(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配向処理の方向が略平行であって、基板との界面での液晶分子の傾きが上下基板で略平行となるように配向処理が施された一対の透明電極基板間に、液晶層厚の１倍から３倍の自然ねじれピッチを有する、誘電異方性が正であるカイラルネマティック液晶層を挟持し、該液晶層に電圧を印加してフレデリクス転移を生じさせた後の緩和状態として、厚み方向への液晶分子のねじれ角が略３６０゜である第一の配向状態と、液晶分子のねじれ角が略０゜である第二の配向状態の２つの準安定状態を有するように構成され、かつ前記液晶層にフレデリクス転移を生じさせてリセット状態にするためのリセット電圧を印加し、その後２つの準安定状態のいずれか一方を選択するための選択電圧を印加し、さらに該選択された準安定状態を維持するための電圧を印加することができ、前記２つの準安定状態のいずれか一方を選択するための２つの選択電圧がそれぞれが可変である電圧パルスである液晶表示装置であって、前記カイラルネマティック液晶の動粘性率が２０℃で１７ｍｍ２／ｓ以下のものであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
カイラルネマティック液晶の動粘性率が０℃で４０ｍｍ２／ｓ以下のものである請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
カイラルネマティック液晶の誘電異方性（Δε）が３．０以上である請求項１または２記載の液晶表示装置。
【請求項４】
一対の透明電極基板にはそれそれ走査電極群、信号電極群が配置され、それらの群によって構成される画素がマルチプレクス駆動される請求項１〜３いずれか記載の液晶表示装置。
【請求項５】
非選択電圧が、初期状態から２つの準安定状態の内の少なくとも一方に変化させるに要する電圧しきい値（Ｖｔｈ）の２倍よりも小さい請求項１〜４いずれか記載の液晶表示装置。
【請求項６】
２つの準安定状態のいずれか一方を選択するための２つの選択電圧の差が、２つの準安定状態間の臨界値（Ｖｃ）よりも小さい電圧パルスである請求項１〜５いずれか記載の液晶表示装置。
【請求項７】
２つの２ｎｄパルス波高値（２つの準安定状態のいずれか一方を選択するための選択電圧を任意の値に調整する機構を有する請求項１〜６いずれか記載の液晶表示装置。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか記載の液晶表示装置を用いることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、双安定性を有する液晶表示装置およびその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
高速応答性を有する液晶の動作モードとして、双安定性を有するＢＴＮ（ＢＩＳｔａｂｌｅ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ、双安定ねじれネマティング）方式に関する提案が、特公平１−５１８１８、特開平６−２３０７５１、特開平８−１０１３７１、特開平８−３１３８７８等においてなされている。ＢＴＮ方式は高速応答で高品位な液晶表示の可能性を有する方式であるが、前記特公平１−５１８１８においては、スイッチング原理が記載されでいるのみで実際の表示装置の駆動に関する記載が全く無い。また、後３者においては、単純マトリクス駆動方式による表示装置の駆動に関しての提案がなされているが、表示特性に対する温度の影響とその影響についての補償の手段等に関しては全く言及していない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高速応答性を有し、正常に動作する温度範囲が広い、高品位な双安定性を有するＢＴＮ液晶表示装置および該液晶表示装置を使用した駆動方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、配向処理の方向が略平行であって、基板との界面での液晶分子の傾きが上下基板で略平行となるように配向処理が施された一対の透明電極基板間に、液晶層厚の１倍から３倍の自然ねじれピッチを有する、誘電異方性が正であるカイラルネマティック液晶層を挟持し、該液晶層に電圧を印加してフレデリクス転移を生じさせた後の緩和状態として、厚み方向への液晶分子のねじれ角が略３６０゜である第一の配向状態と、液晶分子のねじれ角が略０゜である第二の配向状態の２つの準安定状態を有するように構成され、かつ前記液晶層にフレデリクス転移を生じさせてリセット状態にするためのリセット電圧を印加し、その後２つの準安定状態のいずれか一方を選択するための選択電圧を印加し、さらに該選択された準安定状態を維持するための電圧を印加することができ、前記２つの準安定状態のいずれか一方を選択するための２つの選択電圧がそれぞれが可変である電圧パルスである液晶表示装置であって、前記カイラルネマティック液晶の動粘性率が２０℃で１７ｍｍ２／ｓ以下のものであることを特徴とする液晶表示装置および該液晶表示装置を使用した駆動方法を提供することにより、前記課題を解決することができた。
