC顯示器件，本發(fā)明也適用于采用MIMs作為有源單元的AFLC器件。
本發(fā)明還適用于簡(jiǎn)單矩陣(無(wú)源矩陣)型顯示器，其中在相互面對(duì)的基片11和12的相對(duì)表面上設(shè)置掃描電極71和與掃描電極71垂直的信號(hào)電極72，如圖17所示。
第六實(shí)施例現(xiàn)在描述本發(fā)明第六實(shí)施例的LCD器件。
第六實(shí)施例的LCD器件的基本結(jié)構(gòu)與圖1-4所示的第一實(shí)例的LCD器件的結(jié)構(gòu)基本上相同。
第六實(shí)施例的LC層21，例如，由主要成分是具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)的液晶化合物的液晶形成，這種液晶具有表一所示的特性。在塊狀態(tài)下，液晶呈手性近晶CA(SmCA*)相。這些基本上與第一實(shí)例的LCD器件的相同。
然而，在第六實(shí)施例中，對(duì)準(zhǔn)膜18和19的表面能分散力(esd)在大約30至50dyn／cm的范圍內(nèi)，而van der Waals力(esp)在大約3至20dyn／cm的范圍內(nèi)。
在第六實(shí)施例中，LC層21由這樣的LC材料形成(1)當(dāng)沒有電壓加到LC層21上時(shí)，位于基片11和12附近的LC層21的那些部分呈混合相，其中呈鐵電相和反鐵電相的LC分子相混合或者其中呈鐵電或反鐵電相的分子和沿近晶層間序?qū)?zhǔn)的并與基片11和12的主平面傾斜的LC分子相混合，LC層21的中間部分呈現(xiàn)一種例如與上述的混合相不同的反鐵電相的相；(2)當(dāng)中間電壓加到LC層21上時(shí)，改變與基片的主平面成角度的LC分子的傾斜；和(3)當(dāng)令人滿意的正高壓加到LC分子層21上時(shí)，LC層21呈鐵電相，其中LC分子基本上沿第一方向21A或第二方向21B對(duì)準(zhǔn)。
這樣的液晶，當(dāng)其密封在LC盒25中時(shí)，受到液晶與對(duì)準(zhǔn)膜18和19之間的界面的相互作用(表面效應(yīng))，換句話說，受到通過對(duì)準(zhǔn)處理給予對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力的作用。由于對(duì)準(zhǔn)力與作用在LC層21的分子之間的分子間力的相互作用，LC層21中的位于對(duì)準(zhǔn)膜18和19附近的那些部分呈現(xiàn)混合相。在對(duì)準(zhǔn)力大于形成LC層21的保持分子反鐵電相的分子力的情況下，當(dāng)液晶為塊狀態(tài)時(shí)呈反鐵電相的一些LC分子變?yōu)橹虚g態(tài)，即在由呈近晶手性相的分子描繪的錐體上相對(duì)基片的主平面傾斜對(duì)準(zhǔn)，而其它LC分子在對(duì)準(zhǔn)方向上反向并呈鐵電相。這導(dǎo)致傾斜對(duì)準(zhǔn)的LC分子與呈鐵電相的LC分子相混合的混合相。位于對(duì)準(zhǔn)膜18和19附近的LC層21的那些分子呈混合相，其中鄰接LC分子沿第一方向21A或第二方向21B對(duì)準(zhǔn)的呈鐵電相的小疇、鄰接LC分子沿第一方向21A和第二方向21B交替對(duì)準(zhǔn)的呈反鐵電相的小疇、與基片的表面傾斜的LC分子相混合。在此情況下，獲得了與這些疇的平均特性相對(duì)應(yīng)的光學(xué)特性。
由于對(duì)準(zhǔn)膜18和19的對(duì)準(zhǔn)力與距離的平方成正比地變?nèi)酰运鼈儧]有對(duì)沿LC層21的厚度方向的LC層21的中間部分產(chǎn)生令人滿意的強(qiáng)有力的影響。正因?yàn)槿绱耍琇C層21的中間部分呈反鐵電相，其中LC分子沒第一方向21A和第二方向21B交替地對(duì)準(zhǔn)。
圖22表示LC分子的對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)，當(dāng)LC層21中的位于對(duì)準(zhǔn)膜18和19附近的分子呈混合相時(shí)，而LC層21的中間部分呈鐵電相。圖23表示LC層21的層結(jié)構(gòu)。
當(dāng)電壓加到LC層21上時(shí)，根據(jù)所加電壓的極性，在對(duì)準(zhǔn)膜18和19的附近，沿第一方向21A或第二方向21B對(duì)準(zhǔn)的LC分子數(shù)減少和沿第二方向21B或第一方向21A對(duì)準(zhǔn)的LC分子增加。使一開始與基片的表面傾斜的LV分子沿第二或第一方向?qū)?zhǔn)。傾斜的LC化子數(shù)也增加。
