JP3641907B2 - Liquid crystal display - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高デューティでの時分割駆動を可能とした液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置には、バックライトからの光を利用して表示する透過型のものと、自然光や室内照明光等の外光を利用して表示する反射型のものとがある。
これらの液晶表示装置は、液晶セルをはさんでその表面側と裏面側とに偏光板を配置したものであり、反射型の液晶表示装置は、裏側偏光板の裏面側に反射板を配置して構成されている。なお、反射型の液晶表示装置には、偏光板を１枚だけ備えたものもあり、この反射型液晶表示装置は、液晶セルの表面側に偏光板を配置し、前記液晶セルの裏面側に反射板を配置して構成されている。
【０００３】
これらの液晶表示装置に用いられる液晶セルは、互いに対向する面それぞれに電極が形成されるとともにその電極が形成された面上にそれぞれ配向処理が施された一対の基板間に液晶を挟持した構成となっており、液晶の分子は、それぞれの基板の近傍における配向方向を前記配向膜により規制されて、所定の配向状態（例えばツイスト配向状態）で配向している。
【０００４】
上記液晶表示装置は、液晶セルの各画素部の電極間に表示データに応じた駆動電圧を印加して表示駆動されており、前記電極間に電圧を印加すると、液晶分子が電圧無印加の初期配向状態から基板面に対して立上がるように配向状態を変え、その配向状態に応じて光の透過が制御される。
【０００５】
ところで、上記液晶表示装置には、単純マトリックス方式の液晶セルを用いるものと、アクティブマトリックス方式の液晶セルを用いるものとがあるが、液晶セルの構造が極く簡単で低コストに得られるという点では、単純マトリックス方式が有利である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、単純マトリックス方式の液晶セルを用いる液晶表示装置は、液晶セルの各画素部の電極間（走査電極と信号電極との間）への書込み電圧の印加によって液晶層に印加される駆動電圧の実効値を制御することにより、前記駆動電圧の実効値に応じた液晶分子の電界誘起による前記液晶分子の配向状態を変化させて表示駆動されるため、光の透過状態を段階的に制御する表示を行なう場合、時分割数が多くなると、各段階に対応する実効値の差を大きくとることができなくなり、そのために、高デューティで時分割駆動しようとすると、液晶セルを駆動する際の動作電圧マージン（各階調を表示するための電圧の実効値の差）が小さくなり、明確な段階的表示ができなくなる。
【０００７】
このため、単純マトリックス方式の液晶セルを用いる液晶表示装置は、高デューティでの時分割駆動が難しく、したがって、画素数を多くして表示画像の高精細化をはかることは困難であった。
【０００８】
この発明は、駆動電圧の実効値を制御して駆動される液晶セルを用いるものでありながら、その駆動デューティに対して動作電圧マージンを大きくして、高デューティでの時分割駆動を可能とし、画素数の多い高精細画像の表示を実現することができる液晶表示装置を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の液晶表示装置は、互いに対向する面それぞれに電極が形成された一対の基板の間にネマティック液晶層を挟持した液晶セルと、この液晶セルの少なくとも表面側に配置された少なくとも一枚の偏光板とを備え、
前記一対の基板の電極間に、液晶分子をその分子長軸が基板面に対してほぼ垂直になるように配向させるリセット電圧を印加した後、それより低い値の第１の準安定状態選択電圧とこの第１の準安定状態選択電圧とは異なる第２の準安定状態選択電圧とのいずれかを選択的に印加することにより、液晶分子を、所定の状態で配向する第１の準安定状態とこの第１の準安定状態とは異なる配向状態で配向する第２の準安定状態とのいずれかに配向させ、且つその第１および第２の準安定状態それぞれにおいて液晶層に実効値の異なる複数の駆動電圧を印加することにより、前記複数の駆動電圧の実効値それぞれに応じた液晶分子の電界誘起によって前記液晶分子が複数の配向状態に配向する液晶表示装置であって、
前記ネマティック液晶は、誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料からなっていることを特徴とするものである。
【００１０】
この発明の液晶表示装置は、液晶分子を上記第１と第２のいずれかの準安定状態に配向させ、それぞれの準安定状態において液晶層に実効値の異なる複数の駆動電圧を印加することにより、液晶分子を前記複数の駆動電圧の実効値それぞれに応じた複数の配向状態に配向させて光の透過状態を制御するものであり、第１の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記第１の準安定状態に配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもち、第２の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記第２の準安定状態に配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもつ。
【００１１】
すなわち、この液晶表示装置は、液晶セルの液晶分子の配向状態が互いに異なる第１の準安定状態と第２の準安定状態のそれぞれにおいて、それぞれ異なる電気光学特性を持ち、これら第１の準安定状態と第２の準安定状態毎に液晶分子を複数の配向状態に配向させるように制御されるものである。したがって、段階的に制御しようとする透過状態のうちの複数の透過状態の制御を一方の電気光学特性を利用して行ない、他の複数の透過状態の制御を他方の電気光学特性を利用して行なうことができる。
【００１２】
このため、この液晶表示装置によれば、透過状態の全段階数を、前記一方の電気光学特性を利用するとき、つまり第１の準安定状態を選択して光の透過状態を制御するときと、前記他方の電気光学特性を利用するとき、つまり第２の準安定状態を選択して光の透過状態を制御するときとに振り分けることができ、そのために、それぞれの準安定状態で駆動される段階数が少なくなるから、それぞれの準安定状態の中で、少ない段階数の時分割駆動を行なうことができる。
【００１３】
したがって、この液晶表示装置によれば、駆動電圧の実効値を制御して駆動される液晶セルを用いるものでありながら、その駆動デューティに対して動作電圧マージンを大きくし、高デューティでの時分割駆動を可能とすることができる。
【００１４】
また、この液晶表示装置の表示の書換えは、まず前記リセット電圧の印加により、前の液晶分子の配向状態をリセットし、前記第１または第２の準安定状態選択電圧の印加によりいずれかの準安定状態を選択した後に、次の書込み状態を得るための書込み電圧を印加することによって行なうが、この発明では、前記液晶セルの液晶に、誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料を用いているため、前記リセット電圧の印加による前の液晶分子の配向状態のリセットを応答性良く行なわせることができる。
【００１５】
このため、この発明の液晶表示装置によれば、液晶分子の配向状態をリセットするためのリセット電圧の印加時間を短くし、準安定状態の切換時間を短縮することができるから、より高デューティでの時分割駆動を可能とし、画素数の多い高精細画像の表示を実現することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明の液晶表示装置は、液晶分子が、リセット電圧を印加した後の第１または第２の準安定選択電圧の選択的な印加により配向する第１と第２のいずれかの準安定状態と、その準安定状態が選択された後の駆動電圧の実効値に応じた電界誘起による配向状態とに配向する液晶層を備えた液晶セルを用い、前記第１と第２の準安定状態および駆動電圧の実効値に応じた配向状態を制御することにより、前記第１および第２の準安定状態の各々において光の透過状態を複数の段階に制御して、それぞれの準安定状態の中で、少ない段階数の時分割駆動を行なうことができるようにするとともに、前記液晶セルの液晶に、誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料を用いることにより、リセット電圧の印加による前の液晶分子の配向状態のリセットを応答性良く行なわせるようにして、高デューティでの時分割駆動を可能としたものである。
【００１７】
この発明の液晶表示装置において、前記液晶セルの液晶層は、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ０°〜ほぼ１８０°のねじれ角で非ツイストまたはツイスト配向したスプレイ配向の初期配向状態を有し、前記第１の準安定状態は、液晶分子が前記初期配向状態から前記一方の方向にさらにほぼ１８０°ねじれて配向してスプレイ歪を解消した配向状態、前記第２の準安定態は、液晶分子が前記初期配向状態から前記一方の方向とは逆方向にほぼ１８０°ねじれて配向してスプレイ歪を解消した配向状態である。
【００１８】
【実施例】
以下、この発明を反射型の液晶表示装置に適用した実施例を図面を参照して説明する。
図１はこの発明の第１の実施例による液晶表示装置の基本構成を示す斜視図であり、（ａ）は初期配向状態、（ｂ）は第１の準安定状態、（ｃ）は第２の準安定状態を示している。図２は前記液晶表示装置の断面図である。
【００１９】
この実施例の液晶表示装置は、図１および図２に示すように、液晶セル１０をはさんでその表面側と裏面側とに偏光板２１，２２を配置するとともに、裏側の偏光板２２の背後に反射板３０を配置し、さらに前記液晶セル１０に、この液晶セル１０を駆動するための駆動系４０を接続して構成されている。
【００２０】
上記液晶セル１０は、図２のように、内面に透明電極１３，１４が設けられるとともにその上に配向処理を施した配向膜１５，１６が形成された表裏一対の透明基板１１，１２間に液晶１８を挟持したものであり、前記一対の基板１１，１２は枠状のシール材１７を介して接合されており、液晶１８は両基板１１，１２間の前記シール材１７で囲まれた領域に封入されている。なお、前記配向膜１５，１６はポリイミド等からなる水平配向膜であり、その膜面を所定の方向にラビングすることによって配向処理されている。
【００２１】
この液晶セル１０は、単純マトリックス型のものであり、その表側基板１１に設けられた透明電極１３は、一方向（図２において左右方向）に沿わせて形成された複数本の走査電極、裏側基板１２に設けられた透明電極１４は、前記走査電極１３とほぼ直交する方向に沿わせて形成された複数本の信号電極である。
【００２２】
さらに、この液晶セル１０は、その液晶１８に、カイラル剤を添加してツイスト配向性をもたせたネマティック液晶を用いたものであり、この実施例で用いたネマティック液晶は、室温において、粘度が３０ｃｐ以上、弾性定数比Ｋ33／Ｋ11が１．５以上の物性を示す誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料からなっている。
前記液晶材料の粘度は、望ましくは３０〜４５ｃｐの範囲であり、弾性定数比Ｋ33／Ｋ11は、望ましくは１．５〜２．２の範囲である。
【００２３】
前記液晶セル１０の液晶層は、初期配向状態では、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向に０°〜１８０°のねじれ角で非ツイスト配向（ねじれ角が０°配向）またはツイスト配向したスプレイ配向状態にある。
【００２４】
そして、この液晶セル１０は、その液晶層に、液晶分子が基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向する十分高い電圧値のリセット電圧を印加した後にそれより低い所定の値の選択電圧を印加することにより、液晶分子が初期配向状態から前記一方の方向（初期配向状態でのツイスト配向方向と同じ方向）にさらにほぼ１８０°ねじれてツイスト配向してスプレイ歪を解消した第１の準安定状態になり、また前記リセット電圧の印加後、それより低い他の所定の値の選択電圧の印加により、液晶分子が前記初期配向状態から前記一方の方向とは逆方向（第１の準安定状態でのツイスト配向方向とは逆の方向）にほぼ１８０°ねじった角度でツイスト配向してスプレイ歪を解消した第２の準安定状態になるとともに、前記第１および第２の準安定状態における液晶分子の配向状態が、表示データに応じて印加される駆動電圧の実効値に応じて変化する電界により誘起された配向状態を有している。
【００２５】
なお、この実施例では、前記初期配向状態での液晶分子のねじれ角をほぼ９０°としており、したがって、前記第１の準安定状態は、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ２７０°のねじれ角でツイスト配向する状態であり、第２の準安定状態は、液晶分子が前記一方の基板の配向処理方向を基準として前記第１の準安定状態とは逆の方向にほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向する状態である。
【００２６】
図１において、１１ａ，１２ａは液晶セル１０の両基板１１，１２の配向処理方向（配向膜１５，１６のラビング方向）を示しており、この実施例では、表側基板１１の配向膜１５を、液晶表示装置の画面の横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ４５°ずれた方向であって前記画面の左下から右上に向かう方向に配向処理し、裏側基板１２の配向膜１６を、前記横軸ｘに対し表面側から見て右回りにほぼ４５°ずれた方向であって前記画面の左上から右下に向かう方向に配向処理している。すなわち、両基板１１，１２の配向処理方向１１ａ，１２ａは、互いにほぼ直交する方向である。
【００２７】
また、この実施例では、上記液晶１８として、表面側から見て左回りのツイスト配向性を有するカイラル剤を添加したものを用いており、したがって、この液晶セル１０の液晶分子は、初期配向状態では、スプレイ歪をもって、表面側から見て左回り方向（カイラル剤による付与されるねじれ方向）にほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向している。
【００２８】
この初期配向状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図１の（ａ）に破線矢印で示した方向、つまりカイラル剤により付与されるねじれ方向に、ほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向したスプレイ配向状態である。
【００２９】
上記初期配向状態は、実際に表示には使用しない状態であり、上記液晶セル１０は、その各画素部の液晶分子の配向状態を、上述した第１および第２の準安定状態に配向させて表示駆動される。
【００３０】
上記第１の準安定状態と第２の準安定状態は、前記初期配向状態から液晶分子のねじれ角がほぼ１８０°変化してスプレイ歪を解消した状態であり、前記裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、カイラル剤により付与されるねじれ方向へのねじれ角を＋の角度、前記カイラル剤により付与されるねじれ方向とは逆方向（カイラル剤によるねじれをほどく方向）へのねじれ角を−の角度とすると、第１の準安定状態は、初期配向状態に対してねじれ角が＋１８０°変化したツイスト配向状態であり、第２の準安定状態は、初期配向状態に対してねじれ角が−１８０°変化したツイスト配向状態である。
【００３１】
上記初期配向状態から第１および第２の準安定状態への配向状態の切換えは、液晶セル１０の各画素部の電極間（走査電極１３と信号電極１４との間）に、まず液晶分子が基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向する十分高い電圧値のスプレイ歪解消電圧を印加し、その後、前記電極間に、所定の値の選択電圧を印加することによって行なわれる。
【００３２】
すなわち、スプレイ歪解消電圧の印加により液晶分子を基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向させた後に、前記スプレイ歪解消電圧よりも低い所定の値の選択電圧（以下、第１準安定状態選択電圧という）を印加すると、液晶分子が初期配向状態でのねじれ角にさらにほぼ１８０°のねじれが加わったねじれ角（９０°＋１８０°＝２７０°）でツイストする状態に配向してスプレイ歪を解消し、第１の準安定状態になる。
【００３３】
この第１の準安定状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図１の（ｂ）に破線矢印で示したツイスト方向、つまり表面側から見て左回り方向（カイラル剤により付与されるねじれ方向）に、ほぼ２７０°のねじれ角でツイスト配向する状態である。
【００３４】
また、スプレイ歪解消電圧の印加により液晶分子を基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向させた後に、前記スプレイ歪解消電圧よりも低い所定の値の選択電圧（以下、第２準安定状態選択電圧という）を印加すると、液晶分子が初期配向状態でのねじれ角からほぼ１８０°のねじれを差し引いたねじれ角（９０°−１８０°＝−９０°）でツイストする状態に配向してスプレイ歪を解消し、第２の準安定状態になる。
【００３５】
この第２の準安定状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図１の（ｃ）に破線矢印で示したツイスト方向、つまり表面側から見て右回り方向（カイラル剤により付与されるねじれ方向とは逆方向）に、ほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向した状態である。
【００３６】
さらに、上記第１の準安定状態と第２の準安定状態とは、その一方から他方に切換えることが可能であり、液晶分子がいずれの準安定状態に配向している状態でも、まず電極１３，１４間に液晶分子を基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向する十分高い電圧値のリセット電圧を印加して前記準安定状態をリセットし、その後に上記第１または第２の準安定状態選択電圧を印加すれば、液晶分子の配向状態を、一方の準安定状態から他方の準安定状態に切換えることができる。
【００３７】
なお、上記第１準安定状態選択電圧と第２準安定状態選択電圧は、使用するネマティック液晶の特性およびカイラル剤の特性と添加量によって決まるが、第１準安定状態選択電圧はほぼ０Ｖ（ほどんど電圧を印加しない値）であり、第２準安定状態選択電圧はほとんどの液晶分子が初期配向状態でのプレチルト角と同程度またはそれに近い傾き角で配向する低い値であり、前記第１準安定状態選択電圧よりは絶対値が大きい電圧である。
【００３８】
図３は上記初期配向状態とリセット状態と第１および第２の準安定状態における液晶分子の配向状態を液晶セル１０の下縁方向（横軸ｘに対して直交する方向）から見た模式図であり、１８ａは液晶分子を示している。
【００３９】
この模式図のように、上記初期配向状態（液晶分子が裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として表面側から見て左回り方向にほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向している状態）は、両基板１１，１２の近傍の液晶分子はそれぞれの基板１１，１２面に対してその配向処理方向１１ａ，１２ａに向かって数度程度のプレチルト角で斜めに起き上がるように配向しているが、ツイスト配向している液晶分子をそれぞれの分子長軸が同一平面上にくるように展開して見たときのそれぞれの基板１１，１２側でのプレチルトの傾きが互いに逆になっている状態であり、したがって液晶分子は、基板１１，１２から離れるのにともなってチルト角が小さくなり、液晶層厚の中間（チルト角が０°になる点）を境にして基板１１，１２面に対する傾き方向が逆になった状態（スプレイ歪をもった状態）のツイスト配向状態にある。
【００４０】
また、上記リセット状態は、両基板１１，１２の近傍の液晶分子（図では省略している）は初期配向状態とほとんど変わらない状態（それぞれの基板１１，１２面に対してその配向処理方向１１ａ，１２ａに向かって数度程度のプレチルト角で斜めに起き上がるように配向している状態）にあるが、基板１１，１２からある程度以上離れているほとんどの液晶分子は基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がるように配向した状態である。
【００４１】
さらに、第１の準安定状態（液晶分子が一方の方向にほぼ２７０°のねじれ角でツイスト配向する状態）は、両基板１１，１２の近傍の液晶分子の配向状態は初期配向状態とほとんど変わらないが、液晶分子が前記初期配向状態よりもさらにほぼ１８０°ねじれてツイスト配向した状態であり、したがって、ツイスト配向している液晶分子をそれぞれの分子長軸が同一平面上にくるように展開して見たときの液晶分子１８ａの傾き方向は同じ方向であるから、この第１の準安定状態は、スプレイ歪の無いツイスト配向状態である。
