(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する面それぞれに電極が形成された一対の基板の間にネマティック液晶層を挟持した液晶セルと、この液晶セルの少なくとも表面側に配置された少なくとも一枚の偏光板とを備え、
前記一対の基板の電極間に、液晶分子をその分子長軸が基板面に対してほぼ垂直になるように配向させるリセット電圧を印加した後、それより低い値の第１の準安定状態選択電圧とこの第１の準安定状態選択電圧とは異なる第２の準安定状態選択電圧とのいずれかを選択的に印加することにより、液晶分子を、所定の状態で配向する第１の準安定状態とこの第１の準安定状態とは異なる配向状態で配向する第２の準安定状態とのいずれかに配向させ、且つその第１および第２の準安定状態それぞれにおいて液晶層に実効値の異なる複数の駆動電圧を印加することにより、前記複数の駆動電圧の実効値それぞれに応じた液晶分子の電界誘起によって前記液晶分子が複数の配向状態に配向する液晶表示装置であって、
前記ネマティック液晶は、誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料からなっていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記液晶層は、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ０°〜ほぼ１８０°のねじれ角で非ツイストまたはツイスト配向したスプレイ配向の初期配向状態を有し、前記第１の準安定状態は、液晶分子が前記初期配向状態から前記一方の方向にさらにほぼ１８０°ねじれて配向してスプレイ歪を解消した配向状態、前記第２の準安定態は、液晶分子が前記初期配向状態から前記一方の方向とは逆方向にほぼ１８０°ねじれて配向してスプレイ歪を解消した配向状態であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高デューティでの時分割駆動を可能とした液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置には、バックライトからの光を利用して表示する透過型のものと、自然光や室内照明光等の外光を利用して表示する反射型のものとがある。
これらの液晶表示装置は、液晶セルをはさんでその表面側と裏面側とに偏光板を配置したものであり、反射型の液晶表示装置は、裏側偏光板の裏面側に反射板を配置して構成されている。なお、反射型の液晶表示装置には、偏光板を１枚だけ備えたものもあり、この反射型液晶表示装置は、液晶セルの表面側に偏光板を配置し、前記液晶セルの裏面側に反射板を配置して構成されている。
【０００３】
これらの液晶表示装置に用いられる液晶セルは、互いに対向する面それぞれに電極が形成されるとともにその電極が形成された面上にそれぞれ配向処理が施された一対の基板間に液晶を挟持した構成となっており、液晶の分子は、それぞれの基板の近傍における配向方向を前記配向膜により規制されて、所定の配向状態（例えばツイスト配向状態）で配向している。
【０００４】
上記液晶表示装置は、液晶セルの各画素部の電極間に表示データに応じた駆動電圧を印加して表示駆動されており、前記電極間に電圧を印加すると、液晶分子が電圧無印加の初期配向状態から基板面に対して立上がるように配向状態を変え、その配向状態に応じて光の透過が制御される。
【０００５】
ところで、上記液晶表示装置には、単純マトリックス方式の液晶セルを用いるものと、アクティブマトリックス方式の液晶セルを用いるものとがあるが、液晶セルの構造が極く簡単で低コストに得られるという点では、単純マトリックス方式が有利である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単純マトリックス方式の液晶セルを用いる液晶表示装置は、液晶セルの各画素部の電極間（走査電極と信号電極との間）への書込み電圧の印加によって液晶層に印加される駆動電圧の実効値を制御することにより、前記駆動電圧の実効値に応じた液晶分子の電界誘起による前記液晶分子の配向状態を変化させて表示駆動されるため、光の透過状態を段階的に制御する表示を行なう場合、時分割数が多くなると、各段階に対応する実効値の差を大きくとることができなくなり、そのために、高デューティで時分割駆動しようとすると、液晶セルを駆動する際の動作電圧マージン（各階調を表示するための電圧の実効値の差）が小さくなり、明確な段階的表示ができなくなる。
【０００７】
このため、単純マトリックス方式の液晶セルを用いる液晶表示装置は、高デューティでの時分割駆動が難しく、したがって、画素数を多くして表示画像の高精細化をはかることは困難であった。
【０００８】
この発明は、駆動電圧の実効値を制御して駆動される液晶セルを用いるものでありながら、その駆動デューティに対して動作電圧マージンを大きくして、高デューティでの時分割駆動を可能とし、画素数の多い高精細画像の表示を実現することができる液晶表示装置を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の液晶表示装置は、互いに対向する面それぞれに電極が形成された一対の基板の間にネマティック液晶層を挟持した液晶セルと、この液晶セルの少なくとも表面側に配置された少なくとも一枚の偏光板とを備え、
前記一対の基板の電極間に、液晶分子をその分子長軸が基板面に対してほぼ垂直になるように配向させるリセット電圧を印加した後、それより低い値の第１の準安定状態選択電圧とこの第１の準安定状態選択電圧とは異なる第２の準安定状態選択電圧とのいずれかを選択的に印加することにより、液晶分子を、所定の状態で配向する第１の準安定状態とこの第１の準安定状態とは異なる配向状態で配向する第２の準安定状態とのいずれかに配向させ、且つその第１および第２の準安定状態それぞれにおいて液晶層に実効値の異なる複数の駆動電圧を印加することにより、前記複数の駆動電圧の実効値それぞれに応じた液晶分子の電界誘起によって前記液晶分子が複数の配向状態に配向する液晶表示装置であって、
前記ネマティック液晶は、誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料からなっていることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明の液晶表示装置は、液晶分子を上記第１と第２のいずれかの準安定状態に配向させ、それぞれの準安定状態において液晶層に実効値の異なる複数の駆動電圧を印加することにより、液晶分子を前記複数の駆動電圧の実効値それぞれに応じた複数の配向状態に配向させて光の透過状態を制御するものであり、第１の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記第１の準安定状態に配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもち、第２の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記第２の準安定状態に配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもつ。
【００１１】
すなわち、この液晶表示装置は、液晶セルの液晶分子の配向状態が互いに異なる第１の準安定状態と第２の準安定状態のそれぞれにおいて、それぞれ異なる電気光学特性を持ち、これら第１の準安定状態と第２の準安定状態毎に液晶分子を複数の配向状態に配向させるように制御されるものである。したがって、段階的に制御しようとする透過状態のうちの複数の透過状態の制御を一方の電気光学特性を利用して行ない、他の複数の透過状態の制御を他方の電気光学特性を利用して行なうことができる。
【００１２】
このため、この液晶表示装置によれば、透過状態の全段階数を、前記一方の電気光学特性を利用するとき、つまり第１の準安定状態を選択して光の透過状態を制御するときと、前記他方の電気光学特性を利用するとき、つまり第２の準安定状態を選択して光の透過状態を制御するときとに振り分けることができ、そのために、それぞれの準安定状態で駆動される段階数が少なくなるから、それぞれの準安定状態の中で、少ない段階数の時分割駆動を行なうことができる。
【００１３】
したがって、この液晶表示装置によれば、駆動電圧の実効値を制御して駆動される液晶セルを用いるものでありながら、その駆動デューティに対して動作電圧マージンを大きくし、高デューティでの時分割駆動を可能とすることができる。
【００１４】
また、この液晶表示装置の表示の書換えは、まず前記リセット電圧の印加により、前の液晶分子の配向状態をリセットし、前記第１または第２の準安定状態選択電圧の印加によりいずれかの準安定状態を選択した後に、次の書込み状態を得るための書込み電圧を印加することによって行なうが、この発明では、前記液晶セルの液晶に、誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料を用いているため、前記リセット電圧の印加による前の液晶分子の配向状態のリセットを応答性良く行なわせることができる。
【００１５】