在反鐵電相和鐵電相之間的勢(shì)能的能隙較小。因而，當(dāng)電壓加到LC層21上時(shí)，一些LC分子沿呈手性近晶CA相的分子描繪的想象的錐體運(yùn)動(dòng)，并且變成與基片11和12的主平面傾斜。
在這種混合相，呈反鐵電相的LC分子數(shù)、呈鐵電相的LC分子數(shù)和呈中間相的LC分子數(shù)之間的比，以及呈中間相的LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向(投射在基片主平面上的對(duì)準(zhǔn)方向)隨所加電壓的極性和大小連續(xù)變化。
當(dāng)令人滿意的正極高壓(等于或大于飽和電壓)加到LC層21上時(shí)，LC分子基本上沿第一方向21A對(duì)準(zhǔn)。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化指向基本上相同的方向，并且LC呈第一鐵電相。
當(dāng)令人滿意的負(fù)極高壓(等于或小于飽和電壓)加到LC層2l上時(shí)，LC分子基本上沿第二方向21B對(duì)準(zhǔn)。在此狀態(tài)下，LC分子的自發(fā)極化基本上指向相同的方向，并且LC呈第二鐵電相。
在上述狀態(tài)下，LC層21的光軸沿基本上與第一方向21A或第二方向21B相同的方向延伸。
LC的導(dǎo)向(LC分子的平均對(duì)準(zhǔn)方向)如24(A)至24(E)所示。當(dāng)沒有電壓加到LC層21上時(shí)，導(dǎo)向代表近晶層的法線方向21C，如圖24(A)所示。導(dǎo)向方向根據(jù)所加電壓在第一方向21A和第二方向21A之間連續(xù)變化。
因此，當(dāng)以曲線的形式表示具有上述結(jié)構(gòu)的LCD器件的光學(xué)特性時(shí)，它沒有在0V的所加電壓附近描繪一條水平線，并隨著所加電壓絕對(duì)值的增加而連續(xù)光滑地變化。表示正電壓加到LC層上的光學(xué)特性的曲線和表示負(fù)電壓加到LC層上的光學(xué)特性的曲線是對(duì)稱的。進(jìn)一步地，在絕對(duì)值等于或大于飽和電壓Ec的絕對(duì)值的電壓加到LC層上的情況下，透射率變?yōu)轱柡汀?br> 根據(jù)本實(shí)例的LCD器件(例7)具有圖25所示的作為所加電壓與透射率之間關(guān)系的電光特性。這一LCD器件的LC層21由其主要成分是液晶化合物的液晶組成，液晶化合物是通過加工具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)并具有表一所示特性的液晶化合物而獲得的。以設(shè)定為1．5微米的盒間隔并在LC層21的分子描繪的螺旋結(jié)構(gòu)已被破壞的狀態(tài)下密封LC層21。
上述LCD器件的對(duì)準(zhǔn)膜18和19由有機(jī)高分子化合物(例如聚酰亞胺)形成，厚度大約為25nm至35nm。對(duì)準(zhǔn)膜已經(jīng)過研磨。對(duì)準(zhǔn)膜18和19的表面能分散力(esd)在大約38至41dyn／cm的范圍內(nèi)，而對(duì)準(zhǔn)膜18和19的van der Waals力(esp)在大約9至14dyn／cm的范圍內(nèi)。
如圖25所示，例7的LCD器件的所加電壓與透射率的特性曲線沒有確定的閾值，并且透射率連續(xù)地變化。表示正電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線和表示負(fù)電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線是對(duì)稱的，滯后相當(dāng)小，反差高。所加電壓和透射率實(shí)際上是彼此一一對(duì)應(yīng)的。這能確保可靠地顯示半色調(diào)和高反差的圖象。
因此，當(dāng)沒有電壓加到LC層21上時(shí)，位于對(duì)準(zhǔn)膜18和19附近的LC層21的那些部分呈混合相。當(dāng)電壓加到LC層21上時(shí)，整個(gè)LC層21呈混合相。LC層21的導(dǎo)向按所加的電壓在第一方向21A和第二方向21B之間連續(xù)變化。因此能按所需的灰度顯示圖象。
下極化板23、上極化板24的傳輸軸23A和24A的設(shè)置可以根據(jù)所需LCD器件的電光特性來任意確定。
