(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示が高輝度な階調では、１フィールド内で安定状態に達するまでに安定状態の輝度となる透過率より高透過率な状態を経由し、低輝度な階調では、１フィールド内で安定状態に達するまでに安定状態の輝度となる透過率より高透過率な状態を経由しないようにしたことを特徴とするホールド型表示素子。
【請求項２】
一つの偏光板と液晶を有することを特徴とする請求項１記載のホールド型表示素子。
【請求項３】
一対の偏光板とその偏光板間の液晶を有することを特徴とする請求項１記載のホールド型表示素子。
【請求項４】
液晶材料として強誘電性液晶を使用したことを特徴とする請求項２又は３記載のホールド型表示素子。
【請求項５】
液晶材料として反強誘電性液晶を使用したことを特徴とする請求項２又は３記載のホールド型表示素子。
【請求項６】
液晶材料としてエレクトロクリニック現象を示す材料を用いたことを特徴とする請求項２又は３記載のホールド型表示素子。
【請求項７】
一対の偏光板の光学軸がほぼ直交するように配置されたことを特徴とする請求項３記載のホールド型表示素子。
【請求項８】
液晶の屈折率楕円体の基板面への射影が長軸と短軸を有する楕円体形状であり、一方の極性の電界を印加した時に長軸が面内で回転する方向と、逆極性の電界を印加した時に長軸が面内で回転する方向とが異なることを特徴とする請求項７記載のホールド型表示素子。
【請求項９】
電界無印加時は長軸が一対の偏光板の透過軸同士を２等分する位置にあり、一方の極性の電界を印加した時に一方の偏光板の透過軸方向に長軸が回転し、逆極性の電界を印加した時に他方の偏光板の透過軸方向に長軸が回転することを特徴とする請求項８記載のホールド型表示素子。
【請求項１０】
液晶材料としてネマチック液晶を使用したことを特徴とする請求項３記載のホールド型表示素子。
【請求項１１】
液晶材料としてカイラルネマチック（コレステリック）液晶を使用したことを特徴とする請求項３記載のホールド型表示素子。
【請求項１２】
一対の偏光板の光学軸がほぼ直交するように配置されたことを特徴とする請求項１０又は１１記載のホールド型表示素子。
【請求項１３】
電圧・透過率特性を変えるような光学補償板が付加されたことを特徴とする請求項２又は３記載のホールド型表示素子。
【請求項１４】
特に高電圧域を利用して表示動作を行うような電圧・透過率特性とする光学補償板を付加したことを特徴とする請求項１３記載のホールド型表示素子。
【請求項１５】
液晶による画素容量と並列に抵抗を設けたことを特徴とする請求項２又は３記載のホールド型表示素子。
【請求項１６】
抵抗と液晶による画素容量のＲＣ時定数が１フィールド時間と同程度かそれより短いことを特徴とする請求項１５記載のホールド型表示素子。
【請求項１７】
画素毎に表示部を駆動するためのスイッチを有することを特徴とする請求項１〜１６の何れか１項に記載のホールド型表示素子。
【請求項１８】
画素を駆動するスイッチが保持動作の期間に、一定の時定数で画素に電荷を注入することを特徴とする請求項１７記載のホールド型表示素子。
【請求項１９】
液晶による画素容量と直列に抵抗が設けられたことを特徴とする請求項１７記載のホールド型表示素子。
【請求項２０】
画素と直列に設けられた抵抗の抵抗値がスイッチのオン抵抗とオフ抵抗の間の値であることを特徴とする請求項１９記載のホールド型表示素子。
【請求項２１】
請求項１〜請求項２０のいずれかに記載のホールド型表示素子を用いたことを特徴とするディスプレイ。
【請求項２２】
請求項２１記載のディスプレイを用いたことを特徴とするモニタ。
【請求項２３】
請求項１〜請求項２０のいずれかに記載のホールド型表示素子を用いたことを特徴とするライトバルブ。
【請求項２４】
請求項２３記載のライトバルブを用いたことを特徴とするプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子等のホールド型表示素子、このホールド型表示素子を用いたディスプレイ、このディスプレイを用いたモニタ、ホールド型表示素子を用いたライトバルブ、このライトバブルを用いたプロジェクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、液晶表示素子はその殆どがツイスティッドネマチック（ＴＮ）型表示方式のものである。このＴＮ型表示方式の液晶表示素子は、ネマチック液晶組成物を利用しており、大きく二つに分けられる。そのうちの一つは、各画素にスイッチング素子を設けたアクティブマトリクス方式であり、例えばＴＮ型表示方式に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いたもの（ＴＮ−ＴＦＴ方式）が知られている。他の一つは、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）方式である。このＳＴＮ方式は、従来のＴＮ型を用いた単純マトリクス方式に比べてコントラストおよび視角依存性については改良されているものの、応答速度が遅いので動画表示には適していない。また、ＴＦＴを用いたアクティブマトリクス方式に比べて表示品位が低いという欠点がある。このような結果、現在では、ＴＮ−ＴＦＴ方式方式が市場の主流となっている。
【０００３】