このため、この発明の液晶表示装置によれば、液晶分子の配向状態をリセットするためのリセット電圧の印加時間を短くし、準安定状態の切換時間を短縮することができるから、より高デューティでの時分割駆動を可能とし、画素数の多い高精細画像の表示を実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明の液晶表示装置は、液晶分子が、リセット電圧を印加した後の第１または第２の準安定選択電圧の選択的な印加により配向する第１と第２のいずれかの準安定状態と、その準安定状態が選択された後の駆動電圧の実効値に応じた電界誘起による配向状態とに配向する液晶層を備えた液晶セルを用い、前記第１と第２の準安定状態および駆動電圧の実効値に応じた配向状態を制御することにより、前記第１および第２の準安定状態の各々において光の透過状態を複数の段階に制御して、それぞれの準安定状態の中で、少ない段階数の時分割駆動を行なうことができるようにするとともに、前記液晶セルの液晶に、誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料を用いることにより、リセット電圧の印加による前の液晶分子の配向状態のリセットを応答性良く行なわせるようにして、高デューティでの時分割駆動を可能としたものである。
【００１７】
この発明の液晶表示装置において、前記液晶セルの液晶層は、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ０°〜ほぼ１８０°のねじれ角で非ツイストまたはツイスト配向したスプレイ配向の初期配向状態を有し、前記第１の準安定状態は、液晶分子が前記初期配向状態から前記一方の方向にさらにほぼ１８０°ねじれて配向してスプレイ歪を解消した配向状態、前記第２の準安定態は、液晶分子が前記初期配向状態から前記一方の方向とは逆方向にほぼ１８０°ねじれて配向してスプレイ歪を解消した配向状態である。
【００１８】
【実施例】
以下、この発明を反射型の液晶表示装置に適用した実施例を図面を参照して説明する。
図１はこの発明の第１の実施例による液晶表示装置の基本構成を示す斜視図であり、（ａ）は初期配向状態、（ｂ）は第１の準安定状態、（ｃ）は第２の準安定状態を示している。図２は前記液晶表示装置の断面図である。
【００１９】
この実施例の液晶表示装置は、図１および図２に示すように、液晶セル１０をはさんでその表面側と裏面側とに偏光板２１，２２を配置するとともに、裏側の偏光板２２の背後に反射板３０を配置し、さらに前記液晶セル１０に、この液晶セル１０を駆動するための駆動系４０を接続して構成されている。
【００２０】
上記液晶セル１０は、図２のように、内面に透明電極１３，１４が設けられるとともにその上に配向処理を施した配向膜１５，１６が形成された表裏一対の透明基板１１，１２間に液晶１８を挟持したものであり、前記一対の基板１１，１２は枠状のシール材１７を介して接合されており、液晶１８は両基板１１，１２間の前記シール材１７で囲まれた領域に封入されている。なお、前記配向膜１５，１６はポリイミド等からなる水平配向膜であり、その膜面を所定の方向にラビングすることによって配向処理されている。
【００２１】
この液晶セル１０は、単純マトリックス型のものであり、その表側基板１１に設けられた透明電極１３は、一方向（図２において左右方向）に沿わせて形成された複数本の走査電極、裏側基板１２に設けられた透明電極１４は、前記走査電極１３とほぼ直交する方向に沿わせて形成された複数本の信号電極である。
【００２２】
さらに、この液晶セル１０は、その液晶１８に、カイラル剤を添加してツイスト配向性をもたせたネマティック液晶を用いたものであり、この実施例で用いたネマティック液晶は、室温において、粘度が３０ｃｐ以上、弾性定数比Ｋ33／Ｋ11が１．５以上の物性を示す誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料からなっている。
前記液晶材料の粘度は、望ましくは３０〜４５ｃｐの範囲であり、弾性定数比Ｋ33／Ｋ11は、望ましくは１．５〜２．２の範囲である。
【００２３】
前記液晶セル１０の液晶層は、初期配向状態では、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向に０°〜１８０°のねじれ角で非ツイスト配向（ねじれ角が０°配向）またはツイスト配向したスプレイ配向状態にある。
【００２４】
そして、この液晶セル１０は、その液晶層に、液晶分子が基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向する十分高い電圧値のリセット電圧を印加した後にそれより低い所定の値の選択電圧を印加することにより、液晶分子が初期配向状態から前記一方の方向（初期配向状態でのツイスト配向方向と同じ方向）にさらにほぼ１８０°ねじれてツイスト配向してスプレイ歪を解消した第１の準安定状態になり、また前記リセット電圧の印加後、それより低い他の所定の値の選択電圧の印加により、液晶分子が前記初期配向状態から前記一方の方向とは逆方向（第１の準安定状態でのツイスト配向方向とは逆の方向）にほぼ１８０°ねじった角度でツイスト配向してスプレイ歪を解消した第２の準安定状態になるとともに、前記第１および第２の準安定状態における液晶分子の配向状態が、表示データに応じて印加される駆動電圧の実効値に応じて変化する電界により誘起された配向状態を有している。
【００２５】
なお、この実施例では、前記初期配向状態での液晶分子のねじれ角をほぼ９０°としており、したがって、前記第１の準安定状態は、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ２７０°のねじれ角でツイスト配向する状態であり、第２の準安定状態は、液晶分子が前記一方の基板の配向処理方向を基準として前記第１の準安定状態とは逆の方向にほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向する状態である。
【００２６】
図１において、１１ａ，１２ａは液晶セル１０の両基板１１，１２の配向処理方向（配向膜１５，１６のラビング方向）を示しており、この実施例では、表側基板１１の配向膜１５を、液晶表示装置の画面の横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ４５°ずれた方向であって前記画面の左下から右上に向かう方向に配向処理し、裏側基板１２の配向膜１６を、前記横軸ｘに対し表面側から見て右回りにほぼ４５°ずれた方向であって前記画面の左上から右下に向かう方向に配向処理している。すなわち、両基板１１，１２の配向処理方向１１ａ，１２ａは、互いにほぼ直交する方向である。
【００２７】
また、この実施例では、上記液晶１８として、表面側から見て左回りのツイスト配向性を有するカイラル剤を添加したものを用いており、したがって、この液晶セル１０の液晶分子は、初期配向状態では、スプレイ歪をもって、表面側から見て左回り方向（カイラル剤による付与されるねじれ方向）にほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向している。
【００２８】
この初期配向状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図１の（ａ）に破線矢印で示した方向、つまりカイラル剤により付与されるねじれ方向に、ほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向したスプレイ配向状態である。
【００２９】
上記初期配向状態は、実際に表示には使用しない状態であり、上記液晶セル１０は、その各画素部の液晶分子の配向状態を、上述した第１および第２の準安定状態に配向させて表示駆動される。
【００３０】
上記第１の準安定状態と第２の準安定状態は、前記初期配向状態から液晶分子のねじれ角がほぼ１８０°変化してスプレイ歪を解消した状態であり、前記裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、カイラル剤により付与されるねじれ方向へのねじれ角を＋の角度、前記カイラル剤により付与されるねじれ方向とは逆方向（カイラル剤によるねじれをほどく方向）へのねじれ角を−の角度とすると、第１の準安定状態は、初期配向状態に対してねじれ角が＋１８０°変化したツイスト配向状態であり、第２の準安定状態は、初期配向状態に対してねじれ角が−１８０°変化したツイスト配向状態である。
【００３１】
上記初期配向状態から第１および第２の準安定状態への配向状態の切換えは、液晶セル１０の各画素部の電極間（走査電極１３と信号電極１４との間）に、まず液晶分子が基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向する十分高い電圧値のスプレイ歪解消電圧を印加し、その後、前記電極間に、所定の値の選択電圧を印加することによって行なわれる。
【００３２】
すなわち、スプレイ歪解消電圧の印加により液晶分子を基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向させた後に、前記スプレイ歪解消電圧よりも低い所定の値の選択電圧（以下、第１準安定状態選択電圧という）を印加すると、液晶分子が初期配向状態でのねじれ角にさらにほぼ１８０°のねじれが加わったねじれ角（９０°＋１８０°＝２７０°）でツイストする状態に配向してスプレイ歪を解消し、第１の準安定状態になる。
【００３３】
この第１の準安定状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図１の（ｂ）に破線矢印で示したツイスト方向、つまり表面側から見て左回り方向（カイラル剤により付与されるねじれ方向）に、ほぼ２７０°のねじれ角でツイスト配向する状態である。
【００３４】
