JP2000206551A

JP2000206551A - 液晶装置およびその駆動方法並びに電子機器

Info

Publication number: JP2000206551A
Application number: JP916499A
Authority: JP
Inventors: Hideto Iizaka; 英仁飯坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-01-18
Filing date: 1999-01-18
Publication date: 2000-07-28
Anticipated expiration: 2019-01-18
Also published as: JP3846084B2

Abstract

(57)【要約】【課題】配向膜を用いることなく電界のみで液晶の配
向方向を制御でき、液晶の種類に関係なくメモリ性を備
える液晶装置を提供するとともに、当該液晶装置の駆動
方法および当該液晶装置を適用した電子機器を提供す
る。【解決手段】一対の基板間に液晶を挟持してなる液晶
装置であって、前記液晶の分子２を第１の電界方向Ａ１
と、前記第１の電界方向とは異なる第２の電界方向Ａ２
に前記液晶の分子を制御する制御手段１が前記一対の基
板に形成されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネル等の液
晶装置および当該液晶装置の駆動方法並びに当該液晶装
置を適用した電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液晶装置は、基板の少なくとも一
方にラビング処理を施した配向膜を有し、電界を加えな
い状態では上記配向膜のラビング方向にそって液晶の分
子が配列している。また、電界を加えた状態では電界方
向に上記液晶の分子が配列する。

【０００３】例えば、ここに示すＩＰＳ（In Plane Swi
tching）モードとＴＮ（Twisted Nematic,ねじれネマテ
ィック）モードがその例である。

【０００４】まず、図５はＩＰＳモードの表示原理を示
す概略図であり、電極４２ａ，４２ｂ間に電界がない状
態（左側）と、電極４２ａ，４２ｂ間に電界がある状態
（右側）とを示す。この状態からわかるように電界がな
い状態では、液晶分子は基板面と平行に同じ方向に配向
している。これは配向膜に施したラビングによるもので
ある。また、電界がある状態では、図示されているよう
に電界方向に液晶分子が配列する。このようにして、図
５の場合、電極４２ａ，４２ｂ間に電圧を印加したと
き、上方から入射した光は液晶を透過して下方へ出射す
る（ノーマリー・ブラックモード）。

【０００５】また、図６はＴＮモードの表示原理を示す
概略図であり、電極５２ａ，５２ｂ間に電界がない状態
（左側）と、電極５２ａ，５２ｂ間に電界がある状態
（右側）とを示す。電界がない状態では、液晶分子はツ
イスト配向してなり、電界がある状態では、液晶分子は
電界方向に配列する。このようにして、図６の場合、電
極５２ａ，５２ｂ間に電圧を印加したときには、上方か
ら入射した光は液晶層を透過し、偏光板５１ｂで遮断さ
れる（ノーマリー・ホワイトモード）。

【０００６】上述したように、従来の液晶装置の構成
は、液晶を挟持する一対の基板の少なくとも一方にラビ
ング処理を施した配向膜を形成し、配向膜による規制力
によって初期の配列状態（第１の状態）を保持し、印加
される横電界（基板面に対して平行な電界）または縦電
界（基板面に対して垂直な電界）により液晶を第２の状
態に遷移させるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た液晶表示方法では、加えていた電界がなくなると液晶
分子は必然的に配向安定な第１の状態に戻ってしまう。
これらの現象はコントラストの低下や明るさ不足、視角
特性の劣化等の表示品質を下げる原因となる。この問題
の改善のためには、各画素の電界を、書き込み時以外で
も保持するようにしなくてはいけない。具体的な方策と
して、通常はＴＦＴ等のスイッチングデバイスを各画素
毎に設けるが、これは製造プロセスの複雑化を招き、コ
ストの増加にもなる。しかもこのような方策によって
も、実際は各画素の電界を数百ミリ秒程度保持するのが
限界である。そのため従来の液晶装置では数十Ｈｚとい
う一定の周期で定常的に書き込みを行うことが必要であ
る。このような連続的かつ頻繁な書き込み動作は、液晶
装置に映し出される内容が変化するしないに関わらず必
要であり、常に一定の消費電力を必要とする。

【０００８】一方でＦＬＣ（Ferroelectric Liquid Cry
stal，強誘電性液晶）を使った液晶装置では、液晶層自
身が持つメモリ性により一度書き込んだ後は、定期的な
書き込み動作は不必要になる。このため、ＦＬＣはＴＦ
Ｔなどのスイッチング素子なしで表示品質を高めたり、
消費電力を減らす点で有利であるが、液晶ディスプレイ
の画面全体でセルギャップを均一に薄く制御しなくては
いけない、中間調表示が難しいなどの問題点を有してい
る。

【０００９】また、従来の液晶装置では液晶を配向させ
るために配向膜が不可欠であるが、配向膜形成プロセス
による製造歩留まりの低下や、長時間の使用により配向
膜が劣化し、それにともない表示品質が低下するなどの
問題が、いまだ大きな問題として存在する。