一方、更なる高画質化の要求により、視野角を改善した方法が研究開発され実用化に至っている。その結果、現在の高性能液晶ディスプレイの主流は、ＴＮモードに補償フィルムを使用した方式、あるいはイン・プレーン・スイッチング（ＩＰＳ：Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、あるいはマルチドメイン・バーティカル・アライン（ＭＶＡ：Ｍｕｌｔｉ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｅｄ）モードのＴＦＴ方式アクティブマトリクス液晶表示装置の３種類となっている。
【０００４】
これらのアクティブマトリクス液晶表示装置では、通常、画像信号が３０Ｈｚで正負の書込みをするため６０Ｈｚで書き換えられ、１フィールドの時間は約１６．７ｍｓ（ミリ秒）である（正負双方のフィールドの合計時間は１フレームと呼ばれ約３３．３ｍｓである）。これに対し、現状の液晶の応答速度は、最も速い状態でもこのフレーム時間程度である。このため、動画からなる映像信号を表示する場合や、高速なコンピュータ画像を表示する場合や、高速なゲーム画像を表示する場合には、現在のフレーム時間より速い応答速度が必要とされる。
【０００５】
このような高速液晶の必要性から様々な技術が検討され、高速な液晶表示モードが技術が開発されている。これらの高速液晶技術は大きく二つの潮流に分かれている。一つは主流となっている上述のようなネマチック液晶を高速化する技術であり、もう一つは自発分極を有し高速な応答が可能な自発分極型のスメクティック液晶を使用する技術である。
【０００６】
第１の潮流であるネマチック液晶の高速化は、主に次のような手段によっている。（１）セルギャップを薄くし同じ電圧で電界強度を増大すること、（２）高い電圧を印加し電界強度を増大し状態変化を促進すること、（３）粘性を下げること、（４）原理的に高速と考えられるモードを使用すること、等である。このような方法によって数ｍｓでの応答が実現されている。
【０００７】
このような例として、ＴＮモードを用いたフィールドシーケンシャル表示やＯＣＢ（オプティカリ・コンペンセイテッド・バイリフリジェンス）モードが存在する。文献としては、日刊工業新聞社の電子技術の１９９８年７月号の８頁から１２頁や、エス・アイ・ディー９４・ダイジェストの９２７頁から９３０頁に示されている。これらの例では、ネマチック液晶を用いて２ミリ秒から５ミリ秒の応答が得られている。
【０００８】
一方、第２の潮流である自発分極型のスメクティック液晶としては、ＳＳＦＬＣ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ：サーフェス・スタビライズド・フェロエレクトリック・リクィッドクリスタル）が最も広く知られており、製品も出荷されている。このＳＳＦＬＣの応答速度は１００μｓ（マイクロ秒）程度と言われている。さらに、３安定の反強誘電性液晶でも高速応答が得られている。また、アナログ階調実現が可能なモードとして、ＤＨＦ（Ｄｅｆｏｒｍｅｄ  Ｈｅｌｉｘ  Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ：デフォームド・ヘリックス・フェロエレクトリックス）や無閾反強誘電性液晶、電傾効果を用いたモード等が知られており、いずれも数ミリ秒以下、数十マイクロ秒オーダーの応答が実現されている。
【０００９】
しかしながら、このような高速液晶を用いても十分な動画の表示性能が得られないことが指摘されている。これは、液晶ディスプレイの表示原理そのものに依存するとされている。液晶ディスプレイ以外の代表的な表示装置であるカソード・レイ・チューブ（ＣＲＴ：Ｃａｔｈｏｄ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）では、表示が自発光式である。これに対し、液晶ディスプレイでは、透過もしくは反射で入射する光を液晶部のシャッタ機能によりオン・オフすることにより、表示を実現するシャッタ方式である。
【００１０】
ＣＲＴでは、自発光の方式として電子線を蛍光体に照射することによって実現している。この蛍光体の発光の寿命は蛍光体やＣＲＴの使用目的により異なる。例えば、レーダ用の残光性オシロスコープでは、１０％の残光時間が数百ｍｓに及ぶ極めて残光時間が長いものが用いられ、一方、飛点（フライングスポット）走査用光源では１００ｎｓ程度の短い蛍光体が用いられる。動画表示用のＣＲＴでは、蛍光体の残光時間が短い短残光タイプが多く用いられる。このため、動画表示用のＣＲＴの輝度変化は、図９に示すように１フィールド時間に対して一瞬のみ高い輝度を生じた後、急激に輝度が低下する「インパルス型」の変化を示す。
【００１１】
これに対して、液晶ディスプレイのシャッタ方式は、通常、図１０に示すように１フィールド時間の間、輝度が保持される「ホールド型」である（図１０の実線は応答が極めて高速で理想的に立上がっている場合を示している。液晶の応答が遅い場合では点線のような輝度変化を示す）。このようなＣＲＴのように、一瞬のみ輝度が変化するものをインパルス型、液晶表示装置のように、１フィールド期間内で輝度が保持される場合をホールド型と分類した場合の表示特性の解析が、例えば次の文献で実施されている。
【００１２】
例えば、液晶学会のＬＣＤフォーラム主催のセミナー「ＬＣＤがＣＲＴモニター市場に食い込むには―動画表示の観点から―」（平成１０年８月２８日）の予稿集の１頁から６頁や、日本学術振興会の情報科学用有機材料第１４２委員会（以下、１４２委員会）のＡ部会（液晶材料）第７１回・Ｂ部会（インテリジェント有機材料）第６２回合同研究会資料（平成１０年１１月２０日）の１頁から５頁である。これらの文献のうち１４２委員会の文献の図３には、インパルス型とホールド型で移動する文字がどのように異なって観察されるかという図が示されている。この図を図１１として引用する（転載時に、表記を日本語に変更した）。
