JP3948914B2

JP3948914B2 - 液晶表示素子

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Publication number: JP3948914B2
Application number: JP2001215740A
Authority: JP
Inventors: 敏明吉原; 圭一別井; 博紀白戸
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2021-07-16
Also published as: US6600544B2; US20030011739A1; KR100786208B1; KR20030006904A; JP2003029237A; TW574534B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自発分極を有する液晶物質を用い、スイッチング素子のオン／オフ駆動によって画像を表示する液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のいわゆる情報化社会の進展に伴って、パーソナルコンピュータ，ＰＤＡ（Personal Digital Assistants)等に代表される電子機器が広く使用されるようになっている。更にこのような電子機器の普及によって、オフィスでも屋外でも使用可能な携帯型の需要が発生しており、それらの小型・軽量化が要望されるようになっている。そのような目的を達成するための手段の一つとして液晶表示装置が広く使用されるようになっている。液晶表示装置は、単に小型・軽量化のみならず、バッテリ駆動される携帯型の電子機器の低消費電力化のためには必要不可欠な技術である。
【０００３】
ところで、液晶表示装置は大別すると反射型と透過型とに分類される。反射型液晶表示装置は液晶パネルの前面から入射した光線を液晶パネルの背面で反射させてその反射光で画像を視認させる構成であり、透過型は液晶パネルの背面に備えられた光源（バックライト）からの透過光で画像を視認させる構成である。反射型は環境条件によって反射光量が一定しないため視認性に劣るので、特に、マルチカラーまたはフルカラー表示を行うパーソナルコンピュータ等の表示装置としては一般的に透過型の液晶表示装置が使用されている。
【０００４】
一方、現在のカラー液晶表示装置は、使用される液晶物質の面からＳＴＮ（Super Twisted Nematic)タイプとＴＦＴ−ＴＮ（Thin Film Transistor-Twisted Nematic）タイプとに一般的に分類される。ＳＴＮタイプは製造コストは比較的安価であるが、クロストークが発生し易く、また応答速度が比較的遅いため、動画の表示には適さないという問題がある。一方、ＴＦＴ−ＴＮタイプは、ＳＴＮタイプに比して表示品質は高いが、液晶パネルの光透過率が現状では４％程度しかないため高輝度のバックライトが必要になる。このため、ＴＦＴ−ＴＮタイプではバックライトによる消費電力が大きくなってバッテリ電源を携帯する場合の使用には問題がある。また、カラーフィルタによるカラー表示であるため、１画素を３つの副画素で構成しなければならず、高精細化が困難であって、その表示色純度も十分ではないという問題もある。
【０００５】
このような問題を解決するために、本発明者等はフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を開発している。このフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、カラーフィルタ方式の液晶表示装置と比べて、副画素を必要としないため、より精度が高い表示が容易に実現可能であり、また、カラーフィルタを使わずに光源の発光色をそのまま表示に利用できるため、表示色純度にも優れる。更に光利用効率も高いので、消費電力が少なくて済むという利点も有している。しかしながら、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を実現するためには、液晶の高速応答性が必須である。そこで、本発明者等は、上述したような優れた利点を有するフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置、または、カラーフィルタ方式の液晶表示装置の高速応答化を図るべく、従来に比べて１００〜１０００倍の高速応答を期待できる自発分極を有する強誘電性液晶等の液晶のＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のスイッチング素子による駆動を研究開発している。