【００１０】本発明は上記問題点を解決するものであ
り、配向膜を用いることなく電界のみで液晶の配向方向
を制御でき、液晶の種類に関係なくメモリ性を備える液
晶装置を提供するとともに、当該液晶装置の駆動方法お
よび当該液晶装置を適用した電子機器を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明の概要を説明すれば、下記のとおりである。

【００１２】すなわち、本発明の液晶装置は、一対の基
板間に液晶を挟持してなる液晶装置であって、前記液晶
の分子を第１の電界方向と、前記第１の電界方向とは異
なる第２の電界方向に前記液晶の分子を制御する制御手
段が前記一対の基板に形成されてなることを特徴とする
ものである。

【００１３】これにより、液晶層にメモリ性を付与する
ことが可能になり、ＴＦＴ等のスイッチング素子がなく
ても高いコントラスト等のすぐれた表示品質を持つ液晶
装置を得ることができる。これらの特徴は、特に走査線
の数が増えたような場合に有効になる。例えば走査線の
数が１０００本を越えるような超高精細表示体において
もフリッカ（ｆｌｉｃｋｅｒ，ちらつき）が目立たな
い、すぐれた液晶装置を得ることができる。

【００１４】また電界が必要となるのは液晶の状態を遷
移するとき、すなわち表示内容を変更するときのみとな
り低消費電力化にも貢献できる。これはとくに表示内容
の書き換え頻度が少ない情報機器向け表示体として使っ
た場合に有効である。

【００１５】また液晶は電界を取り除いた状態では、ど
のような配向状態においても安定となるため、中間調表
示の場合でも電界を加えることなくその表示内容を保持
することができる。

【００１６】さらに、配向処理工程が不必要となるため
に製造工程が簡単になり歩留まりが上がる。また、配向
膜による配向規制力がないので液晶の応答性向上にも貢
献できるとともに、配向膜がないため長期使用により配
向膜が劣化するなどの信頼性上の不具合もなくなる。

【００１７】ここで、上記制御手段は少なくとも３つの
電極からなり、前記少なくとも３つの電極は印加される
信号により上記第１の電界と上記第２の電界とが制御さ
れるように形成されるとよい。これにより、液晶分子は
異なる２つの方向の間でその向きを変えることが可能と
なる。

【００１８】さらに、上記制御手段は、上記第１の電界
と上記第２の電界とが、上記基板面と平行な方向に制御
されるように形成されるとよい。これにより、上記に説
明したようないくつものすぐれた特徴の他に、ＩＰＳモ
ードと同等の広視角特性も得ることが出来る。または、
上記制御手段は、上記第１の電界が上記基板面と平行な
方向に、上記第2の電界が上記基板間方向に制御される
ように形成されるとよい。これにより、第１の電界およ
び第２の電界を形成するために必要な電極配置を容易に
することが出来る。

【００１９】また、上記制御手段が各画素領域に独立し
て形成されることが望ましい。これにより、各画素ごと
に液晶の分子を制御することが可能となる。

【００２０】また、上記基板上には液晶が特定の方向に
配向しないようにする手段を用いることが望ましい。こ
のような手段を講じることにより、ますます液晶のメモ
リ性を高めることが出来、また液晶の応答速度の高速化
も図ることが出来る。

【００２１】また、各画素領域内に設けられた第１の電
界または第２の電界を発生させる複数の電極にそれぞれ
にスイッチング素子を設けることも可能である。これに
より例えばＵＸＧＡ等の超高精細の表示体において各画
素に割り当てられる書き込み時間が液晶の応答速度に対
して十分でなくなっても、一定の時間電界を保持するこ
とにより、十分な書き込みを行うことが可能になる。

【００２２】また上記スイッチング素子にＴＦＴを用い
ることができる。

【００２３】さらに、上記２つの電界の大きさを任意の
比率に変えることによって上記液晶分子を所望の方向に
適宜制御して所望の中間調を表示することができる。

【００２４】さらに、上記液晶として正または負の誘電
率異方性を持つネマティック液晶を使用することによ
り、その屈折率異方性に起因する光学的な効果により光
の透過状態を制御することができる。ネマティック液晶
は、従来から一般的に使われている液晶材料であり、扱
いが容易である。

【００２５】また、この液晶装置を２枚の偏光フィルム
で挟み込むとともに、一方の基板と偏光フィルムの間に
は位相差フィルムを設けることにより、より表示品質の
高い液晶装置を得ることができる。

【００２６】もしくは、一方の基板に反射板を設け、ま
た他方の基板の外側に位相差フィルムと偏光フィルムを
設けることにより反射型として機能するようにした液晶
装置とすることもできる。

