JP3143042B2 - 液晶表示素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は液晶表示素子とその駆
動方法に関し、特に、高速動作可能なアクティブマトリ
クス型の強誘電性液晶表示素子とその駆動方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】強誘電相を有する液晶（強誘電性液晶又
は反強誘電性液晶）を用いる強誘電性液晶表示素子は、
ネマティック液晶を用いるＴＮモード或いはＳＴＮモー
ドの液晶表示素子と比較して、高速応答及び広視野角が
得られる等の点で注目されている。

【０００３】特に、カイラルスメクティックＣ相の螺旋
ピッチが表示素子の基板間隔より小さくかつ配向状態の
メモリ性を有さない強誘電性液晶、即ち、ＤＨＦ（Ｄef
ormed Ｈerical Ｆerroelectric）液晶を用いた液晶表
示素子は、階調表示が可能な強誘電性液晶表示素子とし
て注目されている。

【０００４】ＤＨＦ液晶は、カイラルスメクティックＣ
層の螺旋構造をもった状態で液晶セルに封入されてお
り、印加電圧に応じて、液晶分子は、その長軸方向（ダ
イレクタ）が第１の方向にほぼ配列した第１の配向状態
と、液晶分子の長軸方向が第２の方向にほぼ配向した第
２の配向状態、又は、液晶分子の長軸方向の平均的な配
列が前記第１と第２の方向の間の任意の方向となる中間
配向状態をとる。

【０００５】ＤＨＦ液晶は、配向状態のメモリ性は有し
ていないが、中間配向状態をとることができる。従っ
て、液晶表示素子をアクティブマトリクス型のものと
し、非選択期間も表示階調に応じた電圧をＤＨＦ液晶に
印加し続けることにより、階調画像を表示させることが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近時、画素の高密度化
と画面の大型化に伴い、各画素の選択期間は短くなる傾
向にある。しかし、選択期間を短くしすぎると、各画素
の選択期間だけでは液晶分子の配向が完了しなくなり、
適切な表示ができなくなるという問題がある。一方、選
択期間を一定値に維持したまま画素の行数（走査線数）
を増加させると、１画面分の書き込み時間が長くなる。
従って、単位時間当たりに表示できる画像の枚数、即
ち、フレーム周波数が小さくなり、動画等をスムーズに
表示できなくなるという問題がある。

【０００７】このため、ＤＨＦ液晶等の強誘電性液晶を
使用する液晶表示素子においても、高速応答性を有し、
選択期間を短くすることができ、その結果、フレーム周
波数を高くすることができる素子構造及び駆動方法が求
められている。

【０００８】この発明は上記実状に鑑みてなされたもの
で、高速応答性を有する強誘電性液晶表示素子及びその
駆動方法を提供することを目的とする。またこの発明
は、選択期間を短くすることができる強誘電性液晶表示
素子及びその駆動方法を提供することを他の目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の液晶表示素子は、対向して配置された第
１と第２の基板と、前記第１の基板の内面に形成され、
マトリクス状に配置された画素電極と前記画素電極に接
続されたアクティブ素子と、前記第２の基板の内面に形
成され、前記画素電極に対向する対向電極と、前記画素
電極に接続され、補助容量を有する電荷供給手段と、前
記一対の基板間に配置され、自発分極を有する液晶と、
を備え、前記電荷供給手段は、前記画素電極と対向電極
およびそれらの電極間に介在する液晶とからなる画素容
量の値をChx、この画素容量の等価抵抗をＲhx、物理的
抵抗をＲpとし、補助容量の値をＣcおよびその物理的抵
抗をＲcとしたとき、Chx・（Ｒhx＋Ｒp）＞Ｃc・Ｒcを
満たす容量値Ｃcの補助容量と、物理的抵抗Ｒcとを有す
ることを特徴とする。

【００１０】

【００１１】

【作用】自発分極を有する液晶は誘電率が大きく、通常
のＴＮ液晶などと比較して、画素容量は数倍から１０倍
以上大きい。このため、画素容量の容量値が十分大きい
ため、アクティブ素子がオフした際に、画素電極の電圧
が低下（変化）する現象はほぼ無視可能であり、また、
オフしたアクティブ素子を介して漏れる電荷の量も相対
的に小さい。このため、ＴＮ液晶表示素子に使用されて
いる補償容量（電圧補償容量）を配置する必要はない。

【００１２】そこで、この発明の液晶表示素子では、Ｔ
Ｎ液晶表示素子の補償容量とは全く異なる観点から、自
発分極を有する液晶を用いた液晶表示素子の画素容量に
電荷を供給する電荷供給手段を接続する。電荷供給手段
は、たとえば補助容量から構成され、液晶の配向が実質
的に（ほぼ）完了する前に、アクティブ素子をオフさ
せ、その後の非選択期間に補償容量から画素電局に電荷
を供給して液晶分子を応答させて配向を完了させる。

