JP2973242B2 - 液晶電気光学素子の駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表示体、ライトバルブ
等の駆動方法に関し、詳しくは液晶物質を用いた表示体
の駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】反強誘電性液晶の反強誘電相における安
定状態と電場誘起強誘電相の二つの配向状態との間の、
いわゆる三安定スイッチングは、従来の表面安定化強誘
電性液晶素子(SSFLC) に見られる幾つかの本質的な問題
点を解決する方法の一つとして期待され、活発に研究が
進められている（A.D.L.Chandani et al.：Jpn.J.Appl.
Phys.,27, L729(1988), A．D．L．Chandani et al.：J
pn. J. Appl. Phys.,28,L1265(1988) 等参照）三安定ス
イッチングの主な特徴は次の４点である。

【０００３】(1) 電圧印加による反強誘電−強誘電相転
移には、直流電圧に対する急峻なしきい値特性がある
（図７）。

【０００４】(2) その相転移に幅の広い光学的ヒステリ
シスを持つため、反強誘電相あるいは強誘電相を選択し
た後に維持電圧ＶH を印加しておけば、その状態を維持
することができる。

【０００５】(3) 強誘電相における二つの配向状態を光
学的に等価にすることができる。

【０００６】(4) 液晶層内の電荷の偏りを防ぐことがで
きるため、ＳＳＦＬＣに見られるような電気光学特性の
経時変化がない。

【０００７】これらの特徴を用いれば、単純マトリクス
駆動による高精細液晶表示体を作成することができる。
なお、本出願では電場誘起強誘電相における二つの配向
状態を区別するため、それらを強誘電相(+)、強誘電相
(-)と呼ぶことにする。

【０００８】これまでに知られている駆動方法の例とし
ては、図８に示した方法が特開平2-173724に開示されて
いる。図８(a)のＶt とＶdは、それぞれ走査電極と信号
電極に印加する電圧波形、図８(b)はそれらの合成波形
であり、この合成電圧波形が液晶層に印加される。１フ
レームはＳとＮＳで示した選択期間と非選択期間から成
り、選択期間Ｓは、ＥとＷで示した消去期間と書き込み
期間から成っている。この駆動方法では、消去期間には
液晶層へ０ボルトを印加することによってＯＦＦ状態へ
リセットする。そして、ＯＮ状態を選択する場合は、書
き込み期間の後半にしきい値よりも大きい電圧を印加し
てＯＮ状態へスイッチした後、単極性の維持電圧波形
（Ｖ0−Ｖ2〜Ｖ0＋Ｖ2）を印加して、ＯＮ状態（強誘電
相）を維持する。また、ＯＦＦ状態を選択する場合に
は、書き込み期間の後半にしきい値以下の電圧を印加し
た後、単極性の維持電圧波形を印加して、ＯＦＦ状態
（反強誘電相）を維持する。

【０００９】この駆動方法による表示原理を、図９を用
いて説明する。反強誘電相での光軸ＯAはスメクチック
層３４と直交している。この液晶層を図９(b)のように
液晶配向膜３１０と透明電極３７が設けられた二枚のガ
ラス基板38で挟み、さらに、偏光軸39が光軸ＯA と平行
又は垂直にセットされた偏光板35と、その偏光板と直交
している検光板３６とで挟めば、光透過率は０（ＯＦＦ
状態）となる。ここで、Ｖ(A-F)t以下の電圧を印加して
も光透過率の変化はわずかであり、ＯＦＦ状態を維持す
ることができる。一方、絶対値がＶ(A-F)s以上の正極性
電圧を印加すれば、反強誘電相から強誘電相(+) へ相転
移する。この時の液晶分子配向方向(光軸)をＯF(+) 、
自発分極をＰs(+) とする。また、絶対値がＶ(A-F)s以
上の負極性電圧を印加すれば、光軸がＯF(-)で自発分極
がＰs(-)であるもう一方の強誘電相(-) へ相転移する。
ＯF(+)、ＯF(-)と偏光軸のなす角度をそれぞれθ(+)、θ
(-) とすれば、それらは０ではないため光が透過し、Ｏ
Ｎ状態となる。そして、維持電圧ＶH を印加している限
りその状態を維持することができる。さらに、θ(+)と
θ(-)は互いに等しく、二つの強誘電相(+)と(-)の光透
過率は互いに等しいため、両者は光学的には等価であ
る。したがって、ＯＮ状態を選択するためには、光軸が
ＯF(+)またはＯF(-)のいずれか一方の強誘電相を選択す
ればよい。