【００２７】さらには、どちらか一方の基板側にカラー
フィルターを設けることにより、カラー表示可能な液晶
装置とすることもできる。

【００２８】また、上記液晶装置をディスプレイとして
備える電子機器にあっては、バッテリにより長時間の駆
動が可能になる。

【００２９】また、上記液晶装置の駆動方法として、液
晶の分子の配列状態を切換える場合、前記液晶の分子を
前記第１の電界または第２の電界の方向の何れか一方に
一旦配列させてから、他方の電界を加えて液晶の分子を
制御することにより、鮮明に中間調を表示することが可
能となる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。

【００３１】（第１の実施形態）液晶分子を基板面に平
行かつ互いに異なる二つの状態に制御するときの単位画
素の概略図を図１に示す。図１（ａ）は基板面と平行に
液晶分子を制御したときの斜視図であり、図１（ｂ）は
基板面に平行で前記制御方向に対して９０度回転した方
向に液晶を制御したとき斜視図である。液晶装置は、電
極１を形成した対向する一対の基板間に液晶層２（２
ａ，２ｂ）を挟持して構成される。上記電極１は図１
（ａ）のように同一基板上に４つの電極（１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄ）から形成されている。

【００３２】まず、対向する一対の電極１ａ，１ｃにお
いて一方の電極１ａを陽極、他方の電極１ｃを陰極にす
ると、図１（ａ）に示すように１ａから１ｃの方向に電
界Ａ１（第１の電界）が生じ、その誘電率異方性が正の
場合、液晶分子２ａは電界Ａ１に沿って向きをそろえ
る。上記基板には配向膜または液晶分子に一定の配向規
制力を生じさせるようなものが形成されておらず、それ
らによる配向規制力が働かないために、電界Ａ１を取り
去っても液晶分子２ａの状態は維持される。

【００３３】次に、他方の対向する一対の電極１ｂ，１
ｄにおいて一方の電極１ｄを陽極、他方の電極１ｂを陰
極にすると、図１（ｂ）に示すように１ｄから１ｂの方
向に電界Ａ２（第２の電界）が生じ、液晶分子２ｂは電
界方向Ａ２に沿って向きを変える。その後電界を取り去
っても液晶分子２ｂの状態は維持される。

【００３４】この場合、表示原理としてはＩＰＳモード
と同じ原理を用いるが、一度書き込んだ内容が電界を除
去した後も保持される点が大きく異なる。また、通常は
書き込んだ状態を次の書き込みタイミングまで保持する
ために、各画素毎にＴＦＴ等のスイッチング素子を設け
なくてはいけないが、この場合はそのような付加的デバ
イスを設ける必要がない。また、配向膜等による規制力
が働かないために、液晶分子の応答スピードも速くな
る。

【００３５】以上に加えて、このような構成によれば、
表示内容を変化させるときだけ、つまり、液晶の状態を
遷移させるときだけ電圧を印加して電界を発生すればよ
く、特に静止画を表示する場合には大幅に消費電力を低
減することができる。

【００３６】また従来は必要であった配向膜の形成や、
配向方向を決めるラビング処理などを不要にでき、製造
プロセスの短縮と、歩留まりの向上、ついては製造コス
トを大幅に下げることが可能になる。

【００３７】望ましくは、基板表面は出来るだけ平坦に
することが良い。例えば、細かな凹凸などが存在する
と、それらは液晶に小さいながらも配向規制力を与える
きっかけとなる場合がある。それを回避する目的には電
極上に平坦化膜を塗布する等の手法をとることが出来
る。このとき平坦化膜には表面に液晶分子と相互作用を
持つような極性基などを持たない材料を用いる。なお、
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいう
までもない。

【００３８】例えば、基板面に平行で互いに異なる２つ
の電界を発生させるように電極は形成されればよい。す
なわち、図１（ａ’）に示すように液晶２’を挟持する
一対の基板において、一方の基板に形成される電極間に
電圧を印加することにより第１の電界Ａ３を発生させ、
他方の基板に形成される電極間に電圧を印加することに
より第２の電界Ａ４を発生（図１（ｂ’））させてもよ
い。当然、図１（ａ）に示す電極（１ａ，１ｂ，１ｃ，
１ｄ）が他方の基板（下基板）にも形成され、下基板上
の電極に電圧が印加されて電界を発生させることもで
き、より強い電界を得ることができる。また、異なる二
つの電界は互いに直交しなくてもよい。

【００３９】また、図１（ａ）（ｂ）のような場合に，
第１の電界の状態を作るために例えば１ａ，１ｂを陽
極，１ｃ，１ｄを陰極とし，第２の電界の状態を作るた
めに１ａ，１ｄを陽極，１ｂ，１ｃを陰極とするような
方法も可能である。

【００４０】また本実施例においては、電界の極性をあ
る特定の向きに規定したが、もちろんその逆でも良く、
また書き込みを行う度にその極性を反転させることも可
能である。

