JP2542157B2 - 表示装置の駆動法 - Google Patents

表示装置の駆動法

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JP2542157B2 JP5105442A JP10544293A JP2542157B2 JP 2542157 B2 JP2542157 B2 JP 2542157B2 JP 5105442 A JP5105442 A JP 5105442A JP 10544293 A JP10544293 A JP 10544293A JP 2542157 B2 JP2542157 B2 JP 2542157B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、表示パネルにおける階
調表示のための表示装置に関し、詳しくは双安定性を有
する液晶物質、特に強誘電性液晶を用いた液晶テレビジ
ョンの様な表示パネルにおける階調表示のための表示装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のアクティブマトリクス駆動方式を
用いた液晶テレビジョンパネルでは、薄膜トランジスタ
(TFT)を画素毎のマトリクス配置し、TFTにゲー
トオンパルスを印加してソースとドレイン間を導電状態
とし、この時映像画像信号がソースから印加され、キャ
パシタに蓄積され、この蓄積された画像信号に対応して
液晶(例えばTwisted Nematic−TN−
液晶)が駆動し、同時に映像信号の電圧を変調すること
によって階調表示が行なわれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この様なTN
液晶を用いたアクティブマトリクス駆動方式のテレビジ
ョンパネルでは、使用するTFTが複雑な構造を有して
いるため、構造工程数が多く、高い製造コストがネック
となっている上に、TFTを構成している薄膜半導体
(例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン)を広
い面積に亘って被膜形成することが難しいなどの問題点
がある。
【0004】一方、低い製造コストで製造できるものと
してTN液晶を用いたパッシブマトリクス駆動方式の表
示パネルが知られているが、この表示パネルでは走査線
(N)が増大するに従って、1画面(1フレーム)を走
査する間に1つの選択点に有効な電界が印加されている
時間(デューティー比)が1/Nの割合で減少し、この
ためクロストークが発生し、しかも高コントラストの画
像とならないなどの欠点を有している上、デューティー
比が低くなると各画素の階調を電圧変調により制御する
ことが難しくなるなど、高密度配線数の表示パネル、特
に液晶テレビジョンパネルには適していない。
【0005】本発明の目的は、前述の欠点を解消したも
ので、詳しくは広い面積に亘って高密度画素をもつ表示
パネル、特に液晶テレビジョンパネルにおける階調表示
のためのパッシブマトリクス駆動方式による駆動を可能
にした表示装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のかかる目的を達
成し課題を解決する為の手段は、互いに間隔をおいて交
差した走査線群及びデータ線群で構成されたマトリック
ス電極と、該マトリクス電極の交差部に配され印加電界
に応じて2つの配向状態のうち一方に配向する特性をも
つカイラルスメクティック液晶と、を備え、該走査線群
を順次走査選択するとともに該データ線群に情報信号を
印加することで、選択された走査線とデータ線との交差
部のカイラルスメクティック液晶の配向状態を選択する
表示装置の駆動法であって、該交差部のカイラルスメク
ティック液晶の配向状態を選択する為のフィールド走査
を少なくとも3回行うことで一フレーム走査を行うとと
もに、一フレーム走査における全てのフィールド走査期
間を互いに異ならしめて設定し、一フレーム走査期間中
における該交差部のカイラルスメクティック液晶が一方
の配向状態に配向している期間の割合を各フィールド走
査期間を適宜選択する階調データにより定めて走査する
ことを特徴とする表示装置の駆動法である。そして、本
発明によれば、フレーム周波数を大きく低下させること
なく必要最小限のフィールド数にて高コントラストの多
階調表示が行える。
【0007】
【実施例】以下、本発明を図面に従って説明する。
【0008】本発明の表示装置で用いる光学変調物質と
しては、加えられる電界に応じて第1の光学的安定状態
(例えば明状態を形成するものとする)と第2の光学的
安定状態(例えば暗状態を形成するものとする)とのい
ずれかを取る、すなわち電界に対する双安定状態を有す
る物質、とくにこのような性質を有する液晶が用いられ
る。
【0009】本発明の表示装置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
ルスメクティック液晶が最も好ましく、そのうちカイラ
ルスメクティックC相(SmC* )、H相(SmH
* )、I相(SmI* )、F相(SmF* )やG相(S
mG* )の液晶が適している。
【0010】この強誘電性液晶については、“LE J