【００１０】ところが、強誘電相を維持するためには、
維持電圧を印加し続けなければならない。もし、一方極
性の電圧を印加し続けると、液晶層内の不純物イオンが
液晶層と配向膜との界面に掃き寄せられて、液晶の電気
光学特性に悪影響を及ぼす。したがって、外部印加電圧
の極性の偏りによる電気光学特性の経時変化を防ぐため
には、単位時間内の電圧の時間平均値を０にしなければ
ならない。そこで、この駆動方法では、データ電圧波形
を交流として、さらに、１フレーム内においては交流で
はない書き込み電圧波形と維持電圧波形の極性を、１フ
レーム毎に反転することによって、単位時間内での電圧
の時間平均値が零となるようにしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の駆動方
法は以下に述べるような課題を持っている。

【００１２】図８(b) 第２フレームの電圧波形は、ＯＦ
Ｆ状態を選択する場合に液晶層へ印加される電圧波形で
ある。既に説明したように、書き込み期間にしきい値以
下の電圧 ＶNS＝−(Ｖ0＋Ｖ1)＋Ｖ2 を印加し、その直
後にＶNS よりも小さい維持電圧を印加する。このよう
な駆動方法で高いコントラスト比を得ることは困難であ
る。その理由を、図３を用いて説明する。

【００１３】簡単のために維持電圧を一定値ＶHとし、
ＶNSとＶHを印加したときの光透過率をそれぞれＩNSと
ＩH で表すことにする。図３の破線で描かれたループＣ
は、印加電圧の最大値をＶNSとしたときのヒステリシス
特性を示している。この図からわかるように、電圧をし
きい値よりも低いＶNSから下げて行くときにも、光透過
率は矢印のように変化して、ヒステリシス特性を示す。
したがって、電圧ＶNSを印加した直後に維持電圧ＶHを
印加したときの光透過率ＩHは図示したようになる。コ
ントラスト比はＩHに反比例するため、ＩHを十分小さく
することができない従来の駆動方法では、高いコントラ
スト比を得ることは困難である。

【００１４】本発明は上記課題を解決するためのもので
あり、その目的とするところは、三安定スイッチングの
特長を十分に生かして、高いコントラスト比と高い光透
過率を得ることができ、さらに電荷の偏りを防ぐことが
できるマルチプレックス駆動方法を提供するところにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の液晶電気光学素
子の駆動方法は、走査電極を有する基板と信号電極を有
する基板との間に反強誘電性液晶が挟持されてなり、前
記反強誘電性液晶は反強誘電相の配向状態と強誘電相の
配向状態を有してなる液晶電気光学素子の駆動方法にお
いて、選択期間内の消去期間に前記反強誘電相の配向状
態にするための電圧を前記反強誘電性液晶に印加してな
り、前記選択期間内の書き込み期間にいずれかの配向状
態を選択するための電圧を前記反強誘電性液晶に印加し
てなり、非選択期間に前記選択した配向状態を維持する
ための電圧を前記反強誘電性液晶に印加してなることを
特徴とする。

【００１６】（１）前記書き込み電圧パルスの時間平均
値（波高値と印加時間との積の総和）をＶAとすれば、
時間平均値が−ＶAであるような補償電圧波形を前記非
選択期間内に印加し、さらに前記維持電圧波形を交流と
することによって、１フレーム内（一度選択されてから
次に選択されるまでの期間）に印加される電圧の時間平
均値を零とする。

【００１７】（２）前記書き込み電圧パルスの時間平均
値をＶAとすれば、時間平均値が−ＶAであるような補償
電圧波形を前記消去期間内に印加し、さらに前記維持電
圧波形を交流とすることによって、１フレーム内に印加
される電圧の時間平均値を零とする。

