JP2001311934A - 液晶素子 - Google Patents
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Abstract
ことを目的とする。 【解決手段】自発分極を有する液晶層の電位を透過率が
0となるような極性側にオフセットさせて駆動すること
により、黒表示の際の液晶の端子電位低下分を補正し、
黒表示における微小な光の漏れをなくす。
Description
特に、表示装置などに有効な強誘電性液晶または反強誘
電性液晶を用いた液晶素子に関する。
り、表示装置、光変調素子、プリンタ用光シャッタ等さ
まざまな分野への応用が進められている。特に、表示装
置の分野においては、その省スペース、軽量、低消費電
力などの特徴から、携帯端末はもとより、デスクトップ
パソコンや家庭用テレビなどさまざまな製品が開発、商
品化されている。
液晶の単純マトリクス型やTN液晶のアクティブマトリ
クス型(TN−AM型)のものが広く使われている。単
純マトリクス型は製造コストは比較的安価であるが、ク
ロストークが発生しやすく、また応答速度が比較的遅い
ため動画の表示には適さないと言う問題がある。
生せず単純マトリクス型に比べて表示品質は高いが、液
晶材料がTN(ツイステッドネマティック)型であるた
め、書込み速度は単純マトリクス型よりは速いものの、
限界があり、高速の動画などには追随できなくなる。さ
らに、TN/STNに共通して、視野角が狭いという問
題がある。
極を有する液晶材料は、応答速度がTN液晶に比べて2
桁程度速く(数百〜数μs)上に述べたTN液晶の問題
点を解決できる材料である。
圧の有無に関わらず常に基板に対して平行になり、視角
方向による屈折率の変化がTN型やSTN型に比べて格
段に小さいため、広い視野角が得られる特徴があり、こ
の点でも有利である。
性液晶は、書込み時のメモリ性不良により、特に、黒状
態を継続するために数表示フレームにわたって印加信号
パルスの波高値が0である場合には、わずかに透過率が
上昇し、光の漏れが発生する結果、コントラストが低下
すると言う問題があり、表示品質向上のために改善が求
められていた。
ブマトリクスと組み合わせた場合の1つの画素へのデー
タ書き込みを行うための従来の駆動波形(a)〜(c)
と、その波形に対応した液晶層における電位(d1)〜
(d6)の模式図を示す。
ためのゲートパルスであり、各列方向のTFTのゲート
電極が並列に接続されたゲートバスラインを線順次でス
キャンする。(b)はTFTのON/OFFに同期して
画素電極の電位を制御するデータ信号である。(b)で
は行方向の6画素分のデータが模式的に示されている
が、TFTのスイッチング機能により、(a)のゲート
パルスと同期したデータ(33および34)は第1の画
素のみに印加される。(d1)は画素1の液晶の電位の
時間変化を示している。同様に(d2)〜(d6)は、
それぞれ画素2〜6の液晶の電位を示している。また、
(c)は、アクティブマトリクス基板に対向する、他方
の基板に形成された共通基板の電位であり0Vに固定さ
れている。(b)においては、パルス33で液晶状態を
白に、パルス34で黒に書き換えており、この白/黒の
各一連の書き込み周期を「1サブフレーム周期」、白と
黒を合わせた2サブフレームを「1フレーム周期」とし
ている。ここで、データパルスの波高値は、白書き込み
のサブフレームと、黒書き込みのサブフレームで、対称
とするのが、パルス生成回路の信頼性上望ましい。従っ
て、白のサブフレームの期間、黒状態に保ちたい画素で
は、白/黒の両サブフレームを通じて、0Vに保持され
る。
圧−透過率特性を示す。この液晶の場合、印加電圧が0
Vでは、わずかに光を透過しており、透過率を”0”に
保つには、−2Vを印加しなくてはならないことがわか
る。白表示のサブフレームでは、パルスの最小値は0V
で負の側には設定できないので、この場合、黒表示のフ
レームでは光が漏れて完全な黒にはならない。これは、
コントラストの低下を招く事を意味する。
る自発分極を有する液晶を用いたパネルにおいて、書き
込みの際のメモリ性不良によるわずかな光の透過に起因
するコントラスト低下を防止することにある。
に電圧を印加する1組の電極の一方の通常の電位を液晶
が黒表示となる極性方向にオフセットさせることによ
り、書き込みの際のメモリ性不良を補償して、透過率が
0となるレベルを維持することでコントラストの向上を
図ることを目的にしている。
実現するブロック図およびTFTアクティブマトリクス
の1画素分の等価回路の一例を示す。図において1は液
