(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２枚の基板によって形成される空隙内に自発分極を有する液晶物質が封入されており、夫々の画素に対応して前記液晶物質による光透過率を制御すべくオン／オフ駆動されるスイッチング素子を設けた液晶表示装置において、
前記スイッチング素子がオンとなる時間を、前記スイッチング素子のオン時間に依存せずに前記液晶物質による光透過率がほぼ一定である時間であって、前記液晶物質の自発分極の応答がほとんど生じない時間である４〜20μｓとし、４〜20μｓの時間内で階調表示のための電圧を前記画素対応の液晶物質に印加して階調表示を行うようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
３色光を時分割発光するバックライトを備えたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、自発分極を有する液晶物質を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のいわゆるオフィスオートメーション（ＯＡ）の進展に伴って、ワードプロセッサ，パーソナルコンピュータ等に代表されるＯＡ機器が広く使用されるようになっている。
更にこのようなオフィスでのＯＡ機器の普及は、オフィスでも屋外でも使用可能な携帯型のＯＡ機器の需要を発生しており、それらの小型・軽量化が要望されるようになっている。そのような目的を達成するための手段の一つとして液晶表示装置が広く使用されている。特に、液晶表示装置は単に小型・軽量化のみならず、バッテリ駆動される携帯型のＯＡ機器の低消費電力化のためには必要不可欠な技術である。
【０００３】
ところで、液晶表示装置は大別すると反射型と透過型とに分類される。反射型は液晶パネルの前面から入射した光線を液晶パネルの背面で反射させてその反射光で画像を視認させる構成であり、透過型は液晶パネルの背面に備えられた光源 (バックライト) からの透過光で画像を視認させる構成である。反射型は環境条件によって反射光量が一定しないため視認性に劣るが安価であることから、電卓，時計等の単一色（例えば白／黒表示等）の表示装置として広く普及しているが、マルチカラーまたはフルカラー表示を行うパーソナルコンピュータ等の表示装置としては不向きである。このため、マルチカラーまたはフルカラー表示を行うパーソナルコンピュータ等の表示装置としては一般的に透過型が使用される。
【０００４】
一方、現在のカラー液晶表示装置は、使用される液晶物質の面からＳＴＮ（Super Twisted Nematic)タイプとＴＦＴ−ＴＮ（Thin Film Transistor-Twisted Nematic）タイプとに一般的に分類される。ＳＴＮタイプは製造コストは比較的安価であるが、クロストークが発生し易く、また応答速度が比較的遅いため、動画の表示には適さないという問題がある。一方、ＴＦＴ−ＴＮタイプは、ＳＴＮタイプに比して表示品質は高いが、液晶パネルの透過率が現状では４％程度しかないため高輝度のバックライトが必要になる。このため、ＴＦＴ−ＴＮタイプではバックライトによる消費電力が大きくなってバッテリ電源を携帯する場合の使用には問題がある。また、ＴＦＴ−ＴＮタイプには、応答速度、特に中間調の応答速度が遅い、視野角が狭い、カラーバランスの調整が難しい等の問題もある。
【０００５】
以上のような観点から、印加電界に対する応答速度が数百〜数μｓオーダと高速である強誘電性液晶物質または反強誘電性液晶物質を使用し、それらの液晶物質をＴＦＴ等のスイッチング素子を用いて駆動する液晶表示装置が開発されている。液晶物質として、強誘電性液晶物質または反強誘電性液晶物質を用いると、液晶分子が印加電圧の有無には拘らず基板 (ガラス基板) に対して常時平行であるので、視野角が極めて広くなって、実用上問題はない。
【特許文献１】特開平６−１６０８１２号公報
【特許文献２】特開平１０−２５４３９０号公報
【特許文献３】特開平５−１０７５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
強誘電性液晶物質または反強誘電性液晶物質を使用し、それらの液晶物質をスイッチング素子を用いて駆動する液晶表示装置にあっては、スイッチング素子の特性のばらつき等が原因で実質的な電荷注入時間のばらつきが発生して、安定した表示、特に中間調表示の安定性が得られないという問題がある。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、応答速度，視野角特性に優れていることは勿論であり、スイッチング素子の特性のばらつきの影響を受けることなく、安定した表示を実現でき、また、中間調表示の安定性も得られる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る液晶表示装置は、少なくとも２枚の基板によって形成される空隙内に自発分極を有する液晶物質が封入されており、夫々の画素に対応して前記液晶物質による光透過率を制御すべくオン／オフ駆動されるスイッチング素子を設けた液晶表示装置において、前記スイッチング素子がオンとなる時間を、前記スイッチング素子のオン時間に依存せずに前記液晶物質による光透過率がほぼ一定である時間であって、前記液晶物質の自発分極の応答がほとんど生じない時間である４〜20μｓとし、４〜20μｓの時間内で階調表示のための電圧を前記画素対応の液晶物質に印加して階調表示を行うようにしたことを特徴とする。
