JP2003121872A - 強誘電性液晶表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

強誘電性液晶表示装置及びその駆動方法

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JP2003121872A JP2002205945A JP2002205945A JP2003121872A JP 2003121872 A JP2003121872 A JP 2003121872A JP 2002205945 A JP2002205945 A JP 2002205945A JP 2002205945 A JP2002205945 A JP 2002205945A JP 2003121872 A JP2003121872 A JP 2003121872A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 強誘電性ハーフＶ型液晶について交流駆動が
可能で光透過損失が抑えられ、グレイスケール表示が可
能な強誘電性液晶表示装置及びその駆動方法を提供す
る。 【解決手段】 強誘電性液晶表示装置は、偏光軸が相互
直交配置された偏光板５０，６０の間に設けられ、基板
間に直交するよう対向設置された電極層間に形成された
液晶層にはブックシェルフ構造を有するハーフＶ型強誘
電性液晶が充填された表示パネル３０及び表示パネルと
偏光板との間に設けられ、基板間に対向設置された電極
層間に形成された液晶層にはハーフＶ型強誘電性液晶が
充填された補正パネル１０を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は強誘電性液晶表示装
置及びその駆動方法に係り、さらに詳しくは光透過率を
増加させ輝度が高められるようにされた強誘電性液晶表
示装置及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は平板形ディスプレイであ
って、携帯用機器を中心に幅広く普及され使用しつつあ
り、大型化技術の発達に伴って大型ディスプレイ機器分
野においても従来のブラウン管ディスプレイ(ＣＲＴ)の
代替が急速に進められている。液晶表示装置に適用され
る液晶材料の種類は色々である。
【０００３】一般的に多用される液晶材料としてＴＮ(t
wisted nematic)液晶は、液晶分子の誘電率異方性(diel
ectric anisotropy)と電気場との相互作用を用いるた
め、反応時間が数十ｍｓで遅くて動映像を表示し難く、
視野角が狭く一定距離内ではピクセル間のクロストーク
が発生してピクセルサイズを一定サイズ以下に縮め難い
問題点がある。
【０００４】一方、強誘電性液晶表示装置(ＦＬＣＤ; f
erroelectric liquid crystal display)は強誘電性液晶
の自発分極と電気場との相互作用を用い、１ｍｓ以下の
早い応答特性を提供して動映像表示に困難さがなく、広
い視野角を提供し、分子間の強い相互作用によりクロス
トークが発生しないピクセルサイズが一層縮まって高解
像度を具現できて次世代表示装置として活発な研究が行
われている。
【０００５】現在幅広く用いられる強誘電性液晶は双安
定特性を有し、シェブロン(chevron)構造を有するキラ
ルスメクチックＣ相(ＳｍＣ＊)の液晶材料がある。
【０００６】この液晶材料を用いる強誘電性液晶表示素
子は、製造工程上で融点以上に維持された液晶を基板間
のセル内に注入し、温度を下げればキラルネマチック
(Ｎ*)相を経てラビング方向に垂直な層構造を有するス
メクチックＡ相になり、再びキラルスメクチックＣ相に
変る。この過程において液晶層内の液晶分子の長軸方向
がラビング方向について特定な角度に傾きながらスメク
チック層間の間隔が縮まり、その結果体積の変化を補正
するために液晶層内におけるスメクチック層の曲げが発
生する。このように曲がった層構造をシェブロン構造と
称し、曲げの方向に応じて液晶の長軸方向の相異なるド
メインが形成され、その境界面にジグザグ欠陥、ヘアピ
ン欠陥、マウンテン欠陥などが存する均一でない配向が
得られる。
【０００７】このような配向特性により液晶表示素子の
コントラスト比が著しく劣化し、これを防止するために
強制的に直流電圧を加える場合、液晶層内のイオンが配
