JP3846084B2 - 液晶装置およびその駆動方法並びに電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネル等の液晶装置および当該液晶装置の駆動方法並びに当該液晶装置を適用した電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶装置は、基板の少なくとも一方にラビング処理を施した配向膜を有し、電界を加えない状態では上記配向膜のラビング方向にそって液晶の分子が配列している。また、電界を加えた状態では電界方向に上記液晶の分子が配列する。
【０００３】
例えば、ここに示すＩＰＳ（In Plane Switching）モードとＴＮ（Twisted Nematic,ねじれネマティック）モードがその例である。
【０００４】
まず、図５はＩＰＳモードの表示原理を示す概略図であり、電極４２ａ，４２ｂ間に電界がない状態（左側）と、電極４２ａ，４２ｂ間に電界がある状態（右側）とを示す。この状態からわかるように電界がない状態では、液晶分子は基板面と平行に同じ方向に配向している。これは配向膜に施したラビングによるものである。また、電界がある状態では、図示されているように電界方向に液晶分子が配列する。このようにして、図５の場合、電極４２ａ，４２ｂ間に電圧を印加したとき、上方から入射した光は液晶を透過して下方へ出射する（ノーマリー・ブラックモード）。
【０００５】
また、図６はＴＮモードの表示原理を示す概略図であり、電極５２ａ，５２ｂ間に電界がない状態（左側）と、電極５２ａ，５２ｂ間に電界がある状態（右側）とを示す。電界がない状態では、液晶分子はツイスト配向してなり、電界がある状態では、液晶分子は電界方向に配列する。このようにして、図６の場合、電極５２ａ，５２ｂ間に電圧を印加したときには、上方から入射した光は液晶層を透過し、偏光板５１ｂで遮断される（ノーマリー・ホワイトモード）。
【０００６】
上述したように、従来の液晶装置の構成は、液晶を挟持する一対の基板の少なくとも一方にラビング処理を施した配向膜を形成し、配向膜による規制力によって初期の配列状態（第１の状態）を保持し、印加される横電界（基板面に対して平行な電界）または縦電界（基板面に対して垂直な電界）により液晶を第２の状態に遷移させるものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した液晶表示方法では、加えていた電界がなくなると液晶分子は必然的に配向安定な第１の状態に戻ってしまう。これらの現象はコントラストの低下や明るさ不足、視角特性の劣化等の表示品質を下げる原因となる。この問題の改善のためには、各画素の電界を、書き込み時以外でも保持するようにしなくてはいけない。具体的な方策として、通常はＴＦＴ等のスイッチングデバイスを各画素毎に設けるが、これは製造プロセスの複雑化を招き、コストの増加にもなる。しかもこのような方策によっても、実際は各画素の電界を数百ミリ秒程度保持するのが限界である。そのため従来の液晶装置では数十Ｈｚという一定の周期で定常的に書き込みを行うことが必要である。このような連続的かつ頻繁な書き込み動作は、液晶装置に映し出される内容が変化するしないに関わらず必要であり、常に一定の消費電力を必要とする。
【０００８】
一方でＦＬＣ（Ferroelectric Liquid Crystal，強誘電性液晶）を使った液晶装置では、液晶層自身が持つメモリ性により一度書き込んだ後は、定期的な書き込み動作は不必要になる。このため、ＦＬＣはＴＦＴなどのスイッチング素子なしで表示品質を高めたり、消費電力を減らす点で有利であるが、液晶ディスプレイの画面全体でセルギャップを均一に薄く制御しなくてはいけない、中間調表示が難しいなどの問題点を有している。
【０００９】
また、従来の液晶装置では液晶を配向させるために配向膜が不可欠であるが、配向膜形成プロセスによる製造歩留まりの低下や、長時間の使用により配向膜が劣化し、それにともない表示品質が低下するなどの問題が、いまだ大きな問題として存在する。
【００１０】
本発明は上記問題点を解決するものであり、配向膜を用いることなく電界のみで液晶の配向方向を制御でき、液晶の種類に関係なくメモリ性を備える液晶装置を提供するとともに、当該液晶装置の駆動方法および当該液晶装置を適用した電子機器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明の概要を説明すれば、下記のとおりである。
【００１２】