【００１３】

【００１４】

【実施例】以下、この発明の実施例にかかる強誘電性液
晶表示素子を説明する。図１はこの発明の一実施例にか
かるアクティブマトリクス型強誘電性液晶表示素子の断
面構成を示す。図示するように、このアクティブマトリ
クス型液晶表示素子は、 一対の基板１１、１２と、基
板１１と１２とを接合する封止材ＳＣと、基板１１と１
２と封止材ＳＣとの間に封止された液晶１７とから構成
される液晶セル１８と、 液晶セル１８を挟んで配置さ
れた一対の偏光板２１と２２とを備えている。

【００１５】基板１１、１２はガラス等の絶縁性透明基
板から構成されている。基板１１には、画素電極１３と
アクティブ素子としてのＴＦＴ３１とが図２に示すよう
に、マトリクス状に配置されている。

【００１６】画素電極１３はＩＴＯ等の透明導電材料か
ら形成されている。ＴＦＴ３１は、基板１１上に形成さ
れたゲート電極３４と、ゲート電極３４を覆って、窒化
シリコン（ＳｉＮ）等から構成されたゲート絶縁膜３５
と、ゲート電極３４に対向してゲート絶縁膜３５上に形
成された半導体層３６と、半導体層３６の一端に接続さ
れたソース電極３７と、半導体層３６の他端に接続され
たドレイン電極３８と、より構成される。

【００１７】さらに、基板１１の上には、各行の画素電
極１３にゲート絶縁膜３５を介して対向し、所定の電
圧、例えば、接地電圧が印加されている補助容量電極Ｃ
Ｌが形成されている。補助容量電極ＣＬは、クロム、ア
ルミニウム等の金属又はＩＴＯ等から、行方向に延長さ
れて各行の画素の補償容量ラインを構成している。補助
容量電極ＣＬは、構造的には、ＴＮ液晶表示素子等に使
用される補償容量電極と類似するが、その機能は全く異
なる。この点については、後述する。

【００１８】図２に示すように、各ＴＦＴ３１のゲート
電極３４は対応する行のゲート電極ＧＬに接続され、ソ
ース電極３７は対応する画素電極１３に接続され、ドレ
イン電極３８は対応する列のデータラインＤＬに接続さ
れている。各ゲートラインＧＬは行ドライバ４１に接続
され、各データラインＤＬ及び補助容量電極ＣＬは列ド
ライバ４２に接続されている。行ドライバ４１は各ゲー
トラインＧＬに順次ゲートパルスを印加して、ゲートラ
インＧＬを走査する。列ドライバ４２は、各データライ
ンＤＬに表示階調等に応じた書き込み電圧等を印加し、
補助容量電極ＣＬに所定電圧、例えば、接地電圧を印加
する。各画素電極１３及びＴＦＴ３１の上に配向膜１５
が配置されている。

【００１９】基板１２には、画素電極１３と対向し、所
定電圧、例えば、接地電圧が印加された対向電極１４
と、対向電極１４の上に形成された配向膜１６と、が設
けられている。対向電極１４はＩＴＯ等の透明導電材料
からなる。

【００２０】配向膜１５、１６は、例えば、ポリイミド
系配向材等の水平配向材で形成されている。配向膜１
５、１６の表面には、所定方向にラビング等による配向
処理が施されている。

【００２１】液晶１７は、カイラルスメクティックＣ相
の螺旋ピッチが両基板１１、１２の間隔より小さく、か
つ、配向状態のメモリ性を有さない強誘電性液晶（以
下、ＤＨＦ（Ｄeformed Ｈelical Ｆerroelectric）液
晶）である。ＤＨＦ液晶１７は、カイラルスメクティッ
クＣ相が有する層構造の層の法線を配向膜１５、１６の
配向処理の方向に向けて均一な層構造を形成する。ま
た、その螺旋ピッチが基板１１と１２の間隔より小さい
ため、螺旋構造をもった状態で基板１１と１２の間に封
入されている。

【００２２】ＤＨＦ液晶１７を挟んで対向する画素電極
１３と対向電極１４との間に絶対値が所定の値より高い
電圧を印加したとき、ＤＨＦ液晶１７は印加電圧の極性
に応じて、液晶分子がほぼ第１の方向に配向する第１の
配向状態と液晶分子がほぼ第２の方向に配向する第２の
配向状態のいずれかの状態に設定される。また、絶対値
が前記所定値より低い電圧を画素電極１３と対向電極１
４間に印加したときは、ＤＨＦ液晶１７の描く螺旋が歪
むことにより、液晶分子の平均的な配向方向が、印加電
圧に応じて、第１と第２の配向方向の間の方向となる。

