JP2000122036A - 表示装置とその駆動方法 - Google Patents

表示装置とその駆動方法

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JP2000122036A
JP2000122036A JP29747698A JP29747698A JP2000122036A JP 2000122036 A JP2000122036 A JP 2000122036A JP 29747698 A JP29747698 A JP 29747698A JP 29747698 A JP29747698 A JP 29747698A JP 2000122036 A JP2000122036 A JP 2000122036A
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Osamu Taniguchi
修 谷口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 応答速度が速く、視野角特性に優れ、階調特
性や耐衝撃性に優れたカラー表示装置を提供する。 【解決手段】 カイラルスメクチック液晶セルとプラズ
マセルとを有するプラズマアドレス型液晶素子に、3原
色の各色光源を備えたバックライトを組み合わせ、1フ
レームを3原色に対応して3フィールドに分割し、各フ
ィールドにおいて各色の画像を書き込んで対応する色光
源を照射して表示することにより、時間平均でフルカラ
ー表示を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマアドレス
型の液晶素子と、3原色の各色光源を有するバックライ
トを備えたカラー表示の表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のフルカラー液晶表示装置は、ネマ
チック液晶を用いたツィステッドネマチック(TN)型
表示装置で、各画素毎に薄膜トランジスタ(TFT)等
のスイッチング素子を設けたアクティブマトリクス型液
晶表示装置が一般的であった。しかしながら、この方式
では、液晶の応答速度が遅いために、各フレームを完全
には表示できず、また、TN型特有の視野角特性も悪い
等の根本的な問題を有していた。
【0003】さらに、R(赤)、G(緑)、B(青)の
カラーフィルタを配置した3画素を一組としてカラーの
1画素として表示するため、画像の精細度が1/3にな
るという問題も有していた。
【0004】一方、この改善方法として、例えば、特開
平5−107541号公報等において、単安定性強誘電
性液晶を用いたアナログ階調表示が提案されている。こ
の方式によれば、液晶の応答速度や視野角特性は改善さ
れるものの、TFTを用いた駆動方式であるため、以下
のような問題点があった。
【0005】即ち、TFTを使って強誘電性液晶のよう
な自発分極を有する液晶を駆動する場合、スイッチング
の際に自発分極の反転電流が伴うため、TFTに過大な
電流供給能力が要求される。また、電荷の保持が不十分
であるため大きな保持容量が必要とされる。これらの要
求は液晶の自発分極が大きいほど強くなり、液晶材料の
選択や製造プロセスの簡略化の弊害となっていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題点を解決し、応答速度が速く視野角特性に優れ、さ
らには、階調特性や耐衝撃性に優れたカラー表示の表示
装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の第1は、液晶セ
ルとプラズマセルからなるプラズマアドレス型液晶素
子、及び、バックライトを備えた表示装置であって、上
記液晶セルが、ストライプ状の透明電極と配向膜を有す
る第1の透明基板と、配向膜を有する誘電体シートと
を、上記両配向膜が内側になるように対向配置させた間
に液晶を挟持してなり、上記プラズマセルが、ストライ
プ状のカソード電極とアノード電極とを交互に所定の間
隔をおいて配置し、該アノード電極及びカソード電極に
沿ったストライプ状の隔壁を有する第2の透明基板と、
上記液晶セルの誘電体シートとを、隔壁が内側になり且
つ上記透明電極に直交するように対向配置させた間にイ