向膜の表面に積もって現在表示状態から他の表示状態に
転換される際、以前の表示パターンがぼんやりと表示さ
れる残像が発生する問題点がある。
【０００８】その他、スレショルド制約を緩和させたＡ
ＦＬＣ(Anti ferroelectric liquid crystal)モード
を提供する強誘電性液晶素材が活発に研究されている
が、自発分極が１００ｎＣ/ｃｍ２以上に逆分極電界に
よるイオンの移動によりやはり残像が発生する恐れがあ
る。また、薄膜トランジスタ(ＴＦＴ;thin film transi
stor)を用いて各画素毎に独立的に液晶を駆動させる方
式であるアクチブメトリックス駆動方式を適用する場
合、大きい自発分極により漏れ電流(leakage current)
が発生する場合がある。漏れ電流を抑えるためにはキャ
パシタの容量を極めて大きくすべきであるが、この場合
開口率が減少して表示装置として利用し難い問題点を抱
えている。
【０００９】このような強誘電性液晶の短所を改善する
ためのものとして、交流駆動が可能であり残像が抑えら
れるブックシェルフ構造を有する強誘電性液晶素材が開
発し続けられている。
【００１０】現在期待され続けて来たブックシェルフ構
造を有する強誘電性液晶素材として結晶化過程時スメク
チックＡ相を経ない液晶素材がある。すなわち、結晶化
過程における相転移が融点以上のアイソトロピック(Iso
tropic)から温度降下時、キラルネマチック(Ｎ＊)-キラ
ルスメクチックＣ(ＳｍＣ＊)相を経て結晶化する。キラ
ルネマチックからキラルスメクチックＣ相に相転移する
液晶のうち単安定特性を有するハーフＶ型液晶がある。
【００１１】ハーフＶ型液晶は、図１に示した通り、電
位非印加時液晶の光軸が配向膜のラビング方向に平行な
方向に置かれ、陽電位(＋)印加時印加電位のレベルに対
応して液晶の長軸が最大４５度までチルトされる。図に
おいてVsatは液晶の最大チルトを発生させる飽和電圧を
表示したものである。
【００１２】そして、陰電位印加時は電位非印加時と同
一な方向に液晶の長軸が配列される。このような液晶は
印加電位に対する光透過率が図２に示したような関係、
すなわち単安定特性を有する。
【００１３】従って、このような液晶は交流駆動が可能
な長所を有し、印加電位対光透過特性を考慮してハーフ
Ｖ型液晶と呼ばれる。
【００１４】ところが、このようなハーフＶ型液晶は、
ブックシェルフ構造の長所を有する反面、データ表示周
期に応ずるサイクルで交流駆動時、図３に示した通り、
交流駆動周期(Ｔ)中陰（-）の電位印加区間(Ｔ/２)につ
いては光が遮断される。従って、交流駆動周期(Ｔ)中区
間Ａのように、液晶の最大チルトを発生させる電圧の最
小値が３ボルトの時、これより低い交流電圧を印加すれ
ば平均５０％以下の光透過率が得られる。また、区間Ｂ
のように液晶の最大チルトを発生させる交流電圧(３ボ
ルト)を印加すれば平均５０％の光透過率が得られる。
区間Ｃは電位を印加しない時であり、この時は光が遮断
される。このように従来のハーフＶ型液晶表示装置は液
晶の安全性を維持するよう交流で駆動させる場合、表示
周期(Ｔ)中入射光に対する最大平均光透過率５０％しか
得られない短所がある。
【００１５】このような光透過損失を抑えるために非対
称に直流電圧を印加すれば、液晶内部のイオンが表面に
蓄積され残像が発生し、液晶が劣化し易くなる問題点が
発生する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述したよう
な問題点を解決するために案出されたもので、その目的
は強誘電性ハーフＶ型液晶について交流駆動が可能で光
透過損失が抑えられ、グレイスケール表示の可能な強誘
電性液晶表示装置及びその駆動方法を提供するところに
ある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために本発明に係る強誘電性液晶表示装置は、偏光軸が
相互直交配置された偏光板の間に設けられ、基板間に直
交するよう対向設置された電極層間に形成された液晶層
にはブックシェルフ構造を有するハーフＶ型強誘電性液
晶が充填された表示パネル、及び前記表示パネルと前記
偏光板との間に設けられ、基板間に対向設置された電極
層の間に形成された液晶層には前記ハーフＶ型の強誘電
