JP3833777B2 - カラー液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スーパーツイステッドネマチック液晶の表示の改善、特に、カラーフィルタを用いずにマルチカラー発色を行うＳＴＮ型のカラー液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ツイステッドネマチック液晶表示素子（以下、ＴＮ−ＬＣＤ）やスーパーツイステッドネマチック液晶表示素子（以下、ＳＴＮ−ＬＣＤ）のような単純マトリックス型液晶表示素子を駆動する際には、行または列電極の一方を走査信号電極、他方の電極をデータ信号電極とし、両電極間に線順次駆動法によって駆動電圧が印加され、表示が行われる。
【０００３】
一般的な線順次駆動法として、ＡＰＴ（Ａｌｔ−Ｐｌｅｓｈｋｏ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、ＩＡＰＴ（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ＡＰＴ）が知られている。この手法はオン／オフレベルを簡単に発生できるためマルチプレックス駆動法に好適である。
【０００４】
そして、線順次駆動においては、走査信号電極に順次走査信号が供給され、データ信号電極にデータ信号が供給され、画素には走査信号とデータ信号の電位差が印加されることになる。
【０００５】
この際、別の画素のオン表示とオフ表示によって、ある画素に印加される実効電圧が変化しないような工夫が施されている。その駆動法の一つが電圧平均化法と呼ばれ、実効値応答型で動作する液晶表示素子の駆動の基本となっている。
【０００６】
次に図３を参照して液晶表示素子の駆動法について説明を行う。図３に単純マトリックス型液晶表示素子の駆動に用いる基本波形を示す。走査信号電圧をＶr 、データ信号電圧をＶC 、走査電極数をＮとしたときの電圧平均化法を用いた線順次駆動方式の例である。画素信号を駆動するシーケンスのなかに、選択期間と非選択期間とが存在し、選択期間の画素に印加される電圧は、オン表示の時には（Ｖr ＋ＶC ）であり、オフ表示のときは（Ｖr −ＶC ）である。
【０００７】
液晶表示素子は、印加する電圧により配向変化を起こし、これが光学的な変化となるために、オン表示実効値電圧とオフ表示実効値電圧の電圧差は大きければ大きいほどよい。走査信号電圧をＶr 、データ信号電圧をＶC 、走査電極数をＮとすると、オン表示実効値電圧、オフ表示実効値電圧は式（１Ａ）、式（１Ｂ）のようになる。
【０００８】
【数１】
【０００９】
オン表示部電圧とオフ表示部電圧の比をオンオフ比と呼ぶこととする。電圧平均化法で駆動する場合には、オンオフ比が大きくなるよう走査信号電圧とデータ信号電圧の比を定めてきた。
【０００９】
【数２】
（ただし、ａ＝Ｖr ／ＶC 、以下（ａ＋１）をバイアス値ＢR と呼ぶ。）
【００１０】
したがって、オンオフ比を最大にするには次の式（３Ｂ）のように、走査信号電圧値、データ信号電圧値を設定すればよい。このように、オンオフ比を最大にするＢR を最適バイアス値ＢRMAXと呼ぶ。実際には駆動電圧を下げるため図２のような応用波形（ＩＡＰＴ）が用いられる。
【００１１】
【数３】
【００１２】
白黒表示の液晶表示素子の場合、液晶が完全に実効値応答しているならば、オンオフ比を大きくとればコントラスト比が大きくなる。しかし、立ち上がりと立ち下がりの応答速度の和が２００ｍｓ以下程度の、応答の速い液晶を用いる場合には、短い時間単位で配向変化を起こしておりコントラスト比が低下する。この現象をフレーム応答と呼ぶ。
【００１３】
フレーム応答現象は画素信号の選択期間と非選択期間の電圧差が大きいほどこの影響が顕著であるので、バイアス値を最適バイアスより下げることによりフレーム応答を抑制することが知られている。しかし、バイアス値を最適バイアスより下げることは、オンオフ比を小さくし、コントラスト比を低下させる。
【００１４】
また、フレーム応答を抑制するために、フレーム周波数を大きくすることが知られているが、消費電力が増大するという欠点がある。また、複数ライン同時選択駆動（マルチラインアドレッシング駆動法、ＭＬＡ駆動と呼ばれる。）を用いることにより、フレーム応答を抑制することが知られているが、専用の駆動ＩＣを必要とする問題がある。
【００１５】
また、液晶層と複屈折板のそれぞれにおける複屈折の相互干渉を利用した新しいカラー液晶表示素子が知られている。例えば、特開平８−２９２４３４において、駆動電圧オフにおいて無彩色（白）表示を行い、かつマルチプレックス駆動しやすく、多色表示が可能な使いやすいスーパーリフレクティブカラー液晶表示素子（以下、透過モードで使用するものを含めてＳＲＣ−ＬＣＤと呼ぶ。）の具体的な素子構成が提案された。
【００１６】