【０００９】
本発明者等は、自発分極を有する液晶物質においては、それによる光透過率がスイッチング素子がオンとなる時間に依存しないでほぼ一定である期間が存在することを知見した。このような知見に基づいて、請求項１の液晶表示装置にあっては、このような光透過率がほぼ一定であるスイッチング素子がオンとなる時間４〜20μｓ中に階調表示を行う。よって、ＴＦＴ等のスイッチング素子の特性のばらつき等によって液晶物質への電荷注入時間に変化が生じても、透過光に変化が生じないので、安定した階調表示が可能である。
【００１１】
スイッチング素子がオンとなっている期間内で液晶物質の自発分極の応答がほとんど生じないようにしているため、スイッチング素子がオフとなったときの光透過率はスイッチング素子がオンとなっている期間に依存せずにほぼ一定となる。そして、このような自発分極の応答がほとんど生じないスイッチング素子のオン期間で表示を行うことにより、ＴＦＴ等のスイッチング素子の特性のばらつき等によって液晶物質への電荷注入時間に変化が生じても、自発分極の応答がほとんど生じないため、液晶物質への注入電荷量を一定にでき、透過光に変化が生じず、安定した階調表示が可能となる。
【００１２】
請求項２に係る液晶表示装置は、請求項１において、３色光を時分割発光するバックライトを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の液晶表示装置にあっては、時分割発光が可能なバックライトを備えているので、カラーフィルタを用いない安定したカラー表示が可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の液晶表示装置では、液晶物質による光透過率がスイッチング素子がオンとなっている時間に依存しないような期間内で階調表示を行うようにしたので、ＴＦＴ等のスイッチング素子の特性のばらつき等による光透過率の変動を抑制でき、均一で安定した階調表示が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明の液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。本発明の液晶表示装置における液晶パネルは図１に示されているように、２枚の偏光フィルム１，５間の構造として構成されている。具体的には、液晶パネルは上側から下側に、偏光フィルム１，ガラス基板２，共通電極３，ガラス基板４，偏光フィルム５をこの順に積層して構成されている。
【００１６】
ガラス基板４の共通電極３側の面にはマトリクス状に配列された個々の表示画素に対応したピクセル電極10が形成されている。これら共通電極３及びピクセル電極10間にはデータドライバ，スキャンドライバ等を有する液晶駆動制御手段20が接続されている。なお、個々のピクセル電極10はＴＦＴ11によりオン／オフ制御され、個々のＴＦＴ11はデータドライバによりデータ線12を、スキャンドライバにより走査線13を夫々選択的にオン／オフすることにより駆動される。そして、データ線12からのデータに応じて、個々のピクセルの光透過率が制御される。
【００１７】
ガラス基板４上のピクセル電極10の上面と共通電極３の下面とに対向配置された両配向膜間の空隙に液晶物質が充填されて液晶層が形成される。なお、液晶パネルの下層（背面）側には、光源７及び導光板＋光拡散板６で構成されるバックライトが設けられている。
【００１８】
次に、表示動作について説明する。１回目の書込み走査（データ書込み走査）においては、画素データに応じた電圧の信号が液晶駆動制御手段20のデータドライバから液晶パネルの各画素に供給される。これにより、電圧が印加されて光透過率が調整され、画素データに対応した画像が表示される。
【００１９】
そして、２回目の書込み走査（データ消去走査）においては、１回目の書込み走査と逆特性の電圧の信号が液晶駆動制御手段20のデータドライバから液晶パネルの各画素に供給される。これにより、液晶パネルの各画素には、１回目の書込み走査時に各画素に印加された電圧と同一強度で逆極性の電圧が印加されて、液晶パネルの各画素の表示が消去される。
【００２０】
１回目の走査（データ書込み走査）と２回目の走査（データ消去走査）とで、液晶パネルの各画素に供給される信号の電圧は、同じ大きさで極性のみが異なるので、液晶への直流成分の印加が防止される。