OURNAL DE PHYSIQUE LETTER
S”36(L−69)1975,「Ferroelec
tric Liquid Crystals」;“Ap
plied PhysicsLetters”36(1
1)1980,「Submicro SecondBi
stable Electrooptic Switc
hing inLiquid 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。
【0011】より具体的には、本発明法に用いられる強
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(D
OBAMBC)、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(HOBAC
PC)及び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。
【0012】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* 、SmH* 、SmI* 、S
mF* 、SmG* 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ック
等により支持することができる。
【0013】図1は、強誘電性液晶セルの例を模式的に
描いたものである。11と11′は、In23 、Sn
2 やITO(Indium−Tin Oxide)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12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13が液晶分子を表わしており、この液晶分子13
は、その分子に直交した方向に双極子モーメント(P
⊥)14を有している。基板11と11′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13のら
せん構造がほどけ、双極子モーメント(P⊥)14はす
べて電界方向に向くよう、液晶分子13の配向方向を変
えることができる。液晶分子13は細長い形状を有して
おり、その長軸区方向と短軸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晶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充分に
薄くした場合(例えば1μ)には、図2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(非らせん構造)、その双極子モーメントP又は
P′は上向き(24)又は下向き(24′)のどちらか
の配向状態をとる。このようなセルに図2に示す如く一
定の閾値以上の極性の異なる電界EはE′を付与する
と、双極子モーメント電界E又はE′の電界ベクトルに
対応して上向き24又は下向き24′と向きを変え、そ
れに応じて液晶分子は第1の安定状態23(明状態)か
或いは第2の安定状態23′(暗状態)の何れか一方に
配向する。
【0014】この様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
て速いこと、第2に液晶分子の配向が双安定性を有する
ことである。第2の点を例えば図2によって説明する
と、電界Eを印加すると液晶分子は第1の安定状態23
に配向するが、この状態は電界を切ってもこの第1の安
定状態23が維持され、又、逆向きの電界E′を印加す
ると、液晶分子は第2の安定状態23′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
に保ち、それぞれの安定状態でメモリー機能を有してい
る。又、与える電界E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。この
種の強誘電性液晶を用いたマトリクス電極構造を有する
液晶−電気光学装置は、例えばクラークとラガバルによ
り、米国特許第4367924号明細書で提案されてい
る。
【0015】図3は、本実施例の液晶ディスプレイ駆動
制御回路図である。
【0016】図においてDSPは液晶ディスプレイユニ
ットでA11、A12、…A44は夫々の画素を示す。M1、
M2、M3はフレームメモリで夫々4×4=16ビット
のメモリ容量を有する。メモリM1、M2、M3はデー
タバスDBからデータが送られ、コントロールバスCB
により書込/読出及びアドレスが制御される。
【0017】FCはフイールド切換信号、DCはそのデ
コーダ、MPXはメモリM1、M2、M3の出力のうち
1つを選択するマルチプレクサ、MMは単安定マルチバ
イブレータ、GTはゲート信号、FGはクロック発振
器、CKはクロック信号、ANDはアンドゲート、Fは
行走査クロック信号・CNTはカウンタ、SRは直列入
力並列入力シフトレジスタ、DR1〜DR4は列駆動回
路、DR5〜DR8は行駆動回路である。
【0018】以下、図3の回路の動作を図4〜図6を参
照して説明する。
【0019】図4は1フレーム(映像画像の1画面を形
成する期間)における各画素の階調データであり、各階
調データの最上位ビットMSBはメモリM3に、中位ビ