【００１３】
図１１では、文字Ａが同じ速度で右側に進んでいるとしている。（ａ）のＣＲＴ上ではＡの文字は光った後すぐに消え、次に現れるときはやや右のところで光った後すぐに消える。一方、（ｂ）の十分に応答が速い液晶ディスプレイ上（図ではＴＦＴ  ＬＣＤとした）では、Ａの文字が表示されると、画面の走査が一巡して次の走査が行われるまで同じ所に表示されたままで保持され、次の走査の後では突然次の場所に移動して、そのまま表示が保持される。
【００１４】
このような文字を目で追いかけると、（ａ）のＣＲＴでは、目は等速で追いかけることによって光ったときの文字だけが見える。一方、（ｂ）の液晶ディスプレイ上では、等速で追いかけようとすると、直前の走査で書きこまれた画面がそのまま表示されているので、目の網膜上では次第に左のほうに移動する文字が見られる。すなわち、観察時に、Ａの文字は、糸を引いたように、あるいは尾を引いたように観察され、鮮明に認識できない。
【００１５】
このように、解析の結果、ホールド型で良好な動画表示を行うには、液晶の応答速度が改善されるだけでは不充分であり、ホールド型の表示光がホールド（保持）される動作方式に起因する問題があることが指摘された。これを改善するには、（１）表示光のホールド時間を短くする、（２）表示光をできるだけ画像の動きに沿った画面位置に配置する、という二つの方法が考えられる。
【００１６】
（１）のホールド時間を短くする方法として、液晶学会のフォーラムの同じ予稿集の２０頁から２３頁には、補償板を使用したπセル構造を用い高速化したＬＣＤでバックライト光源を点滅して表示する技術が示されている。また、バックライト光源は定常的に点灯し、リセット状態を挿入することによりホールド時間を短くする技術に関しても述べられている。一方、フィールド周波数を増大することにより、改善が可能であることが液晶学会のフォーラムの予稿集の５頁から６頁に示されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
第１の問題点は、液晶表示素子のホールド型表示に起因する動画質の劣化である。その理由は、上述の通りであり、ホールド型表示方式そのものが原因となっている。
【００１８】
第２の問題点は、バックライトの点滅によるシャッタ方式やリセット駆動によるシャッタ方式では、構造が煩雑になる割に十分な効果が得られない点である。その理由は、これらの方法は、液晶表示モード自身はホールド型であり、十分な改善を行うには暗い状態を挿入する時間を増やすしかないためである。このため、ＣＲＴに十分に近い表示を行うには、１フィールド時間のうち１ミリ秒程度の明時間とし、他の時間を暗時間としなけらばならない。バックライトの点滅方式では、高電圧で駆動する必要のあるバックライト用の駆動回路を高速化する必要があり、コスト面での問題が大きい。一方、リセット駆動によるシャッタ方式では、液晶の応答速度が極めて速い場合でしか輝度が得られない。
【００１９】
従って、本発明の目的は、ホールド型表示に起因する尾を引いたように見える画像ボケを改善することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
第１発明は、表示が高輝度な階調では、１フィールド内で安定状態に達するまでに安定状態の輝度となる透過率より高透過率な状態を経由し、低輝度な階調では、１フィールド内で安定状態に達するまでに安定状態の輝度となる透過率より高透過率な状態を経由しないようにしたことを特徴とするホールド型表示素子である。
【００２１】
第２発明は、一つの偏光板と液晶を有するホールド型表示素子である。第３発明は、一対の偏光板とその偏光板間の液晶を有するホールド型表示素子である。
【００２２】
また本発明は、第２発明もしくは第３発明において、液晶材料として強誘電性液晶を使用したホールド型表示素子である。さらに本発明は、第２発明もしくは第３発明において、液晶材料として反強誘電性液晶を使用したホールド型表示素子である。さらに本発明は、第２発明もしくは第３発明において、液晶材料としてエレクトロクリニック現象を示す材料を用いたホールド型表示素子である。
【００２３】
また本発明は、第３発明において、一対の偏光板の光学軸がほぼ直交するように配置されたホールド型表示素子である。さらに本発明は、液晶の屈折率楕円体の基板面への射影が長軸と短軸を有する楕円体形状であり、一方の極性の電界を印加した時に長軸が面内で回転する方向と、逆極性の電界を印加した時に長軸が面内で回転する方向とが異なるホールド型表示素子である。
【００２４】
また本発明は、電界無印加時は長軸が一対の偏光板の透過軸同士を２等分する位置にあり、一方の極性の電界を印加した時に一方の偏光板の透過軸方向に長軸が回転し、逆極性の電界を印加した時に他方の偏光板の透過軸方向に長軸が回転するホールド型表示素子である。
【００２６】
また本発明は、液晶材料としてネマチック液晶を使用したホールド型液晶表示素子である。さらに本発明は、液晶材料としてカイラルネマチック（コレステリック）液晶を使用したホールド型液晶表示素子である。さらに本発明は、一対の偏光板の光学軸がほぼ直交するように配置されたホールド型表示素子である。
【００２７】