【００４２】
また、第２の準安定状態（液晶分子が第１の準安定状態とは逆方向にほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向する状態）は、両基板１１，１２の近傍の液晶分子の配向状態は初期配向状態とほとんど変わらないが、液晶分子のねじれ角が前記初期配向状態から前記第１の準安定状態でのツイスト方向とは逆の方向にほぼ１８０°ねじれてツイスト配向した状態であり、したがって、ツイスト配向している液晶分子をそれぞれの分子長軸が同一平面上にくるように展開して見たときの液晶分子１８ａの傾き方向は同じ方向であるから、この第２の準安定状態も、スプレイ歪の無いツイスト配向状態である。
【００４３】
上記第１と第２の準安定状態はそれぞれ、その準安定状態における液晶分子１８ａのねじれ角を保持するツイスト配向状態であるが、いずれの準安定状態においても、液晶分子１８ａのチルト角、つまり基板１１，１２面に対する立上がり角度は、電極１３，１４間に印加される駆動電圧の実効値に応じて変化する（ただし、基板１１，１２の近傍の液晶分子の配向状態はほとんど変わらない）。
【００４４】
図３に示した第１および第２の準安定状態における液晶分子の配向状態のうち、上側に示した配向状態は、駆動電圧の実効値が比較的小さい値であるときの液晶分子の配向状態（第２の書込み状態）を示し、下側に示した配向状態は、駆動電圧の実効値がある程度高い値であるときの液晶分子の配向状態（第１の書込み状態）を示しており、いずれの準安定状態においても、液晶分子は、その準安定状態におけるツイスト配向状態を保ちながら、駆動電圧の実効値に応じた液晶分子の電界誘起により、前記駆動電圧の実効値に応じて立上がり配向する。
【００４５】
なお、上記駆動電圧は、その実効値が上記リセット電圧の電圧値よりも低い範囲で変化する電圧であり、上記第１および第２の準安定状態は、駆動電圧の実効値に応じて液晶分子のチルト角が変化するが、ツイスト配向状態はそのまま維持する状態であり、いずれの準安定状態も、上記リセット電圧の印加により液晶分子１８ａを基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向させて準安定状態をリセットするまで保持される。
【００４６】
すなわち、前記液晶セル１０の液晶層は、一対の基板１１，１２の電極１３，１４間に、液晶分子をその分子長軸が基板１１，１２面に対してほぼ垂直になるように配向させるリセット電圧を印加した後、それより低い値の第１の準安定状態選択電圧とこの第１の準安定状態選択電圧とは異なる第２の準安定状態選択電圧とのいずれかを選択的に印加することにより、液晶分子が、所定の状態で配向する第１の準安定状態とこの第１の準安定状態とは異なる配向状態で配向する第２の準安定状態とのいずれかに配向し、その第１および第２の準安定状態それぞれにおける駆動電圧の実効値に応じた液晶分子の電界誘起により前記液晶分子の配向状態が変化する特性を有している。
【００４７】
また、図１において、２１ａ，２２ａは、液晶セル１０をはさんでその表面側と裏面側とに配置した一対の偏光板２１，２２の透過軸を示しており、この実施例では、表側偏光板２１を、その透過軸２１ａを液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａとほぼ平行な方向またはほぼ直交する方向（図ではほぼ平行な方向）に向けて配置し、裏側偏光板２２を、その透過軸２２ａを前記表側偏光板２１の透過軸２１ａに対してほぼ直交する方向に向けて配置している。
【００４８】
この液晶表示装置は、自然光や室内照明光等の外光を利用し表面側から入射する光を裏面側に配置した反射板３０で反射させて表示するものであり、その表示駆動は、駆動系４０により液晶セル１０を駆動して行なわれる。
【００４９】
この駆動系４０は、液晶セル１０の各画素行を所定の選択順で選択し、選択した画素行の各画素部の電極間に、上記リセット電圧と、第１と第２の準安定状態のいずれかを選択する準安定状態選択電圧と、書込みデータに応じた書込み電圧を印加するものであり、液晶セル１０の各画素部の液晶の分子は、前記リセット電圧の印加によりほぼ垂直に立上がるように配向してその前の書込み状態（準安定状態とその状態での液晶分子の配向状態）をリセットされ、その後に印加される準安定状態選択電圧に応じて第１と第２のいずれかの準安定状態に配向するとともに、その準安定状態において、前記書込み電圧によって決まる駆動電圧の実効値に応じて配向状態を変える。
【００５０】
なお、液晶表示装置の駆動開始前は、液晶セル１０の全ての画素部の液晶分子が上述した初期配向状態（スプレイ歪をもった配向状態）に配向しているが、表示駆動を開始すると、最初のリセット電圧が印加されたときに、その電圧をスプレイ歪解消電圧として液晶分子がほぼ垂直に立上がるように配向し、前記準安定状態をリセットしたときと同じ状態になる。
【００５１】
上記液晶表示装置は、液晶セル１０の各画素部の液晶分子を上記第１と第２のいずれかの準安定状態に配向させ、それぞれの準安定状態における液晶分子のチルト角を駆動電圧の実効値に応じて変化させて光の透過状態を制御するものであり、第１の準安定状態を選択したときは、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ２７０°のねじれ角でツイスト配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもち、第２の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記一方の基板の配向処理方向を基準として前記第１の準安定状態とは逆の方向にほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもつ。
【００５２】
すなわち、この液晶表示装置は、液晶セルの液晶分子の配向状態が異なる２つの表示装置の電気光学特性を合わせ持ったものであり、したがって、段階的に制御しようとする透過状態のうちの複数の透過状態の制御を一方の電気光学特性を利用して行ない、他の複数の透過状態の制御を他方の電気光学特性を利用して行なうことができる。
【００５３】
この場合、上記実施例では、表側偏光板２１の透過軸２１ａの方向を液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａとほぼ平行またはほぼ直交する方向にし、裏側偏光板２２の透過軸２２ａを、前記表側偏光板２１の透過軸２１ａに対してほぼ直交する方向に設定しているため、第１の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、第２の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、ツイステッドネマティックモード（以下、ＴＮモードと記す）による表示を行なうことができる。
【００５４】
すなわち、第１と第２のいずれの準安定状態においても、表側偏光板２１を透過して入射した直線偏光が、液晶セル１０を透過する過程で液晶層の複屈折作用により液晶分子のツイスト配向状態に応じて旋光され、その光が裏側偏光板２２に入射して、この裏側偏光板２２により透過を制御される。そして、裏側偏光板２２を透過した光は、反射板３０で反射され、前記裏側偏光板２２と液晶セル１０と表側偏光板２１とを順に透過して出射する。
【００５５】
そして、この液晶表示装置では、上記第１の準安定状態を選択したときの液晶分子の配向状態が、ねじれ角がほぼ２７０°と大きいツイスト配向状態であるため、液晶層の複屈折作用における旋光分散により旋光性が各波長光ごとに異なるため、各波長光が異なる透過率で裏側偏光板２２を透過して、この裏側偏光板２２を透過した光が、その光を構成する各波長光の強度の比に応じた色の着色光になる。
【００５６】
このように、上記第１の準安定状態を選択したときのＴＮモードによる表示は、着色した表示が得られるカラー表示であり、その表示色は、電極１３，１４間に印加される駆動電圧の実効値に応じて変化する。
【００５７】
すなわち、液晶分子は、駆動電圧の実効値に応じて前記準安定状態における配向状態を保ちながら立上がり配向するが、このように液晶分子の配向状態が変化すると、それに応じた液晶層の複屈折性の変化に応じた旋光分散の変化によって各波長の旋光性が変化するため、前記駆動電圧の実効値を制御することにより着色光の色を変化させることができ、したがって、１つの画素で複数の色を表示することができる。
【００５８】
なお、上記カラー表示は、液晶セル１０の液晶層の複屈折作用と一対の偏光板２１，２２の偏光作用とを利用して光を着色するものであり、したがってカラーフィルタを用いて光を着色するものに比べて光の吸収が少ないから、反射型の液晶表示装置であっても、表示光の透過率を高くして明るい着色表示を得ることができる。
【００５９】
一方、上記第２の準安定状態を選択したときの液晶分子の配向状態は、ねじれ角がほぼ９０°のツイスト配向状態であるため、このときのＴＮモードによる表示は、通常のＴＮ型液晶表示装置の場合と基本的に同じであり、この実施例の液晶表示装置では、表側偏光板２１と裏側偏光板２２とをそれぞれの透過軸２１ａ，２２ａを互いにほぼ直交させて配置しているため、液晶分子のチルト角がプレチルト角に近いときは無彩色の明表示である白が表示され、液晶分子のチルト角が大きくなのにともなって光の透過率が少なくなって、最終的に無彩色の暗表示である黒が表示される。
【００６０】
この場合は、駆動電圧の実効値に応じて液晶分子が立上がり配向し、それに応じて液晶層の複屈折性が変化するため、前記駆動電圧の実効値を制御することにより光の透過状態を段階的に制御して階調のある白黒表示を行なうことができる。
【００６１】
なお、上記初期配向状態、つまり液晶分子がスプレイ歪をもってほぼ９０°のねじれ角でツイスト配向している状態は、実際の表示には使用しないが、この初期配向状態もＴＮモードによる白黒表示が得られる状態である。
【００６２】
図４および図５は、液晶セル１０の両基板１１，１２の配向処理方向１１ａ，１２ａと表裏の偏光板２１，２２の透過軸２１ａ，２２ａを図１に示したように設定し、液晶セル１０のΔｎｄ（液晶の屈折率異方性Δｎと液晶層厚ｄとの積）の値を約１０００ｎｍに選んだ液晶表示装置の駆動電圧に対する光の出射率と表示色の変化を示しており、図４の（ａ），（ｂ）は第１の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図、図５の（ａ），（ｂ）は第２の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図である。なお、各図の（ｂ）の色度図において、Ｗは無彩色点を示している。
【００６３】
第１の準安定状態での電圧−出射率特性は図４の（ａ）のような特性であり、駆動電圧に対する表示色の変化は、図４の（ｂ）のように、実効値が１．９５Ｖの電圧を印加したときで赤、実効値が２．９８Ｖの電圧を印加したときで青である。
【００６４】
なお、上記赤のｘ，ｙコーデネイト値は、ｘ＝０．３５３、ｙ＝０．３５０であり、Ｙ値（明るさ）は２８．５４である。また、上記青のｘ，ｙコーデネイト値は、ｘ＝０．２７４、ｙ＝０．２９６であり、Ｙ値は１１．６４である。
【００６５】
また、第２の準安定状態での電圧−出射率特性は図５の（ａ）のような特性であり、駆動電圧に対する表示色の変化は、図５の（ｂ）のように、実効値が１．５５Ｖの電圧を印加したときで白、実効値が３．０７Ｖの電圧を印加したときで黒である。
【００６６】
なお、上記白のｘ，ｙコーデネイト値は、ｘ＝０．３１７、ｙ＝０．３４１であり、Ｙ値は３４．４１である。また、上記黒のｘ，ｙコーデネイト値は、ｘ＝０．２７１、ｙ＝０．２９０であり、Ｙ値は１．８３である。
【００６７】
すなわち、上記液晶表示装置は、第１の準安定状態を選択して赤と青を表示し、第２の準安定状態を選択して白と黒を表示するものであり、したがって、表示の基本である白と黒の表示に加えて、赤と青の２色のカラー表示を行なうことができる。
【００６８】
なお、液晶表示装置の電源を切ると、第１または第２の準安定状態にある液晶分子の配向状態が、自然放電により数秒〜数分（使用するネマティック液晶の特性およびカイラル剤の特性と添加量によって異なる）で初期配向状態に戻り、画面全体が、初期配向状態における電圧無印加時の状態（上記実施例では白）になる。
【００６９】
そして、上記液晶表示装置は、液晶セルの液晶分子の配向状態が異なる２つの表示装置の電気光学特性を合わせ持ったものであって、段階的に制御しようとする透過状態のうちの複数の透過状態の制御を一方の電気光学特性を利用して行ない、他の複数の透過状態の制御を他方の電気光学特性を利用して行なうことができるものであるため、透過状態の全段階数を、前記一方の電気光学特性を利用するとき、つまり第１の準安定状態を選択して透過状態を制御するときと、前記他方の電気光学特性を利用するとき、つまり第２の準安定状態を選択して透過状態を制御するときとに振り分けることができ、そのために、それぞれの準安定状態で駆動される段階数が少なくなるから、それぞれの準安定状態の中で、少ない段階数の時分割駆動を行なうことができる。
【００７０】
このため、上記液晶表示装置によれば、液晶セル１０の駆動デューティに対して動作電圧マージンを大きくとることができる。すなわち、上述した白と黒の表示に加えて赤と青の２色のカラー表示を行なう液晶表示装置の場合は、その駆動電圧の実効値を、第１の準安定状態を選択して赤と黒を表示するときは１．９５Ｖと２．９８Ｖの２通りに設定し、第２の準安定状態を選択して青と白を表示するときは１．５５Ｖと３．０７Ｖの２通りに設定すればよく、したがって、それぞれの準安定状態における２通りの駆動電圧の実効値の差、つまり動作電圧マージンを、第１の準安定状態で１．０３Ｖ（＝２．９８Ｖ−１．９５Ｖ）、第２の準安定状態で１．５２Ｖ（＝３．０７Ｖ−１．５５Ｖ）と充分に大きくとることができる。
【００７１】
したがって、上記液晶表示装置によれば、液晶セル１０が駆動電圧の実効値を制御して駆動される単純マトリックス方式のものであっても、その駆動デューティに対して動作電圧マージンを大きくし、高デューティでの時分割駆動を可能とすることができる。
【００７２】
また、上記液晶表示装置の表示の書換えは、まず前記リセット電圧の印加により前の液晶分子の配向状態をリセットし、前記第１または第２の準安定状態選択電圧の印加によりいずれかの準安定状態を選択した後に、次の書込み状態を得るための書込み電圧を印加することによって行なうが、この液晶表示装置では、液晶セル１０の液晶に、誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料を用いているため、前記リセット電圧の印加による前の液晶分子の配向状態のリセットを応答性良く行なわせることができる。
【００７３】
すなわち、上記液晶表示装置の液晶セル１０に封入する液晶１８として、物性が異なる３種類の液晶材料を調合し、これらの液晶材料について、上記リセット電圧を印加したときの応答性を調べたところ、次の表に示すような結果が得られた。
【００７４】
【表１】

【００７５】
この表から分かるように、誘電異方性Δεの値が６．２または７．４と小さい液晶材料Ａまたは液晶材料Ｂはリセット応答性が遅いが、誘電異方性Δεの値が１２．７と大きい液晶材料Ｃはリセット応答性が速い。
【００７６】
これらの液晶材料Ａ，Ｂ，Ｃのリセット応答時間（液晶分子がほぼ垂直に立上がり配向するのに要する時間）は、液晶材料Ａではリセット電圧を５０Ｖとしたときで約４ｍｓｅｃ、液晶材料Ｂではリセット電圧を４０Ｖとしたときで約４ｍｓｅｃ、液晶材料Ｃではリセット電圧を４０Ｖとしたときで約２ｍｓｅｃである。
【００７７】
このように、前記液晶材料Ｃは、液晶材料Ａ，Ｂに比べてほぼ２倍の速さのリセット応答性を有しており、したがって、この液晶材料Ｃを用いれば、液晶分子の配向状態をリセットするためのリセット電圧の印加時間を短くして、準安定状態の切換時間を短縮することができる。なお、前記リセット電圧の印加後に印加する第１または第２の準安定状態選択電圧は極く低い電圧であるため、前の配向状態をリセットされた液晶分子は、応答性よく第１または第２の準安定状態に配向する。
【００７８】
このため、上記液晶表示装置によれば、より高デューティでの時分割駆動を可能とし、画素数の多い高精細画像の表示を実現することができる。
なお、上記表に示した液晶材料Ｃは誘電異方性Δεの値が１２．７のものであるが、Δεの値が１０以上の液晶材料を用いれば、その配向状態をリセットするためのリセット電圧の印加時間を十分に短くして、準安定状態の切換時間を短縮することができる。
【００７９】
また、上記液晶表示装置は、液晶セル１０の全画素行を複数行ずつのグループに分け、１フレームごとに、１つの画素行グループの各行の画素部のリセットおよび準安定状態の選択と、全ての画素行の画素部の書込みを行なう駆動方法で表示駆動するのが望ましい。
【００８０】
この駆動方法によれば、１フレームに確保するリセットおよび準安定状態選択時間が、１つのグループの各画素行のリセットおよび準安定状態選択に要する時間だけでよいため、１フレームを短くして、フレーム周波数を高くすることができる。
【００８１】
また、この駆動方法によれば、準安定状態を選択された画素行への書込みが、そのグループの残りの画素行のリセットおよび準安定状態選択が終了し、その後このグループの各画素行への順次書込みが開始されて前記画素行への書込み期間になったときに行なわれるため、グループの中の最初にリセットおよび準安定状態選択が行なわれる画素行でも、新たな書込みを行なわれないままの状態にある時間は極く短く、したがって画面のちらつきが発生することはない。
【００８２】
この駆動方法による場合、画素行のグループ分けは、１グループの画素行数を、高いフレーム周波数が得られるように選ぶとともに、グループ数を、１画面分の画像を書換えるのに必要なフレーム数があまり多くならないように選ぶのが好ましい。
【００８３】
その例をあげると、単純マトリックス型の液晶セルには、３２行、６４行、１２８行等の画素行数のものがあるが、例えば、液晶セルの画素行数が６４行である場合は、その画素行を８行ずつのグループに分けるのが好ましく、１グループの画素行数が８行程度であれば、十分に高いフレーム周波数が得られるし、また、６４行を８行ずつのグループに分ければ、８〜９フレーム程度で１画面分の画像を書換えるため、画面の切換わりも良好である。すなわち、例えばフレーム周波数が１／３０ｓｅｃであるとすると、１画面分の画像を書換えるのに必要なフレーム数が８〜９フレームであれば、１秒間に約３〜４画面の書換えを行なえるため、画面の切換わりを良好にすることができる。
【００８４】
なお、上記液晶表示装置は、第１の準安定状態を選択したときの表示色が赤と青になるものであるが、その表示色は、液晶セル１０のΔｎｄの値を変えることによって任意に選ぶことができる。
【００８５】
さらに、上記実施例の液晶表示装置は、第１と第２のいずれの準安定状態を選択したときもＴＮモードによる表示を行なうものであって、第１の準安定状態での表示がカラー表示となり、第２の準安定状態での表示が白黒表示となるものであるが、少なくとも表側偏光板２１の透過軸２１ａの方向を、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａに対して斜めに交差する方向にすれば、第１と第２の両方の準安定状態における表示をそれぞれ複屈折効果モードによるカラー表示とすることができる。
【００８６】
また、この液晶表示装置では、その液晶セル１０の液晶１８に、室温において、粘度が３０ｃｐ以上（望ましくは３０〜４５ｃｐの範囲）、弾性定数比Ｋ33／Ｋ11が１．５以上（望ましくは１．５〜２．２の範囲）の物性を示す液晶材料を用いているため、上述した第１および第２の準安定状態における液晶分子の配向状態の安定性が高く、したがって、選択した準安定状態を確実に維持しながら、その準安定状態での駆動電圧の実効値により液晶分子の配向状態を変化させて、信頼性の高い表示動作を行なわせることができる。
【００８７】
図６はこの発明の第２の実施例による液晶表示装置の基本構成を示す斜視図であり、（ａ）は初期配向状態、（ｂ）は第１の準安定状態、（ｃ）は第２の準安定状態を示している。
【００８８】
この実施例の液晶表示装置は、液晶セル１０の初期配向状態における液晶分子のねじれ角をほぼ３０°としたもので、その他の構成は上記第１の実施例と同じであり、液晶セル１０に用いた液晶材料も同じである。
【００８９】
この実施例では、図６に示したように、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａを、液晶表示装置の画面の横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ１５°ずれた方向であって前記画面の左下から右上に向かう方向にし、裏側基板１２の配向処理方向１２ａを、前記横軸ｘに対し表面側から見て右回りにほぼ１５°ずれた方向であって前記画面の左上から右下に向かう方向にしている。すなわち、両基板１１，１２の配向処理方向１１ａ，１２ａは、ほぼ３０°の角度で互いに交差する方向である。
【００９０】
そして、この実施例では、上記液晶セル１０の液晶に、表面側から見て左回りのツイスト配向性を有するカイラル剤を添加したものを用いており、したがって、その液晶分子は、初期配向状態では、スプレイ歪をもって、表面側から見て左回り方向（カイラル剤による付与されるねじれ方向）にほぼ３０°のねじれ角でツイスト配向している。