また、スプレイ歪解消電圧の印加により液晶分子を基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向させた後に、前記スプレイ歪解消電圧よりも低い所定の値の選択電圧（以下、第２準安定状態選択電圧という）を印加すると、液晶分子が初期配向状態でのねじれ角からほぼ１８０°のねじれを差し引いたねじれ角（９０°−１８０°＝−９０°）でツイストする状態に配向してスプレイ歪を解消し、第２の準安定状態になる。
【００３５】
この第２の準安定状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図１の（ｃ）に破線矢印で示したツイスト方向、つまり表面側から見て右回り方向（カイラル剤により付与されるねじれ方向とは逆方向）に、ほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向した状態である。
【００３６】
さらに、上記第１の準安定状態と第２の準安定状態とは、その一方から他方に切換えることが可能であり、液晶分子がいずれの準安定状態に配向している状態でも、まず電極１３，１４間に液晶分子を基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向する十分高い電圧値のリセット電圧を印加して前記準安定状態をリセットし、その後に上記第１または第２の準安定状態選択電圧を印加すれば、液晶分子の配向状態を、一方の準安定状態から他方の準安定状態に切換えることができる。
【００３７】
なお、上記第１準安定状態選択電圧と第２準安定状態選択電圧は、使用するネマティック液晶の特性およびカイラル剤の特性と添加量によって決まるが、第１準安定状態選択電圧はほぼ０Ｖ（ほどんど電圧を印加しない値）であり、第２準安定状態選択電圧はほとんどの液晶分子が初期配向状態でのプレチルト角と同程度またはそれに近い傾き角で配向する低い値であり、前記第１準安定状態選択電圧よりは絶対値が大きい電圧である。
【００３８】
図３は上記初期配向状態とリセット状態と第１および第２の準安定状態における液晶分子の配向状態を液晶セル１０の下縁方向（横軸ｘに対して直交する方向）から見た模式図であり、１８ａは液晶分子を示している。
【００３９】
この模式図のように、上記初期配向状態（液晶分子が裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として表面側から見て左回り方向にほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向している状態）は、両基板１１，１２の近傍の液晶分子はそれぞれの基板１１，１２面に対してその配向処理方向１１ａ，１２ａに向かって数度程度のプレチルト角で斜めに起き上がるように配向しているが、ツイスト配向している液晶分子をそれぞれの分子長軸が同一平面上にくるように展開して見たときのそれぞれの基板１１，１２側でのプレチルトの傾きが互いに逆になっている状態であり、したがって液晶分子は、基板１１，１２から離れるのにともなってチルト角が小さくなり、液晶層厚の中間（チルト角が０°になる点）を境にして基板１１，１２面に対する傾き方向が逆になった状態（スプレイ歪をもった状態）のツイスト配向状態にある。
【００４０】
また、上記リセット状態は、両基板１１，１２の近傍の液晶分子（図では省略している）は初期配向状態とほとんど変わらない状態（それぞれの基板１１，１２面に対してその配向処理方向１１ａ，１２ａに向かって数度程度のプレチルト角で斜めに起き上がるように配向している状態）にあるが、基板１１，１２からある程度以上離れているほとんどの液晶分子は基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がるように配向した状態である。
【００４１】
さらに、第１の準安定状態（液晶分子が一方の方向にほぼ２７０°のねじれ角でツイスト配向する状態）は、両基板１１，１２の近傍の液晶分子の配向状態は初期配向状態とほとんど変わらないが、液晶分子が前記初期配向状態よりもさらにほぼ１８０°ねじれてツイスト配向した状態であり、したがって、ツイスト配向している液晶分子をそれぞれの分子長軸が同一平面上にくるように展開して見たときの液晶分子１８ａの傾き方向は同じ方向であるから、この第１の準安定状態は、スプレイ歪の無いツイスト配向状態である。
【００４２】
また、第２の準安定状態（液晶分子が第１の準安定状態とは逆方向にほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向する状態）は、両基板１１，１２の近傍の液晶分子の配向状態は初期配向状態とほとんど変わらないが、液晶分子のねじれ角が前記初期配向状態から前記第１の準安定状態でのツイスト方向とは逆の方向にほぼ１８０°ねじれてツイスト配向した状態であり、したがって、ツイスト配向している液晶分子をそれぞれの分子長軸が同一平面上にくるように展開して見たときの液晶分子１８ａの傾き方向は同じ方向であるから、この第２の準安定状態も、スプレイ歪の無いツイスト配向状態である。
【００４３】
上記第１と第２の準安定状態はそれぞれ、その準安定状態における液晶分子１８ａのねじれ角を保持するツイスト配向状態であるが、いずれの準安定状態においても、液晶分子１８ａのチルト角、つまり基板１１，１２面に対する立上がり角度は、電極１３，１４間に印加される駆動電圧の実効値に応じて変化する（ただし、基板１１，１２の近傍の液晶分子の配向状態はほとんど変わらない）。
【００４４】
図３に示した第１および第２の準安定状態における液晶分子の配向状態のうち、上側に示した配向状態は、駆動電圧の実効値が比較的小さい値であるときの液晶分子の配向状態（第２の書込み状態）を示し、下側に示した配向状態は、駆動電圧の実効値がある程度高い値であるときの液晶分子の配向状態（第１の書込み状態）を示しており、いずれの準安定状態においても、液晶分子は、その準安定状態におけるツイスト配向状態を保ちながら、駆動電圧の実効値に応じた液晶分子の電界誘起により、前記駆動電圧の実効値に応じて立上がり配向する。
【００４５】
なお、上記駆動電圧は、その実効値が上記リセット電圧の電圧値よりも低い範囲で変化する電圧であり、上記第１および第２の準安定状態は、駆動電圧の実効値に応じて液晶分子のチルト角が変化するが、ツイスト配向状態はそのまま維持する状態であり、いずれの準安定状態も、上記リセット電圧の印加により液晶分子１８ａを基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向させて準安定状態をリセットするまで保持される。
【００４６】
すなわち、前記液晶セル１０の液晶層は、一対の基板１１，１２の電極１３，１４間に、液晶分子をその分子長軸が基板１１，１２面に対してほぼ垂直になるように配向させるリセット電圧を印加した後、それより低い値の第１の準安定状態選択電圧とこの第１の準安定状態選択電圧とは異なる第２の準安定状態選択電圧とのいずれかを選択的に印加することにより、液晶分子が、所定の状態で配向する第１の準安定状態とこの第１の準安定状態とは異なる配向状態で配向する第２の準安定状態とのいずれかに配向し、その第１および第２の準安定状態それぞれにおける駆動電圧の実効値に応じた液晶分子の電界誘起により前記液晶分子の配向状態が変化する特性を有している。
【００４７】
また、図１において、２１ａ，２２ａは、液晶セル１０をはさんでその表面側と裏面側とに配置した一対の偏光板２１，２２の透過軸を示しており、この実施例では、表側偏光板２１を、その透過軸２１ａを液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａとほぼ平行な方向またはほぼ直交する方向（図ではほぼ平行な方向）に向けて配置し、裏側偏光板２２を、その透過軸２２ａを前記表側偏光板２１の透過軸２１ａに対してほぼ直交する方向に向けて配置している。
【００４８】
この液晶表示装置は、自然光や室内照明光等の外光を利用し表面側から入射する光を裏面側に配置した反射板３０で反射させて表示するものであり、その表示駆動は、駆動系４０により液晶セル１０を駆動して行なわれる。
【００４９】
この駆動系４０は、液晶セル１０の各画素行を所定の選択順で選択し、選択した画素行の各画素部の電極間に、上記リセット電圧と、第１と第２の準安定状態のいずれかを選択する準安定状態選択電圧と、書込みデータに応じた書込み電圧を印加するものであり、液晶セル１０の各画素部の液晶の分子は、前記リセット電圧の印加によりほぼ垂直に立上がるように配向してその前の書込み状態（準安定状態とその状態での液晶分子の配向状態）をリセットされ、その後に印加される準安定状態選択電圧に応じて第１と第２のいずれかの準安定状態に配向するとともに、その準安定状態において、前記書込み電圧によって決まる駆動電圧の実効値に応じて配向状態を変える。
【００５０】
なお、液晶表示装置の駆動開始前は、液晶セル１０の全ての画素部の液晶分子が上述した初期配向状態（スプレイ歪をもった配向状態）に配向しているが、表示駆動を開始すると、最初のリセット電圧が印加されたときに、その電圧をスプレイ歪解消電圧として液晶分子がほぼ垂直に立上がるように配向し、前記準安定状態をリセットしたときと同じ状態になる。
【００５１】