【０００５】
以下、本発明を図面に基づいて具体的に説明する。
ただし、本発明は以下の図面のものに限定されない。
図１に、本発明にかかるＢＴＮ（双安定ねじれネマティック）方式の液晶表示素子の一構成例およびその動作を示す。下基板１１と上基板１２間に液晶層３０が挟持されている。２１と２２は液晶層に電圧を印加するための透明電極、３１と３２は液晶を配向させるための配向膜である。４１と４２は偏光板である。ここで用いる液晶層は、液晶層厚の約１倍から３倍の自然ピッチを有する誘電異方性が正のカイラルネマティック液晶である。
【０００６】
前記カイラルネマティック液晶層は配向処理が施された配向膜によって液晶は基板面からわずかに傾斜した方向に配向させられる。この傾斜角は約２゜から３０゜程度が好ましい。傾斜角が前記範囲より小さい場合には双安定動作が不安定になり良好なスイッチングが行えなくなる。また、傾斜角が前記範囲より大きすぎる場合には、表示特性の視野角依存性が大きくなるという問題を生ずる。この図の構成では、初期状態において上下基板界面での液晶の傾きが逆となるように構成されている。
【０００７】
液晶の自然ねじれピッチｐは液晶層厚ｄの約１倍から３倍の間に設定される。液晶層の複屈折と厚みの積Δｎｄは観察光の波長の略１／２、具体的には、０．２０μｍ〜０．３５μｍ、好ましくは０．２２μｍから０．３０μｍｍの範囲であるように構成される。また、一方の偏光板はその光透過軸が、基板界面での液晶の配向方向と略４５゜（３５゜〜５５゜）の角度を成すように配設され、もう一方の偏光板はその光透過軸が他方の偏光板の光透過軸と基板界面での液晶の配向方向を基準として対称になるように配設される。
【０００８】
まず、ＢＴＮのスイッチング動作について説明する。駆動波形としては、フレデリクス転移を生じさせるための電圧パルス（以下、リセットパルスとも呼ふ）と、それに続く、２つの準安定状態のうちの一方を選択するための電圧パルス（以下、２ｎｄパルスと呼ぶ）が印加される。リセットパルスは、初期状態から２つの準安定状態のうちの少なくとも一方に変化させるのに要する電圧しきい値（Ｖｔｈ）以上の電圧パルスであり、２ｎｄパルスは、２つの準安定状態の間の臨界値（Ｖｃ）を基準として選択される電圧パルスである。
【０００９】
２ｎｄパルス電圧が臨界値以下の場合、リセット状態（液晶分子の配列はホメオトロピック状態）からの急激な緩和により生じるバックフローのため、液晶分子は初期状態（略１８０゜ねじれ）からさらに１８０゜多くねじれた、つまり略３６０゜ねじれの準安定状態（以下、Ｔの準安定状態と呼ぶ）になり、ここに示した一般的な素子構成および偏光板の配置ては暗状態になる。
【００１０】
一方、２ｎｄパルスの波高値がしきい値以上の場合は、前記バックフローが抑制されるため、液晶分子はねじれが初期状態より１８０゜小さい、つまり略０゜の準安定状態（以下、Ｕの準安定状態と呼ふ）になり、ここに示した一般的な素子構成および偏光板の配置では明状態になる。
【００１１】
各印加波形とそれに対する光学的応答を図２に示す。図２ａは単極性パルス波形で２ｎｄパルス電圧が臨界値以下の場合、図２ｂは交流パルス波形で２ｎｄパルス電圧が臨界値以下の場合、図２ｃは単極性パルス波形で２ｎｄパルス電圧が臨界値以上の場合、図２ｄは交流パルス波形で２ｎｄパルス電圧が臨界値以上の場合をそれぞれ示す。前記リセットパルスおよび２ｎｄパルスは交流パルスでも良いし、単極性パルスでもよい。たたし単極性パルスの場合は液晶層に電荷が蓄積しないように周期的にその極性を変えて印加したり、表示パネルを構成する走査電極１本あるいは数本ごとに極性を変えて印加する必要かある。
【００１２】
次に、フレデリクス転移後に選択される準安定状態の駆動波形条件およびｄ／ｐ（液晶層厚／液晶の自然ねじれピッチ）依存について説明する。
図３に、フレデリクス転移後に選択される準安定状態に関する、ｄ／ｐと２ｎｄパルス波高値の関係をモデル的に示した。
リセットパルス条件および２ｎｄパルス幅を固定した場合、フレデリクス転移後に選択される準安定状態は、ｄ／ｐおよび印加する２ｎｄパルスの波形条件に大きく依存する。ｄ／ｐについては、あるｄ／ｐ値を境界としてｄ／ｐが大きい方の領域でＴの準安定状態、ｄ／ｐが小さい方の領域でＵの準安定状態となり、その境界ｄ／ｐ値は２ｎｄパルスの波高値によって図３のような変化を示す。したがって図３で液晶セルのｄ／ｐ値が前記ｄ／ｐ境界値を示すラインとの交点を臨界値として、２ｎｄパルス波高値をその臨界値よりも大きい電圧にすればＵ状態、臨界値よりも小さい電圧にすればＴ状態が得られ、２つの準安定状態を任意に選択することができる。
【００１３】