【００９１】
この初期配向状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図６の（ａ）に破線矢印で示した方向、つまりカイラル剤により付与されるねじれ方向に、ほぼ３０°のねじれ角でツイスト配向したスプレイ配向状態である。
【００９２】
また、第１および第２の準安定状態はそれぞれ、初期配向状態から液晶分子のねじれ角がほぼ１８０°変化してスプレイ歪を解消した状態であり、この実施例では初期配向状態での液晶分子のねじれ角をほぼ３０°としているため、第１の準安定状態では、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準としてカイラル剤により付与されるねじれ方向にほぼ２１０°のねじれ角でツイスト配向し、第２の準安定状態では、液晶分子が前記一方の基板の配向処理方向を基準として前記カイラル剤により付与されるねじれ方向とは逆方向にほぼ１５０°のねじれ角でツイスト配向する。
【００９３】
すなわち、上記第１の準安定状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図６の（ｂ）に破線矢印で示したツイスト方向、つまり表面側から見て左回り方向（カイラル剤により付与されるねじれ方向）に、ほぼ２１０°のねじれ角でツイスト配向した状態である。
【００９４】
また、第２の準安定状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図６の（ｃ）に破線矢印で示したツイスト方向、つまり表面側から見て右回り方向（カイラル剤により付与されるねじれ方向とは逆方向）に、ほぼ１５０°のねじれ角でツイスト配向した状態である。
【００９５】
上記第１の準安定状態と第２の準安定状態とは、第１の実施例と同様に、まず液晶分子を基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向させる値のリセット電圧を印加して前記準安定状態をリセットし、その後に第１または第２の準安定状態選択電圧を印加することにより、一方の準安定状態から他方の準安定状態に切換えられる。
【００９６】
なお、前記第１準安定状態選択電圧はほぼ０Ｖであり、第２準安定状態選択電圧は、ほとんどの液晶分子が初期配向状態でのプレチルト角と同程度またはそれに近い傾き角で配向する低い値である。
【００９７】
また、この実施例では、表側偏光板２１を、その透過軸２１ａを画面の横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ４５°ずれた方向に向けて配置し、裏側偏光板２２を、その透過軸２２ａを前記横軸ｘに対し表面側から見て右回りにほぼ４５°ずれた方向に向けて配置しており、したがって、表側偏光板２１の透過軸２１ａは、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａ（横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ１５°ずれた方向）に対してほぼ３０°の交差角で斜めにずれた方向にあり、裏側偏光板２２の透過軸２２ａは、前記表側偏光板２１の透過軸２１ａに対してほぼ直交する方向にある。
【００９８】
この実施例の液晶表示装置は、液晶セル１０の液晶分子の初期配向状態を、一方の基板（ここでは裏側基板）１２の配向処理方向１２ａを基準として一方の方向にほぼ３０°のねじれ角でツイスト配向するスプレイ配向状態としているため、第１の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記一方の基板１２の配向処理方向１２ａを基準として一方の方向にほぼ２１０°のねじれ角でツイスト配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもち、第２の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記一方の基板１２の配向処理方向１２ａを基準として前記第１の準安定状態とは逆の方向にほぼ１５０°のねじれ角でツイスト配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもつ。
【００９９】
また、この実施例では、表側偏光板２１の透過軸２１ａの方向を、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａに対してほぼ３０°の交差角で斜めにずれた方向にし、裏側偏光板２２の透過軸２２ａを、前記表側偏光板２１の透過軸２１ａに対してほぼ直交する方向に設定しているため、第１の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、第２の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、複屈折効果モードによるカラー表示を行なうことができる。
【０１００】
この複屈折効果モードによるカラー表示について説明すると、上記第１と第２のいずれの準安定状態においても、表側偏光板２１を透過して入射した直線偏光が、液晶セル１０を透過する過程で液晶層の複屈折作用により各波長光がそれぞれ偏光状態の異なる楕円偏光となった光となり、その各波長光がそれぞれの偏光状態に応じた透過率で裏側偏光板２２を透過して、この裏側偏光板２２を透過した光が、その光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の着色光になる。この着色光は、反射板３０で反射され、前記裏側偏光板２２と液晶セル１０と表側偏光板２１とを順に透過して出射する。
【０１０１】
このように、複屈折効果モードによるカラー表示は、液晶セル１０の液晶層の複屈折作用と一対の偏光板２１，２２の偏光作用とを利用して光を着色するものであり、したがってカラーフィルタを用いて光を着色するものに比べて光の吸収が少ないから、反射型の液晶表示装置であっても、光の透過率を高くして明るいカラー表示を得ることができる。
【０１０２】
なお、上記初期配向状態、つまり液晶分子がスプレイ歪をもってほぼ３０°のねじれ角でツイスト配向している状態は、上述したように実際の表示には使用しないが、この初期配向状態も、複屈折効果モードによる表示が得られる状態である。
【０１０３】
そして、上記液晶表示装置では、上記第１の準安定状態（液晶分子が一方の方向にほぼ２１０°のねじれ角でツイスト配向する状態）を選択したときと、第２の準安定状態（液晶分子が第１の準安定状態とは逆方向にほぼ１５０°のねじれ角でツイスト配向する状態）を選択したときとの液晶分子の配向状態が異なり、それに応じて液晶層が異なる複屈折性を示すため、第１の準安定状態を選択したときと、第２の準安定状態を選択したときとで、互いに異なる色を表示することができる。
【０１０４】
また、この液晶表示装置では、上記第１と第２のいずれの準安定状態においても、電極１３，１４間に印加される駆動電圧の実効値に応じた液晶分子のチルト角の変化によって液晶層の複屈折性が変化し、それに応じて裏側偏光板２２に入射する各波長光の偏光状態が変化するため、前記駆動電圧の実効値を制御することによって着色光の色を変化させることができ、したがって、１つの画素部で複数の色を表示することができる。
【０１０５】
図７および図８は、この実施例のように液晶セル１０の初期配向状態での液晶分子のねじれ角をほぼ３０°とし、その両基板１１，１２の配向処理方向１１ａ，１２ａと表裏の偏光板２１，２２の透過軸２１ａ，２２ａの向きとを図６に示したように設定するとともに、液晶セル１０のΔｎｄの値を約８００ｎｍに設定した液晶表示装置の駆動電圧に対する光の出射率と表示色の変化を示しており、図７の（ａ），（ｂ）は第１の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図、図８の（ａ），（ｂ）は第２の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図である。各図の（ｂ）の色度図において、Ｗは無彩色点である。
【０１０６】
第１の準安定状態での電圧−出射率特性は図７の（ａ）のような特性であり、駆動電圧に対する表示色の変化は、図７の（ｂ）のように、実効値が１．４６Ｖの電圧を印加したときで赤、実効値が２．００Ｖの電圧を印加したときで白である。
【０１０７】
なお、前記赤のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．４３２，ｙ＝０．３９１であり、Ｙ値（明るさ）は２０．２９である。また、前記白のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．２９０，ｙ＝０．３１９であり、Ｙ値は２９．７０である。
【０１０８】
さらに、第２の準安定状態での電圧−出射率特性は図８の（ａ）のような特性であり、駆動電圧に対する表示色の変化は、図８の（ｂ）のように、実効値が１．４６Ｖの電圧を印加したときで赤、実効値が２．００Ｖの電圧を印加したときで青である。
【０１０９】
なお、前記赤のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．４２４，ｙ＝０．３９９であり、Ｙ値は２１．３１である。また、前記青のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．２４９，ｙ＝０．２６７であり、Ｙ値は１１．３２である。
【０１１０】
すなわち、上記液晶表示装置は、第１の準安定状態を選択して赤と白を表示し、第２の準安定状態を選択して赤と青を表示するものであり、したがって、例えば白の背景中に赤と青で画像を表示するカラー表示を行なうことができる。
【０１１１】
そして、この実施例の液晶表示装置は、その駆動電圧の実効値を、第１の準安定状態を選択して赤と白を表示するときも、第２の準安定状態を選択して赤と青を表示するときも、１．４６Ｖと２．００Ｖの２通りに設定すればよく、したがって、それぞれの準安定状態における２通りの駆動電圧の実効値の差、つまり動作電圧マージンを、第１および第２のいずれの準安定状態でも０．５４Ｖ（＝２．００Ｖ−１．４６Ｖ）と充分に大きくとることができる。
【０１１２】
また、第１の準安定状態を選択して表示するときの２通りの実効値と、第２の準安定状態を選択して表示するときの２通りの実効値とが同（１．４６Ｖと２．００Ｖ）であるため、表示駆動も容易になる。
【０１１３】
図９はこの発明の第３の実施例による液晶表示装置の基本構成を示す斜視図であり、（ａ）は初期配向状態、（ｂ）は第１の準安定状態、（ｃ）は第２の準安定状態を示している。
【０１１４】
この実施例の液晶表示装置は、液晶セル１０の初期配向状態における液晶分子のねじれ角をほぼ７０°としたもので、その他の構成は上記第１の実施例と同じであり、また液晶セル１０に用いた液晶材料も同じである。
【０１１５】
この実施例では、図９に示したように、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａを、液晶表示装置の画面の横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ３５°ずれた方向であって前記画面の左下から右上に向かう方向にし、裏側基板１２の配向処理方向１２ａを、前記横軸ｘに対し表面側から見て右回りにほぼ３５°ずれた方向であって前記画面の左上から右下に向かう方向にしている。すなわち、両基板１１，１２の配向処理方向１１ａ，１２ａは、ほぼ７０°の角度で互いに交差する方向である。
【０１１６】
そして、この実施例では、上記液晶セル１０の液晶に、表面側から見て左回りのツイスト配向性を有するカイラル剤を添加したものを用いており、したがって、その液晶分子は、初期配向状態では、スプレイ歪をもって、表面側から見て左回り方向（カイラル剤による付与されるねじれ方向）にほぼ７０°のねじれ角でツイスト配向している。
【０１１７】
この初期配向状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図９の（ａ）に破線矢印で示した方向、つまりカイラル剤により付与されるねじれ方向に、ほぼ７０°のねじれ角でツイスト配向したスプレイ配向状態である。
【０１１８】
また、第１および第２の準安定状態はそれぞれ、初期配向状態から液晶分子のねじれ角がほぼ１８０°変化してスプレイ歪を解消した状態であり、この実施例では初期配向状態での液晶分子のねじれ角をほぼ７０°としているため、第１の準安定状態では、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準としてカイラル剤により付与されるねじれ方向にほぼ２５０°のねじれ角でツイスト配向し、第２の準安定状態では、液晶分子が前記一方の基板の配向処理方向を基準として前記カイラル剤により付与されるねじれ方向とは逆方向にほぼ１１０°のねじれ角でツイスト配向する。
【０１１９】
すなわち、上記第１の準安定状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図９の（ｂ）に破線矢印で示したツイスト方向、つまり表面側から見て左回り方向（カイラル剤により付与されるねじれ方向）に、ほぼ２５０°のねじれ角でツイスト配向した状態である。
【０１２０】
また、第２の準安定状態は、液晶分子が、両基板１１，１２の近傍においてそれぞれの配向処理方向１１ａ，１２ａに沿って配向するとともに、いずれか一方の基板の配向処理方向、例えば裏側基板１２の配向処理方向１２ａを基準として、図９の（ｃ）に破線矢印で示したツイスト方向、つまり表面側から見て右回り方向（カイラル剤により付与されるねじれ方向とは逆方向）に、ほぼ１１０°のねじれ角でツイスト配向した状態である。
【０１２１】
上記第１の準安定状態と第２の準安定状態とは、第１の実施例と同様に、まず液晶分子を基板１１，１２面に対してほぼ垂直に立上がり配向させる電圧値のリセット電圧を印加して前記準安定状態をリセットし、その後に第１または第２の準安定状態選択電圧を印加することにより、一方の準安定状態から他方の準安定状態に切換えられる。
【０１２２】
なお、前記第１の準安定状態選択電圧はほぼ０Ｖであり、第２の準安定状態選択電圧はほとんどの液晶分子が初期配向状態でのプレチルト角と同程度またはそれに近い傾き角で配向する低い値である。
【０１２３】
また、この実施例では、表側偏光板２１を、その透過軸２１ａを画面の横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ４５°ずれた方向に向けて配置し、裏側偏光板２２を、その透過軸２２ａを前記横軸ｘに対し表面側から見て右回りにほぼ４５°ずれた方向に向けて配置しており、したがって、表側偏光板２１の透過軸２１ａは、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａ（横軸ｘに対し表面側から見て左回りにほぼ３５°ずれた方向）に対してほぼ１０°の交差角で斜めにずれた方向にあり、裏側偏光板２２の透過軸２２ａは、前記表側偏光板２１の透過軸２１ａに対してほぼ直交する方向にある。
【０１２４】
この実施例の液晶表示装置は、液晶セル１０の液晶分子の初期配向状態を、一方の基板（ここでは裏側基板）１２の配向処理方向１２ａを基準として一方の方向にほぼ７０°のねじれ角でツイスト配向するスプレイ配向状態としているため、第１の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記一方の基板１２の配向処理方向１２ａを基準として一方の方向にほぼ２５０°のねじれ角でツイスト配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもち、第２の準安定状態を選択したときは、液晶分子が前記一方の基板１２の配向処理方向１２ａを基準として前記第１の準安定状態とは逆の方向にほぼ１１０°のねじれ角でツイスト配向した液晶セルと偏光板とからなる表示装置の電気光学特性をもつ。
【０１２５】
また、この実施例では、表側偏光板２１の透過軸２１ａの方向を、液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａに対してほぼ１０°の交差角で斜めにずれた方向にし、裏側偏光板２２の透過軸２２ａを、前記表側偏光板２１の透過軸２１ａに対してほぼ直交する方向に設定しているため、第１の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、第２の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、複屈折効果モードによるカラー表示を行なうことができる。
【０１２６】
そして、この実施例の液晶表示装置では、上記第１の準安定状態（液晶分子が一方の方向にほぼ２５０°のねじれ角でツイスト配向する状態）を選択したときと、第２の準安定状態（液晶分子が第１の準安定状態とは逆方向にほぼ１１０°のねじれ角でツイスト配向する状態）を選択したときとの液晶分子の配向状態が異なり、それに応じて液晶層が異なる複屈折性を示すため、第１の準安定状態を選択したときと、第２の準安定状態を選択したときとで、互いに異なる色を表示することができる。
【０１２７】
また、この液晶表示装置では、上記第１と第２のいずれの準安定状態においても、電極１３，１４間に印加される駆動信号の実効値に応じた液晶分子のチルト角の変化によって液晶層の複屈折性が変化し、それに応じて裏側偏光板２２に入射する各波長光の偏光状態が変化するため、前記駆動信号の実効値を制御することによって着色光の色を変化させることができ、したがって、１つの画素部で複数の色を表示することができる。
【０１２８】
図１０および図１１は、この実施例のように液晶セル１０の初期配向状態での液晶分子のねじれ角をほぼ７０°とし、その両基板１１，１２の配向処理方向１１ａ，１２ａと表裏の偏光板２１，２２の透過軸２１ａ，２２ａの向きとを図９に示したように設定するとともに、液晶セル１０のΔｎｄの値を約９００ｎｍに設定した液晶表示装置の駆動電圧に対する光の出射率と表示色の変化を示しており、図１０の（ａ），（ｂ）は第１の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図、図１１の（ａ），（ｂ）は第２の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図である。各図の（ｂ）の色度図において、Ｗは無彩色点である。
【０１２９】
第１の準安定状態での電圧−出射率特性は図１０の（ａ）のような特性であり、駆動電圧に対する表示色の変化は、図１０の（ｂ）のように、実効値が１．５３Ｖの電圧を印加したときで赤、実効値が２．０３Ｖの電圧を印加したときでオレンジ色である。
【０１３０】
なお、前記赤のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．３４３，ｙ＝０．３２２、Ｙ値は２４．３１であり、オレンジ色のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．３２２，ｙ＝０．３７８、Ｙ値は３１．９８である。
【０１３１】
さらに、第２の準安定状態での電圧−出射率特性は図１１の（ａ）のような特性であり、駆動電圧に対する表示色の変化は、図１１の（ｂ）のように、実効値が１．５３Ｖの電圧を印加したときで白、実効値が２．０３Ｖの電圧を印加したときで青である。
【０１３２】
なお、前記白のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．３２０，ｙ＝０．３４９、Ｙ値は３４．３６であり、青のｘ，ｙコーデネイト値はｘ＝０．２６０，ｙ＝０．２７８、Ｙ値は９．０５である。
【０１３３】
すなわち、上記液晶表示装置は、第１の準安定状態を選択して赤とオレンジ色を表示し、第２の準安定状態を選択して白と青を表示するものであり、したがって、例えば白の背景中に赤とオレンジ色と青で画像を表示するカラー表示を行なうことができる。
【０１３４】
そして、この実施例の液晶表示装置は、その駆動電圧の実効値を、第１の準安定状態を選択して赤とオレンジ色を表示するときも、第２の準安定状態を選択して白と青を表示するときも、１．５３Ｖと２．０３Ｖの２通りに設定すればよく、したがって、それぞれの準安定状態における２通りの駆動電圧の実効値の差、つまり動作電圧マージンを、第１および第２のいずれの準安定状態でも０．５０Ｖ（＝２．０３Ｖ−１．５３Ｖ）と充分に大きくとることができる。
【０１３５】
また、第１の準安定状態を選択して表示するときの２通りの実効値と、第２の準安定状態を選択して表示するときの２通りの実効値とが同（１．５３Ｖと２．０３Ｖ）であるため、表示駆動も容易になる。
【０１３６】
上述したように、上記第２および第３の実施例の液晶表示装置も、第１の実施例のものと同様に、液晶セルの液晶分子の配向状態が異なる２つの表示装置の電気光学特性を合わせ持ったものであり、したがって段階的に制御しようとする透過状態のうちの複数の透過状態の制御を一方の電気光学特性を利用して行ない、他の複数の透過状態の制御を他方の電気光学特性を利用して行なうことができるから、液晶セル１０が単純マトリックス方式のものであっても、その駆動デューティに対して動作電圧マージンを大きくし、高デューティでの時分割駆動を可能とすることができる。
