JP3097724B2

JP3097724B2 - 液晶表示素子

Info

Publication number: JP3097724B2
Application number: JP05346521A
Authority: JP
Inventors: 一典片倉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2015-10-10
Also published as: JPH07181449A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶を用いて情報を表
示する液晶表示素子に係り、詳しくは面積変調法により
中間調表示を行うものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、マトリクス電極を構成する走
査電極群と情報電極群との間に液晶化合物を充填し、こ
れら走査電極群及び情報電極群の交差部にて多数の画素
を形成して画像情報の表示を行う液晶表示素子はよく知
られている。中でも、双安定性を有し電界に対する応答
の速い強誘電性液晶表示素子は、高速かつ記憶型の表示
素子として期待されている。例えば、特開昭６１−９０
２３号公報などには、透明電極が形成されると共に配向
処理の施された２枚のガラス基板を備え、これらのガラ
ス基板を１〜３μｍ位のセルギャップを保つように対向
配置して液晶セルを構成し、さらに、これらのガラス基
板間に強誘電性液晶を注入した液晶表示素子が開示され
ている。また、これをマトリクス駆動する際の駆動方法
についてもこれまで多数提案されている。例えば、米国
特許第４６５５５６１号、米国特許第４７０９９９５
号、米国特許第４８００３８２号、米国特許第４８３６
６５６号、米国特許第４９３２７５９号、米国特許第４
９３８５７４号、米国特許第５０５８９９４号等の明細
書などに実用的な駆動装置が開示されている。

【０００３】ところで、このような液晶表示素子におい
て中間調を表示する方法としては面積変調法（面積階調
法）が知られている。すなわち、強誘電性液晶表示素子
における液晶表示素子に印加する電圧のパルス振幅（ス
イッチングパルス振幅）Ｖと透過光量Ｉとの関係は、例
えば図１に示すようなものであるが、パルス振幅Ｖが閾値Ｖth以下（Ｖ＜Ｖth）の場合に
は、光が透過されずに液晶素子は完全な遮断状態（黒）
となり（図１及び図２(a) (b) 参照）、パルス振幅ＶがＶth＜Ｖ＜Ｖsat の範囲内の場合に
は、画素内の一部分は遮断状態に他の部分は光透過状態
（白）に保持されて、画素全体としては中間調を表示し
（図２(c) 参照）、パルス振幅Ｖが飽和値Ｖsat 以上（Ｖ＞Ｖsat ）で
あれば、画素全体は光透過状態となり（図２(d) 参
照）、透過光量Ｉはパルス振幅Ｖにかかわらず一定値を
取る（図１参照）。したがって、パルス振幅ＶをＶth＜Ｖ＜Ｖsat の範囲内
で適当に制御することにより、画素内における双安定状
態の面積比（白表示領域と黒表示領域との面積比）を制
御でき、中間的な光透過状態を作ることができ、面積変
調法はこれを利用したものである。

【０００４】そして、このような面積変調法において
は、正確な中間調表示を行うために緩やかな閾値勾配を
持たせる必要があり、その方法としては、画素内で電位勾配を生じさせて階調表示を行う方法
（電位勾配法）、基板の表面処理をする方法などがあるが、その他の方法としてセル厚勾配法があり、このセル厚勾配法は、発熱がほとんどなく勾配
の形状が画素によらず安定している等の種々の利点を有
していることからよく利用されている。

【０００５】このセル厚勾配法に用いられる液晶表示素
子は、図３(a) に示すように、一方のガラス基板１０２
上に配置されるＵＶ硬化樹脂１０３が、１画素範囲内に
て勾配を持つように形成されており、上述のように印加
する電界強度を変化させて双安定状態の面積比を調整
し、中間調表示を行うようになっている（図３(b) 〜
(f) 参照）。

【０００６】ところで、一般に、図１に示したようなパ
ルス振幅Ｖと透過光量Ｉとの関係は温度に依存するもの
であり（図４参照。なお、図中のＨは高温の場合を、Ｌ
は低温の場合をそれぞれ示す）、仮に等しいパルス電圧
（例えばＶａｐ）を印加したとしても、表示素子内に温
度分布があると該温度分布に応じて異なる階調（Ｉ₁〜
Ｉ₂ ）が表示されて、安定した表示が得られない問題が
生ずるが、本発明者は、かかる問題を解決する方法とし
て、特開平５−１５８４４４号公報に記載のもの（以
下、“画素シフト法”とする）を考え出した。以下、こ
の画素シフト法について、図５乃至図８に沿って説明す
る。

