JP2003215641A - 液晶表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレーナ状態での反射率を向上させて表示の
コントラストを高めることができ、また、プレーナ状態
へ変化する際のレスポンスの良好な液晶表示装置及びそ
の駆動方法を得る。 【解決手段】 基板１１，２１間にコレステリック相を
示す液晶を挟持し、該液晶の選択反射を利用して表示を
行う液晶表示素子と、各基板１１，２１に設けた電極１
２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂから液晶に電界を印加す
るドライバ４１，４２を備えた液晶表示装置。電極１２
ａ，１２ｂと電極２２ａ，２２ｂとの間に矢印Ａ方向の
縦電界を印加すると、液晶はその分子３１の長軸が垂直
方向に整列したホメオトロピック状態にリセットされ
る。ここで、縦電界を急激に消去すると共に電極１２
ａ，１２ｂの間及び電極２２ａ，２２ｂの間に矢印Ｂ方
向の横電界を印加すると、液晶はその分子３１の長軸が
横電界方向に揃って配向され、ドメインの大きなプレー
ナ状態に変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置及び
その駆動方法、特に、一対の基板間にコレステリック相
を示す液晶を挟持し、該液晶のプレーナ状態における選
択反射を利用して表示を行う液晶表示装置及びその駆動
方法に関する。

【０００２】

【従来技術】一般に、反射型液晶表示素子は、環境光
（外部の光）を反射することにより表示を行うため、バ
ックライトを必要とする透過型液晶表示素子に比べて、
少ない消費電力で表示が可能であり、携帯電話やモバイ
ル機器などの表示部に採用されている。また、メモリ性
を有する液晶の場合は静止画表示においては駆動が不要
でさらに低消費電力が可能である。

【０００３】この種の反射型液晶表示素子の中でもコレ
ステリック相を有する液晶（ネマチック液晶にカイラル
材を添加したカイラルネマチック液晶によって代表され
る）は、液晶分子の配向をフォーカルコニック状態（光
の透過状態）とプレーナ状態（光の選択反射状態）のい
ずれかに切り換えて以下のように駆動して表示を行う。
なお、ここでの駆動は正の誘電率異方性を有するカイラ
ルネマチック液晶であることを前提として説明する。

【０００４】即ち、図３（Ａ）に示すように、液晶表示
素子はそれぞれ電極１２ａ，１２ｂを備えた基板１１と
電極２２ａ，２２ｂを備えた基板２１との間にカイラル
ネマチック液晶を挟持した構成からなり、各基板１１，
２１の電極形成面には絶縁膜１３，２３が設けられてい
る。

【０００５】電極１２ａ，１２ｂと電極２２ａ，２２ｂ
との間に矢印Ａ方向の縦電界を印加すると、その電界の
強さが液晶分子３１のねじれ（螺旋構造）を解くための
閾値以上であれば、液晶はその分子の長軸が電界方向に
整列したホメオトロピック状態にリセットされる。この
状態はメモリ性がないため、縦電界を消去すると、液晶
分子３１はねじれた配列に戻る。

【０００６】この場合、縦電界を急激に消去すると、図
３（Ｂ）に示すように、液晶はねじれが戻って分子３１
の長軸が基板１１，２１に対して平行なプレーナ状態に
なり、所定波長の光を反射する。一方、縦電界を徐々に
消去すると、液晶はねじれが戻って分子３１の長軸が基
板１１，２１と垂直な面に沿ったフォーカルコニック状
態になり、光を透過させる。基板１１の裏面に光吸収層
を設けるか、基板１１自体に光吸収機能を付与すること
で、フォーカルコニック状態では黒色が観察される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
駆動方法では、液晶をプレーナ状態に変化させるため
に、ホメオトロピック状態において縦電界を急激に消去
すると、液晶分子３１はその長軸が基板１１，２１に対
して平行な配向状態となる。しかし、図３（Ｂ）に示す
ように、基板面に平行な平面上における液晶分子の配向
方向にはばらつきを生じる。このため、液晶層内部に不
連続部が生じ、基板に平行な平面上で分子が同じ方向に
配列している一塊の領域（ドメイン）が複数形成され、
各ドメイン間に界面が生じていた。

