JP5485518B2

JP5485518B2 - 強誘電性液晶装置

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Publication number: JP5485518B2
Application number: JP2008075643A
Authority: JP
Inventors: 勝城飯尾
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: JP2009229852A

Description

本発明は液晶装置に関する。

現在例えば薄型テレビや携帯電話の表示画面の様に液晶を用いる装置の利用が様々な分野で進んでいる。現在普及している液晶装置では、ネマティック液晶を用いるものが主流となっているが、一方で強誘電性を示すスメクティック液晶を用いる液晶装置についてもこれまでに研究開発が行われてきた。ネマティック液晶の場合には一般的に液晶分子の持つ誘電率異方性の特性を利用して液晶分子の方向制御を行うのに対し、強誘電性液晶の場合には、液晶分子の持つ自発分極を利用して液晶分子の方向を変化させる。この様な利用する特性の違いにより、両者の間には様々な違いが存在する。中でも電界の極性への依存性は自発分極を有する強誘電性液晶の大きな特徴の１つである。液晶装置の駆動方法についてもその違いに合わせて両者では異なる駆動方法を用いる。

液晶装置に関してはこれまで様々な液晶駆動モードが開発されてきた。中でも表面安定化効果を利用した表面安定化強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ；ＳｕｒｆａｃｅＳｔａｂｉｌｉｚｅｄＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓ）駆動モードはこれまでに多くの研究がなされてきた強誘電性液晶を用いる駆動モードの一つである。ＳＳＦＬＣ駆動モードでは、電気光学応答特性の急峻性と明確な閾値、そして双安定性によるメモリー効果があるため、アクティブ素子を用いずに大規模パッシブマトリックス型パネルの時分割駆動を実現する可能性を有している。

強誘電性液晶装置の一般的な時分割駆動方法について図２と図１４とを参照しながら説明する。図２は、強誘電性液晶装置の配線と画素とを抽象化して描いた図である。図１４は、一般的な駆動方法により図２に示す選択画素、非選択画素の配列の駆動を行う際の、走査線と信号線とに出力する駆動波形の一部と、これらの波形が合成されて画素に対して加わる電圧の合成波形の一部とを描いた図である。

図２に示すとおり、複数の走査線Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５と信号線Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３とを設け、これらが交差する接点に各画素Ｐを設けている。図中、ハッチングされた画素は選択画素、ハッチングされていない画素は非選択画素を示す。画素１Ａは非選択画素の１つ、画素２Ｂは選択画素の１つである。図１４は、１本の走査線を走査する期間（１フレーム）について示され、信号線Y１の期間ｄ１の電圧波形と走査線Ｘ１の期間ｄ１の電圧波形との合成波形が、画素１Ａにおける期間ｄ１の電圧波形に相当する。また選択画素に印加するための信号線と走査線のそれぞれに印加される電圧波形は選択波形Ｓｅである。図示しないが、駆動の最初に、全画素の液晶の向きを揃えるためのリセットパルスを印加し、すべての画素を透過光量の高い状態、ここでは白表示としている。

図１４に示すとおり、信号線Ｙ１、Ｙ２には、選択時に前半の電圧が０で後半の電圧パルスがＶ３の選択波形（Ｓｅ）を、非選択時に前半の電圧がＶ２で後半の電圧がＶ１の非選択波形を出力し、走査線Ｘ１、Ｘ２には、選択時に前半の電圧パルスがＶ３で後半の電圧が０の選択波形（Ｓｅ）を、非選択時に前半の電圧がＶ１で後半の電圧がＶ２の非選択波形を出力する。この様に０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の計４つの電位を用いている。図１４に図示するように、信号線Ｙ２と走査線Ｘ２との出力波形が選択波形（Ｓｅ）同士の時に、前半の電圧パルスが−Ｖ３で後半の電圧パルスがＶ３の合成波形が選択合成波形（Ｓｅ）として画素２Ｂの液晶に対して加わり、画素２Ｂの透過光量が変化し、黒表示が行われる。
その他の電圧波形の組み合わせ時には、電圧の大きさがＶ１でその極性が前半と後半とで異なる合成波形が非選択合成波形として、それぞれの画素の液晶に対して加わる。合成波形については、前半と後半とで正負反対の極性の電圧が同じ時間加わり、液晶に対して加わる電圧に極性の偏りが無い様にしている。