すなわち、本発明の液晶装置は、一対の基板間に液晶を挟持してなる液晶装置であって、前記基板面には、配向膜が形成されておらず、前記液晶装置の画素は、前記一対の基板に前記液晶を挟んで対向する電極により構成されており、前記対向する電極は二対または四対の電極にて構成され、該二対または四対の電極は前記各基板上では互いに隣接して配置されてなり、前記液晶は、前記対向する電極間の電圧により発生する第１の電界方向と、前記隣接して配置されてなる電極間の電界の方向により発生する第２の電界方向とに配列され、前記第１の電界方向に前記液晶が配列される際には、前記一対の基板のうちいずれか一方の上に前記隣接して配置されてなる電極の一つの電極と当該電極と対向する電極間の電界の方向は、前記一つの電極と隣接して配置されてなる他の電極と当該他の電極と対向する電極間の電界の方向と異なっており、前記第２の電界方向に前記液晶が配列される際には、前記一方の基板上に前記隣接して配置されてなる電極間の電界の方向は、前記第１の電界方向に前記液晶が配列される際の当該電極間の電界の方向と同じであり、他方の基板上に隣接して配置されてなる電極間の電界の方向は、前記第１の電界方向に前記液晶が配列される際の当該電極間の電界の方向と異なる、ことを特徴とするものである。
【００１３】
これにより、液晶層にメモリ性を付与することが可能になり、ＴＦＴ等のスイッチング素子がなくても高いコントラスト等のすぐれた表示品質を持つ液晶装置を得ることができる。これらの特徴は、特に走査線の数が増えたような場合に有効になる。例えば走査線の数が１０００本を越えるような超高精細表示体においてもフリッカ（ｆｌｉｃｋｅｒ，ちらつき）が目立たない、すぐれた液晶装置を得ることができる。
【００１４】
また電界が必要となるのは液晶の状態を遷移するとき、すなわち表示内容を変更するときのみとなり低消費電力化にも貢献できる。これはとくに表示内容の書き換え頻度が少ない情報機器向け表示体として使った場合に有効である。
【００１５】
また液晶は電界を取り除いた状態では、どのような配向状態においても安定となるため、中間調表示の場合でも電界を加えることなくその表示内容を保持することができる。
【００１６】
さらに、配向処理工程が不必要となるために製造工程が簡単になり歩留まりが上がる。また、配向膜による配向規制力がないので液晶の応答性向上にも貢献できるとともに、配向膜がないため長期使用により配向膜が劣化するなどの信頼性上の不具合もなくなる。
【００１８】
さらに、上記制御手段は、上記第１の電界と上記第２の電界とが、上記基板面と平行な方向に制御されるように形成されるとよい。これにより、上記に説明したようないくつものすぐれた特徴の他に、ＩＰＳモードと同等の広視角特性も得ることが出来る。または、上記制御手段は、上記第１の電界が上記基板面と平行な方向に、上記第2の電界が上記基板間方向に制御されるように形成されるとよい。これにより、第１の電界および第２の電界を形成するために必要な電極配置を容易にすることが出来る。
【００１９】
また、上記制御手段が各画素領域に独立して形成されることが望ましい。これにより、各画素ごとに液晶の分子を制御することが可能となる。
【００２１】
また、各画素領域内に設けられた第１の電界または第２の電界を発生させる複数の電極にそれぞれにスイッチング素子を設けることも可能である。これにより例えばＵＸＧＡ等の超高精細の表示体において各画素に割り当てられる書き込み時間が液晶の応答速度に対して十分でなくなっても、一定の時間電界を保持することにより、十分な書き込みを行うことが可能になる。
【００２２】
また上記スイッチング素子にＴＦＴを用いることができる。
【００２３】
さらに、上記２つの電界の大きさを任意の比率に変えることによって上記液晶分子を所望の方向に適宜制御して所望の中間調を表示することができる。
【００２４】
さらに、上記液晶として正または負の誘電率異方性を持つネマティック液晶を使用することにより、その屈折率異方性に起因する光学的な効果により光の透過状態を制御することができる。ネマティック液晶は、従来から一般的に使われている液晶材料であり、扱いが容易である。
【００２５】
また、この液晶装置を２枚の偏光フィルムで挟み込むとともに、一方の基板と偏光フィルムの間には位相差フィルムを設けることにより、より表示品質の高い液晶装置を得ることができる。
【００２６】
もしくは、一方の基板に反射板を設け、また他方の基板の外側に位相差フィルムと偏光フィルムを設けることにより反射型として機能するようにした液晶装置とすることもできる。
【００２７】