【０００８】このとき、ドメインが小さく多くのドメイ
ン界面が存在すると、光は界面反射によって散乱するこ
とになり、選択反射波長の視野角方向での反射率の低下
を招来して表示のコントラストが低下するという問題点
を有していた。また、縦電界が急激に消去され液晶がホ
メオトロピック状態からプレーナ状態へ変化する際のレ
スポンスにも改善の余地があった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、プレーナ状態で
の反射率を向上させて表示のコントラストを高めること
ができ、また、プレーナ状態へ変化する際のレスポンス
の良好な液晶表示装置及びその駆動方法を提供すること
にある。

【００１０】

【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る液晶表示装置は、一対の基板間にコレ
ステリック相を示す液晶を挟持し、該液晶の選択反射を
利用して表示を行う液晶表示素子と、前記一対の基板に
設けた電極から前記液晶に電界を付与する駆動手段とを
備え、前記液晶は正の誘電率異方性を有するものであ
り、前記駆動手段は前記液晶に印加する電界を、基板面
にほぼ垂直な縦電界及びほぼ水平な横電界に切り換え可
能であり、かつ、縦電界の印加終了後に横電界を印加し
て液晶をプレーナ状態に変化させることを特徴とする。

【００１１】また、本発明に係る駆動方法は一対の基板
間に挟持された正の誘電率異方性を有するコレステリッ
ク相を示す液晶に対して、前記一対の基板に設けた電極
から電界を印加して駆動する駆動方法であって、基板面
にほぼ垂直な縦電界の印加終了後に基板面にほぼ平行な
横電界を印加して前記液晶をプレーナ状態に変化させる
ことを特徴とする。

【００１２】本発明に係る液晶表示装置及びその駆動方
法においては、コレステリック相を示す液晶に対して縦
電界を印加することにより液晶をホメオトロピック状態
とし、この状態から縦電界を消去して液晶をプレーナ状
態に変化させる際に横電界を印加する。横電界の印加に
よって、正の誘電率異方性を有する液晶は誘電率の大き
い分子の長軸が横電界の方向に揃いやすくなり、液晶層
内の不連続部が減少して塊状の同一配列領域であるドメ
インが大きくなる。これにて、ドメイン界面が少なくな
り、光の界面反射による散乱が減少し、反射率が向上す
る。その結果、表示のコントラストが向上することにな
る。このような横電界の印加に基づいて、同時に、液晶
分子が基板面に対してほぼ垂直な状態からほぼ平行な状
態に変化するレスポンスも向上することになる。前記横
電界は液晶分子のねじれを解くための閾値以下の電界強
度に設定することが好ましい。

【００１３】本発明に係る液晶表示装置においては、一
対の基板の液晶との界面に水平配向膜を設けることが好
ましい。水平配向膜によって液晶がプレーナ状態に変化
する際に分子の長軸が基板面に対してほぼ平行な状態に
変化しやすくなる。

【００１４】さらに、前記水平配向膜には横電界方向に
ラビング処理を施すことが好ましい。このようなラビン
グ処理が施されていると、配向膜に接している液晶分子
の配向をより横電界方向に揃えやすくなり、配向性が向
上する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る液晶表示装置
及びその駆動方法の実施形態について、添付図面を参照
して説明する。

【００１６】（第１実施形態、図１参照）図１に本発明
の第１実施形態である液晶表示装置の概略構成を示す。
この液晶表示装置は図３に示した従来の液晶表示装置と
基本的には同様の構成を有しており、同じ部材には図３
と同じ符号が付されている。即ち、ガラスや樹脂フィル
ム等からなる下基板１１及び上基板２１の対向面にそれ
ぞれ電極１２ａ，１２ｂ及び電極２２ａ，２２ｂが形成
され、さらにその上に水平配向膜１４，２４が形成され
ている。なお、従来例と同様に絶縁膜を形成し、その上
に水平配向膜１４，２４を形成してもよい。電極１２
ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂは１画素内に複数設けられ
ていることが好ましいが、画素サイズや印加する電界の
大きさによっては画素境界部のみに配置してもよい。

【００１７】コレステリック相を示す液晶は基板１１，
２１の間に挟持されている。コレステリック相を示す液
晶としては、例えば、ネマチック液晶にコレステリック
相を示すのに十分な量のカイラル材を添加したカイラル
ネマチック液晶であって、正の誘電率異方性を有するも
のが使用される。