例如，在使用其錐角θ為22．5度的LC材料時(shí)，可按第一實(shí)施例的圖12A所示的方式設(shè)置下極化板23的傳輸軸23A和上極化板24的傳輸軸24A。按照此結(jié)構(gòu)，當(dāng)令人滿意的負(fù)高壓(等于或大于閾值)加到LC層21上時(shí)，導(dǎo)向?yàn)榈诙较?1B以便顯示變?yōu)樽詈?。?dāng)令人滿意的正高壓(等于或大于閾值)加到LC層21上時(shí)，導(dǎo)向在第方向21A，結(jié)果顯示變?yōu)樽盍痢?br> 例如，在使用其錐角θ大于22．5度的LC材料時(shí)，錐角θ為32度的LC材料如化學(xué)式1所示，可按第一實(shí)施例的圖12B所示的方式設(shè)置下極化板23的傳輸軸23A和上極化板24的傳輸軸24A。通過采用這樣的光學(xué)裝置，在使液晶不為鐵電相的情況下能驅(qū)動(dòng)液晶，從而防止顯示燃燒現(xiàn)象等的出現(xiàn)并抑制閃爍。
對(duì)于將圖12B所示的光學(xué)裝置用于上述LC液晶盒(以盒間距為1．5微米通過密封液晶形成，所述的液晶具有表一所示的特性并且包括作為其主要成分的具有化學(xué)式1所示結(jié)構(gòu)液晶化合物)的LCD器件，測(cè)量所加電壓與透射率之間的關(guān)系。通過在對(duì)電極13和17間施加方波電壓來測(cè)量上述關(guān)系。測(cè)量的結(jié)果是，得到了與圖26所示的相同的電光特性。
根據(jù)例8的LCD器件，如圖26所示，所加電壓與透射率的特性曲線沒有確定的閾值，并且透射率連續(xù)地變化。表示正電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線和表示負(fù)電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線是對(duì)稱的，滯后相當(dāng)小，反差高。
從圖26中可理解到，上述的LCD器件具有極好的灰度顯示能力。
在此實(shí)施例中，LC層21的厚度為5微米。當(dāng)沒有電壓加到LC層21上時(shí)，位于基片附近的LC層21的那些部分呈混合相。當(dāng)電壓加到LC層21上時(shí)，LC層21的中間部分也呈混合相。然而，LC層21的厚度可比上述的大的多，并且即使當(dāng)電壓加到層21上時(shí)LC層21的中間部分也不呈混合相。
在此情況下，例如，LC層21的厚度設(shè)為大約5微米。當(dāng)LC層21較厚時(shí)，在保持呈手性近晶CA相的LC分子描繪的雙螺旋結(jié)構(gòu)的狀態(tài)下將LC層21密封在基片之間。
然而，由于液晶與對(duì)準(zhǔn)膜之間的界面的表面效應(yīng)所產(chǎn)生的對(duì)準(zhǔn)力作用在對(duì)準(zhǔn)膜18和19附近的LC分子上，由這些分子描繪的雙螺旋結(jié)構(gòu)破壞，從而LC層21中的位于對(duì)準(zhǔn)膜18和19附近的那些部分呈現(xiàn)混合相。同時(shí)，對(duì)準(zhǔn)力沒有作用在形成LC層21的中間部分的LC分子上。因此，LC層21的中間部分保持手性近晶CA相，其中，LC分子描繪雙螺旋結(jié)構(gòu)。
圖27A表示當(dāng)方波電壓加在具有上述的結(jié)構(gòu)的LC層21的LCD器件(例9)的對(duì)電極13和17上時(shí)所加電壓與透射率之間的相互關(guān)系。
這一LCD器件是由其主要成分是液晶化合物的液晶組成，所述液晶化合物是通過加工具有由化學(xué)式1表示的結(jié)構(gòu)并具有表一所示特性的液晶化合物而獲得的。以設(shè)定為1．5微米的盒間隔并在LC層21的分子描繪的螺旋結(jié)構(gòu)已被破壞的狀態(tài)下密封LC層21。
上述LCD器件的對(duì)準(zhǔn)膜18和19由有機(jī)高分子化合物(例如聚酰亞胺)形成，厚度大約為25nm至35nm。對(duì)準(zhǔn)膜已經(jīng)過研磨。對(duì)準(zhǔn)膜18和19的表面能分散力(esd)在大約38至41dyn／cm的范圍內(nèi)，而對(duì)準(zhǔn)膜18和19的van der Waals力(esp)在大約9至14dyn／cm的范圍內(nèi)。
圖27A所描繪的特性曲線是圖27B的實(shí)線所表示的特性曲線與圖27B的間斷線所表示的特性曲線的組合。由圖27B的實(shí)線表示的三穩(wěn)態(tài)特性曲線是針對(duì)LC層的中間部分獲得的，呈現(xiàn)顯著的滯后現(xiàn)象。由圖27B的間斷的V形線表示的特性曲線是僅對(duì)于位于對(duì)準(zhǔn)膜18和19的附近的LC層的那些部分所獲得的。
