JPH05107521A - 相転移形液晶表示装置駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はネマチック−コレステリック相転移
形液晶表示装置に表示動作を行わせるための駆動方法に
関し、明暗２値の双安定駆動による白黒表示ばかりでな
く、中間の明るさを表示する機能、すなわち、階調表示
を可能にすることを目的とする。 【構成】 複数列の第１電極と、この第１電極と直交す
る複数列の第２電極とをそれぞれ配設した第１透明基板
および第２透明基板を相対向して形成された空間に相転
移形液晶を注入して作製された液晶表示素子において、
第１および第２電極間に形成される複数の画素に対し、
保持電圧より低めまたは高めであって相転移が生じない
程度の電圧を予め定められた時間だけ選択的に印加して
液晶のら旋のピッチの長さを時間的に変化させるか、ま
たは、選択された画素の一部に対し同様の電圧を印加し
てら旋のピッチの長さを部分的に変化させることにより
階調表示を実現するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は相転移形液晶表示装置に
所定の表示動作をさせるための駆動方法に関する。さら
に詳しく言えば、本発明は、明るく安定した大画面表示
が得られると共に表示内容の書き込みや消去等が可能な
メモリ効果を有し、かつ、装置の小形化が容易なネマチ
ック−コレステリック相転移形液晶表示素子を用いた液
晶表示装置において、白黒表示ばかりでなく階調表示を
も可能にするための一方策について言及するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】一般に、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａ
ｔｉｃ）液晶やＳＴＮ（ＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄ Ｎ
ｅｍａｔｉｃ）液晶に代表されるような通常のタイプの
液晶を用いた液晶表示（ディスプレイ）装置は、薄形軽
量かつ受動形で、消費電力が少なくて済むという特長を
有しており、パネルタイプおよびポータブルタイプの表
示装置に要求される性能をほぼ満足していることから各
方面で注目を集めるようになった。特に、最近では、液
晶表示装置の高性能化・低価格化が飛躍的に進んでお
り、ＯＡ機器や腕時計等に対し広く一般に使用されるよ
うになってきた。

【０００３】また一方で、大画面表示装置として、液晶
表示素子を用いたオーバーヘッドプロジェクタ（以下、
ＯＨＰと略記する）等の投写形の液晶表示装置が注目さ
れるようになり、一部で実用化され始めている。特に、
ネマチック−コレステリック相転移形（以下、Ｎ−Ｃ相
転移形と略記する）の液晶を用いた液晶表示素子を有す
るＮ−Ｃ相転移形液晶表示装置は、そのメモリ性を利用
して双安定駆動を行うことができる。このため、上記Ｎ
−Ｃ形相転移形液晶表示装置は、大容量かつ高精細で、
しかも、明るいフリッカーフリーの画面が得られるとい
う特徴があり、投写形の表示装置としてプレゼンテーシ
ョン端末や会議や教育用などの分野で多数の人が同じ画
面を同時に見ながら議論する場合等への応用が期待され
ている（例えば、特開昭６１−６０７８２号公報、特開
昭６１−１９８２７０号公報参照）。ここで、上記Ｎ−
Ｃ相転移形液晶表示装置の主要部をなすＮ−Ｃ相転移形
液晶表示素子の動作を図面に基づいて説明することとす
る。

【０００４】図１４は従来のＮ−Ｃ相転移形液晶表示素
子の光透過率特性を示す図である。ここでは、縦軸に光
透過率を、横軸に駆動電圧を取っている。図１４からわ
かるように、Ｎ−Ｃ相転移形液晶表示素子は、ＴＮ液晶
やＳＴＮ液晶の場合と異なり、ヒステレシスカーブを描
くのが特徴である。例えば、駆動電圧が低いときはフォ
ーカル・コニック（Ｆｏｃａｌ−ｃｏｎｉｃ）と呼ばれ
る光が透過しにくい状態（Ｆ状態とも言う）にあり、電
圧を上げていくと、同様に光が透過しにくい状態Ｆ′を
通り、さらに、電圧を上げて行くとある閾値以上で急速
に光透過率が上昇し、やがて一定の透過率を有する透明
なホメオトロピック（Ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ）とよば
れる状態（Ｈ状態とも言う）に達する。逆にＨ状態から
電圧を下げてくると、図示したごとく電圧上昇時と経路
を異にしたＨ′という透明状態を経過して、光が透過し
にくいＦ状態に復帰する。

【０００５】すなわち、よく知られたヒステレシスカー
ブを描くので、例えば、電圧Ｖ_d を保持電圧としてＨ′
（明）とＦ′（暗）で明暗の２値駆動を行うことにより
安定な蓄積型の液晶表示、すなわち白黒表示が可能なの
である。換言すれば、双安定（バイスタビリティ）によ
るメモリ性を利用した大容量白黒表示が可能である。

【０００６】図１５は従来のＮ−Ｃ相転移型液晶表示素
子の動作を説明するための断面図で、同図の（イ）はＦ
状態（Ｃ：コレステリック相）を、同図の（ロ）はＨ状
態（Ｎ：ネマチック相）を模式的に示したものである。