【００２３】配向膜１５、１６の配向処理の方向、ＤＨ
Ｆ液晶１７の液晶分子の配向方向、偏光板２１、２２の
光学軸との関係を図３を参照して説明する。ＤＨＦ液晶
１７は、カイラルスメクテイックＣ相の有する層の法線
方向を配向膜１５、１６の配向処理の方向ＲＵＢにほぼ
一致させた状態で液晶セル１８内に充填されている。一
方の極性でかつ絶対値が所定の値以上の電圧を印加した
時、ＤＨＦ液晶１７の液晶分子は図３に実線で示す第１
の配向方向１７Ａに配向する。他方の極性でかつ絶対値
が所定の値以上の電圧を印加したとき、ＤＨＦ液晶１７
の液晶分子は破線で示す第２の配向方向１７Ｂに配向す
る。

【００２４】偏光板２１は、その透過軸２１Ａが第１の
配向方向１７Ａとほぼ平行になるように配置されてい
る。偏光板２２は、その透過軸２２Ａが透過軸２１Ａと
ほぼ直交するように、配置されている。

【００２５】このような光学配置によれば、ＤＨＦ液晶
１７が第１の配向状態、即ち、液晶分子のダイレクタが
第１の配向方向１７Ａにほぼ配向したとき、液晶表示素
子の表示が最も明るくなる。また、ＤＨＦ液晶１７が第
２の配向状態、即ち、液晶分子のダイレクタが第２の配
向方向１７Ｂにほぼ配向したとき、液晶表示素子の表示
が最も暗くなる。そして、一般に、明暗の比、即ち、コ
ントラストはコーンアングルθが大きくなるに従って大
きくなる。

【００２６】上記構成において、画素電極１３と対向電
極１４のうち画素電極１３に対向する部分とその間のＤ
ＨＦ液晶１７により形成される容量を画素容量Ｃhxと定
義する。また、画素電極１３と充電容量電極ＣＬとその
間のゲート絶縁膜３５により形成される容量を補助容量
Ｃcと定義する。補助容量Ｃcの容量値は画素電極１３と
容量電極ＣＬの対向面積とゲート絶縁膜３５の誘電率に
より一義的に定まる。これに対し、画素容量Ｃhxの容量
値はＤＨＦ液晶１７の材質及びその配向状態に応じてダ
イナミックに変動する。

【００２７】このような構成の液晶表示素子において、
ＤＨＦ液晶１７と補助容量Ｃcとを変更した場合に、所
定の配向状態の変化を得るために必要なゲートパルスの
幅τを測定した結果を図４（Ａ）と（Ｂ）に示す。これ
らの特性は、ゲートラインＧＬにゲートパルスを印加し
てＴＦＴ３１をオンさせ、データラインＤＬに所望の配
向状態を得る為に必要な電圧を印加した場合に、所望の
階調を得るために必要なゲートパルスのパルス幅τと補
助容量Ｃcの容量値の関係を示す。

【００２８】図４（Ａ）に示す特性は、配向速度の速い
ＤＨＦ液晶１７を使用した場合の特性の例を示してお
り、図４（Ｂ）に示す特性は、配向速度の遅いＤＨＦ液
晶１７を使用した場合の特性の例を示す。図４（Ａ）及
び（Ｂ）のそれぞれにおいて、曲線ＱＡは、第１又は第
２の配向状態からワインド配向状態（液晶分子が螺旋状
に配向した状態であって、液晶分子の平均的な配向方向
がラビング方向ＲＵＢと一致する状態）に変化する際の
特性を、曲線ＱＣはワインド配向状態から第１又は第２
の配向状態に変化する際の特性を、曲線ＱＢは第１又は
第２の配向状態から第２又は第１の配向状態に変化する
際の特性をそれぞれ示す。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すよ
うに、第１又は第２の配向状態からワインド配向状態に
変化するのに要する時間が最も長い。従って、各画素の
選択期間は曲線ＱＡに示す配向変化の必要時間により実
質的に定まる。

【００２９】第１の強誘電性液晶の場合には、図４
（Ａ）に示すように、補助容量Ｃcの容量値が増加する
に従って、パルス幅τが長くなる傾向にある。これに対
し、第２の強誘電性液晶の場合には、図４（Ｂ）に示す
ように、補助容量Ｃcの容量値が増加するに従って、パ
ルス幅τが短くなる傾向にある。従って、第１の強誘電
性液晶を使用する場合には、補助容量Ｃcの容量値を大
きくするに従って、各画素の選択期間を長くしなければ
ならない。第２の強誘電性液晶を使用する場合には、補
助容量Ｃcの容量値を大きくするに従って、各画素の選
択期間を短くできる。

