JP3736856B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は液晶表示装置に関し、より詳しくは、第１の発明として反強誘電性液晶を液晶層とする反強誘電性液晶パネルとそのバックライトに関するものであり、第２の発明として反強誘電性液晶又は強誘電性液晶を液晶層として液晶パネルを構成する偏光板の回転角度の調整に関するものであり、第３の発明として偏光板の配置及び強誘電性液晶を液晶層とする強誘電性液晶パネルとそのバックライトに関するものである。
背景技術
一般に、液晶をその電気光学効果（液晶分子の配列状態が電場印加で他の配列状態に変化することにより液晶パネルの光学的性質が変化し、電気的に光変調が生じる現象）で大別すると誘電異方性形と強誘電性形に分類できる。前者で代表的なものはＳＴＮ（super twisted nematic）形であり、後者はメモリ形及び非メモリ形である。
本発明は後者に属し、液晶表示装置において、反強誘電性液晶又は強誘電性液晶を液晶層として用いた液晶パネルとそのバックライトを備えた液晶ユニットの画質の改善に際して、コーン角度の変化、液晶パネルの使用温度の変化、分極反転電流の変化、透過光の変化、等に応じたバックライトの出力光量の調整により、画質の改善を行い、さらに２つの偏光板の互いの配置角度を上記の各変化に応じて調整するものである。
発明の開示
本発明の第１の目的は、反強誘電性液晶を使用した液晶パネルにおいて、コーン角度の変化、液晶パネルの使用温度の変化、分極反転電流の変化、透過光の変化、等があっても、バックライトの出力光量の調整により、表示コントラスト比の変化が小さく、かつバックライトによる消費電力を上昇させることのない反強誘電性液晶ユニットを提供することにあり、
本発明の第２の目的は、反強誘電性液晶又は強誘電性液晶を使用した液晶パネルにおいて、コーン角度の変化、液晶パネルの使用温度の変化、分極反転電流の変化、透過光の変化、等があっても、最大コントラスト比を得るように偏光板を配置角度を調整できる液晶ユニットを提供することにあり、
本発明の第３の目的は、強誘電性液晶を使用した液晶パネルにおいて、コーン角度の変化、液晶パネルの使用温度の変化、分極反転電流の変化、透過光の変化、等があっても、バックライトの出力光量の調整により、表示コントラスト比の変化が小さく、かつバックライトによる消費電力を上昇させることのない強誘電性液晶ユニットを提供することにある。
前述の目的を達成する本発明の液晶表示装置は以下の５つの形態を備えている。
第１の形態の液晶表示装置は、一対の基板間に第１の強誘電性状態と第２の強誘電性状態とを少なくとも有する液晶を挟持し、かつ第１の偏光板と第２の偏光板とを備えた液晶パネルを有し、前記第１の偏光板と第２の偏光板は前記一対の基板を挟むように配置され、前記第１の偏光板の偏光軸と前記第２の偏光板の偏光軸は互いに略90°の角度で固定され、前記第１の偏光板の偏光軸の方向と前記第２の偏光板の偏光軸の方向とで形成される角度における１／２の角度の方向に位置する２つの軸のうち、一方の軸を第１の中間軸、他方の軸を第２の中間軸とし、前記液晶パネルの使用温度範囲内で、
前記第１および第２の強誘電性状態のうち、一方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第１の偏光板の偏光軸と前記第１の中間軸との間に常に位置し、かつ、他方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第２の偏光板と前記第１の中間軸との間に常に位置するように、前記一対の偏光板を配置したことを特徴とする。
第２の形態の液晶表示装置は、一対の基板間に第１の強誘電性状態と第２の強誘電性状態とを少なくとも有する液晶を挟持し、かつ第１の偏光板と第２の偏光板とを備えた液晶パネルを有し、前記第１の偏光板と第２の偏光板は前記一対の基板を挟むように配置され、前記第１の偏光板の偏光軸と前記第２の偏光板の偏光軸は互いに略90°の角度で固定され、前記第１の偏光板の偏光軸の方向と前記第２の偏光板の偏光軸の方向とで形成される角度における１／２の角度の方向に位置する２つの軸のうち、一方の軸を第１の中間軸、他方の軸を第２の中間軸とし、前記液晶パネルの使用温度範囲内で、
前記第１および第２の強誘電性状態のうち、一方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第２の偏光板の偏光軸と前記第１の中間軸との間に常に位置し、かつ、他方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第２の偏光板と前記第２の中間軸との間に常に位置するように、前記一対の偏光板を配置し、前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記一方の強誘電性状態における分子長軸方向と他方の強誘電性状態における分子長軸方向とで形成される角度が小さくなるのに伴って、前記光源の出力光量を増加させ、前記角度が大きくなるのに伴って、前記光源の出力光量を減少させるように調整することを特徴とする。
第３の形態の液晶表示装置は、一対の基板間に第１の強誘電性状態と第２の強誘電性状態とを少なくとも有する液晶を挟持し、かつ第１の偏光板と第２の偏光板とを備えた液晶パネルを有し、前記第１の偏光板と第２の偏光板は前記一対の基板を挟むように配置され、前記第１の偏光板の偏光軸と前記第２の偏光板の偏光軸は互いに略90°の角度で固定され、前記第１の偏光板の偏光軸の方向と前記第２の偏光板の偏光軸の方向とで形成される角度における１／２の角度の方向に位置する２つの軸のうち、一方の軸を第１の中間軸、他方の軸を第２の中間軸とし、前記液晶パネルの使用温度範囲内で、
前記第１および第２の強誘電性状態のうち、一方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第１の偏光板の偏光軸と前記第１の中間軸との間に常に位置し、かつ、他方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第１の偏光板と前記第２の中間軸との間に常に位置するように、前記一対の偏光板を配置し、前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記一方の強誘電性状態における分子長軸方向と他方の強誘電性状態における分子長軸方向とで形成される角度が小さくなるのに伴って、前記光源の出力光量を増加させ、前記角度が大きくなるのに伴って、前記光源の出力光量を減少させるように調整することを特徴とする。
第４の形態の液晶表示装置は、一対の基板間に第１の強誘電性状態と第２の強誘電性状態とを少なくとも有する液晶を挟持し、かつ第１の偏光板と第２の偏光板とを備えた液晶パネルを有し、前記第１の偏光板と第２の偏光板は前記一対の基板を挟むように配置され、前記第１の偏光板の偏光軸と前記第２の偏光板の偏光軸は互いに略90°の角度で固定され、前記第１の偏光板の偏光軸の方向と前記第２の偏光板の偏光軸の方向とで形成される角度における１／２の角度の方向に位置する２つの軸のうち、一方の軸を第１の中間軸、他方の軸を第２の中間軸とし、前記液晶パネルの使用温度範囲内で、
前記第１および第２の強誘電性状態のうち、一方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第２の偏光板の偏光軸と前記第１の中間軸との間に常に位置し、かつ、他方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第２の偏光板と前記第２の中間軸との間に常に位置するように、前記一対の偏光板を配置し、前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記液晶を流れる分極反転電流が大きくなるのに伴って、前記光源の出力光量を減少させ、前記分極反転電流が小さくなるのに伴って、前記光源の出力光量を増加させるように調整することを特徴とする。
第５の形態の液晶表示装置は、一対の基板間に第１の強誘電性状態と第２の強誘電性状態とを少なくとも有する液晶を挟持し、かつ第１の偏光板と第２の偏光板とを備えた液晶パネルを有し、前記第１の偏光板と第２の偏光板は前記一対の基板を挟むように配置され、前記第１の偏光板の偏光軸と前記第２の偏光板の偏光軸は互いに略90°の角度で固定され、前記第１の偏光板の偏光軸の方向と前記第２の偏光板の偏光軸の方向とで形成される角度における１／２の角度の方向に位置する２つの軸のうち、一方の軸を第１の中間軸、他方の軸を第２の中間軸とし、前記液晶パネルの使用温度範囲内で、