根據(jù)圖27A所示的所加電壓與透射率特性曲線，透射率連續(xù)變化，表示正電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線和表示負(fù)電壓加到LC層上的光學(xué)特性曲線是對(duì)稱的，滯后相當(dāng)小，反差高。所加電壓和透射率實(shí)際上是彼此一一對(duì)應(yīng)的。這能確?？煽康仫@示半色調(diào)和高反差的圖象。
用與第一實(shí)例的LCD器件驅(qū)動(dòng)方法相同的方法驅(qū)動(dòng)具有上述結(jié)構(gòu)的LCD器件。
圖28表示當(dāng)用圖14A和14B所示的驅(qū)動(dòng)方法驅(qū)動(dòng)例9的LCD器件時(shí)、當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)的電壓依次從-5V增加到+5V并依次從+5V減少到-5V時(shí)透射率的變化。從圖28可理解到，通過使用圖14A和14B的示的驅(qū)動(dòng)方法能按所需的灰度可靠地顯示圖象。
此外，此LCD器件的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器與第一實(shí)施例的圖16所示的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器32結(jié)構(gòu)相同。使用這樣的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器，能按所需的灰度可靠地顯示圖象。
本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，可進(jìn)行各種修改和實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用。例如，本發(fā)明的反鐵電液晶不局限于其主要成分為具有表一所示的結(jié)構(gòu)的液晶化合物，也可使用呈其它相的所需液晶。液晶的特性也不局限于前面所述。也可根據(jù)需要改變對(duì)準(zhǔn)膜的材料，厚度，等等。
可以使用LC材料和對(duì)準(zhǔn)膜的任意組合，只要位于對(duì)準(zhǔn)膜附近的LC層21的那些部分能呈混合相，其中在沒有電壓加到LC層21上時(shí)包括傾斜的LC分子。
在上述的實(shí)施例中，相互垂直地設(shè)置極化板23的傳輸軸23A和極化板24的傳輸軸24A。但也可相互平行地設(shè)置傳輸軸23A和24A。而且，極化板的光軸可為吸收軸。
另外，本發(fā)明不局限于采用TFTs作為有源單元的AFLC顯示器件，本發(fā)明也適用于采用MIMs作為有源單元的AFLC器件。
本發(fā)明還適用于簡(jiǎn)單矩陣(無(wú)源矩陣)型顯示器，其中在相互面對(duì)的基片11和12的相對(duì)表面上設(shè)置掃描電極矩陣71和與掃描電極71垂直的信號(hào)電極72，如圖17所示。
因而，即使本發(fā)明的LCD器件使用反鐵電液晶，也能連續(xù)地改變灰度并且能按所需的灰度顯示圖象。
權(quán)利要求
權(quán)利要求書1、一種液晶顯示器，它包括第一基片，在第一基片上形成第一電極；第二基片，在第二基片上面向所述第一電極形成第二電極；由近晶液晶形成的液晶層，當(dāng)所述液晶密封在第一基片和第二基片之間時(shí)呈現(xiàn)混合相，所述混合相的液晶具有以形成鄰接近晶層的液晶分子的對(duì)準(zhǔn)順序彼此不同的多個(gè)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)對(duì)準(zhǔn)的液晶分子；導(dǎo)向改變裝置，通過控制呈所述混合相的液晶分子的對(duì)準(zhǔn)來改變液晶層的導(dǎo)向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器，其中所述多個(gè)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)在位于基本上與所述第一基片和第二基片平行的平面上的液晶分子的對(duì)準(zhǔn)方面彼此互不相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器，其中加在所述第一基片和第二基片之間的電場(chǎng)產(chǎn)生所述混合相。