ットはメモリM2に、最下位ビットLSBはメモリM1
に夫々データバスを介して入力される。
【0020】そして時刻t1でフイールド切換信号FC
が発生するとデコーダDCはマルチプレクサMPXをメ
モリM1からのデータを選択する様セットする。同時に
FCは単安定マルチバイブレータMMに入力されゲート
信号GTを発生し、アンドゲートANDを開きクロック
信号CKの4つのクロックを行走査信号Fとしてカウン
タCNTに出力する。カウンタCNTは第1のクロック
でドライバDR5をオン状態にする。この時シフトレジ
スタSRにはメモリM1の第1行のデータが入力されて
おり、ドライバDR4のみがオン状態となっている。従
って、液晶画素A13のみが暗レベルに設定され、他の液
晶画素A11、A12、A14は明レベルに設定される。そし
て走査行信号Fはメモリ行切換信号として不図示のコン
トローラに入力されメモリM1からは次の第2行のデー
タがシフトレジスタSRに入力され次の行走査信号Fで
ドライバDR6がオンとなり、同時にシフトレジスタS
RからM1の第2桁のデータが夫々ドライバDR1〜D
R4に入力される。この時ドライバDR2、DR3、D
R4がオンとなり、画素A22、A23、A24は暗レベルに
設定され、A21は明レベルに設定される。第3行、第4
行についても以上の動作を繰り返す。
【0021】第4行を選択する4番目の行走査信号Fが
カウンタCNTに入力されると、カウンタCNTはメモ
リ切換要求信号MCを不図示のコントローラに出力し、
メモリはM2に切換えられ、第2フイールドに移る。こ
の時、第1フイールドで明又は暗状態に設定された各液
晶画素は、前述の図1及び図2、特に図2に示す非らせ
ん構造の強誘電性液晶がメモリ機能を有しているので、
その状態を維持している。
【0022】第2フイールドも同様にフイールド切換信
号FCによりマルチプレクサMPXがメモリM2からの
データを選択し、ゲート信号GTにより行走査信号Fが
カウンタCNT及びシフトレジスタSRに入力される。
そして第1フイールドと同じ周期で行走査が行なわれ、
各液晶画素を暗状態若しくは明状態に設定される。第3
フイールドについても同様である。
【0023】本実施例においては第1、第2、第3フイ
ールド期間の比を各ビットの重みづけと同じく1:2:
4に設定している。従って例えば画素A11の階調データ
は図5に示す如く2であるが、この場合は第2フイール
ド期間のみ暗レベルとなり、1フレーム期間の2/7が
暗状態となる。又、画素A24の階調データは5である
が、この場合は第1及び第3フイールド期間が暗レベル
となり、第2フイールド期間は明レベルに維持され、1
フレーム期間の5/7が暗状態となる。又、画素A42
階調データは7であり、この時全てのフイールド期間暗
状態が維持される。つまり本実施例においては8階調の
中間調表現が可能である。
【0024】この様にしてフレーム内の表示時間の割
合、即ち表示デューティを制御することにより、見かけ
上の中間調を表現することが可能となる。第3フイール
ドが終了し、1フレームが終ると、メモリM1〜M3の
データはコントロールバスCB及びデータバスDBによ
り書き換えられ、次のフレームのデータがメモリに記憶
される。
【0025】本発明の実施例においては、1フレームを
複数すなわち3つのフィールドに分け、各フィールドの
走査期間をデータビットの重み付けに応じて全て異なる
期間に設定している。よって、階調データをデコードす
る必要がない。
【0026】図7(a)と(b)はそれぞれ走査線B
1 、B2 、B3 、B4 に印加する電気信号を示し、図7
(a)は走査時の信号波形で、図7(b)は非走査時の
信号波形を表している。
【0027】図7(c)と(d)は、それぞれデータ線
1 、D2 、D3 、D4 に印加する映像画像信号を示
し、図7(c)は双安定性の強誘電性液晶を有する画素
を例えば「明」状態に制御する信号波形を、図7(d)
は「暗」状態に制御する信号波形を表わしている。即
ち、双方安定性を有する液晶セルの第1の安定状態を与
えるための閾値電圧をVth1 (明状態を与えるための
閾値)とし、第2の安定状態を与えるための閾値電圧を
−Vth2 (暗状態を与えるための閾値)とすると、図
7(a)に示す走査信号は図示する如く位相(時間)t
1 ではV1 を、位相(時間)t2 では、−Vとなる交番
する電圧で、この交番電圧を走査信号として印加する
と、光学的「明」あるいは「暗」状態に相当する液晶の
第1あるいは第2の安定状態間での状態変化を、速やか
に起こさせることができるという重要な効果が得られ
る。
【0028】一方、走査信号が印加されていない走査線
は、図7(b)に示す如くアース状態となっており、電
気信号0である。
【0029】以上において各々の電圧値は、以下の関係
を満足する所望の値に設定される。
【0030】V2 、(V1 −V2 )<Vth1 <V1
2 及び−(V1 +V2 )<−Vth2 <−V2 、−
(V1 −V2 ) このような電気信号が与えられたときの画素に印加され
る電圧波形を図8に示す。
【0031】図8(a)〜図8(d)より明らかな如
く、図7(a)に示す走査信号が印加された走査線上の
画素では、位相t2 で閾値走査線上にあって、図7