前記第１および第２の強誘電性状態のうち、一方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第１の偏光板の偏光軸と前記第１の中間軸との間に常に位置し、かつ、他方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第１の偏光板と前記第２の中間軸との間に常に位置するように、前記一対の偏光板を配置し、前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記液晶を流れる分極反転電流が大きくなるのに伴って、前記光源の出力光量を減少させ、前記分極反転電流が小さくなるのに伴って、前記光源の出力光量を増加させるように調整することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
図１は第１の発明で使用する一例としての反強誘電性液晶ユニットの概略図である。
図２は第１の発明で使用する反強誘電性液晶パネルの構成図である。
図３は第１の発明で使用する反強誘電性液晶パネルにおける印加電圧と透過光量の関係を表した図である。
図４は反強誘電性液晶のコーン角度を表した説明図である。
図５は反強誘電性液晶ユニットの各温度に於ける表示コントラスト比の関係を表したグラフである。
図６は反強誘電性液晶パネルの各温度とコーン角度の関係を表したグラフである。
図７は反強誘電性液晶パネルの各温度と自発分極の値の関係を表したグラフである。
図８は従来技術における反強誘電性液晶ユニットの各温度における、白表示の時の透過光量と黒表示の時の透過光量を表したグラフである。
図９は第１の発明で使用する反強誘電性液晶ユニットのバックライトの各温度における出力光量の関係を表したグラフである。
図１０は第１の発明で使用する反強誘電性液晶ユニットの各温度における白表示と黒表示の透過光量を表したグラフである。
図１１は第１の発明で使用する他の例としての反強誘電性液晶ユニットの概略図である。
図１２は第１の発明で使用するさらに他の例としての反強誘電性液晶ユニットの概略図である。
図１３は第２の発明で使用する一例としての液晶パネルの断面図である。
図１４は第２の発明で使用する液晶パネルの全体分解図である。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は第２の発明における偏光板回転方法の説明図である。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は第２の発明における偏光板を液晶パネルに対して回転させたときの説明図である。
図１７は第２の発明で使用する液晶パネルにおける各温度における暗表示時の透過光量のグラフである。
図１８は第２の発明で使用する液晶パネルにおける各温度における表示コントラスト比のグラフである。
図１９は第２の発明で使用する液晶パネルにおける偏光板回転手段としてステップモーターを備えた装置の平面図である。
図２０は第２の発明で使用する他の例としての液晶パネルの断面図である。
図２１は第２の発明で使用するさらに他の例としての液晶パネルの断面図である。
図２２は第２の発明で使用するさらに他の例としての液晶パネルの断面図である。
図２３（ａ）及び図２３（ｂ）は液晶パネルにおける液晶分子の説明図である。
図２４は第２の発明で使用する偏光板の偏光軸と液晶パネルの光学軸の関係を示す説明図である。
図２５は温度変化後の偏光板の偏光軸と液晶パネルの光学軸とのずれを示す説明図である。
図２６は従来の液晶パネルの各温度における暗表示時の透過光量を表したグラフである。
図２７は従来の液晶パネルの各温度における表示コントラスト比の関係を表したグラフである。
図２８は第３の発明における偏光板の偏光軸と液晶の平均的な分子長軸方向の位置を表した説明図（その１）である。
図２９は第３の発明における偏光板の偏光軸と液晶の平均的な分子長軸方向の位置を表した説明図（その２）である。
図３０は第３の発明における偏光板の偏光軸と液晶の平均的な分子長軸方向の位置を表した説明図（その３）である。
図３１は従来の偏光板の偏光軸と液晶の平均的な分子長軸方向の位置を表した説明図（その１）である。
図３２は従来の偏光板の偏光軸と液晶の平均的な分子長軸方向の位置を表した説明図（その２）である。
図３３は従来の液晶パネルの各温度における白表示と黒表示の透過光量を表したグラフである。
図３４は従来の液晶パネルの各温度における表示コントラスト比の関係を表したグラフである。
図３５は第３の発明で使用した強誘電性液晶ユニットの各温度における白表示と黒表示の透過光量を表したグラフ（その１）である。
図３６は第３の発明で使用した強誘電性液晶ユニットの各温度におけるコントラスト比の関係を表したグラフ（その１）である。
図３７は第３の発明で使用した強誘電性液晶ユニットの各温度における白表示と黒表示の透過光量を表したグラフ（その２）である。
図３８は第３の発明で使用した強誘電性液晶ユニットの各温度における白表示と黒表示の透過光量を表したグラフ（その３）である。
図３９は第３の発明で使用した強誘電性液晶ユニットの各温度におけるコントラスト比の関係を表したグラフ（その２）である。
発明を実施するための最良の形態
第１の発明の説明の前に従来の技術とその問題点を以下に説明する。
反強誘電性液晶を用いた液晶パネルは、例えば、特開平２−１７３７２４号公報において、広視野角を有すること、高速応答が可能なこと、マルチプレックス特性が良好なこと等が報告されて以来、精力的に研究がなされている。
図２は反強誘電性液晶を液晶表示装置として用いる場合の反強誘電性液晶パネルの構成図である。液晶パネル２は一対の基板２３ａ、２３ｂの間に反強誘電性液晶２６を挟持し、反強誘電性液晶２６はクロスニコルに配置した偏光板２１ａ、２１ｂの間に、どちらかの偏光板の偏光軸と無電界時における反強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向とが平行になるように設置する。
図３は図２の構成にした反強誘電性液晶パネルに電圧を印加した場合の印加電圧の値と、その時に反強誘電性液晶パネルを通過する光の透過光量の関係を示したものである。縦軸は透過光量であり、横軸は印加電圧である。印加電圧は正極性と負極性に印加される。図示のように、反強誘電性液晶は光を通さない反強誘電性状態と、ある値以上の正極性の電圧（＋Ｖ２）を印加した場合に光が透過する第１の強誘電性状態と、ある値以上の負極性の電圧（−Ｖ４）を印加した場合に光が透過する第２の強誘電性状態の３つの安定状態を持つ。
一般に反強誘電性液晶ユニットは反強誘電性液晶パネルの片側にバックライトが配置されている。電圧無印加時には反強誘電性液晶の分子は反強誘電性状態にあり、平均的な分子長軸方向が偏光板の偏光軸と一致するため、バックライトからの光を透過しない。また反強誘電性液晶パネルに電圧を印加すると、図３のように印加電圧の極性によって第１又は第２の強誘電性状態へ、反強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向が変化し、偏光軸に対してある角度を持って反強誘電性液晶の分子が傾くために、バックライトからの光が反強誘電性液晶パネルを透過し透過光量が多くなる。
特に反強誘電性液晶が第１又は第２の強誘電性状態へ変移し、光の透過が起きる、つまり白表示を行う場合の透過光量は、図４に示すように、第１の強誘電性状態の時の平均的な反強誘電性液晶の分子長軸方向Ｍ１と、第２の強誘電性状態の時の平均的な分子長軸方向Ｍ２との間の角度（コーン角度：θ）によって決まる。このコーン角度が大きく、９０度に近いほど白表示の時の透過光量は多くなり、逆に狭くなるほど白表示の時の透過光量は少なくなる。
しかしながら、反強誘電性液晶分子のコーン角度は常に一定とは限らない。例えば反強誘電性液晶ユニットを駆動し、表示を行う際の使用温度（即ち、液晶表示装置を使用する時の環境温度）に大きく依存する。図５において、縦軸は表示コントラスト比（白表示透過光量／黒表示透過光量）であり、横軸は使用温度である。本グラフは、反強誘電性液晶の使用温度範囲として一般的に使われる１５℃から５０℃まで使用温度を、この範囲で変化させ、反強誘電性液晶ユニットの表示コントラスト比を測定したものである。図示のように使用温度が上昇すると共に表示コントラスト比は低くなる。