【０１３７】
そして、これらの液晶表示装置においても、その液晶セル１０の液晶１８に、誘電異方性Δεの値が１０以上のリセット応答性が速い液晶材料を用いれば、リセット電圧の印加により前の液晶分子の配向状態をリセットし、第１または第２の準安定状態選択電圧の印加によりいずれかの準安定状態を選択した後に、次の書込み状態を得るための書込み電圧を印加することによって表示駆動に際して、前記リセット電圧の印加時間を短くし、準安定状態の切換時間を短縮することができるから、より高デューティでの時分割駆動を可能とし、画素数の多い高精細画像の表示を実現することができる。
【０１３８】
なお、上記第２の実施例の液晶表示装置は、第１の準安定状態を選択して赤と白を表示し、第２の準安定状態を選択して青と黒を表示するものであり、上記第３の実施例の液晶表示装置は、第１の準安定状態を選択して赤とオレンジ色を表示し、第２の準安定状態を選択して白と青を表示するものであるが、その表示色は、液晶セル１０のΔｎｄの値や表裏の偏光板２１，２２の透過軸２１ａ，２２ａの向きを変えることによって任意に選ぶことができる。
【０１３９】
また、この発明の液晶表示装置において、液晶セル１０の初期配向状態は、上記第１〜第３の実施例に限られるものではなく、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ０°〜ほぼ１８０°のねじれ角で非ツイストまたはツイスト配向したスプレイ配向状態にあればよい。
【０１４０】
なお、例えば、初期配向状態が、全ての液晶分子が一方の基板の配向処理方向に沿って配向した、ねじれ角がほぼ０°の非ツイスト配向状態である場合、第１の準安定状態は、前記一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ１８０°のねじれ角でツイスト配向してスプレイ歪を解消した状態であり、第２の準安定状態は、前記一方の基板の配向処理方向を基準として前記第１の準安定状態とは反対の方向にほぼ１８０°のねじれ角でツイスト配向してスプレイ歪を解消した状態である。
【０１４１】
また、例えば、初期配向状態が、液晶分子が一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ１８０°のねじれ角で配向したツイスト配向状態である場合、第１の準安定状態は、前記一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ３６０°のねじれ角でツイスト配向してスプレイ歪を解消した状態であり、第２の準安定状態は、全ての液晶分子が前記一方の基板の配向処理方向に沿って非ツイスト配向してスプレイ歪を解消した状態である。
【０１４２】
このように液晶セル１０の初期配向状態と第１および第２の準安定状態を選んだ場合も、液晶セル１０をはさんで配置した一対の偏光板２１，２２のうちの少なくとも表側偏光板２１の透過軸２１ａの方向を前記液晶セル１０の表側基板１１の配向処理方向１１ａに対して斜めに交差する方向に設定すれば、第１の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、第２の準安定状態を選択して透過状態を制御するときも、複屈折効果モードによるカラー表示を行なうことができる。
【０１４３】
さらに、上記各実施例の液晶表示装置は、液晶セル１０の液晶層の複屈折作用と一対の偏光板２１，２２の偏光作用とを利用して表示するものであるが、それに加えて、表裏の偏光板２１，２２のいずれか一方または両方と液晶セル１０との間に位相差板を配置してもよい。
【０１４４】
この位相差板の付加は、特に、複屈折効果モードによるカラー表示を行なう液晶表示装置において効果的であり、この液晶表示装置に位相差板を付加すれば、各波長光が前記位相差板と液晶セル１０の液晶層との両方の複屈折作用によりそれぞれの偏光状態を大きく変えて裏側偏光板２２に入射するため、裏側偏光板２２を透過する各波長光の透過率の差が大きくなり、したがって、裏側偏光板２２を透過した光が、その光を構成する各波長光の強度の差が大きい鮮明な着色光になるし、また、駆動電圧の実効値に応じた液晶分子の配向状態の変化にともない、前記各波長光の透過率とその透過率差が大きく変化して前記着色光の色が変化するため、表示色数も多くなる。
【０１４５】
なお、上記第１〜第３の実施例の液晶表示装置はいずれも、その裏面側に反射板３０を配置した反射型のものであるが、この発明は、バックライトからの光を利用して表示する透過型の液晶表示装置（反射板３０の無いもの）にも適用することができる。
【０１４６】
さらに、この発明は、偏光板を１枚だけ備え、液晶セルの表面側に偏光板を配置し、前記液晶セルの裏面側に反射板を配置した反射型液晶表示装置にも適用できるものであり、その場合は、液晶セルの裏側基板の外面に反射板を配置してもよいし、あるいは、前記裏側基板の内面に設ける電極を金属膜で形成し、この電極で反射板を兼用してもよい。
【０１４７】
【発明の効果】
この発明の液晶表示装置は、液晶セルの液晶分子の配向状態が互いに異なる第１の準安定状態と第２の準安定状態において、それぞれ異なる電気光学特性を持ち、これら第１の準安定状態と第２の準安定状態毎に液晶分子を複数の配向状態に配向させるように制御するものであるから、段階的に制御しようとする透過状態のうちの複数の透過状態の制御を一方の電気光学特性を利用して行ない、他の複数の透過状態の制御を他方の電気光学特性を利用して行なうことができる。
【０１４８】
このため、この液晶表示装置によれば、透過状態の全段階数を、前記一方の電気光学特性を利用するときと、前記他方の電気光学特性を利用するときとに振り分けることができ、そのために、それぞれの準安定状態で駆動される段階数が少なくなるから、それぞれの準安定状態の中で、少ない段階数の時分割駆動を行なうことができる。
【０１４９】
したがって、この液晶表示装置によれば、駆動電圧の実効値を制御して駆動される単純マトリックス方式の液晶セルを用いるものでありながら、その駆動デューティに対して動作電圧マージンを大きくし、高デューティでの時分割駆動を可能とすることができる。
【０１５０】
また、この液晶表示装置の表示の書換えは、まず前記リセット電圧の印加により、前の液晶分子の配向状態をリセットし、前記第１または第２の準安定状態選択電圧の印加によりいずれかの準安定状態を選択した後に、次の書込み状態を得るための書込み電圧を印加することによって行なうが、この発明では、前記液晶セルの液晶に、誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料を用いているため、前記リセット電圧の印加による前の液晶分子の配向状態のリセットを応答性良く行なわせることができる。
【０１５１】
このため、この発明の液晶表示装置によれば、液晶分子の配向状態をリセットするためのリセット電圧の印加時間を短くし、準安定状態の切換時間を短縮することができるから、より高デューティでの時分割駆動を可能とし、画素数の多い高精細画像の表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例による液晶表示装置の基本構成を示す、初期配向状態と第１の準安定状態と第２の準安定状態の斜視図。
【図２】前記液晶表示装置の断面図。
【図３】前記液晶表示装置の初期配向状態とリセット状態と第１および第２の準安定状態における液晶分子の配向状態を示す模式図。
【図４】前記液晶表示装置の第１の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図。
【図５】前記液晶表示装置の第２の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図。
【図６】この発明の第２の実施例による液晶表示装置の基本構成を示す、初期配向状態と第１の準安定状態と第２の準安定状態の斜視図。
【図７】前記液晶表示装置の第１の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図。
【図８】前記液晶表示装置の第２の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図。
【図９】この発明の第３の実施例による液晶表示装置の基本構成を示す、初期配向状態と第１の準安定状態と第２の準安定状態の斜視図。
【図１０】前記液晶表示装置の第１の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図。
【図１１】前記液晶表示装置の第２の準安定状態における電圧−出射率特性図およびＣＩＥ色度図。
【符号の説明】
１０…液晶セル
１８…液晶
２１，２２…偏光板
２１ａ，２２ａ…透過軸
３０…反射板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device capable of time-division driving with a high duty.
[0002]
[Prior art]
Liquid crystal display devices include a transmission type that displays using light from a backlight, and a reflection type that displays using external light such as natural light and indoor illumination light.
In these liquid crystal display devices, polarizing plates are arranged on the front side and the back side across the liquid crystal cell. In the reflective liquid crystal display device, a reflecting plate is arranged on the back side of the back side polarizing plate. Configured. Some reflective liquid crystal display devices have only one polarizing plate. This reflective liquid crystal display device has a polarizing plate disposed on the front surface side of the liquid crystal cell and is disposed on the back surface side of the liquid crystal cell. A reflector is arranged.
[0003]
The liquid crystal cell used in these liquid crystal display devices has a structure in which a liquid crystal is sandwiched between a pair of substrates each having an electrode formed on each surface facing each other and subjected to an alignment treatment on the surface on which the electrode is formed. The liquid crystal molecules are aligned in a predetermined alignment state (for example, twist alignment state), with the alignment direction in the vicinity of each substrate being restricted by the alignment film.
[0004]
The liquid crystal display device is driven by applying a driving voltage according to display data between the electrodes of each pixel portion of the liquid crystal cell. When a voltage is applied between the electrodes, the liquid crystal molecules are initially applied with no voltage The alignment state is changed so as to rise from the alignment state with respect to the substrate surface, and light transmission is controlled according to the alignment state.
[0005]
There are two types of liquid crystal display devices, one using a simple matrix type liquid crystal cell and the other using an active matrix type liquid crystal cell, but the structure of the liquid crystal cell is extremely simple and can be obtained at low cost. Then, the simple matrix method is advantageous.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, a liquid crystal display device using a simple matrix type liquid crystal cell has a driving voltage applied to the liquid crystal layer by applying a write voltage between the electrodes (between the scanning electrode and the signal electrode) of each pixel portion of the liquid crystal cell. By controlling the effective value, the display is driven by changing the alignment state of the liquid crystal molecules by inducing the electric field of the liquid crystal molecules according to the effective value of the driving voltage, so that the light transmission state is controlled step by step. When the number of time divisions increases, the difference in effective value corresponding to each stage cannot be made large. For this reason, if time division driving is performed with high duty, the operating voltage for driving the liquid crystal cell The margin (difference in effective value of voltage for displaying each gradation) becomes small, and clear stepwise display cannot be performed.
[0007]
For this reason, a liquid crystal display device using a simple matrix type liquid crystal cell is difficult to perform time-division driving with a high duty, and therefore, it is difficult to increase the number of pixels and achieve high definition of a display image.
[0008]
The present invention uses a liquid crystal cell that is driven by controlling the effective value of the drive voltage, but increases the operating voltage margin with respect to the drive duty and enables time-division drive with a high duty, An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device capable of realizing display of a high-definition image having a large number of pixels.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  The liquid crystal display device according to the present invention includes a liquid crystal cell having a nematic liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates each having an electrode formed on each surface facing each other, and at least one sheet disposed on at least the surface side of the liquid crystal cell. A polarizing plate,
  The pair ofAfter applying a reset voltage between the electrodes of the substrate so that the liquid crystal molecules are aligned so that the molecular long axis thereof is substantially perpendicular to the substrate surface, the first metastable state selection voltage having a lower value and the first voltage are selected. By selectively applying one of the second metastable state selection voltages different from the first metastable state selection voltage, liquid crystal moleculesThe, Oriented in one of a first metastable state oriented in a predetermined state and a second metastable state oriented in an orientation state different from the first metastable stateAndIn each of the first and second metastable statesBy applying a plurality of driving voltages having different effective values to the liquid crystal layer, each of the effective values of the plurality of driving voltages is applied.By the electric field induction of the corresponding liquid crystal moleculesA liquid crystal display device in which the liquid crystal molecules are aligned in a plurality of alignment states,
  The nematic liquid crystal is made of a liquid crystal material having a dielectric anisotropy Δε of 10 or more.
