JP2008185979A - 双安定強誘電性液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 強誘電性液晶表示装置において、コーン角が温度により変化して、液晶分子の第１の安定位置と消光位がずれるのを補正できるようにする。
【解決手段】
双安定強誘電性液晶表示装置であって、強誘電性液晶分子の二つの安定位置をＯＮ、ＯＦＦする駆動電圧の設定において、前記強誘電性液晶分子の一方の安定位置から他方の安定位置に切換わる閾値電圧と前記強誘電性液晶分子が振り切れる電圧の中間であって、強誘電性液晶駆動環境変化によりコーン角（チルトアングル）が変化した際前記強誘電性液晶分子が所定位置で安定するよう駆動電圧を制御でき、さまざまな温度環境下での最適な駆動電圧を設定された双安定強誘電性液晶表示装置とする。
【選択図】 図７

Description

本発明は双安定強誘電性液晶表示装置に関するものである。

図１は、双安定強誘電性液晶の安定状態を示した図である。強誘電性液晶層の厚みが２．０μｍ程度以下になるように形成された液晶セル内の強誘電性液晶は、双安定性を示し、図１に示すように印加電圧の極性によって第１又は第２の安定状態にスイッチングする。

図２は双安定強誘電性液晶を液晶素子として用いる場合の偏光板の配置を示す図である。クロスニコルに合わせた偏光板１ａ、１ｂの間に、偏光板１ａの偏光軸ａと偏光板１ｂの偏光軸ｂのどちらか一方と、強誘電性液晶分子の第１の安定状態もしくは第２の安定状態のときの分子長軸方向のどちらかとがほぼ平行になるように液晶セル２を置く。

図３は強誘電性液晶素子の印加電圧に対する光透過率の変化を示す図である。このような液晶セルに電圧を印加したとき、それに対する透過率変化をプロットしてグラフにすると図３のようなループを描く。正の電圧を印加し、光透過率が変化し始める電圧値をＶ１、光透過率の変化が飽和する電圧値をＶ２、これより逆極性の電圧を印加して、光透過率が減少し始める電圧値をＶ３、光透過率変化が飽和する電圧値をＶ４とする。図３に示されているように、電圧によって、２つの安定状態が選択される。

図２のように偏光板を設置すると、第１の安定状態で黒状態（非透過状態）、第２の安定状態で白状態（透過状態）とすることができる。なお、偏光板の設置を変えることにより、第１の安定状態で白状態（透過状態）、第２の安定状態で黒状態（非透過状態）とすることができる。

前述の従来技術による双安定強誘電性液晶セルは、２．０μｍ程度以下の厚さの強誘電性液晶層を持つ一対のガラス基板から構成されている。ガラス基板の対向面には電極が形成されており、その上に配向膜が形成されている。さらに１方のガラス基板の外側に偏光板が設置されており、他方のガラス基板の外側には偏光板の偏光軸と９０°異なるようにして偏光板が設置されている。（特許文献１参照）

前述の従来技術による双安定強誘電性液晶セルは、一方の基板に何らかの反射板を有する、反射型のセルの場合もある。この場合、偏光を双安定強誘電性液晶セルに入射し、強誘電性液晶層を通過した後、反射板によって反射され、もう一度強誘電性液晶層を通過した後、入射の偏光軸とは９０°異なる偏光軸をもつ偏光板を通過するように、偏光板が設置されている。

図４は双安定強誘電性液晶素子の閾値特性を示すグラフであり、縦軸は透過率（反射型の場合は反射率）（％）、横軸は印加電圧（Ｖ）である。従来の双安定強誘電性液晶素子は、外部印加電界に対して強誘電性液晶分子配向方向が図１に示すように第１の安定状態と第２の安定状態２の二つの状態間をスイッチングする。この強誘電性液晶分子配向の変化は、強誘電性液晶素子を直交する偏光板間に設置することによって透過率の変化として現れ、図４のように印加電界に対して透過率が閾値電圧Ｖｔｈで０％から１００％に急峻に変化する。この透過率が変化する電圧幅は一般的に１Ｖ以下である。（特許文献２参照）

第１の安定状態で、強誘電性液晶分子が振り切れた位置が消光位であって、第２の安定状態で、強誘電性液晶分子が振り切れた位置が透過率（または反射率）１００％となるような前述の強誘電性液晶素子において、図４のように、透過率（または反射率）が１０％の時の電圧をＶｔｈ1、透過率（または反射率）が９０％の時の電圧をＶｔｈ２としたとき、第１の安定状態から第２の安定状態にスイッチングする閾値電圧をＶｔｈ２、第２の安定状態から第１の安定状態にスイッチングする閾値電圧をＶｔｈ1
とする。