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器，其中所述的在混合相狀態(tài)的液晶包括呈現(xiàn)鐵電相、反鐵電相和正鐵電相之一的液晶分子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器，其中所述的液晶層由具有自發(fā)極化的近晶液晶形成；以及至少所述的第一基片和第二基片之一包括具有使所述液晶層的液晶分子對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)力的對(duì)準(zhǔn)裝置，所述對(duì)準(zhǔn)力比作用在所述液晶層包括的近晶層之間的相互作用力弱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器，其中所述的液晶層由這樣一種液晶材料形成，當(dāng)所述液晶材料為塊狀態(tài)時(shí)呈手性近晶相，當(dāng)將所述液晶材料密封在所述第一基片和第二基片之間時(shí)呈反鐵電相；以及所述導(dǎo)向改變裝置包括在所述第一電極和第二電極之間施加將所述反鐵電相變?yōu)樗龌旌舷嗟碾妷翰⑶铱刂瞥仕龌旌舷嗟囊壕Х肿拥膶?duì)準(zhǔn)以改變所述液晶層的導(dǎo)向的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器，其中所述的密封在所述第一基片和第二基片之間的液晶層由一種近晶液晶形成，當(dāng)所述近晶液晶為塊狀時(shí)呈反鐵電相并且所述近晶液晶具有自發(fā)極化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液晶顯示器，其中所述對(duì)準(zhǔn)裝置包括具有使所述液晶層的液晶分子對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)力的對(duì)準(zhǔn)膜，所述對(duì)準(zhǔn)力基本上與所述液晶層中包括的近晶層之間的相互作用力相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的液晶顯示器，其中所述對(duì)準(zhǔn)裝置具有使所述液晶層的一種相變?yōu)檎F電相的對(duì)準(zhǔn)力；當(dāng)所述液晶層密封在所述第一和第二基片之間時(shí)，通過所述的對(duì)準(zhǔn)力使所述液晶層的相變?yōu)檎F電相；以及所述導(dǎo)向改變裝置包括在所述第一電極和第二電極之間施加將所述正鐵電相變?yōu)樗龌旌舷嗟碾妷翰⑶铱刂瞥仕龌旌舷嗟囊壕Х肿拥膶?duì)準(zhǔn)以改變所述液晶層的導(dǎo)向的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器，其中所述的密封在所述第一基片和第二基片之間的液晶層由一種近晶液晶形成，當(dāng)所述近晶液晶為塊狀時(shí)呈反鐵電相并且所述近晶液晶具有自發(fā)極化；至少所述的第一基片和第二基片之一包括使所述液晶層的一種相變?yōu)榛旌舷嗟膶?duì)準(zhǔn)裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的液晶顯示器，其中所述對(duì)準(zhǔn)裝置包括具有使所述液晶層的液晶分子對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)力的對(duì)準(zhǔn)膜，所述對(duì)準(zhǔn)力比所述液晶層中包括的近晶層之間的相互作用力強(qiáng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的液晶顯示器，其中所述的液晶層由這樣一種手性近晶液晶材料形成，當(dāng)所述液晶材料為塊狀態(tài)時(shí)呈所述反鐵電相，當(dāng)將所述液晶材料密封在所述第一基片和第二基片之間時(shí)呈所述混合相。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器，其中所述的混合相是所述液晶層包括與所述第一和第二基片的主平面平行對(duì)準(zhǔn)的液晶分子、與所述第一和第二基片的主平面成預(yù)定角度傾斜對(duì)準(zhǔn)的液晶分子的混合相。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液晶顯示器，其中所述混合相是所述液晶層包括呈現(xiàn)至少鐵電相、反鐵電相和正鐵電相之一的液晶分子、以及沿由呈現(xiàn)手性近晶相的分子繪出的錐形移動(dòng)并且與第一和第二基片的主平面成預(yù)定角度對(duì)準(zhǔn)的液晶分子的混合相。