【００４１】図７に上記液晶装置を液晶表示装置として
用いたときの構成を示す断面図を示す。図７（ａ）は透
過型液晶表示装置として用いた場合の例である。７０は
上記で説明した１対の基板６４ａ、６４ｂと、それに挟
持された液晶６１よりなる液晶装置、６２ａ、６２ｂは
偏光フィルム、６３は位相差フィルムである。なお、電
極は省略してあるが、基板６４ａ，６４ｂの液晶側の面
に、ＩＴＯなどの透明電極が設けられている。表示は図
１で説明した２つの電界によりもたらされる、液晶配列
の２つの状態を利用して行われる。これら２つの状態で
は液晶の配列の向きが異なるため、液晶層全体としては
異なる屈折率異方性を持つ状態となる。ここで、この液
晶装置６１を図７（ａ）に示すように特定の状態に設定
された２枚の偏光フィルム６２ａ、６２ｂで挟み込み、
また場合によっては光学補償用の位相差フィルム６３を
偏光フィルム６２ａと上基板６４ａとの間に形成し、後
方からバックライト装置により光Ｌを照射してやること
により、光の透過率を液晶分子の配列の状態で制御でき
るようになり、液晶表示装置としての利用が可能とな
る。

【００４２】またバックライト装置を用いなくとも、図
７（ｂ）に示すように下基板６４ｂの液晶側に反射板６
５を設置することにより、光反射型の液晶表示装置とす
ることも可能である。図７（ｂ）に示す反射型液晶表示
装置は、下基板６４ｂの液晶側に反射板６５が形成さ
れ、上基板６４ａの上表面に光学的位相差フィルム６
３、偏光フィルム６２が形成された液晶表示装置であ
る。なお、電極は省略しているが、上基板６４ａの液晶
側の面には、ＩＴＯなどの透明電極が設けられており、
下基板６４ｂには、Ａｌ等の金属材料からなる反射板６
５が設けられており、反射板であると同時に、電極とし
ての役割も果たしている。反射型の液晶表示装置の場合
も、上方から入射した光を上記と同様の方法（図１）に
よって制御することにより表示を行う。このような反射
型液晶表示体の場合、定常的に電力を消費するバックラ
イト装置がないので、静止画を表示している限りにおい
ては電力を消費しない液晶装置を実現することも出来
る。

【００４３】さらに図７（ｃ）のように、上基板６４ａ
上に各画素毎に、赤、緑、青などの配列からなるカラー
フィルター６６を設けることによりカラー表示を行うこ
とも可能である。

【００４４】いずれにしても表示方式として液晶の屈折
率異方性によるリタデーションや旋光性を利用したもの
であれば、本件にある液晶装置の構成および駆動方式を
適用することができ、液晶層にメモリ性と高速応答性を
付与することができる。

【００４５】次に図８を用いて、スイッチング素子とし
てＴＦＴ素子を基板上に設けた場合の実施例について説
明する。本実施例では、第１の実施形態と同じく基板面
と平行に異なる２つの電界を発生できるようにした場合
のものである。図８（ａ）、図８（ｂ）は、図１
（ａ）、図１（ｂ）と同様、２つの電界の向きについて
説明するもので、図８（ｃ）はその場合のＴＦＴ素子の
接続の方法について示すものである。

【００４６】この場合、図８（ａ）、図８（ｂ）に示す
ように、電極７１ａ、７１ｃと共通電極である７１ｅが
組になり第１電界を発生させ、電極７１ｂ、７１ｄと７
１ｅが組になって第２の電界を発生するようになってい
る。

【００４７】共通電極７１ｅは常に共通電位に固定され
ている。またそれぞれの電極とＴＦＴとの電気的接続は
図８（ｃ）のようになっている。画素が接続されている
ゲートライン７３が選択されたとき、ＴＦＴ素子７２ａ
に接続されているソース線７４ａに信号が来ていると図
８（ａ）に示す電界Ｆが発生し、一方、ＴＦＴ素子７２
ｂに接続されているソース線７４ｂに信号が来ていると
図８（ｂ）に示す電界Ｇが発生する。この場合電界はそ
れぞれの電極と共通電極７１ｅの間に発生する。

【００４８】このようにＴＦＴ素子を用いた場合は、書
き込みを行う際に、画素に接続されている２つのＴＦＴ
素子のうち、どちらの素子にデータを送るかによって液
晶の状態を変化させることができる。

【００４９】このようにＴＦＴ素子などのスイッチング
素子を用いることは、表示体の解像度が上がることなど
によって、各画素の書き込みに割り当てられる書き込み
時間が短くなったときに有効である。つまりＴＦＴ素子
により液晶が応答するのに必要な時間は電界を維持しつ
づけることが出来るので、各画素が選択される時間が短
くなっても、十分な書き込みを行うことが出来る。液晶
が応答した後で電界を取り去っても、これまでに説明し
た効果により液晶は動かずに、表示内容は維持される。