【０００７】画素シフト法に用いる液晶表示素子１００
は、図５(a) に示すように、互いに対向するように配置
される一対のガラス基板１０１，１０２を備えており、
一方のガラス基板１０１上には、図示のように断面が鋸
の歯の形をしたＵＶ硬化樹脂１０３が形成されている。
また、このＵＶ硬化樹脂１０３上、及び他方のガラス基
板１０２上にはそれぞれ多数の走査電極群ｃ１，…及び
情報電極群ｓ１，…が形成されており、図５(b) に詳示
するように、これらの電極ｃ１，…，ｓ１，…は、帯状
に形成されると共にそれらの交差部にて多数の画素
ｅ₁₁，…を形成している。なお、上述したＵＶ硬化樹脂
１０３における鋸の歯のピッチと、画素の大きさとは等
しく設定されており、該ＵＶ硬化樹脂１０３は１画素範
囲内にて一定の勾配を有するように構成されている。さ
らに、上記一対のガラス基板１０１，１０２間には強誘
電性液晶１０４が挟持されている。

【０００８】一方、上記走査電極群ｃ１，…に印加する
走査信号は、図６Ａ，Ｂに示す通り２種類有り、一つの
走査信号Ａは、黒リセットパルスと、該黒リセットパル
スに続いて出力される白書き込みの選択パルスと、該選
択パルスに続いて出力される黒書き込み補償用の補償パ
ルスとからなり、またもう一つの走査信号Ｂは、白リセ
ットパルスと、該白リセットパルスに続いて出力される
黒書き込みの選択パルスと、該選択パルスに続いて出力
される白書き込み補償用の補償パルスとからなってい
る。なお、同図Ｃには、情報電極群ｓ１，…に印加する
情報信号を示している。そして、走査信号Ａは走査電極
ｃ１に、また走査信号Ｂは走査電極ｃ２に、それぞれ図
７(a) ，(b) に示すようなタイミングで印加され、情報
信号Ｃは同図(c) に示すように印加される。なお、同図
(d) には、電極ｃ１の配置される画素（例えばｅ₁₁）に
印加される電圧の波形（(a) と(c) の合成波形）を示
し、同図(e) には、電極ｃ２の配置される画素（例えば
ｅ₂₁）に印加される電圧の波形（(b) と(c) の合成波
形）を示している。

【０００９】ついで、本画素シフト法により液晶表示素
子１００を駆動する場合の作用及び効果について説明す
る。

【００１０】いま、走査電極群ｃ１，…及び情報電極群
ｓ１，…に上述のようなタイミング等で走査信号Ａ，Ｂ
及び情報信号Ｃを印加すると、２つの画素（例えば、ｅ
₁₁とｅ₁₂）の閾値特性は、図８(a) に示すように情報信
号に対し連続するように設定される。なお、同図には、
温度Ｌ，Ｍ，Ｎ（但し、Ｌ＜Ｍ＜Ｎ）に伴う変化を示し
ており、またパルスの振幅ＶthからＶsat までが１つの
情報信号に対応する表示領域を示している。そして、液
晶表示素子の温度がＬ，Ｍ，Ｎと異なっても、同一の電
圧Ｖapの情報信号を印加する限り、表示領域は図８(b)
のように移動するだけでその表示面積（反転面積）は一
定であり、等しい中間調を表示できる。また、１ライン
ごとにリセットパルスの極性を反転させるようにすれ
ば、情報信号で与える書き込みパルスは１つで済み、し
たがって、高速で駆動するのに適するという効果もあっ
た。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した画
素シフト法によれば全ての画素に中間調（例えば５０
％）を表示させた場合には、図９に示すように、黒に表
示される部分及び白に表示される部分がそれぞれ連続し
て帯状に形成され、液晶表示素子を近くから眺めた場合
には横に線が走っているように見えてしまい、中間調表
示とは認識されないという問題があった。このような問
題は、例えば画素サイズが３００μｍ×３００μｍの液
晶表示素子の場合、３０cm以下の至近距離から眺めた場
合には顕著であった。なお、この画素シフト法において
は、表示領域（黒に表示される部分及び白に表示される
部分）は上述したように温度と共に移動するが、各画素
における温度変化が均一であれば上述と同様の問題があ
った。