性液晶が充填された補正パネルとを備える。
【００１８】前記表示パネルの配向膜のラビング方向と
前記補正パネルの配向膜のラビング方向とは相互一致す
るよう処理されることが望ましい。
【００１９】また、前記ハーフＶ型の強誘電性液晶は結
晶化過程においてキラルネマチック相からキラルスメク
チックＣ相に相転移するブックシェルフ構造を有する素
材が適用される。
【００２０】そして、前述した目的を達成するために本
発明に係る強誘電性液晶表示装置の駆動方法は、第１偏
光板と、相互直交配置された電極層の間にハーフＶ型強
誘電性液晶が充填された表示パネルと、相互対向配置さ
れた電極層の間に前記ハーフＶ型強誘電性液晶が充填さ
れた補正パネル及び第２偏光板が順次に配された強誘電
性液晶表示装置の駆動方法において、前記補正パネルの
電極層に所定の交流電位を印加する段階と、前記表示パ
ネルの前記電極層に表示データのグレイスケールに応ず
る交流電位を印加する段階とを備える。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明をさ
らに詳述する。
【００２２】図４は本発明に係る強誘電性液晶表示装置
を示した断面図である。同図を参照するに、強誘電性液
晶表示装置は偏光板５０、６０の間に設けられた補正パ
ネル１０及び表示パネル３０を備える。
【００２３】第１及び第２偏光板５０、６０は偏光軸が
相互直交配置される。
【００２４】補正パネル１０は、図５に示した通り、下
部基板１１、下部電極層１２、下部配向膜１３、液晶層
１４、上部配向膜１５、上部電極層１６、上部基板１
７、シール部材１８及びスぺーサ１９を備える。
【００２５】図に示した(−)は安定状態、すなわち陰電
位または電位非印加時の液晶の配列状態を、(＋)は陽電
位印加時液晶の配列状態を示す。
【００２６】液晶層１４内にはブックシェルフ構造を有
するハーフＶ型液晶素材が充填されている。
【００２７】液晶層１４は本発明に係る結晶化過程を通
して生成されたブックシェルフ(bookshelf)構造を有す
るハーフＶ型強誘電性液晶素材で充填されている。
【００２８】ブックシェルフ構造を有するハーフＶ型強
誘電性液晶は結晶化過程を経て垂直状に配列されたスメ
クチック層内における液晶分子が曲がらず並んで列をな
す構造を有する。このようなブックシェルフ構造のハー
フＶ型強誘電性液晶層は該当液晶を溶融状態で注入し温
度を下げればキラルネマチック(Ｎ＊)相からキラルスメ
クチックＣ(ＳｍＣ＊)相に相転移しつつ所望の構造の組
織が得られる。
【００２９】ハーフＶ型液晶素材は多様に公知されてお
り、本実施形態では日本のクラリアント社で製造された
ハーフＶ型液晶を適用した。
【００３０】下部及び上部基板１１、１７はガラスまた
は透明合成樹脂のような透明素材が適用される。
【００３１】下部及び上部電極層１２、１６は公知の透
明導電素材、例えばＩＴＯ素材より形成される。望まし
くは下部電極層１２と上部電極層１６は表示面に応ずる
サイズを有する単一電極板でそれぞれ形成される。
【００３２】下部及び上部配向膜１３、１５は公知の多
様な配向素材で形成される。配向素材の例としてはポリ
イミド、ポリビニルアルコール、ナイロン、ＰＶＡ系な
どがある。
【００３３】配向膜１３、１５は布のようなラビング素
材で所定角度でラビング処理される。
【００３４】スぺ-サ１９は液晶層１４のギャップを一
定に維持するために設けられる。
【００３５】液晶層のギャップｄはハーフＶ型液晶の屈
折率異方性(Δｎ)との積がλ/２条件を満たすよう決定
される。すなわち、補正パネル１０が入射光の波長(λ)
についてハーフプレートの機能を有するようハーフＶ型
強誘電性液晶の屈折率異方性値に基づき液晶層１４のギ
ャップを決定する。
【００３６】２０は液晶層１４内に注入されたハーフＶ
型強誘電性液晶に表示駆動時一定交流電位を電極１２、
１６を通して所定周波数に印加するための交流駆動源で
ある。
【００３７】一方、表示パネル３０は表示データに応じ
て画素別駆動の可能な公知の構造が適用される。
【００３８】図６は図４の表示パネルの構造を示した断
面図である。前述した図５と同様な機能を果たす要素は
同一参照符号を付する。同図を参照するに、表示パネル
３０は下部基板１１、下部電極層３２、下部配向膜１
３、液晶層１４、上部配向膜１５、上部電極層３６、上