また本発明は、電圧・透過率特性を変えるような光学補償板が付加されたホールド型表示素子である。さらに本発明は、特に高電圧域を利用して表示動作を行うような電圧・透過率特性とする光学補償板を付加したホールド型表示素子。
【００２８】
また本発明は、第２発明もしくは第３発明において、液晶による画素容量と並列に抵抗を設けたホールド型表示素子である。さらに本発明は、抵抗と液晶の画素容量によるＲＣ時定数が１フィールド時間と同程度かそれより短いホールド型表示素子である。
【００２９】
また本発明は、上述の各発明において、画素毎に表示部を駆動するためのスイッチを有するホールド型表示素子である。
【００３０】
また本発明は、画素を駆動するスイッチが保持動作の期間に、一定の時定数で画素に電荷を注入するホールド型表示素子である。
【００３１】
また本発明は、液晶による画素容量と直列に抵抗が設けられたホールド型表示素子である。さらに本発明は、画素と直列に設けられた抵抗の抵抗値がスイッチのオン抵抗とオフ抵抗の間の値であるホールド型表示素子である。
【００３２】
また本発明は、上記各発明にかかるホールド型表示素子を用いたディスプレイである。さらに本発明は、このディスプレイを用いたモニタである。また本発明は、上記各発明にかかるホールド型表示素子を用いたライトバルブである。さらに本発明は、このライトバルブを用いたプロジェクタである。
【００３３】
【作用】
従って、本発明によれば、表示モードそのものが高輝度な階調を経由した後、安定輝度に到達し、その時間平均輝度で所望の輝度を達成するため、通常のホールド型で見られる動画ボケが発生しない。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明の第１の実施の形態は、表示が高輝度な階調では、１フィールド内で安定状態に達するまでに所定の輝度より高透過率な状態を経由し、低輝度な階調では、１フィールド内で安定状態に達するまでに所定の輝度より高透過率な状態を経由しないホールド型表示素子である。
【００３５】
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態について説明する。
図１は本実施の形態のホールド型表示素子の透過率の時間変化を示す図であり、実線はホールド型表示素子のある画素の透過率変化の様子、点線は実線の透過率変化を生じる画素を観察した場合に観察者の目の積分効果により認知される輝度変化である。
【００３６】
本実施の形態のホールド型表示素子では、高輝度な階調を表示する場合には、図１の実線に沿ってＡからＢ、Ｃへと透過率が変化する。この画素のみを注視した場合の目による蓄積輝度は、図の点線のようになる。
【００３７】
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態において、ホールド型表示素子が一つの偏光板と液晶を有するホールド型表示素子である。
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態において、ホールド型表示素子が一対の偏光板とその偏光板間の液晶を有するホールド型表示素子である。
【００３８】
本発明の第４の実施の形態は、第２もしくは第３の実施の形態において、液晶が電界の奇数次の累乗に応じて応答する効果が、電界の偶数次の累乗に応答する効果より大きい液晶を用いたことを特徴とするホールド型表示素子である。尚、電界の奇数次の累乗とは、電界の１乗、３乗、５乗等のことであり、電界の偶数次の累乗とは、電界の２乗、４乗、６乗等のことである。
【００３９】
本発明の第５の実施の形態は、第２もしくは第３の実施の形態において、液晶材料として強誘電性液晶を使用したホールド型表示素子である。
本発明の第６の実施の形態は、第２もしくは第３の実施の形態において、液晶材料として反強誘電性液晶を使用したホールド型表示素子である。
本発明の第７の実施の形態は、第２もしくは第３の実施の形態において、液晶材料としてエレクトロクリニック現象を示す材料を用いたホールド型表示素子である。
【００４０】
本発明の第８の実施の形態は、第３から第７の実施の形態において、一対の偏光板の光学軸がほぼ直交するように配置されたホールド型表示素子である。
本発明の第９の実施の形態は、第２もしくは第８の実施の形態において、液晶の屈折率楕円体の基板面への射影が長軸と単軸を有する楕円体形状であり、一方の極性の電界を印加した時に長軸が面内で回転する方向と逆極性の電界を印加した時に長軸が面内で回転する方向が異なるホールド型表示素子である。
【００４１】
本発明の第１０の実施の形態は、第９の実施の形態において、電界無印加時は長軸が一対の偏光板の透過軸同士を２等分する位置にあり、一方の極性の電界を印加した時に、一方の偏光板の透過軸方向に長軸が回転し、逆極性の電界を印加した時に、他方の偏光板の透過軸方向に長軸が回転するホールド型表示素子である。
【００４２】
図２を参照して本発明の第１０の実施の形態の動作を説明する。図２においては、本実施の形態のホールド型表示素子の二つの偏光板の透過軸１、２の方向、及び液晶の屈折率楕円体の基板面内への射影を複屈折平均方向３として示している。偏光板の透過軸１、２は互いに直交している。また、二つの偏光板の透過軸１、２の間の角度を２等分する線を点線で示している。
【００４３】
図２（ａ）の状態では、一方の偏光板の透過軸２と液晶の複屈折平均方向３の長軸が一致する。この結果、透過する光は極めて少なくなり、通常、黒と表される暗い表示が得られる。これに対し、（ｂ）の状態では、液晶の複屈折平均方向３の長軸は、一対の偏光板の透過軸１、２の間を二等分する位置にある。この結果、透過する光は極めて多くなり、通常、白と表される明るい表示が得られる。また、（ｃ）の状態では、液晶の複屈折平均方向３の長軸は、（ａ）状態とは逆の偏光板の透過軸１と平行な状態に近づく位置まで回転している。この結果、透過する光は再び減少し、（ａ）よりは明るいが暗い状態となる。
