JP2875675B2 - 液晶表示装置及びその駆動方法 - Google Patents
液晶表示装置及びその駆動方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は強誘電性液晶表示装置に
関する。さらに詳しくは、階調表示の可能な強誘電性液
晶表示装置および、これを薄膜トランジスタを用いて駆
動する強誘電性液晶表示装置に関する。
関する。さらに詳しくは、階調表示の可能な強誘電性液
晶表示装置および、これを薄膜トランジスタを用いて駆
動する強誘電性液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、液晶表示素子は時計、電卓はもと
より、ワープロ、パソコンなどのOA機器、ポケットテ
レビ、など幅広い分野において用いられているが、一般
に広く用いられている液晶表示素子はネマチック相を利
用したものである。
より、ワープロ、パソコンなどのOA機器、ポケットテ
レビ、など幅広い分野において用いられているが、一般
に広く用いられている液晶表示素子はネマチック相を利
用したものである。
【0003】ネマティック液晶を用いた液晶表示装置と
しては、ツイステッドネマティック型(Twisted
Nematic TN 型)液晶表示装置、スーパー
ツイステッド型(Supertwisted Bire
fringence Effect、SBE 型)液晶
表示装置などがある。
しては、ツイステッドネマティック型(Twisted
Nematic TN 型)液晶表示装置、スーパー
ツイステッド型(Supertwisted Bire
fringence Effect、SBE 型)液晶
表示装置などがある。
【0004】しかしながらツイステッドネマティック
(TN)型液晶表示素子では、走査線数の増加とともに
駆動マージンが狭くなり、十分なコントラストが得られ
なくなるという欠点が存在するため、大容量の表示素子
を作ることは困難である。このTN型液晶表示素子を改
良するためスーパーツイステッドネマチック(STN)
型液晶表示素子、ダブルレイヤースーパーツイステッド
ネマチック(DSTN)型液晶表示素子が開発されてい
るが、ライン数の増加と共にコントラスト、応答速度が
低下するので、現状では800×1024ライン程度の表示容
量が限界である。加えて、TN型、STN型、DSTN
型などのネマチック相を利用した表示素子は視野角が狭
いという大きな欠点を有している。また、コントラス
ト、応答速度とも十分に良い値は得られない。
(TN)型液晶表示素子では、走査線数の増加とともに
駆動マージンが狭くなり、十分なコントラストが得られ
なくなるという欠点が存在するため、大容量の表示素子
を作ることは困難である。このTN型液晶表示素子を改
良するためスーパーツイステッドネマチック(STN)
型液晶表示素子、ダブルレイヤースーパーツイステッド
ネマチック(DSTN)型液晶表示素子が開発されてい
るが、ライン数の増加と共にコントラスト、応答速度が
低下するので、現状では800×1024ライン程度の表示容
量が限界である。加えて、TN型、STN型、DSTN
型などのネマチック相を利用した表示素子は視野角が狭
いという大きな欠点を有している。また、コントラス
ト、応答速度とも十分に良い値は得られない。
【0005】一方、基板上に薄膜トランジスタ(TF
T)を配列したアクティブマトリックス方式の液晶表示
素子も開発され、1000×1000ライン等の大容量表示が可
能となり、高いコントラストが得られるようになった
が、通常はTN液晶を組み合わせるため、視野角、応答
速度の点で問題が残っていた。
T)を配列したアクティブマトリックス方式の液晶表示
素子も開発され、1000×1000ライン等の大容量表示が可
能となり、高いコントラストが得られるようになった
が、通常はTN液晶を組み合わせるため、視野角、応答
速度の点で問題が残っていた。
【0006】一方、従来のネマチック液晶の代わりに、
キラルスメクチックC相などの強誘電性液晶を利用する
強誘電性液晶表示素子(N.A.ClarkandS.
T.Lagrewall,Appl.Phys.Let
t.,36,899(1980);特開昭56−107
216;米国特許第4367924号)が盛んに開発さ
れている。この液晶表示素子は、液晶分子の誘電異方性
を利用する電界効果型の前記ネマチック液晶表示装置と
は異なり、強誘電性液晶の自発分極の極性と電界の極性
とが整合するように分子がスイッチングする液晶表示素
子である。
キラルスメクチックC相などの強誘電性液晶を利用する
強誘電性液晶表示素子(N.A.ClarkandS.
