JPH0895092A - 強誘電性液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コントラストの高い階調画像を表示できる強
誘電性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を、電極１３、１７が
形成された基板１１、１２と、基板１１、１２間に配置
され、印加電圧に応じて分子が第１の方向にほぼ配列し
た第１の配向状態と、液晶分子が第２の方向にぼぼ配列
した第２の配向状態と、液晶分子がその平均的な配列方
向を第１と第２の方向の間の任意の方向に向けて配列し
た中間の配向状態とに配向する強誘電性液晶２１と、強
誘電性液晶２１に添加された二色性染料２６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。電極１３、１７間の印加電圧を制御すると
強誘電性液晶２１と二色性染料２６の配向状態が共に変
化し、入射側偏光板２３を透過した直線偏光の偏光状態
と二色性染料２６による吸収量が変化し、出射側偏光板
２４から出射する光の光量が変化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は強誘電性を有する強誘
電性液晶（反強誘電性液晶を含む）を用いた液晶表示素
子に関し、特に、二色性染料が添加された強誘電性液晶
を用いた強誘電性液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶表示素子としては、強誘電
性液晶を用いた強誘電性液晶表示素子と反強誘電性液晶
を用いた反強誘電性液晶表示素子とが知られている。

【０００３】従来の強誘電性液晶表示素子は、図１１に
示すように、対向面に電極３３、３４が形成された一対
の透明基板３１、３２間に強誘電性液晶３５を封入し、
両基板３１、３２を一対の偏光板３６、３７で挟んで構
成される。透明基板３１、３２の電極形成面には、それ
ぞれ配向膜３８、３９が設けられている。

【０００４】従来の強誘電性液晶表示素子においては、
一方の偏光板、例えば、偏光板３６から入射した直線光
は、強誘電性液晶３５の配向状態に応じた複屈折効果を
受けて偏光し、偏光板３７を通過する際の通過光量が変
化する。例えば、強誘電性液晶３５の平均的な配向方向
が偏光板３６の透過軸の方向と一致した時、偏光板３６
を透過した直線偏光が直線偏光のまま強誘電性液晶３５
の層を通過し、偏光板３７で吸収され、透過率が最も低
くなる。一方、強誘電性液晶３５の平均的な配向方向が
偏光板３６の透過軸の方向と非平行となると、偏光板３
６を透過した直線偏光は強誘電性液晶３５の配向状態に
応じて楕円偏光となり、この楕円偏光の偏光板３７の透
過軸と同一方向の成分が偏光板３７を透過して出射す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】強誘電性液晶３１の配
向状態は、マクロ的には、印加電圧に応じて一様に変化
するが、ミクロ的には、配向処理の方向等にバラツキが
存在するため、１つの画素内でも、一定とならない。こ
のため、液晶分子の平均的な配向方向がマクロ的に偏光
板７６の透過軸と平行となった場合であっても、ミクロ
的には平均的な配向方向が偏光板７６の透過軸と非平行
なドメインが１つの画素内に発生し、出射側偏光板７７
から光が漏れてしまう。このため、従来の強誘電性液晶
表示素子では、漏れ光が多く、表示コントラストが低い
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、コントラストの高い画像を表示できる強誘電性液
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、この発明の強誘電性液晶表示素子は、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
子が前記第１と第２の配向方向の間の任意の方向に配列
した中間の配向状態とに配向する強誘電性液晶と、前記
強誘電性液晶に添加された二色性染料と、前記第１と第
２の基板を挟んで配置された一対の偏光板と、を備えた
ことを特徴とする。

【０００８】

【作用】二色性染料は強誘電性液晶の液晶分子の平均的
な配向方向とほぼ平行に配向し、その吸収異方性によ
り、光吸収軸に平行な成分の光を吸収し、光吸収軸に直
交する成分の光を透過させる。このため、対向する前記
電極間に印加する電圧を制御して液晶分子と共に二色性
染料の配向方向を制御することによって、二色性染料に
よって前記強誘電性液晶の漏れ光を吸収させることがで
きる。