図５は電圧によりコーン角（チルトアングル）が変化するのを説明するための模式図である。強誘電性液晶分子の長軸方向は第１の安定状態と第２の安定状態でダイレクタを挟んでチルトアングルＲとチルトアングルＬの和「θＲ+θＬ」のコーン角で変化する。強誘電性液晶分子が前述の第１の閾値電圧Ｖｔｈ1でＰＬ１、第２の閾値電圧Ｖｔｈ２でＰＲ1に位置する時、強誘電性液晶に印加される電圧を上げるとコーン角は広がりＰＬ２−ＰＲ２、ＰＬ３−ＰＲ３と広がっていく。仮にＰＬ１を消光位に合わせると、電圧が上昇すると第１の安定状態はＰＬ２やＰＬ３に変化する。ＰＬ３が液晶分子が振り切れる位置だとすると、従来はＰＬ３が消光位に位置するようにダイレクタ方向を設定していた。

特許第３８３０１７０号公報 特開平７−９２４６９号公報

図２のように偏光板を設置すると、第１の安定状態で黒状態（非透過状態）、第２の安定状態で白状態（透過状態）とすることになるが、強誘電性液晶分子の第１の安定状態と第２の安定状態とのなす角（コーン角）は、閾値を超えてから強誘電性液晶分子が振り切れるまでの間にわずかに電圧に依存して強誘電性液晶分子の位置が変わる領域がある（図５参照）。従来、強誘電性液晶表示装置の駆動電圧は、強誘電性液晶分子が２つの安定状態に切換わるそれぞれの閾値電圧以上の電圧に設定され、特に、より強誘電性液晶分子の位置が安定する、強誘電性液晶分子が振り切れる電圧以上の駆動電圧が設定されている。

強誘電性液晶のコーン角は強誘電性液晶の物性により決まっているが、温度特性を有しており、一般的に温度が上昇するとコーン角が狭くなり、温度が低下するとコーン角が広くなることが分かっている。従来技術による強誘電性液晶表示装置の駆動電圧設定では、強誘電性液晶分子が振り切れる電圧設定なので、コーン角が温度により変化して、強誘電性液晶分子の第１の安定位置と消光位がずれるのを補正することができなかった。

双安定強誘電性液晶表示装置であって、強誘電性液晶分子の二つの安定位置をＯＮ、ＯＦＦする駆動電圧の設定において、前記強誘電性液晶分子の一方の安定位置から他方の安定位置に切換わる閾値電圧と前記強誘電性液晶分子が振り切れる電圧の中間であって、強誘電性液晶駆動環境変化によりコーン角（チルトアングル）が変化した際前記強誘電性液晶分子が所定位置で安定するよう駆動電圧を制御でき、さまざまな温度環境下での最適な駆動電圧を設定された双安定強誘電性液晶表示装置とする。強誘電性液晶分子の第１の安定状態と第２の安定状態は、閾値を超えてから強誘電性液晶分子が振り切れるまでの間にわずかに電圧に依存して強誘電性液晶分子の位置が変わる領域があるので、電圧に依存して強誘電性液晶分子の位置が変わる領域内で適切な電圧を設定すると、温度変化により変わる強誘電性液晶分子の位置を電圧により補正することができる。

前記所定位置は消光位であるようにダイレクタ方向が設定された双安定強誘電性液晶表示装置とする。第１の安定状態と第２の安定状態の２状態のうち、一方を消光位として合わせ込むことでコントラストを上げることができる。

双安定強誘電性液晶表示装置は温度センサを有し、温度と消光位を合わせた駆動電圧データにより駆動電圧を変化させる双安定強誘電性液晶表示装置とする。

温度と消光位を合わせた駆動電圧データは複数のデータから内挿法により補完したデータである双安定強誘電性液晶表示装置とする。

前記駆動電圧データは複数個の双安定強誘電性液晶表示装置の平均値である双安定強誘電性液晶表示装置とする。

前記駆動電圧データは、個々の双安定強誘電性液晶表示装置のデータであり、該データは双安定強誘電性液晶表示装置がもつメモリーに記憶でき、個々に最適化が図れる双安定強誘電性液晶表示装置とする。