【０００６】
強誘電性液晶は、図１１に示すように、電圧印加によってその液晶分子の長軸方向が２θだけ変化する。強誘電性液晶を挟持した液晶パネルを偏光軸が直交した２枚の偏光板で挾み、液晶分子の長軸方向の変化による複屈折を利用して、透過光強度を変化させる。強誘電性液晶をＴＦＴ等のスイッチング素子にて駆動した場合に、スイッチング素子を介して画素に注入された（蓄積された）電荷量に応じた自発分極のスイッチングが生じて、透過光強度は変化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＴＦＴ等のスイッチング素子にて自発分極を有する強誘電性液晶等の液晶を駆動する従来の液晶表示装置にあっては、単位面積あたりの自発分極の大きさをＰｓ、各画素の電極面積をＡとした場合に、２Ｐｓ・Ａ（自発分極の完全反転に伴う反転電流の総電荷量）を、スイッチング素子を介して各画素に注入される電荷量Ｑ以下としている。即ち、２Ｐｓ・Ａ≦Ｑの条件を満たすように、液晶物質，画素電極，ＴＦＴ等の設計を行っている。
【０００８】
従来ではこのように、液晶のコーン角２θ（θ：チルト角）を４５°以下に設定し、２Ｐｓ・Ａ≦Ｑの条件にて、自発分極を完全反転させて、最大透過光強度を得ている。よって、７Ｖ以下の低い印加電圧では、上記条件を満たす自発分極の大きさＰｓが８ｎＣ／ｃｍ²以下と小さくなり、Ｐｓをあまり大きくできないために応答性が遅くなり、応答性、特に低温における応答性の点で自発分極の大きさの増大が求められている。また、液晶物質の選択自由度が低いという問題がある。応答性及び選択できる液晶物質の関係から、自発分極が大きい液晶物質を使用した場合には、Ｑを大きくしなければならず、印加電圧が高くなるという問題がある。また、図１２に示すように、自発分極のスイッチングの終わり近傍にあっては、液晶の反転による光学軸の変化が小さいため、印加電圧の増加による透過光強度の変化の割合が小さくなり、最大透過光強度を得るためには高い印加電圧が必要となる。
【０００９】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、大きな自発分極を有する液晶物質を使用でき、その液晶物質への印加電圧を低く抑えることができる液晶表示素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る液晶表示素子は、対向する２枚の基板間に自発分極を有する液晶物質を有し、前記一方の基板内面に夫々が各画素に対応した複数の電極及びスイッチング素子を設けた液晶表示素子において、前記液晶物質は強誘電性液晶物質であり、ハーフＶ字特性を示すアナログ階調方式を有しており、表示データの書込み時にあって、前記各スイッチング素子のスイッチングにより前記各画素に注入される最大電荷量が常に０以上であり、かつ、前記液晶物質の自発分極の完全反転に伴う各画素あたりの反転電流の総電荷量より常に小さいことを特徴とする。
【００１１】
第２発明に係る液晶表示素子は、対向する２枚の基板間に自発分極を有する液晶物質を有し、前記一方の基板内面に夫々が各画素に対応した複数の電極及びスイッチング素子を設けた液晶表示素子において、前記液晶物質は強誘電性液晶物質であり、ハーフＶ字特性を示すアナログ階調方式を有しており、前記各スイッチング素子のスイッチングにより前記各画素に注入される最大電荷量をＱ、前記各電極の面積をＡ、前記自発分極の単位面積あたりの大きさをＰｓとした場合に、表示データの書込み時にあって、常に、２Ｐｓ・Ａ＞Ｑ≧０の関係を満たすことを特徴とする。
【００１２】