【００３０】このような差が生ずる原因を、各画素の等
価回路を示す図５を参照して説明する。この等価回路
は、ゲートパルスによりオン・オフするスイッチＳＷ
（ＴＦＴ３１）と画素容量Ｃhxと補助容量Ｃcとから形
成される。スイッチＳＷは、ゲートパルスによりオン・
オフし、電流路の一端に電圧ＶＤが印加されている。ス
イッチＳＷの電流路の他端は、等価抵抗Ｒhxと物理的な
抵抗Ｒｐを介して画素容量Ｃhxの一方の電極に接続さ
れ、また、物理的な抵抗Ｒｃを介して補助容量Ｃcの一
方の電極に接続されている。画素容量Ｃhxと補助容量Ｃ
cの他方の電極は接地されている。

【００３１】ＤＨＦ液晶等の自発分極を有する液晶の場
合、誘電率が大きいため、画素容量は液晶の自発分極の
値に応じて大きく異なり、また、電圧の印加による液晶
分子の配向状態の変化に応じて大きく相異する。したが
って、液晶材料の相異及びその液晶の配向状態の相異に
より、一つの画素の等価抵抗Ｒhxと画素容量Ｃhxとから
なる時定数が大きく相異する。また、等価抵抗及び画素
容量がダイナミックに変化する。

【００３２】第１の液晶を用いた液晶表示素子では、等
価抵抗Ｒhxと画素容量Ｃhxとからなる時定数が小さく、
図６（Ｂ）に示すように、画素容量Ｃhxの充・放電速度
が、補助容量Ｃcの充・放電速度よりも速い。このた
め、液晶分子の配向状態が所望の状態に達した時点で、
図６（Ａ）に示すゲートパルスをオフすると、図６
（Ｃ）に示すように、補助容量Ｃcに蓄積された電荷量
が不十分なため、画素容量Ｃhxに保持された電荷の一部
が補助容量Ｃcに流れ、液晶分子の配向状態が電荷の逆
流分だけ元に戻ってしまう。そこで、補助容量Ｃcにも
十分に電荷をチャージする時間を確保するために、図４
（Ａ）に示すように、補助容量Ｃcが大きくなるに従っ
てゲートパルスの幅を長くする必要がある。

【００３３】第２の液晶を用いた液晶表示素子では、等
価抵抗Ｒhxと画素容量Ｃhxからなる時定数が大きく、図
６（Ｃ）に示すように、画素容量Ｃhxの充・放電速度は
補助容量Ｃcの充・放電速度よりも遅い。このため、液
晶分子の配向変化が完了する前に、ゲートパルスをオフ
すると、補助容量Ｃcに蓄積された電荷の一部が画素容
量Ｃhxに流れて画素容量Ｃhxを充電し、両方の容量の電
圧がバランスする。即ち、ゲートパルスがオフした後
も、補助容量Ｃcから供給される電荷により液晶分子の
配向が徐々に変化し、配向の変化が完了した時点で、画
素容量Ｃhxと補助容量Ｃcの電圧がバランスする。従っ
て、補助容量Ｃcの容量値を大きくするに従って、画素
容量Ｃcを充電する余裕が大きくなり、ゲートパルスが
短くてすむ。

【００３４】そこで、この実施例では、実験等により、
画素容量Ｃhxの充・放電速度と補助容量Ｃcの充・放電
速度を比較し、補助容量Ｃcの充・放電速度が画素容量
Ｃhxの充・放電速度より速くなるように、ゲート絶縁膜
３５の厚さ及び材質、補助容量電極ＣＬの比抵抗（材
質、厚さ、幅）、長さ等を調整する。また、各画素の開
口率等を考慮し、補助容量Ｃcの容量値等を決定する。
即ち、Ｃhx・（Ｒhx＋Ｒｐ）＞Ｃc・Ｒc が成立するよ
うに条件を設定する。そして、このような構成の液晶表
示素子を駆動する際には、画素容量Ｃhxへの充電が完了
する前に、ゲートパルスをオフし、補助容量Ｃcから画
素容量Ｃhxに充電を行う。即ち、各画素の液晶の配向が
完了する前にゲートパルスをオフし、非選択期間になっ
てからも液晶分子を応答させて配向を完了させる。これ
により、各画素の選択期間を短い時間に設定することが
できる。また、液晶表示素子の設計上、補助容量Ｃcの
充電速度を画素容量Ｃhxの充電速度より速くできない場
合には、補助容量電極ＣＬを設けないようにする。

【００３５】一般に、自発分極が大きく且つコーンアン
グルθが大きい、例えば、４５度以上、望ましくは５０
°以上の液晶は、各液晶分子の配向状態が変化するため
に必要とする電荷の量が多く、画素容量Ｃhxの充電（液
晶の配向の変化の完了）に要する時間が長い。このた
め、一般に、自発分極が大きく且つコーンアングルθが
大きい液晶を用いる場合には、補助容量電極ＣＬを設け
ることにより、選択期間を短縮化できる。図３の光学配
置の場合、コーンアングルθが大きい程、コントラスト
の高い画像を表示できる。従って、この実施例は、高コ
ントラストの画像を高フレーム周波数或いは高密度で表
示する場合に特に好適である。

