JP2651843B2 - 液晶素子の作動方法 - Google Patents

液晶素子の作動方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は多色表示が可能な液晶素子の作動方法に関す
るものである。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕
多色表示が可能な液晶表示装置における代表的な表示
方式としては、ツイステッドネマティック型(以下TN型
と称す)あるいは黒色色素を添加したゲストホスト型
(以下GH型と称す)の液晶セルをシャッターとして用
い、セル内またはセル外に設けられたカラーフィルター
の透過光強度を制御する方式があり、実用化されてい
る。ところが、この方式はカラーフィルターを用いるた
め透過率が低く、照明を必要とする。また、TN型の液晶
セルを用いたものでは、時分割駆動特性が十分でなく、
大容量表示が困難である。GH型の液晶セルを用いたもの
では、電圧−透過率特性の急峻性がTN型の液晶セルを用
いたものより劣る。そのため時分割駆動させるためには
薄膜トランジスタなどの能動素子を設ける必要がありコ
ストが高くなってしまう。また、応答が遅いという欠点
もある。さらに、上記方式では、複数の画素の加法混色
により多色表示を行うため、画素数が増大してしまうと
いう問題もある。
一方、上記混色法に対して、複屈折を用いた直接法と
して、ネマティック液晶を用いた電界制御複屈折方式が
知られている。この方式では1画素で多色表示が可能で
あるが、視角依存性が大きい、時分割駆動特性が十分で
ないという問題がある。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、明る
い多色表示を容易に行うことができ、高い時分割駆動特
性を有し、視角依存性が改良された液晶素子の作動方法
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〕
上記目的を達成するため、本発明によれば、強誘電性
を示す液晶層を電極を有する一対の基板で挾持してなる
液晶セルを複数個積層した構造を有する液晶セル積層体
と、該液晶セル積層体を挾むようにかつ偏光軸が互いに
平行となるかまたは直交するように配置された一対の偏
光子とからなり、電圧印加時の各液晶層における液晶分
子の2つの配向方向のうち一方が偏光子の偏光軸に対し
て平行となるかまたは直交し、他方が偏光子の偏光軸に
対して約45゜の角度を成すように構成された液晶素子の
各液晶セルに、独立に電圧を印加することにより、各液
晶セルの液晶分子を上記2つの配向方向間でスイッチン
グさせ、レターデーションを変化させることにより複数
の色表示を行うことを特徴とする液晶素子の作動方法が
提供される。
次に本発明を図面により説明する。
第1図は本発明で用いる液晶素子の構成例を示す断面
図である。図中11、21(21a,21b)、31は基板、12、22
は偏光子、13、23(23a,23b)、33は透明電極、14,24
(24a,24b)、34は配向膜、15、25は液晶層、16、26は
外周シールである。
本発明の液晶素子においては、配向膜14が形成され配
向処理が施された透明電極13を有する基板11と、同様に
配向膜24a及び透明電極23aが設けられた基板21aとが離
間、対向して配設され、両基板11、21aと外周シール16
とが形成する空間に強誘電性液晶が封入され液晶層15を
なし、第1の液晶セルが構成されている。また、同様に
して、配向膜24b及び透明電極23bが設けられた基板21b
と、配向膜34及び透明基板33が設けられた基板31と、外
周シール26とが形成する空間に強誘電性液晶が封入され
液晶層25をなし、第2の液晶セルが構成されている。第
1の液晶セルと第2の液晶セルは図示の如く積層され、
その両側にそれぞれ偏光子12,22が配置されている。偏
光子12と22は互いに偏光軸(透過軸)が平行となるかも
しくは直交するように配置される。なお、基板上21aと2
1bは別々の基板であってもよいし、1枚の基板としても
よい。
液晶層15,25には強誘電性を示すカイラルスメクティ
ックC、カイラルスメクティックG、カイラルスメクテ
ィックH、カイラルスメクティックI、カイラルスメク
ティックJ、カイラルスメクティックKまたはカイラル
スメクティックF相を呈する液晶が充填される。またエ
レクトロクリニック効果を示すスメクティックA相も用
いることができる。液晶相15,25の液晶分子は配向膜1
4、24a、24b、34により基板11、21a、21b、31に対して
略水平に配向しており、これら基板11、21a,21b、31の
内面に設けられた透明電極13、23a、23b、33に印加され
る電圧により配向変形し、付与される電界の向きにより