【００４４】
この図２の（ａ）から（ｃ）への変化は、まさに図１のＡからＣへの変化に対応している。また、電界の一方の極性が（ａ）、他方の極性が（ｂ）に対応する。このように、偏光板と液晶の配置および電界の極性の調整により、本実施の形態の動作が実現される。
【００４５】
本発明の第１１の実施の形態は、第２もしくは第８の実施の形態において、液晶の屈折率楕円体の基板面への射影が長軸と単軸を有する楕円体形状であり、一方の極性の電界を印加した時に長軸が面内で回転し、逆極性の電界を印加した時には長軸が面内でほぼ回転しないホールド型表示素子である。
本発明の第１２の実施の形態は、第１１の実施の形態において、電界無印加時及び一方の極性の電界を印加した時は、一方の偏光板の透過軸方向に屈折率楕円体の基板面への射影の長軸があり、逆極性の電界を印加した時に他方の偏光板の透過軸方向に長軸が回転するホールド型表示素子である。
【００４６】
本発明の第１３の実施の形態は、第２もしくは第３の実施の形態において、液晶が電界の偶数次の累乗に応じて応答する効果が、電界の奇数次の累乗に応答する効果より大きい液晶を用いたことを特徴とするホールド型表示素子である。尚、電界の奇数次の累乗とは、電界の１乗、３乗、５乗等のことであり、電界の偶数次の累乗とは、電界の２乗、４乗、６乗等のことである。
【００４７】
本発明の第１４の実施の形態は、第２もしくは第３の実施の形態において、液晶材料としてネマチック液晶を使用したホールド型液晶表示素子である。
本発明の第１５の実施の形態は、第２もしくは第３の実施の形態において、液晶材料としてカイラルネマチック（コレステリック）液晶を使用したホールド型液晶表示素子である。
【００４８】
本発明の第１６の実施の形態は、第１３から第１５の実施の形態において、一対の偏光板の光学軸がほぼ直交するように配置されたホールド型表示素子である。
本発明の第１７の実施の形態は、第２もしくは第１６の実施の形態において、液晶の屈折率楕円体の基板面への射影が長軸と単軸を有する楕円体形状であり、電界無印加時は一方の偏光板の透過軸方向に長軸があり、電界を印加した時に他方の偏光板の透過軸方向に長軸が回転するホールド型表示素子である。
本発明の第１８の実施の形態は、第２もしくは第３の実施の形態において、電圧・透過率特性を変えるような光学補償板が付加されたことを特徴とするホールド型表示素子である。
【００４９】
本発明の第１９の実施の形態は、第１８の実施の形態において、特に高電圧域を利用して表示動作を行うような電圧・透過率特性とする光学補償板を付加したことを特徴とするホールド型表示素子である。
【００５０】
次に、本発明の第１８および第１９の実施の形態の動作を図３を参照して説明する。
図３は、例えばＤの実線のグラフで光学補償板を付加していない標準条件の電圧に対する透過率を表している。この標準条件に対し、光学補償板を付加することにより、電圧に対する透過率特性を変化させることができ、例えば高輝度のピークを低電圧側にシフトした点線のＥの特性や、高輝度のピークを高電圧側にシフトした破線のＦのような特性が実現できる。例えばＥのような特性では、電圧を調整することにより、高輝度ピークを経由するかしないかの選択が可能となる。これにより図１に示したような特性を電圧の調整により実現することが可能となる。
【００５１】
また、本発明の第１９の実施形態は、特に高速応答を要求される場合に有効であり、図３のＦのような高電圧域を使用することにより、高速応答を可能とする。
【００５２】
本発明の第２０の実施の形態は、第２もしくは第３の実施の形態において、液晶による画素容量と並列に抵抗を設けたことを特徴とするホールド型表示素子である。
本発明の第２０の実施の形態およびその動作を図４を用いて説明する。図４は本実施の形態をアクティブマトリクス形の画素に適用した時の簡略化した等価回路図である。画素スイッチ４はアクティブマトリクス形でない場合は不要である。液晶５と抵抗６は並列に配置される。
【００５３】
本実施の形態の動作は次のようになる。アクティブマトリクス形では画素スイッチ４を介し、それ以外では直接、液晶による画素容量５に電荷が充電されることにより画素容量５の駆動が行われる。充電される電荷は、抵抗６によりリークされる。このリークの結果、液晶配向が変化する。液晶配向がリークにより変化したときに透過率が低い状態となるように設定することにより、第２もしくは第３の実施の形態の動作が実現される。
【００５４】
本発明の第２１の実施の形態は、第２０の実施の形態において、抵抗６と画素容量５によるＲＣ時定数が１フィールド時間と同程度かそれより短いことを特徴とするホールド型表示素子である。
【００５５】
本発明の第２２の実施の形態は、第２もしくは第３の実施の形態において、イオンが混入されていることを特徴とするホールド型表示素子である。
本発明の第２３の実施の形態は、第２２の実施の形態において、イオン密度と拡散係数から決められる時定数が１フィールド時間と同程度かそれより短いことを特徴とするホールド型表示素子である。
本発明の第２４の実施の形態は、第２３の実施の形態において、正及び負のイオンがイオン電荷とイオン数で決定される値をほぼ等しくし、電気的中性条件がほぼ保たれていることを特徴とするホールド型表示素子である。