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的液晶顯示器，其中所述液晶層在塊狀狀態(tài)下呈反鐵電相，以及在將液晶層密封在所述第一基片和第二基片之間并且電壓加到所述第一電極和第二電極上的狀態(tài)下，所述液晶層包括與所述第一基片和第二基片的主平面成一定角度對(duì)準(zhǔn)的液晶分子。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器，其中所述液晶層具有這樣的一個(gè)厚度，當(dāng)液晶層密封在第一和第二基片之間時(shí)使所述液晶層在整個(gè)厚度上呈現(xiàn)混合相。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器，其中所述的液晶層包括三層，基中所述三層中的二層位于所述第一和第二基片的附近并呈所述的混合相，所述三層中的另外一層是與所述第一和第二基片分開的、夾在所述二層之間的、呈除所述混合相之外的一種相的中間層。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶顯示器，進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)部件，通過與所述第一電極或第二電極相連接的有源單元將電壓加到呈現(xiàn)所述混合相的液晶上，從而使液晶分子沿由呈手性近晶相的分子形成的錐體移動(dòng)，以便控制所述液晶層的導(dǎo)向來進(jìn)行灰度顯示。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的液晶顯示器，其中由呈手性近晶CA相的分子描繪的每一錐體有一個(gè)軸并且與所述的軸形成一個(gè)錐角，通過所述驅(qū)動(dòng)裝置將所述混合相的液晶層的導(dǎo)向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)比所述錐角的最大值小的角度，以便在不將所述混合相變?yōu)殍F電相的情況下進(jìn)行灰度顯示。
20.一種驅(qū)動(dòng)液晶顯示器的方法，包括如下步驟將液晶層密封在第一基片和第二基片之間，液晶層由當(dāng)液晶處于塊狀狀態(tài)時(shí)呈手性近晶相并且在液晶密封在第一和第二基片之間時(shí)呈混合相的液晶形成，混合相的液晶包括以形成鄰接近晶層的液晶分子的對(duì)準(zhǔn)順序彼此不同的多個(gè)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)對(duì)準(zhǔn)的液晶分子；和將電壓加到液晶層上，從而使呈所述混合相的液晶分子沿呈手性近晶CA相的分子形成的錐體移動(dòng)，以便控制混合相的液晶層的導(dǎo)向并進(jìn)行灰度顯示。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中由呈手性近晶CA相的分子描繪的每一錐體有一個(gè)軸并且與所述的軸形成一個(gè)錐角，將所述混合相的液晶層的導(dǎo)向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)比所述錐角的最大值小的角度，以便在不將所述混合相變?yōu)殍F電相的情況下進(jìn)行灰度顯示。
全文摘要
將其在塊狀態(tài)時(shí)呈反鐵電相的液晶材料密封在基片之間。密封在基片之間的液晶層呈混合相,其中液晶層包括具有形成鄰接近晶層的以液晶分子的對(duì)準(zhǔn)順序彼此不同的多個(gè)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)對(duì)準(zhǔn)的液晶分子。液晶層的導(dǎo)向方向隨加到液晶層上的電壓的檢性和幅度連續(xù)變化。通過設(shè)置極化板以使基片夾在極化板之間能實(shí)現(xiàn)灰度顯示。
文檔編號(hào)G02F1/133GK1204780SQ9810326
公開日1999年1月13日 申請(qǐng)日期1998年5月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月4日
發(fā)明者田中富雄, 吉田哲志, 小倉(cāng)潤(rùn), 武居學(xué) 申請(qǐng)人:卡西歐計(jì)算機(jī)株式會(huì)社