一方、図６において、縦軸はコーン角度であり、横軸は使用温度である。図示のように、反強誘電性液晶分子のコーン角度は使用温度により変化し、使用温度が高くなるに従って小さくなる。この関係は図５の関係と一致する。つまり使用温度が高くなるとコーン角度が小さくなり、偏光軸に対して反強誘電性液晶の傾き方が少なくなるため、透過光量が減少してしまうのである。従って、反強誘電性液晶ユニットの表示コントラスト比は温度依存性が強く、温度変化の激しい使用環境においては良好な表示を行うことが出来ないという問題があった。
例えば、特開平７−２３００７９号公報においては、低温時の応答性を改良するために、反強誘電性液晶ユニットにヒーターを用いて常に使用温度が一定となるようにする技術が開示されている。しかしこの技術は反強誘電性液晶分子の応答性を向上させることが目的であり、反強誘電性液晶分子が有するコーン角度の温度依存性については何等開示されておらず、また表示コントラスト比や輝度変化についての問題点も論じていない。さらに、上述のようにこの特開平７−２３００７９号公報ではヒーターを備えるため、消費電力の増大を伴っている。
そこで第１の発明においては、上述の問題を解消するために、例えば使用温度が変化しても表示コントラスト比の変化が小さく、かつバックライトの消費電力を上昇させることのない反強誘電性液晶ユニットを提供することを目的としている。
次に第２の発明の説明の前に従来の技術とその問題点を以下に説明する。
上述の図２の説明では液晶２６として反強誘電性液晶を使用した場合で説明したが、ここでは液晶２６として反強誘電性液晶でも強誘電性液晶でも適用することができる。従って、単に「液晶」はいずれも含まれることを示す。
前述の図２の説明にさらに追加すると、内部には間隔を一定に保つためスペーサと液晶２６とがシール剤２２ａ、２２ｂで挟持されている。第１の偏光板２１ａの偏光軸と第２の偏光板２１ｂの偏光軸とが略９０°に配置されている。液晶として強誘電性液晶を使用した場合には、液晶ユニットの任意の使用温度における第１又は第２の強誘電性状態の分子長軸方向と、第１の偏光板２１ａの偏光軸又は第２の偏光板２１ｂの偏光軸のどちらか一方が一致している。
図２３（ａ）及び図２３（ｂ）では、液晶パネル２を上方から見た場合の液晶分子を模式的に示しており、本図に沿って用いて液晶の平均的な分子長軸方向について説明する。例えば、電界Ｅが紙面表（液晶パネルの上ガラス基板）から裏（液晶パネルの下ガラス基板）の方向に印加している場合では（図２３（ａ））、液晶分子ＬＣＭの第１の強誘電性状態である平均的な分子長軸方向Ｍ２は配向膜の配向軸ＯＡを中心に角度「θ１」傾いて安定している。一方、電界Ｅを紙面裏から表に向けて印加した場合では（図２３（ｂ））、液晶分子ＬＣＭの第２の強誘電性状態である分子長軸方向Ｍ２が配向軸ＯＡに対し時計回りに角度「θ２」傾いて安定している。
即ち、液晶分子ＬＣＭは、分子長軸方向Ｍ２を動直線として描くコーン形状の側面上を転移している。また角度「θ１」と角度「θ２」の和（θ１＋θ２）が第１の強誘電性状態である液晶の平均的な分子長軸方向と、第２の強誘電性状態である液晶の平均的な分子長軸方向との間の角度、つまり円錐（コーン）の中心角θ（即ち、コーン角度）となる。
ここで、強誘電性液晶では図２３（ａ）の位置に分子長軸方向が存在する場合を第１の強誘電性状態と称し、図２３（ｂ）の位置に分子長軸方向が存在する場合を第２の強誘電性状態と称する。また、液晶が上述した反強誘電性液晶の場合でも分子長軸方向は同様にコーンの側面上を転移することが知られている。前述のように反強誘電性液晶では第１の強誘電性状態と第２の強誘電性状態の他に反強誘電性状態があり、反強誘電性状態では、無電界時における分子長軸方向は図２３（ａ）及び図２３（ｂ）の位置に交互に存在し、その平均的な分子長軸方向は配向軸ＯＡの位置となる。
図２４に液晶の分子長軸方向と偏光板の偏光軸との位置関係の一例を示す。本例は強誘電性液晶の場合である。一般に強誘電性液晶を使用する場合には、第１の偏光板の偏光軸Ｐ１と第２の偏光板の偏光軸Ｐ２のどちらか一方を第１又は第２の強誘電性状態の時の分子長軸方向Ｍ２と一致させる（本例では、分子長軸方向Ｍ２は偏光軸Ｐ１と一致させている）。この際第１の偏光板の偏光軸Ｐ１と第２の偏光板の偏光軸Ｐ２とは略９０°となるように配置すると暗表示時の透過光量を最も小さくすることができる。電界Ｅの向きが逆になると液晶分子ＬＣＭが配向軸ＯＡを対称軸として移動して白表示となり、透過光量を最大とすることができる。
従来の問題を図２５と図２６、図２７を使って説明する。従来は第１の偏光板及び第２の偏光板はガラス基板に接着等で固定されていた。しかし液晶ユニットの使用温度範囲内において、液晶ユニットの偏光板組立時の温度又は偏光板張り付け角度を決定したときの温度と使用時の温度が異なった場合に、液晶分子ＬＣＭの分子長軸方向Ｍ２と配向軸ＯＡとの間の角度（図２３（ａ）及び図２３（ｂ）の角度θ１又はθ２）が変化し、図２５に示すように分子長軸方向Ｍ２と偏光板の偏光軸Ｐ１との位置が一致しなくなる。つまり使用温度によって、液晶分子の示すコーン角度θが変化するため、偏光板配置時の偏光軸と分子長軸方向とにズレが生じることになる。
図２６において、縦軸は透過光量であり、横軸は使用温度である。本例は、使用温度４０℃にて液晶分子ＬＣＭの第１の強誘電性状態における分子長軸方向Ｍ２と偏光板の偏光軸Ｐ１とが一致するように張り合わせた場合である。グラフに示すように、使用温度範囲内における暗表示時の透過光量が、使用温度４０℃時の透過光量を最小値として急激に変動する。また、図２７では、前述と同様に白表示の時の透過光量と黒表示の時の透過光量の比を表示コントラスト比として表しているが、４０℃から温度変化が起こるためコントラスト比の低下につながるという問題を起こしていた。上述の説明は強誘電性液晶を用いた結果であるが、反強誘電性液晶を用いた場合でも同様の問題が生じる。
そこで、第２の発明においては、使用温度範囲内における温度変化によって液晶分子のコーン角度が変化しても、その温度における最大コントラスト比を得ることができる液晶ユニットを提供することを目的としている。
次に第３の発明の前に従来の技術とその問題を以下に説明する。
前述のように、第１及び第２の２つの強誘電性状態を有する液晶として、一般に強誘電性液晶が知られている。この強誘電性液晶を用いた強誘電性液晶パネルは、例えば、クラークらの米国特許第４３６７９２４号公報でメモリー性を有すること、高速応答が可能なこと、マルチプレックス特性が良好なこと等が報告されて以来、精力的に研究がなされている。
強誘電性液晶の液晶分子は外部からの印加電界の変化によって、前述のように、円錐の側面上を沿うように移動する。つまり強誘電性液晶のスイッチング、つまり、側面上の移動は液晶分子に所定のパルス波を印加し、このパルス幅と電圧値の積の値がしきい値以上の値をとる場合にのみ起こり、また印加電圧の極性の違いによって、２つの強誘電性状態のうち、第１の強誘電性状態か第２の強誘電性状態かの何れかが選択される。
図３１において、本例では液晶として強誘電性液晶を使用した場合である。図２４及び図２５で説明したように、第２の強誘電状態である液晶の平均的な分子長軸方向Ｍ２が一方の偏光板の偏光軸Ｐ１と一致するように配置しているので、液晶分子が第２の強誘電性状態のときには透過光は液晶パネルを通過せず黒表示となり、液晶分子が第１の強誘電性状態Ｍ１のときには透過光が通過するため白表示となる。
しかし、前述のように、第１の強誘電性状態である液晶の平均的な分子長軸方向と第２の強誘電性状態である液晶の分子の長軸方向との間のコーン角度（θ）は温度によって変化する。液晶パネルの使用温度は一定とは限らないので、そのために第１及び第２の強誘電性状態である液晶の平均的な分子長軸方向の位置はそれぞれ使用温度によって変化し、強誘電性液晶を使用した液晶パネルの透過光量は白表示の場合も黒表示の場合も使用温度によって変化する。その結果、前述のように白表示の透過光量と黒表示の透過光量の比である表示コントラスト比も使用温度によって変化してしまうという問題が生じていた。