このＳＲＣ−ＬＣＤの色表示は３色以上の発色においては中間電圧を印加する必要がある。そのために、スタティック駆動を用いた場合の電圧変化に対する色変化に比べて、マルチプレックス駆動を採用した場合の色純度が低下することが知られていた。これは従来の白黒表示のコントラスト比の低下とは異なる現象であった。
【００１７】
また、ＳＲＣモードの立ち上がりと立ち下がりの応答速度の和は４００ｍｓ程度であり、従来白黒表示のＳＴＮ−ＬＣＤに見られた、液晶の高速応答化によるフレーム応答の影響は小さいと考えられていた。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したように、従来技術の持つ問題点、すなわち、ＳＲＣ−ＬＣＤを含むＳＴＮ−ＬＣＤにおける良好なカラー発色と走査電極数の多いマルチプレックス駆動表示の両立を目的とするものである。そして、スーパーツイステッドネマチック液晶を用いても、フレーム応答に起因する光学特性の劣化の少ない表示を可能とするカラー液晶表示装置を得ようとする。特に、好ましくは走査電極数で３２〜１２０本程度のカラー液晶表示素子における表示品位の向上を目指すものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１は透明電極と配向膜をそれぞれ有しほぼ平行に設けられた二つの基板間に旋光性物質を含有した正の誘電率異方性のネマチック液晶であって立ち上がりと立ち下がりの応答速度の和が４００ｍｓを越えるネマチック液晶が挟持され、各配向膜によって形成された液晶層のねじれ角が１６０〜３００°とされ、液晶層の外側に一対の偏光板が配置され、複屈折板が液晶層の片側もしくは両側に配置され、透明電極間に無彩色および３色以上の有彩色のいずれかの色を発色させるための駆動電圧を印加する駆動回路が備えられたカラー液晶表示装置であって、液晶層での液晶の屈折率異方性Δｎ1 と液晶層の厚みｄ1 との積Δｎ1 ・ｄ1 が１．２〜２．５μｍとされ、複屈折板は遅相軸と進相軸を有し、かつ遅相軸と進相軸の屈折率異方性と厚みによる垂直方向の複屈折の積の総和Δｎ2 ・ｄ2 が１．２〜２．５μｍとされ、電圧平均化法を用いたマルチプレックス駆動において、走査電極数Ｎとし、ＰN ＝Ｎ0.5 ＋１とし、走査信号とデータ信号によって作られる画素信号がオン表示画素のときに、選択期間の電圧の大きさ（Ｖr ＋ＶC ）と非選択期間の電圧の大きさ（ＶC ）との比（Ｖr ＋ＶC ）／（ＶC ）をバイアス値ＢR とすると、Ｐ N −５≦ＢR ≦ＰN −２を満足し、３値以上の電圧値が選択されることを特徴とするカラー液晶表示装置である。
【００２０】
また、請求項２は、走査電極数Ｎが３２〜１２０であり、ＰN −５≦ＢR ≦ＰN −２を満足する請求項１記載のカラー液晶表示装置である。
【００２１】
また、請求項３は、走査電極数Ｎが５０〜６３であり、ＰN −４≦ＢR ≦ＰN −３を満足する請求項１または２記載のカラー液晶表示装置である。
【００２２】
また、請求項４は、走査電極数Ｎが６３〜８０であり、ＰN −５≦ＢR ≦ＰN −４を満足する請求項１、２または３記載のカラー液晶表示装置である。
【００２３】
また、請求項５は、液晶層のねじれ角が２３０〜２５０°であり、用いるΔｎ1 ・ｄ1 とΔｎ2 ・ｄ2 がΔｎ1 ・ｄ1 ＊１．０５≦Δｎ2 ・ｄ2 ≦Δｎ1 ・ｄ1 ＊１．１５である請求項１〜４のいずれか１項記載のカラー液晶表示装置である。
【００２４】
また、請求項６は、ねじれ角が２３０〜２５０°であり、Δｎ1 ・ｄ1 が１．２〜１．３μｍであり、Δｎ2 ・ｄ2 が１．３〜１．５μｍであり、前記遅相軸と第１の基板側の液晶分子の配向方向との角度θ2 が７０〜９０°であり、第１の基板側の偏光板の偏光軸または吸収軸と前記配向方向との角度θ1 が１１５〜１３５°であり、第２の基板側の偏光板の偏光軸または吸収軸と第２の基板側の液晶分子の配向方向との角度θ3 が１３０〜１５０°である請求項１〜５のいずれか１項記載のカラー液晶表示装置である。
【００２５】
上記の各カラー液晶表示装置において、複屈折板は液晶層の片側に配置しても、両側に配置してもよい。また、それぞれ、１枚でも複数枚であってもよい。実効的に液晶層と相互作用して、所望のカラー発色が得られるように配置を行うことが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
複屈折を直接利用し、カラーフィルタを用いずにカラー発色を行うＳＲＣ−ＬＣＤの場合、スタテイック駆動で発色した場合の色純度に比べて、マルチプレックス駆動による色純度は低下する。この原因として以下の事項が考えられる。
【００２７】
ＳＲＣ−ＬＣＤにおいて、液晶のΔｎ1 ・ｄ1 は１．２μｍ以上であり、従来の白黒表示の値０．８μｍ程度と比べて大きく設定されている。所望のΔｎ・ｄを得るためには液晶のΔｎを大きくするか、ギャップｄを大きくする。液晶のΔｎを大きくすると一般的に液晶材料の粘性が大きくなるので応答速度が遅くなる。