T.Lagrewall,Appl.Phys.Let
t.,36,899(1980);特開昭56−107
216;米国特許第4367924号)が盛んに開発さ
れている。この液晶表示素子は、液晶分子の誘電異方性
を利用する電界効果型の前記ネマチック液晶表示装置と
は異なり、強誘電性液晶の自発分極の極性と電界の極性
とが整合するように分子がスイッチングする液晶表示素
子である。
【0007】強誘電性液晶素子はキラルスメクチックC
相、キラルスメクチックF相、キラルスメクチックI相
などの強誘電性液晶を利用するものである。これらの強
誘電性液晶はらせん構造を有しているが、こられの強誘
電性液晶をそのらせんピッチよりセル厚の薄い液晶セル
に挟持すると、らせん構造がほどけ、図1に示すよう
に、液晶分子がスメクチック層法線に対して傾き角θだ
け傾いて安定する領域と、逆方向にθだけ傾いて安定す
る領域とが混在する状態が実現できる。図1において、
Zはスメクチック相の層法線、nは液晶分子の長軸方向
(ディレクタ)、・および+は自発分極の向きを表す。
これに、図1において紙面に垂直な方向に電界を印加す
ることにより、液晶分子とその自発分極の向きを一様に
揃えることができ、印加する電界の極性を切り替えるこ
とによって2状態間のスイッチングを行うことができ
る。このスイッチングに伴い、セル内の強誘電性液晶で
は、複屈折光が変化するので2つの偏光子間に上記強誘
電性液晶素子を挟むことによって、透過光を制御するこ
とができる。さらに、電圧の印加を停止しても液晶分子
の配向は、界面の配向規制力によって電圧印加停止前の
状態に維持されるので、メモリ効果も得ることができ
る。また、スイッチング駆動に必要な時間は、液晶の自
発分極と電界が直接作用するためにμsecのオーダー
の高速応答を得ることができる。
相、キラルスメクチックF相、キラルスメクチックI相
などの強誘電性液晶を利用するものである。これらの強
誘電性液晶はらせん構造を有しているが、こられの強誘
電性液晶をそのらせんピッチよりセル厚の薄い液晶セル
に挟持すると、らせん構造がほどけ、図1に示すよう
に、液晶分子がスメクチック層法線に対して傾き角θだ
け傾いて安定する領域と、逆方向にθだけ傾いて安定す
る領域とが混在する状態が実現できる。図1において、
Zはスメクチック相の層法線、nは液晶分子の長軸方向
(ディレクタ)、・および+は自発分極の向きを表す。
これに、図1において紙面に垂直な方向に電界を印加す
ることにより、液晶分子とその自発分極の向きを一様に
揃えることができ、印加する電界の極性を切り替えるこ
とによって2状態間のスイッチングを行うことができ
る。このスイッチングに伴い、セル内の強誘電性液晶で
は、複屈折光が変化するので2つの偏光子間に上記強誘
電性液晶素子を挟むことによって、透過光を制御するこ
とができる。さらに、電圧の印加を停止しても液晶分子
の配向は、界面の配向規制力によって電圧印加停止前の
状態に維持されるので、メモリ効果も得ることができ
る。また、スイッチング駆動に必要な時間は、液晶の自
発分極と電界が直接作用するためにμsecのオーダー
の高速応答を得ることができる。
【0008】以上のようにこの強誘電性液晶素子の特徴
としては双安定性、メモリー性、高速応答性などを挙げ
ることができ、加えて非常に広い視野角を有することを
大きな長所としてあげることができる。
としては双安定性、メモリー性、高速応答性などを挙げ
ることができ、加えて非常に広い視野角を有することを
大きな長所としてあげることができる。
【0009】強誘電性液晶素子は上記のような長所を有
しているが、大きな問題点の一つとして階調表示が難し
いということをあげることができる。強誘電性液晶の階
調表示には種々の方法が提案されているが、いずれも実
用上問題がある。提案されている主な手法を以下に示
す。 画素分割法(Proc. IDRC, 111 (1988).) 時間分割法(Proc. IDRC, 111 (1988).) 電荷制御法(IEEE Trans. Electron Devices,36, 18
95 (1989).)(J. Appl. Phys., 66, 1132 (1989).) 電界勾配法(第13回液晶討論会, 138 (1987).) (USP.4712877) (特開昭62-71929) (USP.4802744) テクスチャー法(Proc. SID, 32-2 (1991).) 単安定状態を用いる方法(特開昭63-143529)
しているが、大きな問題点の一つとして階調表示が難し
いということをあげることができる。強誘電性液晶の階
調表示には種々の方法が提案されているが、いずれも実
用上問題がある。提案されている主な手法を以下に示
す。 画素分割法(Proc. IDRC, 111 (1988).) 時間分割法(Proc. IDRC, 111 (1988).) 電荷制御法(IEEE Trans. Electron Devices,36, 18
95 (1989).)(J. Appl. Phys., 66, 1132 (1989).) 電界勾配法(第13回液晶討論会, 138 (1987).) (USP.4712877) (特開昭62-71929) (USP.4802744) テクスチャー法(Proc. SID, 32-2 (1991).) 単安定状態を用いる方法(特開昭63-143529)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記画素分割法方法
及び時間分割法は4階調,16階調などを得ることは