【００１８】（３）前記消去電圧波形・書き込み電圧波
形・維持電圧波形・データ電圧波形の極性を一定周期毎
に反転させることによって、単位時間内に印加される電
圧の時間平均値を零とする。

【００１９】

【実施例】（実施例１）図９(b)に示したように、ガラ
ス基板上に透明電極（ＩＴＯ）を形成し、さらにその上
に液晶配向膜（ポリイミド）を形成する。上下基板に形
成した透明電極は、それぞれ走査電極と信号電極に相当
する。そして、液晶配向膜をラビング処理する。このよ
うな２枚の基板間に液晶材料ＴＦＭＮＰＯＢＣ

【００２０】

【化１】

【００２１】を封入し、環境温度を反強誘電性カイラル
スメクティックＣ相の温度範囲に保持したものを試料と
して用いた。液晶層厚は1.7μmである。この試料を２枚
の直交する偏光板で挟み、一方の偏光板の偏光軸をスメ
クチック層面と直交させた。この試料において得られる
光透過率のヒステリシス特性を図７に示す。Ｖ(A-F)t＝
12[ｖ]、Ｖ(A-F)s＝16[ｖ]、Ｖ(F-A)t＝５[ｖ]である。

【００２２】本発明による駆動電圧波形を図１に示す。
図１(a)は走査電圧波形、図１(b)のＶd(OFF)、Ｖd(ON)
はそれぞれ反強誘電相（ＯＦＦ状態）と強誘電相（ＯＮ
状態）を選択するためのデータ電圧波形である。図２の
上段は液晶層へ印加される電圧波形であり、走査電圧波
形とデータ電圧波形の合成波形である。そして、図２の
下段はそれに対する液晶の電気光学応答である。消去電
圧はＶSE＝ＶDE＝０[ｖ]、データ電圧は｜ＶD1｜＝｜Ｖ
D2｜＝３[ｖ]とし、選択期間の最後から二番目の電圧パ
ルスの波高値はＶS1＝15[ｖ]、最後の電圧パルスの波高
値はＶS2＝−４[ｖ]とした。維持電圧波形としては、負
極性から始まる±８[ｖ]の交流とした。また、補償電圧
波形としては、パルス幅と波高値がそれぞれＰW2とＶC
＝−（ＶS1+ＶS2+ＶSE)＝−11[ｖ]の電圧パルスとし
た。駆動デューティ比とパルス幅ＰW1、ＰW2はそれぞれ
１／１０００と２００μsec、７００μsecであり、維持
電圧波形の周波数は１/(11.1×10^-3) Hzである。

【００２３】信号電極にＯＮデータ電圧波形Ｖd(ON) を
印加した場合、選択期間の最後から二番目の電圧はＶS1
−ＶD1＝18[ｖ] となるため、反強誘電相から強誘電相
(+)への相転移が起こる。それに続く最後の電圧は−７
[ｖ]である。このようにパルス電圧の波高値が＋18[ｖ]
から−７[ｖ] へ直接変化した場合、７[ｖ]はＶ(F-A)t
以上であるため、反強誘電相を通り越してもう一方の強
誘電相(-) へスイッチする。その後、非選択期間には−
５〜−８〜−11[ｖ]と５〜８〜11[ｖ]という維持電圧パ
ルスが交互に印加されて、交互に強誘電相(-)と強誘電
相(+)の状態になるため、ＯＮ状態が維持される。

【００２４】次に、信号電極にＯＦＦデータ電圧波形Ｖ
d（OFF）を印加した場合、選択期間の最後から二番目の
電圧が＋12[ｖ]となり、これはＶ(A-F)t以下であるた
め、反強誘電相から強誘電相(+)への相転移は起こらな
い。この時の光透過率は図３に示したようにＩNSであ
る。それに続く最後の電圧は−１[ｖ]である。この電圧
は、最後から二番目の電圧とは逆極性のため、この期間
に光透過率はほぼ０に近い値まで低下する。その後、非
選択期間には−５〜−８〜−11[ｖ]と５〜８〜11[ｖ]と
いう維持電圧パルスが交互に印加される。この場合、光
透過率は図３に示したループＢにほぼ従うように変化す
る。ただし、この図では正極性側のみ示してある。