【００２８】
またギャップｄを大きくすると、応答速度はギャップの２乗に比例して遅くなる。このような理由から、ＳＲＣ−ＬＣＤの立ち上がりと立ち下がりの応答速度の和は通常の白黒表示の応答速度より遅くなる。現在一般に使用されるＳＲＣ−ＬＣＤの応答速度の和は４００〜５００ｍｓ程度である。
【００２９】
よって、従来の白黒表示ＳＴＮ−ＬＣＤの場合に見られた、液晶の高速化によるフレーム応答が同じように起きているとは考えられない。したがって、次のように考えられる。
【００３０】
ＳＲＣ−ＬＣＤにおいて、用いる液晶のΔｎ1 ・ｄ1 は１．２以上である。フレーム応答による液晶の変化率が同じでもＳＲＣ−ＬＣＤの場合Δｎ1 ・ｄ1 が大きいので、相対的に光学的変化が大きいと考えられる。従来の白黒表示のＳＴＮ−ＬＣＤでは問題のなかったフレーム応答でも、ＳＲＣ−ＬＣＤの場合拡大されて問題となる。ＳＲＣ−ＬＣＤの場合、従来の白黒表示と異なり、フレーム応答による光学的変化は色の混ざりとして観察される。つまり、フレーム応答により、色純度の低下が起こることを意味する。
【００３１】
本発明においては、必須条件としてバイアス値を最適バイアス値より２以下に設定する。この構成の場合、フレーム応答抑制の効果が少なくなる。また、最適バイアス値より大きく下げすぎるとオンオフ比が低下し、色の発色が不十分となり悪影響を及ぼすようになる。したがって、次の数４の条件に設定することが好ましい。
【００３２】
【数４】
【００３３】
図１に本発明のカラー液晶表示素子の構成を示す。１、２は一対の偏光板、３はΔｎ1 ・ｄ1 が１．２〜２．５μｍの誘電率異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が１６０〜３００°の液晶層、４は液晶層の上に積層され、Δｎ2 ・ｄ2 を有する複屈折板、５は上側の偏光板の吸収軸、６は下側の偏光板の吸収軸、７は液晶層の上側の液晶分子の長軸方向（一方の配向方向）、８は液晶層の下側の液晶分子の長軸方向（残る一方の配向方向）、９は積層された複屈折板の軸方向（遅相軸）を表している。
【００３４】
図４と図５において、液晶層の上側の液晶分子７の長軸方向からみた上側の偏光板の吸収軸５の方向を時計回りに計ったものをθ1 、液晶層の上側の液晶分子７の長軸方向から見た上側（偏光板側）の複屈折板４の軸方向（遅相軸）９を時計回りに計ったものをθ2 、液晶層の下側の液晶分子８の長軸方向から見た下側の偏光板の吸収軸６の方向を時計回りに計ったものをθ3 とする。
【００３５】
本発明では、このθ1 、θ2 、θ3 と液晶層のΔｎ1 ・ｄ1 、液晶層のツイスト角、複屈折板のΔｎ2 ・ｄ2 、および駆動条件とを最適化して組み合わせた。これによって所望のマルチプレックス駆動条件であっても良好な色純度を出すことが可能となった。
【００３６】
また、以下の実施例では、液晶層を左螺旋としたが、螺旋が逆であっても液晶層の液晶分子の長軸方向、偏光板の偏光軸方向、複屈折板の遅相軸方向との関係θ1 、θ2 、θ3 を反時計方向にすることにより、上記左螺旋の例と同様に容易にカラー表示が得られる。
【００３７】
【実施例】
（例１）
液晶セルの形成を以下のように行った。ガラス基板上に設けられたＩＴＯ透明電極をストライプ状にパターニングし、絶縁膜を形成し、ポリイミドのオーバーコートを形成し、これをラビングして配向制御膜を形成した基板を作成した。このようにして作成した二枚の基板の周辺をシール材でシールして、液晶セルを形成し、この液晶セル内に誘電率異方性が正のネマチック液晶を注入し、注入孔を封止材で封止した。
【００３８】
液晶の屈折率異方性Δｎ1 と液晶層の厚みｄ1 を調整し液晶層のΔｎ1 ・ｄ1 を１．２７μｍとした。複屈折板のΔｎ2 ・ｄ2 は１．４０μｍとし、液晶層のツイスト角は２４０°、θ1 ＝１２５°、θ2 ＝８０°、θ3 ＝１４０°に設定した。
【００３９】
用いる液晶の物性値△ｎ＝０．１９６（２５℃のとき）、ＴC は９９℃、誘電率異方性は１５（２５℃のとき）、粘度２４ｃＳｔ（２０℃のとき）とした。ガラス基板は０．４ｍｍ厚を用いた。上述した図１と同様に配置し液晶セルを形成した。そして、バイアス値を変えてカラー表示の測定を行った。
【００４０】
表１に１／６５デューティーで４階調表示駆動を行った場合を示す。各階調は、０％、４１％、６５％、１００％である。各階調は、それぞれ白、オレンジ、青、緑の発色に対応する。図６にバイアス値＝８、７、６、５、４で測定したときの色度図を示す。
【００４１】
この測定は図７に示す測定系を用いた。ＳＲＣ−ＬＣＤのサンプルには斜め１０゜の角度より高指向性の光を入射し、反射光の測定をサンプルに対して垂直方向から行った。色評価は光源の色を除去するため、標準白色板により規格化し、Ｃ光源として取り扱った。