[0010]
  In the liquid crystal display device according to the present invention, the liquid crystal molecules are aligned in either the first or second metastable state, and in each metastable state.By applying a plurality of driving voltages having different effective values to the liquid crystal layer, the liquid crystal molecules are aligned in a plurality of alignment states corresponding to the effective values of the plurality of driving voltages.When the first metastable state is selected, the liquid crystal cell in which the liquid crystal molecules are aligned in the first metastable state and the polarizing plate are electrically controlled. When the second metastable state is selected, the display device has electro-optical characteristics of a display device including a liquid crystal cell in which liquid crystal molecules are aligned in the second metastable state and a polarizing plate.
[0011]
  That is, in this liquid crystal display device, the alignment states of the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell are different from each other.Each of the first metastable state and the second metastable state has different electro-optical characteristics, and the liquid crystal molecules are aligned in a plurality of alignment states for each of the first metastable state and the second metastable state. It is controlled so thatTherefore, a plurality of transmission states among the transmission states to be controlled in stages are controlled using one electro-optical characteristic, and the other plurality of transmission states are controlled using the other electro-optical characteristic. Can be done.
[0012]
Therefore, according to this liquid crystal display device, the total number of steps in the transmission state is determined when the one electro-optical characteristic is used, that is, when the first metastable state is selected to control the light transmission state. , When using the other electro-optical characteristic, that is, when the second metastable state is selected and the light transmission state is controlled, and therefore, the respective metastable states are driven. Since the number of stages is reduced, time-division driving with a small number of stages can be performed in each metastable state.
[0013]
Therefore, according to this liquid crystal display device, while using a liquid crystal cell that is driven by controlling the effective value of the driving voltage, the operating voltage margin is increased with respect to the driving duty, and time division with a high duty is performed. Driving can be enabled.
[0014]
Further, the rewriting of the display of the liquid crystal display device is performed by first resetting the alignment state of the previous liquid crystal molecules by applying the reset voltage and then applying one of the quasi-stable state selection voltages by applying the first or second metastable state selection voltage. After selecting the stable state, a write voltage for obtaining the next write state is applied. In the present invention, a liquid crystal material having a dielectric anisotropy Δε value of 10 or more is applied to the liquid crystal of the liquid crystal cell. Therefore, the alignment state of the previous liquid crystal molecules can be reset with good responsiveness by applying the reset voltage.
[0015]
For this reason, according to the liquid crystal display device of the present invention, the application time of the reset voltage for resetting the alignment state of the liquid crystal molecules can be shortened, and the switching time of the metastable state can be shortened. Thus, it is possible to realize the high-definition image display with a large number of pixels.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the liquid crystal display device according to the present invention, the liquid crystal molecules are aligned in either one of the first and second metastable states by selectively applying the first or second metastable selection voltage after the reset voltage is applied. The first and second metastable states and the drive are provided using a liquid crystal cell having a liquid crystal layer oriented in an electric field induced orientation state corresponding to the effective value of the driving voltage after the metastable state is selected. By controlling the orientation state according to the effective value of the voltage, the light transmission state is controlled in a plurality of stages in each of the first and second metastable states, and in each metastable state, A liquid crystal material having a value of dielectric anisotropy Δε of 10 or more is used as the liquid crystal of the liquid crystal cell, so that time-division driving with a small number of stages can be performed. Reset molecular orientation Thus, time-division driving with a high duty is possible.
[0017]
In the liquid crystal display device according to the present invention, the liquid crystal layer of the liquid crystal cell may be non-twisted or twisted at a twist angle of approximately 0 ° to approximately 180 ° in one direction with respect to the alignment treatment direction of one of the substrates. The first metastable state is an alignment state in which the liquid crystal molecules are further twisted by approximately 180 ° in the one direction from the initial alignment state to eliminate the spray distortion. The second metastable state is an alignment state in which the liquid crystal molecules are aligned by being twisted by approximately 180 ° in the direction opposite to the one direction from the initial alignment state to eliminate the spray distortion.
[0018]
【Example】
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a reflective liquid crystal display device will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a basic configuration of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention, where (a) is an initial alignment state, (b) is a first metastable state, and (c) is a second configuration. The metastable state of is shown. FIG. 2 is a cross-sectional view of the liquid crystal display device.
[0019]
As shown in FIGS. 1 and 2, the liquid crystal display device of this embodiment has polarizing plates 21 and 22 arranged on the front and back sides of the liquid crystal cell 10, and the polarizing plate 22 on the back side. A reflection plate 30 is disposed behind, and a driving system 40 for driving the liquid crystal cell 10 is connected to the liquid crystal cell 10.
[0020]
As shown in FIG. 2, the liquid crystal cell 10 has a transparent electrode 13, 14 provided on the inner surface and an alignment film 15, 16 having an alignment treatment formed thereon, between a pair of front and back transparent substrates 11, 12. A liquid crystal 18 is sandwiched between the pair of substrates 11 and 12 via a frame-shaped sealing material 17, and the liquid crystal 18 is a region surrounded by the sealing material 17 between the substrates 11 and 12. Is enclosed. The alignment films 15 and 16 are horizontal alignment films made of polyimide or the like, and are subjected to alignment treatment by rubbing the film surfaces in a predetermined direction.
[0021]
The liquid crystal cell 10 is of a simple matrix type, and the transparent electrode 13 provided on the front side substrate 11 includes a plurality of scanning electrodes formed along one direction (left and right direction in FIG. 2), and the back side. The transparent electrode 14 provided on the substrate 12 is a plurality of signal electrodes formed along a direction substantially orthogonal to the scanning electrode 13.
[0022]
Further, the liquid crystal cell 10 uses a nematic liquid crystal in which a chiral agent is added to the liquid crystal 18 to give a twist alignment. The nematic liquid crystal used in this example has a viscosity of 30 cp at room temperature. As described above, it is made of a liquid crystal material having a value of dielectric anisotropy Δε exhibiting a physical property of elastic constant ratio K33 / K11 of 1.5 or more and 10 or more.
The viscosity of the liquid crystal material is desirably in the range of 30 to 45 cp, and the elastic constant ratio K33 / K11 is desirably in the range of 1.5 to 2.2.
[0023]
In the initial alignment state, the liquid crystal layer of the liquid crystal cell 10 has non-twist alignment (a twist angle of 0) with a twist angle of 0 ° to 180 ° in one direction with respect to the alignment treatment direction of one of the substrates. ° orientation) or twist orientation splay orientation.
[0024]
The liquid crystal cell 10 is applied with a reset voltage having a sufficiently high voltage value that causes liquid crystal molecules to rise and align substantially perpendicularly to the surfaces of the substrates 11 and 12, and then a selection voltage having a predetermined value lower than that. Is applied, the liquid crystal molecules are twisted by approximately 180 ° in the one direction (the same direction as the twist alignment direction in the initial alignment state) from the initial alignment state, and twist alignment is performed, thereby eliminating the spray distortion. After the reset voltage is applied, the liquid crystal molecules are reversed from the initial alignment state to the one direction (first metastable state) by applying another predetermined selection voltage lower than the reset voltage. And the second metastable state in which the twist distortion is eliminated at an angle twisted approximately 180 ° in the direction opposite to the twist orientation direction in the state to eliminate the spray distortion, and the first and second The alignment state of the liquid crystal molecules in the metastable state is an alignment state induced by an electric field that changes according to the effective value of the drive voltage applied according to the display data.
[0025]
In this embodiment, the twist angle of the liquid crystal molecules in the initial alignment state is approximately 90 °. Therefore, in the first metastable state, the liquid crystal molecules are based on the alignment treatment direction of one of the substrates. The second metastable state is a state in which the liquid crystal molecules are based on the alignment processing direction of the one substrate as the first metastable state. It is in a state of twist orientation with a twist angle of approximately 90 ° in the opposite direction.
[0026]
In FIG. 1, 11a and 12a indicate the alignment treatment direction of both substrates 11 and 12 of the liquid crystal cell 10 (rubbing direction of the alignment films 15 and 16). In this embodiment, the alignment film 15 of the front substrate 11 is The alignment film 16 of the back substrate 12 is subjected to an alignment process in a direction deviated approximately 45 ° counterclockwise when viewed from the surface side with respect to the horizontal axis x of the screen of the liquid crystal display device and from the lower left to the upper right of the screen The orientation processing is performed in a direction shifted by approximately 45 ° clockwise as viewed from the surface side with respect to the horizontal axis x and from the upper left to the lower right of the screen. That is, the alignment processing directions 11a and 12a of both the substrates 11 and 12 are substantially orthogonal to each other.
[0027]
In this embodiment, the liquid crystal 18 is added with a chiral agent having a counterclockwise twist alignment as viewed from the surface side. Therefore, the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell 10 are in an initial alignment state. Then, it is twisted with a twist angle of approximately 90 ° in the counterclockwise direction (twist direction imparted by the chiral agent) as viewed from the surface side with spray distortion.
[0028]
In this initial alignment state, the liquid crystal molecules are aligned in the vicinity of both substrates 11 and 12 along the alignment processing directions 11a and 12a, and the alignment processing direction of one of the substrates, for example, the alignment processing of the back substrate 12 is performed. With reference to the direction 12a, a splay alignment state in which twist alignment is performed at a twist angle of approximately 90 ° in the direction indicated by the broken line arrow in FIG. 1A, that is, the twist direction applied by the chiral agent.
[0029]
The initial alignment state is a state that is not actually used for display, and the liquid crystal cell 10 aligns the alignment state of the liquid crystal molecules in each pixel portion to the first and second metastable states described above. Display driven.
[0030]
The first metastable state and the second metastable state are states in which the twist angle of the liquid crystal molecules is changed by approximately 180 ° from the initial alignment state to eliminate spray distortion, and the alignment treatment direction of the back substrate 12 With reference to 12a, the twist angle in the twist direction imparted by the chiral agent is a positive angle, and the twist angle in the direction opposite to the twist direction imparted by the chiral agent (the direction of untwisting the chiral agent) is − The first metastable state is a twist alignment state in which the twist angle is changed by + 180 ° with respect to the initial alignment state, and the second metastable state has a twist angle of −− with respect to the initial alignment state. The twist orientation is changed by 180 °.
[0031]
The switching of the alignment state from the initial alignment state to the first and second metastable states is performed between the electrodes of each pixel portion of the liquid crystal cell 10 (between the scanning electrode 13 and the signal electrode 14). This is performed by applying a spray distortion elimination voltage having a sufficiently high voltage value which rises and is oriented substantially perpendicularly to the surfaces of the substrates 11 and 12, and then applies a selection voltage having a predetermined value between the electrodes.
[0032]
That is, after the liquid crystal molecules are vertically aligned with respect to the surfaces of the substrates 11 and 12 by applying a spray distortion eliminating voltage, a selection voltage (hereinafter referred to as a first metastable voltage) having a predetermined value lower than the spray distortion eliminating voltage is applied. When a state selection voltage is applied, the liquid crystal molecules are aligned in a twisted state (90 ° + 180 ° = 270 °) obtained by adding a twist of approximately 180 ° to the twisted angle in the initial alignment state, and spray distortion occurs. And the first metastable state is reached.
[0033]
In this first metastable state, the liquid crystal molecules are aligned along the alignment processing directions 11a and 12a in the vicinity of both the substrates 11 and 12, and the alignment processing direction of one of the substrates, for example, the back substrate 12 is used. With reference to the orientation processing direction 12a of FIG. 1, the twist direction of 270 ° in the twist direction indicated by the broken-line arrow in FIG. 1B, that is, the counterclockwise direction as viewed from the surface side (the twist direction applied by the chiral agent) It is in a state of twist orientation at the corner.
[0034]
In addition, after the liquid crystal molecules are vertically aligned with respect to the surfaces of the substrates 11 and 12 by applying a spray distortion eliminating voltage, a selection voltage having a predetermined value lower than the spray distortion eliminating voltage (hereinafter referred to as a second metastable). When a state selection voltage is applied, the liquid crystal molecules are aligned and sprayed in a twisted state (90 ° −180 ° = −90 °) obtained by subtracting a twist of about 180 ° from the twisted angle in the initial alignment state. Distortion is eliminated and a second metastable state is achieved.
[0035]
In the second metastable state, the liquid crystal molecules are aligned along the alignment processing directions 11a and 12a in the vicinity of both the substrates 11 and 12, and the alignment processing direction of one of the substrates, for example, the back substrate 12 is used. With reference to the orientation processing direction 12a of FIG. 1, the twist direction indicated by the broken-line arrow in FIG. 1C, that is, the clockwise direction when viewed from the surface side (the direction opposite to the twist direction imparted by the chiral agent) is substantially It is in a state of twist orientation with a twist angle of 90 °.
[0036]
Further, the first metastable state and the second metastable state can be switched from one to the other, and even if the liquid crystal molecules are aligned in any metastable state, the electrode 13 first. , 14 is applied to reset the metastable state by applying a reset voltage having a sufficiently high voltage value so that the liquid crystal molecules rise and align substantially perpendicularly to the surfaces of the substrates 11 and 12, and then the first or second quasi-stable state is applied. By applying a stable state selection voltage, the alignment state of the liquid crystal molecules can be switched from one metastable state to the other metastable state.
[0037]
The first metastable state selection voltage and the second metastable state selection voltage are determined by the characteristics of the nematic liquid crystal to be used, the characteristics of the chiral agent, and the amount added, but the first metastable state selection voltage is approximately 0 V (approximately The second metastable state selection voltage is a low value at which most liquid crystal molecules are aligned at an inclination angle similar to or close to the pretilt angle in the initial alignment state. The absolute value is larger than the steady state selection voltage.
[0038]
FIG. 3 is a schematic view of the alignment state of the liquid crystal molecules in the initial alignment state, the reset state, and the first and second metastable states as viewed from the lower edge direction (direction orthogonal to the horizontal axis x) of the liquid crystal cell 10. And 18a indicates liquid crystal molecules.
[0039]
As shown in this schematic diagram, the initial alignment state (the state in which the liquid crystal molecules are twisted with a twist angle of approximately 90 ° in the counterclockwise direction when viewed from the front surface with reference to the alignment treatment direction 12a of the back substrate 12) is as follows. The liquid crystal molecules in the vicinity of both the substrates 11 and 12 are aligned so as to rise obliquely with a pretilt angle of about several degrees toward the alignment processing directions 11a and 12a with respect to the surfaces of the substrates 11 and 12, respectively. This is a state in which the tilts of the pretilts on the substrates 11 and 12 side are opposite to each other when the twisted liquid crystal molecules are expanded and viewed so that their long axes are on the same plane. Therefore, as the liquid crystal molecules move away from the substrates 11 and 12, the tilt angle decreases, and the liquid crystal molecules are inclined with respect to the surfaces of the substrates 11 and 12 with the middle of the liquid crystal layer thickness (the point where the tilt angle becomes 0 °) as a boundary. It is in a twist orientation state in which the direction of rotation is reversed (a state having spray distortion).
[0040]
In the reset state, the liquid crystal molecules (not shown in the figure) in the vicinity of both the substrates 11 and 12 are almost the same as the initial alignment states (the alignment treatment direction 11a with respect to the respective substrate 11 and 12 surfaces). , 12a, the liquid crystal molecules are aligned so as to rise obliquely with a pretilt angle of about several degrees, but most of the liquid crystal molecules separated from the substrates 11 and 12 to some extent are relative to the surfaces of the substrates 11 and 12 It is in a state of being oriented so as to rise almost vertically.
[0041]
Furthermore, in the first metastable state (the state in which the liquid crystal molecules are twisted in one direction with a twist angle of approximately 270 °), the alignment state of the liquid crystal molecules in the vicinity of both substrates 11 and 12 is almost the same as the initial alignment state. However, the liquid crystal molecules are twisted and twisted by about 180 ° from the initial alignment state. Therefore, the twisted liquid crystal molecules are expanded so that their long axes are on the same plane. Since the tilt directions of the liquid crystal molecules 18a are the same, the first metastable state is a twist alignment state without splay distortion.
[0042]
The second metastable state (the state in which the liquid crystal molecules are twisted with a twist angle of approximately 90 ° in the opposite direction to the first metastable state) is the alignment state of the liquid crystal molecules in the vicinity of both substrates 11 and 12. Is almost the same as the initial alignment state, but the twist angle of the liquid crystal molecules is twisted by approximately 180 ° in the direction opposite to the twist direction in the first metastable state from the initial alignment state, and is twist aligned. Accordingly, since the tilt directions of the liquid crystal molecules 18a are the same when the liquid crystal molecules that are twist-aligned are expanded so that their respective major axes are on the same plane, the second metastable state is obtained. Is a twist orientation state without spray distortion.