請求項１の発明によると、液晶駆動環境（特に温度）の変化で強誘電性液晶のコーン角が変化して強誘電性液晶分子の安定状態と偏光板の偏光軸がずれた場合でも、強誘電性液晶の駆動電圧（印加電圧）を調整することで強誘電性液晶分子の安定状態と偏光軸を合わせることができ、コントラストの高い双安定強誘電性液晶表示装置が得られる。

請求項２の発明によると、強誘電性液晶分子の第１の安定状態（黒状態）を消光位に合わせ込むので、常に第１の安定状態を透過率０％に合わせ込むことになり、コントラストの高い双安定強誘電性液晶表示装置が得られる。

請求項３の発明によると、強誘電性液晶の温度を測定して、温度−駆動電圧データにより駆動電圧を合わせ込むので、コントラストの高い双安定強誘電性液晶表示装置が得られる。

請求項４の発明によると、使用温度範囲で複数点の温度特性を測定するだけで、使用温度範囲全体の温度−駆動電圧が得られ、使用温度範囲全体で温度補償ができる。

請求項５の発明によると、複数の双安定強誘電性液晶表示装置の平均値データを使用するので、ばらつきの少ない双安定強誘電性液晶表示装置群を製造することができる。

請求項６の発明によると、個々の双安定強誘電性液晶表示装置で温度補償ができ、ばらつきの無い双安定強誘電性液晶表示装置群が製造できる。

双安定強誘電性液晶表示装置であって、強誘電性液晶分子の二つの安定位置をＯＮ、ＯＦＦする駆動電圧の設定において、前記強誘電性液晶分子の一方の安定位置から他方の安定位置に切換わる閾値電圧と前記強誘電性液晶分子が振り切れる電圧の中間であって、強誘電性液晶駆動環境変化によりコーン角（チルトアングル）が変化した際前記強誘電性液晶分子が所定位置で安定するよう駆動電圧を制御でき、さまざまな温度環境下での最適な駆動電圧を設定された双安定強誘電性液晶表示装置とする。強誘電性液晶分子の第１の安定状態と第２の安定状態は、閾値を超えてから強誘電性液晶分子が振り切れるまでの間にわずかに電圧に依存して強誘電性液晶分子の位置が変わる領域がある一方の安定状態で、閾値を超えてから強誘電性液晶分子が振り切れるまでの間のわずかに電圧に依存して強誘電性液晶分子の位置が変わる領域内に消光位が存在するように、ダイレクタ方向を設定し、かつ、電圧に依存して強誘電性液晶分子の位置が変わる領域内で適切な電圧を設定する。設定は、強誘電性液晶の温度を測定し、その温度での強誘電性液晶分子の位置が消光位になる電圧を測定して、強誘電性液晶の温度−電圧特性を得、双安定強誘電性液晶表示装置にデータを収納する。双安定強誘電性液晶表示装置の駆動時は、強誘電性液晶の温度を測定し、収納データから測定温度に対応する駆動電圧を読み出し、強誘電性液晶表示装置を駆動する。

図６は温度によりコーン角（チルトアングル）が変化するのを説明するための模式図である。強誘電性液晶分子の長軸方向は第１の安定状態と第２の安定状態でダイレクタを挟んで、あるチルトアングルで変化する。ある温度で、強誘電性液晶分子が第１の電圧でＰＬ４、第２の電圧でＰＲ４に位置する時、電圧は同じでも、強誘電性液晶の温度が上がるとコーン角は狭くなりＰＬ５−ＰＲ５となり、温度が下がるとコーン角はＰＬ６−ＰＲ６と広がっていく。仮にＰＬ４を消光位に合わせると、温度が変化すると第１の安定状態はＰＬ５やＰＬ６に変化する。

図８は温度によりチルトアングルが変化するのを説明するための模式図で温度によりチルトアングルが変わることを示すグラフである。高温時、常温時、低温時では同じ駆動電圧でもチルトアングルが変化するのを示している。同じチルトアングル（ＴｉｌｔＸ）にするには駆動電圧は高温時でＡ、常温時でＢ、低温時でＣにする必要がある。

図７は電圧設定を説明するための図である。図５において、第１の安定状態位置が閾値電圧から振り切れる電圧まで変化することを説明したが、本発明では消光位にあわせる電圧を閾値電圧から振り切れる電圧の間にある電圧（即ち図７に示す液晶分子がＰＬ２の位置にある）で消光位を合わせ込むようにした。このようにすることにより、例えば常温で消光位を合わせて強誘電性液晶表示装置を作成し、使用環境の温度が変化した場合は駆動電圧を変化させれば第１の安定状態位置を消光位に合わせ込むことが可能となる。