一般的な時分割駆動方法では、走査線と信号線とに出力する選択波形と非選択波形との電圧の大きさを変えることによって、画素の透過光量が変わる選択画素にするか、画素の透過光量の変わらない、つまりリセットパルスが印加されたときと同じ透過光量を維持する非選択画素にするかを決定する。選択画素に対して加える電圧の大きさを非選択時よりも大きくし、選択時には液晶のスイッチングに十分な電圧を加え、非選択時には液晶のスイッチングには不十分な電圧を加える様にする。図示しないが、選択波形に０とＶ２の電圧を用い、非選択波形にその間の大きさのＶ１の電圧を用いることにより、３つの電位を用いてこの様な合成波形を加える構成にすることも出来る。一般的な時分割駆動方法では、選択波形と非選択波形とで異なる大きさの電圧が必要なため、３つ以上の電位が出力可能な駆動回路が必要とされる。

実際の液晶パネルでは、液晶のスイッチングが生じる電圧の閾値のパネル内のばらつきが問題となる。強誘電性液晶を用いる液晶パネルの場合には、一般的にネマティック液晶を用いる液晶パネルと比較してパネル内の閾値電圧のばらつきが大きい。その理由については、自発分極を有するためパネル内の不純物イオンやそれによって生じるイオン電界の影響を受け易いと考えられることが挙げられる。時分割駆動を行うためには、選択画素に液晶のスイッチングに必要な閾値電圧以上の電圧を加え、その他の非選択画素には液晶のスイッチングには不十分な閾値電圧以下の電圧を加える。閾値電圧のパネル内のばらつきが大きくなると、画素間の閾値電圧の差に対応するために、選択画素に加える電圧と非選択画素に加える電圧との間により大きな差を設けることが必要となる。このため、駆動方法に関しては、選択画素と非選択画素とに加える電圧の間に大きな差を設けることが可能であることが望まれる。

選択パルスと非選択パルスとの電圧の大きさを変えるかわりに、選択パルスと非選択パルスとの時間幅を変える時分割駆動方法もこれまでに提案されている。この様な駆動方法について図２と図１５とを参照しながら説明する。図２は、強誘電性液晶装置の配線と画素とを抽象化して描いた図である。図１５は、選択パルスと非選択パルスの時間幅を変える駆動方法により図２に示す選択画素、非選択画素の配列の駆動を行う際の、走査線と信号線とに出力する駆動波形の一部と、これらの波形が合成されて画素に対して加わる電圧の合成波形の一部とを描いた図である。

図１５では、選択電圧波形の電圧パルスの時間幅について、１本の走査線を走査する期間の半分の時間と同じである場合を１として説明する。図１５に示すとおり、信号線Ｙ１、Ｙ２には、選択時に前半のパルスの幅が０で後半のパルスの幅が１の選択波形（Ｓｅ）を、非選択時に前半のパルスの幅が２／３で後半のパルスの幅が１／３の非選択波形を出力し、走査線Ｘ１、Ｘ２には、選択時に前半のパルスの幅が１で後半のパルスの幅が０の選択波形（Ｓｅ）を、非選択時に前半のパルスの幅が１／３で後半のパルスの幅が２／３の非選択波形を出力する。この様に、０、１／３、２／３、１の４種類の時間幅のパルス幅を用いて電圧波形を作成している。電圧の大きさについては全ての波形で０とＶの２つの電位だけを用いている。図１５に示すように、信号線Ｙ２と走査線Ｘ２との電圧波形が、選択波形同士の時に、電圧の大きさがＶでパルスの幅が１の合成波形が選択合成波形（Ｓｅ）として画素２Ｂの液晶に対して加わる。その他の波形の組み合わせの時には、電圧の大きさがＶでパルスの幅が１／３の合成波形が非選択パルスとして画素の液晶に対して加わる。合成波形については、前半と後半とで正負反対の極性の電圧が同じ時間加わり、液晶に対して加わる電圧に極性の偏りが無い様にしている。