【００２５】このような駆動方法による実際の光透過率
の時間変化を図２に実線で示す。比較のために、従来方
法によって駆動した場合の光透過率を、同図の破線で示
した。これより、ＯＮ状態の光透過率は、両者の間に差
は見られないが、ＯＦＦ状態の光透過率には明らかな差
が認められる。本発明によるＯＦＦ状態の平均光透過率
は、従来方法によるそれのほぼ ２／３ 倍となってい
る。コントラスト比はＯＦＦ状態の光透過率に反比例す
るため、コントラスト比は従来のほぼ1.5倍となり、1：
11.5から1:17へ向上した。

【００２６】さらに、図１(a) に示してあるように、消
去期間の直前（非選択期間の最後）には、８[ｖ]の維持
電圧の代わりに−３[ｖ]の電圧パルスを１個印加してい
る。これは、補償電圧パルスを維持電圧波形のその部分
に重畳したことによるものである。そのため、１フレー
ム内に液晶層へ印加される電圧の時間平均値は０とな
り、液晶層内での電荷の偏りは起こらない。この例で
は、負極性から始まる交流の維持電圧を用いたため、消
去期間の直前に印加する電圧を−３[ｖ]としたが、正極
性から始まる交流の維持電圧を用いれば、その電圧は−
19[ｖ]となる。

【００２７】（実施例２）本実施例では、実施例１の駆
動方法においてＶS2＝−４[ｖ]、ＶSE＝４[ｖ]とした。
この場合、ＶC＝−15[ｖ]となるため、非選択期間の最後
に走査電極へ印加される電圧は−７[ｖ]となる。したが
って、液晶層へ印加される電圧は−４[ｖ]または−１０
[ｖ]となる。ＯＮ状態が選択されているときに−１０
[ｖ]が印加されれば、強誘電相(-) となるため、その次
にＯＦＦ状態へリセットするために適当な正極性電圧を
印加すれば、０[ｖ]によってリセットするよりも高速で
リセットすることができる。そのため、ＰW1＝100μsec
としても駆動することができた。維持電圧波形の周波数
は実施例１と同じである。実施例１ではＰW1＝200μsec
であるため、このように電圧を設定することによって表
示速度を高速化することができる。表示特性は、実施例
１と同じく、１：17のコントラスト比が得られた。

【００２８】（実施例３）本実施例では、実施例１の駆
動方法においてＶS2＝−３[ｖ]とした。この場合、ＶC＝
−12[ｖ]となる。他の設定値は実施例１と同様である。
ＯＦＦ状態を選択する場合、書き込み期間の最後から二
番目に印加される電圧が＋12［v］ であるのに対して、
最後に印加される電圧は０[ｖ]であり、逆極性ではな
い。そのため、この０ボルトの期間内での光透過率の減
少量を実施例１と比較すれば、やや少なくなる。したが
って、ＯＦＦ状態の光透過率は、実施例１の場合よりも
少し高くなり、コントラスト比は１：15と少し低くなっ
た。しかし、従来方法によるコントラスト比よりも高
い。

【００２９】（実施例４）本実施例では、実施例１の駆
動方法において、｜ＶD1｜と｜ＶD2｜の値の上限Ｖ2を
３[ｖ]として、その範囲内で変化させた。ただし、実施
例１と同様に ＶD1＝−ＶD2である。このようにデータ
電圧を変調することによって、階調表示を行うことがで
きた。

【００３０】（実施例５）実施例１と同じ試料を用い
て、図４に示したように維持電圧波形が直流である電圧
波形によって駆動した。ＶS1＝１５[ｖ]、ＶS2＝−４
[ｖ]、ＶH＝−８[ｖ]、｜ＶD1｜＝｜ＶD2｜＝３[ｖ]、
ＶSE＝０[ｖ]，ＶDE＝３[ｖ]である。１フレーム期間内
での印加電圧の平均値は０ではないため、１フレーム毎
にすべての電圧波形の極性を反転することによって、単
位時間内での平均値が０になるようにした。この駆動方
法では、ＶSE−ＶDE の極性（負）が、その直前のＶH
（正）とは逆の極性になる。そこで、ＰW1を150μsecと
した。

