JP2003121882A - 反射形強誘電性液晶表示装置及びその駆動方法 - Google Patents
反射形強誘電性液晶表示装置及びその駆動方法Info
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Abstract
可能で光透過損失が抑えられ、一層細密なグレイスケー
ル表示が可能な反射形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】 反射形強誘電性液晶表示装置は偏光ビー
ムスプリッタとミラーとの間に設けられ、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
が充填されており、ハーフプレート条件を満たすよう形
成された表示パネル及び表示パネルと偏光ビームスプリ
ッタとの間に設けられ、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
填されており、ハーフプレート条件を満たすよう形成さ
れた補正パネルを備える。
Description
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を高められるようにされた反射形強
誘電性液晶表示装置及びその駆動方法に関する。
って、携帯用機器を中心に幅広く普及され使用されてお
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。
は多様である。
sted nematic)液晶は液晶分子の誘電率異方性(dielectr
ic anisotropy)と電気場との相互作用(interaction)を
用いるため、反応時間が数十ミリ秒(ms)に遅くて動映
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。
erroelectric liquid crystal display)は強誘電性液晶
の自発分極と電気場間の相互作用を用い、1ミリ秒(m
s)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。現在幅広く用いられる強誘電性
液晶は、陰陽の印加電位について対称的な光透過率を提
供する双安定特性を有し、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。
子は、製造工程上において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角度に傾いてスメクチ
ック層間の間隔が縮まり、その結果体積の変化を補償す
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。このように曲げられた層構造をシェブロン構造と
称し、曲げの方向に沿って液晶の長軸方向が相異なるド
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在する均一でない配向
が得られる。
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。
FLC(Anti ferroelectric liquidcrystal)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される恐れがある。
また、薄膜トランジスタ(TFT;thin film transisto
r)を用いて各画素毎に独立して液晶を駆動させる方式で
あるアクチブマ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
する恐れがある。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。
られるものとして、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
発しつつある。
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(Isotr
opic)から温度を下げる際キラルネマチック(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。
位非印加時液晶の光軸が配向膜のラビング方向に並んだ
方向に置かれ、陽電位(+)印加時印加電位のレベルに応
じて液晶の長軸が最大45度でチルトされる。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
示したものである。
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。
な長所を持ち、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。
射形液晶表示装置は、電位非印加時または陰電位印加
時、図3に示した通り、偏光ビームスプリッタ(PBS)
1に入射された後反射されパネル2に進むs波はミラー
3からパネル2を再び通過した後も偏光状態がそのまま
維持され、光入射方向と等方向に偏光ビームスプリッタ
1から反射される。この場合、光入射方向と垂直方向で
ある表示方向には光の透過がなくてブラック状態にな
る。ところが、図4に示した通り、スレショルド電圧以
上の陽電位を印加すれば液晶分子は印加電位に応じて次
第にチルトされ、パネル2に入射したs波はパネル2、
ミラー3及びパネル2を経由する過程において部分的に
p波に偏光が変換され、偏光ビームスプリッタ1を通過
する光が存する。偏光ビームスプリッタ1を介して出力
される光の透過量は印加電位の増加に伴って増え、図5
に示した通り、液晶が45度にチルトされる際最大にな
る。この際、液晶の長軸はラビング方向について45に
なって偏光ビームスプリッタ1を経てパネル2に入射し
たs波はミラー3から逆方向にパネル2を通過する過程
を経てp波に変換され全て偏光ビームスプリッタ1を通
過する。この際の表示状態がホワイトになる。
ックシェルフ構造の長所を有する一方、データ表示周期
に応ずるサイクルで交流駆動時光透過率との関係が図6
に示されている。図において実線は印加電圧を、一点鎖
線は光透過率を示す。
(-)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飽和電圧が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
生させる飽和電圧(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、この際は光が遮断される。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
光透過率を50%しか得られない短所がある。
称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、液晶が劣化しやすくなる問題が発
生する。
な問題点を改善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、一層細密なグレイスケール表示が
可能な反射形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。
ために本発明に係る反射形強誘電性液晶表示装置は、偏
光ビームスプリッタとミラーとの間に設けられ、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
性液晶が充填されており、クォータプレート条件を満た
すよう形成された表示パネルと、該表示パネルと前記偏
光ビームスプリッタとの間に設けられ、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前記ハーフV
型強誘電性液晶が充填され、ハーフプレート条件を満た
すよう形成された補正パネルとを備える。
前記補正パネルの配向膜のラビング方向とは相互直交配
置される。
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が適用される。
明に係る反射形強誘電性液晶表示装置の駆動方法は、偏
光ビームスプリッタ、相互対向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補正パネル、相互直
交配置された電極層間に前記ハーフV型強誘電性液晶が
充填された表示パネル及びミラーが順次に配された反射
形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。
前記補正パネルの液晶軸と電位非印加時の前記表示パネ
ルの液晶の軸との挟み角が67.5度と90度の間で変
位される交流電位を印加する。
の望ましい実施形態による反射形強誘電性液晶表示装置
及びその駆動方法をさらに詳述する。
示装置を示した断面図である。同図を参照するに、反射
形強誘電性液晶表示装置は偏光ビームスプリッタ60と
ミラー50と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。
で、入射ビームについて第1偏光成分のビームは反射さ
せ、第2偏光成分のビームは透過させるよう構成されて
いる。示された例では入射光についてs偏光は反射さ
せ、p偏光は透過させることが適用された。
