(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネル内に、スメクティック層が形成されている反強誘電性液晶を挟持した反強誘電性液晶装置であって、
表示をするために駆動中の前記液晶パネルの温度を前記反強誘電性液晶のスメクティック層の層間距離が最も短くなる温度に保つ手段を有する反強誘電性液晶装置。
【請求項２】
液晶パネル内に、スメクティック層が形成されている反強誘電性液晶を挟持した反強誘電性液晶装置であって、
前記液晶パネルの温度が、電源投入後に前記反強誘電性液晶のスメクティック層の層間距離が最も短くなる温度に達したとき、前記スメクティック層の再配列を行うための層構造制御用電圧波形が少なくとも１度液晶パネルに印加されることを特徴とする反強誘電性液晶装置。
【請求項３】
液晶パネル内に、スメクティック層が形成されている反強誘電性液晶を挟持した反強誘電性液晶装置であって、
前記液晶パネルが駆動中に前記液晶パネルの温度が変化し、その後、前記反強誘電性液晶のスメクティック層の層間距離が最も短くなる温度に達したとき、前記スメクティック層の再配列を行うための層構造制御用電圧波形が少なくとも１度液晶パネルに印加されることを特徴とする反強誘電性液晶装置。
【請求項４】
前記液晶パネルは前記液晶パネルの温度を測定するためのセンサーを有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の反強誘電性液晶装置。
【請求項５】
前記層構造制御用電圧波形の印加後、前記液晶パネルの温度は前記反強誘電性液晶のスメクティック層の層間距離が最も短くなる温度に保つ手段を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の反強誘電性液晶装置。
【請求項６】
前記液晶パネルは前記液晶パネルの温度を測定するためのセンサー、前記液晶パネルを加熱するためのヒータ、前記液晶パネルの温度を制御するためのヒータ制御回路を備え、前記温度を保つ手段は、前記センサーによって測定された温度を前記ヒータ制御回路に送って、前記液晶パネルの温度を前記層間距離が最も短くなる温度に保持するように、前記ヒータ制御回路を制御する手段であることを特徴とする請求項１または請求項５に記載の反強誘電性液晶装置。
【請求項７】
液晶パネルは、表示データを表示するための駆動電圧波形回路、
前記層構造制御用電圧波形を発生させる回路を有し、
前記センサーによって測定された温度に基づいて、前記駆動電圧波形回路又は前記層構造制御用電圧波形を発生させる回路のどちらかを選択する電圧波形制御回路を具備し、
前記反強誘電性液晶のスメクティック層の層間距離が最も短くなる温度に達したとき、前記電圧波形制御回路は、前記層構造制御用電圧波形を発生させる回路を選択することを特徴とする請求項４に記載の反強誘電性液晶装置。
【請求項８】
前記液晶パネルの温度を測定するためのセンサーは、温度センサーである請求項４または請求項６に記載の反強誘電性液晶装置。
【請求項９】
前記液晶パネルの温度を測定するためのセンサーは、前記反強誘電性液晶の自発分極電流を測定するためのセンサーである請求項４または請求項６に記載の反強誘電性液晶装置。
【請求項１０】
前記層構造制御用電圧波形は、プラス及びマイナスの極性を有する矩形波である請求項１から３のいずれか１項に記載の反強誘電性液晶装置。
【請求項１１】
前記液晶パネルを照明するバックライトを備え、前記層構造制御用電圧波形が前記液晶パネルに印加されるとき、前記バックライトからの光を遮断する手段を有する請求項１から３のいずれか１項に記載の反強誘電性液晶装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、反強誘電性液晶を液晶層とする液晶表示パネルや液晶光シャッターアレイ等の反強誘電性液晶装置に関する。
背景技術
反強誘電性液晶を用いた液晶パネルは、日本電装（株）及び昭和シェル石油（株）の特開平２−１７３７２４号公報で、広視野角を有すること、高速応答が可能なこと、マルチプレックス特性が良好なこと等が報告されて以来、多くの研究がなされている。
しかしながら従来の駆動方法では長時間同一パターンの表示を行うと、他のパターンを表示させた場合に過去のパターンが薄く表示に残る現象（以下、「焼き付き現象」と記す）が起きることが問題となっていた。