【００２１】
（第１実施の形態）
この第１実施の形態は、白色光のバックライトを使用し、３原色のカラーフィルタで白色光を選択的に透過させることによりカラー表示を行う例である。
【００２２】
まず、図１に示されている液晶パネルを以下のようにして作製した。個々のピクセル電極10をピッチ0.10ｍｍ×0.10ｍｍで画素数を 640×ＲＧＢ×480 のマトリクス状に形成したＴＦＴ基板を作製した。このようなＴＦＴ基板とＲＧＢマイクロカラーフィルタ及び共通電極３を有するガラス基板２とを洗浄した後、印刷によりポリイミドを塗布して 200℃で１時間焼成することにより、約 200Åのポリイミド膜を配向膜として成膜した。
【００２３】
更に、これらの配向膜をレーヨン製の布でラビングし、両者間に平均粒径 1.6μｍのシリカ製のスペーサでギャップを保持した状態で重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの両配向膜間にナフタレン−トラン系の液晶物質を主成分とする強誘電性液晶物質を封入した。このナフタレン−トラン系の液晶物質は自発分極を有している。作製したパネルをクロスニコル状態の２枚の偏光フィルム１，５で、強誘電性液晶分子が一方に傾いた場合に暗状態になるようにして挟んで液晶パネルとした。
【００２４】
作製した液晶パネルに５Ｖの電圧を印加して光透過率を測定した。図２は、印加電圧を５Ｖとした場合における、ＴＦＴ11がオンとなっている時間（以下、ＴＦＴ選択時間という）と液晶パネルの中央付近における光透過率との関係を示すグラフである。
【００２５】
ＴＦＴ選択時間が長くなるに従って、光透過率は大きくなり、ＴＦＴ選択時間が 350μｓに達した時点で 100％の光透過率を得た。但し、ＴＦＴ選択時間が４〜20μｓの範囲では光透過率が50％前後でほぼ一定であった。この現象は自発分極のスイッチングの影響と考えられる。
【００２６】
つまり、ＴＦＴ選択時間が短い場合には、そのＴＦＴ選択時間内で自発分極の反転がほとんど生じない。よって、ＴＦＴがオフとなっている状態においては、ＴＦＴがオンとなっていた期間内に注入された電荷量に相当した自発分極の反転しか生じない。このために、光透過率が一定となる期間が発生すると考えられる。一方、ＴＦＴ選択時間が長い場合には、そのＴＦＴ選択時間内で自発分極の反転が生じる。この反転の割合は、ＴＦＴ選択時間が長くなるに従って大きくなる。この現象と、ＴＦＴがオンとなっていた期間内に注入された電荷量に相当したＴＦＴオフ状態における自発分極の反転とにより、光透過率は高くなる。
【００２７】
また、同様に、印加電圧を３Ｖ，７Ｖ，10Ｖとして、液晶パネルの中央付近における光透過率を測定した。図３は、印加電圧を３Ｖ（◇），５Ｖ（□），７Ｖ（△），10Ｖ（○）とした場合における、ＴＦＴ選択時間と液晶パネルの中央付近における光透過率との関係を示すグラフである。印加電圧を変化させた場合においても、ＴＦＴ選択時間が、20μｓ以下である場合には、光透過率が一定であることが分かる。
【００２８】
第１実施の形態では、ＴＦＴ選択時間を上記20μｓ以下の15μｓに設定し、図４に示すような駆動方法（１フレームで１／60ｓ）で駆動表示を行った。その結果、光透過率に変化がなく、表示エリア全域にあって、均一で安定した表示を実現することができた。
【００２９】
また、第１実施の形態では、印加電圧の大きさに応じて一定の光透過率が得られるので、中間調表示が可能である。図５は、ＴＦＴ選択時間を５μｓに設定した場合における、印加電圧と光透過率との関係を示すグラフである。印加電圧に応じた光透過率が得られており、中間調表示が可能であることは明白である。
【００３０】
（比較例）
第１実施の形態と同様の構成の液晶パネルを用い、ＴＦＴ選択時間を30μｓに設定し、図４に示すような駆動方法で駆動表示を行った。その結果、中間調状態の光透過率が安定せず、均一で安定した表示を表示エリア全域において得ることができなかった。
【００３１】
なお、この比較例にあっては、フレーム周波数を第１実施の形態と同一とするために、上下２分割で表示を行った。このような上下２分割表示が、表示特性に悪影響を及ぼさないことは公知である。よって、第１実施の形態と比較例との表示特性の差異は、設定したＴＦＴ選択時間の長さに起因したことが分かる。
【００３２】
第１実施の形態と比較例とに差異が見られる原因を調べるために、図６に示すような液晶パネルの５ヵ所の位置（Ａ〜Ｅ）におけるＴＦＴ選択時間と光透過率との関係を印加電圧５Ｖで測定した。その測定結果を図７に示す。ＴＦＴ選択時間が20μｓ以下である期間では、各位置において光透過率の差異は見られなかったが、20μｓを超えると、各位置において光透過率の差異が見られた。このような要因によって、比較例では、均一な表示が得られなかったと考えられる。この要因は、ＴＦＴのスイッチング時間のばらつき等によって、実質的な電荷の注入時間に差が生じるために発生すると考えられる。