オン化可能なガスを封入してなり、上記液晶が、電圧−
透過率特性においてメモリー性を有していないカイラル
スメクチック液晶であり、上記バックライトが、3原色
の各色光源を有し、経時的に各色光源を切り替えて用い
ることを特徴とする。
【0008】また本発明の第2は、上記本発明の表示装
置の駆動方法であって、カラー画像表示データを3原色
の色別に選別し、1フレームを3原色の色別に3つのフ
ィールドに分割し、各フィールドにおいて、カソード電
極に順次カソード電圧を印加し、該カソード電圧に同期
して透明電極に当該フィールドに該当する色の画像表示
データに応じた情報信号電圧を印加し、該当色の1画面
分の画素の書き込みを行なった後、該当色の光源を点灯
することにより、カラー画像を表示することを特徴とす
る。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明において用いられる液晶
は、電圧−透過率特性においてメモリー性を有していな
いカイラルスメクチック液晶であり、特に好ましくは、
無閾値反強誘電性液晶(以下、「TLAFLC」と記
す)である。TLAFLCは、以下の(1)〜(3)の
文献に示されているように、印加電圧に対して光学的平
均分子軸方向が基板面内において連続的に変化し、従来
の反強誘電性液晶(AFLC)が示していたヒステリシ
スが消失した状態となっている。そのため、TFT等の
能動素子と組み合わせることにより、広視野角で多階調
表示が可能なディスプレイへの応用が期待できる。
【0010】(1)A full−color thr
esholdless Antiferroelect
ric LCD exhibiting wide v
iewing angle with fast re
sponse time,T.Yosidaら、SID
97(Society for Informati
on Display 97)DIGEST p84
1。
【0011】(2)Voltage−holding
properties of thresholdle
ss antiferroelectric liqu
idcrystals driven by acti
ve matrices,T.Saishuら、SID
96(Society for Informati
on Display 96)DIGEST p70
3。
【0012】(3)「液晶における反強誘電相の発現機
構と無閾値反強誘電性相の可能性」、宮地等、応用物理
第65巻、第10号(1996)、p1029。
【0013】しかしながら、前述したように、TLAF
LCのような大きな自発分極を有する液晶をTFTによ
って駆動する場合、TFTの性能上の制約が強い。その
ため、本発明では、TFTに代わってプラズマアドレス
方式を用いる。プラズマアドレス方式は、例えば特開平
1−217396号公報、特開平5−72519号公報
等に開示されているように、選択的なプラズマ放電に基
づく駆動方式で電流供給の点での制約は基本的にはな
い。
【0014】また、カラー化については、本発明におい
ては3原色のカラーフィルタを用いる代わりに、3原色
の各色光源を経時的に切り替えて照射させるバックライ
トを用いることにより、カラー画素数をカラーフィルタ
を用いた場合の3倍にすることができ、且つ、微細加工
工程であるカラーフィルタ作製工程を不要とすることが
できる。よって、TLAFLCは高速応答性を有してい
ることから、1フレーム毎の画像切り替えが可能である
ため、シャープな動画表示が行なわれるとともに、高解
像度表示が可能となる。
【0015】また、スメクチック液晶に特有な液晶セル
の歪みや衝撃に対する配向の劣化は、透明電極間に接着
性のストライプ状のスペーサーを形成することによって
解決できると同時に、プラズマセルに設ける隔壁と組み
合わせて、ブラックマトリクスを兼ねさせることがで
き、ブラックマトリクスの作製工程をも不要とすること
ができる。
【0016】尚、本発明においては、液晶として上記し
たようにTLAFLCが好ましく用いられるが、その他
に、カイラルスメクチックC相(SmC* )においてら
せんピッチがセル厚よりも短く、メモリー性を示さない
液晶(DHFモード,Deformed Helix
Ferroelectirc mode)も好ましく用