【００４２】
光源としてハロゲン球（ハヤシ時計社のＬＡ−１５０ＳＡＥ）を用いて、光学ファイバで導光し、レンズを介してＳＲＣ−ＬＣＤに光ビームを照射した。ＳＲＣ−ＬＣＤで光ビームが変調され、各色に発色したその反射光を分光放射輝度計（ミノルタ社製：ＣＳ−１０００）で測定した。測定したデータはパソコンでデータ処理を行った。ＳＲＣ−ＬＣＤと分光放射輝度計との距離（入射点）をおよそ５００ｍｍに設定した。
【００４３】
表１に各バイアス時の白、オレンジ、青、緑の色度座標を示す。オレンジ、青、緑の色純度はバイアス値が小さくなるにつれてよくなる。つまり、バイアス値４が最も良好である。しかし、白の発生はバイアス値４の場合、黄色に寄っていることがわかる。白、オレンジ、青、緑の発色をバランスよくするには、バイアス値５がよい。
【００４４】
１／６５デューティー時の最適バイアス値は約９である。本例における１／６５デューティーのときの最も色純度のバランスのよいバイアス値は５であり、最適バイアスより４小さいことがわかる。図６と表１に示すように白以外はバイアス値が低くなるにつれて色純度が高い表示が可能となった。
【００４５】
【表１】
【００４６】
（例２）
例１と同様に液晶セルを設定した。１／５５デューティーで４階調表示駆動を行った。各階調は、０％、４１％、６５％、１００％である。各階調は、それぞれ白、オレンジ、青、緑の発色に対応する。１／５５デューティー時の最適バイアス値は約８．５であるが最も色純度のバランスのよいバイアス値は５であった。よって最適バイアス値より３．５低い結果が得られた。
【００４７】
【発明の効果】
本発明により、ＳＲＣ−ＬＣＤのように複屈折を利用したカラーの液晶表示素子においてマルチプレックス駆動した場合、色の混色の発生に起因する色純度の低下を防ぐことができた。
【００４８】
また、バイアス値を下げることにより走査信号電圧を下げることができるため駆動ドライバー回路の耐圧を下げることができた。また、走査信号電圧が下がることにより低消費電力にも効果があった。さらに、フレーム応答は、液晶の配向変化が激しいときに顕著に現れるため使用温度が高温までの携帯用情報端末や、低粘性の液晶を使用する場合には特に有効であることがわかった。
【００４９】
以上のように、本発明のカラー液晶表示装置は低消費電力という優れた効果を持ち、かつ、高温で使用する際にも有効である。したがって、屋外での使用を前提とする携帯用の電子機器、例えば、携帯電話、電子手帳、電子ブック、電子辞書、ＰＤＡ（携帯情報端末）、ページャー（ポケットベル）などに用いた場合に、その良好な表示特性によって高い視認性を発揮することができるようになった。さらに、本発明はその効果を損しない範囲で種々の応用ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明（例１）のセル構成の模式図。
【図２】マルチプレックス波形の説明図。
【図３】走査信号電圧Ｖr 、表示信号電圧ＶC 、走査電極数Ｎとしたときの電圧平均化法を用いた線順次駆動方式のマルチプレックス波形の説明図。
【図４】例１のセル構成の上側の各構成部の角度関係を示す模式図。
【図５】例１のセル構成の下側の各構成部の角度関係を示す模式図。
【図６】１／６５デューティー時の各バイアス値に対する色度図。
【図７】ＳＲＣ−ＬＣＤの表示特性の測定系を示すブロック図。
【符号の説明】
１、２：偏光板
３：液晶層
４：複屈折板
５：上側偏光板の吸収軸
６：下側偏光板の吸収軸
７：上側の液晶分子の長軸方向
８：下側の液晶分子の長軸方向
９：複屈折板の軸方向（遅相軸）
１０：走査電極
１１：データ電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、スーパーツイステッドネマチック液晶の表示の改善、特に、カラーフィルタを用いずにマルチカラー発色を行うＳＴＮ型のカラー液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ツイステッドネマチック液晶表示素子（以下、ＴＮ−ＬＣＤ）やスーパーツイステッドネマチック液晶表示素子（以下、ＳＴＮ−ＬＣＤ）のような単純マトリックス型液晶表示素子を駆動する際には、行または列電極の一方を走査信号電極、他方の電極をデータ信号電極とし、両電極間に線順次駆動法によって駆動電圧が印加され、表示が行われる。
【０００３】
一般的な線順次駆動法として、ＡＰＴ（Ａｌｔ−Ｐｌｅｓｈｋｏ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）、ＩＡＰＴ（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ＡＰＴ）が知られている。この手法はオン／オフレベルを簡単に発生できるためマルチプレックス駆動法に好適である。