できるが、無限階調を得ることは難しい。また、電荷
制御法、電界勾配法テクスーチャー法は無限階調を
目指したものであるが、いずれも、強誘電性液晶素子の
2つの安定状態間の面積比率を制御しようとするもので
あり、現実的な量産を考えると困難な手法と言わざるを
得ない。の単安定状態を用いる方法は、単安定の強誘
電性液晶素子を用いたもので、無限階調が可能と記載が
あるが、正負の電圧のうち片方しか用いない。例えば、
無電界印加時に暗の状態にして、正のある値の電圧を印
加することにより透過光量を制御するわけであるが、負
の電圧を印加することがないため信頼性の点で極めて問
題である。
及び時間分割法は4階調,16階調などを得ることは
できるが、無限階調を得ることは難しい。また、電荷
制御法、電界勾配法テクスーチャー法は無限階調を
目指したものであるが、いずれも、強誘電性液晶素子の
2つの安定状態間の面積比率を制御しようとするもので
あり、現実的な量産を考えると困難な手法と言わざるを
得ない。の単安定状態を用いる方法は、単安定の強誘
電性液晶素子を用いたもので、無限階調が可能と記載が
あるが、正負の電圧のうち片方しか用いない。例えば、
無電界印加時に暗の状態にして、正のある値の電圧を印
加することにより透過光量を制御するわけであるが、負
の電圧を印加することがないため信頼性の点で極めて問
題である。
【0011】本発明はこのような状況下でなされたもの
であり、強誘電性液晶素子の双安定状態間の比率を制御
するのではなしに、無限階調を実現する新手法を提供す
るものである。
であり、強誘電性液晶素子の双安定状態間の比率を制御
するのではなしに、無限階調を実現する新手法を提供す
るものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の液晶表示装置は、少なくとも電極膜と配向
制御層とを有する一対の基板間に強誘電性液晶が充填さ
れた液晶セルの前後に、クロスニコル状態に配置した一
対の偏光板を設置し、電界無印加時の消光位の一つに該
偏光板の偏光方向を合わせた液晶表示装置に、10Hz
以上の矩形波電圧を印加し、該電圧の値に応じてみかけ
のチルト角を変化させて連続階調表示を得ることを特徴
とする。
に、本発明の液晶表示装置は、少なくとも電極膜と配向
制御層とを有する一対の基板間に強誘電性液晶が充填さ
れた液晶セルの前後に、クロスニコル状態に配置した一
対の偏光板を設置し、電界無印加時の消光位の一つに該
偏光板の偏光方向を合わせた液晶表示装置に、10Hz
以上の矩形波電圧を印加し、該電圧の値に応じてみかけ
のチルト角を変化させて連続階調表示を得ることを特徴
とする。
【0013】また、本発明は、前記一対の基板のうち片
方の基板上に、複数の走査電極と複数の信号電極とがマ
トリクス上に形成され、前記走査電極及び前記信号電極
の各交点に薄膜トランジスタが設けられていることを特
徴とする。
方の基板上に、複数の走査電極と複数の信号電極とがマ
トリクス上に形成され、前記走査電極及び前記信号電極
の各交点に薄膜トランジスタが設けられていることを特
徴とする。
【0014】さらに、本発明の駆動方法は、上記液晶表
示装置において、前記走査電極より信号を送って薄膜ト
ランジスタをオンするのと同期させて、奇数フレームで
は信号電極に求める表示に対応するゼロまたは正の選択
電圧波形を印加し、偶数フレームでは信号電極に求める
表示に対応するゼロまたは負の選択電圧波形を印加する
ことを特徴とする。
示装置において、前記走査電極より信号を送って薄膜ト
ランジスタをオンするのと同期させて、奇数フレームで
は信号電極に求める表示に対応するゼロまたは正の選択
電圧波形を印加し、偶数フレームでは信号電極に求める
表示に対応するゼロまたは負の選択電圧波形を印加する
ことを特徴とする。
【0015】
【作用】少なくとも電極膜と配向制御層とを有する一対
の基板間に強誘電性液晶が充填された液晶セルの前後
に、クロスニコル状態に配置した一対の偏光板を設置
し、電界無印加時の消光位の一つに該偏光板の偏光方向
を合わせた液晶表示装置に、10Hz以上の矩形波電圧
を印加することにより、みかけのチルト角を電圧の値に
応じて変化させることにより、連続階調表示を得ること
を特徴とする強誘電性液晶表示装置が提供される。
の基板間に強誘電性液晶が充填された液晶セルの前後
に、クロスニコル状態に配置した一対の偏光板を設置
し、電界無印加時の消光位の一つに該偏光板の偏光方向
を合わせた液晶表示装置に、10Hz以上の矩形波電圧
を印加することにより、みかけのチルト角を電圧の値に
応じて変化させることにより、連続階調表示を得ること
を特徴とする強誘電性液晶表示装置が提供される。
【0016】従来、セル厚の薄いセルに強誘電性液晶を
充填した液晶素子では、螺旋がほどけ、双安定な2つの
状態が出現し、電界によってこの2つの状態間をスイッ
チングさせられることは知られていたが、これらの2つ
の状態間の中間的な状態は作り出せないと一般に信じら
れてきた。しかし、発明者らは電界印加状態においては
中間的な状態が作り出せることを見いだした。強誘電性
液晶セルに、0.5Hzの矩形波を印加して測定したチ
ルト角と電圧の関係を図2に示す。チルト角は層法線の
両側の消光位間の角度の1/2である。この図から明ら
かなように、電圧が高くなるにつれて、チルト角が大き
くなっていることが分かる。これには、電界誘起のチル
ト角増加という解釈も不可能ではないが、むしろ、液晶
セル内のディレクタプロファイルの変化による見掛けの
チルト角の変化と解釈した方が理に適っている。強誘電
性液晶素子における分子配列モデルの一例を図3に示す