本発明の第２２から第２４の実施の形態では、第２０および第２１と同様の動作が抵抗によらずイオンにより実現される。
【００５６】
本発明の第２５の実施の形態は、第１から第２４の実施の形態において、画素毎に表示部を駆動するためのスイッチを有することを特徴とするホールド型表示素子である。
本発明の第２６の実施の形態は、第２５の実施の形態において、画素を駆動するスイッチが保持動作の期間に、一定の時定数で画素に電荷を注入することを特徴とするホールド型表示素子である。
本発明の第２７の実施の形態は、第２６の実施の形態において、スイッチの両端の電位差が大きい場合にスイッチが保持動作の期間に注入される電荷量が大きいことを特徴とするホールド型表示素子である。
【００５７】
本発明の第２８の実施の形態は、第２５の実施の形態において、液晶による画素容量と直列に抵抗が設けられたことを特徴とするホールド型表示素子である。
【００５８】
本発明の第２８の実施の形態を図５を参照して説明する。
図５は本実施の形態をアクティブマトリクス形の画素に適用した場合の簡略化した等価回路図である。画素スイッチ４はアクティブマトリクス形でない場合は不要である。液晶による画素容量５と抵抗６は直列に配置される。
【００５９】
本実施の形態の動作は次のようになる。アクティブマトリクス形では画素スイッチ４を介し、それ以外では直接、画素容量５に電荷が充電されることにより液晶の駆動が行われる。充電される電荷に対し、抵抗６によりある時定数で電荷がさらに注入される。この電荷注入の結果、液晶配向が変化する。液晶配向が電荷注入により変化したときに透過率が低い状態となるように設定することにより、第２もしくは第３の実施の形態の動作が実現される。
【００６０】
本発明の第２９の実施の形態は、第２８の実施の形態において、画素と直列に設けられた抵抗６の抵抗値が画素スイッチ４のオン抵抗とオフ抵抗の間の値であることを特徴とするホールド型表示素子である。
【００６１】
本発明の第３０の実施の形態は、第１の実施の形態において、自発光素子を用いたことを特徴とするホールド型表示素子である。
【００６２】
本発明の第３１の実施の形態は、第１から第３０の実施の形態のホールド型表示素子を用いたディスプレイである。
本発明の第３２の実施の形態は、第３１の実施の形態のディスプレイを用いたモニタである。
本発明の第３３の実施の形態は、第１から第３０の実施の形態のホールド型表示素子を用いたライトバルブである。
本発明の第３４の実施の形態は、第３３の実施の形態を用いたプロジェクタである。
【００６３】
次に、本発明の具体的な構造の実施例を説明する。
本発明の第１の実施例を図６を参照して説明する。本実施例は、ポリシリコン（多結晶シリコン、ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のＴＦＴアレイを作製し、Ｖ字型の電圧・透過率(VT)特性を示す液晶材料を駆動した。具体的には、ガラス基板１０上に酸化シリコン膜１１を形成した後、アモルファスシリコンを成長させた。次にエキシマレーザを用いてアニールし、アモルファスシリコンをポリシリコン１２化させ、更に１００Å（１０ｎｍ）の酸化シリコン膜１１を成長させた。パターニングした後、フォトレジストをゲート形状より若干大きく（後にＬＤＤ領域１３、１４を形成するため）パターニングし、リンイオンをドーピングすることによりソース領域（電極）１５とドレイン領域（電極）１６を形成した。
【００６４】
更に、酸化シリコン膜１１を成長させた後、マイクロクリスタルシリコン（μ−ｃ−Ｓｉ）とタングステンシリサイド（ＷＳｉ）を成長させ、ゲート形状にパターニングした。更に、パターニングしたフォトレジストにより必要領域にのみリンイオンをドーピングすることによりＬＤＤ領域１３、１４を形成した。酸化シリコン膜１１と窒化シリコン膜１６を連続成長させた後、コンタクト用の穴をあけ、アルミニウムとチタンをスパッタで形成しパターニングした。窒化シリコン膜１６を形成し、コンタクト用の穴をあけ、画素電極用１７に透明電極であるＩＴＯを形成しパターニングした。
【００６５】
このようにして図６に示すようなプレーナ型のＴＦＴ画素スイッチを作成し、ＴＦＴアレイを形成した。ガラス基板上にはＴＦＴスイッチによる画素アレイのみ設け、駆動回路は基板内に設けず単結晶シリコンにより作製し、外部に取り付けた。このようにして作製したＴＦＴアレイ基板と、対向電極となるＩＴＯを全面にパターニングした後、遮光用のクロムのパターニング層を有する対向基板とを用意した。対向基板側に１．８μｍのパターニングされた柱を作製し、セルギャップを保つためのスペーサとして使用すると同時に耐衝撃力を有するようにした。
【００６６】
また、対向基板の画素領域外部に紫外線硬化用のシール材を塗布した。ＴＦＴＹ基板と対向基板を接着した後、液晶を注入した。液晶材料としては、連続階調表示が可能なＶ字型のＶＴ特性を示すスメクティック液晶材料を使用した。その液晶材料として無閾反強誘電性液晶と呼ばれる液晶を使用し、その液晶を電界無印加時に黒となるようにクロスニコルの偏光板間に配置して測った電圧・透過率特性は図７の形状であった。
【００６７】
実際の実施例では、この測定とは偏光板の配置を変え、図２のように一方の極性（ここではプラス極性とした）の電界印加時に黒となるようにクロスニコルの偏光板間に配置した。
本実施例は、第３の実施の形態、第４の実施の形態、第６の実施の形態、第８から第１０の実施の形態、第２５の実施の形態を実施した例である。
【００６８】