【０００７】図中、１０−１，１０−２は１対の透明基
板（第１透明基板および第２透明基板）、例えば、ガラ
ス基板、１１−１は、走査電極として通常使用される複
数列の第１電極、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ
₂ ）膜などからなる透明なストライプ状電極、１１−２
は信号電極として通常使用される複数列の第２電極、例
えば、同じくＩＴＯ膜などからなる透明なストライプ状
電極、１２−１，１２−２は１対の配向膜（第１配向膜
および第２配向膜）、２は両基板間の空間に注入封止さ
れたＮ−Ｃ相転移型の液晶、１はこのような液晶に所定
の動作を行わせるための液晶表示素子である。

【０００８】すなわち、駆動電圧が低いＦ状態では液晶
２の分子はら旋構造を持っており、ら旋ピッチと可視光
の波長がほゞ同程度のとき（例えば、０．８μｍ）に光
はよく散乱され、その結果、光は液晶２を十分透過せず
に暗状態になる（同図の（イ））。

【０００９】一方、駆動電圧を上げて行くと液晶分子の
ら旋ピッチはだんだん大きくなって行き、ある閾値電圧
以上になるとらせんは発散し、すなわち、ら旋ピッチが
無限大となり、図示したごとく液晶分子は基板面に垂直
に立ちＨ状態へと相転移し、光は散乱されることなく液
晶２を透過して明状態となる（同図の（ロ））。これに
より、前記図１４に示したように明暗２値の双安定駆動
が行われる。

【００１０】このような液晶表示素子を光学系と組み合
わせ、液晶表示素子に形成された画像をスクリーン上に
拡大投写することによって投写型の液晶表示装置を構成
することができる。

【００１１】ここで、図１５に従って上記タイプの液晶
表示素子の作製手段をより具体的に説明すると、まず初
めに、１対の透明基板１０−１，１０−２上に、ＩＴＯ
（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ ）膜等の透明導電膜からなる透
明なストライプ状電極をそれぞれ形成する。１方の第１
電極１０−１は走査電極、他方の第２電極１０−２は信
号電極とよばれる。さらに、これらの電極１０−１，１
０−２上に、液晶を特定の方向に配向させる配向膜１２
−１，１２−２をそれぞれ形成した後に、上記１対の透
明基板間に１０μｍ程度のスペーサを挟み、このスペー
サにより定められた空間にＮ−Ｃ相転移形の液晶２を注
入して封止すれば、上記のヒステレシス特性を有するＮ
−Ｃ相転移形の液晶表示素子１が作製される。このよう
な液晶表示素子１に形成された画像をスクリーン上に拡
大投写することによってＯＨＰ等の投写形の液晶表示装
置が構成されている。

【００１２】この場合、ＴＮ液晶表示装置やＳＴＮ液晶
表示装置と異なり、偏光板を必要としないので、画面が
明るくなり良好なコントラストが得られると共に偏光板
の光吸収による温度上昇によって特性が劣化することが
なくなる。さらに、この場合は、光の位相の進み具合で
はなく光の散乱を利用しているので、ＯＨＰ等のように
集光レンズに入らない光はスクリーンに届かないため、
ますますコントラストが良くなるという利点も有する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のＮ
−Ｃ相転移形の液晶表示素子を有する表示装置では、今
まで説明したように、ヒステレシス特性を利用して明暗
２値の双安定駆動を行っている。このため、ＴＮ液晶表
示装置やＳＴＮ液晶表示装置と異なり、印加電圧と光透
過特性との関係が１対１に対応していないので、Ｆ状態
とＨ状態の中間の状態、すなわち中間的な明るさが再現
性良く表示されにくい。したがって、近年ユーザから要
求されている今まで以上の高機能の階調表示を行うこと
が難しいという問題があり、この階調表示を可能とする
相転移形液晶表示装置の開発が求められている。

【００１４】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
であり、ネマチック−コレステリック相転移形液晶表示
装置において、明暗２値の双安定駆動による白黒表示ば
かりでなく、中間的な明るさを表示する機能、すなわ
ち、階調表示を行うことを可能にする相転移形液晶表示
装置駆動方法を提供することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数列
の第１電極１１−１を配設した第１透明基板１０−１
と、該第１電極１１−１と直交する複数列の第２電極１
１−２を配設した第２透明基板１０−２とを相対向して
形成された空間に、ら旋のピッチが無限の長さを有する
ネマチック相または該ら旋のピッチが一定の長さを有す
るコレステリック相との間で相転移が可能な液晶２を注
入封止した相転移形の液晶表示素子１と、前記第１およ
び第２電極１１−１，１１−２間に選択的に電圧を印加
して液晶２の所定の部分をネマチック相またはコレステ
リック相にするための駆動手段とを有する相転移形液晶
表示装置において、前記駆動手段の電圧を変化させて前
記ら旋のピッチの長さを制御することにより前記明暗の
状態の中間の状態に対応する明るさを表示して階調表示
を行うことを特徴とする相転移形液晶表示装置駆動方法
が提供される。