【００３６】なお、表示階調の変化が小さい場合等、選
択期間内に液晶分子の配向変化が実質的に完了する場合
がある。この場合、充電完了時点で、画素容量Ｃhxと補
助容量Ｃcの電圧がバランスする。

【００３７】補助容量Ｃcは、構造的には、ＴＮ型のＴ
ＦＴ液晶表示素子等の補償容量と類似する。しかし、そ
の機能は補償容量とは全く異なる。即ち、補償容量はＴ
ＦＴがオフした際に、ＴＦＴのゲートソース間容量によ
り、画素電極の電圧が低下してしまうこと、及び、非選
択期間中に画素容量に充電された電荷が放電し、これに
より液晶に印加される電圧（電界）が低下することを防
止又は軽減する為のものである。

【００３８】一方、ＤＨＦ液晶１７は、自発分極を有し
ており、誘電率が高く、画素容量ＣhxがＴＮ液晶表示素
子の画素容量と比較すると数倍から十数倍程度大きい。
このため、強誘電性ＴＦＴ液晶表示素子では、補償容量
を設ける必要がない。むしろ、補償容量電極が液晶表示
素子の開口率等を低下させるため、補償容量を設けない
方が望ましい。しかし、この実施例では従来の補償容量
とは全く異なる観点、即ち、応答速度の遅い液晶を使用
する場合に、非選択期間に補助容量ＣcからＤＨＦ液晶
１７に電荷を供給することにより、非選択期間にも液晶
分子の配向変化を継続させて、選択期間を短くするため
に、補助容量Ｃcを配置している。

【００３９】次に、図１に示す補助容量電極を備える液
晶表示素子の実際的な駆動方法を説明する。強誘電性液
晶等の自発分極を有する液晶は、その電気−光学特性に
おけるヒステリシスが大きい。このため、表示階調に対
応する電圧を単純に画素電極１３と対向電極１４との間
に印加しただけでは、ヒステリシス効果の影響を受け
て、所望の表示階調を安定的に得ることができない。

【００４０】そこで、この実施例では、ＤＨＦ液晶１７
を第１の配向状態にほぼ配向させるパルスと第２の配向
状態にほぼ配向させるパルスを連続させた初期化電圧を
ＤＨＦ液晶１７に印加し、その後表示データに応じた書
き込み電圧をＤＨＦ液晶１７に印加する駆動方法を採用
する。

【００４１】この駆動方法を図７（Ａ）乃至図７（Ｄ）
を参照して説明する。図７（Ａ）乃至７（Ｄ）は、行ド
ライバ４１が第１行のＴＦＴ３１に接続されるゲートラ
インＧＬに印加するゲートパルスと、列ドライバ４２が
データラインＤＬに印加するデータ信号と、ＤＨＦ液晶
１７の自発分極による電荷量（平均的電荷量）と、液晶
表示素子の透過率をそれぞれ示す。

【００４２】また、図７（Ａ）乃至７（Ｄ）において、
ＴＦは１フレーム期間、ＴＳは第１行のＴＦＴ３１の選
択期間、ＴＯは非選択期間を示す。各選択期間ＴＳは４
つのスロットｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４に４等分されてい
る。各スロットの期間Δｔは、ＤＨＦ液晶１７が第１又
は第２の配向状態からワインド配向状態に配向変化する
のに要する時間よりも短い時間に設定されている。最初
のスロットｔ１は補償パルスＰ１１の印加期間、スロッ
トｔ２は第１リセットパルスＰ１２の印加期間、スロッ
トｔ３は第２リセットパルスＰ１３の印加期間、最終ス
ロットｔ４は書き込みパルスＰ１４の印加期間である。

【００４３】書き込みパルスＰ１４は表示データ（表示
階調）に対応した電圧ＶＤを有するパルスである。補償
パルスＰ１１は、書き込みパルスＰ１４の印加によりＤ
ＨＦ液晶１７に直流電圧成分が片寄ってかかるのを補償
するためのパルスであり、電圧−ＶＤを有する。

【００４４】第２リセットパルスＰ１３は、ＤＨＦ液晶
１７の分子のダイレクタのほとんどを第２の配向方向１
７Ｂに配向させるためのパルスであり、電圧−ＶＲを有
する。第１リセットパルスＰ１２は、第２リセットパル
スＰ１３の印加によりＤＨＦ液晶１７に直流電圧成分が
片寄ってかかるのを補償するパルスであり、電圧ＶＲを
有する。

【００４５】各パルスＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４
の極性及び電圧値は、いずれも、データ信号の基準電圧
Ｖ０に対する極性と電圧である。基準電圧Ｖ０は対向電
極１４と補助容量電極ＣＬに印加される電圧と同一であ
る。この駆動方法では、書き込み電圧ＶＤの最小値をＶ
０とし、最大値Ｖmaxを第１のリセットパルスＰ１２の
リセット電圧ＶＲより若干低い値として、Ｖ０乃至Ｖma
xの範囲で書き込み電圧ＶＤを制御する。