いることができる。
【0017】図1は、本発明の表示装置の液晶素子の一
実施形態の構成を模式的に示す部分斜視図である。ま
た、図2(a)はその断面模式図、図2(b)は(a)
とは直交する方向の断面模式図である。
【0018】図1、2中、1は液晶セル、2はプラズマ
セルである。液晶セル1は、第1の透明基板1と誘電体
シート9との間に本発明にかかるスメクチック液晶7を
挟持してなり、それぞれ液晶7との界面には配向膜5、
8を備えている。4はストライプ状の透明電極であり、
その間隙に沿って、液晶層内にストライプ状のスペーサ
ー6が形成され、液晶層の厚さが保持されている。尚、
スペーサー6の幅は透明電極4の間隙の幅と同一で良い
が、表示品位に影響を与えない範囲で広くしても、逆に
狭くしても構わない。
【0019】また、プラズマセル2は、ストライプ状の
アノード電極11とカソード電極12を所定の間隔をお
いて交互に配置した第2の透明基板10を、該電極が内
側になり、且つ、透明電極5に直交するように誘電体シ
ート9に対向配置させてなる。ここで、第2の透明基板
10と誘電体シート9との間隔は、好ましくはアノード
電極11上に形成されたストライプ状の隔壁13によっ
て保持される。隔壁13は、液晶セル1のスペーサー6
と直交することから、これらの組み合わせによって、画
素以外の部分が遮光される構成となり、ブラックマトリ
クスが不要となる。
【0020】本発明において、第1の透明基板3及び第
2の透明基板10は、いずれもガラス基板が好ましく用
いられるが、強度や透明性が満足されるものであれば、
プラスチック基板等も用いることができる。また、透明
電極にはITO等透明導電材が用いられ、カソード電極
12及びアノード電極11としては金属材料が用いら
れ、配向膜5、8としては、ポリイミド等一般に液晶の
配向に用いられる素材をラビング処理して用いることが
できる。尚、ラビング方向は上下配向膜で平行、或いは
反平行になるようにしても良いが、5°程度クロスする
ことが均一な配向を得る上で好ましい。
【0021】さらに、スペーサー6としては、フォトレ
ジストや感光性ポリイミド、ポリビニルアルコールなど
が用いられるが、配向膜5及び8と同じポリイミドを用
いて配向膜5或いは8と同時に形成することができる。
隔壁13は、ガラスを主成分とする材料を用い、スクリ
ーン印刷等によって形成することができる。また、誘電
体シート9は、液晶セル1を効果的に駆動するためにで
きるだけ薄くする必要があり、例えば50μm程度厚の
薄板ガラスなどが用いられる。
【0022】プラズマセル2は周辺部に低融点ガラス等
を使用したフリットシール(図示しない)を配設するこ
とにより密閉され、プラズマチャネル14が形成され
る。プラズマチャネル14内には、イオン化可能なガ
ス、例えばヘリウム、ネオン、アルゴン及びこれらの混
合気体等が封入される。
【0023】上記構成においては、配向膜と透明電極4
の間、及び、誘電体シート9と配向膜8の間のいずれ
か、或いは両方に、SiO2 やTaOx 等の無機膜を絶
縁膜として形成しても良い。
【0024】以上の構成において、所定のプラズマチャ
ネル14に対応するアノード電極11とカソード電極1
2との間に所定の電圧が印加されると、プラズマチャネ
ル14内のガスが選択的にイオン化されて、プラズマ放
電が発生し、その内部は略アノード電位に維持される。
この状態で透明電極4に順次データ電圧が印加される
と、プラズマ放電が発生したプラズマチャネル14に対
応した透明電極4上の画素の液晶層に、誘電体シート9
を介してデータ電圧が印加される。プラズマ放電が終了
すると、プラズマチャネル14はフローティング電位と
なり、各画素の液晶層に書き込まれたデータは次の書き
込み期間まで保持される。書き込まれたデータは、第1
の透明基板3及び第2の透明基板10の外側に配置され
た一対の偏光板(図示しない)により光学的に識別され
る。
【0025】本発明の表示装置においては、上記液晶素
子の背面にバックライトを有する。図6は本発明におけ
る、バックライトの構成例を模式的に示した図で、図
中、61は導光板、62は赤(R)光源、63は青
(B)光源、64は緑(G)光源であり、各色光源の点
灯・消灯は制御回路(図示しない)により行なわれる。