【０００９】前記一対の基板を挟んで一対の偏光板を配
置する場合、一対の偏光板と液晶層の複屈折効果による
光の吸収作用（遮断）と二色性染料により漏れ光を少な
くして、より暗い黒を表示できる。従って、偏光板の光
学軸の方向の組み合わせ及び強誘電性液晶の液晶分子の
配向方向を適当に設定することにより、コントラストの
高い階調画像を表示可能となる。

【００１０】

【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。 （第１実施例）図１はこの発明の第１実施例の強誘電性
液晶表示素子の断面図、図２は強誘電性液晶表示素子の
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。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２５を
挟んで配置された偏光板２３、２４と、から構成され
る。

【００１１】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。

【００１２】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（階調信号）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を印加す
る。

【００１３】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
グによる配向処理が施されている。

【００１４】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。
配向膜１８、１９の間隔は、シール材２０及びギャップ
材２２により、例えば、２μｍ（１．７μｍ〜２．４μ
ｍ）の一定間隔に規制されており、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。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７
００nm〜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３０゜）の強
誘電性液晶組成物からなる。

【００１５】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。
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、液晶分子の平均的な配向方向（ダイレク
タ）が第１の配向方向となる第１の配向状態（第１の強
誘電相）と液晶分子の平均的な配向方向が第２の配向方
向となる第２の配向状態（第２の強誘電相）のいずれか
の状態に設定される。また、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の配向方向の間の方
向となる中間配向状態となる。

【００１６】ＤＨＦ液晶２１には、二色性染料（二色性
色素）２６が添加されている。二色性染料２６は、例え
ば、アゾ系或いはアントラキノン系の黒色で、二色比が
５〜１２の色素等から構成される。その添加量は、ＤＨ
Ｆ液晶２１の層の厚さ及び二色性染料２６の二色比に応
じて適宜選択され、例えば、ＤＨＦ液晶２１に対し０．
２〜４重量％に設定される。なお、二色性染料２６の添
加量が少ないと、低階調が表示しにくく、また、二色性
染料２６の添加量が多すぎると、表示が暗くなり、二色
性染料２６がＤＨＦ液晶２１に溶解しにくくなると共に
ＤＨＦ液晶２１の適切な配向を阻害する。このため、添
加量は０．５〜３重量％程度、特に１〜３重量％が望ま
しい。なお、ＤＨＦ液晶２１の層厚が増加するに従って
その添加量を減少させてもよい。二色性染料２６は液晶
分子の配向に従って螺旋状に配向し、その長軸の平均的
な方向はＤＨＦ液晶２１の液晶分子の平均的な配向方向
に一致する。この実施例では、二色性染料２６の吸収率
異方性を正とし、二色性染料２６の吸収軸はその長軸と
ほぼ一致している。

【００１７】配向膜１８、１９に施された配向処理の方
向と、偏光板２３、２４の光学軸の方向と、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。

【００１８】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。一
方の極性でかつ絶対値が十分大きい電圧をＤＨＦ液晶２
１に印加した時、ＤＨＦ液晶２１は、第１の配向状態と
なり、液晶分子の平均的な配向方向は第１の配向方向２
１Ａに平行となる。他方の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２
１は第２の配向状態となり、液晶分子の平均的な配向方
向は第２の配向方向２１Ｂに平行となる。一方、印加電
圧が０のとき、液晶分子の平均的な配向方向は液晶のス
メクティック相の層の法線方向、即ち、第１と第２の配
向方向２１Ａと２１Ｂの中間の方向（配向処理の方向）
２１Ｃに平行となる。

【００１９】第１の配向方向２１Ａと第２の配向方向２
１Ｂとのずれ角は、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。二色性染料２６は液晶分子の配向に沿っ
て配向し、その長軸の方向は第１の配向方向２１Ａと第
２の配向方向２１Ｂの間で変化する。偏光板２３の光学
軸（この実施例では透過軸）２３Ａは、第２の配向方向
２１Ｂとほぼ平行に設定され、偏光板２４の光学軸（透
過軸）２４Ａは、光学軸２３Ａに垂直に設定されてい
る。