第2図に示すようにAとBの状態で双安定化する。図中
Pは液晶分子、Q,Q′は基板である。配向処理は従来公
知のラビング法や斜方蒸着法を用いて行うことができ
る。
そして本発明は、電圧印加時における液晶層15,25の
液晶分子の電圧印加時の2つの配向方向(第2図A,B)
と偏光子12,22の偏光軸とが以下の関係となるように規
定する。すなわち、先ず液晶分子の双安定配向方向Aお
よびBのうち一方を偏光子12,22の偏光軸に対して平行
となるかまたは直交するようにする。さらに、双安定配
向方向AおよびBのうち他方、すなわち偏光軸に対して
平行または直交の関係にない方の配向方向が、上記偏光
軸に対して約45゜の角度を成すようにする。この角度は
第2図の円錐の頂角に対応しており、用いる液晶材料の
選択により容易に目的の値に設定可能である。また双安
定配向方向A,Bは配向処理はラビング法を用いた場合に
はラビング方向により、斜方蒸着法を用いた場合には蒸
着方向により容易に制御可能である。
次に、電圧印加時の液晶層15,25における液相分子の
配向の一例について第3図を参照して説明する。
第3図は液晶分子の配向を液晶セルの上方から見たと
きの模式図である、ここで第1の液晶セルおよび第2の
液晶セルの液晶層15,25に印加される電圧(中間基板上
の電極に対する外側基板上の電極の電位)をそれぞれ
V1、V2とし、しきい値電圧を超えるある電圧をそれぞれ
+V0、−V0とする。
第3図(a)は第1の液晶セルにおける配向を示した
もので、V1=+V0なる電圧が印加された場合と、V1=−
V0なる電圧V1が印加された場合の配向が示されている。
第3図(b)は第2の液晶セルにおける配向を示したも
ので、V2=+V0なる電圧が印加された場合と、V2=−V0
なる電圧が印加された場合の配向が示されている。ここ
では偏光子12,22の偏光軸は互いに平行で、第3図の紙
面内の左右方向を向いているものとする。すなわち上記
偏光軸はV1=+V0なる電圧、V2=+V0なる電圧が印加さ
れた場合の液晶分子の配向方向に対して直交するように
なっている。なお、偏光軸を該配向方向に平行になるよ
うにしても効果は全く変わらない。
第4図は第3図のような配向を示す本発明の液晶素子
の第1および第2の液晶セルにそれぞれ独立に電圧を加
えたときの液晶分子の配向の様子を示す図である。
第4図(a)はV1=V2=+V0のときの液晶分子の配向
を示したもので、この場合、第1および第2の液晶セル
における液晶分子の配向方向は一致し、偏光子12,22の
偏光軸と直交する。したがって複屈折を生じず、白色光
が観察される。一方、V1,V2をそれぞれV1=+V0,V2=−
V0;V1=−V0,V2=+V0;V1=−V0,V2=−V0とすると第4
図(b)、(c)、(d)に示す配向が得られ、これら
の場合、複屈折が生じる。ここで液晶の屈折率異方性を
Δn、液晶層圧をdとすると、蛍光線と異常光線の位相
差は(Δnd/λ)・πで表わされる。ΔndをRで表わす
と、第4図(b)の場合には第2の液晶セルによるR
(=R2)に対応する複屈折が、第4図(c)の場合には
第1の液晶セルによるR(=R1)に対応する複屈折が、
第4図(d)の場合には第1および第2の液晶セルによ
るR(=R1+R2)に対応する複屈折が観察される。この
ように2つの液晶セルに印加する電圧により、白色+3
色の表示が可能となる。
第5図は第4図に示すものとは別の配向方向の組み合
わせを示したもので、第5図(a)〜(d)における電
圧の印加の仕方は第4図(a)〜(d)と同様である。
印加電圧とRの関係は表−1のようになり、この場合も
R=0、R1、R2、R1+R2に対応する多色表示が可能とな
る。
第6図は上記とはさらに別の配向方向の組み合わせを
示したもので、第6図(a)〜(d)における電圧の印
加の仕方は第4図(a)〜(d)と同様である。図示の
組み合わせは2つの液晶セルにおける液晶分子の配向が
それぞれ直交するケースを含み、印加電圧とRの関係は
表−2のようになり、R=0、R1、R2、R1−R2に対応す
る多色表示が可能となる。
以上の例では、印加電圧を+V0、−V0の2値とした
が、しきい値電圧を超える電圧であればよく、また2つ
の液晶セルに印加される電圧の絶対値は異なっていても
よいことは明らかである。
また液相の傾き角(第4図(b)に示すθ)は色純度
の点から30゜〜60゜の範囲であることが好ましい。
次に、複屈折による着色について第7図および第8図
を参照して説明する。
第7図は偏光軸が互いに直交した一対の偏光板の間に
挾まれた液晶の配向方向が基板と平行で偏光軸と45゜の
角度を成すような配向をもつ液晶セルのレターデーショ
ンR(μm)による色度変化をx,y色度座標上に示した
ものである。第8図は偏光軸が互いに平行な偏光子を用