さらには、どちらか一方の基板側にカラーフィルターを設けることにより、カラー表示可能な液晶装置とすることもできる。
【００２８】
また、上記液晶装置をディスプレイとして備える電子機器にあっては、バッテリにより長時間の駆動が可能になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
液晶分子を基板面に平行かつ互いに異なる二つの状態に制御するときの単位画素の概略図を図１に示す。図１（ａ）は基板面と平行に液晶分子を制御したときの斜視図であり、図１（ｂ）は基板面に平行で前記制御方向に対して９０度回転した方向に液晶を制御したとき斜視図である。液晶装置は、電極１を形成した対向する一対の基板間に液晶層２（２ａ，２ｂ）を挟持して構成される。上記電極１は図１（ａ）のように同一基板上に４つの電極（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）から形成されている。
【００３２】
まず、対向する一対の電極１ａ，１ｃにおいて一方の電極１ａを陽極、他方の電極１ｃを陰極にすると、図１（ａ）に示すように１ａから１ｃの方向に電界Ａ１（第１の電界）が生じ、その誘電率異方性が正の場合、液晶分子２ａは電界Ａ１に沿って向きをそろえる。上記基板には配向膜または液晶分子に一定の配向規制力を生じさせるようなものが形成されておらず、それらによる配向規制力が働かないために、電界Ａ１を取り去っても液晶分子２ａの状態は維持される。
【００３３】
次に、他方の対向する一対の電極１ｂ，１ｄにおいて一方の電極１ｄを陽極、他方の電極１ｂを陰極にすると、図１（ｂ）に示すように１ｄから１ｂの方向に電界Ａ２（第２の電界）が生じ、液晶分子２ｂは電界方向Ａ２に沿って向きを変える。その後電界を取り去っても液晶分子２ｂの状態は維持される。
【００３４】
この場合、表示原理としてはＩＰＳモードと同じ原理を用いるが、一度書き込んだ内容が電界を除去した後も保持される点が大きく異なる。また、通常は書き込んだ状態を次の書き込みタイミングまで保持するために、各画素毎にＴＦＴ等のスイッチング素子を設けなくてはいけないが、この場合はそのような付加的デバイスを設ける必要がない。また、配向膜等による規制力が働かないために、液晶分子の応答スピードも速くなる。
【００３５】
以上に加えて、このような構成によれば、表示内容を変化させるときだけ、つまり、液晶の状態を遷移させるときだけ電圧を印加して電界を発生すればよく、特に静止画を表示する場合には大幅に消費電力を低減することができる。
【００３６】
また従来は必要であった配向膜の形成や、配向方向を決めるラビング処理などを不要にでき、製造プロセスの短縮と、歩留まりの向上、ついては製造コストを大幅に下げることが可能になる。
【００３７】
望ましくは、基板表面は出来るだけ平坦にすることが良い。例えば、細かな凹凸などが存在すると、それらは液晶に小さいながらも配向規制力を与えるきっかけとなる場合がある。それを回避する目的には電極上に平坦化膜を塗布する等の手法をとることが出来る。このとき平坦化膜には表面に液晶分子と相互作用を持つような極性基などを持たない材料を用いる。なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３８】
例えば、基板面に平行で互いに異なる２つの電界を発生させるように電極は形成されればよい。すなわち、図１（ａ’）に示すように液晶２’を挟持する一対の基板において、一方の基板に形成される電極間に電圧を印加することにより第１の電界Ａ３を発生させ、他方の基板に形成される電極間に電圧を印加することにより第２の電界Ａ４を発生（図１（ｂ’））させてもよい。当然、図１（ａ）に示す電極（１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）が他方の基板（下基板）にも形成され、下基板上の電極に電圧が印加されて電界を発生させることもでき、より強い電界を得ることができる。また、異なる二つの電界は互いに直交しなくてもよい。
【００３９】
また、図１（ａ）（ｂ）のような場合に，第１の電界の状態を作るために例えば１ａ，１ｂを陽極，１ｃ，１ｄを陰極とし，第２の電界の状態を作るために１ａ，１ｄを陽極，１ｂ，１ｃを陰極とするような方法も可能である。
【００４０】
また本実施例においては、電界の極性をある特定の向きに規定したが、もちろんその逆でも良く、また書き込みを行う度にその極性を反転させることも可能である。
【００４１】