例えば、使用温度が最大の時に、どちらか一方の強誘電状態である強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向を一方の偏光板の偏光軸に一致させた場合、つまり図３１の状態にそれぞれの偏光板を配置した後、使用温度が低く変化するとコーン角度も小さく変化してしまい、それぞれの強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向は図３１から図３２の位置に変化してしまう。この際、使用温度の範囲における白表示の透過光量と黒表示の透過光量を測定した結果を図３３に示す（最小使用温度をＴ１、最大使用温度をＴ２とする）。図３３に示したように、黒表示の透過光量（ｅ）は使用温度が低くなるとともに上昇し（実線）、白表示の透過光量（ｆ）は使用温度が低くなると共に下降する（点線）。従って、表示コントラスト比も図３２に示すように使用温度によって変化してしまい、この強誘電性液晶パネルを用いて表示を行うと、使用温度によってコントラスト比が変化し表示品質を損なうという問題点を有していた。
前述の特開平７−２３００７９号公報における問題点は、第３の発明についても第１の発明と同様であり、本文献にはコーン角度の温度依存性については何等触れられておらず、また表示コントラスト比や輝度変化についての問題点の論じられていない。また、ヒーターの使用による問題点も第１の発明と同様に、低温時の特性の問題や、高温時の消費電力の増大の問題がある。
そこで、第３の発明においては、強誘電性液晶を用いた液晶パネルの使用温度が変化しても、表示コントラスト比の変化が小さく、かつバックライトの消費電力を上昇させることのない強誘電性液晶ユニットを提供することを目的としている。
以下、本発明について説明する。
まず、第１の発明の実施形態について以下に説明する。
前述したように図２の構成を有する反強誘電性液晶パネルでは、白表示の場合の光の透過光量は反強誘電性液晶分子のコーン角度に依存しており、コーン角度が略９０°の場合が最大で、コーン角度が減少するに従って透過光量も減少していく。しかし、黒表示の場合の透過光量はコーン角度には依存せず常に一定であり、理想的には透過光量は０である。従って、コーン角度を一定に保てば、白表示の透過光量は常に一定となり、品質の高い表示が可能である。
このコーン角度は温度に依存しており、例えば反強誘電性液晶を加熱していくと、反強誘電液晶は強誘電性液晶相や材料によってはＳｍＡ相に転移する。この強誘電性液晶相もしくはＳｍＡ相が現れる転移温度の時に、コーン角度は最も小さく、転移温度から下がるにつれて大きくなる。このために、白表示の透過光量は温度が高いほど少なく、転移温度から低温側へ離れるに従って増加する。
反強誘電性液晶ユニットで表示を行った際の表示コントラスト比は白表示の時の透過光量と、黒表示の時の透過光量の比であるから、この白表示の透過光量が変化すると表示コントラスト比も変化してしまう。さらに詳しくは、反強誘電性液晶の相転移温度では表示コントラスト比が最も低く、相転移温度から低温側へ温度変化すると表示コントラスト比が高くなる。
表示コントラスト比の変化は白の透過光量の変化であるから、この変化量だけ補正すれば表示コントラスト比の変化は防止できる。白の透過光量はこの反強誘電性液晶パネルに入射するバックライトの出力光量を変化させれば良い。つまり偏光板の偏光軸が互いに略９０°の角度で配置し、かつ一方の偏光板の偏光軸が反強誘電性液晶の反強誘電状態の平均的な分子長軸方向と一致して配置した図２のような構成の反強誘電性液晶パネルでは、反強誘電性液晶ユニットについて、使用温度の上限でバックライトの出力光量を最も大きくし、使用温度の下限でバックライトの出力光量を最も小さくすれば、表示コントラスト比の温度による変化を防止できる。
また、反強誘電性液晶は自発分極を持つために、反強誘電性液晶分子が強誘電性状態から反強誘電性状態へ、又は反強誘電性状態から強誘電性状態へ反転する時に分極反転電流が流れる。この分極反転電流の値は自発分極の大きさに比例する。そして反強誘電性液晶の自発分極の値は、図７のように使用温度の変化に応じて変化する。図７において、縦軸は自発分極の値であり、横軸は使用温度である。
この自発分極の値は液晶画素中に流れる分極反転電流の値より知ることが出来る。従って、反強誘電性液晶パネルの実際の温度を測定しなくても、分極反転電流の値を測定できれば、反強誘電性液晶パネルの温度が推定され、コーン角度の変化量をも知ることができる。従って、分極反転電流の値の変化に基づいてバックライトの出力光量を調整することが可能となる。この際、分極反転電流を測定する電極を、基板上に表示画素として使用する電極と同様な方法で形成すれば、容易に分極反転電流を測定することが可能である。
その他、バックライトから出力され、反強誘電性液晶パネルを通過した透過光の輝度を測定する透過光センサーを設け、かつコーン角度と透過光の輝度との相関関係を記憶するメモリーを配置すれば、反強誘電性液晶パネルの温度や分極反転電流値を測定しなくとも、バックライトの出力光量を調整することができる。つまり反強誘電性液晶パネルを実作動する以前に、透過光センサーにより検出した輝度と反強誘電性液晶分子のコーン角度の相関関係を調べておき、それをメモリーに記憶させ、実際に表示を行う際には透過光センサーで検出した輝度とメモリーに記憶した相関関係とに基づき、バックライトの出力光量を調整し再出力しても同様な効果を実現できる。
以下、第１の発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図２は本実施形態で用いた反強誘電性液晶パネル２の構成図である。本実施形態で用いた反強誘電性液晶パネル２は約２μの厚さの反強誘電性液晶層２６を持つ一対のガラス基板２３ａ、２３ｂから構成されている。ガラス基板の対向面には表示用電極２４ａ、２４ｂが形成されており、その上に配向膜２５ａ、２５ｂが塗布され、配向膜はラビング処理がなされている。さらに一方のガラス基板２３ａの外側には、偏光板の偏光軸と、反強誘電性液晶分子の第１の強誘電性状態における分子長軸方向とが平行になるように、第１の偏光板２１ａが配置されており、他方のガラス基板２３ｂの外側には、第１の偏光板２１ａの偏光軸と略９０°異なるようにして第２の偏光板２１ｂが配置されている。
図６は本実施形態に使用した反強誘電性液晶の使用温度とコーン角度の関係を表したグラフである。このように反強誘電性液晶のコーン角度は使用温度が上昇するにつれて小さくなることが分かる。
図８のグラフは、反強誘電性液晶を用いて、従来の反強誘電性液晶ユニットを使用した場合の使用温度に対する白表示の時の透過光量（ｂ）及び黒表示の透過光量（ａ）との関係を示す。従来の反強誘電性液晶ユニットでは、図２の反強誘電性液晶パネルにバックライトを備えているだけで、バックライトの出力光量制御は行われなかった。従って、図８の（ｂ）のように温度が上昇するにつれて白表示の透過光量が減少しているが、（ａ）のように黒表示の透過光量はほとんど変化していない。従って、コントラスト比（白表示の透過光量／黒表示の透過光量）は使用温度が上昇するにつれて減少する。
図１は第１の発明の実施形態における反強誘電性液晶ユニットの概略図とバックライトに接続している出力光量制御装置を示した図である。液晶ユニット１０は、図２の構成の反強誘電性液晶パネル２にバックライト１を備え、また、ガラス基板には温度センサー３が配置されて構成されている。そして、バックライト１と温度センサー３は出力光量制御装置４を介して電気的に接続され連動するようになっている。
図９において、縦軸はバックライトの出力光量であり、横軸は使用温度である。また、図１０において、縦軸は透過光量であり、横軸は使用温度である。図１の構成の反強誘電性液晶ユニット１０で表示を行い、温度センサー３で使用温度をサンプリングし、それぞれの温度でバックライト１の出力光量を出力制御装置４によって変化させた。ここでバックライトの出力光量は、図９に示すように使用温度が上昇するにつれて増加させた。
図１０に、図１の構成の反強誘電性液晶ユニット１０における、温度変化に対する白表示の透過光量（ｄ）（点線）、及び黒表示の透過光量（ｃ）（実線）の測定結果を示す。図示のように、白表示の透過光量（ｄ）は使用温度に依存せず、ほぼ一定となり、そのため表示コントラスト比の温度に依存した変化は、ほぼ解消された。