【００３１】表示特性は実施例１と同様に1:17のコント
ラスト比が得られた。また、実施例４と同様に、データ
電圧を変調することによって、階調表示を行うことがで
きた。

【００３２】この実施例では、ＶSE＝０[ｖ]としたが、
必ずしも０[ｖ]とする必要はない。また、 ＶSE−ＶDE
の符号も、必ずしも負である必要はない。さらに、必ず
しも｜VS2｜＞｜ＶD2｜である必要もない。

【００３３】（実施例６）本実施例で用いた駆動電圧波
形を図５に示す。ここでは、消去期間内に補償電圧パル
スを印加している。消去期間最後に走査電極と信号電極
へ印加する電圧パルスの波高値をそれぞれＶSEとＶDEと
すれば、各電圧の設定は実施例１〜３と同様である。言
うまでもなく、この方法による走査時間は、実施例１の
場合よりもＰW2だけ長くなる。しかし、実施例１〜３と
同様な表示特性が得られた。

【００３４】（実施例７）本実施例で用いた駆動電圧波
形を図６に示す。ここでは、書き込み期間内に補償電圧
パルスを印加している。各電圧の設定は実施例３と同様
である。｜ＶS2｜＝｜ＶD2｜であるので、補償電圧の波
高値（｜ＶS1｜−｜ＶS2｜）はしきい値と等しくなる。
したがって、この補償電圧は表示特性には何等影響を与
えず、実施例３と同様な表示特性が得られた。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、反強
誘電相と電場誘起強誘電相との間のスイッチングを用い
る液晶電気光学素子のマルチプレックス駆動において、
従来の方法よりもＯＦＦ状態の光透過率を低くすること
ができるため、より高いコントラスト比を得ることがで
きる、という効果を有する。本発明は、大型・高精細液
晶ディスプレイやライトバルブへ応用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施例を示す図。

【図２】第１の実施例において、液晶層へ印加される電
圧波形と、液晶の電気光学応答を示す図。

【図３】低電圧領域でのヒステリシス特性を示す図。

【図４】本発明による第５の実施例を示す図。

【図５】本発明による第６の実施例を示す図。

【図６】本発明による第７の実施例を示す図。

【図７】実施例で用いた試料において得られるヒステリ
シス特性を示す図。

【図８】従来の駆動方法を示す図。

【図９】表示原理を示す図。

【符号の説明】

Ｓ・・・・・・・・選択期間、 ＮＳ・・・・・・非選択期間、 Ｅ・・・・・・・・消去期間、 Ｗ・・・・・・・・書き込み期間、 ＯA・・・・・・・反強誘電相における光軸、 ＯF(+)・・・・強誘電相(+)における液晶分子配向方向（光
軸）、 ＯF(-)・・・・強誘電相(-)における液晶分子配向方向（光
軸）、 34・・・・・・・・スメクチック層、 35・・・・・・・・偏光板、 36・・・・・・・・検光板、 37・・・・・・・・透明電極、 38・・・・・・・・ガラス基板、 39・・・・・・・・偏光板の偏光軸方向、 310・・・・・・・液晶配向膜、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−280221（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−249290（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−249217（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−180016（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−178618（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−29219（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−291629（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−279920（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/133 560 G02F 1/141

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走査電極を有する基板と信号電極を有する
   基板との間に反強誘電性液晶が挟持されてなり、前記反
   強誘電性液晶は反強誘電相の配向状態と強誘電相の配向
   状態を有してなる液晶電気光学素子の駆動方法におい
   て、 選択期間内の消去期間に前記反強誘電相の配向状態にす
   るための電圧を前記反強誘電性液晶に印加してなり、前
   記選択期間内の書き込み期間にいずれかの配向状態を選
   択するための電圧を前記反強誘電性液晶に印加してな
   り、非選択期間に前記選択した配向状態を維持するため
   の電圧を前記反強誘電性液晶に印加してなることを特徴
   とする液晶電気光学素子の駆動方法。