【００１６】１つの具体的方法として、前記第１電極１
１−１の各々と前記第２電極１１−２の各々との間に形
成される液晶表示素子内の画素に、前記ネマチック相ま
たはコレステリック相が安定に保持される保持電圧Ｖ_d
より低い電圧または高い電圧であって前記相転移が生じ
ない程度の電圧を予め定められた時間だけ選択的に印加
した後に前記保持電圧に設定することにより前記ら旋の
ピッチを時間的に変化させて階調表示を行っている。

【００１７】さらに好ましくは、前記駆動手段の電圧を
変化させた後に前記保持電圧Ｖ_d に戻す動作を複数回繰
り返す。

【００１８】別の具体的方法として、前記第１電極１１
−１の各々と前記第２電極１１−２の各々との間に形成
される液晶表示素子内の画素に、前記ネマチック相また
はコレステリック相が安定に保持される保持電圧Ｖ_d を
印加し、さらに、該保持電圧Ｖ_d よりも低い電圧または
高い電圧であって前記相転移が生じない程度の電圧を前
記画素の一部に選択的に印加することにより該選択され
た画素における前記ら旋のピッチの平均の長さを変化さ
せて階調表示を行うようにしている。すなわち、ら旋の
ピッチを場所的に制御して所望の明るさを実現するよう
にしている。

【００１９】さらに好ましくは、上記２つの具体的方法
において、第１電極１１−１および第２電極１１−２の
いずれか一方が、液晶表示素子内のすべての画素に対し
初期化を行うための電圧を供給する走査電極であるよう
に構成される。そして、第１および第２電極の少なくと
も一方が、階調表示を行うための電圧を前記画素に対し
選択的に供給する信号電極であるように構成される。

【００２０】さらに、上記第２の具体的方法において、
好ましくは、信号電極と、これらの信号電極の各々と隣
り合う信号電極との間に複数列の補助電極をそれぞれ配
設し、これらの補助電極に階調表示を行うための電圧を
選択的に印加している。

【００２１】さらに、上記２つの具体例共、ＯＨＰ等の
投写形に適用することが好ましい。

【００２２】

【作用】本発明の駆動方法では、ドライバ等の駆動手段
から供給される駆動電圧により、Ｎ−Ｃ相転移形液晶の
ら旋のピッチの長さを適当に制御して液晶表示素子内の
光の散乱の度合いをきめ細かく変化させるようにしてい
る。

【００２３】より具体的には、液晶がいずれかの安定状
態から中間の状態になるようにそのら旋ピッチの長さを
短い時間だけ変化させても、速やかに元の状態に戻せば
相転移を起こさない点に着目し、上記ら旋のピッチを時
間的に制御して中間の状態に対応する所望の明るさを実
現するようにしている。

【００２４】さらに別の具体的方法においては、１つの
画素内の一部の電界を安定状態から変化させればこの電
界変化に応じて液晶のら旋ピッチの長さが部分的に変化
することを利用し、このら旋ピッチの長さの部分的な変
化の度合いを適当に調整して中間の状態に対応する明る
さを表示するようにしている。すなわち、ここでは、ら
旋ピッチの長さを場所的に制御して１画素内のら旋ピッ
チの平均の長さを変化させることにより階調表示を実現
するようにしている。この場合、補助電極等を用いて画
素内の１部の電界を変化させても、画素中の大部分の液
晶は、保持電圧Ｖ_d が印加されてＨ状態（ネマチック
相）またはＦ状態（コレステリック相）の安定状態にな
っているので、画素中の中間の明るさが変化することは
ない。

【００２５】なお、特開昭５８−５７９１号公報には、
１つの画素内に保持電圧以外の駆動電圧を印加する例が
開示されているが、この場合には、１画素に対し保持電
圧と他の駆動電圧とを同時に印加することはしていな
い。したがって、上記の開示例では、本発明のように信
号電極および補助電極等を用いて１画素内の液晶に上記
２種類の電圧を同時に印加することによる階調表示を実
行することはできない。

【００２６】かくして、本発明では、Ｎ−Ｃ相転移形液
晶表示装置において、液晶表示素子における選択された
画素内の相転移形液晶のら旋ピッチの長さを適当な駆動
電圧により時間的または場所的に制御してこの液晶の光
透過率がネマチック相およびコレステリック相の中間の
値を有するような状態にすることができるので、この中
間の状態に対応する所望の明るさを表示して階調表示を
実現することが可能となる。

【００２７】

【実施例】図１〜図３は本発明の第１実施例を説明する
ための図である。さらに詳しく言えば、図１は上記第１
実施例の方法による階調表示動作を説明するための断面
図、図２は図１の階調表示動作を実行するための駆動電
圧波形を示すタイムチャート、図３は図１の様子を光透
過率により説明するためのヒステレシスカーブである。
なお、ここでは、説明を簡単にするために、相転移形液
晶表示装置における液晶表示素子１の液晶２、第１およ
び第２電極１１−１，１１−２および第１および第２透
明基板１０−１，１０−２の部分のみを表示し、かつ、
１つの画素の部分を拡大して示すこととする。また、前
述した構成要素と同様のものについては同一の参照番号
を付して表す。