また、Ｕ状態、Ｔ状態両者の準安定状態を選択するための２ｎｄパルス波高値をそれぞれ図３のようにＶ２ｎｄ（Ｕ）、Ｖ２ｎｄ（Ｔ）とした場合、ｄ／ｐマージン（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能なｄ／ｐ範囲）は図中の矢印で示した範囲になり、Ｖ２ｎｄ（Ｕ）−Ｖ２ｎｄ（Ｔ）が大きいほとｄ／ｐマージンが大きくなり、セルギャップ（液晶層厚）のバラッキ許容範囲の点で有利になる。しかしなから走査電極と信号電極とで形成される画素をマルチプレクス駆動する場合には非選択時に少なくとも〔Ｖ２ｎｄ（Ｕ）−Ｖ２ｎｄ（Ｔ）〕／２の電圧が印加されることになり、これがある程度以上に大きくなるとＵ状態、Ｔ状態の選択が良好にできなくなったり、得られる表示状態の透過率特性に悪影響が及び、表示品質を損なうことになるので、Ｖ２ｎｄ（Ｕ）−Ｖ２ｎｄ（Ｔ）をむやみに大きくすることはできす、したがってｄ／ｐマージンもある程度制限されてしまう。
【００１４】
また表示容量が大きくなり、それによって走査電極数が多くなると２ｎｄパルスの幅を小さくする（印加時間を短くする）必要が生じるが、２ｎｄパルスの幅を小さくするほど図３に示したＵ状態、Ｔ状態の境界を示すラインの縦軸方向の変化が小さくなり、したがってｄ／ｐマージンは減少する方向に変化する。
このように本方式においては、特に表示容量を大きくする場合、ｄ／ｐマージン（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能なｄ／ｐ範囲）の大きさががなり制約されてじまう。
【００１５】
以上のことは、使用環境の温度の変化を特に考慮しない、一定の温度（例えば室温）における場合であるが、図３のＵ状態、Ｔ状態の境界を示すラインは温度が変化すると縦軸方向にンフトするような変化を示し、前記境界を示すラインは温度を低下させるとｄ／ｐが大きい方向にシフトし、温度を上昇させるとｄ／ｐが小さい方向にシフトする傾向があるため、ｄ／ｐマージンが比較的小さい条件においては、温度変化によりＵ状態、Ｔ状態の選択が良好にできなくなり、正常に動作する温度範囲が狭くなるという不都合がさらに生じてしまう。図４に、固定した波形条件におけるＵ状態、Ｔ状態の選択が可能なｄ／ｐ絶対値範囲の温度による変化の傾向をモデル的に示す。
【００１６】
本発明の特徴の一つは、前記問題点を解決するために、前記２つの準安定状態のいずれか一方を選択するための２つの２ｎｄパルス波高値を、固定せすに可変としたことにある。
【００１７】
前述したように、Ｕ状態、Ｔ状態の境界ｄ／ｐ値は、２ｎｄパルス波高値によって図３のような変化を示し、２ｎｄパルス波高値を増大させると前記境界ｄ／ｐ値はｄ／ｐが大きい方向に変化し、逆に２ｎｄパルス波高値を減少させると前記境界ｄ／ｐ値はｄ／ｐが小さい方向に変化する。したがって、２つの２ｎｄパルス波高値〔Ｖ２ｎｄ（Ｕ）およびＶ２ｎｄ（Ｔ）〕の設定を調整することによって、Ｕ状態、Ｔ状態の任意な選択が可能であるｄ／ｐ値の範囲を、環境温度による両状態の境界ｄ／ｐ値の変化に追従させ、正常に動作する温度範囲を拡大することが可能となる。
【００１８】
具体的には、温度の上昇（前記Ｕ状態、Ｔ状態の境界ｄ／ｐ値が減少する）に対しては、２つの２ｎｄパルス波高値〔Ｖ２ｎｄ（Ｕ）およびＶ２ｎｄ（Ｔ）〕を増大させ、逆に温度の下降（前記Ｕ状態、Ｔ状態の境界ｄ／ｐ値が増大する）に対しては、２つの２ｎｄパルス波高値〔Ｖ２ｎｄ（Ｕ）およびＶ２ｎｄ（Ｔ）〕を減少させて調整すれば良い。このようにすることにより、選択期間に選択した準安定状態を環境温度に対応して維持できる。
【００１９】
また、本発明の液晶表示装置は、走査電極群と信号電極群とで形成される画素マルチプレクス駆動することにより、表示容量が大きく、かつ環境温度の変化に対応して正常に動作する（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が環境の温度の変化に対応して正常に行われる）液晶表示装置を得ることができる。
【００２０】
前述のように、走査電極群と信号電極群とで形成される画素マルチプレクス駆動する場合、非選択時に少なくとも〔Ｖ２ｎｄ（Ｕ）−Ｖ２ｎｄ（Ｔ）〕／２の電圧が印加されるが、この〔Ｖ２ｎｄ（Ｕ）−Ｖ２ｎｄ（Ｔ）〕が、初期状態から２つの準安定状態の内の少なくとも一方に変化させるに要する電圧しきい値（Ｖｔｈ）の２倍よりもよりも大きいと画素部の液晶層は常にリセット状態になってしまい、Ｕ状態、Ｔ状態の選択が正常に行われなくなるので、Ｖ２ｎｄ（Ｕ）−Ｖ２ｎｄ（Ｔ）がＶｔｈの２倍よりも小さいことが必要である。
【００２１】
さらに、非選択電圧が２つの準安定状態間の臨界値（Ｖｃ）よりも小さいこと、すなわち、Ｖ２ｎｄ（Ｕ）−Ｖ２ｎｄ（Ｔ）が臨界値（Ｖｃ）の２倍よりも小さい電圧パルスであることが好ましい。このようにすることにより、選択期間に選択した準安定状態を非選択期間に安定に維持することができる。
【００２２】
本発明者らは、ｄ／ｐマージン（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能なｄ／ｐ範囲）は用いる液晶材料の動粘性率と密接な関係があり、液晶材料の動粘性率が小さいほどｄ／ｐマージンが大きく、逆に動粘性率が大きいとｄ／ｐマージンが小さくなってしまうことを見い出した。これはリセットパルス印加期間中における液晶分子のリセット状態への変化速度に関係し、液晶材料の動粘性率が小さいほと、リセットパルス印加終了時点における分子の配向状態がより完全なホメオトロピック状態に近くなるために、リセットパルスに引き続いて起こるバックフローも大きくなり、Ｖ２ｎｄ（Ｔ）とＶ２ｎｄ（Ｕ）を印加した場合のそれそれのバックフローの大きさ（リセット状態がらの緩和速度）の差が大きくなり、結果としてｄ／ｐマージンが大きくなるものと考えられる。