この現象は、反強誘電性液晶がセル内部で層構造を持っており、この層の折れ方が表示状態（白表示と黒表示）によって異なるために起きると考えられている。そこでこの現象を改善するため、表示用駆動回路とは別に層構造制御用電圧波形をパネルに印加できる層構造制御用電圧波形回路を有する液晶ディスプレイが特開平６−２０２０７８に記載されている。
しかし従来の装置では、前記の様な層構造制御用電圧波形をある一定期間（例えば１画面書き込み毎、または１走査期間毎等）毎に印加しなければならない。そのため、表示画像と異なる画像が表示されることが多くなり、表示品位が劣化するという問題があった。そこで本発明は表示品位を落とすことなく焼き付き現象を低減する反強誘電性液晶装置を提供することを目的としている。
発明の開示
上記目的を達成するため、本発明では以下の構成とした。
反強誘電性液晶装置は液晶パネルの温度を測定するための温度センサー、液晶パネルを加熱するためのヒータ、及び液晶パネルの温度を制御するためのヒータ制御回路を有し、表示中の液晶パネルの温度を液晶パネル内に挟持されている反強誘電性液晶材料のスメクティック層の層間距離が最も短くなる時の温度に一定に保つ。
また、前記反強誘電性液晶装置において、液晶パネルの温度が電源投入後反強誘電性液晶材料のスメクティク層の層間距離が最も短くなる温度に達した時、層構造制御用電圧波形を液晶パネルに印加する。そして、表示中に液晶パネルの温度が変化し、その後層間距離が最も短くなる温度に戻った時も、層構造制御用電圧波形を液晶パネルに印加する。
また、前記反強誘電性液晶装置は、層構造制御用電圧波形を発生する層構造制御用電圧波形回路及び層構造制御用電圧波形を液晶パネルに印加する場合の液晶パネルの温度とタイミングを制御する電圧波形制御回路を備えている。
また、前記反強誘電性液晶装置は、層構造制御用電圧波形が液晶パネルに印加される時、反強誘電性液晶装置のバックライトの光量を遮断する手段を備えている。
さらに、前記反強誘電性液晶装置は、温度センサーで液晶パネルの温度を検知する代わりに、液晶装置の分極反転電流をモニターし、この値から温度を検知する手段を備えている。
上記構成とすることにより、表示品位を落とすことなく焼き付き現象を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、反強誘電性液晶を装置として用いる場合の液晶素子の構成図である。
図２は、反強誘電性液晶表示素子の印加電圧に対する光透過率の変化を示す図である。
図３は、マトリックス状に形成した走査電極と信号電極を示した図である。
図４は、従来の駆動法による、走査電極、信号電極、及び画素に印加される電圧波形と、それに対応する光透過率を示した図である。
図５は、反強誘電性液晶装置の層構造を示した図である。
図６は、反強誘電性液晶装置の焼き付き度を示した図である。
図７は、反強誘電性液晶の輝度と温度との関係を示した図である。
図８は、本発明で用いた反強誘電性液晶の層間距離と温度との関係を示した図である。
図９は、本発明に用いた反強誘電性液晶装置のブロック図である。
図１０は、本発明における反強誘電性液晶装置のパネル構成図である。
図１１は、本発明における反強誘電性液晶材料の自発分極の大きさと温度との関係を示した図である。
発明の詳細な説明
図１は反強誘電性液晶を装置として用いる場合の液晶素子の構成図である。クロスニコルに合わせた偏光板１ａと１ｂとの間に、偏光板１ａの偏光軸ａと偏光板１ｂの偏光軸ｂのどちらかと電圧無印加時に於ける分子の平均的長軸方向Ｘがほぼ平行になるように液晶セル２を置く。そして、電圧無印加時にはバックライトからの光が透過せず黒表示され、電圧印加時にはバックライトからの光が透過して白表示されるように液晶セルを設定する。
上記のような液晶素子に電圧を印加したとき、それに対する透過率の変化をプロットしてグラフにすると図２のようなループを描く。電圧を印加し増加させたとき光透過率が変化し始める電圧値をＶ１、光透過率の変化が飽和する電圧値をＶ２、逆に電圧値を減少させたとき光透過率が減少し始める電圧値をＶ５とする。また逆極性の電圧を印加し、その絶対値を増加させたときに光透過率が変化し始める電圧値をＶ３、光透過率が飽和する電圧値をＶ４、逆に電圧の絶対値を減少させたとき光透過率が変化し始める電圧値をＶ６とする。図２に示されているように，前記印加された電圧値が反強誘電性液晶分子の閾値以上である場合に第１の強誘電性状態が選択される。また、反強誘電性液晶分子の閾値以上である逆極性の電圧が印加された場合は、第２の強誘電性状態が選択される。これらの強誘電性状態において、電圧値がある値より低くなった場合には反強誘電性状態が選択される。反強誘電性液晶装置は、反強誘電性状態で黒表示とすることも白表示とすることもできる。本発明ではそのいずれにも対応できる。しかし、以下この装置は反強誘電性状態で黒表示するものとして説明する。