従来では、自発分極の大きさＰｓが２Ｐｓ・Ａ≦Ｑの条件を満たすように液晶物質等を設計し、電圧印加によって自発分極が完全に反転するように液晶物質を駆動していた。本発明者等は、自発分極を有する液晶物質、特に強誘電性液晶のＴＦＴ駆動による挙動を詳細に検討した結果、上記条件とは逆となる、スイッチング素子のスイッチングにより各画素に注入される最大電荷量が液晶物質の自発分極の完全反転に伴う反転電流の総電荷量より小さくなる条件、つまり２Ｐｓ・Ａ＞Ｑの条件でも、ＴＦＴによる強誘電性液晶の駆動が可能であることを知見した。
【００１３】
そこで、第１，第２発明にあっては、スイッチング素子のスイッチングにより各画素に注入される最大電荷量が液晶物質の自発分極の完全反転に伴う反転電流の総電荷量より小さくなる条件、つまり２Ｐｓ・Ａ＞Ｑの条件を満たすように、液晶物質等の設計を行い、自発分極を大きくすることにより応答性の向上を図る。また、自発分極を完全反転させない範囲で表示を行うことにより、自発分極のスイッチングの終わり近傍での電圧印加の増加による透過光強度の変化の割合が小さくなる部分を表示に利用しないようにして、印加電圧の低減化を図る。また、液晶物質として強誘電性液晶物質を使用しており、高速な応答性を実現できる。
【００１４】
第３発明に係る液晶表示素子は、第１または第２発明において、前記液晶物質のコーン角は４５°以上であることを特徴とする。
【００１５】
第３発明にあっては、液晶物質のコーン角を４５°以上にしており、より良好な特性を得ることができる。コーン角を４５°以上にすることにより、図１３に示すような印加電圧−透過光強度の関係において極大値が存在する。この極大値を呈する液晶物質のスイッチング角度は略４５°である。よって、液晶物質のコーン角を４５°以上として、透過光強度が略０から略最大となる領域にて表示を行うことが好ましい。この際、２Ｐｓ・Ａ≦Ｑを満たして液晶物質のコーン角を４５°とした従来の液晶表示素子に比べて、２Ｐｓ・Ａ＞Ｑを満たして液晶物質のコーン角を４５°以上とした本発明の液晶表示素子では、自発分極のスイッチングの終わり近傍での電圧印加の増加による透過光強度の変化の割合が小さくなる部分を表示に利用しないので、印加電圧の低減化を図れる。
【００１８】
第４発明に係る液晶表示素子は、第１〜第３発明の何れかにおいて、前記スイッチング素子の前記液晶物質駆動電極側に蓄積付加容量を具備することを特徴とする。
【００１９】
第４発明にあっては、スイッチング素子の液晶物質駆動電極側に蓄積付加容量を具備しており、最大電荷量Ｑを大きくでき、これに伴って自発分極の単位面積あたりの大きさＰｓも大きくできる。
【００２０】
第５発明に係る液晶表示素子は、第１〜第４発明の何れかにおいて、駆動時の前記液晶物質の光学軸の変化が４５°以下であることを特徴とする。
【００２１】
第５発明にあっては、液晶物質の駆動時における光学軸の変化を４５°以下にする。よって、安定した液晶物質の駆動を行える。
【００２２】
第６発明に係る液晶表示素子は、第１〜第４発明の何れかにおいて、前記液晶物質の光透過率が最大となるときの前記液晶物質への印加電圧をＶとした場合、０〜±Ｖの印加電圧範囲にて前記液晶物質の駆動を行うようにしたことを特徴とする。
【００２３】
第６発明にあっては、印加電圧を０〜Ｖまたは−Ｖ〜０（Ｖ：光透過率が最大となるときの印加電圧）の範囲にて液晶物質を駆動する。よって、安定した液晶物質の駆動を行える。
【００２６】
第７発明に係る液晶表示素子は、第１〜第６発明の何れかにおいて、３原色を発光する光源を有するバックライトを備えており、前記スイッチング素子のオン／オフ駆動に同期して前記光源の発光色を時分割的に切換えることによって、カラー表示を行うべくなしてあることを特徴とする。
【００２７】
第７発明にあっては、３原色を発光する光源を有するバックライトを備えており、スイッチング素子のオン／オフ駆動に同期してバックライトの発光色を時分割的に切換えることにより、フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行うことができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