本発明者ら前記知見に基づき種々の液晶材料を用いた実験から、２０℃において、動粘性率が概ね１７ｍｍ２／ｓ以下のときに良好なｄ／ｐマージンが得られることを見い出した。
【００２３】
また、本発明の液晶表示装置においては、液晶層に封入された液晶晶材料は０℃において、動粘性率が４０ｍｍ２／ｓ以下のものが好ましいことを見出した。前述したようにｄ／ｐマージン（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能なｄ／ｐ範囲）は用いる液晶材料の動粘性率と密接な関係があり、常温（室温）２０℃において、動粘性率が概ね１７ｍｍ２／ｓ以下のときに良好なｄ／ｐマージンが得られるが、液晶材料の動粘性率は温度依存性を有し、温度が低下すると動粘性率が増大するため、低温においてはｄ／ｐマージンが減少したり、Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能なｄ／ｐ範囲の中心値がシフトしてしまう傾向がある。
【００２４】
そこで、本発明者等は液晶材料の動粘性率の温度依存性に着目した、種々の液晶材料を用いた実験をさらに行った結果から、少なくとも０℃以上の環境温度範囲において、２０℃における動粘性率が概ね１７ｍｍ２／ｓ以下、かつ０℃における動粘性率が概ね４０ｍｍ２／ｓ以下のときに、温度の低下によるｄ／ｐマージンの減少およびＵ状態、Ｔ状態の選択が可能なｄ／ｐ絶対値の範囲の変化が比較的小さく、正常に動作する（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が正常に行われる）温度範囲をかなり広くすることができる、ことを見出した。
【００２５】
前述したようにｄ／ｐマージン（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能なｄ／ｐ範囲）は用いる液晶材料の動粘性率と密接な関係があるが、その他、ｄ／ｐマージンは誘電異方性（Δε）とも密接な関係があり、誘電異方性（Δε）はある程度大きい方がｄ／ｐマージンも大きく、逆に誘電異方性（Δε）が小さいとｄ／ｐマージンも小さくなる傾向があり、本発明者等は種々の液晶材料を用いた実験から、本発明の液晶表示装置の液晶層に封入された液晶材料の誘電異方性（Δε）が約３．０以上のときに良好なｄ／ｐマージンが得られることも見い出した。
【００２６】
本発明の液晶表示装置には、２つの２ｎｄパルス波高値（２つの準安定状態のいずれか一方を選択するための選択電圧を任意の値に調整する機構を設けることが好ましい。ノート型やラップトップタイプの、パソコンおよびワートプロセッサー等を始めとして、液晶表示パネルを搭載した機器では、各表示方式において画像補正用の調整つまみ等が設けられ、使用者が使用環境に応して随時画像を補正することができるようにしたものがあるが、本発明に係るＢＴＮ方式の液晶表示装置においても同様に、その機器の使用者が２ｎｄパルス波高値を任意に調整する機構を設けることにより、Ｕ状態、Ｔ状態の境界ｄ／ｐ値と２ｎｄパルス条件の関係が温度によって変化しても、その変化に追従してＵ状態、Ｔ状態の任意な選択が可能であるように２つの２ｎｄパルス波高値が調整可能となるので、ＢＴＮ方式の液晶表示装置においても広い温度範囲において良好な表示性能を維持する駆動方法が可能となる。
【００２７】
前記２つの２ｎｄパルス波高値の調整は、それそれ独立した調整つまみ等て行なわれてもよいし、１つの調整つまみ等によって２つの２ｎｄパルス波高値が連動して変化することにより行なわれてもよい。また後者の場合、２つの２ｎｄパルス波高値の関係は、両者の差が常に一定になるように設定されてもよいし、または、ｄ／ｐマージンがなるべく大きく確保されるように、温度により両者の差が変化するように設定されてもよい。
【００２８】
さらに、本発明の液晶表示装置には、温度センサーを設け、液晶表示素子がおかれた環境の温度に対応して、２つの２ｎｄパルス波高値を自動調整する機構を設けてもよい。例えば、前記２つの２ｎｄパルス波高値を自動調整する機構としては、使用する液晶材料やセルギャップおよびｄ／ｐ等のセルパラメータの設定条件における、図３に示したようなＵ状態、Ｔ状態の境界ｄ／ｐ値と２ｎｄパルス条件の関係についての温度依存性を予め把握し、温度による前記境界ｄ／ｐ値の変化が生じても、Ｕ状態、Ｔ状態の任意な選択が可能であるような２つの２ｎｄパルス波高値〔Ｖ２ｎｄ（Ｕ）およひＶ２ｎｄ（Ｔ）〕をその温度に対してプログラミングしたプログラムを有し、かつ温度センサーにより液晶表示素子がおかれた環境の温度を計測した結果と前記プログラムを利用して、その環境の温度に対応した２つの２ｎｄパルスの一方が入力信号に従って印加できる機構が挙げられる。