【００２８】第１図において、上方の複数列の第１電極
１１−１は、液晶表示素子１内のすべての画素に対し初
期化を行うための電圧を供給する走査電極として使用す
るのが好ましい。また一方で、下方の複数列の第２電極
は１１−２は、階調表示を行うための電圧を画素に対し
選択的に供給する信号電極として使用するのが好まし
い。

【００２９】ここで、上記第１実施例の方法を説明する
前に、本発明に適用する液晶表示素子の作製手順を説明
することとする。図１に示すように、例えば、ガラス基
板からなる第１透明基板１０−１の上にＩＴＯ膜からな
るストライプ状の走査電極（第１電極１１−１）を形成
し、その上に垂直配向性を有するポリマからなる第１配
向膜１２−１を被覆する。もう一方の、同じくガラス基
板からなる第２透明基板１０−２には、信号電極（第２
電極１１−２）が形成され、その上には前述の第１配向
膜１２−１と同様の材料からなる第２配向膜１２−２が
被覆される。

【００３０】さらに、両基板の第１および第２配向膜１
２−１，１２−２を対面させ上方の走査電極と下方の信
号電極とを直交させてマトリクス配置になるようにし、
ここには図示してないスペーサを挟み１０μｍ程度の空
間を開けて積層し液晶注入口を残して封止する。

【００３１】その後で、この液晶注入口から液晶２、例
えば、シアノビフェニル４０重量％、シアノターフェニ
ル１０重量％、シクロヘキサンベンゾエート３０重量
％、トラン誘導体液晶１０重量％の混合ネマチック液晶
に、コレステリック液晶としてカイラルパートを導入し
たシクロヘキサンベンゾエート３０重量％を混合したＮ
−Ｃ相転移形液晶を注入したあと液晶注入口を封止して
液晶表示素子１を構成している。

【００３２】上記第１実施例において、このような液晶
表示素子１上に所望の画像を形成する場合、図１の
（Ａ）（図２および図３の（Ａ）も参照）に示すよう
に、まず初めに、液晶表示素子全領域に保持電圧Ｖ_d の
２倍程度の高い駆動電圧を印加して液晶全体をネマチッ
ク相にする。すなわち、光をほぼ完全に透過するホメオ
トロピックな状態（Ｈ状態）にする（明状態）。相転移
形液晶は一般に正の誘電異方性を有しているので、その
分子の長軸は電界方向を向く。この場合、直流電圧を長
時間印加し続けることにより液晶が電気分解を起こして
この液晶の特性が劣化するのを防止するために、４msec
程度の周期でその極性が変化する交流電圧を印加するの
が好ましい。このときの駆動電圧はピーク値（ｚｅｒｏ
−ｔｏ−ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ）を示すこととする。

【００３３】次に、駆動電圧を２Ｖ_d からＶ_d にする前
に一旦零にすると、図１の（Ｂ）（図２および図３の
（Ｂ）も参照）に示すように、液晶分子がら旋を巻くコ
レステリック相になる。このら旋は、あるドメイン（図
１の液晶２において、−で示す）内では連続的に配列
し、屈折率はほぼ一定であるが、次のドメインでは多少
ねじれて屈折率も異なってくる。このように各ドメイン
は少しずつねじれてらせん階段のようになっており、一
定のピッチ（例えば、０．８μｍ）でまた元に戻る。こ
のような液晶分子の状態はフォーカル・コニックな状態
（Ｆ状態）とよばれており、液晶２への入射光はドメイ
ンの境界の部分で強く散乱され、光透過率は零に近くな
る（暗状態）。

【００３４】さらに、駆動電圧を保持電圧Ｖ_d より少し
高めに設定すると、図１の（Ｃ）（図２および図３の
（Ｃ）も参照）に示すように、ドメインが広がってら旋
のピッチが長くなり、液晶分子の散乱の度合いが弱くな
って暗状態よりも少し明るくなる。この場合の各画素の
明るさは、設定した電圧のレベルに応じて暗状態と明状
態の中間の状態に対応する任意の値にすることができ
る。このような中間の明るさを表示するための電圧を長
く印加し続けると、累積応答効果により図３のヒステレ
シスカーブ上の（Ｃ）が徐々に駆動電圧の正の方向に移
動してついには明状態になってしまう。これを避けるた
めに、累積応答が生じない程度の短い時間（例えば１０
msec）だけ図３の（Ｃ）に対応する電圧を印加した後に
安定点Ｖ_d に一旦戻すようにする（図１、図２および図
３の（Ｄ）参照）。

【００３５】もし、この後に続いて階調表示を行いたけ
れば、短い時間だけ駆動電圧を保持電圧Ｖ_d に保持した
後に再び駆動電圧を変化させ、さらに、この動作を一定
の周期（例えば、２０msec）で繰り返せばよい。この程
度の周期（数１０msec）で繰り返し動作を行えば、人間
の眼にはフリッカとして感じない。ここで、一時的に印
加する電圧の大きさを適当に変化させれば中間の明るさ
を連続的に変えることができるので、きめ細かな階調表
示が可能となる。なお、これまでは、暗状態において画
素の明るさを増加させて階調表示を実現するための方法
を例示したが、その反対に明状態において明るさを減少
させて階調表示を行うことも可能である。