【００５０】さらにＴＦＴ素子７２ａ、７２ｂに接続さ
れているソース線７４ａ、７４ｂの信号の大きさの比率
を制御することにより中間調表示も可能になる。例えば
電極７１ａ、７１ｃに５Ｖの電位、７１ｂ、７１ｄに２
Ｖの電位、共通電極７１ｅを０Ｖにすることにより、２
つの電界が合成され図８（ｄ）に示すような電界を発生
させることが出来る。この電界の向きはこれら２系統の
電極に与える電位の大きさの比によって任意に変化させ
ることが可能である。この例のようにＴＦＴ素子と組み
合わせたときには上記で説明したように、液晶が所定の
方向に向きを揃えるのに十分な時間を確保することが出
来るので、よりすぐれた階調再現特性を有する液晶装置
を得ることが出来る。

【００５１】もちろんこのような電界の合成による階調
表示の方法は、本実施形態にあるようなＴＦＴ素子を組
み合わせた場合だけでなく、先に説明した第１の実施形
態や第２の実施形態についても適用することが可能であ
る。またＴＦＴ素子を組み合わせた場合についても、本
実施形態で説明したような電極の配置だけでなく、同じ
効果を有する配置であればどのようなものでも構わな
い。共通電極７１ｅについても、必ずしも必要になると
いうものではない。

【００５２】（第２の実施形態）電界を基板面に平行な
方向と、上下基板間方向に制御するときの単位画素の概
略図を図２に示す。図２（ａ）は上下基板間に電界を加
えたときの断面図、図２（ｂ）は基板面に平行な方向に
電界を加えたときの断面図、図２（ｃ）は単位画素の上
面図である。液晶装置は、電極２１（２１ａ，２１ｂ）
を形成した基板と該基板と対向する電極２２（２２ａ，
２２ｂ）を形成した基板との間に液晶２３を挟持してな
る。

【００５３】まず、液晶を挟んで対向する一対の電極２
１ａ，２２ａにおいて一方の電極２１ａを陽極、対向す
る電極２２ａを陰極にし、隣接するもう一対の電極２１
ｂ，２２ｂにおいて前記一対の電極とは逆（電極２１ｂ
を陰極，電極２２ｂを陽極）にすると、上下基板間方向
に電界Ｂ１，Ｂ２（第１の電界）が生じ、誘電率異方性
が正の場合、液晶分子２３ａは電界Ｂ１，Ｂ２に沿って
基板面に垂直な状態に向きをそろえる。上記基板には配
向膜等の配向規制力を有するものが形成されておらず、
配向規制力が働かないために、電界Ｂ１，Ｂ２を取り去
っても液晶分子２３ａの状態は維持される。

【００５４】次に、液晶を挟んで対向する一対の電極２
１ａ，２２ａを陽極、隣接するもう一対の電極２１ｂ，
２２ｂを陰極にすると、図２（ｂ）に示すように基板面
と平行に電界Ｂ３，Ｂ４（第２の電界）が生じる。前述
の場合と同様に、液晶分子２３ｂは電界Ｂ３，Ｂ４に沿
って基板面に平行な方向に向きをそろえ、電界を取り去
っても基板面に平行な状態を維持する。

【００５５】このような構成によれば、表示内容を変化
させるときだけ、つまり、液晶の状態を遷移させるとき
だけ電圧を印加して電界を発生すればよく、特に静止画
を表示する場合には大幅に消費電力を低減することがで
きる。

【００５６】また従来は必要であった配向膜の形成や、
配向方向を決めるラビング処理などを不要にでき、製造
プロセスの短縮と、歩留まりの向上、ついては製造コス
トを大幅に下げることが可能になる。

【００５７】望ましくは、基板表面は出来るだけ平坦に
することが良い。例えば、細かな凹凸などが存在する
と、それらは液晶に小さいながらも配向規制力を与える
きっかけとなる場合がある。それを回避する目的には電
極上に平坦化膜を塗布する等の手法をとることが出来
る。このとき平坦化膜には表面に液晶分子と相互作用を
持つような極性基などを持たない材料を用いる。なお、
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいう
までもない。

【００５８】例えば、液晶分子を基板間方向に制御する
場合、電界が基板面と垂直になるように液晶を挟んで対
向する電極の極性を逆にすればよい。すなわち、図２
（ａ）において、電極２１ａを陰極、電極２２ａを陽
極、２１ｂを陽極、２２ｂを陰極にしてもよい。

【００５９】さらに単純に２１ａ、２１ｂを陽極に、２
２ａ、２２ｂを陰極にするような方法も考えられる。し
かしこのような方法では、電極２１、２２とも加える電
界の種類によって極性を変えなくてはいけなくなる。本
実施例の最初にあるような極性をそれぞれの電極に与え
るようにすれば、少なくとも片方の基板上の電極に関し
ては、加える電界の種類によらないで同じ極性にしてお
くことができるので、画面全体の書き込みを比較的単純
な方法により行うことが出来るようになる。