このような駆動方法では、走査線と信号線とに出力する選択波形と非選択波形との時間幅を変え、透過光量が変わる選択画素にするか、画素の透過光量の変わらない、つまりリセットパルスが印加されたときと同じ透過光量を維持する非選択画素にするかを決定する。選択画素に対して電圧を加える時間の幅を非選択時よりも大きくし、選択画素には液晶のスイッチングに十分な時間幅の電気パルスを加え、非選択画素には液晶のスイッチングには不十分な時間幅の電気パルスを加える様にする。

選択波形と非選択波形との時間幅を変えると共に、走査線に加える非選択波形を高周波数の波形とする駆動方法が既に開示されている。この駆動方法では、画素に対して高周波数の両極性をもつ合成波形を加えることにより液晶分子の向きを安定化する、ＡＣスタビライズ法の効果を得ようとしていると考えられる（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１−１５４１２８号公報（第４頁、図５）

従来の一般的な強誘電性液晶装置の駆動方法では、時分割駆動を行うために３つ以上の電位を用いることが必要とされる。このため、駆動回路が複雑化し高価になると言う問題があった。特に強誘電性液晶装置の場合には駆動波形について電圧の正負の極性への依存性があり、現在普及しているネマティック液晶を用いる液晶装置とは駆動波形が異なるため、市場に流通しているドライバＩＣを同様に利用することが難しい。このため、専用ドライバＩＣの製作が必要となり特に高価になると言う問題があった。また、３つ以上の電位を扱うことが出来る液晶装置の駆動に対応したマイクロコントローラ等の場合には、走査線に用いるコモン電極用の出力ピンの数に例えば３本や４本の様に制限があり、様々な走査線と信号線との構成の液晶パネルに柔軟に対応することが難しいと言う問題があった。

選択画素と非選択画素とに異なるパルス幅の波形を用いる駆動方法の場合には、パルス幅を短くすることによる液晶のスイッチングの抑制効果が電圧を低くすることによる効果に比べて小さいため、時分割駆動を行うことが困難であると言う問題があった。また、非選択走査線に高周波数の波形を加える駆動方法の場合には、時分割駆動を行うのに有効な効果を最大限引き出すことが出来ないと言う問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、上記問題を解決し、２つだけの電位を用いて従来の技術と比較してより確実に時分割駆動が可能な駆動方法を実現し、安価で柔軟性に富む強誘電性液晶装置を提供することである。

本発明は、一対の基板間に強誘電性液晶を挟持した強誘電性液晶パネルを備え、前記一対の基板は、複数の走査線と信号線とを備え、前記走査線と前記信号線とにより画素が形成され、前記走査線と前記信号線とのそれぞれに印加した電圧波形を合成した合成波形によって、前記画素の透過光量が変化する強誘電性液晶装置であって、前記画素のうち、透過光量を変化させる前記画素を選択画素、透過光量を変化させない画素を非選択画素とし、前記選択画素における前記走査線に印加する前記電圧波形を第１の選択波形、前記選択画素における前記信号線に印加する前記電圧波形を第２の選択波形、前記非選択画素における前記走査線又は前記信号線に印加する前記電圧波形を第１の非選択波形又は第２の非選択波形とし、前記選択画素に印加される前記合成波形を選択合成波形、前記非選択画素に印加される前記合成波形を非選択合成波形とし、前記走査線と前記信号線とのそれぞれに印加される前記電圧波形は、第１の電圧と第２の電圧との２つの電位で構成され、前記第１の電圧の時間幅と前記第２の電圧の時間幅とを足し合わせた合計の時間に対する前記第２の電圧の時間幅の割合をデューティー比とすると、前記走査線と前記信号線に印加される前記第１の選択波形及び前記第２の選択波形には時間幅の長いデューティー比１／２の電圧パルスからなる電圧波形を用い、前記第１の非選択波形及び前記第２の非選択波形は前半と後半とでデューティー比が異なる同極性のパルス分割波形を用い、前記選択合成波形は双極性の電圧パルスで構成され、前記非選択合成波形は、前記選択合成波形における電圧パルスを複数のパルスに分割した分割パルスであり、該分割パルスはデューティー比１／ｎ（ｎ＞１）とし、かつ期間前半と期間後半とで正負反対の極性の電圧パルスを備えていることを特徴とする。