上記液晶表示装置は、液晶セル１０の各画素部の液晶分子を上記第１と第２のいずれかの準安定状態に配向させ、それぞれの準安定状態における液晶分子のチルト角を駆動電圧の実効値に応じて変化させて光の透過状態を制御するものであり、第１の準安定状態を選択したときは、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ２７０°のねじれ角でツイスト配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもち、第２の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記一方の基板の配向処理方向を基準として前記第１の準安定状態とは逆の方向にほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもつ。
【００５２】
すなわち、この液晶表示装置は、液晶セルの液晶分子の配向状態が異なる２つの表示装置の電気光学特性を合わせ持ったものであり、したがって、段階的に制御しようとする透過状態のうちの複数の透過状態の制御を一方の電気光学特性を利用して行ない、他の複数の透過状態の制御を他方の電気光学特性を利用して行なうことができる。
【００５３】
この場合、上記実施例では、表側偏光板２１の透過軸２１ａの方向を液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａとほぼ平行またはほぼ直交する方向にし、裏側偏光板２２の透過軸２２ａを、前記表側偏光板２１の透過軸２１ａに対してほぼ直交する方向に設定しているため、第１の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、第２の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、ツイステッドネマティックモード（以下、ＴＮモードと記す）による表示を行なうことができる。
【００５４】
すなわち、第１と第２のいずれの準安定状態においても、表側偏光板２１を透過して入射した直線偏光が、液晶セル１０を透過する過程で液晶層の複屈折作用により液晶分子のツイスト配向状態に応じて旋光され、その光が裏側偏光板２２に入射して、この裏側偏光板２２により透過を制御される。そして、裏側偏光板２２を透過した光は、反射板３０で反射され、前記裏側偏光板２２と液晶セル１０と表側偏光板２１とを順に透過して出射する。
【００５５】
そして、この液晶表示装置では、上記第１の準安定状態を選択したときの液晶分子の配向状態が、ねじれ角がほぼ２７０°と大きいツイスト配向状態であるため、液晶層の複屈折作用における旋光分散により旋光性が各波長光ごとに異なるため、各波長光が異なる透過率で裏側偏光板２２を透過して、この裏側偏光板２２を透過した光が、その光を構成する各波長光の強度の比に応じた色の着色光になる。
【００５６】
このように、上記第１の準安定状態を選択したときのＴＮモードによる表示は、着色した表示が得られるカラー表示であり、その表示色は、電極１３，１４間に印加される駆動電圧の実効値に応じて変化する。
【００５７】
すなわち、液晶分子は、駆動電圧の実効値に応じて前記準安定状態における配向状態を保ちながら立上がり配向するが、このように液晶分子の配向状態が変化すると、それに応じた液晶層の複屈折性の変化に応じた旋光分散の変化によって各波長の旋光性が変化するため、前記駆動電圧の実効値を制御することにより着色光の色を変化させることができ、したがって、１つの画素で複数の色を表示することができる。
【００５８】
なお、上記カラー表示は、液晶セル１０の液晶層の複屈折作用と一対の偏光板２１，２２の偏光作用とを利用して光を着色するものであり、したがってカラーフィルタを用いて光を着色するものに比べて光の吸収が少ないから、反射型の液晶表示装置であっても、表示光の透過率を高くして明るい着色表示を得ることができる。
【００５９】
一方、上記第２の準安定状態を選択したときの液晶分子の配向状態は、ねじれ角がほぼ９０°のツイスト配向状態であるため、このときのＴＮモードによる表示は、通常のＴＮ型液晶表示装置の場合と基本的に同じであり、この実施例の液晶表示装置では、表側偏光板２１と裏側偏光板２２とをそれぞれの透過軸２１ａ，２２ａを互いにほぼ直交させて配置しているため、液晶分子のチルト角がプレチルト角に近いときは無彩色の明表示である白が表示され、液晶分子のチルト角が大きくなのにともなって光の透過率が少なくなって、最終的に無彩色の暗表示である黒が表示される。
【００６０】
この場合は、駆動電圧の実効値に応じて液晶分子が立上がり配向し、それに応じて液晶層の複屈折性が変化するため、前記駆動電圧の実効値を制御することにより光の透過状態を段階的に制御して階調のある白黒表示を行なうことができる。
【００６１】
なお、上記初期配向状態、つまり液晶分子がスプレイ歪をもってほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向している状態は、実際の表示には使用しないが、この初期配向状態もＴＮモードによる白黒表示が得られる状態である。
【００６２】
図４および図５は、液晶セル１０の両基板１１，１２の配向処理方向１１ａ，１２ａと表裏の偏光板２１，２２の透過軸２１ａ，２２ａを図１に示したように設定し、液晶セル１０のΔｎｄ（液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積）の値を約１０００ｎｍに選んだ液晶表示装置の駆動電圧に対する光の出射率と表示色の変化を示しており、図４の（ａ），（ｂ）は第１の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図、図５の（ａ），（ｂ）は第２の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図である。なお、各図の（ｂ）の色度図において、Ｗは無彩色点を示している。
【００６３】
第１の準安定状態での電圧−出射率特性は図４の（ａ）のような特性であり、駆動電圧に対する表示色の変化は、図４の（ｂ）のように、実効値が１．９５Ｖの電圧を印加したときで赤、実効値が２．９８Ｖの電圧を印加したときで青である。
【００６４】
なお、上記赤のｘ，ｙコーデネイト値は、ｘ＝０．３５３、ｙ＝０．３５０であり、Ｙ値（明るさ）は２８．５４である。また、上記青のｘ，ｙコーデネイト値は、ｘ＝０．２７４、ｙ＝０．２９６であり、Ｙ値は１１．６４である。
【００６５】
また、第２の準安定状態での電圧−出射率特性は図５の（ａ）のような特性であり、駆動電圧に対する表示色の変化は、図５の（ｂ）のように、実効値が１．５５Ｖの電圧を印加したときで白、実効値が３．０７Ｖの電圧を印加したときで黒である。
【００６６】
なお、上記白のｘ，ｙコーデネイト値は、ｘ＝０．３１７、ｙ＝０．３４１であり、Ｙ値は３４．４１である。また、上記黒のｘ，ｙコーデネイト値は、ｘ＝０．２７１、ｙ＝０．２９０であり、Ｙ値は１．８３である。
【００６７】
すなわち、上記液晶表示装置は、第１の準安定状態を選択して赤と青を表示し、第２の準安定状態を選択して白と黒を表示するものであり、したがって、表示の基本である白と黒の表示に加えて、赤と青の２色のカラー表示を行なうことができる。
【００６８】
なお、液晶表示装置の電源を切ると、第１または第２の準安定状態にある液晶分子の配向状態が、自然放電により数秒〜数分（使用するネマティック液晶の特性およびカイラル剤の特性と添加量によって異なる）で初期配向状態に戻り、画面全体が、初期配向状態における電圧無印加時の状態（上記実施例では白）になる。
【００６９】
そして、上記液晶表示装置は、液晶セルの液晶分子の配向状態が異なる２つの表示装置の電気光学特性を合わせ持ったものであって、段階的に制御しようとする透過状態のうちの複数の透過状態の制御を一方の電気光学特性を利用して行ない、他の複数の透過状態の制御を他方の電気光学特性を利用して行なうことができるものであるため、透過状態の全段階数を、前記一方の電気光学特性を利用するとき、つまり第１の準安定状態を選択して透過状態を制御するときと、前記他方の電気光学特性を利用するとき、つまり第２の準安定状態を選択して透過状態を制御するときとに振り分けることができ、そのために、それぞれの準安定状態で駆動される段階数が少なくなるから、それぞれの準安定状態の中で、少ない段階数の時分割駆動を行なうことができる。
【００７０】
このため、上記液晶表示装置によれば、液晶セル１０の駆動デューティに対して動作電圧マージンを大きくとることができる。すなわち、上述した白と黒の表示に加えて赤と青の２色のカラー表示を行なう液晶表示装置の場合は、その駆動電圧の実効値を、第１の準安定状態を選択して赤と黒を表示するときは１．９５Ｖと２．９８Ｖの２通りに設定し、第２の準安定状態を選択して青と白を表示するときは１．５５Ｖと３．０７Ｖの２通りに設定すればよく、したがって、それぞれの準安定状態における２通りの駆動電圧の実効値の差、つまり動作電圧マージンを、第１の準安定状態で１．０３Ｖ（＝２．９８Ｖ−１．９５Ｖ）、第２の準安定状態で１．５２Ｖ（＝３．０７Ｖ−１．５５Ｖ）と充分に大きくとることができる。
【００７１】
したがって、上記液晶表示装置によれば、液晶セル１０が駆動電圧の実効値を制御して駆動される単純マトリックス方式のものであっても、その駆動デューティに対して動作電圧マージンを大きくし、高デューティでの時分割駆動を可能とすることができる。
【００７２】
また、上記液晶表示装置の表示の書換えは、まず前記リセット電圧の印加により前の液晶分子の配向状態をリセットし、前記第１または第２の準安定状態選択電圧の印加によりいずれかの準安定状態を選択した後に、次の書込み状態を得るための書込み電圧を印加することによって行なうが、この液晶表示装置では、液晶セル１０の液晶に、誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料を用いているため、前記リセット電圧の印加による前の液晶分子の配向状態のリセットを応答性良く行なわせることができる。