[0043]
Each of the first and second metastable states is a twist alignment state that maintains the twist angle of the liquid crystal molecules 18a in the metastable state. In any metastable state, the tilt angle of the liquid crystal molecules 18a, that is, The rising angle with respect to the surfaces of the substrates 11 and 12 changes according to the effective value of the drive voltage applied between the electrodes 13 and 14 (however, the alignment state of the liquid crystal molecules in the vicinity of the substrates 11 and 12 hardly changes).
[0044]
Among the alignment states of the liquid crystal molecules in the first and second metastable states shown in FIG. 3, the alignment state shown on the upper side is the alignment state of the liquid crystal molecules when the effective value of the drive voltage is a relatively small value. The second alignment state indicates the alignment state of the liquid crystal molecules (first writing state) when the effective value of the drive voltage is a certain high value. Even in the metastable state of the liquid crystal, the liquid crystal molecules rise and align according to the effective value of the driving voltage by inducing the electric field of the liquid crystal molecules according to the effective value of the driving voltage while maintaining the twisted alignment state in the metastable state. .
[0045]
The drive voltage is a voltage whose effective value changes in a range lower than the voltage value of the reset voltage, and the first and second metastable states are liquid crystal molecules according to the effective value of the drive voltage. Although the tilt angle changes, the twist alignment state is maintained as it is, and in any metastable state, the liquid crystal molecules 18a are aligned substantially vertically with respect to the substrates 11 and 12 by applying the reset voltage. Until the metastable state is reset.
[0046]
That is, the liquid crystal layer of the liquid crystal cell 10 resets the liquid crystal molecules between the electrodes 13 and 14 of the pair of substrates 11 and 12 so that their molecular long axes are substantially perpendicular to the surfaces of the substrates 11 and 12. After the voltage is applied, either the first metastable state selection voltage having a lower value and the second metastable state selection voltage different from the first metastable state selection voltage are selectively applied. Thus, the liquid crystal molecules are aligned in one of a first metastable state aligned in a predetermined state and a second metastable state aligned in an alignment state different from the first metastable state, The liquid crystal molecules have a characteristic that the alignment state of the liquid crystal molecules changes due to the electric field induction of the liquid crystal molecules according to the effective value of the driving voltage in each of the first and second metastable states.
[0047]
In FIG. 1, reference numerals 21a and 22a denote transmission axes of a pair of polarizing plates 21 and 22 arranged on the front and back sides of the liquid crystal cell 10, and in this embodiment, the front side polarized light The plate 21 is arranged with its transmission axis 21a oriented in a direction substantially parallel to or substantially perpendicular to the alignment processing direction 11a of the front substrate 11 of the liquid crystal cell 10 (a direction substantially parallel in the figure), and the back side polarizing plate 22 is arranged. The transmission axis 22a is arranged in a direction substantially orthogonal to the transmission axis 21a of the front polarizing plate 21.
[0048]
This liquid crystal display device uses external light such as natural light and room illumination light to reflect light incident from the front surface side by the reflecting plate 30 disposed on the back surface side, and the display drive is performed by a drive system. 40 is performed by driving the liquid crystal cell 10.
[0049]
The drive system 40 selects each pixel row of the liquid crystal cell 10 in a predetermined selection order, and the reset voltage and the first and second metastable states between the electrodes of each pixel portion of the selected pixel row. A metastable state selection voltage for selecting one of them and a write voltage corresponding to the write data are applied, and the liquid crystal molecules in each pixel portion of the liquid crystal cell 10 rise substantially vertically by the application of the reset voltage. The first writing state (the metastable state and the alignment state of the liquid crystal molecules in that state) is reset, and either the first or the second is selected according to the metastable state selection voltage applied thereafter. In the metastable state, the orientation state is changed according to the effective value of the drive voltage determined by the write voltage.
[0050]
Before starting the driving of the liquid crystal display device, the liquid crystal molecules of all the pixel portions of the liquid crystal cell 10 are aligned in the above-described initial alignment state (alignment state having splay distortion). When the first reset voltage is applied, the liquid crystal molecules are aligned so as to rise substantially vertically with the voltage as a spray distortion elimination voltage, and the same state as when the metastable state is reset is obtained.
[0051]
In the liquid crystal display device, the liquid crystal molecules in each pixel portion of the liquid crystal cell 10 are aligned in either the first or second metastable state, and the tilt angle of the liquid crystal molecules in each metastable state is determined by the effective driving voltage. The light transmission state is controlled according to the value, and when the first metastable state is selected, the liquid crystal molecules are substantially aligned in one direction with respect to the orientation processing direction of one of the substrates. When the second metastable state is selected, the liquid crystal molecules change the orientation processing direction of the one substrate when the second metastable state is selected. As a reference, it has an electro-optical characteristic of a display device including a liquid crystal cell twisted and aligned with a twist angle of approximately 90 ° in a direction opposite to the first metastable state and a polarizing plate.
[0052]
That is, this liquid crystal display device combines the electro-optical characteristics of two display devices having different alignment states of the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell. Therefore, a plurality of transmission states to be controlled step by step. The transmission state can be controlled using one electro-optical characteristic, and the other plurality of transmission states can be controlled using the other electro-optical characteristic.
[0053]
In this case, in the above embodiment, the direction of the transmission axis 21a of the front side polarizing plate 21 is set to a direction substantially parallel or substantially orthogonal to the alignment processing direction 11a of the front side substrate 11 of the liquid crystal cell 10, and the transmission axis 22a of the back side polarizing plate 22 is set to the direction. The second metastable state is selected when the first metastable state is selected and the transmission state is controlled by setting the direction substantially orthogonal to the transmission axis 21a of the front polarizing plate 21. Even when the transmission state is controlled, display in the twisted nematic mode (hereinafter referred to as TN mode) can be performed.
[0054]
In other words, in both the first and second metastable states, the linearly polarized light that has been transmitted through the front-side polarizing plate 21 and transmitted through the liquid crystal cell 10 undergoes twist alignment of the liquid crystal molecules due to the birefringence of the liquid crystal layer. The light is rotated according to the state, the light enters the back side polarizing plate 22, and transmission is controlled by the back side polarizing plate 22. And the light which permeate | transmitted the back side polarizing plate 22 is reflected by the reflecting plate 30, and permeate | transmits the said back side polarizing plate 22, the liquid crystal cell 10, and the front side polarizing plate 21 in order, and radiate | emits it.
[0055]
In this liquid crystal display device, since the alignment state of the liquid crystal molecules when the first metastable state is selected is a twist alignment state having a large twist angle of about 270 °, the optical rotation in the birefringence action of the liquid crystal layer is performed. Since the optical rotatory power is different for each wavelength light due to dispersion, each wavelength light is transmitted through the back side polarizing plate 22 with a different transmittance, and the light transmitted through the back side polarizing plate 22 corresponds to each wavelength light constituting the light. It becomes colored light according to the intensity ratio.
[0056]
As described above, the display in the TN mode when the first metastable state is selected is a color display for obtaining a colored display, and the display color is the drive voltage applied between the electrodes 13 and 14. It changes according to the effective value.
[0057]
That is, the liquid crystal molecules rise and align according to the effective value of the driving voltage while maintaining the alignment state in the metastable state. When the alignment state of the liquid crystal molecules changes in this way, the birefringence of the liquid crystal layer corresponding thereto changes. Since the optical rotatory power of each wavelength changes due to the change in optical rotatory dispersion according to the change in the color, it is possible to change the color of the colored light by controlling the effective value of the drive voltage. The color can be displayed.
[0058]
The color display uses the birefringence action of the liquid crystal layer of the liquid crystal cell 10 and the polarization action of the pair of polarizing plates 21 and 22 to color the light. Therefore, the color filter is used to color the light. Therefore, even a reflective liquid crystal display device can obtain a bright colored display by increasing the transmittance of display light.
[0059]
On the other hand, since the alignment state of the liquid crystal molecules when the second metastable state is selected is a twist alignment state with a twist angle of approximately 90 °, the display in the TN mode at this time is a normal TN liquid crystal display. This is basically the same as the case of the device, and in the liquid crystal display device of this embodiment, the front-side polarizing plate 21 and the back-side polarizing plate 22 are arranged with their transmission axes 21a, 22a substantially orthogonal to each other. When the tilt angle of the liquid crystal molecules is close to the pre-tilt angle, white, which is an achromatic bright display, is displayed, and as the tilt angle of the liquid crystal molecules increases, the light transmittance decreases, and finally the dark achromatic color appears. The display is black.
[0060]
In this case, the liquid crystal molecules rise and align according to the effective value of the driving voltage, and the birefringence of the liquid crystal layer changes accordingly, so that the light transmission state is stepped by controlling the effective value of the driving voltage. Can be controlled to perform monochrome display with gradation.
[0061]
Note that the initial alignment state, that is, the state in which the liquid crystal molecules are twisted with a twist angle of approximately 90 ° with splay distortion is not used for actual display, but this initial alignment state also provides black and white display in the TN mode. It is a state that can be.
[0062]
4 and 5, the alignment treatment directions 11a and 12a of both substrates 11 and 12 of the liquid crystal cell 10 and the transmission axes 21a and 22a of the front and back polarizing plates 21 and 22 are set as shown in FIG. 10 shows a change in light emission rate and display color with respect to a driving voltage of a liquid crystal display device in which a value of Δnd (product of refractive index anisotropy Δn of liquid crystal and liquid crystal layer thickness d) of 10 is selected to be about 1000 nm, 4A and 4B are voltage-emission rate characteristic diagrams and CIE chromaticity diagrams in the first metastable state, and FIGS. 5A and 5B are voltages in the second metastable state. It is an emission rate characteristic diagram and a CIE chromaticity diagram. In addition, in the chromaticity diagram of (b) of each figure, W has shown the achromatic color point.
[0063]
The voltage-emission rate characteristic in the first metastable state is a characteristic as shown in FIG. 4A, and the change in display color with respect to the drive voltage has an effective value of 1 as shown in FIG. 4B. It is red when a voltage of .95V is applied, and blue when a voltage having an effective value of 2.98V is applied.
[0064]
The red x and y coordinate values are x = 0.353 and y = 0.350, and the Y value (brightness) is 28.54. The blue x and y coordination values are x = 0.274, y = 0.296, and the Y value is 11.64.
[0065]
Further, the voltage-emission rate characteristic in the second metastable state is a characteristic as shown in FIG. 5A, and the change in display color with respect to the drive voltage is an effective value as shown in FIG. 5B. Is white when a voltage of 1.55V is applied, and black when an effective value of 3.07V is applied.
[0066]
The white x and y coordination values are x = 0.317, y = 0.341, and the Y value is 34.41. The black x and y coordinate values are x = 0.271 and y = 0.290, and the Y value is 1.83.
[0067]
That is, the liquid crystal display device selects the first metastable state to display red and blue, and selects the second metastable state to display white and black. In addition to the white and black displays, two color displays of red and blue can be performed.
[0068]
When the power of the liquid crystal display device is turned off, the alignment state of the liquid crystal molecules in the first or second metastable state changes from a few seconds to a few minutes due to natural discharge (characteristics of nematic liquid crystal to be used and characteristics and addition of chiral agent) The whole screen is changed to a state when no voltage is applied in the initial alignment state (white in the above embodiment).
[0069]
The liquid crystal display device combines the electro-optical characteristics of two display devices having different alignment states of the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell, and a plurality of transmission states among the transmission states to be controlled stepwise. Since the control of the state is performed using one electro-optical characteristic and the control of the other plurality of transmission states can be performed using the other electro-optical characteristic, the total number of steps of the transmission state is When using the one electro-optical characteristic, that is, when selecting the first metastable state and controlling the transmission state, and when using the other electro-optical characteristic, that is, selecting the second metastable state. Therefore, since the number of stages driven in each metastable state is reduced, time-division driving with a small number of stages in each metastable state is possible. The line Ukoto can.
[0070]
Therefore, according to the liquid crystal display device, an operating voltage margin can be increased with respect to the driving duty of the liquid crystal cell 10. That is, in the case of a liquid crystal display device that displays two colors of red and blue in addition to the above-described white and black displays, the effective value of the drive voltage is set to red by selecting the first metastable state. When displaying black, set two ways, 1.95V and 2.98V. When selecting the second metastable state and displaying blue and white, set two ways, 1.55V and 3.07V. Therefore, the difference between the effective values of the two driving voltages in each metastable state, that is, the operating voltage margin is 1.03 V (= 2.98 V-1.95 V) in the first metastable state, In the second metastable state, 1.52 V (= 3.07 V-1.55 V) can be sufficiently large.
[0071]
Therefore, according to the liquid crystal display device, even if the liquid crystal cell 10 is of a simple matrix type driven by controlling the effective value of the driving voltage, the operating voltage margin is increased with respect to the driving duty, It is possible to perform time-division driving with a duty.
[0072]
The rewriting of the display of the liquid crystal display device is performed by first resetting the alignment state of the previous liquid crystal molecules by applying the reset voltage and then applying any one of the metastable states by applying the first or second metastable state selection voltage. In this liquid crystal display device, a liquid crystal material having a dielectric anisotropy Δε value of 10 or more is applied to the liquid crystal of the liquid crystal cell 10 after a state is selected and a write voltage for obtaining the next write state is applied. Therefore, the alignment state of the previous liquid crystal molecules can be reset with good responsiveness by applying the reset voltage.
[0073]
That is, as the liquid crystal 18 sealed in the liquid crystal cell 10 of the liquid crystal display device, three types of liquid crystal materials having different physical properties were prepared, and the response when the reset voltage was applied to these liquid crystal materials was examined. The results shown in the following table were obtained.
[0074]
[Table 1]

[0075]
As can be seen from this table, the liquid crystal material A or B having a small dielectric anisotropy Δε of 6.2 or 7.4 has a slow reset response, but the value of the dielectric anisotropy Δε is 12.7. The large liquid crystal material C has a fast reset response.
[0076]
The reset response time of these liquid crystal materials A, B, and C (the time required for the liquid crystal molecules to rise and align substantially vertically) is about 4 msec when the reset voltage is 50 V for liquid crystal material A, and reset for liquid crystal material B. The voltage is about 4 msec when the voltage is 40V, and the liquid crystal material C is about 2 msec when the reset voltage is 40V.
[0077]
Thus, the liquid crystal material C has a reset response almost twice as fast as the liquid crystal materials A and B. Therefore, when this liquid crystal material C is used, the alignment state of the liquid crystal molecules is changed. The application time of the reset voltage for resetting can be shortened, and the switching time of the metastable state can be shortened. Since the first or second metastable state selection voltage applied after application of the reset voltage is a very low voltage, the liquid crystal molecules whose previous alignment state has been reset have the first or second responsiveness. Oriented to a metastable state.
[0078]
Therefore, according to the liquid crystal display device, it is possible to perform time-division driving with a higher duty and realize display of a high-definition image having a large number of pixels.
The liquid crystal material C shown in the above table has a dielectric anisotropy Δε of 12.7, but if a liquid crystal material having a value of Δε of 10 or more is used, a reset for resetting the alignment state is performed. The switching time for the metastable state can be shortened by sufficiently shortening the voltage application time.
[0079]
Further, the liquid crystal display device divides all pixel rows of the liquid crystal cell 10 into groups each having a plurality of rows, and resets the pixel portion of each row of one pixel row group and selects a metastable state for each frame. It is desirable to drive the display by a driving method for writing in the pixel portion of the pixel row.
[0080]
According to this driving method, since the reset and metastable state selection time secured in one frame is only the time required for resetting and selecting the metastable state of each pixel row in one group, one frame is shortened, The frame frequency can be increased.
[0081]
Further, according to this driving method, writing to the pixel row selected for the metastable state completes resetting and metastable state selection for the remaining pixel rows in the group, and then to each pixel row in this group. Since this is performed when sequential writing is started and the writing period for the pixel row is reached, a new writing is not performed even in the pixel row in the group where the reset and metastable state selection is performed first. The time in the state is very short, so there is no screen flicker.
[0082]
In this driving method, the pixel rows are grouped by selecting the number of pixel rows in one group so that a high frame frequency can be obtained, and the number of groups necessary for rewriting the image for one screen. It is preferable to choose so that there is not much.
[0083]
For example, simple matrix type liquid crystal cells include 32, 64, and 128 pixel rows. For example, when the number of pixel rows in a liquid crystal cell is 64, The pixel rows are preferably divided into groups of 8 rows. If the number of pixel rows in one group is about 8, a sufficiently high frame frequency can be obtained, and 64 rows can be divided into groups of 8 rows. If it is known, the image for one screen is rewritten in about 8 to 9 frames, so the screen switching is also good. That is, for example, if the frame frequency is 1/30 sec, if the number of frames required to rewrite an image for one screen is 8 to 9 frames, about 3 to 4 screens can be rewritten per second. Therefore, it is possible to improve the switching of the screen.
[0084]
In the liquid crystal display device, the display color when the first metastable state is selected is red and blue. The display color can be arbitrarily set by changing the value of Δnd of the liquid crystal cell 10. You can choose.