図１は本発明による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図、図２はその液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、図３は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図、図４は液晶パネルのセル構成例を示す図、並びに、図５はバックライトの光源であるＬＥＤアレイの構成例を示す図である。
【００３０】
図２及び図３に示されているように、液晶パネル２１は上層（表面）側から下層（背面）側に、偏光フィルム１，ガラス基板２，共通電極３，ガラス基板４，偏光フィルム５をこの順に積層して構成されており、ガラス基板４の共通電極３側の面にはマトリクス状に配列された画素電極（ピクセル電極）４０，４０…が形成されている。
【００３１】
これら共通電極３及び画素電極４０，４０…間には後述するデータドライバ３２及びスキャンドライバ３３等よりなる駆動部５０が接続されている。データドライバ３２は、信号線４２を介してＴＦＴ（Thin Film Transistor）４１と接続されており、スキャンドライバ３３は、走査線４３を介してＴＦＴ４１と接続されている。ＴＦＴ４１はデータドライバ３２及びスキャンドライバ３３によりオン／オフ制御される。また個々の画素電極４０，４０…は、ＴＦＴ４１によりオン／オフ制御される。そのため、信号線４２及びＴＦＴ４１を介して与えられるデータドライバ３２からの信号により、個々の画素の透過光強度が制御される。なお、図４に示すように、各画素に注入される電荷量を大きくするべく、液晶セルＣ_LCと並列に蓄積付加容量Ｃ_SをＴＦＴ４１に接続させておく構成（後述の実施例２）も可能である。
【００３２】
ガラス基板４上の画素電極４０，４０…の上面には配向膜１２が、共通電極３の下面には配向膜１１が夫々配置され、これらの配向膜１１，１２間に液晶物質が充填されて液晶層１３が形成される。なお、１４は液晶層１３の層厚を保持するためのスペーサである。
【００３３】
バックライト２２は、液晶パネル２１の下層（背面）側に位置し、発光領域を構成する導光及び光拡散板６の端面に臨ませた状態でＬＥＤアレイ７が備えられている。このＬＥＤアレイ７は図５に示されているように、導光及び光拡散板６と対向する面に３原色、即ち赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色を発光するＬＥＤが順次的且つ反復して配列されている。そして、後述するフィールド・シーケンシャル方式における赤，緑，青の各サブフレームにおいて、赤，緑，青のＬＥＤを夫々発光させる。導光及び光拡散板６はこのＬＥＤアレイ７の各ＬＥＤから発光される光を自身の表面全体に導光すると共に上面へ拡散することにより、発光領域として機能する。
【００３４】
図１において、３０は、外部の例えばパーソナルコンピュータから表示データＤＤが入力され、入力された表示データＤＤを記憶する画像メモリ部であり、３１は、同じくパーソナルコンピュータから同期信号ＳＹＮが入力され、制御信号ＣＳ及びデータ反転制御信号ＤＣＳを生成する制御信号発生回路である。画像メモリ部３０からは画素データＰＤが、制御信号発生回路３１からはデータ反転制御信号ＤＣＳが、夫々データ反転回路３６へ出力される。データ反転回路３６は、データ反転制御信号ＤＣＳに従って、入力された画素データＰＤを反転させた逆画素データ＃ＰＤを生成する。
【００３５】
また制御信号発生回路３１からは制御信号ＣＳが、基準電圧発生回路３４，データドライバ３２，スキャンドライバ３３及びバックライト制御回路３５へ夫々出力される。基準電圧発生回路３４は、基準電圧ＶＲ１及びＶＲ２を生成し、生成した基準電圧ＶＲ１をデータドライバ３２へ、基準電圧ＶＲ２をスキャンドライバ３３へ夫々出力する。データドライバ３２は、データ反転回路３６を介して画像メモリ部３０から受けた画素データＰＤまたは逆画素データ＃ＰＤに基づいて、画素電極４０の信号線４２に対して信号を出力する。この信号の出力に同期して、スキャンドライバ３３は、画素電極４０の走査線４３をライン毎に順次的に走査する。またバックライト制御回路３５は、駆動電圧をバックライト２２に与えバックライト２２のＬＥＤアレイ７が有している赤，緑，青の各色のＬＥＤを時分割して夫々発光させる。