【0026】図3は、上記液晶素子の回路構成を、4×
5画素をモデルに示した図である。図中、31は液晶ド
ライバ、32は制御回路、34はアノードドライバ、3
5はカソードドライバ、36a〜36dはカソード電
極、37a〜37eはアノード電極、38a〜38fは
透明電極、39a〜39fはバッファである。液晶ドラ
イバ31にはビデオデータ(DATA)が入力され、各
水平走査期間(1H)毎にデータ電圧が同時に出力され
る。データ電圧はそれぞれバッファ39a〜39fを介
して透明電極38a〜38fに供給される。制御回路3
2には、ビデオデータに対応した水平同期信号HD及び
垂直同期信号VDが同期基準信号として供給され、液晶
ドライバ31及びアノードドライバ34、カソードドラ
イバ35の動作を制御する。アノードドライバ35より
共通に接続されたアノード電極37a〜37eには、基
準電圧としてのアノード電圧が印加される。また、カソ
ードドライバ35より1H毎にカソード電極36a〜3
6dに順次アノード電位と所定電位差のカソード電圧が
印加され、行方向に順次走査される。
【0027】図4に、カソード電極及び透明電極に印加
する電圧波形とプラズマチャネル内の電荷量の変化のタ
イミングチャートを示す。図中、(a)〜(c)は連続
する3本のカソード電極に印加される電圧波形、(d)
〜(f)は(a)〜(c)のカドード電極が位置するプ
ラズマチャネル内の電荷量の変化、(g)及び(h)は
透明電極に印加される電圧波形で、(g)はnフレーム
目、(h)はn+1フレーム目の波形である。また、図
中、Va はアノード電位、Vc はカソード電圧パルスの
波高値、1Hは1水平走査期間、τp はプラズマが発生
して消滅するまでの期間を表わしている。
【0028】本発明では、カラー画像表示データを3原
色の色別に選別した画像情報(階調情報)に対応して振
幅が変調されたデータ電圧が、カソード電極に印加され
る電圧パルス(Vc )に同期して透明電極に印加され
る。データ電圧は1Hまたは1フレーム、或いはその両
方毎に反転される。さらに、1H内におけるデータ電圧
の印加時間(パルス幅)は、カソード電圧パルス(V
c )のパルス幅より長く、且つ、プラズマ消滅期間τp
より後に終了するように設定される。これによって、液
晶セルにおいて、データ電圧が十分に保持され、鮮明な
画像表示が可能となる。
【0029】図7に、1フレームにおけるカソード電極
へのカソード電圧の印加と各色光源の点灯タイミングの
タイミングチャートを示す。図中(a)〜(c)は1本
目、2本目、最終本目のカソード電極に印加するカソー
ド電圧波形、(d)は1本目のカソード電極に対応する
画素の一つが赤表示する時の透過率を示し、(e)〜
(g)はR、G、Bの各光源の点灯タイミングを示す。
【0030】本発明においては、1フレームをR、G、
B各色に対応する3フィールドに分割し、各フィールド
においてカソード電極に順次カソード電圧を印加し、こ
れと同時に透明電極には該当する色の画像情報に応じて
変調されたデータ電圧(情報信号電圧)が印加され、線
順次に1画面分の画素の書き込みが行なわれ、最終ライ
ンの画素の書き込み終了と同時に、該当する色の色光源
を点灯して表示する。これにより、3フィールドで各色
全てが選択され、時間平均としてフルカラー表示される
ことになる。
【0031】尚、本発明の表示装置の各部材の素材、製
法については、上記実施形態に挙げた以外にも、本発明
の効果が得られる範囲で、従来のネマチック液晶を用い
たプラズマアドレス型液晶素子の構成を適用することが
可能である。
【0032】
【実施例】図1、2に示した構成の液晶素子を作製し
た。その作製手順を以下に説明する。
【0033】1.1mm厚のガラス基板上に、スパッタ
法によりITOを厚さ約100nmに堆積し、パターニ
ングして幅250μm、間隔50μmの透明電極を形成
した。その上に、ポリイミドの前駆体であるポリアミッ
ク酸(東レ社製「LP−64」)と有機溶媒の混合溶液
をスピンコートし、約200℃で1時間加熱焼成するこ
とにより、厚さ約10nmのポリイミド膜を形成した。
また、同様にして、厚さ50nmの薄板ガラスからなる
誘電体シート上にもポリイミド膜を形成し、それぞれラ
ビング処理を施して配向膜とした。ラビング方向は透明