[0085]
Furthermore, the liquid crystal display device of the above embodiment performs display in the TN mode when either the first or second metastable state is selected, and the display in the first metastable state is a color display. Thus, the display in the second metastable state is a monochrome display, but at least the direction of the transmission axis 21a of the front polarizing plate 21 is oblique with respect to the alignment processing direction 11a of the front substrate 11 of the liquid crystal cell 10. If the direction is crossed, the display in both the first and second metastable states can be a color display by the birefringence effect mode.
[0086]
In this liquid crystal display device, the liquid crystal 18 of the liquid crystal cell 10 has a viscosity of 30 cp or more (preferably in the range of 30 to 45 cp) and an elastic constant ratio K33 / K11 of 1.5 or more (preferably 1. Since the liquid crystal material exhibiting the physical properties in the range of 5 to 2.2 is used, the stability of the alignment state of the liquid crystal molecules in the first and second metastable states described above is high, and therefore the selected metastable state. Can be reliably maintained, and the alignment state of the liquid crystal molecules can be changed according to the effective value of the driving voltage in the metastable state, whereby a highly reliable display operation can be performed.
[0087]
FIG. 6 is a perspective view showing a basic configuration of a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention, where (a) is an initial alignment state, (b) is a first metastable state, and (c) is a second configuration. The metastable state of is shown.
[0088]
In the liquid crystal display device of this embodiment, the twist angle of the liquid crystal molecules in the initial alignment state of the liquid crystal cell 10 is approximately 30 °, and other configurations are the same as those of the first embodiment. The same liquid crystal material was used.
[0089]
In this embodiment, as shown in FIG. 6, the alignment processing direction 11a of the front substrate 11 of the liquid crystal cell 10 is shifted by about 15 ° counterclockwise when viewed from the surface side with respect to the horizontal axis x of the screen of the liquid crystal display device. The orientation processing direction 12a of the back side substrate 12 is shifted by about 15 ° clockwise as viewed from the front side with respect to the horizontal axis x. The direction is from the upper left to the lower right of the screen. That is, the alignment processing directions 11a and 12a of both the substrates 11 and 12 intersect each other at an angle of approximately 30 °.
[0090]
In this embodiment, the liquid crystal of the liquid crystal cell 10 is added with a chiral agent having a counterclockwise twist alignment as viewed from the surface side. Therefore, the liquid crystal molecules are in the initial alignment state. With the splay distortion, the film is twist-oriented with a twist angle of approximately 30 ° in the counterclockwise direction (twist direction imparted by the chiral agent) as viewed from the surface side.
[0091]
In this initial alignment state, the liquid crystal molecules are aligned in the vicinity of both substrates 11 and 12 along the alignment processing directions 11a and 12a, and the alignment processing direction of one of the substrates, for example, the alignment processing of the back substrate 12 is performed. With reference to the direction 12a, a splay alignment state in which twist alignment is performed at a twist angle of approximately 30 ° in the direction indicated by the broken line arrow in FIG. 6A, that is, the twist direction applied by the chiral agent.
[0092]
Each of the first and second metastable states is a state in which the twist angle of the liquid crystal molecules changes from the initial alignment state by approximately 180 ° to eliminate the spray distortion. In this embodiment, the liquid crystal molecules in the initial alignment state are eliminated. In the first metastable state, the liquid crystal molecules have a twist angle of approximately 210 ° in the twist direction imparted by the chiral agent with respect to the orientation processing direction of one of the substrates. In the second metastable state, the liquid crystal molecules are twist-aligned at a twist angle of approximately 150 ° in the direction opposite to the twist direction imparted by the chiral agent with reference to the alignment processing direction of the one substrate. .
[0093]
That is, in the first metastable state, the liquid crystal molecules are aligned along the respective alignment processing directions 11a and 12a in the vicinity of both the substrates 11 and 12, and the alignment processing direction of one of the substrates, for example, the back side With reference to the alignment processing direction 12a of the substrate 12, approximately 210 ° in the twist direction indicated by the broken-line arrow in FIG. 6B, that is, counterclockwise as viewed from the surface side (twist direction imparted by the chiral agent). It is in a state of twist orientation with a twist angle of.
[0094]
In the second metastable state, the liquid crystal molecules are aligned along the alignment processing directions 11a and 12a in the vicinity of both the substrates 11 and 12, and the alignment processing direction of one of the substrates, for example, the back substrate With reference to the alignment processing direction 12a of 12 in the twist direction indicated by the broken-line arrow in FIG. 6C, that is, in the clockwise direction when viewed from the surface side (the direction opposite to the twist direction imparted by the chiral agent), It is in a state of twist orientation with a twist angle of about 150 °.
[0095]
In the first metastable state and the second metastable state, as in the first embodiment, first, a reset voltage having a value for causing the liquid crystal molecules to rise and be aligned substantially perpendicular to the surfaces of the substrates 11 and 12 is applied. Then, the metastable state is reset, and then the first or second metastable state selection voltage is applied to switch from one metastable state to the other metastable state.
[0096]
The first metastable state selection voltage is approximately 0 V, and the second metastable state selection voltage is a low value at which most liquid crystal molecules are aligned at an inclination angle that is similar to or close to the pretilt angle in the initial alignment state. It is.
[0097]
Further, in this embodiment, the front side polarizing plate 21 is arranged in a direction in which the transmission axis 21a is shifted approximately 45 ° counterclockwise as viewed from the surface side with respect to the horizontal axis x of the screen, and the back side polarizing plate 22 is provided. The transmission axis 22a is arranged in a direction shifted by about 45 ° clockwise as viewed from the surface side with respect to the horizontal axis x. Therefore, the transmission axis 21a of the front-side polarizing plate 21 is arranged on the liquid crystal cell 10. It is in a direction that is obliquely displaced at an intersection angle of approximately 30 ° with respect to the orientation processing direction 11a of the front substrate 11 (the direction that is shifted approximately 15 ° counterclockwise when viewed from the surface side with respect to the horizontal axis x), The transmission axis 22 a of 22 is in a direction substantially orthogonal to the transmission axis 21 a of the front polarizing plate 21.
[0098]
In the liquid crystal display device of this embodiment, the initial alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell 10 is set at a twist angle of approximately 30 ° in one direction with reference to the alignment processing direction 12a of one substrate (here, the back substrate) 12. Since the splay alignment state is twisted, the liquid crystal molecules are twisted at a twist angle of approximately 210 ° in one direction with respect to the alignment processing direction 12a of the one substrate 12 when the first metastable state is selected. When the second metastable state is selected, the first liquid crystal cell has electro-optical characteristics of a display device composed of an aligned liquid crystal cell and a polarizing plate, and the first liquid crystal molecule is based on the alignment processing direction 12a of the one substrate 12. The electro-optical characteristics of a display device comprising a liquid crystal cell and a polarizing plate twist-aligned at a twist angle of approximately 150 ° in the opposite direction to the metastable state.
[0099]
Further, in this embodiment, the direction of the transmission axis 21a of the front side polarizing plate 21 is set to a direction obliquely shifted at an intersection angle of about 30 ° with respect to the alignment processing direction 11a of the front side substrate 11 of the liquid crystal cell 10, and the back side polarized light Since the transmission axis 22a of the plate 22 is set in a direction substantially orthogonal to the transmission axis 21a of the front polarizing plate 21, the first metastable state is selected to control the transmission state. Even when the metastable state 2 is selected and the transmission state is controlled, color display by the birefringence effect mode can be performed.
[0100]
The color display by the birefringence effect mode will be described. In both the first and second metastable states, the linearly polarized light that has been transmitted through the front-side polarizing plate 21 and transmitted through the liquid crystal cell 10 is liquid crystal. Each wavelength light becomes elliptically polarized light having a different polarization state due to the birefringence of the layer, and each wavelength light is transmitted through the back-side polarizing plate 22 with a transmittance according to the polarization state, and this back-side polarized light. The light transmitted through the plate 22 becomes colored light of a color corresponding to the ratio of the light intensity of each wavelength light constituting the light. The colored light is reflected by the reflection plate 30 and passes through the back side polarizing plate 22, the liquid crystal cell 10, and the front side polarizing plate 21 in this order and is emitted.
[0101]
As described above, the color display by the birefringence effect mode colors light by utilizing the birefringence action of the liquid crystal layer of the liquid crystal cell 10 and the polarization action of the pair of polarizing plates 21 and 22, and thus the color filter. Therefore, even a reflective liquid crystal display device can obtain a bright color display by increasing the light transmittance.
[0102]
Note that the initial alignment state, that is, the state in which the liquid crystal molecules are twisted at a twist angle of about 30 ° with splay strain is not used for actual display as described above, but this initial alignment state is also birefringence. This is a state in which display in the effect mode can be obtained.
[0103]
In the liquid crystal display device, when the first metastable state (the state in which the liquid crystal molecules are twisted with a twist angle of approximately 210 ° in one direction) is selected, the second metastable state (the liquid crystal molecules Is different from the first metastable state in a twist orientation with a twist angle of about 150 ° in the opposite direction), and the liquid crystal layer shows different birefringence depending on the alignment state. Therefore, different colors can be displayed when the first metastable state is selected and when the second metastable state is selected.
[0104]
Further, in this liquid crystal display device, in both the first and second metastable states, the liquid crystal layer is formed by the change in the tilt angle of the liquid crystal molecules according to the effective value of the drive voltage applied between the electrodes 13 and 14. The birefringence of the light changes, and the polarization state of each wavelength light incident on the back-side polarizing plate 22 changes accordingly. Therefore, the color of the colored light can be changed by controlling the effective value of the driving voltage. Therefore, a plurality of colors can be displayed in one pixel portion.
[0105]
7 and 8 show that the twist angle of the liquid crystal molecules in the initial alignment state of the liquid crystal cell 10 is approximately 30 ° as in this embodiment, and the alignment treatment directions 11a and 12a of both the substrates 11 and 12 and the polarized light on the front and back sides. The direction of the transmission axes 21a and 22a of the plates 21 and 22 is set as shown in FIG. 6, and the light emission rate with respect to the driving voltage of the liquid crystal display device in which the value of Δnd of the liquid crystal cell 10 is set to about 800 nm FIGS. 7A and 7B show voltage-emission rate characteristic diagrams and CIE chromaticity diagrams in the first metastable state, and FIGS. 8A and 8B show changes in display color. FIG. 6 is a voltage-emission rate characteristic diagram and a CIE chromaticity diagram in a second metastable state. In the chromaticity diagram of (b) in each figure, W is an achromatic color point.
[0106]
The voltage-emission rate characteristic in the first metastable state is a characteristic as shown in FIG. 7A, and the change in display color with respect to the drive voltage has an effective value of 1 as shown in FIG. 7B. It is red when a voltage of .46V is applied, and white when a voltage having an effective value of 2.00V is applied.
[0107]
The red x, y coordination values are x = 0.432, y = 0.391, and the Y value (brightness) is 20.29. The white x, y coordination values are x = 0.290, y = 0.319, and the Y value is 29.70.
[0108]
Further, the voltage-emission rate characteristic in the second metastable state is a characteristic as shown in FIG. 8A, and the change in display color with respect to the drive voltage is an effective value as shown in FIG. 8B. Is red when a voltage of 1.46V is applied, and blue when an effective value of 2.00V is applied.
[0109]
The red x, y coordination values are x = 0.424, y = 0.399, and the Y value is 21.31. The blue x and y coordinate values are x = 0.249, y = 0.267, and the Y value is 11.32.
[0110]
That is, the liquid crystal display device selects the first metastable state to display red and white, and selects the second metastable state to display red and blue. Color display can be performed in which an image is displayed in red and blue in the background.
[0111]
In the liquid crystal display device of this embodiment, when the first metastable state is selected and red and white are displayed, the effective value of the driving voltage is selected by selecting the second metastable state and red. When displaying blue, it is only necessary to set two values of 1.46 V and 2.00 V. Therefore, the difference between the effective values of the two driving voltages in each metastable state, that is, the operating voltage margin is set to the first value. In both of the second and second metastable states, a sufficiently large value of 0.54 V (= 2.00 V-1.46 V) can be obtained.
[0112]
Further, the two effective values when the first metastable state is selected and displayed and the two effective values when the second metastable state is selected and displayed are the same (1.46 V). Since it is 2.00 V), display driving is also facilitated.
[0113]
FIG. 9 is a perspective view showing a basic configuration of a liquid crystal display device according to a third embodiment of the present invention, where (a) is an initial alignment state, (b) is a first metastable state, and (c) is a second configuration. The metastable state of is shown.
[0114]
In the liquid crystal display device of this embodiment, the twist angle of the liquid crystal molecules in the initial alignment state of the liquid crystal cell 10 is approximately 70 °, and other configurations are the same as those of the first embodiment. The same applies to the liquid crystal material used in the above.
[0115]
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the orientation processing direction 11a of the front substrate 11 of the liquid crystal cell 10 is shifted by approximately 35 ° counterclockwise when viewed from the surface side with respect to the horizontal axis x of the screen of the liquid crystal display device. The orientation processing direction 12a of the back side substrate 12 is shifted by about 35 ° clockwise as viewed from the front side with respect to the horizontal axis x, and the direction from the lower left to the upper right of the screen. The direction is from the upper left to the lower right of the screen. That is, the alignment processing directions 11a and 12a of both the substrates 11 and 12 intersect each other at an angle of approximately 70 °.
[0116]
In this embodiment, the liquid crystal of the liquid crystal cell 10 is added with a chiral agent having a counterclockwise twist alignment as viewed from the surface side. Therefore, the liquid crystal molecules are in the initial alignment state. With the splay distortion, the film is twist-oriented at a twist angle of approximately 70 ° in the counterclockwise direction (twist direction imparted by the chiral agent) as viewed from the surface side.
[0117]
In this initial alignment state, the liquid crystal molecules are aligned in the vicinity of both substrates 11 and 12 along the alignment processing directions 11a and 12a, and the alignment processing direction of one of the substrates, for example, the alignment processing of the back substrate 12 is performed. With reference to the direction 12a, a splay alignment state in which twist alignment is performed at a twist angle of approximately 70 ° in the direction indicated by the broken-line arrow in FIG. 9A, that is, the twist direction applied by the chiral agent.
[0118]
Each of the first and second metastable states is a state in which the twist angle of the liquid crystal molecules changes from the initial alignment state by approximately 180 ° to eliminate the spray distortion. In this embodiment, the liquid crystal molecules in the initial alignment state are eliminated. In the first metastable state, the liquid crystal molecules have a twist angle of approximately 250 ° in the twist direction imparted by the chiral agent with respect to the orientation processing direction of one of the substrates. In the second metastable state, the liquid crystal molecules are twist-aligned at a twist angle of approximately 110 ° in the direction opposite to the twist direction imparted by the chiral agent with respect to the alignment processing direction of the one substrate. .
[0119]
That is, in the first metastable state, the liquid crystal molecules are aligned along the respective alignment processing directions 11a and 12a in the vicinity of both the substrates 11 and 12, and the alignment processing direction of one of the substrates, for example, the back side With reference to the alignment treatment direction 12a of the substrate 12, approximately 250 ° in the twist direction indicated by the broken-line arrow in FIG. 9B, that is, the counterclockwise direction (twist direction imparted by the chiral agent) as viewed from the surface side. It is in a state of twist orientation with a twist angle of.
[0120]
In the second metastable state, the liquid crystal molecules are aligned along the alignment processing directions 11a and 12a in the vicinity of both the substrates 11 and 12, and the alignment processing direction of one of the substrates, for example, the back substrate With reference to 12 alignment treatment directions 12a, in the twist direction indicated by the broken-line arrows in FIG. 9C, that is, in the clockwise direction when viewed from the surface side (the direction opposite to the twist direction imparted by the chiral agent), It is in a state of twist orientation with a twist angle of approximately 110 °.
[0121]
In the first metastable state and the second metastable state, as in the first embodiment, first, a reset voltage having a voltage value that causes liquid crystal molecules to rise and be aligned substantially perpendicular to the surfaces of the substrates 11 and 12 is set. The metastable state is applied to reset the metastable state, and then the first or second metastable state selection voltage is applied to switch from one metastable state to the other metastable state.
[0122]
The first metastable state selection voltage is approximately 0 V, and the second metastable state selection voltage is low such that most liquid crystal molecules are aligned at an inclination angle that is similar to or close to the pretilt angle in the initial alignment state. Value.
[0123]
Further, in this embodiment, the front side polarizing plate 21 is arranged in a direction in which the transmission axis 21a is shifted approximately 45 ° counterclockwise as viewed from the surface side with respect to the horizontal axis x of the screen, and the back side polarizing plate 22 is provided. The transmission axis 22a is arranged in a direction shifted by about 45 ° clockwise as viewed from the surface side with respect to the horizontal axis x. Therefore, the transmission axis 21a of the front-side polarizing plate 21 is arranged on the liquid crystal cell 10. It is in a direction that is obliquely displaced at an intersection angle of approximately 10 ° with respect to the orientation processing direction 11a of the front substrate 11 (the direction shifted approximately 35 ° counterclockwise when viewed from the surface side with respect to the horizontal axis x). The transmission axis 22 a of 22 is in a direction substantially orthogonal to the transmission axis 21 a of the front polarizing plate 21.