【００１８】即ち、コレステリック相を示す液晶は、棒
状の液晶分子３１が、その長手方向（長軸）とそれに垂
直な方向（短軸）で屈折率や誘電率が異なる異方性を有
している。液晶分子の長軸方向の誘電率が短軸方向のそ
れよりも大きい液晶を誘電率異方性が正の液晶と称す
る。誘電率異方性が正の液晶に十分に高い電圧を印加す
るとねじれが解け、液晶分子の長軸が電界方向と平行な
方向に向くように動く。このねじれが解ける電圧には閾
値が存在する。

【００１９】ところで、カイラルネマチック液晶はネマ
チック液晶に所定量のカイラル材を添加することによっ
て得られる。このカイラルネマチック液晶は、一般的
に、棒状の液晶分子がねじれた配列をなし、コレステリ
ック相を示している。この液晶に光が入射すると、ヘリ
カル軸に対して平行な方向から光が入射した場合、λ＝
ｎｐで示される波長の光を選択反射する（プレーナ状
態）。ここで、λは波長、ｎは液晶分子の平均屈折率、
ｐは液晶分子が３６０°ねじれている距離（以下、螺旋
ピッチと記す）である。一方、ヘリカル軸に対して垂直
な方向から光が入射した場合、原理的に光は透過される
（フォーカルコニック状態）。この選択反射及び透過を
利用して表示が行われる。

【００２０】電極１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂはそ
れぞれドライバ４１，４２に接続され、電源４３から供
給される所定の振幅、電圧値のパルスが印加される。電
極１２ａ，１２ｂと電極２２ａ，２２ｂとの間に電圧差
を生じるように駆動すると、基板面に垂直な矢印Ａ方向
の縦電界が生じる。また、電極１２ａ，１２ｂの間及び
電極２２ａ，２２ｂの間に電圧差を生じるように駆動す
ると、基板面に水平な矢印Ｂ方向の横電界が生じる。

【００２１】本第１実施形態にあっては、図１（Ａ）に
示すように、まず、電極１２ａ，１２ｂと電極２２ａ，
２２ｂとの間に矢印Ａ方向の縦電界を、液晶分子３１の
ねじれを解くための閾値以上の電界強度で印加すること
により、液晶をその分子３１が電界方向に整列したホメ
オトロピック状態にリセットする。

【００２２】次に、各画素の液晶をプレーナ状態又はフ
ォーカルコニック状態に選択的に変化させる。プレーナ
状態を選択する画素に対しては、前記縦電界を急激に消
去すると共に、図１（Ｂ）に示すように、電極１２ａ，
１２ｂの間及び電極２２ａ、２２ｂの間に矢印Ｂ方向の
横電界をねじれを解くための閾値以下の電界強度で印加
する。

【００２３】ホメオトロピック状態にリセットされてい
る液晶分子３１は前記縦電界が消去されることで、基板
１１，２１との界面に馴染むように基板面に平行な配向
状態、即ち、プレーナ状態に移行しようとする。このと
き、横電界が印加されることによって、基板１１，２１
との界面近傍の液晶分子３１の長軸が横電界方向（矢印
Ｂ方向）に揃いやすくなり、図１（Ｂ）に示すように、
プレーナ状態においてドメインが大きくなる。

【００２４】このように、ドメインが大きくなると、ド
メイン界面が少なくなって光の界面反射による散乱が減
少し、選択反射波長の視野角方向での反射率が向上し、
表示のコントラストが向上する。また、横電界の印加に
よって、液晶分子３１の長軸が基板面に対して垂直な状
態から水平な状態に変化するレスポンスも向上する。さ
らに、水平配向膜１４，２４が設けられていることによ
って、液晶分子が基板面に対して平行な状態に変化しや
すくなる。

【００２５】一方、フォーカルコニック状態を選択する
画素に対しては、横電界を印加することなく、縦電界を
徐々に消去する。縦電界を徐々に消去するには、電圧の
振幅レベルを徐々に低下させたり、パルス電圧のデュー
ティー比を変化させて電圧印加時間を徐々に減少させる
等の方法を採用することができる。