【００１２】そこで、本発明は、走査電極の配線形状を
適切なものとすることにより、上記画素シフト法の利点
を保持しつつ、至近距離から眺めた場合においても良好
な中間調表示を可能とした液晶表示素子を提供すること
を目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述事情に鑑
みなされたものであって、互いに対向するように配置さ
れる一対の基板と、これらの一対の基板の間に配置され
て複数の画素を行列状に形成する走査電極群及び情報電
極群と、前記一対の基板間に挟持される強誘電性液晶
と、を備え、各画素内の黒ドメインと白ドメインとの面
積比を変化させて任意の中間調を表示する液晶表示素子
において、隣接して配置される２つの走査電極を第１走
査電極及び第２走査電極とし、隣接して配置される２つ
の情報電極を第１情報電極及び第２情報電極とし、か
つ、走査電極の形成される方向に隣接して配置される２
つの画素を第１画素及び第２画素とした場合に、前記第
１画素及び第２画素における閾値勾配の向きを同じ方向
とし、前記第１画素を前記第１走査電極と前記第１情報
電極とによって構成すると共に前記第２画素を前記第２
走査電極と前記第２情報電極とによって構成し、かつ、
前記第１走査電極及び第２走査電極には互いに極性の異
なる信号を印加することにより、前記第１画素における
黒ドメインの核となる場所と、前記第２画素における白
ドメインの核となる場所とが、互いに隣り合うように配
置される、ことを特徴とする。

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【作用】以上構成に基づき、前記第１画素における黒ド
メインの核となる場所と、前記第２画素における白ドメ
インの核となる場所とが、互いに隣り合うように配置さ
れるようにして、黒ドメインの核となる場所（又は白ド
メインの核となる場所）が連続しないようにしたため、
液晶表示素子を駆動して中間調表示しても黒又は白の表
示が連続しない。

【００２１】

【実施例】以下、図面に沿って、本発明の実施例につい
て説明する。なお、図５乃至図７に示すものと同一部分
は同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００２２】本実施例に用いる液晶表示素子４０１は、
図１０(a) に示すように、上記従来例と同様形状のガラ
ス基板１０１，１０２及びＵＶ硬化樹脂１０３等を備え
ている。なお、ＵＶ硬化樹脂１０３を１画素範囲内にて
一定の勾配をもつように形成して液晶厚が連続して変化
するようにしており、閾値勾配は一方向に単調増加する
という単純なものとなっている。また、互いに隣り合う
画素間において、閾値勾配は互いに等しくなるように設
定されている。さらに、このＵＶ硬化樹脂１０３上、及
び他方のガラス基板１０２上にはそれぞれ多数の走査電
極群Ｃ１，…及び情報電極群Ｓ１，…が形成されてい
る。このうち、情報電極Ｓ１，…の方は上記従来例と同
様に帯状形状をしているものの、走査電極Ｃ１，…の方
は、同図(b) に示すように、各情報電極毎に上下にずら
して走査電極のアドレスが１ライン毎に前後するように
形成されている。したがって、例えば走査電極の形成さ
れる方向に連続して形成される画素Ｅ₁₁，Ｅ₁₂，Ｅ
₁₃は、電極Ｓ１，Ｃ１、電極Ｓ２，Ｃ２及び電極Ｓ３，
Ｃ１によってそれぞれ構成されることとなる。さらに、
各走査電極Ｃ１，Ｃ３には、図６にて示した走査信号Ａ
が印加され、走査電極Ｃ２，Ｃ４には極性の異なる走査
信号Ｂが印加されるようになっている。ここで、それぞ
れの走査信号が印加されるタイミングはＣ１→Ｃ２→Ｃ
３→Ｃ４の順になっている。また、走査信号Ａの補償パ
ルスと走査信号Ｂの選択パルスとが、情報信号Ｃの選択
期間と同期して印加されるようになっており、さらに走
査信号ＡとＢとではリセットパルスの極性が逆極性に設
定されている。なお、本実施例においては、請求項８に
いう第１走査電極が走査電極Ｃ１となり、第２走査電極
が走査電極Ｃ２となる。また、第１情報電極が情報電極
Ｓ１となり、第２情報電極が情報電極Ｓ２となる。さら
に、第１画素が、例えば画素Ｅ ₁₁ となり、第２画素が、
例えば画素Ｅ ₁₂ となる。