前記のような機構を採用することで、液晶表示装置を搭載した機器の使用者が特別な画像調整走査を何等行なわなくても、ＢＴＮ方式の液晶表示装置においても広い温度範囲において良好な表示性能を維持する駆動方法が可能となる。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を示し、本発明の液晶表示装置およびその駆動方法を具体的に説明する。
【００３０】
実施例１
透明電極を有するガラス基板にポリイミドの配向膜（日本合成コム製ＡＬ−３０４６）を形成し、ラビングによる配向処理を行なった。同様の処理を行なった別の基板と前記基板を配向処理面が対向し、かつ配向処理方向が１８０゜異なる（反平行となる）ように、基板の両端に設置した２枚の厚みが異なるポリマーフィルムスペーサーを介して重ね合わせた後、基板問の空隙に液晶を封入し、セルギャップが連続的に変化する楔型の液晶セルを作製した。液晶としては、メルク製のネマティック液晶ＺＬＩ−１５５７（Δｎ＝０．１１４７）に右回りねじれを誘起するメルク製のカイラル剤Ｓ−８１１を添加してねじれピッチ（ｐ）を３．７μｍに調整した（この場合、ねじれピッチ（ｐ）の温度依存は例えば０〜４０℃問で２％程度と無視できるほとに小さい）。この液晶セルを挟むように２枚の偏光板を配設した。一方の偏光板はその透過軸が基板（とちらの基板でも同じ）の配向処理の方向と４５゜の角度を成すように配置し、他方の偏光板はその透過軸が、基板の配向処理方向に対して先の偏光板の透過軸と対称になるように配置した。
【００３１】
この液晶セルに、種々の環境温度下で、ＷＲ（リセットパルス幅）：２ｍｓｅｃ、Ｗ２ｎｄ（２ｎｄパルス幅）：１２５μｓｅｃ、ＶＲ（リセットパルス波高値）２５ｖが共通であり、Ｖ２ｎｄ（２ｎｄパルス波高値）が２．０ｖと４．０ｖで異なる２種類の駆動波形をフレーム周波数５０Ｈｚでそれそれ印加し、Ｕ状態とＴ状態の境界の位置のセルギャップとねじれピッチ（ｐ）から、この２種の波形によってＵ状態、Ｔ状態の選択が可能になるｄ／ｐ範囲についての温度依存性を調べたところ、該Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能になるｄ／ｐ範囲は温度によりかなり変化してしまうことがわかった。その結果を図５に示す。
【００３２】
次に環境温度を０℃および４０℃に固定して、上述の２種の駆動波形条件のうちのＶ２ｎｄを、Ｖ２ｎｄ（Ｕ）とＶ２ｎｄ（Ｔ）の差を２ｖに保ちながら種々変えて、Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能になるｄ／ｐ範囲のＶ２ｎｄ依存性を調べたところ、いずれの温度においてもＶ２ｎｄにより、該Ｕ状態およびＴ状態の選択が可能になるｄ／ｐ範囲を例えば２０℃における該ｄ／ｐ範囲にほぼ一致させることが可能であり、該温度範囲においてはＶ２ｎｄによって該Ｕ状態およびＴ状態の選択が可能になるｄ／ｐ範囲をほほ−定に調整することが可能であることがわかった。０℃および４０℃における結果をそれぞれ図６および図７に示す。
【００３３】
実施例２〜２１および比較例１〜２
実施例１で作製した液晶セルの作製過程とほぼ同様であるが、スペーサとしてポリマーフィルムスペーサではなく、均一粒径のシリカビーススペーサを用い、セルギャップ２．１μｍの一定ギャップセルを作製した。封入した液晶材料等も実施例１と同様である。この液晶セルの走査電極に走査波形を印加し、信号電極に信号波形を印加し、走査電極と信号電極とで形成されるマトリクス状に配列した画素をマルチプレクス駆動した。波形条件としては、ＷＲ（リセットパルス幅）：２ｍｓｅｃ、ＶＲ（リセットパルス波高値）：２５ｖ、Ｗ２ｎｄ（２ｎｄパルス幅）：１２５μｓｅｃ、Ｖ２ｎｄ（Ｔ）：２ｖとし、種々のＶ２ｎｄ（Ｕ）において、Ｖ２ｎｄ（Ｕ）とＶ２ｎｄ（Ｔ）の差の１／２（非選択時に液晶層に印加される電圧パルス波高値）と選択された準安定状態の維持安定性の関係を調へた。その結果を表１に示す。予め調べたこの系におけるＶｃおよびＶｔｈはそれそれ３．０ｖおよび１１．０ｖであった。Ｖ２ｎｄ（Ｕ）とＶ２ｎｄ（Ｔ）の差の１／２（非選択電圧）がＶｔｈ以上になると液晶層は常にリセット状態になってしまい、Ｕ状態、Ｔ状態の選択が正常に行われなくなった。また非選択電圧がＶｃより小さい場合に選択された準安定状態の維持安定性が最も良好になった。
【００３４】
【表１】
0003583296.tif 000002
【００３５】
【表２】
0003583296.tif 000003
【００３６】
【表３】
0003583296.tif 000004
【００３７】
実施例２２〜２６および比較例３〜８
実施例１で作製した液晶セルの作製過程とほほ同様であり、動粘性率が異なる種々の液晶材料をそれそれ封入して楔型液晶セルを作製し、２０℃において、ＷＲ：２ｍｓｅｃ、Ｗ２ｎｄ：１２５μｓｅｃ、ＶＲ：２５ｖが共通であり、Ｖ２ｎｄが２．０ｖと４．０ｖで異なる２種類の駆動波形をフレーム周波数５０Ｈｚでそれぞれ印加し、Ｕ状態とＴ状態の境界の位置のセルギヤップとねじれピッチ（ｐ）から、この２種の波形によるｄ／ｐマージン（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能になるｄ／ｐ範囲）を求めた。その結果を表２に示す。２０℃における液晶材料の動粘性率が１７ｍｍ２／ｓ以下の場合には大きなｄ／ｐマージンが得られたが、動粘性率が１７より大きい場合にはｄ／ｐマージンは比較的小さいものであった。