晶パネル、2はアクティブマトリクスを形成した基板、
3は共通電極を形成した他方の基板、6はオフセットの
電位を制御する共通電極電圧発生回路である。20は制
御信号発生回路、21はスキャン(走査)ドライバ、2
2はデータドライバ、23は液晶の0電位を規定するた
めの基準電圧を発生させる基準電圧発生回路である。
て説明する。装置に入力された画像データは、画像メモ
リに書き込まれる。制御信号発生回路20では、このデ
ータを各画素に対応した画素データに変換して、データ
ドライバ22に送り、行ごとのシリアルデータに変換し
てデータバスラインに書き込みを行う。同時に、制御信
号発生回路20からは、同期信号がスキャンドライバ2
1に送られ、そこで各列に接続されたTFTのゲートを
オンするためのスキャンパルスが生成され、各ゲートバ
スラインに線順次で書き込まれる。これらの動作によ
り、各画素電極には、それぞれのTFTがオンしたタイ
ミングに一致したデータパルスの電圧が印加される。
るスキャン/データ/補正の各信号波形の一例を、(d
1)〜(d6)にはこの場合の画素1〜6の液晶の電位
を示す。
を黒表示が安定化する方向(本実施例の場合+方向)
に、制御回路6により、液晶パネルの基準電位からΔV
ofs だけずらして印加し、画素電極13側にはTFT1
1のスイッチングを介して、図4(b)に示すように駆
動データ信号を同一フレームでは白書き込みのサブフレ
ームと黒書き込みのサブフレームで、各画素に対応する
データの絶対値は同じで極性が逆になるように入力され
る。
において、2はTFTアクティブマトリクスを形成した
一方のガラス基板、3はカラーフィルタおよび透明な共
通電極を積層したカラーフィルタ基板、11はTFT、
12は液晶層、13は表示電極である。
25×0.3075mm,画素数800 ×3 ×600,対角12.1インチ)
を形成したガラス基板2、及び表面に前記画素電極ピッ
チに合わせて赤/青/緑に塗り分けたカラーフィルタを
形成し、その上から透明な共通電極を蒸着により形成し
たガラス基板3を、それぞれ洗浄した後、それぞれの表
面に配向膜としてポリイミドを塗布/焼成し、約20n
mの膜厚にした。この膜の表面を、レーヨン布で一定方
向に擦ることによりラビング処理した。この両基板を、
平均粒径1.6μmのシリカ製スペーサ散布によりギャ
ップを保持した状態で貼り合わせ、ナフタレン系液晶を
主成分とする強誘電性液晶材料(例えばA.Mochizuki,e
t.al.:Ferroelectrics,133,353(1991) 等) を注入し
た。
偏光フィルム(日東電工製:NPF−EG1225D
U)ではさみ、強誘電性液晶分子長軸方向が一方に傾い
た時に暗状態になるようにして液晶パネル1を作成し
た。
共通電極3側の電圧を黒表示が安定化する方向(本実施
例の場合+方向)に、制御回路6により、液晶パネルの
基準電位から約1Vずらして印加し、画素電極13側に
はTFT11のスイッチングを介して、図4(b)に示
すように駆動データ信号を同一フレームでは白書き込み
のサブフレームと黒書き込みのサブフレームで、各画素
に対応するデータの絶対値は同じで極性が逆になるよう
に入力した。本実施例でのパルス電圧−透過率特性を図
6に示す。共通電位のオフセットの効果により、0Vで
透過率が0となっている事が判る。この時の各画素の液
晶の電位は図4(d1)〜(d6)のようになる。画素
5では、黒表示を行っているが、パルスの値は0である
が、実効的な液晶の電位は透過率0となるレベルになっ
ている。また、実測したコントラスト比は、220:1
(黒表示時:0V,白表示時:7V)と、十分な値が得
られた。 さらに、共通電極の電圧オフセット値を0〜
5Vの間で変化させて黒表示(データ電圧:0V)と白
表示(データ電圧:7V)における透過率からコントラ
スト比を求め、オフセット電圧に対するコントラスト比
の依存性を調べた結果を図7に示す。コントラスト比の
目安を100:1とすると、オフセット値が0.5〜2
Vの範囲で高いコントラスト比が得られていることが判
る。
に、共通電極の電位を0として駆動した場合、コントラ
スト比は60:1であった。
ネルの要部断面図の一例を示す。図において、4は透明
共通電極を形成した共通側基板、5は液晶パネルであ
る。
75×0.3075mm,画素数800 ×600,対角12.1インチ) を形
成したガラス基板2、および表面に透明な共通電極を蒸
着により形成したガラス基板4を、それぞれ洗浄した
後、それぞれの表面に配向膜としてポリイミドを塗布/
焼成し、約20nmの膜厚にした。この膜の表面をレー