図１１は第１の発明の他の実施形態である反強誘電性液晶ユニットの概略図とバックライトに接続している出力光量制御装置を示す構成図である。液晶ユニット１０は、図２の構成の反強誘電性液晶パネル２にバックライト１を備え、かつガラス基板には電極４０ｂが配置されて構成されている。電極４０ｂは表示電極と同じ材質であり表示電極と同様な形成方法で作成した。電極４０ｂにより分極反転電流値を測定した。図示のように、バックライト１と電極４０ｂは出力光量制御装置４を介して、電気的に接続され連動するようになっている。
図１１の構成の反強誘電性液晶ユニットで表示を行い、電極４０ｂで分極反転電流値を測定し、それぞれの分極反転電流値に対してバックライトの出力光量を出力制御装置４によって変化させた。ここで分極反転電流値が大きくなると、バックライトの出力光量を少なくし、分極反転電流値が小さくなると、バックライトの出力光量を増加させた。図１１の構成の反強誘電性液晶ユニット１０において、温度変化に対する白表示及び黒表示の透過光量の測定結果では、白表示の透過光量は使用温度に依存せず、ほぼ一定となり、そのために表示コントラスト比の温度に依存した変化はほぼ解消した。
図１２は第１の発明のさらに他の実施形態である反強誘電性液晶ユニットの概略図とバックライトに接続している出力光量制御装置を示す構成図である。液晶ユニット１０は、図２の構成の反強誘電性液晶パネル２にバックライト１を備え、ガラス基板にはバックライトから出力され、反強誘電性液晶パネルを通過した透過光の輝度を測定する透過光センサー３０ｃが備えられている。図示のようにバックライト１と透過光センサー３０ｃは出力光量制御装置４を介して電気的に接続され連動するようになっている。また、反強誘電性液晶のコーン角度と透過光の輝度との相関関係を記憶しておくメモリー５を備え、透過光センサー３０ｃで測定された輝度とメモリー５で記憶された相関関係により、バックライトの出力光量が調整され、再出力するようにした。
図１２の構成の反強誘電性液晶ユニット１０において、温度変化に対する白表示及び黒表示の透過光量の測定結果は、白表示の透過光量が使用温度に依存せず、ほぼ一定となり、そのため表示コントラスト比の温度に依存した変化はほぼ解消した。
次に、第２の発明の実施形態について以下に説明する。
図１３に第２の発明の液晶ユニットの断面図を、図１４に全体分解図を示す。また図１５（ａ）及び図１５（ｂ）には液晶表示装置の上から見た平面図を示す。液晶ユニット１０として図２における液晶パネル２を使用する。前述のように液晶パネル２は表示用電極、配向膜を形成したガラス基板を、配向膜が対向するように配置し、液晶がシール剤によって挟持されている。従来は偏光板を接着剤等によって基板に固定したが、第２の発明では図１３に示すようにガラス基板の外側には、液晶パネル２に固定されていない第１の偏光板２１ａ及び第２の偏光板２１ｂが配置され、第１及び第２の偏光板は同一の偏光板回転軸５０ａを共有している。図１４に示すように液晶表示装置の液晶パネル２には駆動波形を入力するための駆動回路７０がＦＰＣ(Flexible Printed-Circuit)８０を接続することにより構成されている。
そして、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、第１の強誘電性状態である液晶の平均的な分子長軸方向又は第２の強誘電性状態である液晶の平均的な分子長軸方向の位置の変化に対して、第１の偏光板２１ａ又は第２の偏光板２１ｂのいずれか一方、又は両方の偏光軸を一致させることができるように、両偏光板２１ａ及び２１ｂは、偏光板回転軸５０ａを挿入する回転軸穴２１ｄを中心にして、任意に回転させて調整できるようになっている。
より詳しくは、調整の構造として、図１５（ａ）のように偏光板回転ダイヤル６０を回転させても良いし、図１５（ｂ）のように偏光板回転レバー２１ｃを移動させても良い。偏光板の形状としては、これを回転させることによりガラス基板又液晶パネル２の有効表示部分がはみ出すことがないような形状を有しており、長方形でも良いし扇形でもよい。また、第１の偏光板２１ａの偏光軸Ｐ１と第２の偏光板２１ｂの偏光軸Ｐ２とは略９０°の角度で固定する。
図１６（ａ）及び図１６（ｂ）では、液晶パネル２に対して第１の偏光板２１ａの角度を調整した場合を示す。偏光板回転レバー２１ｃを上下に操作することで（矢印参照）、２点鎖線の位置にあった第１の偏光板２１ａ及び第２の偏光板２１ｂを実線の位置に調整し、第１の偏光板２１ａの偏光軸Ｐ１及び第２の偏光板２１ｂの偏光軸Ｐ２を第１又は第２の強誘電性状態である液晶の平均的な分子長軸方向に対して振ることができる。
偏光板を回転させる方法としては、図１５（ａ）及び図１５（ｂ）と、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）にて、偏光板回転ダイアル６０又は偏光板回転レバー２１ｃを用いた手動による方法を説明した。さらに他の手法としては図１９に示すように回転軸５０ａに、回転制御装置としてマイクロステップモーター５０を用いる方法がある。この場合、マイクロステップモーター５０は偏光板回転軸５０ａに組み込まれており、液晶のコーン角度の変化に伴って両方の偏光板を回転させ、それぞれの偏光板を略９０°に配置し、暗表示時の透過光量が最も低くなるように偏光板の偏光軸を合わせる。
以下に、第２の発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図２０は、図２の液晶パネル２を使用して本実施形態に用いた液晶パネルの構成図である。ガラス基板には温度センサー３０ｂが配置され、回転軸には、偏光板２１ａ及び２１ｂの回転制御装置としてステップモーター５０が備えられており、ステップモーター５０と温度センサー３０ｂが電気的に接続され連動するようになっている。
図２０の構成の液晶ユニットで表示を行い、温度センサー３０ｂで使用温度をサンプリングし、それぞれの温度で偏光板の回転角度ををステップモーター５０によって変化させた。図１７には、図２０の液晶ユニットを用いて、温度変化に対する暗表示時の透過光量の測定結果を示す。図示のように、暗表示の透過光量は温度に依存せず、ほぼ一定となった。従って、図１８に示すように、表示コントラスト比についても温度による変化が減少した。
図２１は第２の発明の他の実施形態を示す構成図である。回転軸５０ａにはステップモーター５０を配置し、ガラス基板には電極４０ａが備えられている。電極４０ａは表示電極と同じ材質であり同様な形成方法で作成した。そして回転軸５０ａと電極４０ａはステップモーター５０を介して電気的に接続され連動するようになっている。
図２１の構成の液晶ユニットで表示を行い、電極４０ａで分極反転電流値を測定し、それぞれの分極反転電流値に対して偏光板の回転角度をステップモーターによって変化させた。図２１の構成の液晶ユニットにおいても、暗表示の透過光量の測定結果は温度に依存せず、ほぼ一定となり、そのために表示コントラスト比の温度に依存した変化はほぼ解消した。
図２２は第２の発明のさらに他の実施形態を表す図である。回転軸５０ａにはステップモーター５０を配置し、ガラス基板には液晶パネルを通過した透過光量を測定する透過光センサー３０ａが備えられている。回転軸５０ａと透過光センサー３０ａとはステップモーター５０を介して電気的に接続され連動するようになっている。
図２２の構成の液晶ユニットにおいては、透過光センサー３０ａで検出した暗表示の透過光量の変化によって、偏光板の回転角度をステップモーターによって変化させた。図２２の構成の液晶ユニットにても、暗表示の透過光量が使用温度に依存せず、ほぼ一定となり、そのため表示コントラスト比の温度に依存した変化は解消した。
第２の発明の液晶ユニットでは、強誘電性状態である液晶の平均的な分子長軸方向といずれかの偏光板の偏光軸とが常に一致するように設定されるので、各温度で暗表示時の透過率がほぼ一定であることがわかる。従って、明表示時の透過光量に対する暗表示時の透過光量を表す表示コントラスト比は常に高い値を得ることができる。
次に第３の発明の実施形態について、以下に説明する。
第３の発明では、一対の基板間に第１及び第２の強誘電性状態を少なくとも有する液晶を挟持し、かつ第１の偏光板と第２の偏光板とを前記一対の基板を挟むように配置し、前記第１の偏光板の偏光軸と前記第２の偏光板の偏光軸とは互いに略９０°の角度で固定されている液晶パネルであって、
前記第１の偏光板の偏光軸の方向と前記第２の偏光板の偏光軸の方向とで形成される角度の１／２の角度の方向に位置する２つの軸のうちで、一方の軸を第１の中間軸、他方の軸を第２の中間軸とし、