【００３６】
次に、本発明の液晶表示装置の動作について説明する。画像メモリ部３０には液晶パネル２１により表示されるべき赤，緑，青の各色毎の表示データＤＤが、パーソナルコンピュータから与えられる。画像メモリ部３０は、この表示データＤＤを一旦記憶した後、制御信号発生回路３１から出力される制御信号ＣＳを受け付けた際に、各画素単位のデータである画素データＰＤを出力する。画像データＤＤが画像メモリ部３０に与えられる際、制御信号発生回路３１に同期信号ＳＹＮが与えられ、制御信号発生回路３１は同期信号ＳＹＮが入力された場合に制御信号ＣＳ及びデータ反転制御信号ＤＣＳを生成し出力する。画像メモリ部３０から出力された画素データＰＤは、データ反転回路３６に与えられる。
【００３７】
データ反転回路３６は、制御信号発生回路３１から出力されるデータ反転制御信号ＤＣＳがＬレベルの場合は画素データＰＤをそのまま通過させ、一方データ反転制御信号ＤＣＳがＨレベルの場合は逆画素データ＃ＰＤを生成し出力する。従って、制御信号発生回路３１では、データ書込み走査時はデータ反転制御信号ＤＣＳをＬレベルとし、データ消去走査時はデータ反転制御信号ＤＣＳをＨレベルに設定する。
【００３８】
制御信号発生回路３１で発生された制御信号ＣＳは、データドライバ３２と、スキャンドライバ３３と、基準電圧発生回路３４と、バックライト制御回路３５とに与えられる。基準電圧発生回路３４は、制御信号ＣＳを受けた場合に基準電圧ＶＲ１及びＶＲ２を生成し、生成した基準電圧ＶＲ１をデータドライバ３２へ、基準電圧ＶＲ２をスキャンドライバ３３へ夫々出力する。
【００３９】
データドライバ３２は、制御信号ＣＳを受けた場合に、データ反転回路３６を介して画像メモリ部３０から出力された画素データＰＤまたは逆画素データ＃ＰＤに基づいて、画素電極４０の信号線４２に対して信号を出力する。スキャンドライバ３３は、制御信号ＣＳを受けた場合に、画素電極４０の走査線４３をライン毎に順次的に走査する。データドライバ３２からの信号の出力及びスキャンドライバ３３の走査に従ってＴＦＴ４１が駆動し、画素電極４０が電圧印加され、画素の透過光強度が制御される。
【００４０】
バックライト制御回路３５は、制御信号ＣＳを受けた場合に駆動電圧をバックライト２２に与えてバックライト２２のＬＥＤアレイ７が有している赤，緑，青の各色のＬＥＤを時分割して夫々発光させる。
【００４１】
この液晶表示装置における表示制御は、図６に示すフィールド・シーケンシャル方式のタイムチャートに従って行う。図６（ａ）はバックライト２２の各色のＬＥＤの発光タイミング、図６（ｂ）は液晶パネル２１の各ラインの走査タイミング、図６（ｃ）は液晶パネル２１の発色状態を夫々示す。この例では、１秒間に６０フレームの表示を行う。従って、１フレームの期間は１／６０秒になり、この１フレームの期間を１／１８０秒ずつの３サブフレームに分割する。
【００４２】
そして、第１番目から第３番目までの夫々のサブフレームにおいて、図６（ａ）に示すように赤，緑，青のＬＥＤを夫々順次発光させる。このような各色の順次発光に同期して液晶パネル２１の各画素をライン単位でスイッチングすることによりカラー表示を行う。なおこの例では、第１番目のサブフレームにおいて赤を、第２番目のサブフレームにおいて緑を、第３番目のサブフレームにおいて青を夫々発光させるようにしているが、この各色の順序はこの赤，緑，青の順に限らず、他の順序であっても良い。
【００４３】
一方、図６（ｂ）に示すとおり、液晶パネル２１に対しては赤，緑，青の各色のサブフレーム中にデータ走査を２度行う。但し、１回目の走査（データ書込み走査）の開始タイミング（第１ラインへのタイミング）が各サブフレームの開始タイミングと一致するように、また２回目の走査（データ消去走査）の終了タイミング（最終ラインへのタイミング）が各サブフレームの終了タイミングと一致するようにタイミングを調整する。
【００４４】