【００４６】上記のようなゲートパルスとデータ信号と
を用いて図１の強誘電性液晶表示素子を駆動すると、各
行の選択期間ＴＳに、補償パルスＰ１１と、第１リセッ
トパルスＰ１２と、第２リセットパルスＰ１３と、書き
込みパルスＰ１４とが順次ＴＦＴ３１を介して画素電極
１３に印加される。補償パルスＰ１１と、第１リセット
パルスＰ１２と、第２リセットパルスＰ１３との印加に
より、タイムスロットｔ４開始時点のＤＨＦ液晶１７の
配向状態はどの選択期間ＴＳにおいてもほぼ同一になる
（ダイレクタが第２の配向方向１７Ｂをほぼ向いた状態
にある）。

【００４７】その後、タイムスロットｔ４において、書
き込みパルスＰ１４がＤＨＦ液晶１７に印加され、書き
込み電圧ＶＤにより画素容量Ｃhxと補助容量Ｃcが充電
される。前述のように、各スロットの期間Δｔは、ＤＨ
Ｆ液晶１７が、第１又は第２の配向状態からワインド配
向状態へ配向変化するのに要する時間より短い時間に設
定されている。従って、スロットｔ４の間に液晶分子の
配向が完了しない場合も多い。

【００４８】非選択期間ＴＯになると、ＴＦＴ３１がオ
フし、列ドライバ４２から画素容量Ｃhx及び補助容量Ｃ
cへの電荷の供給が停止する。しかし、液晶分子の配向
の変化が完了していない場合には、補助容量Ｃｃから画
素容量Ｃhxに電荷が転送され、この電荷に応答して液晶
分子の配向状態が変化する。液晶分子の配向変化が完了
した時点で画素容量Ｃhxと補助容量Ｃｃとの電圧がバラ
ンスし、この状態が次の選択期間ＴＳまで維持される。

【００４９】上記駆動方法によれば、タイムスロットｔ
４開始時点の液晶分子の配向状態が全てのタイムスロッ
トでほぼ一定である。従って、電気−光学特性のヒステ
リシスの影響がなく、書き込み電圧ＶＤにより透過率を
制御して、明確な階調表示を実現できる。しかも、選択
期間ＴＳだけでなく、非選択期間ＴＯにも液晶分子を応
答させているので、選択期間ＴＳ内に液晶分子の配向の
変化を完了させる必要がなく、選択期間ＴＳを短くする
ことができる。

【００５０】図７（Ａ）、（Ｂ）に示す駆動方法では、
各選択期間ＴＳ内に４つのパルスをＤＨＦ液晶１７に印
加したが、例えば、図８に示すように、補償パルスＰ１
１の電圧ＶＤと第１のリセットパルスＰ１２の電圧レベ
ルＶＲを加算し、加算後の電圧値ＶＲ−ＶＤを有するパ
ルスを印加した後、第２のリセットパルスＰ１３を印加
し、その後、書き込み電圧ＶＤを有する書き込みパルス
Ｐ１４を印加するようにしてもよい。このようにすれ
ば、選択期間内に３つのパルスをＤＨＦ液晶１７に印加
すればよく、選択期間を更に短くすることができる。

【００５１】上記実施例では、偏光板２１の透過軸２１
ＡをＤＨＦ液晶１７の第２の配向方向１７Ｂとほぼ平行
にした。しかし、上記駆動方法は、偏光板２１の透過軸
２１ＡをＤＨＦ液晶１７の第１の配向方向１７Ａにほぼ
平行にし、偏光板２１の透過軸２１Ａを透過軸２１Ａに
ほぼ直行させたＤＨＦ液晶表示素子にも適用可能であ
る。

【００５２】また、図９に示すように、偏光板２１、２
２の一方、例えば、偏光板２１をその透過軸２１ＡがＤ
ＨＦ液晶１７のスメクティック相の層の法線方向とほぼ
平行となるように配置し、偏光板２２をその透過軸２２
Ａが偏光板２１の透過軸２１Ａとほぼ直交するように配
置してもよい。

【００５３】図９に示すように偏光板２１、２２を設定
した強誘電性液晶表示素子は、液晶分子を第１又は第２
の配向方向１７Ａ、１７Ｂに配向させた時に透過率が最
も高くなり、液晶分子を前記スメクティック相の層の法
線方向とほぼ平行な中間方向に配向させた時に透過率が
最も低くなる。