【００７３】
すなわち、上記液晶表示装置の液晶セル１０に封入する液晶１８として、物性が異なる３種類の液晶材料を調合し、これらの液晶材料について、上記リセット電圧を印加したときの応答性を調べたところ、次の表に示すような結果が得られた。
【００７４】
【表１】
0003641907.tif 000002
【００７５】
この表から分かるように、誘電異方性Δεの値が６．２または７．４と小さい液晶材料Ａまたは液晶材料Ｂはリセット応答性が遅いが、誘電異方性Δεの値が１２．７と大きい液晶材料Ｃはリセット応答性が速い。
【００７６】
これらの液晶材料Ａ，Ｂ，Ｃのリセット応答時間（液晶分子がほぼ垂直に立上がり配向するのに要する時間）は、液晶材料Ａではリセット電圧を５０Ｖとしたときで約４ｍｓｅｃ、液晶材料Ｂではリセット電圧を４０Ｖとしたときで約４ｍｓｅｃ、液晶材料Ｃではリセット電圧を４０Ｖとしたときで約２ｍｓｅｃである。
【００７７】
このように、前記液晶材料Ｃは、液晶材料Ａ，Ｂに比べてほぼ２倍の速さのリセット応答性を有しており、したがって、この液晶材料Ｃを用いれば、液晶分子の配向状態をリセットするためのリセット電圧の印加時間を短くして、準安定状態の切換時間を短縮することができる。なお、前記リセット電圧の印加後に印加する第１または第２の準安定状態選択電圧は極く低い電圧であるため、前の配向状態をリセットされた液晶分子は、応答性よく第１または第２の準安定状態に配向する。
【００７８】
このため、上記液晶表示装置によれば、より高デューティでの時分割駆動を可能とし、画素数の多い高精細画像の表示を実現することができる。
なお、上記表に示した液晶材料Ｃは誘電異方性Δεの値が１２．７のものであるが、Δεの値が１０以上の液晶材料を用いれば、その配向状態をリセットするためのリセット電圧の印加時間を十分に短くして、準安定状態の切換時間を短縮することができる。
【００７９】
また、上記液晶表示装置は、液晶セル１０の全画素行を複数行ずつのグループに分け、１フレームごとに、１つの画素行グループの各行の画素部のリセットおよび準安定状態の選択と、全ての画素行の画素部の書込みを行なう駆動方法で表示駆動するのが望ましい。
【００８０】
この駆動方法によれば、１フレームに確保するリセットおよび準安定状態選択時間が、１つのグループの各画素行のリセットおよび準安定状態選択に要する時間だけでよいため、１フレームを短くして、フレーム周波数を高くすることができる。
【００８１】
また、この駆動方法によれば、準安定状態を選択された画素行への書込みが、そのグループの残りの画素行のリセットおよび準安定状態選択が終了し、その後このグループの各画素行への順次書込みが開始されて前記画素行への書込み期間になったときに行なわれるため、グループの中の最初にリセットおよび準安定状態選択が行なわれる画素行でも、新たな書込みを行なわれないままの状態にある時間は極く短く、したがって画面のちらつきが発生することはない。
【００８２】
この駆動方法による場合、画素行のグループ分けは、１グループの画素行数を、高いフレーム周波数が得られるように選ぶとともに、グループ数を、１画面分の画像を書換えるのに必要なフレーム数があまり多くならないように選ぶのが好ましい。
【００８３】
その例をあげると、単純マトリックス型の液晶セルには、３２行、６４行、１２８行等の画素行数のものがあるが、例えば、液晶セルの画素行数が６４行である場合は、その画素行を８行ずつのグループに分けるのが好ましく、１グループの画素行数が８行程度であれば、十分に高いフレーム周波数が得られるし、また、６４行を８行ずつのグループに分ければ、８〜９フレーム程度で１画面分の画像を書換えるため、画面の切換わりも良好である。すなわち、例えばフレーム周波数が１／３０ｓｅｃであるとすると、１画面分の画像を書換えるのに必要なフレーム数が８〜９フレームであれば、１秒間に約３〜４画面の書換えを行なえるため、画面の切換わりを良好にすることができる。
【００８４】
なお、上記液晶表示装置は、第１の準安定状態を選択したときの表示色が赤と青になるものであるが、その表示色は、液晶セル１０のΔｎｄの値を変えることによって任意に選ぶことができる。
【００８５】
さらに、上記実施例の液晶表示装置は、第１と第２のいずれの準安定状態を選択したときもＴＮモードによる表示を行なうものであって、第１の準安定状態での表示がカラー表示となり、第２の準安定状態での表示が白黒表示となるものであるが、少なくとも表側偏光板２１の透過軸２１ａの方向を、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａに対して斜めに交差する方向にすれば、第１と第２の両方の準安定状態における表示をそれぞれ複屈折効果モードによるカラー表示とすることができる。
【００８６】
また、この液晶表示装置では、その液晶セル１０の液晶１８に、室温において、粘度が３０ｃｐ以上（望ましくは３０〜４５ｃｐの範囲）、弾性定数比Ｋ33／Ｋ11が１．５以上（望ましくは１．５〜２．２の範囲）の物性を示す液晶材料を用いているため、上述した第１および第２の準安定状態における液晶分子の配向状態の安定性が高く、したがって、選択した準安定状態を確実に維持しながら、その準安定状態での駆動電圧の実効値により液晶分子の配向状態を変化させて、信頼性の高い表示動作を行なわせることができる。
【００８７】
図６はこの発明の第２の実施例による液晶表示装置の基本構成を示す斜視図であり、（ａ）は初期配向状態、（ｂ）は第１の準安定状態、（ｃ）は第２の準安定状態を示している。
【００８８】
この実施例の液晶表示装置は、液晶セル１０の初期配向状態における液晶分子のねじれ角をほぼ３０°としたもので、その他の構成は上記第１の実施例と同じであり、液晶セル１０に用いた液晶材料も同じである。
【００８９】
この実施例では、図６に示したように、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａを、液晶表示装置の画面の横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ１５°ずれた方向であって前記画面の左下から右上に向かう方向にし、裏側基板１２の配向処理方向１２ａを、前記横軸ｘに対し表面側から見て右回りにほぼ１５°ずれた方向であって前記画面の左上から右下に向かう方向にしている。すなわち、両基板１１，１２の配向処理方向１１ａ，１２ａは、ほぼ３０°の角度で互いに交差する方向である。
【００９０】
そして、この実施例では、上記液晶セル１０の液晶に、表面側から見て左回りのツイスト配向性を有するカイラル剤を添加したものを用いており、したがって、その液晶分子は、初期配向状態では、スプレイ歪をもって、表面側から見て左回り方向（カイラル剤による付与されるねじれ方向）にほぼ３０°のねじれ角でツイスト配向している。
【００９１】
この初期配向状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図６の（ａ）に破線矢印で示した方向、つまりカイラル剤により付与されるねじれ方向に、ほぼ３０°のねじれ角でツイスト配向したスプレイ配向状態である。
【００９２】
また、第１および第２の準安定状態はそれぞれ、初期配向状態から液晶分子のねじれ角がほぼ１８０°変化してスプレイ歪を解消した状態であり、この実施例では初期配向状態での液晶分子のねじれ角をほぼ３０°としているため、第１の準安定状態では、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準としてカイラル剤により付与されるねじれ方向にほぼ２１０°のねじれ角でツイスト配向し、第２の準安定状態では、液晶分子が前記一方の基板の配向処理方向を基準として前記カイラル剤により付与されるねじれ方向とは逆方向にほぼ１５０°のねじれ角でツイスト配向する。
【００９３】
すなわち、上記第１の準安定状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図６の（ｂ）に破線矢印で示したツイスト方向、つまり表面側から見て左回り方向（カイラル剤により付与されるねじれ方向）に、ほぼ２１０°のねじれ角でツイスト配向した状態である。
【００９４】
また、第２の準安定状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図６の（ｃ）に破線矢印で示したツイスト方向、つまり表面側から見て右回り方向（カイラル剤により付与されるねじれ方向とは逆方向）に、ほぼ１５０°のねじれ角でツイスト配向した状態である。
【００９５】
上記第１の準安定状態と第２の準安定状態とは、第１の実施例と同様に、まず液晶分子を基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向させる値のリセット電圧を印加して前記準安定状態をリセットし、その後に第１または第２の準安定状態選択電圧を印加することにより、一方の準安定状態から他方の準安定状態に切換えられる。
【００９６】
なお、前記第１準安定状態選択電圧はほぼ０Ｖであり、第２準安定状態選択電圧は、ほとんどの液晶分子が初期配向状態でのプレチルト角と同程度またはそれに近い傾き角で配向する低い値である。
【００９７】