次に、反強誘電性液晶を用いた一般的な液晶の駆動方法について説明する。図３は走査電極と信号電極を基板上にマトリックス状に配置した液晶パネルの電極構成の例を示す図である。この電極構成は走査電極（Ｘ1 、Ｘ2 、Ｘ3 、--Ｘn 、--Ｘ80）および信号電極（Ｙ1 、Ｙ2 、Ｙ3 、--Ｙm 、--Ｙ220 ）を有し、走査電極と信号電極が交差する斜線部分が画素（Ａ11、Ａnm）である。これら画素に対応して走査電極へ１ラインずつ電圧が印加され、これに同期して信号電極から表示状態に応じた電圧波形が印加される。そして、信号電極と走査電極の電圧波形の合成波形に応じて表示が書き込まれる。
図４は反強誘電性液晶の従来の駆動電圧波形を示したものである。図４に示すように、走査電極（Ｘn ）に走査電圧（ａ）を、信号電極（Ｙm ）に信号電圧（ｂ）を印加し、その合成電圧（ｃ）を画素（Ａnm）に印加することにより画素への書き込みが行われる。図４において、選択期間（Ｓｅ）で第１、もしくは第２の強誘電性状態、または反強誘電性状態が選択され、その状態が次の非選択期間（ＮＳｅ）で保持される。即ち、選択期間（Ｓｅ）で選択パルスが印加され、その結果得た透過率（ｄ）をその後の非選択期間（ＮＳｅ）で保持させることにより表示を行っている。
反強誘電性液晶表示素子においては、画素に書き込みを行う直前に反強誘電性液晶を第１、もしくは第２の強誘電性状態、又は反強誘電性状態にリセットすることが一般に行われる。例えば図４では、選択期間（Ｓｅ）の直前にリセット期間（Ｒｓ）が設けられる。この期間内では画素に閾値電圧以下の電圧が印加され、反強誘電性液晶は反強誘電性状態にリセットされる。このように画素に必要な情報を書き込む直前に各画素の状態をリセットすることにより、以前の書き込み時の状態の影響を受けず、良好な表示を行うことができる。図４において、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４はそれぞれ第１、第２、第３、第４フレームを表す。そして、第１、第２フレームでは白表示され、第３、第４フレームでは黒表示される。図に示されているように、通常はフレーム毎に極性が反転される。
先に述べたように、反強誘電性液晶はセル内部に層構造を有している。図５は反強誘電性液晶のセル内部の層構造を示したものであり、ガラス基板２１ａ、２１ｂ間に液晶層２０が挟持されている。図に示されているように、層構造は黒表示の場合は中間でやや折れ曲がっており、白表示の場合は真っ直ぐに近くなっている。先に述べた「焼き付き現象」は、この層構造が表示状態により異なるために生じる現象であると考えられている。
反強誘電性液晶装置の焼き付き現象を詳細に検討した結果を以下に記す。
まず、同じパネルに白パターンと黒パターンを同時に表示し、その後パネル全体を黒表示にする。そして、白表示を行った画素と黒表示を行った画素の輝度を比較する。すると、黒表示を行った画素の輝度に比べて白表示を行った画素の輝度の方が低くなる。
図６は、反強誘電性液晶装置の焼き付き度を示すグラフである。反強誘電性液晶パネルに層構造制御用電圧波形を印加し、その後同じパネルに白と黒のパターンを同時に表示させた後に、全画素を黒表示させる。そして、白表示を行った画素の輝度と、黒表示を行った画素の輝度の比（焼き付き度）を、駆動後１５分と駆動後３０分にそれぞれ測定しプロットする。なお、層構造制御用電圧波形は±の極性を持った矩形波である。ｒ30-30 は以下のようにして得たグラフである。まず、反強誘電性液晶パネルの温度が３０℃の時層構造制御用電圧波形を印加し、その後３０℃で同じパネルに白と黒のパターンを表示させた後に、全画素を黒表示させる。そして、白表示を行っていた画素の輝度と、黒表示を行っていた画素の輝度の比（焼き付き度）を測定しプロットする。また、ｒ30-50 の場合は、まず反強誘電性液晶パネルの温度が３０℃の時層構造制御用電圧波形を印加し、その後５０℃で同じパネルに白と黒のパターンを表示させた後に、全画素を黒表示させる。そして、白表示を行っていた画素の輝度と、黒表示を行っていた画素の輝度の比（焼き付き度）を測定しプロットする。このグラフから、層構造制御用電圧波形を印加した時の温度と表示を行った時の温度が等しい場合、層構造制御用電圧波形を印加した時の温度と表示を行った時の温度が異なる場合に比べ、ほとんど輝度の比が変化せず、焼き付き現象が生じないことが判る。なお、上記記載において、輝度は透過率と同義である。
