JP2531683B2 - 液晶装置 - Google Patents

液晶装置

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JP2531683B2 JP62143873A JP14387387A JP2531683B2 JP 2531683 B2 JP2531683 B2 JP 2531683B2 JP 62143873 A JP62143873 A JP 62143873A JP 14387387 A JP14387387 A JP 14387387A JP 2531683 B2 JP2531683 B2 JP 2531683B2
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【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、強誘電性液晶を用いた表示パネルやシヤツ
タ・アレイ・プリンターなどの液晶装置に関する。
〔従来技術〕
従来より走査電極群と信号電極群をマトリクス状に構
成し、その電極間に液晶化合物を充填し多数の画素を形
成して、画像或いは情報の表示を行う液晶表示素子はよ
く知られている。この表示素子の駆動法としては、走査
電極群に順次周期的にアドレス信号を選択印加し、信号
電極群には所定の情報信号をアドレス信号と同期させて
並列的に選択印加する時分割駆動が採用されている。
これらの実用に供されたのは、殆どが、例えば“アプ
ライド・フイジクス・レターズ”(“Applied Physics
Letters")1971年、18(4)号127〜128頁に掲載のM.
シヤツト(M,Schadt及びW.ヘルフリヒ(W.Helfrich)共
著になる“ボルテージ・デイペンダント・オプテイカル
・アクテイビテイー・オブ・ア・ツイステツド・ネマチ
ツク・リキツド・クリスタル”("Voltage Dependent
Optical Activity of a Twisted Nematic Liq
uid Crystal")に示されたTN(Twisted Nematic)型
液晶であった。
近年は、在来の液晶素子の改善型として、双安定性を
有する液晶素子の使用がクラーク(Clark)及びラガー
ウオール(Lagerwall)の両者により特開昭56−107216
号公報、米国特許第4367924号明細書等で提案されてい
る。双安定性液晶としては、一般に、カイラルスメクチ
ツクC相(SmC)又はH相(SmH)を有する強誘電性
液晶が用いられ、これらの状態において、印加された電
界に応答して第1の光学的安定状態と第2の光学的安定
状態とのいずれかをとり、かつ電界が印加されないとき
はその状態を維持する性質、即ち双安定性を有し、また
電界の変化に対する応答がすみやかで、高速かつ記憶型
の表示装置等の分野における広い利用が期待されてい
る。
また、このような双安定型の強誘電性液晶素子に関す
る駆動法についてもこれまで数多く提案されている。例
えば、米国特許第4548476号公報(金子)や米国特許第4
655561号公報(神辺ら)で強誘電性液晶素子の駆動法が
明らかにされている。その中で、液晶相内の分子配向等
に起因する内部バイアスを打ち消すために駆動パルスに
一定の直流電圧を重畳する駆動法が既に提案されてい
る。
本発明者等の実験においても駆動波形によっては、上
述のように駆動パルスに一定の直流成分を与えることが
有効であることが判明した。しかしながら、少なくとも
素子を動作中に直流成分を与え続けることは、液晶材料
の劣化を招くばかりでなく、双安定性も損なわれ、長時
間にわたって、良好な画像が得られる駆動条件を制御す
ることは極めて困難であった。
〔発明の概要〕
従って、本発明の目的は、前述の問題点を解消した液
晶装置、特に長期に亘った双安定性を維持した駆動特性
をもつ強誘電性液晶装置を提供することにある。
すなわち、本発明は、 a.走査電極群及び信号電極群によって構成したマトリク
ス電極と、走査電極群と信号電極群との間に配置され、
一方の閾値を超えた電圧印加によって第一の配向状態か
ら第二の配向状態に転移し、他方の閾値を超えた電圧印
加によって第二の配向状態から第一の配向状態に転移す