図７に上記液晶装置を液晶表示装置として用いたときの構成を示す断面図を示す。図７（ａ）は透過型液晶表示装置として用いた場合の例である。７０は上記で説明した１対の基板６４ａ、６４ｂと、それに挟持された液晶６１よりなる液晶装置、６２ａ、６２ｂは偏光フィルム、６３は位相差フィルムである。なお、電極は省略してあるが、基板６４ａ，６４ｂの液晶側の面に、ＩＴＯなどの透明電極が設けられている。表示は図１で説明した２つの電界によりもたらされる、液晶配列の２つの状態を利用して行われる。これら２つの状態では液晶の配列の向きが異なるため、液晶層全体としては異なる屈折率異方性を持つ状態となる。ここで、この液晶装置６１を図７（ａ）に示すように特定の状態に設定された２枚の偏光フィルム６２ａ、６２ｂで挟み込み、また場合によっては光学補償用の位相差フィルム６３を偏光フィルム６２ａと上基板６４ａとの間に形成し、後方からバックライト装置により光Ｌを照射してやることにより、光の透過率を液晶分子の配列の状態で制御できるようになり、液晶表示装置としての利用が可能となる。
【００４２】
またバックライト装置を用いなくとも、図７（ｂ）に示すように下基板６４ｂの液晶側に反射板６５を設置することにより、光反射型の液晶表示装置とすることも可能である。図７（ｂ）に示す反射型液晶表示装置は、下基板６４ｂの液晶側に反射板６５が形成され、上基板６４ａの上表面に光学的位相差フィルム６３、偏光フィルム６２が形成された液晶表示装置である。なお、電極は省略しているが、上基板６４ａの液晶側の面には、ＩＴＯなどの透明電極が設けられており、下基板６４ｂには、Ａｌ等の金属材料からなる反射板６５が設けられており、反射板であると同時に、電極としての役割も果たしている。反射型の液晶表示装置の場合も、上方から入射した光を上記と同様の方法（図１）によって制御することにより表示を行う。このような反射型液晶表示体の場合、定常的に電力を消費するバックライト装置がないので、静止画を表示している限りにおいては電力を消費しない液晶装置を実現することも出来る。
【００４３】
さらに図７（ｃ）のように、上基板６４ａ上に各画素毎に、赤、緑、青などの配列からなるカラーフィルター６６を設けることによりカラー表示を行うことも可能である。
【００４４】
いずれにしても表示方式として液晶の屈折率異方性によるリタデーションや旋光性を利用したものであれば、本件にある液晶装置の構成および駆動方式を適用することができ、液晶層にメモリ性と高速応答性を付与することができる。
【００４５】
次に図８を用いて、スイッチング素子としてＴＦＴ素子を基板上に設けた場合の実施例について説明する。本実施例では、第１の実施形態と同じく基板面と平行に異なる２つの電界を発生できるようにした場合のものである。図８（ａ）、図８（ｂ）は、図１（ａ）、図１（ｂ）と同様、２つの電界の向きについて説明するもので、図８（ｃ）はその場合のＴＦＴ素子の接続の方法について示すものである。
【００４６】
この場合、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、電極７１ａ、７１ｃと共通電極である７１ｅが組になり第１電界を発生させ、電極７１ｂ、７１ｄと７１ｅが組になって第２の電界を発生するようになっている。
【００４７】
共通電極７１ｅは常に共通電位に固定されている。またそれぞれの電極とＴＦＴとの電気的接続は図８（ｃ）のようになっている。画素が接続されているゲートライン７３が選択されたとき、ＴＦＴ素子７２ａに接続されているソース線７４ａに信号が来ていると図８（ａ）に示す電界Ｆが発生し、一方、ＴＦＴ素子７２ｂに接続されているソース線７４ｂに信号が来ていると図８（ｂ）に示す電界Ｇが発生する。この場合電界はそれぞれの電極と共通電極７１ｅの間に発生する。
【００４８】
このようにＴＦＴ素子を用いた場合は、書き込みを行う際に、画素に接続されている２つのＴＦＴ素子のうち、どちらの素子にデータを送るかによって液晶の状態を変化させることができる。
【００４９】
このようにＴＦＴ素子などのスイッチング素子を用いることは、表示体の解像度が上がることなどによって、各画素の書き込みに割り当てられる書き込み時間が短くなったときに有効である。つまりＴＦＴ素子により液晶が応答するのに必要な時間は電界を維持しつづけることが出来るので、各画素が選択される時間が短くなっても、十分な書き込みを行うことが出来る。液晶が応答した後で電界を取り去っても、これまでに説明した効果により液晶は動かずに、表示内容は維持される。
【００５０】