本実施例では、通常の液晶表示装置と異なるほかの点として、信号処理回路があげられる。本実施例で使用した信号処理回路では、階調の輝度に応じて駆動信号を次のように選択する。高輝度な階調ではフィールドの切換え毎に印加電圧の極性を変化させ、先述のように高い透過率を経由するようにし、一方、低輝度な階調では、前の信号に応じプラス極性又はマイナス極性の電圧を印加し続けて低輝度状態を維持するようにした。
【００６９】
これらの構成の結果、上述のインパルス的な応答が可能となり、映像の尾引き現象が見られなくなった。また、低輝度の輝度が上昇することなく、高いコントラストが実現できた。
【００７０】
本実施例では各色２５６階調とし、０階調が最も低輝度、２５５階調が最も高輝度な条件で、高輝度階調と低輝度階調の切り分けを６４階調と６３階調の間で行った。この切り分けは液晶材料の表示特性や信号処理系の複雑性、表示の観察結果等を加味して決められもので、この値に限定されるものではなく任意に設計できる。我々の実験によれば、２５５階調と２５４階調の間で切り分けても、通常の液晶表示装置に比較すると尾引き現象の改善効果は大きかった。これは、特に高輝度な状態での尾引き現象が、人間の目に最も顕著に観察されるためであると考えられる。
【００７１】
次に、第２の実施例を説明する。本実施例は第１の実施例とほぼ同様の構成であるが、信号処理部分が異なるために、動作が一部異なっている。本実施例では、低輝度階調で電気的なＤＣ成分が生じ表示の焼きつき等が発生するのを防ぐために、低輝度階調が連続する場合にカウンタを用いて複数フレーム後に反転している。これは、低輝度階調側では高透過率な状態を経由させないために、一方の極性のみが連続して印加され、通常のＡＣ駆動ができないことに対する解決策として採用された。本構成によれば、第２の実施例より長期的な信頼性が増す。
【００７２】
次に、第３の実施例では、第２の実施例と同様にカウンタを用いる。しかし、第２の実施例と異なり、積分器を同時に用い、ある領域での電圧の積分値によって、極性を反転するか否かを決定する構成とした。また、この電圧の積分を各画素毎に行うためにフレームメモリを含む構成とした。例えば、正極性の０階調が電圧値で＋５Ｖで４フレーム連続した後、負極性の６３階調が電圧値で−３Ｖで４フレーム連続すると、電圧の積分値は＋８Ｖとなり、ＤＣ成分は正極性側となっている。このような場合は極性を反転せず、負極性を継続する。
【００７３】
この構成により、電圧値を加味したＤＣ成分の除去が行えた。これにより第２の実施例より焼きつきが少なく、長期信頼性の高い液晶表示装置が実現された。本実施例では、積分する領域を各画素毎としたが、これは数画素（例えば隣接する４画素）単位で行ってもよく、また、表示領域全体で積分しても良い。
【００７４】
次に、第４の実施例では、第２および第３の実施例において、低輝度階調の極性反転時にバックライト等の光源を同期させ、点滅を行った。これは、極性反転時には高透過率状態を経由しコントラストが低下するのを防ぐために、極性反転時のみ光源を暗くすることにより、光が漏れてこないようにする構成にするためである。この構成による液晶表示装置は、極めて良好なコントラストが実現できた。
【００７５】
これらの第１〜第４の実施例では、使用する液晶材料として無閾反強誘電性液晶と呼ばれる液晶を用いたが、ほかの液晶、例えば、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、フェリ誘電相の液晶や、非常に短いピッチで巻いているショートピッチの液晶、高分子により安定化された液晶、もしくは単安定化された強誘電性液晶、または、これら以外の方式によりＶ字型ＶＴ特性を実現できる液晶でも構わない。
【００７６】
次に、第５の実施例は、ネマチック液晶を用いた例の一つとして、ネマチック液晶のイン・プレーン・スイッチング（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ，以下ＩＰＳ）モードを用いた例を示す。現状の液晶材料を常温で使用すると、本発明に必要な高速な応答が不可能であった。そこで、温度を上昇することにより、高速化を行い、本発明をＩＰＳモードで実現した。その結果、これまでの実施例と同様に良好な動画表示が得られた。また、この例では「くの字」型電極構造を用いたために、ＩＰＳで見られる斜め方向から観察したときの色づきがなく極めて広視野角な特性が得られた。また、今後より高速な材料と駆動方法が実現できた場合には、温度上昇の必要がないことは明白である。
【００７７】
また、第６の実施例は、ＯＣＢ（オプティカリー・コンペンセイテッド・バイリフリジェンス）と呼ばれるπセルに補償板を付加し広視野角とした液晶表示素子で液晶表示部を形成し、本発明を適用した例である。
【００７８】
補償板の構成を変化させると、コンプルメンタリ・πセル・ストラクチャー（ＣＰＳ：Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｐｉ−ｃｅｌｌ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）モードとすることも可能である。４８０本のゲートバスライン（走査電極線）及び６４０本のドレインバスライン（信号電極線）はスパッタ法で形成されたクロミウム（Ｃｒ）を用い、線幅を１０μｍとし、ゲート絶縁膜には窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を用いた。１単位画素の大きさは縦３３０μｍ、横１１０μｍとし、アモルファスシリコンを用いＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成し、画素電極は透明電極である酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を用い、スパッタ法で形成した。