強誘電性液晶パネルの使用温度範囲内で、第１及び第２の強誘電性状態のうちの、一方の強誘電性状態における強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向が、第２の偏光板の偏光軸と第１の中間軸との間に常に位置し、かつ他方の強誘電性状態における強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向が、第１の偏光板の偏光軸と第１の中間軸との間に常に位置するように、
又は一方の強誘電性状態における強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向が、第２の偏光板の偏光軸と第２の中間軸との間に常に位置し、かつ他方の強誘電性状態における強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向が、第２の偏光板の偏光軸と第１の中間軸との間に常に位置するように、
又は一方の強誘電性状態における強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向が、第１の偏光板の偏光軸と第１の中間軸との間に常に位置し、かつ他方の強誘電性状態における強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向が、第１の偏光板の偏光軸と第２の中間軸との間に常に位置するように、
それぞれの偏光板を配置すると、強誘電性液晶パネルの白表示の使用温度範囲内のコーン角度の変化に対する透過光量の変化曲線には、極大値もしくは極小値が存在しない。即ち、変化曲線が単調減少もしくは単調増加を示す。また黒表示の使用温度範囲内の温度変化に対する透過光量の変化曲線にも、極大値もしくは極小値が存在しない。即ち、変化曲線が単調減少もしくは単調増加を示す。さらに白表示の使用温度範囲内のコーン角度の変化に対する透過光量の変化曲線の微分係数の極性と、黒表示の使用温度範囲内の温度変化に対する透過光量の変化曲線の微分係数の極性が等しくなる。
表示コントラスト比は白表示と黒表示の時の透過光量の比であるから、使用温度によって白表示の透過光量が減少しても、黒表示の透過光量も減少するので、表示コントラスト比の変化はほぼ解消される。また白表示の透過光量が増加しても、黒表示の透過光量も増加するので、同様の効果が得られる。
さらにバックライトを備えた強誘電性液晶ユニットの場合には、バックライトの出力光量が強誘電性液晶のコーン角度に応じて変化するようにし、バックライトの出力光量の変化曲線の微分係数が、前述した強誘電性液晶ユニットにおける、白表示又は黒表示の透過光量の変化曲線の微分係数の極性とは逆の極性を持つようにする。即ち、白表示及び黒表示の透過光量が共に増加した場合には、バックライトの出力光量を小さくし、白表示及び黒表示の透過光量が減少した場合には、バックライトの出力光量を大きくすることにより表示コントラスト比をより良い値でほぼ一定にすることが出来る。
前述のように、液晶分子のコーン角度は使用温度と共に変化するので、液晶分子の温度を測定するために強誘電性液晶パネルの基板上にに温度センサーを設け、この温度センサーとバックライトを電気的に接続し連動させ、バックライトの出力光量を調整させても良い。
また、前述のように、液晶分子のコーン角度は使用温度の他に分極反転電流を測定することによって知ることもできる。一般に強誘電性液晶は一方の強誘電性状態から、他方の強誘電性状態へスイッチングする場合に、自発分極が反転するために反転電流が液晶パネル内を流れることが知られている。この分極反転電流の大きさは自発分極の大きさに比例する。自発分極の大きさは温度によって変化するために、この分極反転電流の値の変化によって温度の変化を知ることができる。即ち、分極反転電流の変化を調べることにより、液晶分子のコーン角度の変化が分かる。そこで、この分極反転電流の測定のために表示画素とは別の電極を設け、分極反転電流の変化を調べ、この電極とバックライトを電気的に接続し連動させてバックライトの出力光量を変化させてもよい。
また、その他の方法として、透過光センサーを設け、液晶パネルを透過した透過光量の輝度をフォトダイオード等を用いて測定する。この透過光量の変化に応じてバックライトの輝度を変化させてもよい。
以下に、第３の発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態においては、図２に示した液晶パネル２をそのまま使用することができる。図２の構成については既に説明したので省略する。また、第１の偏光板の偏光軸方向と第２の偏光板の偏光軸方向とで形成される角度の１／２の角度の方向に中間軸と称する軸を説明上設けた。中間軸は２つ存在し得るので、一方を第１の中間軸、他方を第２の中間軸とした。
１つの実施形態として、偏光板の配置は図２８に示すように、液晶パネルの使用温度範囲内で、一方の強誘電性状態である液晶の平均的な分子長軸方向が、第２の偏光板の偏光軸と第１の中間軸との間に常に位置し、かつ他方の強誘電性状態である液晶の平均的な分子長軸方向が、第１の偏光板と第１の中間軸との間に常に位置するように配置した。なお、本実施形態では液晶として反強誘電性液晶でも適用できるが、強誘電性液晶の場合で説明する。
強誘電性液晶ユニットは、最低使用温度が１０℃、最大使用温度が４０℃であり、使用温度範囲とはこの範囲以内とした。図６で説明したように、強誘電性液晶の使用温度とコーン角度の関係は、強誘電性液晶のコーン角度は温度の上昇につれて小さくなっている。
図３５はこの強誘電性液晶を用い、本実施例の液晶ユニットで表示した場合の、使用温度に対する白表示の時の透過光量（ｈ）及び黒表示の時の透過光量（ｇ）との関係を示したグラフである。使用温度が上昇するのに伴い、それぞれの透過光量も上昇している。白表示の透過光量と黒表示の透過光量の比である表示コントラスト比に注目すると、図３６のように使用温度に依存せず、表示コントラスト比が一定となり、良好な表示状態を実現できた。
さらにバックライトの出力光量を調整することを行った。前述の図１は第３の発明にも適用できる。即ち、前述のように、図２の構成の液晶パネル２にバックライト１を備え、ガラス基板には温度センサー３が付けられている。そして、バックライト１と温度センサー３は出力光量制御装置４を介して、電気的に接続され連動している。
この図１の構成の液晶ユニットで表示を行い、温度センサー３で使用温度をサンプリングし、それぞれの温度でバックライトの出力光量を出力制御装置によって変化させた。ここでバックライトの出力光量は使用温度が下降するに従い増加させた。このようにバックライトの出力光量を調整した強誘電性液晶ユニットの温度変化に対する白表示の透過光量（ｊ）及び暗状態の透過光量（ｉ）の測定結果を図３７に示す。図３７で示すように、白表示及び黒表示の透過光量はどちらも使用温度に依存せず、ほぼ一定となり、バックライトの出力光量を調整しない図３５に比べ、より良好な表示品質を実現できた。
前述の図１１は本実施形態にも適用できる。前述のように、図２の構成を用いて強誘電性液晶パネル２にバックライト１を備え、ガラス基板には電極４０ｂが備えられている。電極４０ｂは表示電極と同じ材質であり、同様な形成方法で作成した。そしてバックライト１と電極４０ｂは出力光量制御装置４を介して電気的に接続され連動させている。
この図１１の構成の強誘電性液晶ユニットで表示を行い、電極４０ｂで分極反転電流値を測定し、それぞれの分極反転電流値に対してバックライトの出力光量を出力制御装置によって変化させた。ここで分極反転電流値が大きくなると、バックライトの出力光量を多くし、分極反転電流値が小さくなると、バックライトの出力光量を減少させた。図１１の構成の強誘電性液晶パネルにおける、温度変化に対する白表示及び黒表示の透過光量の測定結果は、図３７と同じ結果が得られ、使用温度に依存せずほぼ一定となり、従って、表示コントラスト比の温度による差はほぼ解消され、同じく良好な表示品質を実現できた。
前述の図１２は本実施形態にも適用できる。即ち、図２の構成を用いた強誘電性液晶パネル２にバックライト１を備え、ガラス基板にはバックライトから出力され、強誘電性液晶パネルを通過した透過光の輝度を測定する透過光センサー３０ｃが備えられている。そしてバックライト１と透過光センサー３０ｃは出力光量制御装置４を介して電気的に連動されている。また、強誘電性液晶のコーン角度と透過光の輝度との相関関係を記憶しておくメモリー５を備え、透過光センサー３０ｃで測定された輝度とメモリー５で記憶された相関関係により、バックライトの出力光量が調整され、再出力するようにした。