さらにＴＦＴ素子７２ａ、７２ｂに接続されているソース線７４ａ、７４ｂの信号の大きさの比率を制御することにより中間調表示も可能になる。例えば電極７１ａ、７１ｃに５Ｖの電位、７１ｂ、７１ｄに２Ｖの電位、共通電極７１ｅを０Ｖにすることにより、２つの電界が合成され図８（ｄ）に示すような電界を発生させることが出来る。この電界の向きはこれら２系統の電極に与える電位の大きさの比によって任意に変化させることが可能である。この例のようにＴＦＴ素子と組み合わせたときには上記で説明したように、液晶が所定の方向に向きを揃えるのに十分な時間を確保することが出来るので、よりすぐれた階調再現特性を有する液晶装置を得ることが出来る。
【００５１】
もちろんこのような電界の合成による階調表示の方法は、本実施形態にあるようなＴＦＴ素子を組み合わせた場合だけでなく、先に説明した第１の実施形態や第２の実施形態についても適用することが可能である。またＴＦＴ素子を組み合わせた場合についても、本実施形態で説明したような電極の配置だけでなく、同じ効果を有する配置であればどのようなものでも構わない。共通電極７１ｅについても、必ずしも必要になるというものではない。
【００５２】
（第２の実施形態）
電界を基板面に平行な方向と、上下基板間方向に制御するときの単位画素の概略図を図２に示す。図２（ａ）は上下基板間に電界を加えたときの断面図、図２（ｂ）は基板面に平行な方向に電界を加えたときの断面図、図２（ｃ）は単位画素の上面図である。液晶装置は、電極２１（２１ａ，２１ｂ）を形成した基板と該基板と対向する電極２２（２２ａ，２２ｂ）を形成した基板との間に液晶２３を挟持してなる。
【００５３】
まず、液晶を挟んで対向する一対の電極２１ａ，２２ａにおいて一方の電極２１ａを陽極、対向する電極２２ａを陰極にし、隣接するもう一対の電極２１ｂ，２２ｂにおいて前記一対の電極とは逆（電極２１ｂを陰極，電極２２ｂを陽極）にすると、上下基板間方向に電界Ｂ１，Ｂ２（第１の電界）が生じ、誘電率異方性が正の場合、液晶分子２３ａは電界Ｂ１，Ｂ２に沿って基板面に垂直な状態に向きをそろえる。上記基板には配向膜等の配向規制力を有するものが形成されておらず、配向規制力が働かないために、電界Ｂ１，Ｂ２を取り去っても液晶分子２３ａの状態は維持される。
【００５４】
次に、液晶を挟んで対向する一対の電極２１ａ，２２ａを陽極、隣接するもう一対の電極２１ｂ，２２ｂを陰極にすると、図２（ｂ）に示すように基板面と平行に電界Ｂ３，Ｂ４（第２の電界）が生じる。前述の場合と同様に、液晶分子２３ｂは電界Ｂ３，Ｂ４に沿って基板面に平行な方向に向きをそろえ、電界を取り去っても基板面に平行な状態を維持する。
【００５５】
このような構成によれば、表示内容を変化させるときだけ、つまり、液晶の状態を遷移させるときだけ電圧を印加して電界を発生すればよく、特に静止画を表示する場合には大幅に消費電力を低減することができる。
【００５６】
また従来は必要であった配向膜の形成や、配向方向を決めるラビング処理などを不要にでき、製造プロセスの短縮と、歩留まりの向上、ついては製造コストを大幅に下げることが可能になる。
【００５７】
望ましくは、基板表面は出来るだけ平坦にすることが良い。例えば、細かな凹凸などが存在すると、それらは液晶に小さいながらも配向規制力を与えるきっかけとなる場合がある。それを回避する目的には電極上に平坦化膜を塗布する等の手法をとることが出来る。このとき平坦化膜には表面に液晶分子と相互作用を持つような極性基などを持たない材料を用いる。なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５８】
例えば、液晶分子を基板間方向に制御する場合、電界が基板面と垂直になるように液晶を挟んで対向する電極の極性を逆にすればよい。すなわち、図２（ａ）において、電極２１ａを陰極、電極２２ａを陽極、２１ｂを陽極、２２ｂを陰極にしてもよい。
【００５９】
さらに単純に２１ａ、２１ｂを陽極に、２２ａ、２２ｂを陰極にするような方法も考えられる。しかしこのような方法では、電極２１、２２とも加える電界の種類によって極性を変えなくてはいけなくなる。本実施例の最初にあるような極性をそれぞれの電極に与えるようにすれば、少なくとも片方の基板上の電極に関しては、加える電界の種類によらないで同じ極性にしておくことができるので、画面全体の書き込みを比較的単純な方法により行うことが出来るようになる。
【００６０】
また、ここではそれぞれの電極の極性を一義的に決めたが、もちろん書き込みの都度その極性を反転させることも可能である。
【００６１】