(M. Koden et al., 第2回日韓情報ディスプレイ合同研
究会,EID91-47 (1991).)。図3(a)はC1U(C1
−ユニフォーム)配向における分子配向モデル。図3
(b)はC2配向の分子配向モデルである。強誘電性液
晶素子においては、分子は決してセルの上面から下面に
均一に配向しているわけではない。分子は、基板との界
面、およびシェブロン層の継ぎ目の面で規制を受けてお
り、このために歪みをもった配列を取らざるを得なくな
っている。これをディレクタプロファイルで描くと図4
のようになる。図4(a)はC1U(C1−ユニフォー
ム)配向、図4(b)はC2配向のディレクタプロファ
イルである。ここで、縦軸はセル厚、横軸はツイスト角
(セルを上面から見たときの液晶分子のディレクタの層
法線からの角度)である。θappは見掛けのコーン角で
ある。(図5参照)、ψ0は基板界面でのツイスト角,
ψINはシェブロンの継ぎ目でのツイスト角である。図4
の状態では、メモリ角θmは概ね、 θm=(ψ0+ψIN)/2 で与えられる。
充填した液晶素子では、螺旋がほどけ、双安定な2つの
状態が出現し、電界によってこの2つの状態間をスイッ
チングさせられることは知られていたが、これらの2つ
の状態間の中間的な状態は作り出せないと一般に信じら
れてきた。しかし、発明者らは電界印加状態においては
中間的な状態が作り出せることを見いだした。強誘電性
液晶セルに、0.5Hzの矩形波を印加して測定したチ
ルト角と電圧の関係を図2に示す。チルト角は層法線の
両側の消光位間の角度の1/2である。この図から明ら
かなように、電圧が高くなるにつれて、チルト角が大き
くなっていることが分かる。これには、電界誘起のチル
ト角増加という解釈も不可能ではないが、むしろ、液晶
セル内のディレクタプロファイルの変化による見掛けの
チルト角の変化と解釈した方が理に適っている。強誘電
性液晶素子における分子配列モデルの一例を図3に示す
(M. Koden et al., 第2回日韓情報ディスプレイ合同研
究会,EID91-47 (1991).)。図3(a)はC1U(C1
−ユニフォーム)配向における分子配向モデル。図3
(b)はC2配向の分子配向モデルである。強誘電性液
晶素子においては、分子は決してセルの上面から下面に
均一に配向しているわけではない。分子は、基板との界
面、およびシェブロン層の継ぎ目の面で規制を受けてお
り、このために歪みをもった配列を取らざるを得なくな
っている。これをディレクタプロファイルで描くと図4
のようになる。図4(a)はC1U(C1−ユニフォー
ム)配向、図4(b)はC2配向のディレクタプロファ
イルである。ここで、縦軸はセル厚、横軸はツイスト角
(セルを上面から見たときの液晶分子のディレクタの層
法線からの角度)である。θappは見掛けのコーン角で
ある。(図5参照)、ψ0は基板界面でのツイスト角,
ψINはシェブロンの継ぎ目でのツイスト角である。図4
の状態では、メモリ角θmは概ね、 θm=(ψ0+ψIN)/2 で与えられる。
【0017】さて、この状態にE1<E2<E3の順にあ
る各電界をかけたときのディレクタプロファイルの想定
図を図6に示す。図6(a)はC1U(C1−ユニフォ
ーム)配向、図6(b)はC2配向のものである。電界
が強くなるに従ってディレクタプロファイルが変化し、
消光位が変化することが説明でき、図2の結果をよく説
明できる。
る各電界をかけたときのディレクタプロファイルの想定
図を図6に示す。図6(a)はC1U(C1−ユニフォ
ーム)配向、図6(b)はC2配向のものである。電界
が強くなるに従ってディレクタプロファイルが変化し、
消光位が変化することが説明でき、図2の結果をよく説
明できる。
【0018】さて、図2においては、0.5V〜10V
の範囲でチルト角が電圧によって変化しているが、0.
5Vにおいて既にチルト角は10゜であり、このままで
は、0〜0.5Vの領域に不連続が生じることになる。
0.5V以下の領域について測定を行ったが、そのとき
の偏光顕微鏡観察結果を図7に示す。図7(a)のよう
に、全面均一の状態から電界印加によって反対にメモリ
したドメインが生じるケースがあった。これらのそれぞ
れの領域では電界の符号によって消光位が1〜4°程度
変化する。それゆえドメイン反転を起こさない領域の状
態は図6に示す電界E1を印加したときの状態と理解で
きる。すなわち、強誘電性液晶セル内の3つの界面にお
いて分子がスイッチングしておらずディレクタプロファ
イルが変化しているだけである。ドメイン反転を起こし
ている領域は、図6のE2印加時のようなディレクタプ
ロファイル変化を起こしていると考えられる。最初から
UpとDownの2つのメモリ状態をもつ場合には、図
7(b)のように2つのメモリ状態間の面積比が変わる
だけである。これらのそれぞれの領域では電界の符号に
よって消光位が1〜4°程度変化する。それゆえドメイ
ン反転を起こさない領域の状態は図6に示す電界E1を
印加したときの状態と理解できる。すなわち、強誘電性
液晶セル内の3つの界面において分子がスイッチングし
ておらずディレクタプロファイルが変化しているだけで
ある。ドメイン反転を起こしている領域は、図6のE2
印加時のようなディレクタプロファイル変化を起こして
いると考えられる。逆に言えば、0.5V以上印加のと
きはE2,E3の状態に対応しており、界面でのスイッ
チングを伴うディレクタプロファイル変化ということが
できる。ともかくこのままでは、連続階調は行い得な
い。
の範囲でチルト角が電圧によって変化しているが、0.