(c)の画像信号が同期して印加された画素では、位相
2 において、閾値Vth1 を越える電圧V1 +V2
印加される(図8(a)に示す)。又、同一走査線上に
存在するし、図7(d)の画像信号が同期して印加され
た画素では位相t1 において閾値−Vth2 を越える電
圧−(V1 +V2 )が印加される(図8(b)に示
す)。従って走査信号が印加された走査線上において、
データ線にV2 か又は−V2 の印加に応じて、液晶分子
は第1の安定状態に配向を揃えて明状態を形成するか、
又は第2の安定状態に配向を揃えることによって暗状態
を形成することができる。いずれにしても各画素の前歴
には関係することはない。
【0032】一方、図7(b)に示す走査信号が印加さ
れていない走査線上の画素に印加される電圧波形は、図
8(c)と(d)によって示されている様にV2 か−V
2 であって、閾値電圧を越えていない。従って、この走
査線上の各画素における液晶分子は、配向状態を変える
ことなく、前の段階で書込まれた情報がそのまま維持さ
れる。すなわち、走査線に走査信号が印加されたとき
に、その1ライン分の信号の書込みが行なわれ、1フレ
ーム期間又は1フイールド期間中、次の走査信号が印加
されるまでの間は、その信号状態を保持することができ
る。
【0033】従って、走査線数が増えても、実質的なデ
ューティー比はかわらず、コントラストの低下は全く生
じない。この際に、V1 及びV2 の値、ならびに位相
(t1+t2 )=Tの値としては、用いられる液晶材料
やセルの厚さにも依存するが、通常3ボルト〜70ボル
トで、0.1μsec〜2msecの範囲が用いられ
る。ここで、本発明の方法では、走査信号が印加された
走査線に与えられる電気信号が、第1の安定状態(光信
号に変換されたとき「明」であるとする)から第2の安
定状態(光信号に変換されたとき「暗」状態であるとす
る)へ、又はその逆へのいずれの変化をも起こし易くす
るために、走査信号が印加された走査線には、例えば+
1 から−V1 へと、交番する電圧信号を与えることを
重要な特徴とする。又、データ線に与えられる電圧は、
明又は暗の状態を指定すべく、互いに異なる電圧として
いる。
【0034】この駆動例では、好ましくは選択点におい
て第1及び第2の安定状態に配向する電圧VON1 及びV
ON2 ならびに非選択点において印加する電圧VOFF の値
をそれぞれ平均的な閾値電圧Vth1 及びVth2 から
できるだけ離間して設定するのが好ましい。そして素子
間でのバラツキ、或いは素子内でのバラツキを考慮した
場合、|VOFF |の値に対して、|VON1 |、及び|V
ON2 |の値が2倍以上であることが、安定性を得る上で
好ましいことが確認された。また、このような電圧印加
条件を、2つの安定状態間での状態変化を速やかに達成
できる。図8で説明した駆動方法において実現する場合
には、走査信号が印加された走査線と、選択されないデ
ータ線とによって、情報なしに対応する画素に印加され
る電圧(図8(b))の位相t2 における電圧値|V1
−V2 |の値も、非選択画素に印加される電圧VOFF
同様に、VON1 の値から充分に離間して特にVON1 の1
/1.2以下に設定するのが好ましい。従って、図8の
例に対応して言えば、 1<|V1 (t)|<|V2|<10 がそのための条件になる。
【0035】更に一般的に述べるならば、各画素への印
加電圧ならびに各電極に与える電気信号は、対称的であ
る必要も、階段状である必要もない。このような場合も
含めて一般的に表わすために、位相t1 +t2 内での走
査線に加えられる電気信号(アース電位との差による電
圧)の最大値をV1 (t)max、最小値をV1 (t)
minとし、又選択されたデータ線に印加される情報有
に対応する電気信号をV2 、選択されないデータ線に印
加される情報無に対応する電気信号(いずれもアース電
位との差による電圧)をV2 ′とするとき、以下の条件
が満足されることが安定な駆動のために好ましい。
【0036】 1<|V1 (t)max|/|V2|<10 1<|V1 (t)min|/|V2|<10 1<|V1 (t)max|/|V2 ′|<10 及び 1<|V1 (t)min|/|V2 ′|<10
【0037】図8で説明した実施例に基づいて、走査線
に加えられる電気信号V1 とデータ線に加えられる電気
信号±V2 の比率を変えた場合の、選択点(選択データ
線と選択あるいは非選択走査線との間)に印加される最
大電圧|V1 +V2 |と、非選択点(非選択データ線と
選択あるいは非選択走査線との間)に印加される電圧|
2 |、及び選択点において、例えば図3(B)−
(a)の位相t1 (あるいは図3(B)−(b)の位相
2 )印加される電圧|V2 +V1 |(いずれも絶対値
で表示する)との比率をグラフに表わしたのが図9であ
る。このグラフより分かるように比k=|V1 /V2
の値は1<k、とくに1<k<10の範囲とすることが
好ましい。
【0038】図10及び図11は、本発明における別の
駆動例を表わしている。図10(a)は走査線に印加す
る走査信号を、図10(b)は走査線に印加する非走査
時の信号を示しており、図10(c)と(d)は走査信
号が印加された走査線上の画素をそれぞれ明状態及び暗