同様に液晶分子を基板面と平行に制御する場合、電界の方向が基板面と平行になるように隣接する電極の極性を逆にすればよい。すなわち、図２（ｂ）において、電極２１ａ，２２ｂを陰極、２１ｂ，２２ａを陽極にしてもよい。また、一方の基板上に形成される電極にだけ電圧を印加し、他方の電極には電圧を印加せずに電界を発生させて液晶分子を制御することもできる。すなわち、図２（ｂ）において、電極２１ａを陽極、電極２１ｂを陰極にするだけでもよい。当然電極２２のみを使用して電界を発生させてもよい。
【００６２】
また、上記実施形態は単位画素が対向する二対の電極から構成される最も単純な構造（以下、ブロックと称する）について説明したが、複数ブロックから構成することもできる。図２（ａ’）（ｂ’）（ｃ’）に２ブロックの場合の概略図を示す。複数個のブロックに分割すると基板面方向の電界Ｂ７，Ｂ８をさらに強くすることができる。望ましくは、単位画素当たりのブロック数は１〜６個で、同一基板上にある電極間の距離は可能な限り狭くするのがよい。
【００６３】
また、使う液晶の方式についても第１の実施形態にあるような、さまざまなものを組み合わせることができる。また液晶装置の構成についても第１の実施形態同様いくつかのものを考えることができる。
【００６４】
次に、本発明に係る液晶装置の駆動方法を、電界方向を基板面に平行な方向と上下基板間方向に制御できる場合（図２）を例にとって説明する。図３に特定の画素領域において電界を制御する一連のパルス信号の生成タイミングを、図４にこれらのパルス信号に対応する液晶分子の状態（ａ）から（ｅ）を示す。また、階調表示にはパルス幅変調方式を用いる。
【００６５】
最初、液晶分子３３ａは状態（ａ）に保持されている。これはこの前の書き込みにおいて行われた書き込みの結果が保存されている状態である。書き込みを行う前にまず電界を基板間方向に制御するパルス信号３４（以下、リセットパルスと称する）が所定の時間２Ｖｓ／３（Ｖｓ：ラインあたりの選択時間，Ｖｓ＝（１フィールドの時間）／（走査線の数））送信される。ここでリセットパルス３４は状態（ｂ）のように電界Ｃ１，Ｃ２を発生させ、液晶分子３３ｂの向きを一時的に電界Ｃ１，Ｃ２に沿った方向に揃える働きをする。このリセットパルス３４の大きさは、液晶３３の応答速度を速めるために、大きければ大きいほどよいが、駆動回路の負荷等を考慮してそれぞれの電極間にかかる電位差が１０〜２０Ｖ程度になるように設定するのが良い。リセットパルス３４が印加された後では、状態（ｃ）のように液晶分子３３ｃは基板間方向に並び、完全に初期化された状態になる。
【００６６】
その後、電界を基板面と方向に発生させるパルス信号３５（以下、書き込みパルスと称する）が所定の時間（＝Ｖｓ／３×（階調重み））送信される。このとき書き込みパルス３５は状態（ｄ）のように電界Ｃ３，Ｃ４を発生させ、液晶分子３３ｄは電界Ｃ３，Ｃ４に沿って向きを移行する。ここで液晶分子の向きが、状態（ｃ）の向きから、書き込みパルス３５によって発生された電界の向きに変化するのには、一定の時間（Ｔ１）がかかるが、その時間より短い時間（Ｔ２）のパルスを与えることにより、状態（ｂ）における電界方向と状態（ｄ）における電界方向との間の任意の方向に液晶分子の向きを揃えることができる。そのときの階調を決める時間の比率Ｔ２／Ｔ１を階調重みとして定義する。この階調重みを画素毎に制御することにより、中間調表示可能な液晶装置を得ることができる。書き込みパルス３５の大きさについても、リセットパルス３４と同様のことが言え、理想的には大きい方が良いが、駆動回路の負荷を考慮してそれぞれの電極間にかかる電位差が１０〜２０Ｖになるように設定するのがよい。
【００６７】
リセットパルス３４は、書き込みパルス３５の長さによって一義的に階調が決まるようにする目的で加えられている。もしリセットパルスなしで書き込みパルス３５を加えると、たとえ同じ時間の長さの書き込みパルスを加えた場合でも、その前の液晶分子の状態によって書き込みパルスを切ったあとの液晶分子の向きが異なってしまうため均一な、正しい階調表示が出来なくなってしまう。以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００６８】