るカイラルスメクチック液晶とを有する液晶素子、並び
に b.走査電極群に、走査非選択信号の電圧を基準にして、
一方極性又は他方極性の電圧を有する走査選択信号を順
次印加することによって一垂直走査を実行し、信号電極
群に、該走査選択信号と同期させて、走査非選択信号の
電圧を基準にして一方極性及び他方極性を有する交流波
形の情報信号及び前記一垂直走査期間と同期した周期で
極性を反転する直流電圧を印加する電圧印加手段を有
し、 走査選択信号が印加された走査電極と信号電極群との
交差部に、第一の配向状態から第二の配向状態への転移
又は第二の配向状態から第一の配向状態への転移を生じ
させる電圧信号を印加し、走査選択信号が印加されてい
ない走査電極と信号電極群との交差部に、前記一方及び
他方の閾値を超えていない電圧信号を印加する液晶装置
に特徴がある。
〔実施例〕
第1図は、本発明の表示装置の例を示す構成図であ
る。101は表示パネルで、走査電極102と信号電極103
と、その間に充てんされる強誘電性液晶とで構成され、
走査電極102と信号電極103とで構成されるマトリクスの
交点において、電極に印加される電圧による電界によっ
て、強誘電性液晶の配向が制御される。
104は信号電極駆動回路で、情報信号線106からのシリ
アルな映像データを格納する映像データシフトレジスタ
1041、映像データシフトレジスタ1041からのパラレルな
映像データを格納するラインメモリ1042、ラインメモリ
1042に格納された映像データに従って、信号電極103に
電圧を印加するための信号電極ドライバー1043、さらに
信号電極103に印加する電圧V4と−V4をもつ交流電圧に
重畳する直流オフセツト電圧VDCの極性を切替制御線108
からの信号によって切替えるVDC極性切替回路1044を有
し、交流電圧に直流オフセット電圧VDCを重畳すること
によって電圧V3と−V5とを持つ交流電圧とし、この直流
オフセット電圧VDCの極性を−VDCに切替えることによっ
て電圧−V3とV5とを持つ交流電圧とする。又、この交流
電圧は、情報側電源1045から供給される。
105は走査電極駆動回路で、走査アドレスデータ線107
からの信号を受けて、全走査電極の内の1つの走査電極
を指示するためのデコーダ1051、デコーダ1051からの信
号を受けて走査電極102に電圧を印加するための走査電
極ドライバー1052、さらに走査電極102に印加する電圧V
1,−V2と0は走査側電源1053から出力される。
109はCPUで発振器110のクロツクパルスを受けて画像
メモリ111の制御及び情報信号線106、走査アドレスデー
タ線107、切替制御線108に対して信号の転送の制御を行
う。
本発明者等の実験によれば、特に1走査線の選択時間
が短い駆動法を用いた場合には、いわゆる「パネルクロ
ストーク」が発生しやすく、このクロストークを軽減す
る手段として、一定の直流成分を交流駆動パルスに付加
することが有効であった。
以下、第2図で示した駆動波形を例として、前述した
「パネルクロストーク」及び直流成分を重畳することの
効果についてさらに詳しく述べる。
第2図に示すS1,S2,S3,…はそれぞれ第1走査線,第
2走査線,第3走査線,…に印加される時間軸における
電圧印加状態を表わし、I1とI2はそれぞれ信号線I1とI2
に印加される時間軸における電圧印加状態を表わしてい
る。この際、信号線I1には白−白−白の情報信号が含ま
れており、又信号線I2には黒−黒−黒の情報信号が含ま
れている。消去ステツプ時で、走査線にはパルス幅Δt
の電圧211,212,213,…が一様に印加され、この時信号線
には一様にパルス幅Δtの電圧221,222が印加されるた
め、それぞれの交差点には強誘電性液晶の一方の閾値電
圧を越えた電圧VRが一様に印加されて、画面全体が白
(又は黒)に消去される。続く書込みステツプ時で、走
査線には、順次走査選択信号となる電圧231,232,233,…
が印加され、この走査選択信号と同期して信号線には白
(又は黒)信号(V0−V0の交流電圧)と黒(又は
白)信号(V0−V0の交流電圧)が選択的に印加さ
れ、黒信号が印加された交差点では強誘電性液晶の他方