【００２０】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。ＤＨＦ液晶２１が第２の
配向状態の時、ＤＨＦ液晶２１の液晶分子の平均的な配
向方向は偏光板２３の透過軸２３Ａと平行にある。従っ
て、偏光板２３を透過した直線偏光は、直線偏光のまま
ＤＨＦ液晶２１の層内を進行する。この際、二色性染料
２６の吸収軸（長軸）はこの直線偏光の偏光方向と平行
となり、偏光板２３を透過した光は、二色性染料２６に
吸収され、進行に伴って減衰する。この直線偏光の偏光
方向と偏光板２４の吸収軸が平行であるため、ＤＨＦ液
晶２１の層から出射した透過した直線偏光は、偏光板２
４により吸収される。ＤＨＦ液晶２１の層を出射する光
自体が二色性染料２６の吸収により減衰しているので、
液晶分子の配向むら等が存在する場合でも、液晶表示素
子から出射する光（漏光）は非常に少量となる。

【００２１】一方、液晶分子の平均的な配向方向が第２
の配向方向２１Ｂから第１の配向方向２１Ａに徐々に変
化していくと、偏光板２３を透過した直線偏光と二色性
染料２６の吸収軸２３Ａの交差角が徐々に大きくなり、
また、ＤＨＦ液晶２１の複屈折効果により、ＤＨＦ液晶
２１に入射した直線偏光は徐々に楕円偏光となる。従っ
て、ＤＨＦ液晶２１中の二色性染料２６により吸収され
る光量が徐々に減少すると共にＤＨＦ液晶２１の層から
出射した光の内の偏光板２４の透過軸２４Ａに平行な成
分も増加する。このため、表示が徐々に明るくなり、Ｄ
ＨＦ液晶２１の液晶分子の平均的な配向方向が第１の配
向方向２１Ａとなった時、透過率と表示階調は最高とな
る。

【００２２】ＤＨＦ液晶２１の液晶分子の平均的な配向
方向は、画素電極１３と対向電極１７の間に印加する電
圧の極性と電圧値（絶対値）に応じて、第１の配向方向
２１Ａと第２の配向方向２１Ｂの間で連続的に変化し、
それに応じて前述のようにＤＨＦ液晶２１の層内での光
の吸収量及びその複屈折効果による出射光の偏光状態が
変化し、偏光板２４を透過する光の強さが変化する。

【００２３】このため、この強誘電性液晶表示素子の画
素電極１３と対向電極１７間に０．１Ｈｚ程度の低周波
の三角波電圧を印加した場合、透過率は図４に実線で示
すように印加電圧に対して連続的に変化し、階調画像を
表示可能となる。そして、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るため、非選
択期間中もＤＨＦ液晶２１を任意の配向状態に維持する
電圧を保持しておくことができる。このため、上記構成
の強誘電性液晶表示素子は、透過率を変化させて階調表
示を行わせることが可能である。

【００２４】上記実施例では、偏光板２３の透過軸２３
Ａを第２の配向方向２１Ｂに一致させているが、第１の
配向方向２１Ａに一致させてもよい。この場合、図４に
破線で示すように、第１の配向状態において、透過率が
最低となり、第２の配向状態において透過率が最高とな
る。また、偏光板２３の吸収軸を第１又は第２の配向方
向２１Ａ、２１Ｂに一致させてもよい。

【００２５】次に、上記構成の強誘電性液晶表示素子の
実用的な駆動方法を、図５（Ａ）乃至（Ｃ）を参照し
て、ＤＨＦ液晶と正の吸収率異方性を有する二色性染料
２６とを用い、偏光板２３、２４の透過軸２３Ａ、２４
Ａを図３に示すように配置した強誘電性液晶表示素子を
例に説明する。

【００２６】強誘電性液晶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間に図４に実線又は破
線で示す表示階調に対応する電圧を単純に印加しただけ
では、所望の表示階調は得られない。そこで、この実施
例では、所望の透過率を得るため、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、表示階調に応じた電圧（書き込み電圧ＶＤ）をＤＨ
Ｆ液晶２１に印加することにより、書き込み電圧印加前
のＤＨＦ液晶２１の配向状態を一定とし、書き込み電圧
に対応する階調を得ることとする。

【００２７】図５（Ａ）乃至（Ｃ）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
加するデータ信号と、その画素の透過率をそれぞれ示
す。