いた場合の第7図と同様な図である。これらの図からわ
かるように、レターデーションRを種々変化させること
により様々な色変化をさせることができる。本発明に係
る液晶素子は2つの液相セルの液晶配向方向の組み合わ
せによりレターデーションRを変化させ、多色表示を行
うものである。
一対の偏光子の偏光軸が互いに平行な場合における具
体的なRの値と発色の色調を以下に例示する。
このように第1図に示す液晶素子によれば、一対の偏
光子が互いに平行な場合には白色+3色、直交する場合
には黒色+3色の多色表示が可能である。
以上、液晶セルが2層構造の場合について説明した
が、本発明によれば、3層以上の構成とすることにより
色再現数を増加させることができ、たとえば3層構成で
は白色(または黒色)+6色の多色表示が可能である。
さらに、例えばR1による発色とR2による発色を短時間
に交互に繰り返すことにより、混色表示も可能となる。
〔実施例〕
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
透明電極を有するガラス基板上にポリイミド系の配向
膜を形成し、ラビング処理を行った。同様な処理を施し
た別のガラス基板と前記ガラス基板を、粒径5μmのス
ペーサを介し、かつ、ラビング方向が平行となるように
貼り合わせ、外周をエポキシ系の接着剤で固着し、基板
間にΔn=0.13であるチッソ製カイラルスメクティック
液晶CS1011を封入し、セル1を作製した。このセル1の
レターデーションはR=0.65μmであった。次に、粒径
が2.5μmのスペーサーを用いた以外はセル1と同様に
してセル2を作製した。このセル2のレターデーション
はR=0.32μmであった。これらのセル1,2は、電圧印
加によりラビング方向に対して左右22゜の方向が双安定
となった(第9図参照)。
次に、セル1が上になるようにしかも上下の基板のラ
ビング方向が平行となるように2つのセルを重ね、上下
に偏光板を、透過軸が平行で、かつセル1の上側電極に
マイナス電圧をかけたときの配向方向(第9図(a)の
C)に対して直交するように貼り合わせた。
セル1およびセル2における中間基板電極に対する外
側電極の電位をそれぞれV1、V2とすると、電圧印加によ
り表−4のような多色表示が可能であった。
〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、複屈折を利用してい
るため明るい多色表示を容易に行うことができ、しかも
強誘電製液晶を用いているため、高い時分割駆動特性が
得られる。また、液晶の配列変化が基板に平行な面内で
のみ起こるため従来の複屈折モードにみられる視角依存
性が低減され、高品位の多色表示を行うことができる。
さらに、1画素で多色表示を行わせることができるの
で、従来の加法混合法を用いた液晶素子のような画素数
の増加の問題もない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明で用いる液晶素子の構成例を示す断面
図、第2図は液晶分子の双安定配向方向を示す図、第3
図は2つの液晶セルにおける液晶配向を示す図、第4図
は各液晶セルに独立に電圧を印加して得られる配向方向
の組み合わせを示す図、第5図および第6図はそれぞれ
第4図とは別の配向方向の組み合わせを示す図、第7図
および第8図はそれぞれレターデーションによる色変化
をx,y色度座標上に示した図、第9図は本発明の実施例
における各液晶セルの液晶の双安定配向方向を示す図で
ある。 11,21(21a,21b),31……基板 12,22……偏光子 13,23(23a,23b),33……透明電極 14,24(24a,24b),34……配向膜 15,25……液晶層 16,26……外周シール

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】強誘電性を示す液晶層を電極を有する一対
    の基板で挾持してなる液晶セルを複数個積層した構造を
    有する液晶セル積層体と、該液晶セル積層体を挾むよう
    にかつ偏光軸が互いに平行となるかまたは直交するよう
    に配置された一対の偏光子とからなり、電圧印加時の各
    液晶層における液晶分子の2つの配向方向のうち一方が
    偏光子の偏光軸に対して平行となるかまたは直交し、他
    方が偏光子の偏光軸に対して約45゜の角度を成すように
    構成された液晶素子の各液晶セルに、独立に電圧を印加
    することにより、各液晶セルの液晶分子を上記2つの配
    向方向間でスイッチングさせ、レターデーションを変化
    させることにより複数の色表示を行うことを特徴とする
    液晶素子の作動方法。
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