【０００４】
そして、線順次駆動においては、走査信号電極に順次走査信号が供給され、データ信号電極にデータ信号が供給され、画素には走査信号とデータ信号の電位差が印加されることになる。
【０００５】
この際、別の画素のオン表示とオフ表示によって、ある画素に印加される実効電圧が変化しないような工夫が施されている。その駆動法の一つが電圧平均化法と呼ばれ、実効値応答型で動作する液晶表示素子の駆動の基本となっている。
【０００６】
次に図３を参照して液晶表示素子の駆動法について説明を行う。図３に単純マトリックス型液晶表示素子の駆動に用いる基本波形を示す。走査信号電圧をＶr 、データ信号電圧をＶC 、走査電極数をＮとしたときの電圧平均化法を用いた線順次駆動方式の例である。画素信号を駆動するシーケンスのなかに、選択期間と非選択期間とが存在し、選択期間の画素に印加される電圧は、オン表示の時には（Ｖr ＋ＶC ）であり、オフ表示のときは（Ｖr −ＶC ）である。
【０００７】
液晶表示素子は、印加する電圧により配向変化を起こし、これが光学的な変化となるために、オン表示実効値電圧とオフ表示実効値電圧の電圧差は大きければ大きいほどよい。走査信号電圧をＶr 、データ信号電圧をＶC 、走査電極数をＮとすると、オン表示実効値電圧、オフ表示実効値電圧は式（１Ａ）、式（１Ｂ）のようになる。
【０００８】
【数１】
オン表示部電圧とオフ表示部電圧の比をオンオフ比と呼ぶこととする。電圧平均化法で駆動する場合には、オンオフ比が大きくなるよう走査信号電圧とデータ信号電圧の比を定めてきた。
【０００９】
【数２】
【００１０】
したがって、オンオフ比を最大にするには次の式（３Ｂ）のように、走査信号電圧値、データ信号電圧値を設定すればよい。このように、オンオフ比を最大にするＢR を最適バイアス値ＢRMAXと呼ぶ。実際には駆動電圧を下げるため図２のような応用波形（ＩＡＰＴ）が用いられる。
【００１１】
【数３】
白黒表示の液晶表示素子の場合、液晶が完全に実効値応答しているならば、オンオフ比を大きくとればコントラスト比が大きくなる。しかし、立ち上がりと立ち下がりの応答速度の和が２００ｍｓ以下程度の、応答の速い液晶を用いる場合には、短い時間単位で配向変化を起こしておりコントラスト比が低下する。この現象をフレーム応答と呼ぶ。
【００１３】
フレーム応答現象は画素信号の選択期間と非選択期間の電圧差が大きいほどこの影響が顕著であるので、バイアス値を最適バイアスより下げることによりフレーム応答を抑制することが知られている。しかし、バイアス値を最適バイアスより下げることは、オンオフ比を小さくし、コントラスト比を低下させる。
【００１４】
また、フレーム応答を抑制するために、フレーム周波数を大きくすることが知られているが、消費電力が増大するという欠点がある。また、複数ライン同時選択駆動（マルチラインアドレッシング駆動法、ＭＬＡ駆動と呼ばれる。）を用いることにより、フレーム応答を抑制することが知られているが、専用の駆動ＩＣを必要とする問題がある。
【００１５】
また、液晶層と複屈折板のそれぞれにおける複屈折の相互干渉を利用した新しいカラー液晶表示素子が知られている。例えば、特開平８−２９２４３４において、駆動電圧オフにおいて無彩色（白）表示を行い、かつマルチプレックス駆動しやすく、多色表示が可能な使いやすいスーパーリフレクティブカラー液晶表示素子（以下、透過モードで使用するものを含めてＳＲＣ−ＬＣＤと呼ぶ。）の具体的な素子構成が提案された。
【００１６】
このＳＲＣ−ＬＣＤの色表示は３色以上の発色においては中間電圧を印加する必要がある。そのために、スタティック駆動を用いた場合の電圧変化に対する色変化に比べて、マルチプレックス駆動を採用した場合の色純度が低下することが知られていた。これは従来の白黒表示のコントラスト比の低下とは異なる現象であった。
【００１７】
また、ＳＲＣモードの立ち上がりと立ち下がりの応答速度の和は４００ｍｓ程度であり、従来白黒表示のＳＴＮ−ＬＣＤに見られた、液晶の高速応答化によるフレーム応答の影響は小さいと考えられていた。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したように、従来技術の持つ問題点、すなわち、ＳＲＣ−ＬＣＤを含むＳＴＮ−ＬＣＤにおける良好なカラー発色と走査電極数の多いマルチプレックス駆動表示の両立を目的とするものである。そして、スーパーツイステッドネマチック液晶を用いても、フレーム応答に起因する光学特性の劣化の少ない表示を可能とするカラー液晶表示装置を得ようとする。