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。図に示
されている(-)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。
するハーフV型強誘電性液晶素材が充填されている。
誘電性液晶は結晶化過程を経て垂直状に配されたスメク
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。
り、本実施形態では日本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。
は透明合成樹脂のような透明素材が適用される。
明導電素材、例えばITO素材で形成される。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。
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。
材で所定角度でラビング処理されるスぺーサ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たも
のである。
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。
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。
て画素別駆動の可能な公知の構造が適用される。
面図である。前述した図8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及びスぺーサ19を備え
る。
う構造として上部及び下部電極層36、32がある。
する方向に沿って多数の電極が並んで形成される。
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。
0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のラビング方向が
相互直交するよう配列される。
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/4条件を満たすよう決定され
る。すなわち、表示パネル30がクォータプレートの機
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。
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。
ルデータに応ずる交流電位を電極層32、36を通して
印加できるよう電極層32、36と結線されている。
は、表示パネル30と補正パネル10の相互間を設定さ
れたデータ表示周期中適切に印加電位を可変させ交流駆
動周期中光透過特性が補償されるよう駆動すれば、入射
光に対する透過率を100%まで拡張させうる。
が図10に示されている。
(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)。
晶チルト角に応ずる電圧で交流駆動し、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。
電圧を印加して表示パネル30のラビング方向に補正パ
ネル10の液晶の長軸との挟み角(θc)が90度の液晶
配列状態と67.5度の液晶配列状態が得られるように
する補正パネル10の駆動電圧を適用して交流相で補正
パネル10を駆動する。このため、表示パネル30のラ
ビング方向との挟み角(θc)が67.5度になるよう補
正パネル10の陽の駆動電圧(+Vk)を探し、この電圧
を交流相で補正パネル10に印加すれば良い。
下の電位が印加された時、表示パネル30の液晶分子の
チルト角(θp)に対する光透過特性を説明する。
陰電位印加時偏光ビームスプリッタ60から反射された
s波は偏光変化なしで補正パネル10と表示パネル30
を進むので最終的にブラック表示状態が具現される。
大チルト角、すなわち45度にチルトさせる飽和電位を
印加すれば、偏光ビームスプリッタ60から反射された
s波は偏光変化なしで補正パネル10を経、それから表
示パネル30、ミラー50及び表示パネル30を経る過
程においてp波に偏光変化がなされる。偏光変化された
p波は再び偏光変化なしで補正パネル10を経て偏光ビ
ームスプリッタ60を通過することによりホワイトが具
現される。
11Aに示されている。
い陽電位を印加すれば、ホワイトとブラックとのグレイ
が表示される。
グ方向に対する挟み角が67.5度になるようチルトさ
れる陽電位(+Vk)が印加される時は表示パネル30の
液晶分子のチルト角に対する光透過特性は、補正パネル
10に陰電位(-Vk)を印加した時、すなわち補正パネ
ル10の液晶が表示パネルのラビング方向について90
度になる条件と逆になる。すなわち、図11Bに示した
ようなグラフが得られる。
いた液晶表示装置の駆動例が図12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応ずる飽和電
圧が3ボルト(V)の場合、補正パネルを設定されたデー
タ表示周期(T)、例えば通常のフレーム周期である1
6.6ms中22.5度のチルトと応ずる交流電位Vk
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。
ネル10に印加される交流電位と逆相に表示パネル30
に飽和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に飽和交流電位を印加すれば、ピクセル周期中光透
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一層細分化できる。
10に印加される交流電位と逆相に表示パネル30に飽
和電圧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。
0に印加される交流電位と同相に表示パネル30に飽和
電圧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%で決定される。
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
を拡張できる。
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。
型強誘電性液晶の印加電圧により液晶の軸がチルトされ
る現象を示す図である。
透過率との関係を示したグラフである。
射形表示装置の電位非印加時の光経路を示した図であ
る。
射形表示装置の飽和電圧より低い電圧の印加時の光経路
を示した図である。
射形表示装置の飽和電圧印加時の光経路を示した図であ
る。
射形表示装置のグレイスケール表示駆動例による印加電
圧対光透過率との関係を示した波形図である。
した図である。
る。
る。
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。
装置に印加される駆動電圧による表示パネルの液晶と補
正パネルの液晶との軸配列関係による光透過率を示した
グラフである。
装置に印加される駆動電圧による表示パネルの液晶と補
正パネルの液晶との軸配列関係による光透過率を示した
グラフである。
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。
Claims (5)
- 【請求項1】 偏光ビームスプリッタとミラーとの間に
設けられ、基板間に直交するように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ており、クォータ
プレート条件を満たすよう形成された表示パネルと、該
表示パネルと前記偏光ビームスプリッタとの間に設けら
れ、基板間に対向設置された電極層間に形成された液晶
層には前記ハーフV型強誘電性液晶が充填されており、
ハーフプレート条件を満たすよう形成された補正パネル
とを備えることを特徴とする反射形強誘電性液晶表示装
置。 - 【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直交
配置されることを特徴とする請求項1に記載の反射形強
誘電性液晶表示装置。 - 【請求項3】 前記ハーフV型強誘電性液晶は結晶化過
程で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
の反射形強誘電性液晶表示装置。 - 【請求項4】 偏光ビームスプリッタ、相互対向配置さ
れた電極層間にハーフV型強誘電性液晶が充填された補
正パネル、相互直交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表示パネル及びミラーが順
次に配された反射形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
特徴とする反射形強誘電性液晶表示装置の駆動方法。 - 【請求項5】 前記補正パネルの電極層には前記補正パ
ネルの液晶軸と電位非印加時の前記表示パネルの液晶の
軸との挟み角が67.5度と90度の間で変位される交
流電位を印加することを特徴とする請求項4に記載の反
射形強誘電性液晶表示装置の駆動方法。
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