【００３８】
【表４】
0003583296.tif 000005
【００３９】
実施例２７〜３１および比較例９〜１１
実施例１で作製した液晶セルの作製過程とほほ同様であり、２０℃における液晶材料の動粘性率が１７ｍｍ２／ｓ以下であり、０℃における動粘性率が異なる種々の液晶材料をそれそれ封入して楔型液晶セルを作製し、２０℃および０℃において、ＷＲ：２ｍｓｅｃ、Ｗ２ｎｄ：１２５μｓｅｃ、ＶＲ：２５ｖが共通であり、Ｖ２ｎｄが２．０ｖと４．０ｖで異なる２種類の駆動波形をフレーム周波数５０Ｈｚでそれぞれ印加し、Ｕ状態とＴ状態の境界の位置のセルギヤップとねじれピッチ（ｐ）から、この２種の波形によるｄ／ｐマージン（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能になるｄ／ｐ範囲）をを求め、２０℃→０℃の変化による、ｄ／ｐマージンの減少量と、Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能になるｄ／ｐ範囲中心値のシフト量を調へた。その結果を表３に示す。０℃における動粘性率が４０ｍｍ２／ｓ以下の場合に低温化によるｄ／ｐマージンの減少量と、Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能になるｄ／ｐ範囲中心値のシフト量がともに小さいことがわかった。
【００４０】
【表５】
0003583296.tif 000006
【００４１】
【表６】
0003583296.tif 000007
【００４２】
実施例３２〜３６および比較例１２〜１４
実施例１で作製した液晶セルの作製過程とほほ同様であり、Δεが異なる種々の液晶材料をそれぞれ封入して楔型液晶セルを作製し、２０℃において、ＷＲ：２ｍｓｅｃ、Ｗ２ｎｄ：１２５μｓｅｃ、ＶＲ：２５ｖが共通であり、Ｖ２ｎｄが２．０ｖと４．０ｖで異なる２種類の駆動波形をフレーム周波数５０Ｈｚでそれぞれ印加し、Ｕ状態とＴ状態の境界の位置のセルギヤップとねじれピッチ（ｐ）から、この２種の波形によるｄ／ｐマージン（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能になるｄ／ｐ範囲）を求めた。その結果を表４に示す。Δεとが概ね３．０以上の場合は比較的大きなｄ／ｐマーシンが得られるが、３．０より小さい場合には得られるｄ／ｐマージンが小さいことがわかった。
【００４３】
【表７】
0003583296.tif 000008
【００４４】
実施例３７
実施例２で作製した液晶セルの作製過程と同様にして、走査電極と信号電極による画素がマトリクス状に配列した液晶パネルを作製し、概ね図８に示すような構成の液晶表示装置を作製した。この装置には、装置の使用者が駆動波形におけるＶ２ｎｄ（Ｕ）およびＶ２ｎｄ（Ｔ）の２つのＶ２ｎｄのうちのＶ２ｎｄ（Ｔ）を任意の値に調整できるような回路および調整ツマミ（可変抵抗：Ａ）と、Ｖ２ｎｄ（Ｕ）とＶ２ｎｄ（Ｔ）の差を調節する調整ツマミ（可変抵抗Ｂ）を設けた。駆動波形の基本設定条件は、ＷＲ：２ｍｓｅｃ、Ｗ２ｎｄ：１２５μｓｅｃ、ＶＲ：２５ｖとし、またＶ２ｎｄ（Ｕ）とＶ２ｎｄ（Ｔ）の差を２ｖに設定した。
【００４５】
まず２０℃において、画像調整用信号を入力してＵ状態、Ｔ状態の選択が適切に行われるように調整ツマミでＶ２ｎｄ（Ｔ）を調整した。このときのＶ２ｎｄ（Ｔ）は２．０ｖてあり、したがってＶ２ｎｄ（Ｕ）は４．０ｖであった。次に表示装置が置かれた環境温度を４０℃にして１時間静置したところ、Ｕ状態の選択が良好に行われていないことが確認されたが、Ｖ２ｎｄ（Ｔ）の調整ツマミでＶ２ｎｄを増大させる方向に調整したところ、Ｕ状態、Ｔ状態の選択が適切に行われるようになった。そのときのＶ２ｎｄ（Ｔ）を調べたところ２．８ｖであり、したがってＶ２ｎｄ（Ｕ）は４．８ｖであった。次に表示装置が置かれた環境温度を０℃にして１時間静置したところ、Ｔ状態の選択が全く行われす、常にＵ状態が選択されていることが確認されたが、Ｖ２ｎｄ（Ｔ）の調整ツマミでＶ２ｎｄを減少させる方向に調整したところ、Ｕ状態、Ｔ状態の選択が適切に行われるようになった。そのときのＶ２ｎｄ（Ｔ）を調べたところ０．７ｖであり、したがってＶ２ｎｄ（Ｕ）は２．７ｖであった。
【００４６】
実施例３８