【００６０】また、ここではそれぞれの電極の極性を一
義的に決めたが、もちろん書き込みの都度その極性を反
転させることも可能である。

【００６１】同様に液晶分子を基板面と平行に制御する
場合、電界の方向が基板面と平行になるように隣接する
電極の極性を逆にすればよい。すなわち、図２（ｂ）に
おいて、電極２１ａ，２２ｂを陰極、２１ｂ，２２ａを
陽極にしてもよい。また、一方の基板上に形成される電
極にだけ電圧を印加し、他方の電極には電圧を印加せず
に電界を発生させて液晶分子を制御することもできる。
すなわち、図２（ｂ）において、電極２１ａを陽極、電
極２１ｂを陰極にするだけでもよい。当然電極２２のみ
を使用して電界を発生させてもよい。

【００６２】また、上記実施形態は単位画素が対向する
二対の電極から構成される最も単純な構造（以下、ブロ
ックと称する）について説明したが、複数ブロックから
構成することもできる。図２（ａ’）（ｂ’）（ｃ’）
に２ブロックの場合の概略図を示す。複数個のブロック
に分割すると基板面方向の電界Ｂ７，Ｂ８をさらに強く
することができる。望ましくは、単位画素当たりのブロ
ック数は１〜６個で、同一基板上にある電極間の距離は
可能な限り狭くするのがよい。

【００６３】また、使う液晶の方式についても第１の実
施形態にあるような、さまざまなものを組み合わせるこ
とができる。また液晶装置の構成についても第１の実施
形態同様いくつかのものを考えることができる。

【００６４】次に、本発明に係る液晶装置の駆動方法
を、電界方向を基板面に平行な方向と上下基板間方向に
制御できる場合（図２）を例にとって説明する。図３に
特定の画素領域において電界を制御する一連のパルス信
号の生成タイミングを、図４にこれらのパルス信号に対
応する液晶分子の状態（ａ）から（ｅ）を示す。また、
階調表示にはパルス幅変調方式を用いる。

【００６５】最初、液晶分子３３ａは状態（ａ）に保持
されている。これはこの前の書き込みにおいて行われた
書き込みの結果が保存されている状態である。書き込み
を行う前にまず電界を基板間方向に制御するパルス信号
３４（以下、リセットパルスと称する）が所定の時間２
Ｖｓ／３（Ｖｓ：ラインあたりの選択時間，Ｖｓ＝（１
フィールドの時間）／（走査線の数））送信される。こ
こでリセットパルス３４は状態（ｂ）のように電界Ｃ
１，Ｃ２を発生させ、液晶分子３３ｂの向きを一時的に
電界Ｃ１，Ｃ２に沿った方向に揃える働きをする。この
リセットパルス３４の大きさは、液晶３３の応答速度を
速めるために、大きければ大きいほどよいが、駆動回路
の負荷等を考慮してそれぞれの電極間にかかる電位差が
１０〜２０Ｖ程度になるように設定するのが良い。リセ
ットパルス３４が印加された後では、状態（ｃ）のよう
に液晶分子３３ｃは基板間方向に並び、完全に初期化さ
れた状態になる。

【００６６】その後、電界を基板面と方向に発生させる
パルス信号３５（以下、書き込みパルスと称する）が所
定の時間（＝Ｖｓ／３×（階調重み））送信される。こ
のとき書き込みパルス３５は状態（ｄ）のように電界Ｃ
３，Ｃ４を発生させ、液晶分子３３ｄは電界Ｃ３，Ｃ４
に沿って向きを移行する。ここで液晶分子の向きが、状
態（ｃ）の向きから、書き込みパルス３５によって発生
された電界の向きに変化するのには、一定の時間（Ｔ
１）がかかるが、その時間より短い時間（Ｔ２）のパル
スを与えることにより、状態（ｂ）における電界方向と
状態（ｄ）における電界方向との間の任意の方向に液晶
分子の向きを揃えることができる。そのときの階調を決
める時間の比率Ｔ２／Ｔ１を階調重みとして定義する。
この階調重みを画素毎に制御することにより、中間調表
示可能な液晶装置を得ることができる。書き込みパルス
３５の大きさについても、リセットパルス３４と同様の
ことが言え、理想的には大きい方が良いが、駆動回路の
負荷を考慮してそれぞれの電極間にかかる電位差が１０
〜２０Ｖになるように設定するのがよい。