【００２６】（第２実施形態、図２参照）図２に本発明
の第２実施形態である液晶表示装置の概略構成を示す。
この液晶表示装置は図１に示した第１実施形態と同様の
構成を有しており、異なるのは、水平配向膜１４，２４
の液晶との界面に、矢印Ｂ方向の横電界と平行な方向で
ある矢印Ｂ’方向にラビング処理を施した点にある。な
お、図２には図１と同じ部材に同じ符号が付されてい
る。

【００２７】液晶の駆動方法は前記第１実施形態で説明
したとおりであり、この第２実施形態にあっては、水平
配向膜１４，２４に横電界方向と平行にラビング処理が
施されているため、液晶をプレーナ状態に変化させる際
に液晶分子３１の配向性がさらに向上する。

【００２８】（他の実施形態）なお、本発明に係る液晶
表示装置及びその駆動方法は前記各実施形態に限定する
ものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更すること
ができる。

【００２９】特に、表示素子としては、前記各実施形態
で示した表示素子の１層で構成したもの、Ｒ，Ｇ，Ｂの
各選択反射を行う表示素子を３層に積層したもの（フル
カラー表示）、あるいは任意の波長の選択反射を行う表
示素子を２層に積層したものなどで構成することができ
る。

【００３０】また、前記実施形態では単純マトリクス型
の液晶表示素子を例に挙げているが、画素ごとにスイッ
チング素子（例えば、ＴＦＴ：Thin Film Transistor
や、ＴＦＤ：Thin Film Diode）を有するアクティブ
マトリクス型の液晶表示素子においても本発明を適用で
きる。

【００３１】さらに、前記実施形態では上下基板とも同
様の電極を設けてそれぞれ横電界を発生させるようにし
ており効果が最も顕著であるが、一方の基板にはベタ電
極を設けても効果は得られる。上下基板で電極の本数を
異ならせてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態である液晶表示装置の概略構成を
示す斜視図で、（Ａ）は液晶がホメオトロピック状態に
ある場合を示し、（Ｂ）は液晶がプレーナ状態に変化し
た場合を示す。

【図２】第２実施形態である液晶表示装置の概略構成を
示す斜視図で、液晶分子がプレーナ状態に変化した場合
を示す。

【図３】従来の液晶表示装置の概略構成を示す斜視図
で、（Ａ）は液晶がホメオトロピック状態にある場合を
示し、（Ｂ）は液晶がプレーナ状態に変化した場合を示
す。

【符号の説明】

１１，２１…基板 １２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ…電極 １４，２４…水平配向膜 ３１…液晶分子 ４１，４２…ドライバ ４３…電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H088 GA03 HA02 HA03 HA06 HA22 JA28 MA02 MA10 2H090 HD14 KA18 LA01 LA04 MA02 MB01 2H091 FA15Y GA02 GA06 GA11 HA18 JA10 LA13 2H093 NA21 NA79 NC90 NE03 NE04 NE06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の基板間にコレステリック相を示す
   液晶を挟持し、該液晶の選択反射を利用して表示を行う
   液晶表示素子と、前記一対の基板に設けた電極から前記
   液晶に電界を印加する駆動手段とを備え、 前記液晶は正の誘電率異方性を有するものであり、 前記駆動手段は前記液晶に印加する電界を、基板面にほ
   ぼ垂直な縦電界及びほぼ水平な横電界に切り換え可能で
   あり、かつ、縦電界の印加終了後に横電界を印加して液
   晶をプレーナ状態に変化させること、 を特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記一対の基板の液晶との界面に水平配
   向膜を設けたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示
   装置。
3. 【請求項３】 前記水平配向膜は横電界方向にラビング
   処理されていることを特徴とする請求項２記載の液晶表
   示装置。
4. 【請求項４】 前記横電界は液晶分子のねじれを解くた
   めの閾値以下の電界強度であることを特徴とする請求項
   １、請求項２又は請求項３記載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】 一対の基板間に挟持された正の誘電率異
   方性を有するコレステリック相を示す液晶に対して、前
   記一対の基板に設けた電極から電界を印加して駆動する
   駆動方法であって、 基板面にほぼ垂直な縦電界の印加終了後に基板面にほぼ
   平行な横電界を印加して前記液晶をプレーナ状態に変化
   させること、 を特徴とする駆動方法。