データ書込み走査にあっては、液晶パネル２１の各画素には画素データＰＤに応じた電圧が供給され、透過率の調整が行われる。これによって、フルカラー表示が可能となる。またデータ消去走査にあっては、データ書込み走査時と同電圧で逆極性の電圧が液晶パネル２１の各画素に供給され、液晶パネル２１の各画素の表示が消去され、液晶への直流成分の印加が防止される。
【００４５】
以上のようにして、本発明の液晶表示装置にてフィールド・シーケンシャル方式のカラー表示を行っている。
【００４６】
（実施例１）
図２及び図３に示されているような実施例１の液晶パネル２１を以下のようにして作製した。画素電極４０，４０…（画素数：６４０×４８０，電極面積Ａ：６×１０^-5ｃｍ²，対角：３．２インチ）を有するＴＦＴ基板と共通電極３を有するガラス基板２とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して２００℃で１時間焼成することにより、約２００Åのポリイミド膜を配向膜１１，１２として成膜した。
【００４７】
更に、これらの配向膜１１，１２をレーヨン製の布でラビングし、両者間に平均粒径１．６μｍのシリカ製のスペーサ１４でギャップを保持した状態で重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの配向膜１１，１２間に本発明の仕様に基づく強誘電性液晶物質を封入して液晶層１３とした。封入した強誘電性液晶物質の自発分極の大きさＰｓは１１ｎＣ／ｃｍ²、コーン角２θは５８°であった。作製したパネルをクロスニコル状態の２枚の偏光フィルム１，５で、液晶層１３の強誘電性液晶分子が一方に傾いた場合に暗状態になるようにして挟んで液晶パネル２１とした。
【００４８】
このようにして作製した液晶パネル２１の各画素にＴＦＴ４１のスイッチングを介して電圧を印加した場合の電圧−透過光強度の特性を図７のグラフに表す。透過光強度は、印加電圧が７Ｖである場合に極大を示した。よって、０〜７Ｖまたは−７〜０Ｖの印加電圧の範囲での駆動が適している。７Ｖの電圧を印加した場合にＴＦＴ４１のスイッチングを介して各画素に注入された電荷量Ｑは１．２６ｐＣと計算された。自発分極の大きさＰｓが１１ｎＣ／ｃｍ²、画素電極４０の面積Ａが６×１０^-5ｃｍ²であるので、２Ｐｓ・Ａ＝１．３２ｐＣとなり、２Ｐｓ・Ａ＞Ｑを満たしている。
【００４９】
また、印加電圧を７Ｖとした場合に、強誘電性液晶物質の応答によって流れた電流の総電荷量は１．０１ｐＣと測定されて、上記１．２６ｐＣより少なかった。また、印加電圧が７Ｖである場合の応答時間は、２５０μｓであった。
【００５０】
このような実施例１の液晶パネル２１を、上述したバックライト２２と組み合わせて、図１に示す回路構成にてフィールド・シーケンシャル方式にて、カラー表示を行った。この際、液晶への印加電圧を０〜±７Ｖの範囲とした。その結果、明るくて色純度に優れた高品質の表示を実現することができた。
【００５１】
（実施例２）
図２，図３及び図４に示されているような実施例２の液晶パネル２１を以下のようにして作製した。画素電極４０，４０…（画素数：６４０×４８０，電極面積Ａ：６×１０^-5ｃｍ²，蓄積付加容量：０．２ｐＦ，対角：３．２インチ）を有するＴＦＴ基板と共通電極３を有するガラス基板２とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して２００℃で１時間焼成することにより、約２００Åのポリイミド膜を配向膜１１，１２として成膜した。
【００５２】
更に、これらの配向膜１１，１２をレーヨン製の布でラビングし、両者間に平均粒径１．６μｍのシリカ製のスペーサ１４でギャップを保持した状態で重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの配向膜１１，１２間に本発明の仕様に基づく強誘電性液晶物質を封入して液晶層１３とした。封入した強誘電性液晶物質の自発分極の大きさＰｓは２１ｎＣ／ｃｍ²、コーン角２θは６６°であった。作製したパネルをクロスニコル状態の２枚の偏光フィルム１，５で、液晶層１３の強誘電性液晶分子が一方に傾いた場合に暗状態になるようにして挟んで液晶パネル２１とした。