実施例３７の液晶表示装置に、さらに液晶パネルの温度を計測する温度センサー、および計測された温度に応じてＶ２ｎｄ（Ｕ）およびＶ２ｎｄ（Ｔ）を予めプログラミングされた値にするための回路（Ｃ）を設け、図９にしめすような構成の液晶表示装置を作製した。駆動波形の基本的設定条件は、ＷＲ：２ｍｓｅｃ、Ｗ２ｎｄ：１２５μｓｅｃ、ＶＲ：２５ｖとした。Ｖ２ｎｄについては、同様の材料およびセルパラメータの系についての前述の実施例における、Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能になるｄ／ｐ範囲の、温度依存およびＶ２ｎｄ依存のデータ、さらに図１０に示す、選択される準安定状態に関するｄ／ｐと２ｎｄパルス波高値の関係のデータを用いて、計測された各温度に対する適切なＶ２ｎｄ（Ｕ）およびＶ２ｎｄ（Ｔ）をプログラミングした。この液晶表示装置が置かれた環境温度を０℃から４０℃の範囲内で変化させながら、画像調整用信号を入力してＵ状態、Ｔ状態の選択が適切に行われるかどうかを調べたところ、該温度範囲内では常に良好なＵ状態、Ｔ状態の選択が行われることが確認できた。
【００４７】
実施例３９
実施例３８で用いた液晶表示装置の液晶表示パネルを、画素に対応するように一方の基板にマトリクス状にＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタを形成して作製した液晶表示パネルとした。駆動波形に関する設定はすべて実施例３８と同様にした。この液晶表示装置が置かれた環境温度を０℃から４０℃の範囲内で変化させながら、画像調整用信号を入力してＵ状態、Ｔ状態の選択が適切に行われるかとうかを調へたところ、該温度範囲内では常に良好なＵ状態、Ｔ状態の選択が行われ、良好なカラー表示が行われることを確認した。
【００４８】
以下、本発明の実施態様を示す。
１．配向処理の方向が略平行であって、基板との界面での液晶分子の傾きが上下基板で略平行となるように配向処理が施された一対の透明電極基板間に、液晶層厚の１倍から３倍の自然ねじれピッチを有する、誘電異方性が正であるカイラルネマティック液晶を挟持し、電圧を印加してフレデリクス転移を生じさせた後の緩和状態として、厚み方向への液晶分子のねじれ角が略３６０゜である第一の配向状態と、液晶分子のねじれ角が略０゜である第二の配向状態の２つの準安定状態を有するように構成され、かつ前記液晶層にフレデリクス転移を生じさせてリセット状態にするためのリセット電圧を印加し、その後２つの準安定状態のいずれか一方を選択するための選択電圧を印加し、さらに該選択された準安定状態を維持するための電圧を印加することができる液晶表示装置において、前記２つの準安定状態のいずれか一方を選択するための２つの選択電圧がそれぞれが可変である電圧パルスであることを特徴とする液晶表示装置および該液晶表示装置を用いた駆動方法。
２．２つの準安定状態のいずれか一方を選択するためにそれぞれが可変である２つの選択電圧が、温度の上昇（前記Ｕ状態、Ｔ状態の境界ｄ／ｐ値が減少する）に対しては、２つの２ｎｄパルス波高値〔Ｖ２ｎｄ（Ｕ）およびＶ２ｎ（Ｖ）〕を増大させ、逆に温度の下降（前記Ｕ状態、Ｔ状態の境界ｄ／ｐ値が増大する）に対しては、２つの２ｎｄパルス波高値〔Ｖ２ｎｄ（Ｕ）およびＶ２ｎｄ（Ｖ）〕を減少させて調整するものである前記１の液晶表示装置および該液晶表示装置を用いた駆動方法。
【００４９】
３．一対の透明電極基板にはそれそれ走査電極群、信号電極群が配置され、それらの群によって構成される画素がマルチプレクス駆動されることを特徴とする前記１〜２の液晶表示装置および該液晶表示装置を用いた駆動方法。
４．非選択電圧が、初期状態から２つの準安定状態の内の少なくとも一方に変化させるに要する電圧しきい値（Ｖｔｈ）よりも小さいこと、すなわち、Ｖ２ｎｄ（Ｕ）−Ｖ２ｎｄ（Ｔ）がＶｔｈの２倍よりも小さい前記１〜３の液晶表示装置および該液晶表示装置を用いた駆動方法。
５．非選択電圧が２つの準安定状態間の臨界値（Ｖｃ）よりも小さいこと、すなわち、Ｖ２ｎｄ（Ｕ）−Ｖ２ｎｄ（Ｔ）が臨界値（Ｖｃ）の２倍よりも小さい電圧パルスである前記１〜４の液晶表示装置および該液晶表示装置を用いた駆動方法。
【００５０】
６．液晶層に封入された液晶晶材料が動粘性率が２０℃で１７ｍｍ２／ｓ以下のものである前記１〜５の液晶表示装置および該液晶表示装置を用いた駆動方法。
７．液晶層に封入された液晶晶材料が、０℃において、動粘性率が４０ｍｍ２／ｓ以下のものである前記６の液晶表示装置および該液晶表示装置を用いた駆動方法。
８．液晶層に封入された液晶材料が、誘電異方性（Δε）が３．０以上の液晶材料である前記１〜７の液晶表示装置および該液晶表示装置を用いた駆動方法。
【００５１】
９．２つの２ｎｄパルス波高値（２つの準安定状態のいずれか一方を選択するための選択電圧）を任意の値に調整する機構を有する請求項１〜８のいずれかに記載の液晶表示装置および該液晶表示装置を用いた駆動方法。
１０．２つの２ｎｄパルス波高値の調整は、それそれ独立した調整つまみ等て行なわれてもよい前記９の液晶表示装置および該液晶表示装置を用いた駆動方法。
１１．２つの２ｎｄパルス波高値の調整は１つの調整つまみ等によって２つの２ｎｄパルス波高値が連動して変化することにより行なわれる前記９の液晶表示装置および該液晶表示装置を用いた駆動方法。
【００５２】
１２．温度センサーを設け、液晶表示素子がおかれた環境の温度に対応して、２つの２ｎｄパルス波高値を自動調整する機構を設けた前記１〜１１の液晶表示装置および該液晶表示装置を用いた駆動方法。