5Vにおいて既にチルト角は10゜であり、このままで
は、0〜0.5Vの領域に不連続が生じることになる。
0.5V以下の領域について測定を行ったが、そのとき
の偏光顕微鏡観察結果を図7に示す。図7(a)のよう
に、全面均一の状態から電界印加によって反対にメモリ
したドメインが生じるケースがあった。これらのそれぞ
れの領域では電界の符号によって消光位が1〜4°程度
変化する。それゆえドメイン反転を起こさない領域の状
態は図6に示す電界E1を印加したときの状態と理解で
きる。すなわち、強誘電性液晶セル内の3つの界面にお
いて分子がスイッチングしておらずディレクタプロファ
イルが変化しているだけである。ドメイン反転を起こし
ている領域は、図6のE2印加時のようなディレクタプ
ロファイル変化を起こしていると考えられる。最初から
UpとDownの2つのメモリ状態をもつ場合には、図
7(b)のように2つのメモリ状態間の面積比が変わる
だけである。これらのそれぞれの領域では電界の符号に
よって消光位が1〜4°程度変化する。それゆえドメイ
ン反転を起こさない領域の状態は図6に示す電界E1を
印加したときの状態と理解できる。すなわち、強誘電性
液晶セル内の3つの界面において分子がスイッチングし
ておらずディレクタプロファイルが変化しているだけで
ある。ドメイン反転を起こしている領域は、図6のE2
印加時のようなディレクタプロファイル変化を起こして
いると考えられる。逆に言えば、0.5V以上印加のと
きはE2,E3の状態に対応しており、界面でのスイッ
チングを伴うディレクタプロファイル変化ということが
できる。ともかくこのままでは、連続階調は行い得な
い。
【0019】そこで、次に、図7(b)のように2つの
メモリ状態が混在する部分に、周波数を0.5〜60H
zまで変化させながら、電圧0〜10Vを印加しつつ偏
光顕微鏡で観察したところ、10Hz以下の周波数で
は、ドメインの面積の増減が極性の切り替えに伴って生
じるが、それ以上の周波数ではもはや2つの領域の境界
の移動は起こらないことを突き止めた。実際、図7
(a)のように均一にメモリしている状態に、10Hz
以上の周波数の矩形波電圧を印加したときには、図7
(b)のような状態は生じず、電圧によって明るさだけが
変化した。
メモリ状態が混在する部分に、周波数を0.5〜60H
zまで変化させながら、電圧0〜10Vを印加しつつ偏
光顕微鏡で観察したところ、10Hz以下の周波数で
は、ドメインの面積の増減が極性の切り替えに伴って生
じるが、それ以上の周波数ではもはや2つの領域の境界
の移動は起こらないことを突き止めた。実際、図7
(a)のように均一にメモリしている状態に、10Hz
以上の周波数の矩形波電圧を印加したときには、図7
(b)のような状態は生じず、電圧によって明るさだけが
変化した。
【0020】そこで、電界印加によって一方のメモリ状
態をとらせた強誘電性液晶素子の消光位にクロスニコル
の状態に設置した偏光板の偏光方向を一致させ、60H
zの矩形波を印加して透過光強度を測定した。強誘電性
液晶素子のメモリ角は2つの消光位間の角度の1/2と
するが、これは通常液晶のチルト角よりも小さい。この
状況を図8に示す。チルト角θは電界を十分(±20
V)印加したときの消光位間の角度の1/2である。測
定結果を図9に示す。図から分かるように、電圧が大き
くなるにつれて透過光量が連続的に増加している。この
特性を用いれば無限階調が可能であることが分かる。こ
の方法の場合、印加される電圧波形は正負のかたよりの
ないものであり、信頼性の点でも問題がない。
態をとらせた強誘電性液晶素子の消光位にクロスニコル
の状態に設置した偏光板の偏光方向を一致させ、60H
zの矩形波を印加して透過光強度を測定した。強誘電性
液晶素子のメモリ角は2つの消光位間の角度の1/2と
するが、これは通常液晶のチルト角よりも小さい。この
状況を図8に示す。チルト角θは電界を十分(±20
V)印加したときの消光位間の角度の1/2である。測
定結果を図9に示す。図から分かるように、電圧が大き
くなるにつれて透過光量が連続的に増加している。この
特性を用いれば無限階調が可能であることが分かる。こ
の方法の場合、印加される電圧波形は正負のかたよりの
ないものであり、信頼性の点でも問題がない。
【0021】
【0022】このような特性を生かした駆動法として
は、アクティブマトリクス駆動が上げられる。特に、薄
膜トランジスタを用いた駆動は好ましい。図10に薄膜
トランジスタ(TFT)を用いたアクテイブマトリクス
型液晶表示素子の等価回路を示す。液晶を駆動する場
合、走査線1より信号を送ってゲート電極Gに電界を印
加し、TFT3をONにする。これに同期させて信号線
2よりソース電極Sに信号を送ると、ドレイン電極Dを
通して液晶LC4に電荷が蓄積され、これによって生じ
る電界によって液晶が応答する。
は、アクティブマトリクス駆動が上げられる。特に、薄
膜トランジスタを用いた駆動は好ましい。図10に薄膜
トランジスタ(TFT)を用いたアクテイブマトリクス
型液晶表示素子の等価回路を示す。液晶を駆動する場
合、走査線1より信号を送ってゲート電極Gに電界を印
加し、TFT3をONにする。これに同期させて信号線
2よりソース電極Sに信号を送ると、ドレイン電極Dを
通して液晶LC4に電荷が蓄積され、これによって生じ
る電界によって液晶が応答する。
【0023】本発明の具体例を、1本の走査電極G,G
2,...,Gn−1,Gn,Gn+1,
Gn+2,..,G1−1,Glとk本の信号電極
S1,S2,...,Sm,Sm+1,...,S
k−1,Skがマトリクス状に形成され、その各交点に
薄膜トランジスタ(TFT)を配列したアクティブマト
リクス基板に強誘電性液晶を組み合わせた図11に示す
ような液晶表示素子を用いて説明する。各交点のTFT
のゲート電極は走査電極に接続され、ソース電極は信号
電極に接続される。P1/1,P1/2,...,P
1/m,P1/m+1,...,Pn/1,
Pn/2,...,Pn/m,Pn/m+1,...な
どは各交点に形成されたTFTのドレイン電極に接続さ
れた画素を示す。この液晶表示素子を駆動するための駆
動波形を図12に示す。