図１２の構成を用いた強誘電性液晶ユニットにおける、温度変化に対する白表示及び黒表示の透過光量の測定結果は、図３７と同じ結果が得られ、使用温度に依存せずほぼ一定となる。従って、表示コントラスト比の温度による差はほぼ解消され、同じく良好な表示品質を実現できた。
次に他の実施形態として、偏光板の配置は、図２９に示すように液晶パネルの使用温度範囲内で、一方の強誘電性状態における強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向が、第２の偏光板の偏光軸と第２の中間軸との間に常に位置し、かつ他方の強誘電性状態における強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向が、第２の偏光板と第１の中間軸との間に常に位置するように、
または図３０に示すように一方の強誘電性状態における強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向が、第１の偏光板の偏光軸と第１の中間軸との間に常に位置し、かつ他方の強誘電性状態における強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向が、第１の偏光板と第２の中間軸との間に常に位置するように設置した。本実施形態の強誘電性液晶パネルは、最低使用温度が１０℃、最大使用温度が４０℃であり、使用温度範囲とはこの範囲以内とした。
本実施形態で使用した強誘電性液晶は先の実施形態で使用したものと同一の材料を使用した。この強誘電性液晶のコーン角度は温度が上昇するにつれて小さくなっている。
図３８はこの強誘電性液晶を用い、本実施形態の強誘電性液晶パネルで表示を行った場合の、使用温度に対する白表示の時の透過光量（１）及び黒表示の時の透過光量（ｋ）との関係を示したグラフである。使用温度が上昇するのに伴い、それぞれの透過光量は下降している。白表示の透過光量と黒表示の透過光量の比である表示コントラスト比に注目すると、図３９のように使用温度に依存せず、表示コントラスト比が一定となり、良好な表示状態を実現できた。
さらにバックライトの出力光量を調整することを行った。先の実施形態と同じように図１の構成の強誘電性液晶ユニットを使用した。この図１の構成の強誘電性液晶ユニットで表示を行い、温度センサー３で使用温度をサンプリングし、それぞれの温度でバックライトの出力光量を出力制御装置４によって変化させた。ここでバックライトの出力光量は使用温度が上昇するに従い増加させた。このようにバックライトの出力光量を調整した強誘電性液晶パネルの温度変化に対する白表示及び黒表示の透過光量の測定結果は図３７と同じ結果が得られた。図３７で示すように、白表示及び黒表示の透過光量はどちらも使用温度に依存せず、ほぼ一定となり、バックライトの出力光量を調整しない図３８に比べ、より良好な表示品質を実現できた。
次に、前述の図１１の構成の強誘電性液晶ユニットを用い表示を行い、電極４０ｂで分極反転電流値を測定し、それぞれの分極反転電流値に対してバックライトの出力光量を出力制御装置によって変化させた。ここで分極反転電流値が大きくなると、バックライトの出力光量を少なくし、分極反転電流値が小さくなると、バックライトの出力光量を増加させた。図１１の構成の強誘電性液晶パネルにおける、温度変化に対する白表示及び黒表示の透過光量の測定結果は、図３７と同じ結果が得られ、使用温度に依存せずほぼ一定となり、従って表示コントラスト比の温度による差はほぼ解消され、同じく良好な表示品質を実現できた。
次に、前述の図１２の構成の強誘電性液晶ユニットで表示を行った。強誘電性液晶パネルにおける、温度変化に対する白表示及び黒表示の透過光量の測定結果は、図３７と同じ結果が得られ、使用温度に依存せずほぼ一定となり、従って表示コントラスト比の温度による差はほぼ解消され、同じく良好な表示品質を実現できた。
また偏光板を配置する際には、いずれの実施形態において、それぞれの強誘電状態である強誘電性液晶の平均的な分子長軸方向が、偏光板の偏光軸又は中間軸と重なった場合でも、同様に良好な結果が得られた。
本実施形態においては使用温度範囲は１０℃から４０℃と設定したが、使用温度範囲はこれに限定されるものではない。
第１の発明によれば、反強誘電性液晶ユニットは各温度での表示コントラスト比の温度依存性が無くなり、かつバックライトの出力光量を調整はごく僅かな電力の消費で実現が可能である。いずれの使用温度で使用しても、常に変わらない良好な表示を得ることが出来る。
また、第２の発明によれば、温度変化によるコーン角度の変化によって発生する、反強誘電性液晶又は強誘電性液晶の分子長軸方向と偏光板の偏光軸とのズレで暗表示時の表示コントラスト比が低下することに対し、偏光板を所望の角度で回転することができる構造を具備しているため、動作範囲内の温度変化であれば常に暗表示時の透過光量を最適なものとすることができ、常に高い表示コントラスト比を達成することができる。
さらに、第３の発明によれば、強誘電性液晶ユニットは、第１及び第２の偏光板の配置により、使用温度範囲内において、常に一定の表示コントラスト比を実現でき、かつバックライトの出力光量を調整させることにより、使用温度範囲のどの温度で使用しても常に良好な表示品質を保つことが出来る。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明によれば、反強誘電性液晶を使用した液晶パネルの、例えば使用温度が変化しも、表示コントラスト比の変化が小さく、かつバックライトによる消費電力を上昇させることのない反強誘電性液晶ユニットを提供することができ、また、反強誘電性液晶又は強誘電性液晶を使用した液晶パネルの、例えば使用温度の変化によって液晶分子のコーン角度が変化しても、その温度における最大コントラスト比を得るように偏光板を設定できる液晶ユニットを提供することができ、さらに、強誘電性液晶を使用した液晶パネルの、例えば使用温度が変化しも、表示コントラスト比の変化が小さく、かつバックライトによる消費電力を上昇させることのない強誘電性液晶ユニットを提供することができるので、良好な画質を持った液晶パネル及びそのバックライトを持った液晶ユニットを提供することができるので産業上の利用範囲は非常に広範囲である。

Claims (16)

1. 一対の基板間に第１の強誘電性状態と第２の強誘電性状態とを少なくとも有する液晶を挟持し、かつ第１の偏光板と第２の偏光板とを備えた液晶パネルを有し、
   前記第１の偏光板と第２の偏光板は前記一対の基板を挟むように配置され、
   前記第１の偏光板の偏光軸と前記第２の偏光板の偏光軸は互いに略90°の角度で固定され、
   前記第１の偏光板の偏光軸の方向と前記第２の偏光板の偏光軸の方向とで形成される角度における１／２の角度の方向に位置する２つの軸のうち、一方の軸を第１の中間軸、他方の軸を第２の中間軸とし、
   前記液晶パネルの使用温度範囲内で、
   前記第１および第２の強誘電性状態のうち、一方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第１の偏光板の偏光軸と前記第１の中間軸との間に常に位置し、かつ、他方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第２の偏光板と前記第１の中間軸との間に常に位置するように、前記一対の偏光板を配置したことを特徴とする液晶表示装置。
2. 一対の基板間に第１の強誘電性状態と第２の強誘電性状態とを少なくとも有する液晶を挟持し、かつ第１の偏光板と第２の偏光板とを備えた液晶パネルを有し、
   前記第１の偏光板と第２の偏光板は前記一対の基板を挟むように配置され、
   前記第１の偏光板の偏光軸と前記第２の偏光板の偏光軸は互いに略90°の角度で固定され、
   前記第１の偏光板の偏光軸の方向と前記第２の偏光板の偏光軸の方向とで形成される角度における１／２の角度の方向に位置する２つの軸のうち、一方の軸を第１の中間軸、他方の軸を第２の中間軸とし、
   前記液晶パネルの使用温度範囲内で、