【００６７】リセットパルス３４は、書き込みパルス３
５の長さによって一義的に階調が決まるようにする目的
で加えられている。もしリセットパルスなしで書き込み
パルス３５を加えると、たとえ同じ時間の長さの書き込
みパルスを加えた場合でも、その前の液晶分子の状態に
よって書き込みパルスを切ったあとの液晶分子の向きが
異なってしまうため均一な、正しい階調表示が出来なく
なってしまう。以上本発明者によってなされた発明を実
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施
形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００６８】例えばリセットパルス３４、書き込みパル
ス３５の大きさ、長さについてはここで挙げた以外にも
様々な組み合わせが可能である。もし液晶装置のサイズ
や画素数によって、２０Ｖ以上のさらに大きなリセット
パルスを加えることが可能ならば、液晶分子を高速に動
かすことが出来るのでリセットパルスの長さをそれに応
じて短いものにすることもできる。また、液晶装置の用
途によっては、例えば画面全体に一度にリセットパルス
を加えた後で、書き込みパルスを順次各画素に加えて書
き込むことも可能である。また例えば、上記駆動方法に
おいて、前記第１または第２の電界方向の一方がリセッ
トパルスに応答し、他方が書き込みパルスに応答するよ
うに構成されていればよい。本実施例の場合には状態
（ｄ）における電界をリセットパルスとして用い、状態
（ｂ）における電界を書き込みパルスとして用いること
も可能である。

【００６９】次に、本発明に係る液晶装置の平面図およ
び断面図を図９（ａ），（ｂ）に示す。アクティブマト
リクス基板（ＴＦＴアレイ基板）９１の上には、複数の
画素電極９2により規制される画素領域（液晶層９３の
配向状態が変化する領域）の周囲において、両基板を張
り合わせて液晶層９３を包囲するシール部材の一例とし
て光硬化性樹脂からなるシール材９４が画素領域に沿っ
て設けられている。そして対向基板９６の液晶層側にカ
ラーフィルタ層９５が形成されるとともに、シール材９
４の内周に沿って遮光性の周辺見切り層９７が設けられ
ている。

【００７０】上記周辺見切り層９７は、画素領域に対応
して開口が開けられた遮光性のケースにアクティブマト
リックス基板９１がセットされた場合に当該画素領域が
製造誤差等により当該ケースの開口の縁に隠れてしまわ
ないように、即ち例えば液晶パネル用基板のケースに対
するずれとして数１００μｍ程度を許容するように画素
領域の周囲に５００μｍ〜１ｍｍ程度の幅を持つ帯状の
遮光性材料により形成される。このような遮光性の周辺
見切り層９７は、例えばＣｒ（クロム）やＮｉ（ニッケ
ル），Ａｌ（アルミニウム）などの金属材料を用いたス
パッタリング、フォトリソグラフィおよびエッチングに
よって対向基板９６に形成される。上記金属材料の代わ
りに、カーボンやＴｉ（チタン）をフォトレジストに分
散した樹脂ブラックなどの材料により周辺見切り層９７
を形成してもよい。

【００７１】上記シール材９４の外側の領域には、画素
領域の下辺に沿って周辺回路（走査線駆動回路）９８お
よび外部端子としてのパッド９９が設けられ、画素領域
の両側（図の左右2辺）に沿って周辺回路（信号線駆動
回路）１００が設けられている。さらに、画素領域の上
辺には、画素領域の両側に設けられた上記周辺回路１０
０間を電気的に接続するための配線１０１が設けられて
いる。また、シール材９４の四隅には、アクティブマト
リックス基板９１と対向基板９６との間で電気的導通を
とるための導電源電圧材からなるコラム１０２が設けら
れている。そして、シール材９４とほぼ同じ輪郭を持つ
対向基板９６が当該シール材９４によりアクティブマト
リックス基板９１に固着されて、液晶装置１１０が構成
される。

【００７２】図１０は本発明に係る液晶装置を電子機器
に応用した場合の一例であり、前述の液晶パネルＰをデ
ィスプレイとして組み込んだノート型パソコン等の携帯
型情報処理装置である。１０００は情報処理装置を示
し、１０２０はキーボード等の入力部、１０１０は本発
明の液晶パネルを用いた表示部を示す。本発明によれば
表示内容が変化するとき以外は液晶に電界をかける必要
がないので、とくにこれらの機器においては消費電力の
低減に大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に記載する単位画素の概略図で
ある。