【００７９】
図８は第６の実施例による薄膜トランジスタアレイの一部の拡大図であり、２０は信号電極線、２１は薄膜トランジスタ、２２は走査電極線、２３は画素電極を示す。この一部拡大図に示すように、ＴＦＴをアレイ状に形成したガラス基板を第１の基板とした。この第１の基板と対向する第２の基板には、クロミウムを用いた遮光膜を形成した後、カラーフィルタを染色法によりマトリクス状に形成した。このカラーフィルタの形成時に各色のカラーフィルタは１．５μｍとし、３色重ねることで４．５μｍの凹凸構造を得た。更に、カラーフィルタ以外の透明樹脂材料を用い積層することにより厚みが６μｍとなるようにした。更に、凹凸構造はＴＦＴ基板と対向させた時に、画素開口部以外の領域に信号電極線２０と対向するように信号電極線３本あたりに１本の割合で形成した。
【００８０】
第１および第２の基板に、スピンコート法によりポリアミック酸を塗布し、２００℃でベーキングしイミド化しポリイミド膜を形成した。このポリイミド膜上を、レーヨンを使用したバフ布を直径５０ｍｍのローラーに巻き付け、ローラーの回転数６００ｒｐｍ、ステージ移動速度４０ｍｍ／秒、押し込み量０．７ｍｍ、ラビング回数２回でパラレルラビングとなるような方向にラビングした。接触段差計で測定した配向膜の厚さは約５００Åであり、クリスタルローテーション法で測定したプレチルト角は７度であった。
【００８１】
このような一対のガラス基板の一方に約６μｍ径の円柱状のガラス製ロッドスペーサを分散させた紫外線硬化性のシール材を塗布した。これらの基板をラビング処理方向が互いに平行ラビングとなるように両基板を対向させて配置し、非接触で紫外線を照射する処理でシール材を硬化させて、ギャップ６μｍのパネルを組み立てた。このパネルにネマチック液晶を注入した。
【００８２】
本実施例では、エス・アイ・ディー９４・ダイジェストの９２７頁から９３０頁に示されるＯＣＢ（オプティカリ・コンペンセイティッド・バイリフリジェンス）表示モードと同様の効果が得られるように設計した補償板を付加した。このようにして作製した液晶パネルに、駆動用のドライバを取り付け液晶表示部とした。この液晶表示部では、高速・広視野角な表示が得られた。更に、本発明の駆動を実現できるように偏光板の配置と駆動信号を変えることにより、本発明の構成を実現した。この結果、従来の構成より動画表示性能が極めて向上した。
【００８３】
【発明の効果】
本発明による第１の効果は、ホールド型表示装置において、尾を引いたように見える動画ボケが改善される。
その理由は、高輝度状態を経由した後に安定状態に移行し、時間平均輝度で所望の輝度を表示するためである。
【００８４】
また、本発明による第２の効果は、電気的な焼きつきのない表示装置が得られる点である。
その理由は、カウンタ等を用いて極性の反転を行うためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態によるホールド型表示素子の透過率の時間変化を示す特性図である。
【図２】  本発明の第１０の実施の形態によるホールド型表示素子の偏光板の透過軸の方向、液晶の屈折率楕円体の基板面内への射影を複屈折平均方向の関係を示す構成図である。
【図３】  本発明の第１８および第１９の実施の形態によるホールド型表示素子の光学補償板を付加していない標準条件における電圧・透過率特性図である。
【図４】  本発明の第２０の実施の形態によるホールド型表示素子のアクティブマトリクス型の画素に適用した場合の等価回路図である。
【図５】  本発明の第２８の実施の形態によるホールド型表示素子のアクティブマトリクス型の画素に適用した場合の等価回路図である。
【図６】  本発明の第１の実施例で使用するプレーナ型ポリシリコンＴＦＴスイッチの断面構造を示す断面図である。
【図７】  本発明の第１の実施例で使用した液晶の電圧・透過率特性図である。
【図８】  本発明の第６の実施例による薄膜トランジスタアレイを示す構成図である。
【図９】  従来のＣＲＴにおける輝度の時間変化を示す特性図である。
【図１０】  従来の液晶表示装置における輝度の時間変化を示す特性図である。
【図１１】  従来のインパルス型（ＣＲＴ）とホールド型（液晶ディスプレイ）での表示と見え方を模式的に示す構成図である。
【符号の説明】
１  偏光板の透過軸
２  偏光板の透過軸
３  複屈折平均方向
４  画素スイッチ
５  液晶
６  抵抗
２０  信号電極線
２１  薄膜トランジスタ
２２  走査電極線
２３  画素電極
【図１】
0004599743.tif 000002
【図２】
0004599743.tif 000003
【図３】
0004599743.tif 000004
【図４】
0004599743.tif 000005
【図５】
0004599743.tif 000006
【図６】
0004599743.tif 000007
【図７】
0004599743.tif 000008
【図８】
0004599743.tif 000009
【図９】
0004599743.tif 000010
【図１０】
0004599743.tif 000011
【図１１】
0004599743.tif 000012