例えばリセットパルス３４、書き込みパルス３５の大きさ、長さについてはここで挙げた以外にも様々な組み合わせが可能である。もし液晶装置のサイズや画素数によって、２０Ｖ以上のさらに大きなリセットパルスを加えることが可能ならば、液晶分子を高速に動かすことが出来るのでリセットパルスの長さをそれに応じて短いものにすることもできる。また、液晶装置の用途によっては、例えば画面全体に一度にリセットパルスを加えた後で、書き込みパルスを順次各画素に加えて書き込むことも可能である。また例えば、上記駆動方法において、前記第１または第２の電界方向の一方がリセットパルスに応答し、他方が書き込みパルスに応答するように構成されていればよい。本実施例の場合には状態（ｄ）における電界をリセットパルスとして用い、状態（ｂ）における電界を書き込みパルスとして用いることも可能である。
【００６９】
次に、本発明に係る液晶装置の平面図および断面図を図９（ａ），（ｂ）に示す。アクティブマトリクス基板（ＴＦＴアレイ基板）９１の上には、複数の画素電極９2により規制される画素領域（液晶層９３の配向状態が変化する領域）の周囲において、両基板を張り合わせて液晶層９３を包囲するシール部材の一例として光硬化性樹脂からなるシール材９４が画素領域に沿って設けられている。そして対向基板９６の液晶層側にカラーフィルタ層９５が形成されるとともに、シール材９４の内周に沿って遮光性の周辺見切り層９７が設けられている。
【００７０】
上記周辺見切り層９７は、画素領域に対応して開口が開けられた遮光性のケースにアクティブマトリックス基板９１がセットされた場合に当該画素領域が製造誤差等により当該ケースの開口の縁に隠れてしまわないように、即ち例えば液晶パネル用基板のケースに対するずれとして数１００μｍ程度を許容するように画素領域の周囲に５００μｍ〜１ｍｍ程度の幅を持つ帯状の遮光性材料により形成される。このような遮光性の周辺見切り層９７は、例えばＣｒ（クロム）やＮｉ（ニッケル），Ａｌ（アルミニウム）などの金属材料を用いたスパッタリング、フォトリソグラフィおよびエッチングによって対向基板９６に形成される。上記金属材料の代わりに、カーボンやＴｉ（チタン）をフォトレジストに分散した樹脂ブラックなどの材料により周辺見切り層９７を形成してもよい。
【００７１】
上記シール材９４の外側の領域には、画素領域の下辺に沿って周辺回路（走査線駆動回路）９８および外部端子としてのパッド９９が設けられ、画素領域の両側（図の左右2辺）に沿って周辺回路（信号線駆動回路）１００が設けられている。さらに、画素領域の上辺には、画素領域の両側に設けられた上記周辺回路１００間を電気的に接続するための配線１０１が設けられている。また、シール材９４の四隅には、アクティブマトリックス基板９１と対向基板９６との間で電気的導通をとるための導電源電圧材からなるコラム１０２が設けられている。そして、シール材９４とほぼ同じ輪郭を持つ対向基板９６が当該シール材９４によりアクティブマトリックス基板９１に固着されて、液晶装置１１０が構成される。
【００７２】
図１０は本発明に係る液晶装置を電子機器に応用した場合の一例であり、前述の液晶パネルＰをディスプレイとして組み込んだノート型パソコン等の携帯型情報処理装置である。１０００は情報処理装置を示し、１０２０はキーボード等の入力部、１０１０は本発明の液晶パネルを用いた表示部を示す。本発明によれば表示内容が変化するとき以外は液晶に電界をかける必要がないので、とくにこれらの機器においては消費電力の低減に大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に記載する単位画素の概略図である。
【図２】第２の実施形態に記載する単位画素の概略図である。
【図３】中間調を表示する際の一連のパルス信号の発生タイミングチャートである。
【図４】図３のタイミングチャートに対応する液晶分子の配列状態である。
【図５】ＩＰＳモードの表示原理を示す概略図である。
【図６】ＴＮモードの表示原理を示す概略図である。
【図７】本発明に係る液晶装置を透過型液晶表示装置および反射型液晶表示装置に適用したときの構造を示す断面図である。
【図８】スイッチング素子としてＴＦＴ素子を基板上に設けた場合の単位画素の概略図である。
【図９】本発明に係る液晶装置をアクティブマトリクス型液晶表示装置に適用したときの平面図および断面図である。
【図１０】本発明に係る液晶表示装置をディスプレイとして備えたノート型パソコン等の携帯型情報処理装置である。
【符号の説明】
１（１ａ〜１ｄ），１’ 電極
２（２ａ，２ｂ），２’ 液晶
Ａ１〜Ａ４ 電界
２１（２１ａ，２１ｂ） セグメント電極
２２（２２ａ，２２ｂ） コモン電極
２３（２３ａ，２３ｂ） 液晶
Ｂ１〜Ｂ８ 電界
３１ セグメント電極
３２ コモン電極
３３（３３ａ〜３３ｅ） 液晶
３４ リセットパルス
３５ 書き込みパルス