また、この実施例では、表側偏光板２１を、その透過軸２１ａを画面の横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ４５°ずれた方向に向けて配置し、裏側偏光板２２を、その透過軸２２ａを前記横軸ｘに対し表面側から見て右回りにほぼ４５°ずれた方向に向けて配置しており、したがって、表側偏光板２１の透過軸２１ａは、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａ（横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ１５°ずれた方向）に対してほぼ３０°の交差角で斜めにずれた方向にあり、裏側偏光板２２の透過軸２２ａは、前記表側偏光板２１の透過軸２１ａに対してほぼ直交する方向にある。
【００９８】
この実施例の液晶表示装置は、液晶セル１０の液晶分子の初期配向状態を、一方の基板（ここでは裏側基板）１２の配向処理方向１２ａを基準として一方の方向にほぼ３０°のねじれ角でツイスト配向するスプレイ配向状態としているため、第１の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記一方の基板１２の配向処理方向１２ａを基準として一方の方向にほぼ２１０°のねじれ角でツイスト配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもち、第２の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記一方の基板１２の配向処理方向１２ａを基準として前記第１の準安定状態とは逆の方向にほぼ１５０°のねじれ角でツイスト配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもつ。
【００９９】
また、この実施例では、表側偏光板２１の透過軸２１ａの方向を、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａに対してほぼ３０°の交差角で斜めにずれた方向にし、裏側偏光板２２の透過軸２２ａを、前記表側偏光板２１の透過軸２１ａに対してほぼ直交する方向に設定しているため、第１の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、第２の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、複屈折効果モードによるカラー表示を行なうことができる。
【０１００】
この複屈折効果モードによるカラー表示について説明すると、上記第１と第２のいずれの準安定状態においても、表側偏光板２１を透過して入射した直線偏光が、液晶セル１０を透過する過程で液晶層の複屈折作用により各波長光がそれぞれ偏光状態の異なる楕円偏光となった光となり、その各波長光がそれぞれの偏光状態に応じた透過率で裏側偏光板２２を透過して、この裏側偏光板２２を透過した光が、その光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の着色光になる。この着色光は、反射板３０で反射され、前記裏側偏光板２２と液晶セル１０と表側偏光板２１とを順に透過して出射する。
【０１０１】
このように、複屈折効果モードによるカラー表示は、液晶セル１０の液晶層の複屈折作用と一対の偏光板２１，２２の偏光作用とを利用して光を着色するものであり、したがってカラーフィルタを用いて光を着色するものに比べて光の吸収が少ないから、反射型の液晶表示装置であっても、光の透過率を高くして明るいカラー表示を得ることができる。
【０１０２】
なお、上記初期配向状態、つまり液晶分子がスプレイ歪をもってほぼ３０°のねじれ角でツイスト配向している状態は、上述したように実際の表示には使用しないが、この初期配向状態も、複屈折効果モードによる表示が得られる状態である。
【０１０３】
そして、上記液晶表示装置では、上記第１の準安定状態（液晶分子が一方の方向にほぼ２１０°のねじれ角でツイスト配向する状態）を選択したときと、第２の準安定状態（液晶分子が第１の準安定状態とは逆方向にほぼ１５０°のねじれ角でツイスト配向する状態）を選択したときとの液晶分子の配向状態が異なり、それに応じて液晶層が異なる複屈折性を示すため、第１の準安定状態を選択したときと、第２の準安定状態を選択したときとで、互いに異なる色を表示することができる。
【０１０４】
また、この液晶表示装置では、上記第１と第２のいずれの準安定状態においても、電極１３，１４間に印加される駆動電圧の実効値に応じた液晶分子のチルト角の変化によって液晶層の複屈折性が変化し、それに応じて裏側偏光板２２に入射する各波長光の偏光状態が変化するため、前記駆動電圧の実効値を制御することによって着色光の色を変化させることができ、したがって、１つの画素部で複数の色を表示することができる。
【０１０５】
図７および図８は、この実施例のように液晶セル１０の初期配向状態での液晶分子のねじれ角をほぼ３０°とし、その両基板１１，１２の配向処理方向１１ａ，１２ａと表裏の偏光板２１，２２の透過軸２１ａ，２２ａの向きとを図６に示したように設定するとともに、液晶セル１０のΔｎｄの値を約８００ｎｍに設定した液晶表示装置の駆動電圧に対する光の出射率と表示色の変化を示しており、図７の（ａ），（ｂ）は第１の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図、図８の（ａ），（ｂ）は第２の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図である。各図の（ｂ）の色度図において、Ｗは無彩色点である。
【０１０６】
第１の準安定状態での電圧−出射率特性は図７の（ａ）のような特性であり、駆動電圧に対する表示色の変化は、図７の（ｂ）のように、実効値が１．４６Ｖの電圧を印加したときで赤、実効値が２．００Ｖの電圧を印加したときで白である。
【０１０７】
なお、前記赤のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．４３２，ｙ＝０．３９１であり、Ｙ値（明るさ）は２０．２９である。また、前記白のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．２９０，ｙ＝０．３１９であり、Ｙ値は２９．７０である。
【０１０８】
さらに、第２の準安定状態での電圧−出射率特性は図８の（ａ）のような特性であり、駆動電圧に対する表示色の変化は、図８の（ｂ）のように、実効値が１．４６Ｖの電圧を印加したときで赤、実効値が２．００Ｖの電圧を印加したときで青である。
【０１０９】
なお、前記赤のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．４２４，ｙ＝０．３９９であり、Ｙ値は２１．３１である。また、前記青のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．２４９，ｙ＝０．２６７であり、Ｙ値は１１．３２である。
【０１１０】
すなわち、上記液晶表示装置は、第１の準安定状態を選択して赤と白を表示し、第２の準安定状態を選択して赤と青を表示するものであり、したがって、例えば白の背景中に赤と青で画像を表示するカラー表示を行なうことができる。
【０１１１】
そして、この実施例の液晶表示装置は、その駆動電圧の実効値を、第１の準安定状態を選択して赤と白を表示するときも、第２の準安定状態を選択して赤と青を表示するときも、１．４６Ｖと２．００Ｖの２通りに設定すればよく、したがって、それぞれの準安定状態における２通りの駆動電圧の実効値の差、つまり動作電圧マージンを、第１および第２のいずれの準安定状態でも０．５４Ｖ（＝２．００Ｖ−１．４６Ｖ）と充分に大きくとることができる。
【０１１２】
また、第１の準安定状態を選択して表示するときの２通りの実効値と、第２の準安定状態を選択して表示するときの２通りの実効値とが同（１．４６Ｖと２．００Ｖ）であるため、表示駆動も容易になる。
【０１１３】
図９はこの発明の第３の実施例による液晶表示装置の基本構成を示す斜視図であり、（ａ）は初期配向状態、（ｂ）は第１の準安定状態、（ｃ）は第２の準安定状態を示している。
【０１１４】
この実施例の液晶表示装置は、液晶セル１０の初期配向状態における液晶分子のねじれ角をほぼ７０°としたもので、その他の構成は上記第１の実施例と同じであり、また液晶セル１０に用いた液晶材料も同じである。
【０１１５】
この実施例では、図９に示したように、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａを、液晶表示装置の画面の横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ３５°ずれた方向であって前記画面の左下から右上に向かう方向にし、裏側基板１２の配向処理方向１２ａを、前記横軸ｘに対し表面側から見て右回りにほぼ３５°ずれた方向であって前記画面の左上から右下に向かう方向にしている。すなわち、両基板１１，１２の配向処理方向１１ａ，１２ａは、ほぼ７０°の角度で互いに交差する方向である。
【０１１６】
そして、この実施例では、上記液晶セル１０の液晶に、表面側から見て左回りのツイスト配向性を有するカイラル剤を添加したものを用いており、したがって、その液晶分子は、初期配向状態では、スプレイ歪をもって、表面側から見て左回り方向（カイラル剤による付与されるねじれ方向）にほぼ７０°のねじれ角でツイスト配向している。
【０１１７】