部基板１７、シール部材１８及びスぺ-サ１９を備え
る。
【００３９】表示パネル３０のうち補正パネル１０と違
う構造は上部及び下部電極層３２、３６である。
【００４０】上部及び下部電極層３２、３６は相互直交
する方向に沿って多数の電極が並んで形成される。
【００４１】表示パネル３０の液晶層１４内には補正パ
ネル１０の液晶層１４と同一な液晶素材、すなわちブッ
クシェルフ構造を有するハーフＶ型液晶素材が充填され
ている。
【００４２】望ましくは、表示パネル３０と補正パネル
１０は表示パネル３０の配向膜１３、１５のラビング方
向と補正パネル１０の配向膜１３、１５のラビング方向
とが相互一致するよう配される。
【００４３】また、補正パネル１０と同様に、表示パネ
ル３０の液晶層１４のギャップｄは適用されたハーフＶ
型強誘電性液晶の屈折率異方性(Δｎ)との積がλ/２条
件を満たすよう決められる。すなわち、表示パネル３０
がハーフプレートの機能を有するようハーフＶ型強誘電
性液晶の屈折率異方性値に基づき液晶層１４のギャップ
を決定する。
【００４４】３７は表示パネル３０の液晶層１４内に注
入された強誘電性ハーフＶ型液晶を表示データに基づき
電極層３２、３６を通して画素別に電位を所定周波数に
印加するためのドライバである。
【００４５】ドライバ３７は表示データのグレイスケー
ルデータに応じて設定された交流電位を電極層３２、３
６を通して印加できるよう電極層３２、３６と結線され
ている。
【００４６】このような強誘電性液晶表示装置は、表示
パネル３０と補正パネル１０相互間を設定されたデータ
表示周期中適切に印加電位及び位相を可変させ光透過特
性が補正されるよう駆動すれば、入射光に対する透過率
を１００％まで拡張できる。
【００４７】強誘電性液晶表示装置の望ましい駆動過程
が図７に示されている。
【００４８】補正パネル１０には一定交流電圧を印加し
(段階１００)、表示パネル３０には表示データのグレイ
スケールに応ずる交流電位を印加する(段階１１０)。
【００４９】すなわち、補正パネル１０は最大液晶チル
ト角である４５度に応ずる飽和電圧以上に設定された一
定電圧で交流駆動し、表示パネル３０については表示デ
ータに応ずる光透過率が得られるよう補正パネル１０の
交流駆動周期に合わせて印加する交流電圧のレベル及び
位相を可変させる。
【００５０】このような駆動例が図８に示されている。
同図から分かる通り、液晶の最大チルト角に対応する飽
和電圧が３ボルト(Ｖ)の場合、補正パネル１０を設定さ
れたデータ表示周期(Ｔ)、例えばフレーム周期である１
６．６ｍｓ中±３ボルト(Ｖ)に交流電位を印加し、表示
パネル３０は表示データのグレイスケール情報に応ずる
交流電圧をデータ表示周期(Ｔ)中印加する。
【００５１】図において、Ｔ(ａ)区間のように補正パネ
ル１０に印加される交流電位と逆相に表示パネル３０に
同一な交流電位を印加すれば、ピクセル表示周期中平均
光透過率が１００％になる。またＴ(ｂ)区間のように補
正パネル１０に印加される交流電位と同相に表示パネル
３０に同一な交流電位を印加すれば、ピクセル表示周期
中光透過率が０(zero)になる。従って、表示パネル３０
に印加する交流電位のレベル及び位相により表示周期
(Ｔ)中の平均光透過率を０から１００％まで可変でき、
それによるグレイスケール表示範囲をさらに細分化でき
る。
【００５２】すなわち、区間Ｔ(ｃ)のように補正パネル
１０に印加される交流電位と逆相に表示パネル３０に最
大チルトに応ずる電圧の最小値より低い電圧を交流相に
印加すれば、表示周期(Ｔ)中の平均光透過率が５０％〜
１００％で決定される。
【００５３】同様に、Ｔ(ｄ)区間のように補正パネル１
０に印加される交流電位と同相に表示パネル３０に最大
チルトに応ずる電圧の最小値より低い電圧を交流相に印
加すれば、表示周期(Ｔ)中の平均光透過率が０％〜５０
％で決められる。
【００５４】以上の実施形態では補正パネル１０に液晶
の最大チルトに応ずる飽和電圧以上で選択された一定し
た交流電圧を印加し、表示パネル３０に表示しようとす
るグレイスケールに応ずる位相のレベルを有する交流電
位を印加することを説明したが、補正パネル１０に印加
される交流電位のレベルを可変させ、それに応じて表示
しようとするグレイスケールに応ずるよう表示パネル３
０に印加する交流電位のレベル及び位相を調整して駆動
できることは勿論である。