   前記第１および第２の強誘電性状態のうち、一方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第２の偏光板の偏光軸と前記第１の中間軸との間に常に位置し、かつ、他方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第２の偏光板と前記第２の中間軸との間に常に位置するように、前記一対の偏光板を配置し、
   前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記一方の強誘電性状態における分子長軸方向と他方の強誘電性状態における分子長軸方向とで形成される角度が小さくなるのに伴って、前記光源の出力光量を増加させ、前記角度が大きくなるのに伴って、前記光源の出力光量を減少させるように調整することを特徴とする液晶表示装置。
3. 一対の基板間に第１の強誘電性状態と第２の強誘電性状態とを少なくとも有する液晶を挟持し、かつ第１の偏光板と第２の偏光板とを備えた液晶パネルを有し、
   前記第１の偏光板と第２の偏光板は前記一対の基板を挟むように配置され、
   前記第１の偏光板の偏光軸と前記第２の偏光板の偏光軸は互いに略90°の角度で固定され、
   前記第１の偏光板の偏光軸の方向と前記第２の偏光板の偏光軸の方向とで形成される角度における１／２の角度の方向に位置する２つの軸のうち、一方の軸を第１の中間軸、他方の軸を第２の中間軸とし、
   前記液晶パネルの使用温度範囲内で、
   前記第１および第２の強誘電性状態のうち、一方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第１の偏光板の偏光軸と前記第１の中間軸との間に常に位置し、かつ、他方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第１の偏光板と前記第２の中間軸との間に常に位置するように、前記一対の偏光板を配置し、
   前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記一方の強誘電性状態における分子長軸方向と他方の強誘電性状態における分子長軸方向とで形成される角度が小さくなるのに伴って、前記光源の出力光量を増加させ、前記角度が大きくなるのに伴って、前記光源の出力光量を減少させるように調整することを特徴とする液晶表示装置。
4. 前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記一方の強誘電性状態における分子長軸方向と他方の強誘電性状態における分子長軸方向とで設定される角度の変化に伴って、前記光源の出力光量を調整する機構を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記一方の強誘電性状態における分子長軸方向と他方の強誘電性状態における分子長軸方向とで形成される角度が小さくなるのに伴って、前記光源の出力光量を減少させ、前記角度が大きくなるのに伴って、前記光源の出力光量を増加させるように調整する機構を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記液晶パネルの使用温度の変化に伴って、前記光源の出力光量を調整する機構を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前液晶表示装置は使用温度の変化を検出する温度センサーと、前記光源の出力光量を調整する出力光量制御装置を備え、前記温度センサーを前記出力光量制御装置とが電気的に接続され連動していることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記温度センサーが前記基板上に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記液晶パネルの使用温度が高くなるのに伴って、前記光源の出力光量を減少させ、前記使用温度が低くなるのに伴って、前記光源の出力光量を増加させるように調整する機構を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
10. 前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記液晶を流れる分極反転電流の変化に伴って、前記光源の出力光量を調整する構成を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
11. 前記液晶表示装置は、前記分極反転電流を測定する分極反転電流測定装置と、前記光源からの出力光量を調整する出力光量制御装置を備え、
    前記分極反転電量測定装置と前記出力光量制御装置が電気的に接続され互いに連動することを特徴とする請求項10に記載の液晶表示装置。
12. 前記分極反転電流測定装置は基板上に設けられた電極であることを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置。
13. 前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記液晶を流れる分極反転電流が大きくなるのに伴って、前記光源の出力光量を増加させ、前記分極反転電流が小さくなるのに伴って、前記光源の出力光量を減少させるように調整する機構を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
14. 一対の基板間に第１の強誘電性状態と第２の強誘電性状態とを少なくとも有する液晶を挟持し、かつ第１の偏光板と第２の偏光板とを備えた液晶パネルを有し、
    前記第１の偏光板と第２の偏光板は前記一対の基板を挟むように配置され、
    前記第１の偏光板の偏光軸と前記第２の偏光板の偏光軸は互いに略90°の角度で固定され、
    前記第１の偏光板の偏光軸の方向と前記第２の偏光板の偏光軸の方向とで形成される角度における１／２の角度の方向に位置する２つの軸のうち、一方の軸を第１の中間軸、他方の軸を第２の中間軸とし、
    前記液晶パネルの使用温度範囲内で、
    前記第１および第２の強誘電性状態のうち、一方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第２の偏光板の偏光軸と前記第１の中間軸との間に常に位置し、かつ、他方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第２の偏光板と前記第２の中間軸との間に常に位置するように、前記一対の偏光板を配置し、
    前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記液晶を流れる分極反転電流が大きくなるのに伴って、前記光源の出力光量を減少させ、前記分極反転電流が小さくなるのに伴って、前記光源の出力光量を増加させるように調整することを特徴とする液晶表示装置。
15. 一対の基板間に第１の強誘電性状態と第２の強誘電性状態とを少なくとも有する液晶を挟持し、かつ第１の偏光板と第２の偏光板とを備えた液晶パネルを有し、
    前記第１の偏光板と第２の偏光板は前記一対の基板を挟むように配置され、
    前記第１の偏光板の偏光軸と前記第２の偏光板の偏光軸は互いに略90°の角度で固定され、
    前記第１の偏光板の偏光軸の方向と前記第２の偏光板の偏光軸の方向とで形成される角度における１／２の角度の方向に位置する２つの軸のうち、一方の軸を第１の中間軸、他方の軸を第２の中間軸とし、
    前記液晶パネルの使用温度範囲内で、
    前記第１および第２の強誘電性状態のうち、一方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第１の偏光板の偏光軸と前記第１の中間軸との間に常に位置し、かつ、他方の強誘電性状態における液晶の分子長軸方向が、前記第１の偏光板と前記第２の中間軸との間に常に位置するように、前記一対の偏光板を配置し、
    前記液晶表示装置は前記液晶パネルを照明する光源を備え、前記液晶を流れる分極反転電流が大きくなるのに伴って、前記光源の出力光量を減少させ、前記分極反転電流が小さくなるのに伴って、前記光源の出力光量を増加させるように調整することを特徴とする液晶表示装置。
16. 前記液晶は、強誘電性液晶または反強誘電性液晶であることを特徴とする請求項１から15の何れか１項に記載の液晶表示装置。

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