１３．２つの２ｎｄパルス波高値を自動調整する機構が、使用する液晶材料やセルキヤップおよびｄ／ｐ等のセルパラメータの設定条件における、図３に示したようなＵ状態、Ｔ状態の境界ｄ／ｐ値と２ｎｄパルス条件の関係についての温度依存性を予め把握し、温度による前記境界ｄ／ｐ値の変化が生じても、Ｕ状態、Ｔ状態の任意な選択が可能であるような２つの２ｎｄパルス波高値〔Ｖ２ｎｄ（Ｕ）およひＶ２ｎｄ（Ｔ）〕をその温度に対してプログラミングしたプログラムを有し、かつ温度センサーにより液晶表示素子がおかれた環境の温度を計測した結果と前記プログラムを利用して、その環境の温度に対応した２つの２ｎｄパルスの一方が入力信号に従って印加されるような機構である液晶表示装置および該液晶表示装置を用いた駆動方法。
【００５３】
【効果】
１．Ｕ状態、Ｔ状態の任意な選択が可能であるｄ／ｐ範囲を、環境温度による両状態の境界ｄ／ｐ値の変化に追従させ、正常に動作する温度範囲を拡大することが可能な液晶表示装置およびその駆動方法が得られる。
２．表示容量が大きくかつ正常に動作する（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が正常に行われる）温度範囲が広い表示装置およびその駆動方法が得られる。
３．選択期間に選択した準安定状態の確実な維持を可能とする液晶表示装置およびその駆動方法が得られる。
４．選択期間における準安定状態の確実な選択を可能とする液晶表示装置およびその駆動方法が得られる。
【００５４】
５．使用環境温度の中心となる常温（室温）付近でのｄ／ｐマージン（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能なｄ／ｐ範囲）の拡大を可能とする液晶表示装置およびその駆動方法が得られる。
６．温度の低下によるｄ／ｐマージンの減少およびＵ状態、Ｔ状態の選択が可能なｄ／ｐ絶対値の範囲の変化が比較的小さく、かつ正常に動作する（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が正常に行われる）温度範囲の拡大を可能とする液晶表示装置およびその駆動方法が得られる。
７．ｄ／ｐマージン（Ｕ状態、Ｔ状態の選択が可能なｄ／ｐ範囲）の拡大を可能とする液晶表示装置およびその駆動方法が得られる。
【００５５】
８．ＴＮ方式の液晶表示装置においても広い温度範囲において良好な表示性能を維持する液晶表示装置およびその駆動方法が得られる。
９．液晶表示装置あるいは液晶表示装置を搭載した機器の使用者が、特別な画像調整操作を何等行なわなくても、ＢＴＮ方式の液晶表示装置においても広い温度範囲において良好な表示性能を維持する液晶表示装置およびその駆動方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるＢＴＮ（双安定ねじれネマティック）方式の液晶表示素子の一構成例を示す模式断面図である。
【図２】各印加波形とそれに対する光学的応答を示す図である。
図２ａは単極性パルス波形で２ｎｄパルス電圧が臨界値以下の場合
図２ｂは交流パルス波形で２ｎｄパルス電圧が臨界値以下の場合
図２ｃは単極性パルス波形で２ｎｄパルス電圧が臨界値以上の場合
図２ｄは交流パルス波形で２ｎｄパルス電圧が臨界値以上の場合
【図３】フレデリクス転移後に選択される準安定状態に関する、ｄ／ｐと２ｎｄパルス波高値の関係をモデル的に示した図である。
【図４】固定した波形条件におけるＵ状態、Ｔ状態の選択が可能なｄ／ｐ絶対値範囲の温度による変化の傾向をモデル的に示す図である。
【図５】Ｕ状態およびＴ状態の選択可能なｄ／ｐ範囲の温度依存を示す図である。
【図６】０℃におけるＵ状態およびＴ状態の選択可能なｄ／ｐ範囲の温度依存を示す図である。
【図７】４０℃におけるＵ状態およびＴ状態の選択可能なｄ／ｐ範囲の温度依存を示す図である。
【図８】実施例３７の液晶表示装置の構成を示す図である。
【図９】実施例３８の液晶表示装置構成を示す図である。
【図１０】実施例３８の液晶表示装置の駆動に用いる、選択される準安定状態に関するｄ／ｐと２ｎｄパルス波高値の関係のデータを示す図である。
【符号の説明】
１１  下基板
１２  上基板
２１  液晶層に電圧を印加するための透明電極
２２  液晶層に電圧を印加するための透明電極
３１  液晶を配向させるためための配向膜
３２  液晶を配向させるためための配向膜
４１  透明電極
４２  透明電極
ｄ    液晶層厚
ｐ    液晶のねじれピッチ
【図１】
0003583296.tif 000009
【図２】
0003583296.tif 000010
【図３】
0003583296.tif 000011
【図４】
0003583296.tif 000012
【図５】
0003583296.tif 000013
【図６】
0003583296.tif 000014
【図７】
0003583296.tif 000015
【図８】
0003583296.tif 000016
【図９】
0003583296.tif 000017
【図１０】
0003583296.tif 000018