JP3830170B2 - 液晶装置の製造方法 - Google Patents

Description

発明の属する技術分野
本発明は液晶装置の製造方法に関し、特にスメクティック液晶装置において、最適な駆動電圧値を自動的に求め、その電圧値で駆動するための液晶装置の製造方法に関する。
従来の技術
液晶パネルは軽薄短小でありながら、ＣＲＴと同等の表示品位を得ることができるため近年盛んに研究開発がなされている。最近ではテレビやコンピューターなどのモニターとして用いられるだけではなく、光シャッター等のいわゆる空間光変調素子としても用いられている。
液晶パネルに用いられている液晶材料において、液晶分子の状態がスイッチングする閾値電圧は温度依存性を有している。また、液晶パネルは見る角度によって表示品位が異なる視角依存性を有する。そのため、従来の液晶装置では動作している状態で最適な表示が行われるように液晶に印加される電圧を調整するための装置が設けられており、実際に液晶の画面を見ながら最適表示となるように電圧の調整を行っていた。
発明の開示
しかし液晶パネルを空間光変調素子として用いる場合は装置内部に組み込まれるため、直接人間の目で液晶パネルの表示状態を確認することが出来ない。そこで本発明は人間の目で直接液晶パネルの表示状態を確認できない場合に、液晶パネルの表示状態が最も最適な状態（即ち、最もコントラストの高い状態）とするために必要な駆動電圧の値（以下、「最適駆動電圧値」と記す）を自動的に求める液晶装置の製造方法を提供することを目的する。
本発明による液晶装置の製造方法は、表示装置または２次元的な光信号の光量調節を非常に高速に行う空間光変調素子等に用いられる。本発明による液晶装置を空間光変調素子として用いた場合、液晶パネルは入力してきた２次元の光信号を所定の状態の出力光にする、光に対するシャッターの役目を果たす。
本発明液晶装置の製造方法は、特に強誘電性液晶や反強誘電性液晶などのスメクティック液晶を用いた液晶装置を対象としている。
上記目的を達成するため、本発明の製造方法が適用される液晶装置は以下の構成を有している。
上記液晶装置は、一対の基板間にスメクティック液晶を挟持してなる液晶パネルと、液晶パネルに表示された画像を取り込むための表示取り込み装置と、取り込まれた画像データを記憶する取り込みメモリと、参照画像データを記憶する参照メモリと、前記取り込みメモリ及び参照メモリのそれぞれに記憶されているデータを比較する表示差回路と、前記液晶パネルへの印加電圧値を可変するための電圧値可変回路と、最適電圧設定手段とを備えている。
また、本発明が適用される液晶装置は、複数の信号電極と走査電極とを有する１対の基板間にスメクティック液晶を挟持してなる液晶パネルを有している。そして、信号電極に印加される信号電圧と走査電極に印加される走査電圧とをそれぞれ変化させ、信号電圧と走査電圧の各組み合わせにおける液晶パネルの表示を前記表示取り込み装置で取り込む。取り込まれた画像データを取り込みメモリに記憶し、前記取り込まれた画像データと前記参照画像データを比較する。そして、２つのデータが一致する信号電圧と走査電圧の各組み合わせを、信号電圧及び走査電圧をそれぞれのＸ軸及びＹ軸とした座標にプロットする。プロットされた点によって描かれる領域の重心の座標に相当する信号電圧値及び走査電圧値をそれぞれ最適駆動電圧値として設定する。
また、液晶装置の適応可能な最高温度及び最低温度において、同じ動作を行い、プロットされた領域を求める。そして、最高温度においてプロットされた点によって描かれる領域と最低温度においてプロットされた点によって描かれる領域と重なる領域の重心の座標に相当する信号電圧値及び走査電圧値をそれぞれ最適駆動電圧値として設定する。
発明の効果
本発明の液晶表示装置を用いることにより液晶パネルの表示状態を直接目視観察できない場合でも最適駆動電圧を設定することができる。また、この方法で求めた最適駆動電圧を用いることにより、温度等の変動で液晶の閾値電圧等が多少変化した場合でも駆動電圧を調整することなく最適な表示を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
図１は、強誘電性液晶における液晶分子の安定状態を示した図である。
図２は、強誘電性液晶セルと偏光板の構成図である。
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。
図４は、反強誘電性液晶セルと偏光板の構成図である。
図５は、反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。