の閾値電圧を越えた電圧VWが印加されて黒(又は白)の
表示がなされ、白信号が印加された交差点では、強誘電
性液晶の閾値電圧を越えていない電圧(パルス幅Δtを
基準にして)VHが印加され、消去ステツプ時の白(又は
黒)の表示状態がそのまま保持される。
この際、駆動パルス(走査選択信号と情報信号)を構
成するパルスのうち、最小単位パルスのパルス幅をΔt
とすると、この例では1走査線の選択時間は、消去過程
を別にすると、2Δtである。
さて、第2図の(I1−S2)の例で示されるように、第
2走査線に注目し、この走査線上の画素には画像情報に
よっては、半選択時に低電圧であるが、消去パルスVR
逆方向に時間幅の長いパルス(ここでは、パルス幅3Δ
t)が現われる。このように半選択時にΔtのn倍のパ
ルス幅をもつ同極性パルスが現われることをnΔtクロ
ストークと呼ぶことにする。もちろん、パルス幅とパル
ス波高値によって定まる強誘電性液晶のスイツチング閾
値特性から、書込みパルスVWでスイツチングし、nΔt
クロストークでは反転スイツチングしないように、駆動
パルスのパラメータ(周波数、波高値)は、設定されて
いなければならない。つまり、書込みパルスVWでスイツ
チングし、nΔtクロストークでスイツチングしない駆
動条件、即ち駆動マージンが存在しなければならない。
しかしながら、大面積の強誘電性液晶セルでは、セル厚
あるいは液晶分子配向状態等をセル全体にわたって均一
に制御することが難しく、。その結果前述した駆動マー
ジンをセル全体にわたって同一にすることは難しいのが
現状である。このような駆動マージンのセル内でのばら
つきは、前述したように1走査線選択期間が短く、もと
もと動作マージンの狭い駆動法においては、画像の乱れ
が顕著に表われる。このように駆動波形のnΔtクロス
トークが液晶セルの不均一性により、セル全体として反
転スイツチングの防止を制御できなくなり、部分的に駆
動マージンが確保されず、画像の乱れ(例えば情報とは
異なる表示をしている画素や1画素の中で分極ドメイン
が発生し、中間色を表示している画素)が発生すること
を広い意味で「パネルクロストーク」と呼ぶことにす
る。
さて、次に第2図に示した駆動波形に一定の直流成分
を側に与える。液晶セル自身は、上下基板ともに対称
な配向処理が施されており、少なくとも初期状態は双安
定で、交流駆動パルスが印加されている画素に、直流成
分を重畳することにより、前述したパルスクロストーク
がかなり軽減され、画面全体にわたって良好な画像を表
示するようになる。このような直流成分により効果に対
する詳しい原因は不明だが、前述した駆動波形により発
生するnΔtクロストークを軽減させ、その結果駆動マ
ージンを拡大させ、パルスクロストークを軽減するもの
と考えている。
しかしながら、前述した直流成分の効果を長時間にわ
たって維持することは極めて難しく、時間とともに、再
びパルスクロストークが発生してくることが、本発明者
らの実験により判明した。この時間とともに直流成分の
効果が減少する原因についても、その詳細は、不明であ
るが、配向膜あるいは絶縁膜がセル内に配置されている
ため、液晶層に印加される直流成分が時間とともに消失
していくこと、又は直流成分により液晶分子の双安定性
に変化が生じることなどが考えられるが、いずれにせよ
同極性の直流成分を印加し続けることは好ましくない。
ところが、本発明者らの実験によれば、前述した事情
は、直流成分の極性を所定周期で、例えばフレーム周期
(又はフイールド周期)又は1走査選択周期で反転する
ことにより、かなり解消された。
第3図は、本発明で用いた駆動例を表している。
第3図(A)に示すVSは走査選択信号、VSは走査非選
択信号,IWは情報非選択信号で「白」信号に相当し、IB
は情報選択信号で「黒」信号に相当している。情報信号
は、電圧波高値|±V3|と|±V5|をもつ交番電圧となっ
ており、波高値|±V3|と|±V5|との間では|±V3|<
|±V5|に設定されている。第3図(B)は、信号線I1
に白−白−白信号を印加し、信号線I2に黒−黒−黒信号
を印加した例を示している。第3図に示す駆動例ではフ
レーム周期毎に画素に印加される直流成分の極性が反転
し、3Δtクロストークの存在にもかかわらず、良好な