2,...,Gn−1,Gn,Gn+1,
Gn+2,..,G1−1,Glとk本の信号電極
S1,S2,...,Sm,Sm+1,...,S
k−1,Skがマトリクス状に形成され、その各交点に
薄膜トランジスタ(TFT)を配列したアクティブマト
リクス基板に強誘電性液晶を組み合わせた図11に示す
ような液晶表示素子を用いて説明する。各交点のTFT
のゲート電極は走査電極に接続され、ソース電極は信号
電極に接続される。P1/1,P1/2,...,P
1/m,P1/m+1,...,Pn/1,
Pn/2,...,Pn/m,Pn/m+1,...な
どは各交点に形成されたTFTのドレイン電極に接続さ
れた画素を示す。この液晶表示素子を駆動するための駆
動波形を図12に示す。
【0024】まず、t1の時間、走査電極G1より信号を
送ってTFTをONにする。これに同期して、G1に接
続された画素(P1/1,P1/2,P1/m,P1/m+1,P
1/k-1,P1/k、など)に求められる表示に対応するゼロ
または正の電圧を信号電極から印加する。次のt1の時
間にはG2より信号を送ってTFTをONにし、これに
同期させて信号電極から信号を送る。以下同様にして順
次各走査電極に接続したTFTをONにしてゆく。
送ってTFTをONにする。これに同期して、G1に接
続された画素(P1/1,P1/2,P1/m,P1/m+1,P
1/k-1,P1/k、など)に求められる表示に対応するゼロ
または正の電圧を信号電極から印加する。次のt1の時
間にはG2より信号を送ってTFTをONにし、これに
同期させて信号電極から信号を送る。以下同様にして順
次各走査電極に接続したTFTをONにしてゆく。
【0025】さて、総ての走査電極より信号を送った
後、再びt1の時間走査電極G1より信号を送ってTF
TをONにする。これに同期して、G1に接続された画
素(P1/1,P1/2,P1/m,P1/m+1,
P1/k−1, P1/k、など)に求められる表示に
対応するゼロまたは負の電圧を信号電極から印加する。
次のt1の時間にはG2より信号を送ってTFTをON
にし、これに同期させて信号電極からゼロまたは負の信
号を送る。以下同様にして順次各走査電極に接続したT
FTをONにしてゆく。このとき画素に印加される電圧
波形とそのときの透過光量変化の一例を図12に示す。
画素P1/1には大きな値の正負の電界が1フレームご
とに交互に印加され、この画素は白表示となる。画素P
1/2に印加される電圧は最初の4フレームでは画素P
1/1に印加される電圧よりも小さく、このためP
1/2はP1/1よりも暗い表示となり、中間調表示が
得られる。5番目と6番目のフレームでは印加される電
圧はゼロとなり、この画素は黒表示に変化する。ここ
で、ひとつ大切なことは、偏光板の合わせ方と、電界印
加の符号の関係である。図12の場合には、負の電界を
印加したときに生じるメモリ状態の消光位に偏光板の偏
光方向を合わせなければならない。別の言い方をすれ
ば、正の電圧を印加した後に、画素にかかる電圧がゼロ
になるようにすると、黒表示が欲しいのに白表示となっ
てしまう。それゆえ、図12では2フレームで1セット
となり、電圧値を変化させるのは2フレームで形成され
る1対のフレームのうち、最初のフレームでのみ行わな
ければならない。
後、再びt1の時間走査電極G1より信号を送ってTF
TをONにする。これに同期して、G1に接続された画
素(P1/1,P1/2,P1/m,P1/m+1,
P1/k−1, P1/k、など)に求められる表示に
対応するゼロまたは負の電圧を信号電極から印加する。
次のt1の時間にはG2より信号を送ってTFTをON
にし、これに同期させて信号電極からゼロまたは負の信
号を送る。以下同様にして順次各走査電極に接続したT
FTをONにしてゆく。このとき画素に印加される電圧
波形とそのときの透過光量変化の一例を図12に示す。
画素P1/1には大きな値の正負の電界が1フレームご
とに交互に印加され、この画素は白表示となる。画素P
1/2に印加される電圧は最初の4フレームでは画素P
1/1に印加される電圧よりも小さく、このためP
1/2はP1/1よりも暗い表示となり、中間調表示が
得られる。5番目と6番目のフレームでは印加される電
圧はゼロとなり、この画素は黒表示に変化する。ここ
で、ひとつ大切なことは、偏光板の合わせ方と、電界印
加の符号の関係である。図12の場合には、負の電界を
印加したときに生じるメモリ状態の消光位に偏光板の偏
光方向を合わせなければならない。別の言い方をすれ
ば、正の電圧を印加した後に、画素にかかる電圧がゼロ
になるようにすると、黒表示が欲しいのに白表示となっ
てしまう。それゆえ、図12では2フレームで1セット
となり、電圧値を変化させるのは2フレームで形成され
る1対のフレームのうち、最初のフレームでのみ行わな
ければならない。
【0026】なお、カラーフィルタを組み合わせればカ
ラー表示を得ることができる。
ラー表示を得ることができる。
【0027】以上説明したような本発明の強誘電性液晶
素子を用いると、以下の利点がある。
素子を用いると、以下の利点がある。
【0028】まず、黒状態が求められるときには液晶に
電界がかからないため高コントラストが得られる。第2
に、各画素に印加する電圧を変えることで透過光量を変
えることができ、容易に階調表示を行うことができる。
第3に、1フレーム毎に印加電圧の極性を切り替えるた
め電化の偏りのない信頼性の高い液晶素子が得られれ
る。また、ネマチック液晶をTFTと組み合わせた素子
に比べて応答速度が速く、視野角が広いという長所があ
る。
電界がかからないため高コントラストが得られる。第2
に、各画素に印加する電圧を変えることで透過光量を変
えることができ、容易に階調表示を行うことができる。
第3に、1フレーム毎に印加電圧の極性を切り替えるた
め電化の偏りのない信頼性の高い液晶素子が得られれ
る。また、ネマチック液晶をTFTと組み合わせた素子
に比べて応答速度が速く、視野角が広いという長所があ
る。
【0029】配向処理層の形成法としては、ラビング
法、斜方蒸着法などがあるが、大画面の液晶表示素子の
量産化の場合にはラビング法が有利である。ラビング法