【００２３】ついで、本実施例の作用について説明す
る。

【００２４】本実施例においては、走査電極Ｃ１又はＣ
３にて形成される画素Ｅ₁₁，Ｅ₁₃，Ｅ₃₁，Ｅ₂₂，Ｅ₃₃，
…には走査信号Ａが印加され、走査電極Ｃ２又はＣ４に
て形成される画素Ｅ₂₁，Ｅ₁₂，Ｅ₂₃，Ｅ₃₂，…には走査
信号Ｂが印加される。したがって、走査信号Ａの印加さ
れる画素Ｅ₁₁，…は液晶層の薄い部分、すなわち、各画
素の上縁部が白ドメインの核となり、また、走査信号Ｂ
の印加される画素Ｅ₂₁，…は液晶層の薄い部分、すなわ
ち、各画素の上縁部が黒ドメインの核となる。つまり、
本実施例においては、走査電極Ｃ１，…の配線形状を上
述のようにし、かつ走査電極Ｃ１，…に印加する走査信
号（異なる極性をもつ信号）を所定のものに選択するこ
とにより、互いに隣接する画素の走査電極に印加される
パルスの極性を異ならせ、その結果、黒ドメインの核と
なる場所（又は白ドメインの核となる場所）が連続せ
ず、黒ドメインの核となる場所及び白ドメインの核とな
る場所が交互に配置されるようになっている（図１０
(c) 参照）。なお、図１０(c)においては、黒ドメイン
の核となる場所を点線で、白ドメインの核となる場所を
実線で示している。一方、本実施例においては、走査信
号Ａの補償パルスと走査信号Ｂの選択パルスとが、情報
信号Ｃの選択期間と同期して印加される。

【００２５】ついで、本実施例の効果について説明す
る。

【００２６】以上説明したように本実施例によれば、各
画素の表示状態は図１０(c) に示すようになり、中間調
を黒ドメイン（又は、白ドメイン）が帯状につながるこ
となく表示でき、液晶表示素子４０１を近くから眺めた
としても縦又は横に線が走っているようには見えず、中
間調の表示品質を向上させることができる。また、液晶
表示素子４０１の温度が異なった場合でも、同一の電圧
を印加すれば等しい中間調を表示できる。さらに、１ラ
インごとにリセットパルスの極性を反転させるようにす
れば、情報信号で与える書き込みパルスは１つで済み、
したがって、高速で駆動するのに適する。

【００２７】なお、上述した実施例においては特に述べ
ていないが、各画素にカラーフィルターを配置してカラ
ーの中間調表示ができるようにしてもよい。この場合に
おいても、ＵＶ硬化樹脂１０３、走査電極群Ｃ１，…及
び情報電極群Ｓ１，…を上述実施例のように配置し、所
定極性のパルス電圧を印加することにより、高品位な中
間調表示を行うことができる。また、上述した実施例に
おいては５０％の中間調情報信号波形を印加した場合に
ついてのみ述べているが、もちろんこれに限るものでは
なく、各画素内における白ドメインと黒ドメインとの面
積比を変化させて任意の中間調を表示できるように構成
されている。

【００２８】最後に、上記液晶表示素子４０１の周辺機
器について、図１１に沿って簡単に説明する。

【００２９】本実施例に係る液晶表示素子４０１には、
図１１に示すように、走査信号印加回路４０２及び情報
信号印加回路４０３が接続されており、これらの回路４
０２，４０３には、走査信号制御回路４０４及び情報信
号制御回路４０６、駆動制御回路４０５、及びグラフィ
ックコントローラ４０７が順に接続されている。そし
て、駆動制御回路４０５を介してグラフィックコントロ
ーラ４０７から走査信号制御回路４０４及び情報信号制
御回路４０６へは、データと走査方式信号とが送信され
るようになっている。このうちのデータは、これらの回
路４０４，４０６によってアドレスデータと表示データ
とに変換され、また、他方の走査方式信号は、そのまま
走査信号印加回路４０２及び情報信号印加回路４０３に
送られるようになっている。さらに、走査信号印加回路
４０２は、アドレスデータによって決まる走査電極Ｃ
１，Ｃ２，…に走査方式信号によって決まる波形の走査
信号（図６Ａ，Ｂ参照）を印加し、また情報信号印加回
路４０３は、表示データによって送られる白又は黒の表
示内容と走査方式信号の２つによって決まる波形の情報
信号（図６Ｃ参照）を印加するように構成されている。
なお、走査電極Ｃ１，…は上述したような形状をしてい
るが、これに関する調整は、情報信号印加回路４０３が
表示データを１ラインごとにバッファ（不図示）に入
れ、出力のタイミングを１水平同期期間分ずらすことに
より行っている。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
第１画素における黒ドメインの核となる場所と、第２画
素における白ドメインの核となる場所とが、互いに隣り
合うように配置されるようにして、黒ドメインの核とな
る場所（又は白ドメインの核となる場所）が連続しない
ようにしたため、液晶表示素子を駆動して中間調表示し
ても黒又は白の表示が連続しない。したがって、該液晶
表示素子を至近距離から眺めたとしても横に線が走って
いるようには見えず、中間調の表示品質を向上させるこ
とができる。