図６は、本発明で用いた液晶パネルの構成図である。
図７は、本発明で用いた液晶パネルの電極構成の例を示す図である。
図８は、最適駆動電圧設定回路を組み込んだ本発明が適用される液晶装置のブロック図である。
図９は、本発明で用いたサンプル表示を示した図である。
図１０は、本発明で用いた液晶パネルの駆動可能な電圧値の領域を示した図である。
図１１は、本発明で用いた液晶パネルの、35℃と45℃において駆動可能な電圧値の領域を示した図である。
図１２は、最適駆動電圧設定回路を組み込んだ本発明が適用される液晶装置の別の実施形態のブロック図である。
発明の詳細な説明
図１は、強誘電性液晶の安定状態を示した図である。強誘電性液晶は図１に示すように２つの安定状態を持ち、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、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。
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。負の電圧を印加し、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、前記印加された電圧値が強誘電性液晶分子の閾値以上である場合に第１の安定状態が得られる。また、強誘電性液晶分子の閾値以上である逆極性の電圧が印加された場合は、第２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。
図４は反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のどちらかと電圧無印加時に於ける平均的な分子の長軸方向Ｘがほぼ平行になるように液晶セル２を置く。そして、電圧無印加時に黒状態となり、電圧印加時には白状態となるように液晶セルを設定する。
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５のようなループを描く。電圧を印加し増加させたとき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、逆に電圧値を減少させたとき光透過率が減少し始める電圧値をＶ５、また逆極性の電圧を印加し、その絶対値を増加させたときに光透過率が変化し始める電圧値をＶ３、光透過率変化が飽和する電圧値をＶ４、逆に電圧の絶対値を減少させたとき光透過率が変化し始める電圧値をＶ６とする。図５に示されているように、前記印加された電圧値が反強誘電性液晶分子の閾値以上である場合に第１の強誘電性状態が選択される。また、反強誘電性液晶分子の閾値以上である逆極性の電圧が印加された場合は、第２の強誘電性状態が選択される。これらの強誘電性状態において、電圧値がある閾値より低くなった場合には反強誘電性状態が選択される。
図６に示す本発明で用いた液晶パネルは、約1.7μの厚さの強誘電性液晶層又は反強誘電性液晶層22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電極24ａ，24ｂが形成されており、その上に無機配向膜25ａ，25ｂが蒸着されている。さらに１方のガラス基板の外側に偏光板21ａが設置されており、他方のガラス基板の外側には偏光板21ａの偏光軸と90°異なるようにして偏光板21ｂが設置されている。
本発明に用いられている液晶装置は、光制御装置内に設置してある場合には液晶パネルの表示状態を外部から目視で観察することが出来ない。そこで本発明における液晶装置には、液晶パネルの表示状態が最適になるような最適駆動電圧値を自動的に設定するための装置が組み込まれている。なお、ここで言う表示とは液晶を表示装置として用いた場合の画像の表示、及び液晶をシャッター等に用いた場合の透過光量の両者を意味するものとする。
図７はマトリックス駆動を行う場合の液晶パネルの電極構成の例を示す。液晶の駆動を行うため走査電極（Y1〜Yn）と信号電極（X1〜Xn）に電圧波形を印加する。液晶の状態は、それぞれの電極に印加される電圧波形の電圧値に依存している。
図８は最適駆動電圧設定回路を組み込んだ本発明が適用される液晶装置のブロック図である。液晶パネル１５には信号電極１６と走査電極１７が設けられている。そして、これらの電極に電圧値可変回路１８から駆動電圧波形が印加され、液晶パネルに駆動電圧波形に応じた表示が行われる。表示取り込み装置２０はＣＣＤ素子１３とレンズ１４を有し、液晶パネルの最適表示画像（後述）を取り込んで参照メモリに記憶させる。表示取り込み装置２０は、また液晶パネルのサンプル表示（後述）を取り込んで取り込みメモリ１１に記憶させる。そして、参照メモリ１０のデータと取り込みメモリ１１のデータが一致しているかどうかが表示差回路１２で判定され、その結果に応じて最適電圧設定用ＣＰＵ１９は電圧値可変回路１８を制御する。