この原因を究明するために我々は３０℃で層構造制御用駆動電圧波形を印加した後に、温度を３０℃→４０℃→５０℃→６０℃→７０℃→６０℃→５０℃→４０℃→３０℃と変化させた場合のそれぞれの温度での画素の輝度を測定した。図７に示すように３０℃から５０℃に温度が変化すると輝度が上がることが判った。この状態を偏光顕微鏡で観察すると、３０℃の場合に比べて５０℃の場合の方が配向欠陥等が増えて配向性が劣化していた。
また、この液晶材料のスメクティック相の温度に対する層間距離を測定すると図８に示すようになる。
このことから我々は、温度変化が起きると反強誘電性液晶の層間距離が変化し、これによって配向欠陥等が増減して輝度変化が起きると考えた。例えば、温度が３０℃から５０℃に変化すると、層間距離が短くなり、配向欠陥が増えて輝度が上昇する。さらにこの輝度変化が起きた配向状態の画素に、ある電圧値（白表示の場合の電圧値）の電圧が印加されると、層構造の再配列が起き、配向欠陥等が消え輝度が下がることが判明した。また、別のある電圧値（黒表示の場合の電圧値）以下の低い電圧値しか印加されなかった場合には、層構造の再配列が起きず、配向欠陥等が消えることは無く、従って輝度変化も起きないことが判明した。従って、白表示を行った画素の場合は配向欠陥が消えて輝度が下がり、黒表示を行った画素の場合は配向欠陥が消えないため輝度変化は生じない。結果として白表示を行った画素と黒表示を行った画素の間で輝度に差が出てしまい、これが焼き付きの原因なることが判明した。
さらにこの層間距離と配向劣化の関係を詳細に調べた結果、配向劣化は層間距離が短くなる場合に起き、層間距離が長くなる場合には起きないことも判った。
従って、層間距離が最も短くなる温度において表示を行うことが、多少の温度差があっても最も層間距離の変化を小さく出来る温度であるため、焼き付き現象を抑制するためには最も適している。また、表示している時の液晶パネルの温度が別の温度に変化し、この変化が層間距離が小さくなる方向への変化である場合には、配向欠陥が増え輝度が上昇する。このような時は層構造制御用電圧波形を印加して層の再配列を行い、配向欠陥等を消すことによって輝度を下げ、かつ画素劣化を抑制し、それにより焼き付きを低減することが出来る。
また層構造制御用電圧波形が液晶パネルに印加されている時には全画面が白状態となるため、画面を見ている人は非常にまぶしさを感じ不快感を受ける。そのため、この期間はバックライトを消し、液晶パネルには全く何も表示しない方が良い。
上記検討結果に基づき、反強誘電性液晶液晶装置の焼き付き現象を低減するためには、以下の手段を用いることが有効であることが分かった。
まず、表示中の液晶パネルの温度を液晶パネル内に挟持されている反強誘電性液晶材料のスメクティック層の層間距離が最も短くなる時の温度に保つ。
また、電源投入後に液晶パネルの温度が反強誘電性液晶材料のスメクティク層の層間距離が最も短くなる温度に達した時、層構造制御用電圧波形を液晶パネルに印加する。そして、表示中に液晶パネルの温度が変化し、その後層間距離が最も短くなる温度に戻ったときも、層構造制御用電圧波形を液晶パネルに印加する。
また、層構造制御用電圧波形を液晶パネルに印加する時の温度とタイミングを制御する電圧波形制御回路を設ける。
また、層構造制御用電圧波形が液晶パネルに印加される時は反強誘電性液晶装置のバックライトの光量を遮断する。
また、温度センサーで温度を検知する代わりに、液晶装置の分極反転電流をモニターし、この値から温度を検知する。
上記手段を実施するための本発明実施例を図面に基づいて以下に詳細に説明する。
図９は本発明に用いた反強誘電性液晶装置のブロック図である。