表示を長時間に亘って得ることができる。
本発明で用いた直流オフセツト電圧VDC量は、画素に
印加される最大電圧振幅に対して±0.5%〜±10.0%、
好ましくは±1.0%〜±5.0%程度が適している。
第4図に示す駆動例は、第3図に示す駆動例の変形
で、直流オフセツと電圧VDCの極性をフレーム周期毎に
反転させるのと同期させて、走査選択信号の同一位相に
おける極性を半鉄させた例が示されている。この際、消
去ステツプ時で走査電極と信号電極と印加する電圧極性
も併せてフレーム周期毎に反転する。
第4図に示す駆動例を用いて、Δt=40μsec,|±V1|
=|±V2|=18ボルト,|±V3|=8ボルト,|±V5|=9ボ
ルトの条件下で駆動したところ、長時間に亘ってパルス
クロストークのない良好な表示が得られた。
第5図及び第6図は、本発明の別の駆動例を表わして
いる。第5図及び第6図に示す駆動例によれば、直流オ
フセツト電圧VDCの極性がフレーム周期毎、並びに1走
査選択周期毎に反転している。
本発明で用いることができる双安定性を有する液晶と
しては、強誘電性を有するカイラルスメクチツク液晶が
好ましく、そのうちカイラルスメクチツクC相(Sm
C)又はH相(SmH)の液晶が適している。この強誘
電性液晶については、“ル・ジユルナール・ド・フイジ
ク・レター”(“Le Journal de Physic letter")
36巻(L−36),1975年の「フエロエレクトリツク・リ
キツド・クリスタルス」(「Ferroelectric Liquid C
rystals」);“アプライド・フイジクス・レターズ”
(“Applied Physics Letters")36巻(11号),1980
年のサブミクロン・セカンド・バイステイブル・エレク
トロオプテイツク・スイツチング・イン・リキツド・ク
リスタル」(「Submicro Second Bistable Electroo
ptic Switching in Liquid Crystals」);“固体
物理16(141)1981「液晶」等に記載されており、本発
明ではこれらに開示された強誘電性液晶を用いることが
できる。
より具体的には、本発明に用いられる強誘電性液晶化
合物の例としては、デシロキシベンジリデン−P′−ア
ミノ−2−メチルブチルシンナメート(DOBAMBC)、ヘ
キシルオキシベンジリデン−P′−アミノ−2−クロロ
プロピルシンナメート(HOBACPC)および4−o−(2
−メチル)−ブチルレゾルシリデン−4′−オクチルア
ニリン(MBRA8)等が挙げられる。
これらの材料を用いて素子を構成する場合、液晶化合
物がSmC相又はSmH相となるような温度状態に保持す
る為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込まれた銅ブ
ロツク等により支持することができる。
又、本発明では前述のSmC,SmHの他に、カイラル
スメクチツクF相,I相,J相,G相やK相で表われる強誘電
性液晶を用いることも可能である。
第7図は強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもの
である。71aと71b、In2O3,SnO2やITO(インジウム−テ
イン−オキサイド)等の透明電極がコートされた基板
(ガラス板)であり、その間に液晶分子層72がガラス面
に垂直になるよう配向したSmC相の液晶が封入されて
いる。太線で示した線73が液晶分子を表わしており、こ
の液晶分子73は、その分子に直交した方向に双極子モー
メント(P⊥)74を有している。基板71aと71b上の電極
間に一定の閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子73の
らせん構造がほどけ、双極子モーメント(P⊥)74はす
べて電界方向に向くよう、液晶分子73の配向方向を変え
ることができる。液晶分子73は細長い形状を有してお
り、その長直方向と短直方向で屈折率異方性を示し、従
って例えばガラス面の上下に互いにクロスニコルの位置
関係に配置した偏光子を置けば、電圧印加極性によって
光学特性が変わる液相光学変調素子となることは、容易