【００３６】図４〜図７は本発明の第２実施例を説明す
るための図である。さらに詳しく言えば、図４は上記第
２実施例の方法による階調表示動作を説明するための断
面図、図５は図４における液晶の中間状態を拡大して示
す断面図、図６は図４の様子を光透過率により説明する
ためのヒステレシスカーブ、図７は図４における信号電
圧と光透過率との関係を示す図である。

【００３７】図４において、（Ａ），（Ｂ）および
（Ｃ）は、それぞれ暗状態、中間状態および明状態のと
きの液晶の配向の様子を示す。なお、この場合も、１つ
の画素の部分を拡大して示すこととする。ここでは、信
号電極と、これらの信号電極の各々と隣り合う信号電極
との間に補助電極１３を配設し、これらの補助電極１３
に階調表示を行うための電圧を選択的に印加している。
なお、上記補助電極１３を配設した液晶表示装置の構成
は図９および図１０にて詳しく後述することとする。図
中、２０は、駆動手段としてのスキャンドライバであ
り、上方の走査電極（第１電極１１−１）と、下方の信
号電極（第２電極１１−２）および補助電極１３との間
に接続されている。３０は、同じく駆動手段としてのデ
ータドライバであり、補助電極１３とアースとの間に接
続される。さらに、この場合は、信号電極はすべてアー
スに接続されている。

【００３８】図４の（Ａ）においては、駆動電圧
（Ｖ₂₀）として、走査電極にフォーカル・コニックなＦ
（Ｆ′）状態を維持する保持電圧Ｖ_d がスキャンドライ
バ２０により印加されているので、光は液晶２の分子で
散乱され暗状態となる（図６の（Ａ）に対応）。

【００３９】一方、図４の（Ｂ）においては駆動電圧
（Ｖ₂₀）として、走査電極にフォーカル・コニックなＦ
（Ｆ′）状態を維持する保持電圧Ｖ_d を印加したまま、
互いに隣り合う信号電極および補助電極間に信号電圧Ｖ
_s を選択的に印加する。この信号電圧Ｖ_s は外部から入
力される階調データ信号に基づいて、所定の明るさが得
られるように決められた電圧である（図６の（Ｂ）に対
応）。このように、隣り合う信号電極および補間電極間
に信号電圧Ｖ_s が加えられると、その電極近傍、すなわ
ち、画素回りの液晶２の分子に電界が印加され、部分的
にら旋ピッチの長さが変化する。等価的に見れば、画素
全体に保持電圧Ｖ_d を印加すると同時に画素内の一部に
配設された上下電極間に付加電圧を印加していることに
なる。この場合には、ら旋ピッチの変化の大きさを正確
にコントロールする必要はなく、ら旋ピッチが延びた液
晶層の深さの変化がコントロールされればよい。さら
に、補助電極に信号電圧Ｖ_s を長時間かけ続けても、画
素中の大部分はら旋ピッチがフォーカル・コニックの状
態で安定しているので、画素中の中間の明るさの状態が
変化することはない。すなわち、ここでは、ら旋ピッチ
の長さを場所的に制御して１つの画素内のら旋ピッチの
平均の長さを変化させて階調表示を行うようにしてい
る。

【００４０】図５に図４の（Ｂ）の状態を拡大して示
す。図５において、相隣り合う信号電極および補助電極
間に、保持電圧Ｖ_d と反対の極性を有する信号電圧Ｖ_s
を印加すると、この信号電極と補助電極１３との間に電
位差が発生し、この電位差によって生ずる電界の方向に
沿って液晶の分子の長軸が配列する。このように横方向
に電界が生じた部分では、液晶の分子が連続的に配列す
るので、他の部分のように光が強く散乱されることはな
い。この結果、１画素内の光透過率が暗状態よりも良く
なって中間の明るさの状態が実現される。

【００４１】図４の（Ｃ）は走査電極にホメオトロピッ
クなＨ（Ｈ′）状態を維持する保持電圧Ｖ_d がスキャン
ドライバ２０により印加されているので、光は液晶２の
分子で散乱されることはなく明状態となる（図６の
（Ｃ）に対応）。

【００４２】その結果、図７の階調表示動作特性に示し
たごとく信号電圧Ｖ_s を変化させることによって、液晶
表示素子１の光透過率をほぼ直線的に、かつ、安定に変
化させることができ、これを用いることにより階調表示
が可能な相転移形液晶表示装置が実現できるのである。

【００４３】図８は本発明の第２実施例の方法による階
調表示動作を実行するための駆動電圧波形を示すタイム
チャートである。まず初めに、図８の（Ａ）に示すよう
に、スキャンドライバ２０から走査電極に保持電圧Ｖ_d
の２倍程度の駆動電圧（Ｖ₂₀）を印加して書き込みを行
うための初期化を行う。

【００４４】ついで、暗状態の書き込みを行う場合に
は、図８の（Ｂ）に示すようなタイミングで走査電極に
保持電圧Ｖ_d を印加し、一方、明状態の書き込みの場合
には同図の（Ｃ）に示すようなタイミングで走査電極に
保持電圧Ｖ_d を印加する。さらに詳しく説明すると、駆
動電圧２Ｖ_d にて初期化を行った直後にこの駆動電圧の
極性を反転させて（駆動電圧を一旦零にして）から保持
電圧Ｖ_d に設定すれば、液晶がフォーカル・コニックな
Ｆ状態を通過して暗状態の書き込みがなされる（図８の
（Ｂ））。一方、駆動電圧２Ｖ_d にて初期化を行った直
後に駆動電圧の極性を反転させずに保持電圧Ｖ_d に設定
すれば、液晶がホメオトロピックなＨ状態から同じくホ
メオトロピックなＨ′状態になり、初期化のときと同じ
明状態の書き込みがなされる（図８の（Ｃ））。

【００４５】各書き込み状態を維持する場合は、図８の
（Ｄ）に示すように、駆動電圧をそのまま所要の時間だ
け保持電圧Ｖ_d に保持する。この間、中間調（中間の明
るさ）の書き込みを行う場合には、図８の（Ｅ）に示す
ように、所要の画素を構成する相隣り合う信号電極およ
び補助電極間にデータドライバ３０により所要の明るさ
が得られる信号電圧Ｖ_s を所要の時間だけ印加する。１
つの画素中の液晶の状態は、主に信号電極により支配さ
れているので、上記補助電極に長時間信号電圧Ｖ_s を印
加し続けても、前述の第１実施例と異なり、累積応答効
果によって液晶が相転移を起こすことはない。ただし、
この場合には、信号電圧Ｖ_s を印加するためのよけいな
電極が必要となる。

【００４６】以上の駆動処理を外部信号に基づき制御し
て行えば任意の文字、図形や画像の階調表示を行うこと
ができる。

【００４７】なお、上記第１および第２実施例のいずれ
においても、ＸＹ直交方向の一方の方向でのみ中間の明
るさを表示する面積階調表示を例にとって説明してきた
が、初期化の後は走査電極も信号電極として使用すれ
ば、画素毎のドット階調表示を行わせることが可能であ
る。

【００４８】図９および図１０は本発明の第２実施例に
よる階調表示動作を実行するための電極構成の一例を詳
細に示す図であり、図９はその平面図、図１０は図９の
Ａ−Ａ断面図である。

【００４９】例えば、ガラス基板からなる第１透明基板
１０−１の上にＩＴＯ膜からなるストライプ状の複数列
の第１電極１１−１としての走査電極を形成し、その上
に垂直配向性を有するポリマからなる第１配向膜１２−
１を被覆する。走査電極にはスキャンドライバ２０が接
続される。

【００５０】もう一方の、同じくガラス基板からなる第
２透明基板１０−２には、両側から複数の電極指が交差
して配設された櫛型電極で構成されると共にそれぞれデ
ータドライバ３０に接続される信号電極（複数列の第２
電極）および補助電極１３が形成され、その上には前述
の第１配向膜１２−１と同様の材料からなる第２配向膜
１２−２が被覆される。

【００５１】さらに、両基板の第１および第２配向膜１
２−１，１２−２を対面させ上方の走査電極と下方の信
号電極および補助電極１３とを直交させてマトリクス配
置になるようにし、ここには図示していないスペーサを
挟み１０μｍ程度の空間を開けて積層し液晶注入口を残
して封止する。

【００５２】その後で、液晶注入口からＮ−Ｃ相転移型
液晶を注入したあと液晶注入口を封止して液晶表示素子
１を構成した。

【００５３】ここで、信号電極は、通常、１mmあたり１
１本で配設される（ピッチ→１０μｍ程度）。したがっ
て、櫛形電極を信号電極間に挿入することは技術的に容
易である。上記第２実施例では、相転移形液晶表示素子
の画素密度が高い状態（１パネルに約９００万画素）で
は、上下電極間距離（液晶層厚み）と、隣り合う電極間
（同一基板での電極間ギャップ）の距離とが前述のよう
に同じ程度となることを利用して隣り合う電極間の電界
強度を制御することにより液晶の散乱状態を変化させ、
きめ細かな階調表示を行うようにしている。

【００５４】図１１は本発明の第２実施例の方法を実現
するための回路図である。

【００５５】図１１において、４０はホストコンピュー
タであり、液晶表示素子１の階調表示を実行させるため
の一連の動作を制御するものである。５０はデータ記憶
装置であり、上記階調表示のための所要の画像データを
記憶するためのＣＤ、オプティカルディスク等からな
る。６０はＲＳ−２３２Ｃ等のインタフェース部であ
り、データ記憶装置５０からの画像データを高速で画像
信号に変換するための画像信号プロセッサ７０に上記画
像データを送るものである。８０は駆動制御器であり、
７０から出力される画像信号を２組のスキャンドライバ
２０および２組のデータドライバ３０に送るものであ
る。

【００５６】ここで、階調表示用の画像データを処理し
て相転移形の液晶表示素子１上に中間の明るさを有する
所望の画像を表示する手順を簡単に説明する。

【００５７】データ記憶装置（ＣＤ、オプティカルディ
スク等）５０に収納された画像データはインタフェース
部６０を介してホストコンピュータ４０の制御により画
像信号プロセッサ（ＭＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭより構成さ
れる）７０に送られる。画像信号に変換されたデータ
は、駆動制御器（Ｄｒｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）
８０によってＸ側、Ｙ側の電極に時分割に振り分けられ
る。駆動制御信号により、液晶表示素子１に直結された
駆動回路から、液晶の駆動に必要な信号が時分割出力さ
れ液晶を線順次走査する。一度、線順次で走査された液
晶は、液晶自身の有するメモリ効果により画像を維持す
る。この場合、ホストコンピュータ４０により画像デー
タを適当に変化させることによって液晶表示素子１上の
画像に対し中間的な明るさを有する階調表示が迅速に行
われる。

【００５８】図１２は本発明を投写形液晶表示装置に適
用した例を示す斜視図である。ここでは、投写形の表示
装置として、ＯＨＰタイプの表示装置を代表して示す。

【００５９】図中、１は相転移形の液晶表示素子、３は
液晶表示素子１に表示された画像を拡大投写する光学
系、たとえば、オーバヘッドプロジェクタ、４はスクリ
ーン、５は駆動制御系であって、スキャンドライバ２０
およびデータドライバ３０を含みパソコンやＴＶからの
信号を処理する制御系である。

【００６０】図１２のような構成においては、光学系３
の集光レンズに入らない光はスクリーン４に届かない。
このため、液晶表示素子１の部分で光が少しでも周囲に
散乱されると、その散乱した光はもはやスクリーン４に
届かないので、投写形以外の表示装置に比べて画面のコ
ントラストが良くなる。したがって、ら旋ピッチによる
光の散乱を利用した相転移形液晶表示装置は投写形とし
て使用することが実用上好ましい。

【００６１】図１３は図１２の適用例における信号電圧
とスクリーン上の投写画像の明るさとの関係を示す図で
ある。ここでは、縦軸に投写画像の明るさを、横軸に信
号電圧Ｖ_s の大きさをとって実際のデータを表示してい
る。図中、は透明なＨ状態（ホメオトロピック状態）
の場合のデータを示し、は光を散乱するＦ状態（フォ
ーカル・コニック状態）の場合のデータを示すものであ
る。

【００６２】Ｈ状態、すなわち、走査電極と信号電極の
間に十分高い駆動電圧を印加した状態において、相隣り
合う信号電極および補助電極間に信号電圧を印加すると
高い透過率を背景とした階調表示が行われることがわか
る。

【００６３】一方、Ｆ状態、すなわち、走査電極と信号
電極の間に弱い散乱モードとなる程度の電圧を印加した
状態において、相隣り合う信号電極および補助電極間に
電圧を印加すると低い透過率を背景とした階調表示が行
われるのである。

【００６４】すなわち、信号電圧Ｖ_s を制御することに
より、投写画像の明るさを広い範囲で、しかも、安定に
連続的に変化させることが可能なコントラストの良い投
写型の階調表示装置が実現された。

【００６５】なお、上記第１および第２実施例は単に具
体例として示したもので、本発明の趣旨に反しない限り
使用する素材や電極構成などは、その他のもの、あるい
は、それらの組み合わせを選択使用してもよいことは勿
論である。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ネ
マチック−コレステリック相転移形液晶表示装置の主た
る構成要素である液晶表示素子において、選択された画
素に印加する駆動電圧の大きさを時間的または場所的に
変化させて液晶表示素子内の相転移形液晶のら旋ピッチ
の長さを適当に制御することによって上記画素を通過す
る光の透過率をほぼ直線的にかつ安定に変えることがで
きるので、この光透過率に対応する中間的な明るさをほ
ぼ連続的に表示してきめ細かな階調表示を実現すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の方法による階調表示動作
を説明するための断面図である。

【図２】図１の階調表示動作を実行するための駆動電圧
波形を示すタイムチャートである。

【図３】図１の様子を光透過率により説明するためのヒ
ステレシスカーブである。

【図４】本発明の第２実施例の方法による階調表示動作
を説明するための断面図である。

【図５】図４における液晶の中間状態を拡大して示す断
面図である。

【図６】図４の様子を光透過率により説明するためのヒ
ステレシスカーブである。

【図７】図４における信号電圧と光透過率との関係を示
す図である。

【図８】本発明の第２実施例の方法による階調表示動作
を実行するための駆動電圧波形および信号電圧波形を示
すタイムチャートである。

【図９】本発明の第２実施例の方法による階調表示動作
を実行するための電極構成の一例を詳細に示す平面図で
ある。

【図１０】図９のＡ−Ａ断面図である。

【図１１】本発明の第２実施例の方法により液晶のら旋
ピッチを制御するための回路図である。

【図１２】本発明を投写形液晶表示装置に適用した例を
示す斜視図である。

【図１３】図１２の適用例における信号電圧とスクリー
ン上の投写画像の明るさとの関係を示す図である。

【図１４】従来のＮ−Ｃ相転移形液晶表示素子の光透過
率特性を示す図である。

【図１５】従来のＮ−Ｃ相転移形液晶表示素子の動作を
説明するための断面図である。

【符号の説明】

１…液晶表示素子 ２…液晶 ３…光学系 ４…スクリーン １０−１，１０−２…第１および第２透明基板 １１−１，１１−２…複数列の第１および第２電極 １２−１，１２−２…第１および第２配向膜 １３…補助電極 ２０…スキャンドライバ ３０…データドライバ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数列の第１電極（１１−１）および第
   １配向膜（１２−１）を配設した第１透明基板（１０−
   １）と、該第１電極（１１−１）と直交する複数列の第
   ２電極（１１−２）および第２配向膜（１２−１）を配
   設した第２透明基板（１０−２）とを相対向して形成さ
   れた空間に、ら旋のピッチが無限の長さを有するネマチ
   ック相と該ら旋のピッチが一定の長さを有するコレステ
   リック相との間で相転移が可能な液晶（２）を注入封止
   した相転移形の液晶表示素子（１）と、前記第１電極
   （１１−１）および第２電極（１１−２）間に選択的に
   電圧を印加して前記液晶（２）の所定の部分をネマチッ
   ク相またはコレステリック相にし、前記液晶表示素子
   （１）に明暗の状態をそれぞれ表示するための駆動手段
   とを有する相転移形液晶表示装置において、 前記駆動手段の電圧を変化させて前記ら旋のピッチの長
   さを制御することにより前記明暗の状態の中間の状態に
   対応する明るさを表示して階調表示を行うことを特徴と
   する相転移形液晶表示装置駆動方法。
2. 【請求項２】 前記第１電極（１１−１）の各々と前記
   第２電極（１１−２）の各々との間に形成される液晶表
   示素子（１）内の画素に、前記ネマチック相またはコレ
   ステリック相が安定に保持される保持電圧（Ｖ_d ）より
   低い電圧または高い電圧であって前記相転移が支配的に
   なる前の電圧を予め定められた時間だけ選択的に印加し
   た後に前記保持電圧（Ｖ_d ）に設定することにより前記
   ら旋のピッチの長さを時間的に変化させて階調表示を行
   う請求項１記載の駆動方法。
3. 【請求項３】 前記駆動手段の電圧を変化させた後に前
   記保持電圧（Ｖ_d ）に戻す動作を複数回繰り返す請求項
   １または２記載の駆動方法。
4. 【請求項４】 前記第１電極（１１−１）および第２電
   極（１１−２）のいずれか一方が、前記液晶表示素子
   （１）内のすべての画素に対し初期化を行うための電圧
   を供給する走査電極であり、かつ、前記第１電極（１１
   −１）および第２電極（１１−２）の少なくとも一方
   が、前記階調表示を行うための電圧を前記画素に対し選
   択的に供給する信号電極である請求項２記載の駆動方
   法。
5. 【請求項５】 前記第１電極（１１−１）の各々と前記
   第２電極（１１−２）の各々との間に形成される液晶表
   示素子（１）内の画素に、前記ネマチック相またはコレ
   ステリック相が安定に保持される保持電圧（Ｖ_d ）を印
   加し、さらに、該保持電圧（Ｖ_d ）よりも低い電圧また
   は高い電圧であって前記相転移が支配的になる前の電圧
   を前記画素の一部に選択的に印加することにより該選択
   された画素における前記ら旋のピッチの平均の長さを変
   化させて階調表示を行う請求項１記載の駆動方法。
6. 【請求項６】 前記第１電極（１１−１）および第２電
   極（１１−２）のいずれか一方が、前記液晶表示素子
   （１）内のすべての画素に対し初期化を行うための電圧
   を供給する走査電極であり、かつ、前記第１電極（１１
   −１）および第２電極（１１−２）の少なくとも一方
   が、前記階調表示を行うための電圧を前記選択された画
   素の一部に供給する信号電極である請求項５記載の駆動
   方法。
7. 【請求項７】 前記信号電極と、該信号電極の各々と隣
   り合う信号電極との間に複数列の補助電極（１３）をそ
   れぞれ配設し、該補助電極（１３）に前記階調表示を行
   うための電圧を選択的に印加する請求項６記載の駆動方
   法。
8. 【請求項８】 前記信号電極および補助電極（１３）
   が、両側から伸びた２種の電極指を互い違いに配設して
   なる櫛形電極から構成される請求項７記載の駆動方法。
9. 【請求項９】 前記液晶表示素子（１）上に形成される
   画像をスクリーン（４）に拡大投写する光学系（３）を
   備えた投写形の相転移形液晶表示装置において、 前記ら旋のピッチの長さを制御して前記液晶表示素子
   （１）を透過する光の透過率を変化させ、前記光学系
   （３）に到達する光の量を調整することにより前記スク
   リーン（４）に対し前記中間の状態に対応する明るさを
   表示する請求項１記載の駆動方法。