[0124]
In the liquid crystal display device of this embodiment, the initial alignment state of the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell 10 is set at a twist angle of approximately 70 ° in one direction with reference to the alignment processing direction 12a of one substrate (here, the back substrate) 12. Since the splay alignment state is twisted, the liquid crystal molecules are twisted at a twist angle of approximately 250 ° in one direction with respect to the alignment processing direction 12a of the one substrate 12 when the first metastable state is selected. When the second metastable state is selected, the first liquid crystal cell has electro-optical characteristics of a display device composed of an aligned liquid crystal cell and a polarizing plate, and the first liquid crystal molecule is based on the alignment processing direction 12a of the one substrate 12. The electro-optical characteristics of a display device comprising a liquid crystal cell and a polarizing plate twist-aligned at a twist angle of approximately 110 ° in the direction opposite to the metastable state of FIG.
[0125]
Further, in this embodiment, the direction of the transmission axis 21a of the front side polarizing plate 21 is set to a direction that is obliquely shifted at an intersecting angle of about 10 ° with respect to the alignment processing direction 11a of the front side substrate 11 of the liquid crystal cell 10, so Since the transmission axis 22a of the plate 22 is set in a direction substantially orthogonal to the transmission axis 21a of the front polarizing plate 21, the first metastable state is selected when the transmission state is controlled. Even when the metastable state 2 is selected and the transmission state is controlled, color display by the birefringence effect mode can be performed.
[0126]
In the liquid crystal display device of this embodiment, when the first metastable state (the state in which the liquid crystal molecules are twisted with a twist angle of approximately 250 ° in one direction) is selected, the second metastable state The birefringence in which the alignment state of the liquid crystal molecules is different from that when the liquid crystal molecules are twisted with a twist angle of approximately 110 ° in the opposite direction to the first metastable state, and the liquid crystal layer differs accordingly. In order to show the characteristics, different colors can be displayed when the first metastable state is selected and when the second metastable state is selected.
[0127]
Further, in this liquid crystal display device, in both the first and second metastable states, the liquid crystal layer is formed by the change in the tilt angle of the liquid crystal molecules according to the effective value of the drive signal applied between the electrodes 13 and 14. The birefringence of the light changes, and the polarization state of each wavelength light incident on the back-side polarizing plate 22 changes accordingly. Therefore, the color of the colored light can be changed by controlling the effective value of the drive signal. Therefore, a plurality of colors can be displayed in one pixel portion.
[0128]
10 and 11 show that the twist angle of the liquid crystal molecules in the initial alignment state of the liquid crystal cell 10 is approximately 70 ° as in this embodiment, and the alignment treatment directions 11a and 12a of both the substrates 11 and 12 and the polarized light on the front and back sides. The direction of the transmission axes 21a and 22a of the plates 21 and 22 is set as shown in FIG. 9, and the light emission rate with respect to the drive voltage of the liquid crystal display device in which the value of Δnd of the liquid crystal cell 10 is set to about 900 nm FIGS. 10A and 10B show voltage-emission rate characteristic diagrams and CIE chromaticity diagrams in the first metastable state, and FIGS. 11A and 11B show changes in display color. FIG. 6 is a voltage-emission rate characteristic diagram and a CIE chromaticity diagram in a second metastable state. In the chromaticity diagram of (b) in each figure, W is an achromatic color point.
[0129]
The voltage-emission rate characteristic in the first metastable state is a characteristic as shown in FIG. 10A, and the change in display color with respect to the drive voltage has an effective value of 1 as shown in FIG. 10B. It is red when a voltage of .53 V is applied, and orange when a voltage of an effective value of 2.03 V is applied.
[0130]
The red x, y coordinate values are x = 0.343, y = 0.322, the Y value is 24.31, and the orange x, y coordinate values are x = 0.322, y = 0. .378, Y value is 31.98.
[0131]
Further, the voltage-emission rate characteristic in the second metastable state is a characteristic as shown in FIG. 11A, and the change in display color with respect to the drive voltage is an effective value as shown in FIG. 11B. Is white when a voltage of 1.53 V is applied, and blue when an effective value of 2.03 V is applied.
[0132]
The white x, y coordinate values are x = 0.320, y = 0.349, the Y value is 34.36, and the blue x, y coordinate values are x = 0.260, y = 0. 278, Y value is 9.05.
[0133]
That is, the liquid crystal display device selects the first metastable state to display red and orange, and selects the second metastable state to display white and blue. A color display can be performed in which an image is displayed in red, orange and blue in the background.
[0134]
In the liquid crystal display device of this embodiment, when the first metastable state is selected and the red and orange colors are displayed by selecting the effective value of the drive voltage, the second metastable state is selected and white is displayed. And blue may be set to 1.53V and 2.03V. Therefore, the difference between the effective values of the two drive voltages in each metastable state, that is, the operating voltage margin In both the first and second metastable states, 0.50 V (= 2.03 V-1.53 V) can be sufficiently large.
[0135]
In addition, the two effective values when the first metastable state is selected and displayed and the two effective values when the second metastable state is selected and displayed are the same (1.53 V). 2.03V), display driving becomes easy.
[0136]
As described above, the liquid crystal display devices of the second and third embodiments also have the electro-optical characteristics of the two display devices having different alignment states of the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell, as in the first embodiment. Therefore, a plurality of transmission states among the transmission states to be controlled step by step are controlled by using one electro-optic characteristic, and the other plurality of transmission states are controlled by the other electric state. Since it can be performed using optical characteristics, even if the liquid crystal cell 10 is of a simple matrix type, the operating voltage margin is increased with respect to its driving duty, and time-division driving with high duty is possible. be able to.
[0137]
Also in these liquid crystal display devices, if a liquid crystal material having a dielectric anisotropy Δε of 10 or more is used for the liquid crystal 18 of the liquid crystal cell 10 and the reset responsiveness is fast, the previous liquid crystal molecules are applied by applying a reset voltage. The display state is reset by applying a write voltage for obtaining the next write state after resetting the alignment state and selecting one of the metastable states by applying the first or second metastable state selection voltage. Since the application time of the reset voltage can be shortened and the switching time of the metastable state can be shortened, time-division driving with a higher duty is possible, and high-definition image display with a large number of pixels is realized. Can do.
[0138]
In the liquid crystal display device of the second embodiment, the first metastable state is selected to display red and white, and the second metastable state is selected to display blue and black. In the liquid crystal display device of the third embodiment, the first metastable state is selected to display red and orange, and the second metastable state is selected to display white and blue. However, the display color can be arbitrarily selected by changing the value of Δnd of the liquid crystal cell 10 and the direction of the transmission axes 21 a and 22 a of the polarizing plates 21 and 22 on the front and back sides.
[0139]
In the liquid crystal display device of the present invention, the initial alignment state of the liquid crystal cell 10 is not limited to the first to third embodiments, but the liquid crystal molecules are based on the alignment processing direction of one of the substrates. It is only necessary to be in a splay alignment state where the twist angle is approximately 0 ° to approximately 180 ° in one direction and is non-twisted or twisted.
[0140]
For example, when the initial alignment state is a non-twisted alignment state in which all liquid crystal molecules are aligned along the alignment treatment direction of one substrate and the twist angle is approximately 0 °, the first metastable state is The second metastable state is a state in which the twist distortion is performed at a twist angle of approximately 180 ° in one direction with respect to the orientation processing direction of the one substrate to eliminate spray distortion, and the second metastable state is the orientation processing of the one substrate. This is a state in which splay distortion is eliminated by twist orientation with a twist angle of approximately 180 ° in the direction opposite to the first metastable state with respect to the direction.
[0141]
For example, when the initial alignment state is a twist alignment state in which liquid crystal molecules are aligned in one direction with a twist angle of approximately 180 ° with respect to the alignment processing direction of one substrate, the first metastable state is The second metastable state is a state in which all of the liquid crystal molecules are in the above-mentioned state, in which the twist distortion is performed at a twist angle of approximately 360 ° in one direction with reference to the alignment processing direction of the one substrate and the spray distortion is eliminated. This is a state in which splay distortion is eliminated by non-twist alignment along the alignment processing direction of the substrate.
[0142]
Thus, even when the initial alignment state and the first and second metastable states of the liquid crystal cell 10 are selected, at least the front-side polarizing plate 21 of the pair of polarizing plates 21 and 22 disposed between the liquid crystal cell 10. If the direction of the transmission axis 21a is set to a direction that obliquely intersects the alignment processing direction 11a of the front substrate 11 of the liquid crystal cell 10, the first metastable state is selected to control the transmission state. Even when the second metastable state is selected to control the transmission state, color display by the birefringence effect mode can be performed.
[0143]
Further, the liquid crystal display device of each of the above embodiments displays using the birefringence action of the liquid crystal layer of the liquid crystal cell 10 and the polarization action of the pair of polarizing plates 21 and 22, A retardation plate may be disposed between one or both of the polarizing plates 21 and 22 and the liquid crystal cell 10.
[0144]
The addition of the retardation plate is particularly effective in a liquid crystal display device that performs color display in a birefringence effect mode. If a retardation plate is added to the liquid crystal display device, each wavelength light is combined with the retardation plate. Since the respective polarization states are largely changed by the birefringence action with the liquid crystal layer of the liquid crystal cell 10 and enter the back side polarizing plate 22, the difference in transmittance of each wavelength light transmitted through the back side polarizing plate 22 becomes large. Therefore, the light transmitted through the back-side polarizing plate 22 becomes clear colored light having a large difference in the intensity of each wavelength light constituting the light, and the alignment state of the liquid crystal molecules in accordance with the effective value of the driving voltage. Along with the change, the transmittance of each wavelength light and the difference between the transmittances change greatly to change the color of the colored light, so that the number of display colors also increases.
[0145]
Note that the liquid crystal display devices of the first to third embodiments are all of the reflective type in which the reflecting plate 30 is disposed on the back side thereof, but the present invention utilizes light from the backlight. The present invention can also be applied to a transmissive liquid crystal display device (without the reflection plate 30) for display.
[0146]
Furthermore, the present invention can be applied to a reflective liquid crystal display device that includes only one polarizing plate, has a polarizing plate disposed on the front surface side of the liquid crystal cell, and a reflecting plate disposed on the back surface side of the liquid crystal cell. In that case, a reflector may be disposed on the outer surface of the back substrate of the liquid crystal cell, or an electrode provided on the inner surface of the back substrate may be formed of a metal film, and this electrode may also be used as a reflector. Good.
[0147]
【The invention's effect】
  In the liquid crystal display device of the present invention, the alignment states of the liquid crystal molecules of the liquid crystal cell are different from each other.The first metastable state and the second metastable state have different electro-optical characteristics, and the liquid crystal molecules are aligned in a plurality of alignment states for each of the first metastable state and the second metastable state. Because it is something to controlThe control of a plurality of transmission states among the transmission states to be controlled stepwise is performed using one electro-optical characteristic, and the other plurality of transmission states are controlled using the other electro-optical characteristic. be able to.
[0148]
For this reason, according to this liquid crystal display device, the total number of stages in the transmission state can be divided between when the one electro-optical characteristic is used and when the other electro-optical characteristic is used. Since the number of stages driven in each metastable state is reduced, time-division driving with a small number of stages can be performed in each metastable state.
[0149]
Therefore, according to this liquid crystal display device, while using a simple matrix type liquid crystal cell that is driven by controlling the effective value of the driving voltage, the operating voltage margin is increased with respect to the driving duty, and the high duty cycle. It is possible to perform time-division driving with.
[0150]
Further, the rewriting of the display of the liquid crystal display device is performed by first resetting the alignment state of the previous liquid crystal molecules by applying the reset voltage and then applying one of the quasi-stable state selection voltages by applying the first or second metastable state selection voltage. After selecting the stable state, a write voltage for obtaining the next write state is applied. In the present invention, a liquid crystal material having a dielectric anisotropy Δε value of 10 or more is applied to the liquid crystal of the liquid crystal cell. Therefore, the alignment state of the previous liquid crystal molecules can be reset with good responsiveness by applying the reset voltage.
[0151]
For this reason, according to the liquid crystal display device of the present invention, the application time of the reset voltage for resetting the alignment state of the liquid crystal molecules can be shortened, and the switching time of the metastable state can be shortened. Thus, it is possible to realize the high-definition image display with a large number of pixels.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an initial alignment state, a first metastable state, and a second metastable state, showing a basic configuration of a liquid crystal display device according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view of the liquid crystal display device.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an alignment state of liquid crystal molecules in an initial alignment state, a reset state, and first and second metastable states of the liquid crystal display device.
FIG. 4 is a voltage-emission rate characteristic diagram and a CIE chromaticity diagram in a first metastable state of the liquid crystal display device.
FIG. 5 is a voltage-emission rate characteristic diagram and a CIE chromaticity diagram in a second metastable state of the liquid crystal display device.
FIG. 6 is a perspective view of an initial alignment state, a first metastable state, and a second metastable state, showing a basic configuration of a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a voltage-emission ratio characteristic diagram and CIE chromaticity diagram in a first metastable state of the liquid crystal display device.
FIG. 8 is a voltage-emissivity characteristic diagram and CIE chromaticity diagram in a second metastable state of the liquid crystal display device.
FIG. 9 is a perspective view of an initial alignment state, a first metastable state, and a second metastable state, showing a basic configuration of a liquid crystal display device according to a third embodiment of the present invention;
FIG. 10 is a voltage-emission ratio characteristic diagram and CIE chromaticity diagram in the first metastable state of the liquid crystal display device.
FIG. 11 is a voltage-emission rate characteristic diagram and a CIE chromaticity diagram in a second metastable state of the liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
10 ... Liquid crystal cell
18 ... Liquid crystal
21, 22 ... Polarizing plate
21a, 22a ... Transmission axis
30 ... Reflector

Claims (2)

互いに対向する面それぞれに電極が形成された一対の基板の間にネマティック液晶層を挟持した液晶セルと、この液晶セルの少なくとも表面側に配置された少なくとも一枚の偏光板とを備え、
前記一対の基板の電極間に、液晶分子をその分子長軸が基板面に対してほぼ垂直になるように配向させるリセット電圧を印加した後、それより低い値の第１の準安定状態選択電圧とこの第１の準安定状態選択電圧とは異なる第２の準安定状態選択電圧とのいずれかを選択的に印加することにより、液晶分子を、所定の状態で配向する第１の準安定状態とこの第１の準安定状態とは異なる配向状態で配向する第２の準安定状態とのいずれかに配向させ、且つその第１および第２の準安定状態それぞれにおいて液晶層に実効値の異なる複数の駆動電圧を印加することにより、前記複数の駆動電圧の実効値それぞれに応じた液晶分子の電界誘起によって前記液晶分子が複数の配向状態に配向する液晶表示装置であって、
前記ネマティック液晶は、誘電異方性Δεの値が１０以上の液晶材料からなっていることを特徴とする液晶表示装置。A liquid crystal cell having a nematic liquid crystal layer sandwiched between a pair of substrates each having an electrode formed on each surface facing each other, and at least one polarizing plate disposed on at least the surface side of the liquid crystal cell;
After applying a reset voltage between the electrodes of the pair of substrates so that liquid crystal molecules are aligned so that their molecular long axes are substantially perpendicular to the substrate surface, a first metastable state selection voltage having a lower value than that is applied. And a second metastable state selection voltage different from the first metastable state selection voltage are selectively applied to align the liquid crystal molecules in a predetermined state. oriented in either the second metastable state oriented in different alignment states in the first metastable state of Toko, and the effective value to the liquid crystal layer have contact respectively a first and second metastable states a of by applying a plurality of different driving voltages, the liquid crystal display device wherein liquid crystal molecules I by the electric field induced in the liquid crystal molecules in accordance with the respective actual value of said plurality of drive voltages are aligned in a plurality of alignment states ,
The nematic liquid crystal is made of a liquid crystal material having a dielectric anisotropy Δε of 10 or more. 前記液晶層は、液晶分子がいずれか一方の基板の配向処理方向を基準として一方の方向にほぼ０°〜ほぼ１８０°のねじれ角で非ツイストまたはツイスト配向したスプレイ配向の初期配向状態を有し、前記第１の準安定状態は、液晶分子が前記初期配向状態から前記一方の方向にさらにほぼ１８０°ねじれて配向してスプレイ歪を解消した配向状態、前記第２の準安定態は、液晶分子が前記初期配向状態から前記一方の方向とは逆方向にほぼ１８０°ねじれて配向してスプレイ歪を解消した配向状態であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。The liquid crystal layer has an initial alignment state of splay alignment in which liquid crystal molecules are non-twisted or twist-aligned at a twist angle of approximately 0 ° to approximately 180 ° in one direction with reference to the alignment processing direction of one of the substrates. The first metastable state is an alignment state in which liquid crystal molecules are twisted by approximately 180 ° in the one direction from the initial alignment state to eliminate spray distortion, and the second metastable state is a liquid crystal 2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the molecules are in an alignment state in which splay distortion is eliminated by being twisted by approximately 180 ° in a direction opposite to the one direction from the initial alignment state. 3.

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