【００５３】
このようにして作製した液晶パネル２１の各画素にＴＦＴ４１のスイッチングを介して電圧を印加した場合の印加電圧−透過光強度の特性を図８のグラフに表す。透過光強度は、印加電圧が６Ｖである場合に極大を示した。よって、０〜６Ｖまたは−６〜０Ｖの印加電圧の範囲での駆動が適している。６Ｖの電圧を印加した場合にＴＦＴ４１のスイッチングを介して各画素に注入された電荷量Ｑは蓄積容量の分も含めて２．２８ｐＣと計算された。自発分極の大きさＰｓが２１ｎＣ／ｃｍ²、画素電極４０の面積Ａが６×１０^-5ｃｍ²であるので、２Ｐｓ・Ａ＝２．５２ｐＣとなり、２Ｐｓ・Ａ＞Ｑを満たしている。
【００５４】
また、印加電圧を６Ｖとした場合に、強誘電性液晶物質の応答によって流れた電流の総電荷量は１．７１ｐＣと測定されて、上記２．２８ｐＣより少なかった。また、印加電圧が６Ｖである場合の応答時間は、１４０μｓであった。
【００５５】
このような実施例２の液晶パネル２１を、上述したバックライト２２と組み合わせて、図１に示す回路構成にてフィールド・シーケンシャル方式にて、カラー表示を行った。この際、液晶への印加電圧を０〜±６Ｖの範囲とした。その結果、明るくて色純度に優れた高品質の表示を実現することができた。
【００５６】
（比較例１）
配向膜１１，１２間に従来仕様の強誘電性液晶物質を封入する点以外は実施例１と全く同様にして、液晶パネル２１を作製した。封入した強誘電性液晶物質の自発分極の大きさＰｓは１０ｎＣ／ｃｍ²、コーン角２θは４０°であった。作製したパネルをクロスニコル状態の２枚の偏光フィルム１，５で、液晶層１３の強誘電性液晶分子が一方に傾いた場合に暗状態になるようにして挟んで液晶パネル２１とした。
【００５７】
このようにして作製した液晶パネル２１の各画素にＴＦＴ４１のスイッチングを介して電圧を印加した場合の印加電圧−透過光強度の特性を図９のグラフに表す。透過光強度が極大を示すような部分は存在せず、１０Ｖと高い印加電圧にて最大の透過光強度が得られている。また、その透過光強度の最大値も実施例１，２の極大値に比べて小さい。
【００５８】
１０Ｖの電圧を印加した場合にＴＦＴ４１のスイッチングを介して各画素に注入された電荷量Ｑは１．８０ｐＣと計算された。自発分極の大きさＰｓが１０ｎＣ／ｃｍ²、画素電極４０の面積Ａが６×１０^-5ｃｍ²であるので、２Ｐｓ・Ａ＝１．２０ｐＣとなり、２Ｐｓ・Ａ≦Ｑを満たしている。また、印加電圧が１０Ｖである場合の応答時間は、２４０μｓであった。
【００５９】
（比較例２）
配向膜１１，１２間に従来仕様の強誘電性液晶物質を封入する点以外は実施例１と全く同様にして、液晶パネル２１を作製した。封入した強誘電性液晶物質の自発分極の大きさＰｓは５ｎＣ／ｃｍ²、コーン角２θは３８°であった。作製したパネルをクロスニコル状態の２枚の偏光フィルム１，５で、液晶層１３の強誘電性液晶分子が一方に傾いた場合に暗状態になるようにして挟んで液晶パネル２１とした。
【００６０】
このようにして作製した液晶パネル２１の各画素にＴＦＴ４１のスイッチングを介して電圧を印加した場合の印加電圧−透過光強度の特性を図１０のグラフに表す。透過光強度が極大を示すような部分は存在せず、７Ｖと低い印加電圧にて最大の透過光強度が得られている。しかし、その透過光強度の最大値は実施例１，２の極大値に比べて小さい。
【００６１】
７Ｖの電圧を印加した場合にＴＦＴ４１のスイッチングを介して各画素に注入された電荷量Ｑは１．２６ｐＣと計算された。自発分極の大きさＰｓが５ｎＣ／ｃｍ²、画素電極４０の面積Ａが６×１０^-5ｃｍ²であるので、２Ｐｓ・Ａ＝０．６０ｐＣとなり、２Ｐｓ・Ａ≦Ｑを満たしている。また、印加電圧が７Ｖである場合の応答時間は、５１０μｓと長かった。
【００６２】
なお、上述した例では、自発分極を有する液晶物質として強誘電性液晶を使用したが、反強誘電性液晶を用いるようにしても良いことは勿論であり、強誘電性液晶としては単安定型，双安定型のどちらでも良い。
【００６３】