の場合、配向膜を形成した後、ラビング処理を施すわけ
であるが、パラレルラビング法(一対の基板の両方にラ
ビング処理を施しラビング方向が同一になるように貼り
合わせる方法)、アンチパラレルラビング法(一対の基
板の両方にラビング処理を施しラビング方向が逆になる
ように貼り合わせる方法)、片ラビング法(一対の基板
の片方にのみラビング処理を施す方法)がある。本発明
の強誘電性液晶素子の場合、いずれの配向法も用いるこ
とができるが、薄膜トランジスタを形成しないほうの基
板にのみラビング処理を施す片ラビング法が特に好まし
い。その理由としては以下の2つを上げることができ
る。まず第1に、薄膜トランジスタを形成しない基板の
方が平坦であり、均一なラビング処理が容易にできるか
らである。第2に、薄膜トランジスタを形成した基板に
ラビング処理を施すと、その処理によって生じる静電気
によって、薄膜トランジスタの特性が変化したり、配線
間の絶縁破壊が生じたりし易いためである。
法、斜方蒸着法などがあるが、大画面の液晶表示素子の
量産化の場合にはラビング法が有利である。ラビング法
の場合、配向膜を形成した後、ラビング処理を施すわけ
であるが、パラレルラビング法(一対の基板の両方にラ
ビング処理を施しラビング方向が同一になるように貼り
合わせる方法)、アンチパラレルラビング法(一対の基
板の両方にラビング処理を施しラビング方向が逆になる
ように貼り合わせる方法)、片ラビング法(一対の基板
の片方にのみラビング処理を施す方法)がある。本発明
の強誘電性液晶素子の場合、いずれの配向法も用いるこ
とができるが、薄膜トランジスタを形成しないほうの基
板にのみラビング処理を施す片ラビング法が特に好まし
い。その理由としては以下の2つを上げることができ
る。まず第1に、薄膜トランジスタを形成しない基板の
方が平坦であり、均一なラビング処理が容易にできるか
らである。第2に、薄膜トランジスタを形成した基板に
ラビング処理を施すと、その処理によって生じる静電気
によって、薄膜トランジスタの特性が変化したり、配線
間の絶縁破壊が生じたりし易いためである。
【0030】尚、上記薄膜トランジスタは、a−Siを
半導体膜とするものやpoly−Siを半導体膜として
用いるもの等を使用することができる。
半導体膜とするものやpoly−Siを半導体膜として
用いるもの等を使用することができる。
【0031】
<実施例1>パターンニングしたITO膜を形成した一
対のガラス基板上にそれぞれ絶縁膜を形成し、ポリイミ
ドPSI−A−2001(チッソ社製)をスピンコート
し、ラビングした。この一対のガラス基板をラビング方
向が平行となるように、セル厚2μmで貼り合わせ、表
1に示す組成の強誘電性液晶組成物を真空注入した。こ
の液晶組成物の物性を表1にあわせて示す。
対のガラス基板上にそれぞれ絶縁膜を形成し、ポリイミ
ドPSI−A−2001(チッソ社製)をスピンコート
し、ラビングした。この一対のガラス基板をラビング方
向が平行となるように、セル厚2μmで貼り合わせ、表
1に示す組成の強誘電性液晶組成物を真空注入した。こ
の液晶組成物の物性を表1にあわせて示す。
【0032】作製した強誘電性液晶セルを偏光顕微鏡に
セットし、25℃において、0.5Hzの矩形波を印加
しつつチルト角を測定した。チルト角は矩形波印加時の
2つの消光位間の角度の1/2で定義した。結果を図2
に示す。電圧によってチルト角が変化することが分か
る。ただし、0.5V以下のときには、図7に示すよう
に、2つのメモリ状態の面積が増減するにとどまった。
セットし、25℃において、0.5Hzの矩形波を印加
しつつチルト角を測定した。チルト角は矩形波印加時の
2つの消光位間の角度の1/2で定義した。結果を図2
に示す。電圧によってチルト角が変化することが分か
る。ただし、0.5V以下のときには、図7に示すよう
に、2つのメモリ状態の面積が増減するにとどまった。
【0033】<実施例2>実施例1で用いた強誘電性液
晶セルを偏光顕微鏡にセットし、25℃において、60
Hzの矩形波を印加しつつ偏光顕微鏡で観察したとこ
ろ、ドメイン境界の移動は見られなかった。
晶セルを偏光顕微鏡にセットし、25℃において、60
Hzの矩形波を印加しつつ偏光顕微鏡で観察したとこ
ろ、ドメイン境界の移動は見られなかった。
【0034】<実施例3>実施例1で用いた強誘電性液
晶セルを偏光顕微鏡にセットし、25℃において、60Hzの
矩形波を印加しつつ透過光強度を測定した。結果を図9
に示す。電圧によって透過光量が連続的に変化すること
が分かる。
晶セルを偏光顕微鏡にセットし、25℃において、60Hzの
矩形波を印加しつつ透過光強度を測定した。結果を図9
に示す。電圧によって透過光量が連続的に変化すること
が分かる。
【0035】
【発明の効果】本発明の強誘電性液晶表示装置によれ
ば、ドメイン変調方式を用いない連続階調表示が実現で
きる。また、本発明における強誘電性液晶は得ることが
容易な、2つの消光位を示す強誘電性液晶を用いて実現
できるため、その液晶表示装置についてはその製造過程
でも、歩留まり、製造コスト、信頼性などの点で良好
な、かつ有利なものとなる。 さらに、本発明による強誘
電性液晶表示装置をアクティブマトリクス駆動すること
により、大容量、広視野角、高コントラスト、無限階調
表示及びフルカラー表示の可能な液晶表示装置を得るこ
とができる。
ば、ドメイン変調方式を用いない連続階調表示が実現で
きる。また、本発明における強誘電性液晶は得ることが
容易な、2つの消光位を示す強誘電性液晶を用いて実現
できるため、その液晶表示装置についてはその製造過程
でも、歩留まり、製造コスト、信頼性などの点で良好
な、かつ有利なものとなる。 さらに、本発明による強誘
電性液晶表示装置をアクティブマトリクス駆動すること
により、大容量、広視野角、高コントラスト、無限階調
表示及びフルカラー表示の可能な液晶表示装置を得るこ
とができる。
【図1】強誘電性液晶素子のスイッチングを説明するた
めの模式図である。
めの模式図である。
【図2】強誘電性液晶の電圧とチルト角の関係を示す説
明図である。
明図である。
【図3】強誘電性液晶素子の分子配向モデルを示す説明
図である。