次に、図８に示された最適駆動電圧設定回路を組み込んだ本発明の液晶装置の動作を説明する。
図９は、白と黒のパターンが交互に並んだサンプル表示２１を示した図である。液晶パネル１５を、例えば光制御装置に組み込む前に、サンプル表示２１と同じパターンを表示させる。この時、目視観察しながら液晶パネル１５の信号電極１６と走査電極１７に印加される電圧を調整し、最適な表示の画像（以下、「参照画像」と記す）を得る。そして、この画像を表示取り込み装置２０によって取り込み、取り込まれた参照画像データは参照メモリ１０に記憶される。
次に、液晶パネルを光制御装置に組み込んだ後、最適駆動電圧値を自動的に求める動作について説明する。液晶パネルを光制御装置に組み込んだ後、図９のサンプル表示２１と同じパターンを表示する。そして、表示された画像を表示取り込み装置２０によって取り込み、取り込まれた画像は取り込みメモリ１１に記憶される。次に、参照メモリ１０に記憶されている最適な表示の画像の参照データと、取り込みメモリ１１に記憶されている画像データが一致しているかどうかを表示差回路１２で判定する。
より具体的に本発明の液晶装置の製造方法を図１０を参照して説明する。まず、信号電圧と走査電圧をそれぞれ１Ｖに設定する。次に、その時の液晶パネル１５の表示を表示取り込み装置２０で取り込み、取り込まれた画像データを取り込みメモリ１１に記憶する。次に、参照メモリ１０に記憶されている参照画像データと取り込みメモリ１１に記憶された前記液晶パネルの画像データが一致するどうかが表示差回路１２で判定する。そして、２つのデータが一致したとき、図１０に示すグラフの横軸の信号電圧１Ｖと縦軸の走査電圧１Ｖの線が交差する点にプロットする。
次に、信号電圧を１Ｖに保持し、走査電圧を１．５Ｖに上げる。そして、先に述べたと同じようにその時の液晶パネル１５の表示を表示取り込み装置２０で取り込み、取り込まれた画像データを取り込みメモリ１１に記憶する。次に、参照メモリ１０に記憶されている参照画像データと取り込みメモリ１１に記憶された前記液晶パネルの画像データが一致するどうかが表示差回路１２で判定する。そして、２つのデータが一致したとき、図１０に示すグラフの横軸の信号電圧１Ｖと縦軸の走査電圧１．５Ｖの線が交差する点にプロットする。２つのデータが一致しないときはプロットされない。上記動作を走査電圧が２０Ｖになるまで０．５Ｖ間隔で増加して行う。
次に、信号電圧を１．５Ｖに設定し、走査電圧を１Ｖから０．５Ｖ間隔で増加し、上記と同じ動作を行う。なお、上記動作では信号電圧及び走査電圧は１Ｖの値から開始され、０．５Ｖ間隔で増加している。しかし、これらの値は適宜変更してもよい。
上記動作を行って、２つのデータが一致したときの走査電圧と信号電圧が交差した点をプロットした結果が図１０に示されている。図１０に示されているように、プロットされた領域は三角形となる（以下、この三角形の領域を「駆動可能領域」と記す）。そして、「駆動可能領域」の重心の位置を求め、重心の位置に対応する信号電圧と走査電圧を「最適駆動電圧値」として用いる。このように重心の位置に対応する信号電圧及び走査側電圧を最適駆動電圧値として用いることにより、走査電圧や信号電圧が多少変動しても、上記三角領域を外れずに最適駆動をすることができる。この結果、温度の変化等で液晶の駆動電圧値が多少変動した場合でも最適な表示をすることが可能な駆動電圧として使用することができる。
なお、上記最適駆動電圧値を求める動作の制御は、図８の最適電圧設定用ＣＰＵ１９によって行われる。
また、液晶装置を使用する環境の温度変化が大きい場合には、使用する温度の最低温度と最高温度でそれぞれ駆動可能領域を求め、両方の駆動可能領域が重なりあった三角領域の重心を求め、重心の位置に対応する信号側及び走査側の電圧値を最適駆動電圧値として用いる。
図１１は上記のようにして求めた三角領域を示したものである。使用する環境の最低温度、例えば３５℃において、上記と同様の方法で三角領域（Ａ）を求める。また、使用する環境の最高温度、例えば４５℃において、上記と同様の方法で三角領域（Ｂ）を求める。そして、三角領域（Ａ）と（Ｂ）が重なった三角領域（Ｃ）の重心を求め、重心の位置に対応する信号電圧と走査電圧を「最適駆動電圧値」として用いる。このように求めた「最適駆動電圧値」を用いることにより、３５℃から４５℃までの温度変化に対して、駆動電圧値の補正を行うことなく、安定した表示を行うことができる。