【００５５】
【発明の効果】以上述べた通り、本発明に係る強誘電性
液晶表示装置及びその駆動方法によれば、光透過損失率
が抑えられ、それによるグレイスケール表示範囲を拡張
させうる。
【００５６】以上では本発明の望ましい実施形態につい
て示しかつ説明したが、本発明は前述した特定の望まし
い実施形態に限らず、請求の範囲で請求する本発明の要
旨を逸脱せず当該発明の属する技術分野において通常の
知識を持つ者ならば誰でも多様な変形実施が可能なこと
は勿論、そのような変更は記載された請求の範囲内にあ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なブックシェルフ構造を有するハーフＶ
型強誘電性液晶の印加電圧によってチルトされる現象を
示す図である。
【図２】図１のハーフＶ型強誘電性液晶の印加電圧と光
透過率との関係を示したグラフである。
【図３】図１のハーフＶ型強誘電性液晶が適用された従
来の表示装置の駆動方式の例を示した波形図である。
【図４】本発明に係る強誘電性液晶表示装置を示した図
である。
【図５】図４の補正パネルの構造を示した断面図であ
る。
【図６】図４の表示パネルの構造を示した断面図であ
る。
【図７】本発明に係る強誘電性液晶表示装置の表示デー
タに応じてグレイスケールを表示するための駆動過程を
示したフローチャートである。
【図８】図７の駆動方法により強誘電性液晶表示装置に
印加される駆動電圧と光透過率との関係の例を示した波
形図である。
【符号の説明】
１０ 補正パネル １１ 下部基板 １２、３２ 下部電極層 １３ 下部配向膜 １４ 液晶層 １５ 上部配向膜 １６、３６ 上部電極層 １７ 上部基板 １８ シール部材 １９ スペーサ ２０ 交流駆動源 ３０ 表示パネル ３７ ドライバ ５０ 第１偏光板 ６０ 第２偏光板
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/141 Ｇ０２Ｆ 1/141 Ｆターム(参考） 2H088 GA02 GA04 GA17 HA03 HA06 2H089 HA21 KA20 RA13 TA04 TA07 TA15 2H090 LA04 LA09 MA16 MB01 2H091 FA08X FA08Z GA06 GA11 HA11 HA12 2H093 NA79 NC90 ND04 ND06 NE04 NE06 NF17

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 偏光軸が相互直交配置された偏光板の間
    に設けられ、基板間に直交するよう対向設置された電極
    層間に形成された液晶層にはブックシェルフ構造を有す
    るハーフＶ型強誘電性液晶が充填された表示パネルと、 該表示パネルと前記偏光板との間に設けられ、基板間に
    対向設置された電極層の間に形成された液晶層には前記
    ハーフＶ型強誘電性液晶が充填された補正パネルとを備
    えることを特徴とする強誘電性液晶表示装置。
  2. 【請求項２】 前記表示パネルの配向膜のラビング方向
    と前記補正パネルの配向膜のラビング方向とは相互一致
    するよう処理されることを特徴とする請求項１に記載の
    強誘電性液晶表示装置。
  3. 【請求項３】 前記ハーフＶ型強誘電性液晶は結晶化過
    程においてキラルネマチック相からキラルスメクチック
    Ｃ相に相転移する素材であることを特徴とする請求項１
    に記載の強誘電性液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 第１偏光板、相互直交配置された電極層
    間にハーフＶ型強誘電性液晶が充填された表示パネル
    と、相互対向配置された電極層間に前記ハーフＶ型強誘
    電性液晶が充填された補正パネル及び第２偏光板が順次
    に配された強誘電性液晶表示装置の駆動方法において、 前記補正パネルの電極層に所定の交流電位を印加する段
    階と、 前記表示パネルの前記電極層に表示データのグレイスケ
    ールに応ずる交流電位を印加する段階とを備えることを
    特徴とする強誘電性液晶表示装置の駆動方法。
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