【００５４】このような光学配置を採用する場合には、
図７及び図８に示した駆動方法の他に図１０（Ａ）、
（Ｂ）又は（Ｃ）に示す駆動方法を使用することができ
る。図１０（Ａ）は、行ドライバ４１が第１行のゲート
ラインＧＬに印加するゲートパルスの波形を示し、図１
０（Ｂ）又は（Ｃ）は、列ドライバ４２がデータライン
ＤＬに印加するデータ信号の波形を示す。なお、理解を
容易にするため、第１行の画素用のデータ信号のみを示
し、他の行用のデータ信号は図示しない。

【００５５】図１０（Ａ）〜（Ｃ）において、ＴＦは１
フレーム期間、ＴＳは第１行の画素の選択期間、ＴＯは
非選択期間を示す。各選択期間ＴＳは、例えば、約４５
μ秒である。この駆動方法においては、図１０（Ｂ）又
は（Ｃ）に示すように、連続する２つのフレームＴＦod
d（奇数番目のフレーム）とＴＦeven（偶数番目のフレ
ーム）の選択期間ＴＳに、表示階調に応じ、極性が反対
で絶対値が同一の電圧値ＶＤ、−ＶＤ（又は、−ＶＤ、
ＶＤ）を有する駆動パルス（書き込みパルス）をデータ
ラインＤＬに印加する。即ち、１つの画像データ（階調
信号）について、電圧の絶対値が等しく、極性が正と負
との２つの駆動パルスを２つのフレームＴＦoddとＴＦe
venの選択期間ＴＳにそれぞれ１つずつ印加する。

【００５６】上記のような波形のゲートパルスとデータ
信号とを用いて強誘電性液晶表示素子を駆動すると、各
行の選択期間ＴＳに、データ信号の電圧（書き込み電
圧）ＶＤ又は−ＶＤがゲートパルスによりオンしている
ＴＦＴ３１を介して画素電極１３に印加され、画素容量
Ｃhxと補助容量Ｃcを充電し、液晶分子の配向状態を変
化させる。ゲートパルスのパルス幅は、前述のように、
液晶分子の配向状態が完了する時間よりも短く設定され
ており、ゲートパルスがオフした後で、補助容量Ｃcか
ら画素容量Ｃhxに電荷が転送され、画素容量Ｃhxと補助
容量Ｃcの電圧がバランスした時点で液晶分子の配向が
完了する。

【００５７】この駆動方法でも、非選択期間ＴＯに、補
助容量から画素容量Ｃhxへの充電を行い液晶分子の配向
を完了させるので、選択期間ＴＳを短い時間に設定する
ことができる。また、連続する２つのフレームで、極性
が逆で絶対値が等しい電圧を各画素（画素電極）に印加
するので、ＤＨＦ液晶１７に直流電圧成分が片寄って印
加されることがない。従って表示の焼き付き現象や液晶
の劣化を生ずることもない。

【００５８】なお、奇数フレームと偶数フレームで異な
った画像データに対する電圧を極性を異ならせて印加す
るようにしてもよい。表示画像が短時間に急激に変化す
ることはまれである。このため、このような駆動方法と
しても、ＤＨＦ液晶１７に正極性又は負極性の電圧が片
寄って印加される可能性は小さく、実際上の問題はほと
んど発生しない。

【００５９】上記実施例においては、強誘電性液晶とし
てＤＨＦ液晶を用いたが、強誘電性液晶としてＳＢＦ液
晶を使用してもよい。ＳＢＦ液晶は、カイラルスメクテ
ィック相の螺旋ピッチが基板１１と１２の間隔より小さ
く、かつ、双安定性を有する強誘電性液晶であり、印加
電圧の極性と電圧値（絶対値）に応じて、第１の安定状
態にある液晶分子と第２の安定状態にある液晶分子が混
在した状態（中間の配向状態）にも配向する。第１と第
２の安定状態の分子の割合を制御することにより、階調
表示が可能である。

【００６０】ＳＢＦ液晶は、ＤＨＦ液晶と同様に、自発
分極を有しており、単純に電圧を印加しただけでは配向
状態が変化せず、電荷の供給に応じて徐々に配向が変化
する。そこで、上記実施例と同様に、補助容量Ｃcの充
・放電速度を画素容量Ｃhxの充・放電速度よりも高速と
することにより、非選択期間ＴＯに補助容量Ｃcから画
素容量Ｃhxに電荷を転送し、配向を完了させるようにす
る。

【００６１】なお、この発明は上記実施例に限定され
ず、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上記実
施例では、ＤＨＦ液晶、ＳＢＦ液晶等の強誘電性液晶を
使用する例を示したが、その他の自発分極を有する液晶
材料、例えば、強誘電相と反強誘電相を有する反強誘電
性液晶等も同様にも適用可能である。また、上記実施例
では、偏光板２１、２２の光学軸として透過軸を例に説
明したが、吸収軸を図３又は図９に示すように配置して
もよい。