図である。
【図4】強誘電性液晶素子のディレクタプロファイルを
示す説明図である。
示す説明図である。
【図5】見掛けのコーン角を説明するための説明図であ
る。
る。
【図6】電界印加時のディレクタプロファイルの変化の
様子を示す説明図である。
様子を示す説明図である。
【図7】弱電界印加時のスイッチングの様子を示す偏光
顕微鏡の模式図である。
顕微鏡の模式図である。
【図8】本発明の強誘電性液晶素子の配置図である。
【図9】本発明の強誘電性液晶素子における印加電圧と
透過光量変化の関係を示す説明図である。
透過光量変化の関係を示す説明図である。
【図10】アクティブマトリクス型液晶表示について説
明するための等価回路図である。
明するための等価回路図である。
【図11】本発明のアクティブマトリクス型反強誘電性
液晶素子を説明するための説明図である。
液晶素子を説明するための説明図である。
【図12】本発明の駆動法について説明するための説明
図である。
図である。
【符号の説明】 1:走査線 2:信号線 3:薄膜トランジスタ 4:強誘電性液晶
Claims (3)
- 【請求項1】 少なくとも電極膜と配向制御層とを有す
る一対の基板間に双安定性を示す強誘電性液晶が充填さ
れた液晶セルの前後に、クロスニコル状態に配置した一
対の偏光板を設置し、前記強誘電性液晶の消光位が層法
線と一致せず、電圧無印加時の消光位の一つに前記偏光
板の偏光方向を合わせた液晶表示装置に、10Hz以上
の矩形波電圧を印加し、該電圧の値に応じてみかけのチ
ルト角を変化させて連続階調表示を得ることを特徴とす
る液晶表示装置。 - 【請求項2】 前記一対の基板のうち片方の基板上に、
複数の走査電極と複数の信号電極とがマトリクス状に形
成され、前記走査電極及び前記信号電極の各交点に薄膜
トランジスタが設けられたことを特徴とする請求項1記
載の液晶表示装置。 - 【請求項3】 少なくとも電極膜と配向制御層とを有す
る一対の基板間に双安定性を示す強誘電性液晶が充填さ
れた液晶セルの前後に、クロスニコル状態に配置した一
対の偏光板を設置し、前記強誘電性液晶の消光位が層法
線と一致せず、電界無印加時の消光位の一つに前記偏光
板の偏光方向を合わせて構成され、かつ、前記一対の基
板のうち片方の基板上に、複数の走査電極と複数の信号
電極とがマトリクス状に形成され、前記走査電極及び前
記信号電極の各交点にアクティブ素子が設けられてなる
液晶表示装置に、10Hz以上の矩形波電圧を印加し、
該電圧の値に応じてみかけのチルト角を変化させて連続
階調表示を得るようにした液晶表示装置の駆動方法であ
って、 前記走査電極より信号を送ってアクティブ素子をオンす
るのと同期させて、奇数フレームでは信号電極に求める
表示に対応するゼロまたは正の選択電圧波形を印加し、
偶数フレームでは信号電極に求める表示に対応するゼロ
または負の選択電圧波形を印加することを特徴とする液
晶表示装置の駆動方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1376792A JP2875675B2 (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | 液晶表示装置及びその駆動方法 |
| US08/010,560 US5465168A (en) | 1992-01-29 | 1993-01-28 | Gradation driving method for bistable ferroelectric liquid crystal using effective cone angle in both states |
| TW084212903U TW476422U (en) | 1992-01-29 | 1993-01-28 | Liquid crystal display |
| DE69320076T DE69320076T2 (de) | 1992-01-29 | 1993-01-29 | Verfahren zur Ansteuerung einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung |
| EP93300664A EP0554109B1 (en) | 1992-01-29 | 1993-01-29 | Method for driving a liquid crystal display |
| KR1019930001303A KR970009404B1 (ko) | 1992-01-29 | 1993-01-29 | 액정 표시 장치 및 그의 구동 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1376792A JP2875675B2 (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | 液晶表示装置及びその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05203919A JPH05203919A (ja) | 1993-08-13 |
| JP2875675B2 true JP2875675B2 (ja) | 1999-03-31 |
Family
ID=11842407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1376792A Expired - Fee Related JP2875675B2 (ja) | 1992-01-29 | 1992-01-29 | 液晶表示装置及びその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2875675B2 (ja) |
-
1992
- 1992-01-29 JP JP1376792A patent/JP2875675B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05203919A (ja) | 1993-08-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |