JPH0895091A

JPH0895091A - 強誘電性液晶を用いた複屈折制御方式のカラー液晶表示素子

Info

Publication number: JPH0895091A
Application number: JP6254223A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Yoshida; 哲志吉田; Katsuto Sakamoto; 克仁坂本; Jun Ogura; 潤小倉
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1994-09-26
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】高速応答性を有し、視野角が広い複屈折制御
方式のカラー液晶表示素子を提供することである。【構成】強誘電性液晶表示素子は、電極１３、１７が
形成され、所定方向に水平配向処理が施された一対の基
板１１、１２と、一対の基板１１、１２の間に配置され
た強誘電性液晶２１と、一対の基板を挟んで配置された
１対の偏光板２３、２４と、から構成する。偏光板２３
の透過軸は配向処理の方向に対し時計回り方向に４５°
傾いて配置され、偏光板２４の透過軸は配向処理の方向
に対し反時計回り方向に４５°傾いて配置されている。
電極１３、１７間の印加電圧を制御すると、強誘電性液
晶２１の配向状態が変化し、複屈折効果により表示色が
変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、１つの画素で複数の
色を表示できる複屈折制御方式のカラー液晶表示素子に
関し、特に、強誘電性をもった液晶（反強誘電性液晶を
含む）の平均的な配向方向を制御して複屈折を制御する
ことによりカラー画像を表示する複屈折制御方式のカラ
ー液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶セルを一対の偏光板で挟み、液晶の
配向状態を変化させることにより、液晶層を通過する光
の複屈折を制御して、個々の画素に複数の色を表示する
液晶表示素子が知られている。この種の液晶表示素子
は、複屈折制御方式（モード）のカラー液晶表示素子等
と呼ばれている。

【０００３】複屈折制御方式のカラー液晶表示素子は、
印加電圧を制御して表示色を制御可能であり、透過率の
低いカラーフィルタを使用する必要がなく、構造が簡単
で、表示が明るいとう長所を有しており、反射型のカラ
ー液晶表示素子等として期待されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の複屈折制御方式
のカラー液晶表示素子は、液晶として、例えば、ツイス
ト角の大きい（例えば、１８０°〜３６０°）ツイスト
配向状態、ホモジニアス配向状態、或いは、ホメオトロ
ピック配向状態のネマティック液晶等を使用している。
このため、印加電圧の変化に対する液晶の応答性（配向
速度）が遅く、表示色の変化が遅く、表示色がぶれた
り、動画等を滑らかな動きで表示できないという問題が
あった。

【０００５】また、従来の複屈折制御方式のカラー液晶
表示素子では、印加電圧に応じて液晶分子は液晶層の厚
さ方向に立ち上がるように挙動する。このため、液晶表
示素子を観察する方向の変化に対して、その方向から見
た液晶層のΔｎの値の変化が大きく、観察位置を変えた
ときの常光と異常光の位相差（Δｎｄ）、即ち、リタデ
ーションの変化が大きい。複屈折制御方式のカラー液晶
表示素子は、液晶層のリタデーションを電圧によって制
御することにより表示色を変化させるものである。従っ
て、上述した従来の液晶表示素子は、観察方向によって
液晶層のリタデーションの変化が大きく、観察方向によ
って表示色が大きく変化するという問題、即ち、視野角
が狭いという問題がある。

【０００６】この発明は、上記実状に鑑みてなされたも
ので、高速応答性を有し、視野角が広い複屈折制御方式
のカラー液晶表示素子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にかかる複屈折制御方式のカラー液晶表示
素子は、画素電極と該画素電極に接続されたアクティブ
素子とがマトリクス状に配列された第１の基板と、前記
画素電極に対向する対向電極が形成された第２の基板
と、前記第１と第２の基板間に配置され、層構造をも
ち、前記画素電極と前記対向電極間に印加された電圧に
応じて液晶分子が第１の配向方向にほぼ配列した第１の
配向状態と、液晶分子が第２の配向方向にぼぼ配列した
第２の配向状態と、液晶分子が螺旋構造をもって配向
し、平均的な配向方向が前記第１と第２の配向方向の間
の任意の方向となる中間の配向状態とに配向する強誘電
性をもった液晶と、前記第１と第２の基板を挟んで配置
され、それぞれの光学軸が所定角度で交差するように配
置された一対の偏光板と、より構成される。

【０００８】

【作用】一対の偏光板の間に、第１の配向方向と前記第
２の配向方向との間で液晶分子の配向方向が任意に制御
される液晶素子を配置した場合、その液晶表示素子の透
過率は数式１で示される。

【０００９】

【数１】Ｔ＝ｓｉｎ²（２θ）・ｓｉｎ²（π・Δｎｄ／λ）ここで、θは入射側偏光板の透過軸と液晶分子の平均的
な配向方向とのなす角（交差角）、Δｎは強誘電性液晶
の屈折率異方性、ｄは強誘電性液晶の層の厚さ、λは入
射光の波長、Ｔは透過率を表す。

【００１０】強誘電性液晶のΔｎは、前記交差角に依存
して変化する。即ち、強誘電性液晶の分子が第１又は第
２の配向方向に配列した第１又は第２の配向状態では、
液晶分子は螺旋が解けてほとんど全てが液晶素子の基板
に平行で且つ一方の方向に配列しており、このときのΔ
ｎは液晶分子の長軸方向（光学軸）の屈折率とこの長軸
に直交する方向の屈折率との差によって定義される。

【００１１】強誘電性液晶の分子の平均的な配向方向が
第１の配向方向と第２の配向方向との間の任意の方向と
なる中間の配向状態では、スメクティック相の法線方向
に対する所定のチルト角の範囲で基板面に対して斜めに
配列した液晶分子が、その平均的な配向方向（光学軸）
の向きに応じて存在している。この場合、液晶分子が一
様に配列していないので、光学軸方向の屈折率および光
学軸に直交する方向の屈折率が共に小さくなり、また、
これらの屈折率の差も小さくなる。従って、このときの
Δｎの値は、第１および第２の配向状態のΔｎの値より
小さくなり、液晶分子が第１の配向方向と第２の配向方
向の中央に配列したときが最も小さくなる。

【００１２】この様に、強誘電性液晶のΔｎは、前記交
差角θに応じて変化するので、数式１から明らかなよう
に、交差角θの変化に応じて各波長λに対する透過率Ｔ
が変化し、透過光のスペクトル分布が変化して表示色が
変わる。従って、この発明によれば、画素電極と対向電
極の間に印加する電圧を制御して、液晶分子の平均的な
配向方向を制御することにより、表示色を制御して任意
のカラー画像を表示することができる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面を参照して説
明する。図１はこの発明の一実施例の複屈折制御方式の
カラー液晶表示素子の断面図、図２は図１のカラー液晶
表示素子の画素電極とアクティブ素子を形成した透明基
板の平面図である。

【００１４】この強誘電性液晶表示素子は、アクティブ
マトリクス方式のものであり、図１に示すように、一対
の透明基板（例えば、ガラス基板）１１、１２間に液晶
２１を封入して形成した液晶セル２５と、該液晶セル２
５を挟んで配置された偏光板２３、２４と、から構成さ
れる。

【００１５】図１において下側の透明基板（以下、下基
板）１１には、図１、図２に示すように、ＩＴＯ等の透
明導電材料から構成された画素電極１３と画素電極１３
にソースが接続された薄膜トランジスタ（以下、ＴＦ
Ｔ）１４とがマトリクス状に形成されている。

【００１６】図２に示すように、画素電極１３の行間に
ゲートライン１５が配線され、画素電極１３の列間にデ
ータライン（階調信号ライン）１６が配線されている。
各ＴＦＴ１４のゲート電極は対応するゲートライン１５
に接続され、ドレイン電極は対応するデータライン１６
に接続されている。ゲートライン１５は、行ドライバ３
１に接続され、データライン１６は列ドライバ３２に接
続される。行ドライバ３１は、後述するゲート電圧を印
加して、ゲートライン１５をスキャンする。一方、列ド
ライバ３２は、画像データ（色信号）を受け、データラ
イン１６に画像データに対応するデータ信号（画像デー
タにより指示された色を表示するための電圧信号）を印
加する。

【００１７】図１において、上側の透明基板（以下、上
基板）１２には、下基板１１の各画素電極１３と対向
し、基準電圧Ｖ０が印加されている対向電極１７が形成
されている。対向電極１７は、例えば、ＩＴＯ等から形
成された透明電極である。下基板１１と上基板１２の電
極形成面には、それぞれ配向膜１８、１９が設けられて
いる。配向膜１８、１９はポリイミド等の有機高分子化
合物からなる水平配向膜であり、その対向面にはラビン
グ等の配向処理が施されている。

【００１８】下基板１１と上基板１２は、その外周縁部
において枠状のシール材２０を介して接着されている。
基板１１、１２とシール材２０で囲まれた領域には液晶
２１が封入されている。配向膜１８、１９の間隔はギャ
ップ材２２により、例えば、２μｍ（１．７μｍ〜２．
３μｍ）程度に設定されており、液晶２１の層圧ｄもこ
の値となる。

【００１９】液晶２１は、カイラルスメクティックＣ相
の螺旋ピッチが両基板１１、１２の間隔より小さく、か
つ、配向状態のメモリ性を有さない強誘電性液晶（以
下、ＤＨＦ(Deformed Helix Ferroelectric)液晶）であ
る。ＤＨＦ液晶２１は、螺旋ピッチが、可視光帯域の波
長である７００nm〜４００nm以下（例えば、４００nm〜
３００nm）であり、自発分極が大きく、コーンアングル
が約２７度ないし４５゜（望ましくは、２７゜ないし３
０゜）の強誘電性液晶からなる。

【００２０】ＤＨＦ液晶２１は、カイラルスメクティッ
クＣ相が有する層構造の層の法線を配向膜１８、１９の
配向処理の方向に向けて均一な層構造を形成する。ま
た、その螺旋ピッチが基板間隔より小さいため、螺旋構
造をもった状態で基板１１、１２間に封入されている。

【００２１】画素電極１３と対向電極１７との間に絶対
値が十分大きい電圧を印加したとき、ＤＨＦ液晶２１は
印加電圧の極性に応じて、液晶分子がほぼ配向方向（ダ
イレクタ、長軸方向）が第１の配向方向となる第１の配
向状態と液晶分子の配向方向がほぼ第２の配向方向とな
る第２の配向状態のいずれかの状態に設定される。

【００２２】絶対値が液晶分子を第１又は第２の配向状
態に配向させる電圧より低い電圧を画素電極１３と対向
電極１７間に印加したとき、ＤＨＦ液晶２１の分子配列
の螺旋が歪み、ＤＨＦ液晶２１の平均的な配向方向が第
１の配向方向と第２の配向方向との間の方向となる中間
配向状態となる。

【００２３】配向膜１８、１９に施された配向処理の方
向と、偏光板２３、２４の光学軸と、ＤＨＦ液晶２１の
液晶分子の配向方向との関係を図３を参照して説明す
る。

【００２４】図３において、符号２１Ｃは配向膜１８、
１９に施された配向処理の方向（ラビング方向）を示
し、ＤＨＦ液晶２１は、カイラルスメクティックＣ相が
有する層構造の層の法線を配向処理の方向２１Ｃに向け
て配向している。

【００２５】一方の極性（この実施例では正極性）でか
つ絶対値が十分大きい電圧をＤＨＦ液晶２１に印加した
時、ＤＨＦ液晶２１は、第１の配向状態となり、液晶分
子は第１の配向方向２１Ａにほぼ配向する。他方の極性
（この実施例では負極性）でかつ絶対値が十分大きい電
圧をＤＨＦ液晶２１に印加したとき、ＤＨＦ液晶２１は
第２の配向状態となり、液晶分子は第２の配向方向２１
Ｂにほぼ配向する。印加電圧が０のとき、液晶分子の平
均的な配向方向は配向処理の方向２１Ｃ、即ち、ＤＨＦ
液晶２１のスメクティック相の層の法線方向（第１と第
２の配向方向２１Ａと２１Ｂの中間の方向にほぼ等し
い）に平行となる。

【００２６】第１の配向方向２１Ａと第２の配向方向２
１Ｂとのずれ角φは、ＤＨＦ液晶２１の種類によって異
なるが、２５゜〜４５゜に選定され、望ましくは２７゜
〜４５゜である。偏光板２３の光学軸（この実施例では
透過軸）２３Ａは、配向処理の方向２１Ｃに対しほぼ４
５°±１０°（望ましくは±５°）に設定され、偏光板
２４の光学軸（透過軸）２４Ａは、光学軸２３Ａにほぼ
垂直（配向処理の方向２１Ｃに対しほぼ−４５°±１０
°（望ましくは±５°））に設定されている。

【００２７】次に、図１〜図３に示す構成の強誘電性液
晶表示素子の動作を説明する。一対の偏光板の間にＤＨ
Ｆ液晶２１を配置し、第１の配向方向２１Ａと第２の配
向方向２１Ｂの間で液晶分子の配向方向が任意に制御さ
れる液晶素子の透過率は数式２で示される。

【００２８】

【数２】Ｔ＝ｓｉｎ²（２θ）・ｓｉｎ²（π・Δｎｄ／λ）ここで、θは入射側偏光板の透過軸と液晶分子の平均的
な配向方向とのなす角（交差角）、Δｎは強誘電性液晶
の屈折率異方性、ｄは強誘電性液晶の層の厚さ、λは入
射光の波長、Ｔは透過率を表す。

【００２９】ＤＨＦ液晶２１のΔｎは、前述した中間の
配向状態では、液晶分子の配列に螺旋構造が存在するた
めに、交差角θに依存して変化する。即ち、ＤＨＦ液晶
２１の分子が第１又は第２の配向方向１２Ａ、２１Ｂに
配列した第１又は第２の配向状態では、液晶分子は螺旋
が解けてほとんど全てが液晶素子の透明基板１１、１２
に平行で且つ一方の方向に配列している。このときのΔ
ｎは液晶分子の長軸方向（光学軸）の屈折率とこの長軸
に直交する方向の屈折率との差によって定義される。

【００３０】ＤＨＦ液晶２１の分子の平均的な配向方向
が第１の配向方向２１Ａと第２の配向方向２１Ｂとの間
の任意の方向となる中間の配向状態では、液晶分子の配
列の螺旋構造が歪んだ状態であるから、スメクティック
相の法線方向に対する所定のチルト角の範囲で基板面に
対して斜めに配列した液晶分子が、その平均的な配向方
向（光学軸）の向きに応じて存在している。この場合、
液晶分子が一様に配列しておらずその配列方向にバラツ
キがあるため、光学軸方向の屈折率および光学軸に直交
する方向の屈折率が屈折率が共に小さくなり、また、こ
れらの屈折率の差も小さくなる。従って、中間の配向状
態でのΔｎの値は、第１および第２の配向状態のΔｎの
値より小さくなり、液晶分子が第１の配向方向２１Ａと
第２の配向方向２１Ｂの中央の方向に配列したときが最
も小さくなる。

【００３１】この様に、ＤＨＦ液晶２１のΔｎは、交差
角θに応じて変化するので、数式２から明らかなよう
に、交差角θの変化に応じて各波長λに対する透過率Ｔ
が変化し、透過光のスペクトル分布が変化して表示色が
変わる。従って、ＤＨＦ液晶２１に印加する電圧を制御
することにより、交差角θを制御し、任意の色を表示す
ることができる。

【００３２】次に、図４（Ａ）および（Ｂ）を参照し
て、図３に示す光学配置を採用した液晶表示素子の駆動
方法について説明する。この液晶表示素子はその光学特
性のヒステリシスが大きく、また印加電圧が高速でオン
・オフされるため、対向電極１７と画素電極１３間に表
示色に対応する電圧を単純に印加しただけでは、所望の
表示色は得られない。そこで、ＤＨＦ液晶２１を一旦第
１の配向状態又は第２の配向状態に配向させ、その後、
表示色に応じた電圧（書き込み電圧ＶＤ）を印加するこ
とにより、書き込み電圧ＶＤを印加する前のＤＨＦ液晶
２１の配向状態を一定とし、書き込み電圧に対応する表
示色を得ることとする。

【００３３】図４（Ａ）、（Ｂ）は、第１行の画素に注
目し、行ドライバ３１がゲートライン１５に印加するゲ
ート信号と、列ドライバ３２がデータライン１６に印加
するデータ信号をそれぞれ示す。

【００３４】また、図５（Ａ）、（Ｂ）において、ＴＦ
は１フレーム期間、ＴＳはその画素の選択期間、ＴＯは
非選択期間を示す。各選択期間ＴＳは４つのスロットｔ
１、ｔ２、ｔ３、ｔ４に４等分されている。各１スロッ
トの期間Δｔは約４５μ秒である。最初のスロットｔ１
は補償パルスＰ１１の印加期間、スロットｔ２はリセッ
ト補償パルスＰ１２の印加期間、スロットｔ３はリセッ
トパルスＰ１３の印加期間、最終スロットｔ４は書き込
みパルスＰ１４の印加期間である。

【００３５】書き込みパルスＰ１４は画像データに対応
した電圧（書き込み電圧）ＶＤを有するパルスである。
補償パルスＰ１１は、書き込みパルスＰ１４の印加によ
りＤＨＦ液晶２１に直流電圧成分が片寄ってかかるのを
補償するためのパルスであり、書き込みパルスＰ１４と
逆極性のパルスである。補償パルスＰ１１の電圧−ＶＤ
（補償電圧）の絶対値は、書き込みパルスＰ１４の電圧
ＶＤと同一である。書き込みパルスＰ１４の電圧ＶＤは
画像データに応じて種々の値に制御され、これに対応し
て補償パルスＰ１１の電圧−ＶＤも制御される。

【００３６】リセットパルスＰ１３は、光学特性におけ
るヒステリシスの影響をなくすためのパルスであり、リ
セットパルスＰ１３の電圧−ＶＲは、ＤＨＦ液晶２１の
液晶分子のほとんどが第２の配向方向２１Ｂに配向する
のに十分な値を有する。リセット補償パルスＰ１２は、
リセットパルスＰ１３の印加によりＤＨＦ液晶２１に直
流電圧成分が片寄ってかかるのを補償するための逆極性
のパルスである。リセット補償パルスＰ１２の電圧ＶＲ
の絶対値とリセットパルスＰ１３の電圧−ＶＲの絶対値
は同一である。

【００３７】各パルスＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４
の極性及び電圧値は、データ信号の基準電圧Ｖ０に対す
る極性と電圧である。基準電圧Ｖ０は対向電極１７の電
圧と同一である。

【００３８】この駆動方法では、書き込み電圧ＶＤの最
小値をＶ０とし、最大値ＶmaxをリセットパルスＰ１３
の電圧−ＶＲの絶対値より若干低い値として、Ｖ０乃至
Ｖmaxの範囲で書き込み電圧ＶＤを制御する。

【００３９】図４（Ａ）と（Ｂ）に示すゲート信号とデ
ータ信号とを用いて上記強誘電性液晶表示素子を駆動す
ると、各行の選択期間ＴＳに、補償パルスＰ１１の電圧
（補償電圧）−ＶＤと、リセット補償パルスＰ１２の電
圧ＶＲと、リセットパルスＰ１３の電圧−ＶＲと、書き
込みパルスＰ１４の電圧（書き込み電圧）ＶＤとが順次
ＴＦＴ１４を介して画素電極１３に印加される。

【００４０】書き込みパルスＰ１４を印加する直前にリ
セットパルスＰ１３を印加して、液晶分子を第２の配向
方向２１Ｂに配向させているため、液晶分子の長軸の平
均的な配向方向は、例えば、書き込み電圧ＶＤがＶ０の
とき、第２の配向方向２１Ｂにほぼ平行な状態を維持
し、書き込み電圧ＶＤがリセット電圧ＶＲの１／４のと
き、液晶分子の平均的な配向方向は、配向処理の方向２
１Ｃと第２の配向方向２１Ｂの中間の方向になる。ま
た、書き込み電圧ＶＤがリセット電圧ＶＲの１／２であ
ると、液晶分子の平均的な配向方向は配向処理の方向２
１Ｃにほぼ一致し、書き込み電圧ＶＤがＶmaxのとき、
第１の配向方向２１Ａにほぼ平行となる。そして、これ
らの配向状態に従って、数式２に従った色が表示され
る。

【００４１】非選択期間ＴＯになると、ＴＦＴ１４がオ
フし、選択期間ＴＳの最終スロットｔ４に印加された書
き込み電圧ＶＤに応じた電圧が画素電極１３と対向電極
１７とその間のＤＨＦ液晶２１とで形成される画素容量
に保持される。従って、各画素の表示色は、次の選択期
間ＴＳまで、書き込み電圧ＶＤに対応した色に維持され
る。

【００４２】従って、この駆動方法では、書き込み電圧
ＶＤをＶ０〜Ｖmaxの範囲で可変させることにより、Ｄ
ＨＦ液晶２１の液晶分子の平均的配向方向を第１の配向
方向２１Ａと第２の配向方向２１Ｂの間で変化させて、
任意の色を表示することができる。

【００４３】上記駆動方法では、選択期間ＴＳ毎に、電
極１３、１７間に電圧ＶＲと−ＶＲの対と書き込み電圧
ＶＤと書き込み補償電圧−ＶＤの対を印加しているた
め、ＤＨＦ液晶２１に印加される直流電圧成分が相殺さ
れ、表示の焼き付き現象や液晶の劣化を生ずることもな
い。

【００４４】リセット補償パルスＰ１２とリセットパル
スＰ１３の印加順序は逆でもよい。電圧ＶＲ、−ＶＲ
は、液晶分子のほとんどが第１及び第２の配向方向２１
Ａ、２１Ｂに配向する電圧であればよく、配向方向２１
Ａ、２１Ｂに完全に配向する電圧でなくともよい。ま
た、補償パルスＰ１１の電圧−ＶＤとリセット補償パル
スＰ１２の電圧ＶＲを加算した電圧（ＶＲ−ＶＤ）を有
するパルスを補償パルスＰ１１とリセット補償パルスＰ
１２の代わりにＤＨＦ液晶２１に印加してもよい。

【００４５】以上説明したように、上記構成のカラー液
晶表示素子は、カラーフィルタ等を用いずに、各画素で
複数の色を表示できる。また、ＤＨＦ液晶２１は、ネマ
ティック液晶等と比較して、印加電圧の変化に対する液
晶分子の配向状態の応答速度が速い。従って、高速応答
性を有する複屈折制御方式のカラー液晶表示素子が得ら
れる。

【００４６】さらに、ＤＨＦ液晶２１は、マクロ的に
は、印加電圧に応じて液晶分子の平均的配列方向が液晶
表示素子の基板に対してほぼ平行な平面内でその向きを
変えるように挙動する。従って、従来例のように、印加
電圧に応じて液晶分子が液晶層の厚さ方向に立ち上がる
ように挙動する液晶表示素子に比べて、この実施例の液
晶表示素子は基板正面方向からの観察方向の変化による
その方向のリタデーションの変化が少ない。このため、
異なる方向から観察したときの表示色の変化が小さくな
り、広視野角のカラー液晶表示素子が得られる。

【００４７】上記実施例では、図３に示すように、配向
処理の方向（カイラルスメクティックＣ相が有する層構
造の層の法線方向）２１Ｃと各偏光板の透過軸２３Ａ、
２４Ａの交差角度をそれぞれ４５°±１０°としたが、
他の角度でもよい。この交差角に応じて、印加電圧の変
化に対する波長毎の透過率が変化し、同一の印加電圧に
対する表示色が変化するため、使用用途に応じた角度を
選択すればよい。

【００４８】図３に示す光学配置に代えて、図５に示す
ように、配向処理の方向２１Ｃと偏光板２３の透過軸２
３Ａとを平行とし、これらと偏光板２４の透過軸とが直
交するようにしてもよい。このような光学配置を採用し
た場合、印加電圧が０の時、液晶分子の平均的な配向方
向と偏光板２３の透過軸２３Ａが平行となり、偏光板２
３を透過した直線偏光がほぼ直線偏光のままＤＨＦ液晶
２１の層内を進行し、直交配置された偏光板２４で吸収
される。このため、「黒」が明確に表示される。従っ
て、黒を基調とする複屈折制御方式の液晶表示素子の場
合には、図５の光学配置を有する複屈折制御方式の液晶
表示素子が望ましい。

【００４９】次に、図５に示す光学配置を採用した強誘
電性液晶表示素子の実用的な駆動方法を、図６（Ａ）、
（Ｂ）を参照して説明する。図６（Ａ）は、行ドライバ
３１が第１行のＴＦＴ１４に接続されたゲートライン１
５に印加するゲート信号の波形を示し、図６（Ｂ）は、
列ドライバ３２がデータライン１６に印加するデータ信
号の波形を示す。なお、理解を容易にするため、第１行
の画素用のデータ信号のみ示し、他の行用のデータ信号
は図示しない。

【００５０】図６（Ａ）、（Ｂ）において、ＴＦは１フ
レーム期間、ＴＳは第１行の画素の選択期間、ＴＯは非
選択期間を示す。各選択期間ＴＳは、例えば、約４５μ
秒である。この実施例においては、図６（Ｂ）に示すよ
うに、連続する２つのフレームＴＦodd（奇数番目のフ
レーム）とＴＦeven（偶数番目のフレーム）の選択期間
ＴＳに、表示色に応じ、極性が反対で絶対値が同一の書
き込みＶＤ、−ＶＤを有する駆動パルス（書き込みパル
ス）をデータライン１６に印加する。即ち、１つの画像
データ（色信号）について、電圧の絶対値が等しく、極
性が正と負との２つの書き込み電圧＋ＶＤと−ＶＤとを
２つのフレームの各選択期間にそれぞれ１つずつ印加す
る。

【００５１】図６（Ａ）、（Ｂ）に示す波形のゲート信
号とデータ信号とを用いて図１、図２および図５に示す
構成の強誘電性液晶表示素子を駆動すると、任意の奇数
番目のフレームＴＦoddの選択期間ＴＳに、書き込み電
圧ＶＤがゲートパルスによりオンしているＴＦＴ１４を
介して画素電極１３に印加される。書き込み電圧ＶＤに
より、ＤＨＦ液晶２１の液晶分子はその平均的な配向方
向が配向処理の方向２１Ｃと第１の配向方向２１Ａの間
となるように配向する。ＤＨＦ液晶２１の液晶分子の平
均的な配向方向と配向処理の方向２１Ｃとの交差角度を
θ₁とすると、各波長λの透過率Ｔは数式３で表され
る。

【００５２】

【数３】Ｔ＝ｓｉｎ²（２θ₁）ｓｉｎ²（π・Δｎｄ／λ）数式３におけるΔｎの値は、交差角度θ₁に依存して変
化する。従って、波長λ毎に異なった透過率で光が出射
し、出射光の合成色が表示色となる。

【００５３】ゲートパルスがオフして非選択期間ＴＯに
なると、ＴＦＴ１４がオフし、書き込み電圧ＶＤに応じ
た電圧が画素電極１３と対向電極１７とその間のＤＨＦ
液晶２１とで形成される容量（画素容量）に保持され
る。このため、非選択期間ＴＯの間、ＤＨＦ液晶２１の
液晶分子の配向方向が角度θ₁に保持され、その画素の
表示色も書き込み電圧ＶＤに対応した値に維持される。

【００５４】そして、次のフレームＴＦevenの選択期間
ＴＳに、書き込み電圧−ＶＤがゲートパルスによりオン
しているＴＦＴ１４を介して画素電極１３に印加され
る。書き込み電圧−ＶＤが印加されると、ＤＨＦ液晶２
１の配向方向は配向処理の方向２１Ｃを基準としてほぼ
反転し、交差角は反時計方向にほぼθ₁（−θ₁）とな
る。前述のように、ｓｉｎ²Ｘ＝ｓｉｎ²（−Ｘ）である
から、波長λ毎の透過率Ｔ（λ）は直前のフレームＴＦ
oddでの透過率Ｔ（λ）とほぼ同一となり、ほぼ同一の
色が表示される。

【００５５】非選択期間ＴＯになると、ＴＦＴ１４がオ
フし、書き込み電圧−ＶＤが画素容量に保持される。こ
のため、非選択期間ＴＯの間、その画素は書き込み電圧
−ＶＤに対応した表示色に維持される。

【００５６】この駆動方法では、図５に示す光学配置を
採用しているので、書き込み電圧ＶＤと−ＶＤに対する
表示色がほぼ等しくなり、連続する２フレームＴＦodd
とＴＦevenの間、１つの画像データにより指示される色
が表示される。また、連続する２つのフレームＴＦodd
とＴＦevenの間、正負逆極性の電圧ＶＤと−ＶＤを印加
しているので、印加電圧の絶対値に対する交差角度θ₁
が正負の極性で若干異なっていても、これらの光学的変
化の平均値が観察され、表示むら等を防止できる。

【００５７】また、連続する２つのフレームＴＦoddと
ＴＦevenの選択期間ＴＳで、極性が逆で絶対値が等しい
電圧ＶＤと−ＶＤを各画素（画素電極）に印加するの
で、ＤＨＦ液晶２１に直流電圧成分が片寄って印加され
ることがない。従って表示の焼き付き現象や液晶の劣化
を生ずることもない。

【００５８】なお、上記実施例では、各画像データに対
応する書き込み電圧を２つの連続するフレームで極性を
反転して各画素に印加したが、例えば、１つの画像デー
タについて、電圧値がＶＤ又は−ＶＤの１つの電圧を対
応する画素に、フレーム毎に極性を変えて印加するよう
にしてもよい。例えば、ある画素のフレーム毎の表示色
をＣ１、Ｃ２、Ｃ３、・・・と仮定すると、書き込み電圧
を各表示階調に対応する＋ＶＤ１、−ＶＤ２、＋ＶＤ
３、・・・と変化させるようにしてもよい。

【００５９】第１及び第２実施例においては、透過型の
液晶表示素子について説明したが、偏光板２３、２４の
一方の背面に、例えば、図７に示すように反射板２７を
配置し、反射型強誘電性液晶表示素子としてもよい。

【００６０】また、色の分離をよくし、三原色及びそれ
らの混合色を表示可能とするため、図８に示すように、
一対の偏光板２３、２４の間に１枚以上の位相差板（λ
板）２８を配置してもよい。

【００６１】なお、アクティブ素子は、ＴＦＴに限ら
ず、ＭＩＭでもよい。また、液晶２１として、中間配向
状態を取りうる（平均的な配向方向が第１の配向方向と
第２の配向方向で連続的に変化させうる）ならば、ＤＨ
Ｆ以外の強誘電性液晶、例えば、強誘電相と反強誘電相
を有する反強誘電性液晶等を使用してもよい。この場
合、反強誘電性液晶は、電界の印加により反強誘電相か
ら強誘電相に転移する際に、液晶分子の基板に対する角
度が変化する前駆チルト現象が生じているため、電界の
印加による反強誘電相から強誘電相に転移する過程でΔ
ｎの値が変化する。よって、印加される電界に応じて、
反強誘電性液晶の液晶分子の平均的な配向方向が第１の
配向方向又は第２の配向方向とその中間の配向方向にそ
の配向状態が変化する時に、前記交差角と共にΔｎの値
も変化する。従って、この反強誘電性液晶を使用するこ
とによっても、前述した実施例と同様に、印加に応じて
表示色を変化させることができる。さらに、図１〜図
３、図５に示す構成の強誘電性液晶表示素子の特性が生
かせるならば、上述した駆動方法以外の駆動方法を採用
してもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、強誘電性液晶を用いて複屈折制御方式のカラー液晶
表示素子を得ることができ、カラーフィルタ等を用いず
に、各画素で複数の色を表示できる。また、強誘電性液
晶を使用しているので、印加電圧の変化に対する液晶の
配向状態の応答速度が速く、高速応答性を有するカラー
液晶表示素子が得られる。また、強誘電性液晶は、液晶
表示素子の透明基板に対して実質的に平行な面内で液晶
分子の配向が変化するものであり、前記透明基板を正面
から観察するときの観察方向の変化に対する透過光のリ
タデーションの変化が少ないので、観察方向の変化に対
する表示色の変化が小さい。このため、視野角が広いカ
ラー液晶表示素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる強誘電性液晶表示
素子の構造を示す断面図である。

【図２】図１に示す強誘電性液晶表示素子の下基板の構
成を示す平面図である。

【図３】配向処理の方向と、液晶分子の配向方向と、偏
光板の透過軸の方向との組み合わせの一例を示す図であ
る。

【図４】図３に示す光学配置を採用した強誘電性液晶表
示素子の駆動方法を説明するための波形図であり、
（Ａ）はゲートラインに供給されるゲート信号の波形を
示す図である。（Ｂ）はデータラインに供給されるデー
タ信号の一例の波形を示す図である。

【図５】配向処理の方向と、液晶分子の配向方向と、偏
光板の透過軸の方向との組み合わせの他の例を示す図で
ある。

【図６】図５に示す光学配置を採用した強誘電性液晶表
示素子の駆動方法を説明するための波形図であり、
（Ａ）はゲートラインに供給されるゲート信号の波形を
示す図である。（Ｂ）はデータラインに供給されるデー
タ信号の一例の波形を示す図である。

【図７】この発明の一実施例にかかる強誘電性液晶表示
素子の変形例の構造を示す断面図である。

【図８】この発明の一実施例にかかる強誘電性液晶表示
素子の変形例の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１１・・・透明基板、１２・・・透明基板、１３・・・画素電
極、１４・・・ＴＦＴ、１５・・・ゲートライン、１６・・・デ
ータライン、１７・・・対向電極、１８・・・配向膜、１９・・
・配向膜、２０・・・シール材、２１・・・液晶、２２・・・ギャ
ップ材、２３・・・偏光板、２５・・・液晶セル、２７・・・反
射板、２８・・・位相差板、３１・・・行ドライバ、３２・・・
列ドライバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０２Ｆ 1/1335 ５２５ 1/1337 ５０５Ｇ０９Ｇ 3/36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素電極と該画素電極に接続されたアクテ
ィブ素子とがマトリクス状に配列された第１の基板と、前記画素電極に対向する対向電極が形成された第２の基
板と、前記第１と第２の基板間に配置され、層構造をもち、前
記画素電極と前記対向電極間に印加された電圧に応じて
液晶分子が第１の配向方向にほぼ配列した第１の配向状
態と、液晶分子が第２の配向方向にぼぼ配列した第２の
配向状態と、液晶分子が螺旋構造をもって配向し、平均
的な配向方向が前記第１と第２の配向方向の間の任意の
方向となる中間の配向状態とに配向する強誘電性を有す
る液晶と、前記第１と第２の基板を挟んで配置され、それぞれの光
学軸が所定角度で交差するように配置された一対の偏光
板と、を備え、前記画素電極と前記対向電極との間に印加する電圧を制
御することにより前記液晶の液晶分子の平均的な配向方
向を制御して、異なった色を表示することを特徴とする
強誘電性液晶を用いた複屈折制御方式のカラー液晶表示
素子。
【請求項２】対向面にそれぞれ電極が形成された一対の
基板と、前記一対の基板間に、液晶分子が螺旋構造をもって配向
するように配置され、対向する前記電極間に印加された
電圧に応じて液晶分子の平均的な配向方向が第１の配向
方向と第２の配向方向の間で連続的に変化する強誘電性
をもった液晶と、前記一対の基板を挟んで配置された一対の偏光板と、を備え、前記対向する電極間に印加する電圧により、前記液晶の
平均的な配向方向を制御して、異なった色を表示するこ
とを特徴とする強誘電性液晶を用いた複屈折制御方式の
カラー液晶表示素子。
【請求項３】前記一対の偏光板のうちの一方の偏光板
は、その光学軸が前記第１の配向方向と前記第２の配向
方向の中間の方向に対し時計回り方向にφ°傾いて配置
され、前記一対の偏光板のうちの他方の偏光板は、その光学軸
が前記第１の配向方向と前記第２の配向方向の中間の方
向に対し反時計回り方向にφ°傾いて配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の強誘電性液晶
を用いた複屈折制御方式のカラー液晶表示素子。
【請求項４】前記一対の偏光板のうちの一方の偏光板
は、その光学軸が前記第１の配向方向と前記第２の配向
方向の中間方向に対し平行に配置され、前記一対の偏光板のうちの他方の偏光板は、その光学軸
が前記中間方向に対し実質的に直交するように配置され
ている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の強誘電性液晶
を用いた複屈折制御方式のカラー液晶表示素子。
【請求項５】前記一対の偏光板の間に、１又は複数の位
相差板を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいず
れか１つに記載の強誘電性液晶を用いた複屈折制御方式
のカラー液晶表示素子。
【請求項６】前記一対の偏光板のいずれか一方の外側に
反射板を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいず
れか１つに記載の強誘電性液晶を用いた複屈折制御方式
のカラー液晶表示素子。