【００２８】また、図５（Ａ）乃至（Ｃ）において、Ｔ
Ｆ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
ｔ１、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ｔ
１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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】図５（Ａ）と（Ｂ）に示す波形のゲート信
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Ｐ１
２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。

【００３４】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
方向に配向させているため、液晶分子と二色性染料２６
の長軸の平均的な配向方向は、例えば、書き込み電圧Ｖ
ＤがＶ０のとき、第２の配向方向２１Ｂにほぼ平行な状
態を維持して透過率がほぼ最低の状態を維持する。ま
た、書き込み電圧ＶＤがＶmaxのとき、第１の配向方向
２１Ａにほぼ平行となり、透過率がほぼ最高となる。ま
た、例えば、書き込み電圧ＶＤがリセット電圧ＶＲの１
／２であると、液晶分子及び二色性染料２６の平均的な
配向方向は配向処理の方向２１Ｃにほぼ一致し、その透
過率は最高と最低のほぼ中間の透過率となる。また、書
き込み電圧ＶＤがリセット電圧ＶＲの１／４のとき、液
晶分子と二色性染料２６の平均的な配向方向は、配向処
理の方向２１Ｃと第２の配向方向２１Ｂの中間の方向に
なる。従って、液晶表示素子の透過率は、前記中間の透
過率と最も低い透過率とのほぼ中間の値になる。

【００３５】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、各画素の透過率は、次の選択期
間ＴＳまで、書き込み電圧ＶＤに対応した値に維持され
る。

【００３６】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と二色性染料
２６の吸収軸の平均的方向を第１の配向方向２１Ａと第
２の配向方向２１Ｂの間で変化させて、図６に示すよう
に、表示階調を制御することができる。

【００３７】また、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。

【００３８】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。

【００３９】（第２実施例）第１実施例においては、偏
光板２３の透過軸２３Ａを第２の配向方向とほぼ平行に
配置したが、図７に示すように、第１と第２の配向方向
の中間方向２１Ｃ（配向膜１８、１９に施された配向処
理の方向）に平行とし、偏光板２４の透過軸２４Ａを偏
光板２３の透過軸２３Ａに直交させてもよい。

【００４０】次に、図７に示す光学配置を採用した強誘
電性液晶表示素子の動作を説明する。ＤＨＦ液晶２１の
平均的な配向方向を中間方向（配向処理の方向）２１Ｃ
に設定すると、二色性染料２６の吸収軸（長軸）と偏光
板２３の透過軸２３Ａが平行となる。このため、偏光板
２３を透過した直線偏光は、直線偏光のままＤＨＦ液晶
２１の層を通過し、二色性染料２６に吸収され、進行に
伴って減衰する。この直線偏光の偏光方向と偏光板２４
の吸収軸が平行であるため、ＤＨＦ液晶２１の層を透過
した直線偏光は、偏光板２４により吸収され、ほとんど
出射しない。特に、ＤＨＦ液晶２１の層を出射する光自
体が減衰しているので、液晶分子の配向等にむらがあ
り、配向状態の若干異なるドメインが画素内に存在する
場合でも、液晶表示素子から出射する光（漏光）は非常
に少量となる。

【００４１】一方、液晶分子の平均的な配向方向が中間
方向２１Ｃから第１又は第２の配向方向２１Ａ又は２１
Ｂに徐々に変化していくと、偏光板２３を透過した直線
偏光と二色性染料２６の吸収の交差角が徐々に大きくな
り、また、ＤＨＦ液晶２１の複屈折効果により、ＤＨＦ
液晶２１に入射した直線偏光は徐々に楕円偏光となる。
このため、二色性染料２６による光の吸収量が徐々に減
少し、ＤＨＦ液晶２１から出射する光の光量が増加する
と共にＤＨＦ液晶２１から出射する光のうち偏光板２４
の透過軸２４Ａに平行な成分が増加する。このため、表
示が明るくなる。そして、ＤＨＦ液晶２１が第１又は第
２の配向状態となった時、透過率と表示階調は最高とな
る。

【００４２】ＤＨＦ液晶２１の平均的な配向方向は、画
素電極１３と対向電極１７の間に印加する電圧の極性と
電圧値（絶対値）に応じて、第１の配向方向２１Ａと第
２の配向方向２１Ｂの間で連続的に変化し、それに応じ
て前述のようにＤＨＦ液晶２１の層内での光の吸収量及
びその複屈折効果による出射光の偏光状態が変化し、偏
光板２４を透過する光の強さが変化する。