本発明による反強誘電性液晶装置は、駆動電圧波形を印加するための駆動電圧波形回路１２と層構造を制御するための層構造制御用電圧波形回路１３の２種類の回路を持ち、状況に応じてそれぞれの回路を選択できるようになっている。電圧波形制御回路１４は、上記２種類の回路のどちらの回路の出力電圧波形を用いるかを制御する。駆動電圧波形回路１２は表示データ発生回路１１からの信号に基づいて、電圧波形制御回路１４を介して走査電圧発生回路１５と信号電圧発生回路１６に信号を供給する。また液晶パネル１０の温度を測定するための温度センサー１０１が液晶パネル１０の表面に設けられている。この温度センサー１０１からの温度情報が電圧波形制御回路１４に入力され、温度に応じてどちらの回路を用いるかが自動的に選択される。さらに温度センサーからの温度情報がヒータ制御回路１７に伝達され、この制御回路１７によりヒータ１０２の温度が制御され、常に液晶パネル１０が所定の温度に保たれる。
また、本発明にはバックライト１０３の電源を制御するためのバックライト制御回路１８が設けられ、電圧波形制御回路１４からの信号によってバックライトの点灯、消灯が制御される。層構造制御用電圧波形が選択された場合にはバックライトが消灯し、駆動電圧波形が選択された場合にはバックライトが点灯する。それにより、液晶パネルの表示を見ている人が、層構造制御用電圧波形が印加されている間に映し出される表示から受ける不快感を低減する。
先に述べたように、図８は本発明に用いられた液晶材料の層間距離と温度の関係を表した図である。この図８から本発明に用いられている液晶材料の層間距離が最も狭い温度がほぼ５０℃であることが分かる。そこで前記電圧波形制御回路１４は、反強誘電性液晶装置の電源が入り、液晶パネル面が５０℃になった時、少なくとも１度層構造制御用電圧波形を例えば６０秒間印加するよう制御する。また、ヒータの故障や環境温度の急激な変化等によってヒータによる温度ントロールが正常に行われず、液晶パネル面が３０℃以下になった場合には、液晶パネルの温度が正常な５０℃に戻った際に、再度例えば１０秒間だけ層構造制御用電圧波形が印加される。
駆動電圧波形回路１２から出力される駆動電圧波形は、例えば図４に示すように少なくとも走査側電圧波形は１画面を表示するために２つのフレームから構成され、それぞれのフレームの電圧波形の極性は０Ｖに対して互いに対称となっている。またそれぞれのフレームは画素の表示状態を決定するための選択期間（Ｓｅ）とこの選択期間（Ｓｅ）で決定した状態を維持するための非選択期間（ＮＳｅ）と、表示状態に依存しないで必ず任意の状態にリセットするリセット期間（Ｒｓ）から構成されている。また本発明では選択期間に印加されるパルスの電圧値は２５Ｖ、非選択期間に印加される電圧値は８Ｖに設定した。またリセット期間では電圧を印加しないで必ず黒状態（反強誘電性状態）になるようにし、このリセット期間の長さは４ｍｓとした。また層構造制御用電圧波形は３０Ｈｚ、±４０Ｖの矩形波を用いた。
図１０は、本発明に用いた反強誘電性液晶装置を構成する液晶パネル１０の構成を示した図である。この実施例で用いた液晶パネル１０は、約１．７μの厚さの反強誘電性液晶層２０を持つ一対のガラス基板２１ａ、２１ｂと２枚のガラスを張り合わせるためのシール材２２ａと２２ｂとから構成されている。ガラス基板の対向面には電極２３ａ、２３ｂが形成されており、その上に高分子配向膜２４ａ、２４ｂが塗布され、ラビング処理がなされている。さらに１方のガラス基板の外側に、偏光板の偏光軸とラビング軸が平行になるように第１の偏光板２５ａが設置されており、他方のガラス基板の外側には第１の偏光板２５ａの偏光軸と９０°異なるようにして第２の偏光板２５ｂが設けられている。また図９に示すように液晶パネル１０の周囲には液晶パネルの温度が常に所定の温度に保たれるように制御するためのヒータ１０２が備えられている。またガラス基板表面には温度センサー１０１が設けられている。
上記実施形態において、温度センサー１０１として液晶の分極反転電流を用いることができる。反強誘電性液晶分子がスイッチングするときには分極反転電流と呼ばれる電流が流れる。この電流値の大きさは液晶分子の自発分極（Ｐｓ）の値に依存しており、この自発分極の値は温度依存性を持つ。そこで、この分極反転電流の値を検出することにより液晶パネルの温度をより正確に知ることができる。図１１は本実施の形態で用いた液晶の分極反転電流値と温度の関係を示した図である。分極反転電流値を測定する電極として反転電流測定用画素を用いることができる。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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