特に、好ましくは走査電極数で３２〜１２０本程度のカラー液晶表示素子における表示品位の向上を目指すものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１は透明電極と配向膜をそれぞれ有しほぼ平行に設けられた二つの基板間に旋光性物質を含有した正の誘電率異方性のネマチック液晶であって立ち上がりと立ち下がりの応答速度の和が４００ｍｓを越えるネマチック液晶が挟持され、各配向膜によって形成された液晶層のねじれ角が１６０〜３００°とされ、液晶層の外側に一対の偏光板が配置され、複屈折板が液晶層の片側もしくは両側に配置され、透明電極間に無彩色および３色以上の有彩色のいずれかの色を発色させるための駆動電圧を印加する駆動回路が備えられたカラー液晶表示装置であって、液晶層での液晶の屈折率異方性Δｎ1 と液晶層の厚みｄ1 との積Δｎ1 ・ｄ1 が１．２〜２．５μｍとされ、複屈折板は遅相軸と進相軸を有し、かつ遅相軸と進相軸の屈折率異方性と厚みによる垂直方向の複屈折の積の総和Δｎ2 ・ｄ2 が１．２〜２．５μｍとされ、電圧平均化法を用いたマルチプレックス駆動において、走査電極数Ｎとし、ＰN ＝Ｎ0.5 ＋１とし、走査信号とデータ信号によって作られる画素信号がオン表示画素のときに、選択期間の電圧の大きさ（Ｖr ＋ＶC ）と非選択期間の電圧の大きさ（ＶC ）との比（Ｖr ＋ＶC ）／（ＶC ）をバイアス値ＢR とすると、Ｐ N −５≦ＢR ≦ＰN −２を満足し、３値以上の電圧値が選択されることを特徴とするカラー液晶表示装置である。
【００２０】
また、請求項２は、走査電極数Ｎが３２〜１２０であり、ＰN −５≦ＢR ≦ＰN −２を満足する請求項１記載のカラー液晶表示装置である。
【００２１】
また、請求項３は、走査電極数Ｎが５０〜６３であり、ＰN −４≦ＢR ≦ＰN −３を満足する請求項１または２記載のカラー液晶表示装置である。
【００２２】
また、請求項４は、走査電極数Ｎが６３〜８０であり、ＰN −５≦ＢR ≦ＰN −４を満足する請求項１、２または３記載のカラー液晶表示装置である。
【００２３】
また、請求項５は、液晶層のねじれ角が２３０〜２５０°であり、用いるΔｎ1 ・ｄ1 とΔｎ2 ・ｄ2 がΔｎ1 ・ｄ1 ＊１．０５≦Δｎ2 ・ｄ2 ≦Δｎ1 ・ｄ1 ＊１．１５である請求項１〜４のいずれか１項記載のカラー液晶表示装置である。
【００２４】
また、請求項６は、ねじれ角が２３０〜２５０°であり、Δｎ1 ・ｄ1 が１．２〜１．３μｍであり、Δｎ2 ・ｄ2 が１．３〜１．５μｍであり、前記遅相軸と第１の基板側の液晶分子の配向方向との角度θ2 が７０〜９０°であり、第１の基板側の偏光板の偏光軸または吸収軸と前記配向方向との角度θ1 が１１５〜１３５°であり、第２の基板側の偏光板の偏光軸または吸収軸と第２の基板側の液晶分子の配向方向との角度θ3 が１３０〜１５０°である請求項１〜５のいずれか１項記載のカラー液晶表示装置である。
【００２５】
上記の各カラー液晶表示装置において、複屈折板は液晶層の片側に配置しても、両側に配置してもよい。また、それぞれ、１枚でも複数枚であってもよい。実効的に液晶層と相互作用して、所望のカラー発色が得られるように配置を行うことが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
複屈折を直接利用し、カラーフィルタを用いずにカラー発色を行うＳＲＣ−ＬＣＤの場合、スタテイック駆動で発色した場合の色純度に比べて、マルチプレックス駆動による色純度は低下する。この原因として以下の事項が考えられる。
【００２７】
ＳＲＣ−ＬＣＤにおいて、液晶のΔｎ1 ・ｄ1 は１．２μｍ以上であり、従来の白黒表示の値０．８μｍ程度と比べて大きく設定されている。所望のΔｎ・ｄを得るためには液晶のΔｎを大きくするか、ギャップｄを大きくする。液晶のΔｎを大きくすると一般的に液晶材料の粘性が大きくなるので応答速度が遅くなる。
【００２８】
またギャップｄを大きくすると、応答速度はギャップの２乗に比例して遅くなる。このような理由から、ＳＲＣ−ＬＣＤの立ち上がりと立ち下がりの応答速度の和は通常の白黒表示の応答速度より遅くなる。現在一般に使用されるＳＲＣ−ＬＣＤの応答速度の和は４００〜５００ｍｓ程度である。
【００２９】
よって、従来の白黒表示ＳＴＮ−ＬＣＤの場合に見られた、液晶の高速化によるフレーム応答が同じように起きているとは考えられない。したがって、次のように考えられる。
【００３０】
ＳＲＣ−ＬＣＤにおいて、用いる液晶のΔｎ1 ・ｄ1 は１．２以上である。フレーム応答による液晶の変化率が同じでもＳＲＣ−ＬＣＤの場合Δｎ1 ・ｄ1 が大きいので、相対的に光学的変化が大きいと考えられる。従来の白黒表示のＳＴＮ−ＬＣＤでは問題のなかったフレーム応答でも、ＳＲＣ−ＬＣＤの場合拡大されて問題となる。ＳＲＣ−ＬＣＤの場合、従来の白黒表示と異なり、フレーム応答による光学的変化は色の混ざりとして観察される。つまり、フレーム応答により、色純度の低下が起こることを意味する。
【００３１】