【００４３】このため、この強誘電性液晶表示素子の画
素電極１３と対向電極１７間に０．１Ｈｚ程度の低周波
の三角波電圧を印加した場合、透過率は図８に示すよう
に印加電圧に対して連続的に変化し、階調画像を表示可
能となる。そして、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るため、非選択期間中
もＤＨＦ液晶２１を任意の配向状態に維持する電圧を保
持しておくことができる。このため、上記構成の強誘電
性液晶表示素子は、階調表示が可能である。

【００４４】図７では、偏光板２３の透過軸２３Ａを配
向処理の方向２１Ｃに一致させているが、偏光板２３の
吸収軸を配向処理の方向２１Ｃに一致させてもよい。こ
の場合、中間配向状態において、透過率が高くなり、第
１及び第２の配向状態において透過率が最低となる。

【００４５】次に、上記構成の強誘電性液晶表示素子の
実用的な駆動方法を、図９（Ａ）、（Ｂ）を参照して、
ＤＨＦ液晶２１と正の吸収率異方性を有する二色性染料
２６とを用い、偏光板２３の透過軸２３Ａを図６に示す
ように配置した強誘電性液晶表示素子を例に説明する。

【００４６】図９（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１５に印加するゲ
ート信号の波形を示し、図９（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。

【００４７】図９（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９（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、表示階調に応じ、極性が反対で絶対値が同一の
電圧値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（表示信号）について、電圧の絶対値が等しく、
極性が正と負との２つの駆動パルス＋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。

【００４８】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を透過率の飽和が起こる
電圧よりも若干低い値として、Ｖ０乃至Ｖmaxの範囲で
制御する。

【００４９】上記のような波形の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、
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Ｔ
ＦＴ１４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の間になるように配向する。ＤＨＦ液晶２１の配
向に従って二色性染料２６の配向状態が変化し、偏光板
２３を透過した直線偏光を楕円偏光に変化させる液晶層
の複屈折作用と二色性染料２６の光吸収作用により、各
画素の表示階調が書き込み電圧ＶＤに対応する値とな
る。

【００５０】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及
び二色性染料２６の配向状態が書き込み電圧ＶＤに対応
した状態に保持され、その画素の透過率も書き込み電圧
ＶＤに対応した値に維持される。

【００５１】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と二色性染料２６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、配向処理の方向２１Ｃと第２
の配向方向２１Ｂの間となる。しかし、二色性染料２６
の吸収軸と偏光板２３を透過した直線偏光の交差角は従
前のフレームとほぼ同一となり、直線偏光の吸収率もほ
ぼ同一となり、表示階調は直前のフレームＴＦoddでの
表示階調とほぼ同一となる。

【００５２】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、その画素の表示階調は書
き込み電圧−ＶＤに対応した値に維持される。

【００５３】即ち、この駆動方法では、図７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
対する透過率がほぼ等しくなり、連続する２フレームの
間、画像データにより指示される階調が表示される。ま
た、連続する２つのフレームで、１つの画素データに対
応する正負逆極性の電圧を印加しているので、図８の光
学特性が正負の電圧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。

【００５４】また、連続する２つのフレームで、極性が
逆で絶対値が等しい電圧を各画素（画素電極）に印加す
るので、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。

【００５５】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階
調がＩ１、Ｉ２、Ｉ３、・・・である場合、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。

【００５６】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１０に示すように反射板を配
置し、反射型強誘電性液晶表示素子としてもよい。

【００５７】なお、この発明は第１及び第２実施例に限
定されず、種々の変更及び応用が可能である。例えば、
上記実施例では、二色性染料２６として、正の吸収率異
方性を有するものを使用したが、負の吸収率異方性を有
するものを使用してもよい。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ＳＢ
Ｆ液晶、強誘電相と反強誘電相をもった反強誘電性液晶
等も使用可能である。さらに、図１〜図３、図７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、
どのような駆動方法を採用してもよい。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、強誘電性液晶に二色性染料を添加しているので、強
誘電性液晶の配向状態と一対の偏光板とによる複屈折作
用を用いた透過光量の制御だけでなく、二色性染料の光
吸収による透過量の制御も用いて、コントラストの高い
階調画像を表示できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の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】この発明の第１実施例にかかる配向処理の方向
と、液晶分子の配向方向と、偏光板の透過軸の方向との
関係を示す図である。