【００６２】また、この実施例の駆動方法はＴＦＴをア
クティブ素子とするものに限らず、ＭＩＭをアクティブ
素子とする強誘電性液晶表示素子の駆動にも適用するこ
とができる。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の液晶表
示素子によれば、各画素の選択期間を短くすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる強誘電性液晶表示
素子の断面構造を示す図である。

【図２】図１に示す強誘電性液晶表示素子のＴＦＴ基板
の構造を示す図である。

【図３】配向処理の方向と液晶分子の配向方向と偏光板
の光学軸の位置関係の一例を示す図である。

【図４】（Ａ）は図１に示す液晶表示素子において、誘
電分極が小さく且つコーンアングルの小さい強誘電性液
晶を充填し、画素電極と補助容量電極の対向面積を変化
させた時に、所望の表示階調を得るために必要な書き込
みパルスのパルス幅を示す図である。（Ｂ）は図１に示
す液晶表示素子において、誘電分極が大きく且つコーン
アングルの大きい強誘電性液晶を充填し、画素電極と補
助容量電極の対向面積を変化させた時に、所望の表示階
調を得るために必要な書き込みパルスのパルス幅を示す
図である。

【図５】図１及び図２に示す構成の液晶表示素子の１つ
の画素の等価回路を示す図である。

【図６】（Ａ）は、ゲートパルスの波形図、（Ｂ）と
（Ｃ）は、図４（Ａ）に示す特性が得られる理由を説明
するためのタイミングチャートである。（Ｄ）と（Ｅ）
は、図４（Ｂ）に示す特性が得られる理由を説明するた
めのタイミングチャートである。

【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、図１及び図２に示す構成の
液晶表示素子の第１の駆動方法を説明するためのタイミ
ングチャートである。

【図８】図１及び図２に示す構成の液晶表示素子の第２
の駆動方法を説明するためのタイミングチャートであ
る。

【図９】配向処理の方向と液晶分子の配向方向と偏光板
の光学軸の位置関係の一例を示す図である。

【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１及び図２に示す構成
の液晶表示素子の第３の駆動方法を説明するためのタイ
ミングチャートであり、（Ａ）は、ゲートパルスの波形
図、（Ｂ）と（Ｃ）はデータ信号の波形図である。

【符号の説明】

１１・・・基板、１２・・・基板、１３・・・画素電極、１４・・・
対向電極、１５・・・配向膜、１６・・・配向膜、１７・・・Ｄ
ＨＦ液晶、１８・・・液晶セル、２１・・・偏光板、２２・・・
偏光板、３１・・・ＴＦＴ、３４・・・ゲート電極、３５・・・
ゲート絶縁膜、３６・・・半導体層、３７・・・ソース電極、
３８・・・ドレイン電極、４１・・・行ドライバ、４２・・・列
ドライバ、ＤＬ・・・データライン、ＧＬ・・・ゲートライ
ン、ＣＬ・・・補助容量電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−34724（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−160812（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−82759（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/136 G02F 1/141

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向して配置された第１と第２の基板と、 前記第１の基板の内面に形成され、マトリクス状に配置
   された画素電極と前記画素電極に接続されたアクティブ
   素子と、 前記第２の基板の内面に形成され、前記画素電極に対向
   する対向電極と、 前記画素電極に接続され、補助容量を有する電荷供給手
   段と、 前記一対の基板間に配置され、自発分極を有する液晶
   と、 を備え、 前記電荷供給手段は、前記画素電極と対向電極およびそ
   れらの電極間に介在する液晶とからなる画素容量の値を
   Chx、この画素容量の等価抵抗をＲhx、物理的抵抗をＲp
   とし、補助容量の値をＣcおよびその物理的抵抗をＲcと
   したとき、 Chx・（Ｒhx＋Ｒp）＞Ｃc・Ｒc を満たす容量値Ｃcの補助容量と、物理的抵抗Ｒcとを有
   することを特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】前記電荷供給手段は、前記画素電極と、前
   記画素電極に絶縁物を介して対向する補助容量電極とか
   ら構成される補助容量を備える、ことを特徴とする請求
   項１に記載の液晶表示素子。
3. 【請求項３】前記電荷供給手段は、前記画素電極と前記
   補助容量電極とその間の絶縁物とから構成され、前記ア
   クティブ素子がオンされて前記画素電極に所定電圧が印
   加される期間中に電荷を蓄積する補助容量と、液晶の配
   向が完了する前に前記アクティブ素子をオフされた後、
   前記画素電極と前記対向電極とその間の前記液晶とから
   構成される画素容量に電荷を移動させて前記液晶を所望
   の配向状態に設定する手段と、を備えることを特徴とす
   る請求項１に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】前記補助容量は、前記画素電極と前記対向
   電極とその間の前記液晶とから形成される画素容量を充
   電する速度よりも、速い速度で充電されることを特徴と
   する請求項２又は３に記載の液晶表示素子。