本発明においては、必須条件としてバイアス値を最適バイアス値より２以下に設定する。この構成の場合、フレーム応答抑制の効果が少なくなる。また、最適バイアス値より大きく下げすぎるとオンオフ比が低下し、色の発色が不十分となり悪影響を及ぼすようになる。したがって、次の数４の条件に設定することが好ましい。
【００３２】
【数４】
図１に本発明のカラー液晶表示素子の構成を示す。１、２は一対の偏光板、３はΔｎ1 ・ｄ1 が１．２〜２．５μｍの誘電率異方性が正のネマチック液晶によるねじれ角が１６０〜３００°の液晶層、４は液晶層の上に積層され、Δｎ2 ・ｄ2 を有する複屈折板、５は上側の偏光板の吸収軸、６は下側の偏光板の吸収軸、７は液晶層の上側の液晶分子の長軸方向（一方の配向方向）、８は液晶層の下側の液晶分子の長軸方向（残る一方の配向方向）、９は積層された複屈折板の軸方向（遅相軸）を表している。
【００３４】
図４と図５において、液晶層の上側の液晶分子７の長軸方向からみた上側の偏光板の吸収軸５の方向を時計回りに計ったものをθ1 、液晶層の上側の液晶分子７の長軸方向から見た上側（偏光板側）の複屈折板４の軸方向（遅相軸）９を時計回りに計ったものをθ2 、液晶層の下側の液晶分子８の長軸方向から見た下側の偏光板の吸収軸６の方向を時計回りに計ったものをθ3 とする。
【００３５】
本発明では、このθ1 、θ2 、θ3 と液晶層のΔｎ1 ・ｄ1 、液晶層のツイスト角、複屈折板のΔｎ2 ・ｄ2 、および駆動条件とを最適化して組み合わせた。これによって所望のマルチプレックス駆動条件であっても良好な色純度を出すことが可能となった。
【００３６】
また、以下の実施例では、液晶層を左螺旋としたが、螺旋が逆であっても液晶層の液晶分子の長軸方向、偏光板の偏光軸方向、複屈折板の遅相軸方向との関係θ1 、θ2 、θ3 を反時計方向にすることにより、上記左螺旋の例と同様に容易にカラー表示が得られる。
【００３７】
【実施例】
（例１）
液晶セルの形成を以下のように行った。ガラス基板上に設けられたＩＴＯ透明電極をストライプ状にパターニングし、絶縁膜を形成し、ポリイミドのオーバーコートを形成し、これをラビングして配向制御膜を形成した基板を作成した。このようにして作成した二枚の基板の周辺をシール材でシールして、液晶セルを形成し、この液晶セル内に誘電率異方性が正のネマチック液晶を注入し、注入孔を封止材で封止した。
【００３８】
液晶の屈折率異方性Δｎ1 と液晶層の厚みｄ1 を調整し液晶層のΔｎ1 ・ｄ1 を１．２７μｍとした。複屈折板のΔｎ2 ・ｄ2 は１．４０μｍとし、液晶層のツイスト角は２４０°、θ1 ＝１２５°、θ2 ＝８０°、θ3 ＝１４０°に設定した。
【００３９】
用いる液晶の物性値△ｎ＝０．１９６（２５℃のとき）、ＴC は９９℃、誘電率異方性は１５（２５℃のとき）、粘度２４ｃＳｔ（２０℃のとき）とした。ガラス基板は０．４ｍｍ厚を用いた。上述した図１と同様に配置し液晶セルを形成した。そして、バイアス値を変えてカラー表示の測定を行った。
【００４０】
表１に１／６５デューティーで４階調表示駆動を行った場合を示す。各階調は、０％、４１％、６５％、１００％である。各階調は、それぞれ白、オレンジ、青、緑の発色に対応する。図６にバイアス値＝８、７、６、５、４で測定したときの色度図を示す。
【００４１】
この測定は図７に示す測定系を用いた。ＳＲＣ−ＬＣＤのサンプルには斜め１０゜の角度より高指向性の光を入射し、反射光の測定をサンプルに対して垂直方向から行った。色評価は光源の色を除去するため、標準白色板により規格化し、Ｃ光源として取り扱った。
【００４２】
光源としてハロゲン球（ハヤシ時計社のＬＡ−１５０ＳＡＥ）を用いて、光学ファイバで導光し、レンズを介してＳＲＣ−ＬＣＤに光ビームを照射した。ＳＲＣ−ＬＣＤで光ビームが変調され、各色に発色したその反射光を分光放射輝度計（ミノルタ社製：ＣＳ−１０００）で測定した。測定したデータはパソコンでデータ処理を行った。ＳＲＣ−ＬＣＤと分光放射輝度計との距離（入射点）をおよそ５００ｍｍに設定した。
【００４３】
表１に各バイアス時の白、オレンジ、青、緑の色度座標を示す。オレンジ、青、緑の色純度はバイアス値が小さくなるにつれてよくなる。つまり、バイアス値４が最も良好である。しかし、白の発生はバイアス値４の場合、黄色に寄っていることがわかる。白、オレンジ、青、緑の発色をバランスよくするには、バイアス値５がよい。
【００４４】
１／６５デューティー時の最適バイアス値は約９である。本例における１／６５デューティーのときの最も色純度のバランスのよいバイアス値は５であり、最適バイアスより４小さいことがわかる。図６と表１に示すように白以外はバイアス値が低くなるにつれて色純度が高い表示が可能となった。
【００４５】
【表１】
（例２）
例１と同様に液晶セルを設定した。１／５５デューティーで４階調表示駆動を行った。各階調は、０％、４１％、６５％、１００％である。各階調は、それぞれ白、オレンジ、青、緑の発色に対応する。１／５５デューティー時の最適バイアス値は約８．５であるが最も色純度のバランスのよいバイアス値は５であった。よって最適バイアス値より３．５低い結果が得られた。