この初期配向状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図９の（ａ）に破線矢印で示した方向、つまりカイラル剤により付与されるねじれ方向に、ほぼ７０°のねじれ角でツイスト配向したスプレイ配向状態である。
【０１１８】
また、第１および第２の準安定状態はそれぞれ、初期配向状態から液晶分子のねじれ角がほぼ１８０°変化してスプレイ歪を解消した状態であり、この実施例では初期配向状態での液晶分子のねじれ角をほぼ７０°としているため、第１の準安定状態では、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準としてカイラル剤により付与されるねじれ方向にほぼ２５０°のねじれ角でツイスト配向し、第２の準安定状態では、液晶分子が前記一方の基板の配向処理方向を基準として前記カイラル剤により付与されるねじれ方向とは逆方向にほぼ１１０°のねじれ角でツイスト配向する。
【０１１９】
すなわち、上記第１の準安定状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図９の（ｂ）に破線矢印で示したツイスト方向、つまり表面側から見て左回り方向（カイラル剤により付与されるねじれ方向）に、ほぼ２５０°のねじれ角でツイスト配向した状態である。
【０１２０】
また、第２の準安定状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図９の（ｃ）に破線矢印で示したツイスト方向、つまり表面側から見て右回り方向（カイラル剤により付与されるねじれ方向とは逆方向）に、ほぼ１１０°のねじれ角でツイスト配向した状態である。
【０１２１】
上記第１の準安定状態と第２の準安定状態とは、第１の実施例と同様に、まず液晶分子を基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向させる電圧値のリセット電圧を印加して前記準安定状態をリセットし、その後に第１または第２の準安定状態選択電圧を印加することにより、一方の準安定状態から他方の準安定状態に切換えられる。
【０１２２】
なお、前記第１の準安定状態選択電圧はほぼ０Ｖであり、第２の準安定状態選択電圧はほとんどの液晶分子が初期配向状態でのプレチルト角と同程度またはそれに近い傾き角で配向する低い値である。
【０１２３】
また、この実施例では、表側偏光板２１を、その透過軸２１ａを画面の横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ４５°ずれた方向に向けて配置し、裏側偏光板２２を、その透過軸２２ａを前記横軸ｘに対し表面側から見て右回りにほぼ４５°ずれた方向に向けて配置しており、したがって、表側偏光板２１の透過軸２１ａは、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａ（横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ３５°ずれた方向）に対してほぼ１０°の交差角で斜めにずれた方向にあり、裏側偏光板２２の透過軸２２ａは、前記表側偏光板２１の透過軸２１ａに対してほぼ直交する方向にある。
【０１２４】
この実施例の液晶表示装置は、液晶セル１０の液晶分子の初期配向状態を、一方の基板（ここでは裏側基板）１２の配向処理方向１２ａを基準として一方の方向にほぼ７０°のねじれ角でツイスト配向するスプレイ配向状態としているため、第１の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記一方の基板１２の配向処理方向１２ａを基準として一方の方向にほぼ２５０°のねじれ角でツイスト配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもち、第２の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記一方の基板１２の配向処理方向１２ａを基準として前記第１の準安定状態とは逆の方向にほぼ１１０°のねじれ角でツイスト配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもつ。
【０１２５】
また、この実施例では、表側偏光板２１の透過軸２１ａの方向を、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａに対してほぼ１０°の交差角で斜めにずれた方向にし、裏側偏光板２２の透過軸２２ａを、前記表側偏光板２１の透過軸２１ａに対してほぼ直交する方向に設定しているため、第１の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、第２の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、複屈折効果モードによるカラー表示を行なうことができる。
【０１２６】
そして、この実施例の液晶表示装置では、上記第１の準安定状態（液晶分子が一方の方向にほぼ２５０°のねじれ角でツイスト配向する状態）を選択したときと、第２の準安定状態（液晶分子が第１の準安定状態とは逆方向にほぼ１１０°のねじれ角でツイスト配向する状態）を選択したときとの液晶分子の配向状態が異なり、それに応じて液晶層が異なる複屈折性を示すため、第１の準安定状態を選択したときと、第２の準安定状態を選択したときとで、互いに異なる色を表示することができる。
【０１２７】
また、この液晶表示装置では、上記第１と第２のいずれの準安定状態においても、電極１３，１４間に印加される駆動信号の実効値に応じた液晶分子のチルト角の変化によって液晶層の複屈折性が変化し、それに応じて裏側偏光板２２に入射する各波長光の偏光状態が変化するため、前記駆動信号の実効値を制御することによって着色光の色を変化させることができ、したがって、１つの画素部で複数の色を表示することができる。
【０１２８】
図１０および図１１は、この実施例のように液晶セル１０の初期配向状態での液晶分子のねじれ角をほぼ７０°とし、その両基板１１，１２の配向処理方向１１ａ，１２ａと表裏の偏光板２１，２２の透過軸２１ａ，２２ａの向きとを図９に示したように設定するとともに、液晶セル１０のΔｎｄの値を約９００ｎｍに設定した液晶表示装置の駆動電圧に対する光の出射率と表示色の変化を示しており、図１０の（ａ），（ｂ）は第１の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図、図１１の（ａ），（ｂ）は第２の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図である。各図の（ｂ）の色度図において、Ｗは無彩色点である。
【０１２９】
第１の準安定状態での電圧−出射率特性は図１０の（ａ）のような特性であり、駆動電圧に対する表示色の変化は、図１０の（ｂ）のように、実効値が１．５３Ｖの電圧を印加したときで赤、実効値が２．０３Ｖの電圧を印加したときでオレンジ色である。
【０１３０】
なお、前記赤のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．３４３，ｙ＝０．３２２、Ｙ値は２４．３１であり、オレンジ色のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．３２２，ｙ＝０．３７８、Ｙ値は３１．９８である。
【０１３１】
さらに、第２の準安定状態での電圧−出射率特性は図１１の（ａ）のような特性であり、駆動電圧に対する表示色の変化は、図１１の（ｂ）のように、実効値が１．５３Ｖの電圧を印加したときで白、実効値が２．０３Ｖの電圧を印加したときで青である。
【０１３２】
なお、前記白のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．３２０，ｙ＝０．３４９、Ｙ値は３４．３６であり、青のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．２６０，ｙ＝０．２７８、Ｙ値は９．０５である。
【０１３３】
すなわち、上記液晶表示装置は、第１の準安定状態を選択して赤とオレンジ色を表示し、第２の準安定状態を選択して白と青を表示するものであり、したがって、例えば白の背景中に赤とオレンジ色と青で画像を表示するカラー表示を行なうことができる。
【０１３４】
そして、この実施例の液晶表示装置は、その駆動電圧の実効値を、第１の準安定状態を選択して赤とオレンジ色を表示するときも、第２の準安定状態を選択して白と青を表示するときも、１．５３Ｖと２．０３Ｖの２通りに設定すればよく、したがって、それぞれの準安定状態における２通りの駆動電圧の実効値の差、つまり動作電圧マージンを、第１および第２のいずれの準安定状態でも０．５０Ｖ（＝２．０３Ｖ−１．５３Ｖ）と充分に大きくとることができる。
【０１３５】
また、第１の準安定状態を選択して表示するときの２通りの実効値と、第２の準安定状態を選択して表示するときの２通りの実効値とが同（１．５３Ｖと２．０３Ｖ）であるため、表示駆動も容易になる。
【０１３６】
上述したように、上記第２および第３の実施例の液晶表示装置も、第１の実施例のものと同様に、液晶セルの液晶分子の配向状態が異なる２つの表示装置の電気光学特性を合わせ持ったものであり、したがって段階的に制御しようとする透過状態のうちの複数の透過状態の制御を一方の電気光学特性を利用して行ない、他の複数の透過状態の制御を他方の電気光学特性を利用して行なうことができるから、液晶セル１０が単純マトリックス方式のものであっても、その駆動デューティに対して動作電圧マージンを大きくし、高デューティでの時分割駆動を可能とすることができる。