電極のストライプにほぼ平行に行ない、ガラス基板側と
誘電体シート側とで約5°クロスするようにした。
【0034】上記ガラス基板上の配向膜上に、フォトレ
ジスト溶液をスピンコートし、約90℃でプリベーク
し、透明電極の間隙に位置するように露光して、幅50
μm、高さ約1.5μmのストライプ状にパターニング
した後、約140℃で1時間ポストベークし、スペーサ
ーを形成した。該ガラス基板に、上記誘電体シートを配
向膜が内側になるように配置してシール材を用いて貼り
合わせ、自発分極Psが150nC/cm2 (30
℃)、チルト角Θが30°(30℃)、誘電率εが5
(30℃)で、液晶セルをクロスニコルの関係の一対の
偏光板間に配置し、一方の偏光軸を無電界時の平均分子
軸方向に一致させた時に、図5に示す電圧−透過率特性
を示す反強誘電性液晶を注入して液晶セルを形成した。
【0035】また、プラズマセルとして、1.9mm厚
のガラス基板上に、金属ペーストを厚さ30μmに堆積
し、パターニングして幅100μmのカソード電極とア
ノード電極を0.32mmピッチで形成した。次いで、
ガラスを主成分とする材料を用いスクリーン印刷によ
り、アノード電極上に、幅100μmで厚さが200μ
mの隔壁を形成し、アノード電極及びカソード電極が上
記液晶セルの透明電極に直交するように配置して、周辺
部をフリットシールにより封止し、不活ガスを封入して
約200μmの間隔のプラズマチャネルを形成した。
【0036】得られた液晶素子に3原色の各色光源と導
光板からなるバックライトを組み合わせて本発明の表示
装置とし、図4及び図7の駆動波形で駆動した。本実施
例の液晶素子は、320×240画素で、プラズマ放電
電圧(Vc −Va )=−350V、データ電圧=+6V
〜−6V、1H=17μs、フレーム周波数=60H
z、各色光源点灯期間=1.5msとした。その結果、
コントラストは約80で、良好なカラー画像が表示でき
た。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高速表示が可能で、コントラスト及び視野角特性に優れ
た高解像度のフルカラー画像表示を行なうと同時に、耐
衝撃性に優れたディスプレイが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の表示装置の液晶素子の一実施形態の構
成を模式的に示す部分斜視図である。
【図2】図1の液晶素子の断面模式図である。
【図3】図1の液晶素子の回路構成図である。
【図4】本発明の表示装置の液晶素子のカソード電極及
び透明電極に印加する電圧波形とプラズマチャネル内の
電荷量の変化のタイミングチャートである。
【図5】本発明の実施例で用いた液晶の電圧−透過率特
性を示す図である。
【図6】本発明に用いられるバックライトの構成を示す
模式図である。
【図7】本発明の表示装置の1フレームにおけるカソー
ド電極へのカソード電圧の印加と各色光源の点灯タイミ
ングのタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 液晶セル 2 プラズマセル 3 第1の透明基板 4 透明電極 5 配向膜 6 スペーサー 7 液晶 8 配向膜 9 誘電体シート 10 第2の透明基板 11 アノード電極 12 カソード電極 13 隔壁 14 プラズマチャネル 31 液晶ドライバ 32 制御回路 34 アノードドライバ 35 カソードドライバ 36a〜36d カソード電極 37a〜37e アノード電極 38a〜38f 透明電極 39a〜39f バッファ 61 導光板 62 R光源 63 G光源 64 B光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G09F 9/35 390 G09G 3/20 642J 5C094 G09G 3/20 642 3/36 5G435 3/36 G02F 1/137 510 Fターム(参考) 2H088 EA03 FA02 GA04 HA03 HA05 HA06 HA12 HA28 JA19 MA07 MA10 MA18 2H089 HA36 HA40 KA15 LA09 LA10 LA16 LA19 LA20 PA06 PA09 QA12 QA14 RA13 TA07 TA12 