状態に書込む情報信号(明信号及び暗信号に対応)を示
している。従って、図11(a)は走査信号が印加され
た走査線上の画素のうち図10(c)の書込信号が印加
された画素の電圧波形を、図11(b)はこの走査線上
の画素のうち図10(d)の信号が印加された画素の電
圧波形を表わしている。又、図11(c)と(d)は非
走査時の走査線上の画素のうち、それぞれ図10(c)
と(d)の信号が印加された時の電圧波形を表わしてい
る。
【0039】この駆動例において、電圧値VはV<Vt
1 <2Vと−V>−Vth2 >−2Vを満足する所望
の値に設定することにより、前述したとおり走査信号の
走査時に書込まれた1ライン分の情報は、次の走査信号
が印加されるまでの間保持される。
【0040】図12及び図13は、前述の図10及び図
11に示した駆動例の変形実施例を示している。図12
(a)と(b)は走査線に印加する信号波形を、図12
(c)と(d)はデータ線に印加する信号波形を表わ
し、図13(a)と(b)は走査信号が印加された走査
線上の画素に印加される電圧波形を、図13(c)と
(d)は走査信号が非走査時の走査線上における画素に
印加される電圧波形を表わしている。
【0041】以上の図7、図8、と図10〜図13に示
す駆動例を図6に示すタイムチャートに採用することに
よって、階調性を有する映像画像を形成又は表示するこ
とができる。又、本発明では各画素にカラーフィルター
を例えばストライプ形状あるいはモザイク形状に配置し
て、双安定性を有する液晶素子を作成し、この素子に前
述の駆動法によって駆動すると、階調性のカラー映像を
表示することができる。
【0042】従って、本発明の方法は階調性を有するモ
ノクロ又はカラー映像を表示する液晶テレビジョン、特
に従来のCRTカラーテレビジョンに比べはるかに小型
軽量の液晶ポケットカラーテレビジョンに適用すること
ができる。
【0043】又、本発明の方法では例えば1フレーム期
間を1/30秒(sec)と設定した上で、図6に示す
第1フイールドを1/210秒(sec)として、8階
調の表示を行なう表示パネルの場合、前述した様に強誘
電性液晶の応答速度を0.1μsec程度とすることが
できるので、表示パネルにおける走査線数を1×107
/210本(約4750本)まで配線することが可能で
あるので、高密度画素をもつ多階調表示が可能となり、
又、走査線の配線数を通常のテレビジョンの走査線数並
の数100本程度とすれば、前述の8階調よりさらに多
階調の表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の駆動法で用いる液晶素子の斜視図。
【図2】本発明の駆動法で用いる別の液晶素子の斜視
図。
【図3】本発明の駆動制御回路図。
【図4】本発明で用いた階調データの説明図。
【図5】本発明で用いた階調データの説明図。
【図6】本発明で用いた駆動波形のタイミングチャート
図。
【図7】本発明で用いた駆動波形図。
【図8】本発明で用いた駆動波形図。
【図9】バイアス比の説明図。
【図10】本発明で用いた駆動波形図。
【図11】本発明で用いた駆動波形図。
【図12】本発明で用いた駆動波形図。
【図13】本発明で用いた駆動波形図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神辺 純一郎 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56−107216(JP,A) 特開 昭58−57192(JP,A) 特開 昭55−157793(JP,A) 特開 昭56−88193(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに間隔をおいて交差した走査線群及
    びデータ線群で構成されたマトリックス電極と、該マト
    リクス電極の交差部に配され印加電界に応じて2つの配
    向状態のうち一方に配向する特性をもつカイラルスメク
    ティック液晶と、を備え、該走査線群を順次走査選択す
    るとともに該データ線群に情報信号を印加することで、
    選択された走査線とデータ線との交差部のカイラルスメ
    クティック液晶の配向状態を選択する表示装置の駆動法
    であって、 該交差部のカイラルスメクティック液晶の配向状態を選
    択する為のフィールド走査を少なくとも3回行うことで
    一フレーム走査を行うとともに、 一フレーム走査における全てのフィールド走査期間を互
    いに異ならしめて設定し、 一フレーム走査期間中における該交差部のカイラルスメ
    クティック液晶が一方の配向状態に配向している期間の
    割合を各フィールド走査期間を適宜選択する階調データ
    により定めて走査することを特徴とする表示装置の駆動
    法。
  2. 【請求項2】 前記階調データを複数のメモリに格納
    し、該複数のメモリに記憶された階調データをフィール
    ド切換信号に応じて選択的にデータ線の駆動回路に供給
    することを特徴とする請求項1に記載の表示装置の駆動
    法。
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