ヨン布で一定方向に擦ることによってラビング処理し
た。この両基板を、平均粒径1.6μmのシリカ製スペ
ーサ散布によりギャップを保持した状態で貼り合わせ、
ナフタレン系液晶を主成分とする強誘電性液晶材料(例
えばA.Mochizuki,et.al.:Ferroelectrics,133,353(199
1) 等) を注入した。
偏光フィルム(日東電工製:NPF−EG1225D
U)ではさみ、強誘電性液晶分子長軸方向が一方に傾い
た時に暗状態になるようにして、液晶パネル5を作成し
た。
の3色の発光を時分割で制御できるLEDバックライト
7に、制御信号発生回路20からの同期信号に従ってこ
のパネルの走査に同期して各色の発光を制御する制御回
路24を組み合わせて、このパネルの背面に設置した。
において、7は赤/青/緑の各単色光を時分割で発光で
きるバックライト、24はバックライト7の発光を液晶
パネルの駆動に同期させて制御する制御回路である。
を黒表示が安定化する方向(本実施例の場合+方向)
に、液晶パネルの基準電位から約1Vずらして印加し、
画素電極13側にはTFT11のスイッチングを介し
て、図4(b)に示すような電界の方向が反対でピーク
の絶対値が等しい駆動データ信号をフレーム周波数18
0Hzで交互に入力した。本実施例では、各表示色ごと
に1つのフレームを割り当てており、3フレームで1セ
ットのフルカラー表示を行っている。各フレームに同期
させてバックライトの発光色を切り換える事で、鮮明な
カラー動画表示を行う事ができた。本実施例では、実施
例1の場合に比べて画素の総数が1/3となり、ピッチ
が粗くなるため、開口部分が大きくなり、さらに、カラ
ーフィルタによる光の減衰がないため、画面がより明る
くなると言う特徴がある。また、このようなフィールド
シーケンシャル方式では、3色カラーフィルタ方式の3
倍以上のフレーム周波数で駆動する必要があり、従来の
TN系の液晶材料では追随が困難だったが、応答速度の
速い強誘電性液晶では十分に追随ができることが確認で
きた。
すように共通電極3は0Vに固定し、(b)のようにデ
ータ信号を全体にマイナス側に1Vシフトさせたような
駆動を行った。この場合でも液晶の両端の電圧は図10
(d)のように、実施例1(図4(d1)〜(d6))
と同じになり同等の効果が得られた。本実施例における
駆動法は、共通電極を持たない単純マトリクス型のパネ
ルにも有効である。
トリクスと強誘電性液晶を組み合わせた表示装置の場合
を挙げているが、構造の簡単な単純マトリクス方式のパ
ネルに本発明による駆動法を適用しても有効であり、ま
た、表示装置以外の光変調素子や光シャッタを応用した
機器などにも適用できることは言うまでもない。
来、強誘電性液晶パネルの書き込み時のメモリ性不良に
より発生していた、書き込み後の透過率の経時的な上昇
が抑えられるため、コントラスト比が改善できる。
性を示す。
す。
である。
−透過率特性を示す。
する依存性を示す。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 自発分極を有する液晶材料を封入した構
成を有し、前記自発分極を有する液晶材料に電圧を加え
ることにより光の透過量を制御する液晶素子において、 前記液晶材料の状態を制御する信号の、書込みのパルス
印加時以外の電位は液晶における0電位に対して正また
は負のいずれかにオフセットされる駆動を行うことを特
徴とする液晶素子。 - 【請求項2】 前記自発分極を有する液晶材料の状態を
制御する信号のパルス非印加時のオフセットの電界方向
を、当該液晶材料を黒表示の状態にする極性に一致させ
る駆動を行うことを特徴とする請求項1記載の液晶素
子。 - 【請求項3】 前記自発分極を有する液晶材料の画素ご
との電気的な制御を行うためのアクティブ素子を設けた
ことを特徴とする請求項1または2記載の液晶素子。 - 【請求項4】 前記アクティブ素子との間に前記液晶材
料を挟んで対向する他方の電極に、前記オフセット電圧
を印加することを特徴とする請求項3記載の液晶素子。 - 【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載
の液晶素子に、時分割で複数の単色光を順次発光制御可
能なバックライトと組み合わせることにより、多色表示
を行うようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
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