TA18 2H093 NA20 NA65 NA79 NC14 ND13 ND32 ND48 NE03 NF19 NG01 5C006 AA01 AA16 AA22 AC02 AF42 AF44 AF69 BA12 BB12 BB18 BB29 EA01 FA14 FA55 FA56 5C080 AA05 AA10 BB05 CC03 DD08 EE30 FF09 JJ02 JJ04 JJ05 JJ06 5C094 AA05 AA06 AA12 AA13 AA36 AA53 BA03 BA12 BA43 BA49 CA19 CA24 CA25 EC03 EC04 ED01 FB01 FB20 GA10 5G435 AA02 AA03 AA04 AA07 BB12 BB15 CC09 CC12 EE27 EE30 FF08 FF11 GG26

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液晶セルとプラズマセルからなるプラズ
    マアドレス型液晶素子、及び、バックライトを備えた表
    示装置であって、上記液晶セルが、ストライプ状の透明
    電極と配向膜を有する第1の透明基板と、配向膜を有す
    る誘電体シートとを、上記両配向膜が内側になるように
    対向配置させた間に液晶を挟持してなり、上記プラズマ
    セルが、ストライプ状のカソード電極とアノード電極と
    を交互に所定の間隔をおいて配置し、該アノード電極及
    びカソード電極に沿ったストライプ状の隔壁を有する第
    2の透明基板と、上記液晶セルの誘電体シートとを、隔
    壁が内側になり且つ上記透明電極に直交するように対向
    配置させた間にイオン化可能なガスを封入してなり、上
    記液晶が、電圧−透過率特性においてメモリー性を有し
    ていないカイラルスメクチック液晶であり、上記バック
    ライトが、3原色の各色光源を有し、経時的に各色光源
    を切り替えて用いることを特徴とする表示装置。
  2. 【請求項2】 上記液晶セルの液晶層内に、上記透明電
    極間隙に沿ったストライプ状のスペーサーを有する請求
    項1記載の表示装置。
  3. 【請求項3】 上記スペーサーが接着性を有している請
    求項2記載の表示装置。
  4. 【請求項4】 上記隔壁が、アノード電極と誘電体シー
    トとの間に配置されている請求項1記載の表示装置。
  5. 【請求項5】 上記液晶が、無閾値反強誘電性液晶であ
    る請求項1記載の表示装置。
  6. 【請求項6】 上記液晶が、カイラルスメクチックC相
    においてらせんピッチが上記液晶セルの液晶層厚よりも
    短い強誘電性液晶である請求項1記載の表示装置。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の表示装
    置の駆動方法であって、カラー画像表示データを3原色
    の色別に選別し、1フレームを3原色の色別に3つのフ
    ィールドに分割し、各フィールドにおいて、カソード電
    極に順次カソード電圧を印加し、該カソード電圧に同期
    して透明電極に当該フィールドに該当する色の画像表示
    データに応じた情報信号電圧を印加し、該当色の1画面
    分の画素の書き込みを行なった後、該当色の光源を点灯
    することにより、カラー画像を表示することを特徴とす
    る表示装置の駆動方法。
JP29747698A 1998-10-20 1998-10-20 表示装置とその駆動方法 Withdrawn JP2000122036A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100383016B1 (ko) * 1999-12-27 2003-05-09 가부시끼가이샤 도시바 액정표시소자

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KR100383016B1 (ko) * 1999-12-27 2003-05-09 가부시끼가이샤 도시바 액정표시소자

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