に理解される。さらに液晶セルの厚さを十分に薄くした
場合(例えば1μ)には、第8図に示すように電界を印
加していない状態でも液晶分子のらせん構造はほどけ、
その双極子モーメントPa又はPbは上向き(84a)又は下
向き(84b)のどちらかの状態をとる。このようなセル
に、第8図に示す如く一定の閾値以上の極性の異なる電
界Ea又はEbを所定時間付与すると、双極子モーメントは
電界Ea又はEbの電界ベクトルに対して上向き84a又は下
向き84bと向きを変え、それに応じて液晶分子は第1の
安定状態83aかあるいは第2の安定状態83bの何れか一方
に配向する。
このような強誘電性液晶を光学変調素子として用いる
ことの利点は2つある。第1に応答速度が極めて早いこ
と、第2に液晶分子の配向が双安定状態を有することで
ある。第2の点を例えば第8図によって説明すると、電
界Eaを印加すると液晶分子は第1の安定状態83aに配向
するが、この状態は電界を切っても安定である。又、逆
向きの電界Ebを印加すると液晶分子は第2の安定状態83
bに配向して、その分子の向きを変えるが、やはり電界
を切ってもこの状態に留っている。又、与える電界Eaが
一定の閾値を越えない限り、それぞれの配向状態にやは
り維持されている。このような応答速度の速さと双安定
性が有効に実現されるには、セルとしては出来るだけ薄
い方が好ましく、一般的には0.5μ〜20μ、特に1μ〜
5μが適している。
〔発明の効果〕
本発明によれば、強誘電性液晶素子をマルチプレクシ
ング駆動した時、長時間に亘ってパネルクロストークを
生じていない良好な表示を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の液晶装置のブロツク図である。第2
図は、本発明外の駆動例を示す波形図である。第3図
(A)は、本発明で用いた駆動例の波形図で、第3図
(B)は、その時間軸における波形図である。第4図、
第5図及び第6図は、本発明で用いた別の駆動例を示す
波形図である。第7図及び第8図は、本発明で用いた強
誘電性液晶素子の斜視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水留 敦 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 鬼束 義浩 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 三原 正 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−235121(JP,A) 特開 昭61−228496(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a.走査電極群及び信号電極群によって構成
    したマトリクス電極と、走査電極群と信号電極群との間
    に配置され、一方の閾値を超えた電圧印加によって第一
    の配向状態から第二の配向状態に転移し、他方の閾値を
    超えた電圧印加によって第二の配向状態から第一の配向
    状態に転移するカイラルスメクチック液晶とを有する液
    晶素子、並びに b.走査電極群に、走査非選択信号の電圧を基準にして、
    一方極性又は他方極性の電圧を有する走査選択信号を順
    次印加することによって一垂直走査を実行し、信号電極
    群に、該走査選択信号と同期させて、走査非選択信号の
    電圧を基準にして一方極性及び他方極性を有する交流波
    形の情報信号及び前記一垂直走査期間と同期した周期で
    極性を反転する直流電圧を印加する電圧印加手段を有
    し、 走査選択信号が印加された走査電極と信号電極群との交
    差部に、第一の配向状態から第二の配向状態への転移又
    は第二の配向状態から第一の配向状態への転移を生じさ
    せる電圧信号を印加し、走査選択信号が印加されていな
    い走査電極と信号電極群との交差部に、前記一方及び他
    方の閾値を超えていない電圧信号を印加することを特徴
    とする液晶装置。
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