また、上述した例では、ＲＧＢ個別の光源を用いたフィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行うようにしたが、ＲＧＢを切換えて発光できる単一の光源を用いることも可能であり、更に、カラーフィルタを用いてカラー表示を行うような構成であっても、本発明を同様に適用できることは勿論である。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、スイッチング素子のスイッチングにより各画素に注入される最大電荷量が，液晶物質の自発分極の完全反転に伴う各画素あたりの反転電流の総電荷量より小さくなる条件、つまり２Ｐｓ・Ａ＞Ｑの条件を満たすようにしたので、、大きな自発分極を有する液晶物質を使用することができ、また、高速応答及び低電圧駆動の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液晶表示装置の回路構成を示すブロック図である。
【図２】液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。
【図３】液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。
【図４】液晶パネルのセル構成例を示す図である。
【図５】ＬＥＤアレイの構成例を示す図である。
【図６】液晶表示装置の表示制御を示すタイムチャートである。
【図７】実施例１による印加電圧−透過光強度特性を示すグラフである。
【図８】実施例２による印加電圧−透過光強度特性を示すグラフである。
【図９】比較例１による印加電圧−透過光強度特性を示すグラフである。
【図１０】比較例２による印加電圧−透過光強度特性を示すグラフである。
【図１１】強誘電性液晶パネルにおける液晶分子の配列状態を示す図である。
【図１２】従来の液晶表示装置による印加電圧−透過光強度特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の液晶表示装置による印加電圧−透過光強度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１３液晶層
２２バックライト
２１液晶パネル
４０画素電極
４１ＴＦＴ
Ｃ_S 蓄積付加容量

Claims

対向する２枚の基板間に自発分極を有する液晶物質を有し、前記一方の基板内面に夫々が各画素に対応した複数の電極及びスイッチング素子を設けた液晶表示素子において、前記液晶物質は強誘電性液晶物質であり、ハーフＶ字特性を示すアナログ階調方式を有しており、表示データの書込み時にあって、前記各スイッチング素子のスイッチングにより前記各画素に注入される最大電荷量が常に０以上であり、かつ、前記液晶物質の自発分極の完全反転に伴う各画素あたりの反転電流の総電荷量より常に小さいことを特徴とする液晶表示素子。
対向する２枚の基板間に自発分極を有する液晶物質を有し、前記一方の基板内面に夫々が各画素に対応した複数の電極及びスイッチング素子を設けた液晶表示素子において、前記液晶物質は強誘電性液晶物質であり、ハーフＶ字特性を示すアナログ階調方式を有しており、前記各スイッチング素子のスイッチングにより前記各画素に注入される最大電荷量をＱ、前記各電極の面積をＡ、前記自発分極の単位面積あたりの大きさをＰｓとした場合に、表示データの書込み時にあって、常に、２Ｐｓ・Ａ＞Ｑ≧０の関係を満たすことを特徴とする液晶表示素子。
前記液晶物質のコーン角は４５°以上である請求項１または２記載の液晶表示素子。
前記スイッチング素子の前記液晶物質駆動電極側に蓄積付加容量を具備する請求項１〜３の何れかに記載の液晶表示素子。
駆動時の前記液晶物質の光学軸の変化が４５°以下である請求項１〜４の何れかに記載の液晶表示素子。
前記液晶物質の光透過率が最大となるときの前記液晶物質への印加電圧をＶとした場合、０〜±Ｖの印加電圧範囲にて前記液晶物質の駆動を行うようにした請求項１〜４の何れかに記載の液晶表示素子。
３原色を発光する光源を有するバックライトを備えており、前記スイッチング素子のオン／オフ駆動に同期して前記光源の発光色を時分割的に切換えることによって、カラー表示を行うべくなしてある請求項１〜６の何れかに記載の液晶表示素子。