Ｃ１〜Ｃ４ 電界
４０ 液晶装置
４１ａ，４１ｂ 偏光フィルタ
４２ 電極
４３ 液晶
Ｄ 電界
Ｌ 光
５０ 液晶装置
５１，５１ｂ 偏光フィルタ
５２ａ，５２ｂ 電極
５３ 液晶
Ｅ 電界
６０（６０ａ，６０ｂ） 液晶表示装置
６１ 液晶
６２（６２ａ、６２ｂ） 偏光フィルム
６３ 位相差フィルム
６４ａ，６４ｂ ガラス基板
６５ 反射板
６６ カラーフィルタ
７０ 液晶装置
７１（７１ａ〜７１ｄ） 電極
７１ｅ 共通電極
７２ａ，７２ｂ ＴＦＴ素子
７３ ゲートライン
７４ａ，７４ｂ ソースライン
Ｆ，Ｇ，Ｈ 電界
９１ アクティブマトリクス基板
９２ 画素電極
９３ 液晶
９４ シール材
９５ カラーフィルタ
９６ 対向基板
９７ 見切り層
９８ 周辺回路（走査線駆動回路）
９９ 外部端子
１００ 周辺回路（信号線駆動回路）
１０１ 配線
１１０ 液晶装置
１０００ 携帯型情報処理装置
１０１０ 本発明の液晶装置を用いたディスプレイ
１０２０ キーボード等の入力部

Claims (10)

1. 一対の基板間に液晶を挟持してなる液晶装置であって、
   前記基板面には、配向膜が形成されておらず、
   前記液晶装置の画素は、前記一対の基板に前記液晶を挟んで対向する電極により構成されており、
   前記対向する電極は二対または四対の電極にて構成され、該二対または四対の電極は前記各基板上では互いに隣接して配置されてなり、
   前記液晶は、前記対向する電極間の電圧により発生する第１の電界方向と、前記隣接して配置されてなる電極間の電界の方向により発生する第２の電界方向とに配列され、
   前記第１の電界方向に前記液晶が配列される際には、
   前記一対の基板のうちいずれか一方の上に前記隣接して配置されてなる電極の一つの電極と当該電極と対向する電極間の電界の方向は、前記一つの電極と隣接して配置されてなる他の電極と当該他の電極と対向する電極間の電界の方向と異なっており、
   前記第２の電界方向に前記液晶が配列される際には、
   前記一方の基板上に前記隣接して配置されてなる電極間の電界の方向は、前記第１の電界方向に前記液晶が配列される際の当該電極間の電界の方向と同じであり、
   他方の基板上に隣接して配置されてなる電極間の電界の方向は、前記第１の電界方向に前記液晶が配列される際の当該電極間の電界の方向と異なることを特徴とする液晶装置。
2. 請求項１に記載の液晶装置において、
   前記第１の電界が前記基板面と平行な方向であり、前記第２の電界が前記基板間方向であることを特徴とする液晶装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の液晶装置において、
   前記電極のうち少なくとも１つの電極にスイッチング素子を設けたことを特徴とする液晶装置。
4. 請求項３に記載液晶装置において、
   前記スイッチング素子が薄膜トランジスタであることを特徴とする液晶装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液晶装置において、
   前記第1の電界と前記第２の電界の大きさの比率を変えることにより、前記液晶を所定の方向に制御することを特徴とする液晶装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液晶装置において、
   前記液晶は、正または負の誘電率異方性を持つネマティック液晶であり、その屈折率の異方性を利用して光の透過状態を制御することを特徴とする液晶装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液晶装置において、
   前記液晶装置が一対の偏光手段の間に配置されてなり、前記液晶装置と一方の偏光手段の間には位相差フィルムが設けられていることを特徴とする液晶装置。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の液晶装置において、
   前記一方の基板に反射手段が形成されてなることを特徴とする液晶装置。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液晶装置において、
   前記基板のいずれか一方の基板にカラーフィルターが設けられていることを特徴とする液晶装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか1項に記載の液晶装置をディスプレイとして備えてなることを特徴とする電子機器。

Images