ＰＬ２が消光位になるようにするには、強誘電性液晶表示素子のダイレクタ方向を合わせることで実現できる。

図９は本発明により強誘電性液晶表示装置の駆動方法を示すブロック図である。１０は強誘電性液晶表示素子であり、１１は温度センサである。１２は強誘電性液晶表示素子の特性データを記憶しておくメモリであり、１３は液晶駆動回路である。

図８に示したようなチルトアングル（コーン角）が所定角になる温度−電圧特性を測定し、温度−電圧特性データをメモリ１２に記憶しておく。温度センサ１１は強誘電性液晶表示素子１０の温度を測定し、液晶駆動回路１３に出力する。液晶駆動回路１３は温度センサ１１からの温度情報により、メモリ１２から強誘電性液晶表示素子の駆動電圧情報を読み取り、内部の電圧可変回路により電圧を変化させ強誘電性液晶表示素子を駆動する。これにより常に強誘電性液晶分子の第１の安定状態は消光位と一致させることができる。

メモリ１２や液晶駆動回路１３は強誘電性液晶表示素子と別に記載したが、強誘電性液晶表示素子に形成してもよいし、メモリ１２だけ別にしてもよい。

前述の例では、チルトアングル（コーン角）が所定角になる温度−電圧特性を個々の強誘電性液晶表示素子で測定して、温度−電圧特性データとしてメモリに記憶させたが、温度−電圧特性データ作成は非常に時間がかかるので、強誘電性液晶表示素子間にばらつきが少ない場合は、幾つかのデータで平均値を出して温度−電圧特性データとしてもよい。

また、温度−電圧特性は物性で決まるので、強誘電性液晶表示装置の使用温度範囲内で何点かの代表温度で電圧を測定し、他の点は内挿法によりより温度−電圧特性データとしてもよい。

双安定強誘電性液晶の安定状態を示した図 双安定強誘電性液晶を液晶素子として用いる場合の偏光板の配置を示す図 強誘電性液晶素子の印加電圧に対する光透過率の変化を示す図 強誘電性液晶の閾値特性を示すグラフ 電圧によりコーン角（チルトアングル）が変化するのを説明するための模式図 温度によりコーン角（チルトアングル）が変化するのを説明するための模式図 初期電圧設定を説明するための図 温度によりチルトアングルが変化するのを説明するための模式図 本発明により強誘電性液晶表示装置の駆動方法を示すブロック図

符号の説明

１ａ 偏光板
１ｂ 偏光板
２ 液晶セル
１０ 強誘電性液晶表示素子
１１ 温度センサ
１２ メモリ
１３ 液晶駆動回路

Claims (6)

1. 双安定強誘電性液晶表示装置であって、強誘電性液晶分子の二つの安定位置をＯＮ、ＯＦＦする駆動電圧の設定において、前記強誘電性液晶分子の一方の安定位置から他方の安定位置に切換わる閾値電圧と前記強誘電性液晶分子が振り切れる電圧の中間であって、強誘電性液晶駆動環境変化によりコーン角（チルトアングル）が変化した際前記強誘電性液晶分子が所定位置で安定するよう駆動電圧を制御できる電圧に駆動電圧を初期設定することを特徴とする双安定強誘電性液晶表示装置。
2. 前記所定位置は消光位であることを特徴とする請求項１記載の双安定強誘電性液晶表示装置。
3. 双安定強誘電性液晶表示装置は温度センサを有し、温度と消光位を合わせた駆動電圧データにより駆動電圧を変化させることを特徴とする請求項１または２記載の双安定強誘電性液晶表示装置。
4. 温度と消光位を合わせた駆動電圧データは複数のデータから内挿法により補完したデータであることを特徴とする請求項３記載の双安定強誘電性液晶表示装置。
5. 前記駆動電圧データは複数個の双安定強誘電性液晶表示装置の平均値であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の双安定強誘電性液晶表示装置。
6. 前記駆動電圧データは、個々の双安定強誘電性液晶表示装置のデータであり、該データは双安定強誘電性液晶表示装置がもつメモリーに記憶でき、個々に最適化が図れることを特徴とする、請求項４記載の双安定強誘電性液晶表示装置。

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