【０１３７】
そして、これらの液晶表示装置においても、その液晶セル１０の液晶１８に、誘電異方性Δεの値が１０以上のリセット応答性が速い液晶材料を用いれば、リセット電圧の印加により前の液晶分子の配向状態をリセットし、第１または第２の準安定状態選択電圧の印加によりいずれかの準安定状態を選択した後に、次の書込み状態を得るための書込み電圧を印加することによって表示駆動に際して、前記リセット電圧の印加時間を短くし、準安定状態の切換時間を短縮することができるから、より高デューティでの時分割駆動を可能とし、画素数の多い高精細画像の表示を実現することができる。
【０１３８】
なお、上記第２の実施例の液晶表示装置は、第１の準安定状態を選択して赤と白を表示し、第２の準安定状態を選択して青と黒を表示するものであり、上記第３の実施例の液晶表示装置は、第１の準安定状態を選択して赤とオレンジ色を表示し、第２の準安定状態を選択して白と青を表示するものであるが、その表示色は、液晶セル１０のΔｎｄの値や表裏の偏光板２１，２２の透過軸２１ａ，２２ａの向きを変えることによって任意に選ぶことができる。
【０１３９】
また、この発明の液晶表示装置において、液晶セル１０の初期配向状態は、上記第１〜第３の実施例に限られるものではなく、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ０°〜ほぼ１８０°のねじれ角で非ツイストまたはツイスト配向したスプレイ配向状態にあればよい。
【０１４０】
なお、例えば、初期配向状態が、全ての液晶分子が一方の基板の配向処理方向に沿って配向した、ねじれ角がほぼ０°の非ツイスト配向状態である場合、第１の準安定状態は、前記一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ１８０°のねじれ角でツイスト配向してスプレイ歪を解消した状態であり、第２の準安定状態は、前記一方の基板の配向処理方向を基準として前記第１の準安定状態とは反対の方向にほぼ１８０°のねじれ角でツイスト配向してスプレイ歪を解消した状態である。
【０１４１】
また、例えば、初期配向状態が、液晶分子が一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ１８０°のねじれ角で配向したツイスト配向状態である場合、第１の準安定状態は、前記一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ３６０°のねじれ角でツイスト配向してスプレイ歪を解消した状態であり、第２の準安定状態は、全ての液晶分子が前記一方の基板の配向処理方向に沿って非ツイスト配向してスプレイ歪を解消した状態である。
【０１４２】
このように液晶セル１０の初期配向状態と第１および第２の準安定状態を選んだ場合も、液晶セル１０をはさんで配置した一対の偏光板２１，２２のうちの少なくとも表側偏光板２１の透過軸２１ａの方向を前記液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａに対して斜めに交差する方向に設定すれば、第１の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、第２の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、複屈折効果モードによるカラー表示を行なうことができる。
【０１４３】
さらに、上記各実施例の液晶表示装置は、液晶セル１０の液晶層の複屈折作用と一対の偏光板２１，２２の偏光作用とを利用して表示するものであるが、それに加えて、表裏の偏光板２１，２２のいずれか一方または両方と液晶セル１０との間に位相差板を配置してもよい。
【０１４４】
この位相差板の付加は、特に、複屈折効果モードによるカラー表示を行なう液晶表示装置において効果的であり、この液晶表示装置に位相差板を付加すれば、各波長光が前記位相差板と液晶セル１０の液晶層との両方の複屈折作用によりそれぞれの偏光状態を大きく変えて裏側偏光板２２に入射するため、裏側偏光板２２を透過する各波長光の透過率の差が大きくなり、したがって、裏側偏光板２２を透過した光が、その光を構成する各波長光の強度の差が大きい鮮明な着色光になるし、また、駆動電圧の実効値に応じた液晶分子の配向状態の変化にともない、前記各波長光の透過率とその透過率差が大きく変化して前記着色光の色が変化するため、表示色数も多くなる。
【０１４５】
なお、上記第１〜第３の実施例の液晶表示装置はいずれも、その裏面側に反射板３０を配置した反射型のものであるが、この発明は、バックライトからの光を利用して表示する透過型の液晶表示装置（反射板３０の無いもの）にも適用することができる。
【０１４６】
さらに、この発明は、偏光板を１枚だけ備え、液晶セルの表面側に偏光板を配置し、前記液晶セルの裏面側に反射板を配置した反射型液晶表示装置にも適用できるものであり、その場合は、液晶セルの裏側基板の外面に反射板を配置してもよいし、あるいは、前記裏側基板の内面に設ける電極を金属膜で形成し、この電極で反射板を兼用してもよい。
【０１４７】
【発明の効果】
この発明の液晶表示装置は、液晶セルの液晶分子の配向状態が互いに異なる第１の準安定状態と第２の準安定状態において、それぞれ異なる電気光学特性を持ち、これら第１の準安定状態と第２の準安定状態毎に液晶分子を複数の配向状態に配向させるように制御するものであるから、段階的に制御しようとする透過状態のうちの複数の透過状態の制御を一方の電気光学特性を利用して行ない、他の複数の透過状態の制御を他方の電気光学特性を利用して行なうことができる。
【０１４８】
このため、この液晶表示装置によれば、透過状態の全段階数を、前記一方の電気光学特性を利用するときと、前記他方の電気光学特性を利用するときとに振り分けることができ、そのために、それぞれの準安定状態で駆動される段階数が少なくなるから、それぞれの準安定状態の中で、少ない段階数の時分割駆動を行なうことができる。
【０１４９】
したがって、この液晶表示装置によれば、駆動電圧の実効値を制御して駆動される単純マトリックス方式の液晶セルを用いるものでありながら、その駆動デューティに対して動作電圧マージンを大きくし、高デューティでの時分割駆動を可能とすることができる。
【０１５０】
また、この液晶表示装置の表示の書換えは、まず前記リセット電圧の印加により、前の液晶分子の配向状態をリセットし、前記第１または第２の準安定状態選択電圧の印加によりいずれかの準安定状態を選択した後に、次の書込み状態を得るための書込み電圧を印加することによって行なうが、この発明では、前記液晶セルの液晶に、誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料を用いているため、前記リセット電圧の印加による前の液晶分子の配向状態のリセットを応答性良く行なわせることができる。
【０１５１】
このため、この発明の液晶表示装置によれば、液晶分子の配向状態をリセットするためのリセット電圧の印加時間を短くし、準安定状態の切換時間を短縮することができるから、より高デューティでの時分割駆動を可能とし、画素数の多い高精細画像の表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例による液晶表示装置の基本構成を示す、初期配向状態と第１の準安定状態と第２の準安定状態の斜視図。
【図２】前記液晶表示装置の断面図。
【図３】前記液晶表示装置の初期配向状態とリセット状態と第１および第２の準安定状態における液晶分子の配向状態を示す模式図。
【図４】前記液晶表示装置の第１の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図。
【図５】前記液晶表示装置の第２の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図。
【図６】この発明の第２の実施例による液晶表示装置の基本構成を示す、初期配向状態と第１の準安定状態と第２の準安定状態の斜視図。
【図７】前記液晶表示装置の第１の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図。
【図８】前記液晶表示装置の第２の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図。
【図９】この発明の第３の実施例による液晶表示装置の基本構成を示す、初期配向状態と第１の準安定状態と第２の準安定状態の斜視図。
【図１０】前記液晶表示装置の第１の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図。
【図１１】前記液晶表示装置の第２の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図。
【符号の説明】
１０…液晶セル
１８…液晶
２１，２２…偏光板
２１ａ，２２ａ…透過軸
３０…反射板
【図１】
0003641907.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003641907.tif 000009
【図８】
0003641907.tif 000010
【図９】
0003641907.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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