本実施形態においては、ＣＣＤ素子１３とレンズ１４からなる表示取り込み装置２０によって画像データを直接取り込む場合を説明した。しかし、別の実施形態として、図１２に示すように、透過光量を集光するためのレンズ74と集光した光を受けて光量を測定するための透過光量測定装置７３（例えば、フォトダイオードとアンプから構成）で構成することができる。この構成では、画像を映し出した液晶パネル全域からの透過光量を取り込む。透過光量測定装置７３は、最適表示画像である参照画像の透過光量を取り込んで透過光量のデータを参照メモリ１０に記憶させる。透過光量測定装置７３は、また液晶パネルのサンプル表示の透過光量を取り込んで取り込みメモリ１１に記憶させる。そして、参照メモリ１０のデータと取り込みメモリ１１のデータが一致しているかどうかが表示差回路１２で判定され、その結果に応じて最適電圧設定用ＣＰＵ１９は電圧値可変回路１８を制御する。これにより、図８に示されたものと同様の効果を得ることができ、かつＣＣＤ素子を用いる場合と比べて構成を簡単にするとができる。
図８及び図１２に示した本発明の実施形態においては、パッシブマトリクスを用いた液晶装置を例に説明した。しかし、アクティブマトリクスを用いた液晶装置にも本発明を適用できることは勿論である。

Claims (9)

1. 一対の基板間に液晶を挟持してなる液晶パネルの走査電極と信号電極とのそれぞれに任意の電圧を印加して、画像データを表示するステップと、
   前記画像データの表示を表示取り込み装置で測定し、測定された前記画像データを取り込みメモリに記憶するステップと、
   前記取り込みメモリに記憶された前記画像データと、参照メモリに記憶された参照画像データとを表示差回路にて比較するステップと、
   前記画像データと前記参照画像データとが一致したときには、前記任意の電圧を記憶するステップと、
   電圧値可変回路により前記液晶パネルに印加される前記任意の電圧を可変して、複数の記憶された前記任意の電圧を得るステップと、
   前記複数の記憶された前記任意の電圧により、駆動可能領域を求めるステップと、
   前記駆動可能領域から最適駆動電圧値を決定するステップと、
   前記最適駆動電圧値を前記液晶パネルの駆動電圧値に設定するステップを有することを特徴とする液晶装置の製造方法。
2. 前記走査電極と前記信号電極とのそれぞれに印加される前記任意の電圧は、それぞれ走査電圧と信号電圧であり、前記画像データと前記参照画像データとが一致したときには、前記走査電圧と前記信号電圧とを、Ｘ軸及びＹ軸とした座標にプロットして記憶することを特徴とする、請求項１に記載の液晶装置の製造方法。
3. 前記座標にプロットされた領域が前記駆動可能領域であることを特徴とする請求項２に記載の液晶装置の製造方法。
4. 前記駆動可能領域の重心の位置に対応する電圧値が前記最適駆動電圧値であることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置の製造方法。
5. 前記液晶装置の適応可能な最高温度及び最低温度において、それぞれの温度にて前記駆動可能領域を求めるステップと、
   前記最高温度における前記駆動可能領域と前記最低温度における前記駆動可能領域とが重なる領域を求めるステップと、
   前記重なる領域より前記最適駆動電圧値を決定するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶装置の製造方法。
6. 前記重なる領域の重心の位置に対応する電圧値が前記最適駆動電圧値であることを特徴とする請求項５に記載の液晶装置の製造方法。
7. 前記表示取り込み装置はCCD素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置の製造方法。
8. 前記表示取り込み装置は透過光量測定装置を備え、前記画像データおよび前記参照画像データは前記液晶パネルの全域による透過光量であることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置の製造方法。
9. 前記液晶はスメクティック液晶であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の液晶装置の製造方法。

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