【図４】第１実施例にかかる強誘電性液晶表示素子の低
周波の印加電圧と透過率との関係を示すグラフである。

【図５】この発明の第１実施例にかかる強誘電性液晶表
示素子の実用的な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。（Ｃ）は透過
率の変化を示すグラフである。

【図６】図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す駆動方法を使用した
場合の、書き込み電圧と、透過率との関係を示すグラフ
である。

【図７】この発明の第２実施例にかかる配向処理の方向
と、液晶分子の配向方向と、偏光板の透過軸との方向の
関係を示す図である。

【図８】第２実施例にかかる強誘電性液晶表示素子の低
周波の印加電圧と透過率との関係を示すグラフである。

【図９】この発明の第２実施例にかかる強誘電性液晶表
示素子の実用的な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１０】この発明の実施例にかかる反射型強誘電性液
晶表示素子の構造を示す断面図である。

【図１１】従来の強誘電性液晶表示素子の構成を示す断
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、２６・・・二
色性染料、２７・・・反射板、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 1/1337 ５０５ 1/137 ５００ Ｇ０９Ｇ 3/36

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【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、液晶分子が前記第１と第２の配向方向の間
   の任意の方向に配列した中間の配向状態とに配向する強
   誘電性液晶と、 前記強誘電性液晶に添加された二色性染料と、 前記第１と第２の基板を挟んで配置された一対の偏光板
   と、 を備えたことを特徴とする強誘電性液晶表示素子。
2. 【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配置され、層構造をもち、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
   分子が前記第１と第２の配向方向の間の任意の方向にほ
   ぼ配列した中間の配向状態とに配向する強誘電性液晶
   と、 前記強誘電性液晶に添加された二色性染料と、 前記一対の基板を挟んで配置された一対の偏光板と、 を備えたことを特徴とする強誘電性液晶表示素子。
3. 【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
   方向と前記第１と第２の配向方向の中央方向のいずれか
   と実質的に平行となるように配置され、 前記一対の偏光板のうちの他方の偏光板は、その光学軸
   が前記一方の偏光板の光学軸と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
   表示素子。
4. 【請求項４】前記一対の偏光板の前記光学軸は光透過軸
   であり、前記二色性染料の光吸収軸は、前記液晶の平均
   的な配向方向と実質的に平行である、ことを特徴とする
   請求項１、２又は３に記載の強誘電性液晶表示素子。
5. 【請求項５】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
   方向のいずれかと実質的に平行となるように配置され、 前記一対の偏光板のうちの他方の偏光板は、その光学軸
   が前記一方の偏光板の光学軸と実質的に直交するように
   配置されており、 表示画像に対応する信号を受け、この信号に対応する絶
   対値を有する第１の電圧と、前記強誘電性液晶を前記第
   １の配向状態と第２の配向状態のいずれかに設定する第
   ２の電圧と、前記第１の電圧と前記第２の電圧を相殺す
   るための第３の電圧を、第３の電圧、第２の電圧、第１
   の電圧の順で、対向する前記電極間に印加する駆動手
   段、 をさらに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表示素子。
6. 【請求項６】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
   方向の中央方向と実質的に平行となるように配置され、 前記一対の偏光板のうちの他方の偏光板は、その光学軸
   が前記一方の偏光板の光学軸と実質的に直交するように
   配置されており、 画像データを受け、１つの画像データについて、電圧の
   絶対値が等しく、極性が正と負との２つの駆動パルスを
   ２つのフレームの各選択期間にそれぞれ１つずつ、対向
   する前記電極間に印加する駆動手段をさらに備えること
   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
   誘電性液晶表示素子。
7. 【請求項７】前記強誘電性液晶を透過した光を強誘電性
   液晶側に反射する反射板をさらに備えることを特徴とす
   る請求項１乃至６のいずれか１つに記載の強誘電性液晶
   表示素子。