【００４７】
【発明の効果】
本発明により、ＳＲＣ−ＬＣＤのように複屈折を利用したカラーの液晶表示素子においてマルチプレックス駆動した場合、色の混色の発生に起因する色純度の低下を防ぐことができた。
【００４８】
また、バイアス値を下げることにより走査信号電圧を下げることができるため駆動ドライバー回路の耐圧を下げることができた。また、走査信号電圧が下がることにより低消費電力にも効果があった。さらに、フレーム応答は、液晶の配向変化が激しいときに顕著に現れるため使用温度が高温までの携帯用情報端末や、低粘性の液晶を使用する場合には特に有効であることがわかった。
【００４９】
以上のように、本発明のカラー液晶表示装置は低消費電力という優れた効果を持ち、かつ、高温で使用する際にも有効である。したがって、屋外での使用を前提とする携帯用の電子機器、例えば、携帯電話、電子手帳、電子ブック、電子辞書、ＰＤＡ（携帯情報端末）、ページャー（ポケットベル）などに用いた場合に、その良好な表示特性によって高い視認性を発揮することができるようになった。さらに、本発明はその効果を損しない範囲で種々の応用ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明（例１）のセル構成の模式図。
【図２】マルチプレックス波形の説明図。
【図３】走査信号電圧Ｖr 、表示信号電圧ＶC 、走査電極数Ｎとしたときの電圧平均化法を用いた線順次駆動方式のマルチプレックス波形の説明図。
【図４】例１のセル構成の上側の各構成部の角度関係を示す模式図。
【図５】例１のセル構成の下側の各構成部の角度関係を示す模式図。
【図６】１／６５デューティー時の各バイアス値に対する色度図。
【図７】ＳＲＣ−ＬＣＤの表示特性の測定系を示すブロック図。
【符号の説明】
１、２：偏光板
３：液晶層
４：複屈折板
５：上側偏光板の吸収軸
６：下側偏光板の吸収軸
７：上側の液晶分子の長軸方向
８：下側の液晶分子の長軸方向
９：複屈折板の軸方向（遅相軸）
１０：走査電極
１１：データ電極
Claims (6)
- 透明電極と配向膜をそれぞれ有しほぼ平行に設けられた二つの基板間に旋光性物質を含有した正の誘電率異方性のネマチック液晶であって立ち上がりと立ち下がりの応答速度の和が４００ｍｓを越えるネマチック液晶が挟持され、各配向膜によって形成された液晶層のねじれ角が１６０〜３００°とされ、液晶層の外側に一対の偏光板が配置され、複屈折板が液晶層の片側もしくは両側に配置され、透明電極間に無彩色および３色以上の有彩色のいずれかの色を発色させるための駆動電圧を印加する駆動回路が備えられたカラー液晶表示装置であって、液晶層での液晶の屈折率異方性Δｎ1 と液晶層の厚みｄ1 との積Δｎ1 ・ｄ1 が１．２〜２．５μｍとされ、複屈折板は遅相軸と進相軸を有し、かつ遅相軸と進相軸の屈折率異方性と厚みによる垂直方向の複屈折の積の総和Δｎ2 ・ｄ2 が１．２〜２．５μｍとされ、電圧平均化法を用いたマルチプレックス駆動において、走査電極数Ｎとし、ＰN ＝Ｎ0.5 ＋１とし、走査信号とデータ信号によって作られる画素信号がオン表示画素のときに、選択期間の電圧の大きさ（Ｖr ＋ＶC ）と非選択期間の電圧の大きさ（ＶC ）との比（Ｖr ＋ＶC ）／（ＶC ）をバイアス値ＢR とすると、Ｐ N −５≦ＢR ≦ＰN −２を満足し、３値以上の電圧値が選択されることを特徴とするカラー液晶表示装置。
- 走査電極数Ｎが３２〜１２０であり、ＰN −５≦ＢR ≦ＰN −２を満足する請求項１記載のカラー液晶表示装置。
- 走査電極数Ｎが５０〜６３であり、ＰN −４≦ＢR ≦ＰN −３を満足する請求項１または２記載のカラー液晶表示装置。
- 走査電極数Ｎが６３〜８０であり、ＰN −５≦ＢR ≦ＰN −４を満足する請求項１または２記載のカラー液晶表示装置。
- 液晶層のねじれ角が２３０〜２５０°であり、用いるΔｎ1 ・ｄ1 とΔｎ2 ・ｄ2 がΔｎ1 ・ｄ1 ＊１．０５≦Δｎ2 ・ｄ2 ≦Δｎ1 ・ｄ1 ＊１．１５である請求項１〜４のいずれか１項記載のカラー液晶表示装置。
- ねじれ角が２３０〜２５０°であり、Δｎ1 ・ｄ1 が１．２〜１．３μｍであり、Δｎ2 ・ｄ2 が１．３〜１．５μｍであり、前記遅相軸と第１の基板側の液晶分子の配向方向との角度θ2 が７０〜９０°であり、第１の基板側の偏光板の偏光軸または吸収軸と前記配向方向との角度θ1 が１１５〜１３５°であり、第２の基板側の偏光板の偏光軸または吸収軸と第２の基板側の液晶分子の配向方向との角度θ3 が１３０〜１５０°である請求項１〜５のいずれか１項記載のカラー液晶表示装置。
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