【図２】第２の実施形態に記載する単位画素の概略図で
ある。

【図３】中間調を表示する際の一連のパルス信号の発生
タイミングチャートである。

【図４】図３のタイミングチャートに対応する液晶分子
の配列状態である。

【図５】ＩＰＳモードの表示原理を示す概略図である。

【図６】ＴＮモードの表示原理を示す概略図である。

【図７】本発明に係る液晶装置を透過型液晶表示装置お
よび反射型液晶表示装置に適用したときの構造を示す断
面図である。

【図８】スイッチング素子としてＴＦＴ素子を基板上に
設けた場合の単位画素の概略図である。

【図９】本発明に係る液晶装置をアクティブマトリクス
型液晶表示装置に適用したときの平面図および断面図で
ある。

【図１０】本発明に係る液晶表示装置をディスプレイと
して備えたノート型パソコン等の携帯型情報処理装置で
ある。

【符号の説明】

１（１ａ〜１ｄ），１’ 電極２（２ａ，２ｂ），２’ 液晶Ａ１〜Ａ４電界２１（２１ａ，２１ｂ）セグメント電極２２（２２ａ，２２ｂ）コモン電極２３（２３ａ，２３ｂ）液晶Ｂ１〜Ｂ８電界３１セグメント電極３２コモン電極３３（３３ａ〜３３ｅ）液晶３４リセットパルス３５書き込みパルスＣ１〜Ｃ４電界４０液晶装置４１ａ，４１ｂ偏光フィルタ４２電極４３液晶Ｄ電界Ｌ光５０液晶装置５１，５１ｂ偏光フィルタ５２ａ，５２ｂ電極５３液晶Ｅ電界６０（６０ａ，６０ｂ）液晶表示装置６１液晶６２（６２ａ、６２ｂ）偏光フィルム６３位相差フィルム６４ａ，６４ｂガラス基板６５反射板６６カラーフィルタ７０液晶装置７１（７１ａ〜７１ｄ）電極７１ｅ共通電極７２ａ，７２ｂＴＦＴ素子７３ゲートライン７４ａ，７４ｂソースラインＦ，Ｇ，Ｈ電界９１アクティブマトリクス基板９２画素電極９３液晶９４シール材９５カラーフィルタ９６対向基板９７見切り層９８周辺回路（走査線駆動回路）９９外部端子１００周辺回路（信号線駆動回路）１０１配線１１０液晶装置１０００携帯型情報処理装置１０１０本発明の液晶装置を用いたディスプレイ１０２０キーボード等の入力部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間に液晶を挟持してなる液晶
装置であって、前記液晶の分子を第１の電界方向と、前
記第１の電界方向とは異なる第２の電界方向とに制御す
る制御手段が前記一対の基板に形成されてなることを特
徴とする液晶装置。
【請求項２】上記制御手段は少なくとも３つの電極か
らなり、前記少なくとも３つの電極に印加される信号に
より上記第１の電界と上記第２の電界とが制御されてな
ることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
【請求項３】上記制御手段は、上記第１の電界と上記
第２の電界とが、上記基板面と平行な方向に制御される
ように形成されていることを特徴とする請求項１または
請求項２に記載の液晶装置。
【請求項４】上記制御手段は、上記第１の電界が上記
基板面と平行な方向に、上記第２の電界が上記基板間方
向となるように形成されてなることを特徴とする請求項
１または請求項２に記載の液晶装置。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれかに記載
の液晶装置において、上記少なくとも３つの電極によっ
て表示の１画素領域が形成されてなることを特徴とする
液晶装置。
【請求項６】請求項１から請求項５のいずれかに記載
の液晶装置において、上記基板上に、液晶が特定の方向
に配向しないようにする手段を用いていることを特徴と
する液晶装置。
【請求項７】請求項１から請求項６のいずれかに記載
の液晶装置において、画素領域を形成する電極のうち少
なくとも１つ電極にスイッチング素子を設けたことを特
徴とする液晶装置。
【請求項８】請求項７に記載のスイッチング素子が薄
膜トランジスタであることを特徴とする液晶装置。
【請求項９】前記第１の電界と、前記第２の電界とに
より、これら２つの電界の大きさの比率を変えることに
よって上記液晶分子を所望の方向に適宜制御してしてな
ることを特徴とする液晶装置。
【請求項１０】上記液晶は、正または負の誘電率異方
性を持つネマティック液晶であり、その屈折率の異方性
を利用して光の透過状態を制御することを特徴とする請
求項１から請求項９のいずれかに記載の液晶装置。
【請求項１１】前記液晶装置が一対の偏光手段の間に
配置されてなり前記液晶装置と一方の偏光手段の間には
位相差フィルムが設けられていることを特徴とする請求
項１から請求項１０のいずれかに記載の液晶装置。
【請求項１２】前記一方の基板に反射手段が形成され
てなることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに
記載の液晶装置。
【請求項１３】上記基板のいずれか一方の基板にカラ
ーフィルターが設けられていることを特徴とする請求項
１から請求項１２のいずれかに記載の液晶装置。
【請求項１４】請求項１から請求項１３の何れかに記
載の液晶装置をディスプレイとして備えてなることを特
徴とする電子機器。
【請求項１５】一対の基板間に液晶を挟持してなる液
晶装置の駆動方法において、前記一対の基板には上記液
晶の分子を第１の電界方向と前記第１の電界方向とは異
なる第２の電界方向に制御する制御手段が形成されてな
り、前記液晶の分子の配列状態を切替える場合、前記液
晶の分子を前記第１の電界方向もしくは第２の電界方向
のいずれかの状態に、一旦配列させることを特徴とする
液晶装置の駆動方法。