【００３３】
（第２実施の形態）
第２実施の形態は、第１実施の形態のようにカラーフィルタを用いずに、３色光のバックライトを時分割発光させてフルカラー表示を行う例である。第２実施の形態の光源７は、図８にその模式図を示しているように、導光板＋光拡散板６と対向する面に３原色、即ち赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色を発光するＬＥＤが順次的且つ反復して配列されているＬＥＤアレイである。導光板＋光拡散板６はこのような光源７の各ＬＥＤから発光される光を自身の表面全体に導光すると共に上面へ拡散することにより、発光領域として機能する。
【００３４】
そして、バックライトのＬＥＤを所定周期で赤，緑，青の順で順次発光させ、それと同期して液晶パネルの各画素をライン単位でスイッチングすることにより表示を行う。各色を発光させている期間中に、第１実施の形態と同様な２回のデータ走査（１回目のデータ書込み走査と２回目のデータ消去走査）を行い、画素データに応じた画像が表示される。
但し、ある色の２回目の走査（データ消去走査）の終了タイミングが、次の色の１回目の走査（データ書込み走査）の開始タイミングと一致するように、タイミングを調整する。
【００３５】
図１に示されている液晶パネルを以下のようにして作製した。個々のピクセル電極10をピッチ0.10ｍｍ×0.10ｍｍで画素数を 640×480 のマトリクス状に形成したＴＦＴ基板を作製した。このようなＴＦＴ基板と共通電極３を有するガラス基板２とを洗浄した後、印刷によりポリイミドを塗布して 200℃で１時間焼成することにより、約 200Åのポリイミド膜を配向膜として成膜した。
【００３６】
更に、これらの配向膜をレーヨン製の布でラビングし、両者間に平均粒径 1.6μｍのシリカ製のスペーサでギャップを保持した状態で重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの両配向膜間にナフタレン−トラン系の液晶物質を主成分とする強誘電性液晶物質を封入した。作製したパネルをクロスニコル状態の２枚の偏光フィルム１，５で、強誘電性液晶分子が一方に傾いた場合に暗状態になるようにして挟んで液晶パネルとした。
【００３７】
この液晶パネルと、赤，緑，青の時分割発光が可能であるバックライトとを重ね合わせた。このバックライトの発光タイミング，発光色は、液晶パネルのデータ書込み／消去走査に同期して制御される。
【００３８】
第２実施の形態では、ＴＦＴ選択時間を、光透過率が一定である５μｓに設定し、図９に示すような駆動方法（各色１／180 ｓで１フレーム１／60ｓ）で駆動表示を行った。その結果、特に中間調状態の光透過率に変化がなく、表示エリア全域にあって、均一で安定したカラー表示を実現することができた。
【００３９】
なお、上記例では、液晶物質として、強誘電性液晶を用いたが、反強誘電性液晶を用いるようにしても、同様の効果が得られることは勿論である。液晶物質として自発分極を有する強誘電性液晶物質または反強誘電性液晶物質を使用することにより、液晶物質による光透過率がスイッチング素子がオンとなる時間に依存しないでほぼ一定である期間が安定的に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。
【図２】ＴＦＴ選択時間（ＴＦＴがオンとなっている時間）と光透過率との関係（印加電圧５Ｖ）を示すグラフである。
【図３】ＴＦＴ選択時間と光透過率との関係（印加電圧３Ｖ，５Ｖ，７Ｖ，10Ｖ）を示すグラフである。
【図４】第１実施の形態及び比較例における液晶表示装置の駆動方法の一例を示す図である。
【図５】印加電圧と光透過率との関係（ＴＦＴ選択時間５μｓ）を示すグラフである。
【図６】ＴＦＴ選択時間と光透過率との関係を測定する複数位置を示す模式図である。
【図７】複数の測定位置におけるＴＦＴ選択時間と光透過率との関係（印加電圧５Ｖ）を示すグラフである。
【図８】第２実施の形態の光源（ＬＥＤアレイ）の構成例を示す模式図である。
【図９】第２実施の形態における液晶表示装置の駆動方法の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
７  光源
11  ＴＦＴ
【図１】
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【図２】
0003659964.tif 000003
【図３】
0003659964.tif 000004
【図４】
0003659964.tif 000005
【図５】
0003659964.tif 000006
【図６】
0003659964.tif 000007
【図７】
0003659964.tif 000008
【図８】
0003659964.tif 000009
【図９】
0003659964.tif 000010