【００３１】

【図面の簡単な説明】

【図１】強誘電性液晶表示素子に印加する電圧のパルス
振幅Ｖと透過光量Ｉとの関係を示す模式図。

【図２】(a) 〜(d) は印加する電圧（パルス振幅）を種
々変化させた場合における液晶表示素子の表示状態を示
す模式図であり、特に(a) は電圧が印加されていない場
合、(b) はパルス振幅Ｖが閾値Ｖth以下の場合、(c) は
パルス振幅ＶがＶth＜Ｖ＜Ｖsat の範囲内の場合、(d)
はパルス振幅Ｖが閾値Ｖth以上の場合である。

【図３】セル厚勾配法を説明するための図であり、(a)
は液晶表示素子の構造を示す断面図、(b) 〜(f) は電圧
（パルス振幅）を種々変化させた場合における液晶表示
素子の表示状態を示す模式図。

【図４】図１に示すパルス振幅Ｖと透過光量Ｉとの関係
が温度によって変化する様子を示す模式図。

【図５】(a) は画素シフト法に用いる液晶表示素子の構
造を示す断面図であり、(b) は電極の配置を示す図。

【図６】Ａ，Ｂは走査電極に印加される走査信号の波形
図であり、Ｃは情報電極に印加される情報信号の波形
図。

【図７】(a) は走査電極ｃ１に印加する走査信号Ａの印
加タイミングを示す図、(b) は走査電極ｃ２に印加する
走査信号Ｂの印加タイミングを示す図、(c) は情報電極
ｓ１に印加する情報信号Ｃの印加タイミングを示す図、
(d) は走査電極ｃ１の配置される画素に印加される電圧
の波形（(a) と(c) の合成波形）を示す図、(e)は走査
電極ｃ２の配置される画素に印加される電圧の波形
（(b) と(c) の合成波形）を示す図。

【図８】(a) は画素シフト法におけるパルス振幅Ｖと透
過光量Ｉとの関係を示す模式図、(b) は液晶表示素子の
表示状態を示す図。

【図９】従来の画素シフト法における問題点を説明する
ための図。

【図１０】(a) は本実施例に係る液晶表示素子の構造を
示す断面図であり、(b) は電極の配置を示す図。

【図１１】液晶表示素子の周辺機器を説明するための
図。

【符号の説明】

１０１，１０２基板（ガラス基板）１０３ＵＶ硬化樹脂１０４液晶（強誘電性液晶）４０１液晶表示素子Ｃ１，Ｃ２，… 走査電極Ｓ１，Ｓ２，… 情報電極Ａ，Ｂ走査信号Ｃ情報信号４０７グラフィックコントローラ４０４走査信号制御回路４０６情報信号制御回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに対向するように配置される一対の
基板と、これらの一対の基板の間に配置されて複数の画
素を行列状に形成する走査電極群及び情報電極群と、前
記一対の基板間に挟持される強誘電性液晶と、を備え、
各画素内の黒ドメインと白ドメインとの面積比を変化さ
せて任意の中間調を表示する液晶表示素子において、隣接して配置される２つの走査電極を第１走査電極及び
第２走査電極とし、隣接して配置される２つの情報電極
を第１情報電極及び第２情報電極とし、かつ、走査電極
の形成される方向に隣接して配置される２つの画素を第
１画素及び第２画素とした場合に、前記第１画素及び第２画素における閾値勾配の向きを同
じ方向とし、前記第１画素を前記第１走査電極と前記第１情報電極と
によって構成すると共に前記第２画素を前記第２走査電
極と前記第２情報電極とによって構成し、かつ、前記第１走査電極及び第２走査電極には互いに極性の異
なる信号を印加することにより、前記第１画素における
黒ドメインの核となる場所と、前記第２画素における白
ドメインの核となる場所とが、互いに隣り合うように配
置される、ことを特徴とする液晶表示素子。