また、第１の電圧は０Ｖであることを特徴とする。また、選択合成波形の電圧値を変化させて、透過率が高い値、または低い値でほぼ飽和する電圧値を飽和電圧値とし、非選択合成波形の電圧値を変化させて、透過率が変化し始める電圧値を閾値電圧とし、第２の電圧は、この飽和電圧以上、値閾電圧以下に設定することを特徴とする。また、非選択合成波形を構成する走査線に印加される電圧波形または信号線に印加される電圧波形は、前半と後半とでデューティー比が異なることを特徴とする。また、非選択合成波形のデューティー比は１／３であることを特徴とする。

本発明を実施することにより、２つだけの電位を用いて強誘電性液晶装置の時分割駆動を行うことが可能となる。３つ以上の電位を扱うことが可能な駆動回路が不要となり、簡素で安価な駆動回路を用いて液晶装置を駆動することが出来る。専用のドライバＩＣを用いずに一般的な汎用のロジックＩＣだけを用いて、走査線の本数の多いマトリックス型液晶パネルやセグメント型液晶パネルについても駆動を行うことが可能となる。また、特にセグメント型液晶パネルを用いる場合には、スタティック駆動の場合に比べて少ない出力ピン数の駆動回路で駆動を行うことが出来る。本発明の液晶装置を用いることにより、様々な走査線と信号線との構成の液晶パネルや様々な構成の駆動回路に対して柔軟に対応することが可能となる。

この様に、本発明を実施することにより、２つだけの電位を用いて時分割駆動が可能な駆動方法を実現し、安価で様々な構成の駆動回路に柔軟に対応可能な強誘電性液晶装置を提供することが出来る。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図２〜図１３を参照しながら説明する。最初に選択合成波形と非選択合成波形について図２から図４を用いて、詳細に説明する。配線と画素については、先に説明した図２の構成を同様に採用することができる。また、図３は本実施の形態の信号線と走査線に印加される電圧波形を図示している。図４は図３の一部を拡大した図である。

図３は、走査線に印加される電圧波形と信号線に印加される電圧波形を示しており、選択画素に印加される走査線の選択波形を第１の選択波形、非選択画素に印加される非選択波形を第１の非選択波形とし、選択画素に印加される信号線の選択波形を第２の選択波形、非選択画素に印加される非選択波形を第２の非選択波形としており、それぞれの合成波形を表にして示している。図３に示すとおり、走査線に第１の選択波形を出力し、信号線に第２の選択波形を出力することにより、選択画素に選択合成波形が加わる。走査線に第１の選択波形を出力し、信号線に第２の非選択波形を出力することにより、走査線上の非選択画素には第１の非選択合成波形が加わる。走査線に第１の非選択波形を出力し、信号線に第２の選択波形を出力することにより、非選択画素に第２の非選択合成波形が加わる。走査線に第１の非選択波形を出力し、信号線に第２の非選択波形を出力することにより、非選択画素に第３の非選択合成波形が加わる。つまり、選択画素には選択合成波形が印加され、非選択画素には第１から第３の何れかの非選択合成波形が印加される。

図４は図３の第２の非選択波形を拡大して示した図である。１本の走査線を走査する１期間に注目して、１期間の始まりと終わりとを左右の長い破線で示し、ちょうど１期間の中間を短い破線で示している。短い破線より前を期間前半、後を期間後半と以降称する。第２の非選択波形は、基準電圧である第１の電圧１とある大きさの第２の電圧２とで構成し、第２の電圧２が断続的に印加される状態を繰り返す波形になっている。ここでは、図
を簡略して４回の電圧パルスのみを図示している。基準電圧の第１の電圧１には例えば０Ｖ（ＧＮＤ）を用いる。

期間前半では、第２の電圧２が時間幅１２の間続いた後、第１の電圧１が時間幅１１の間続く波形を、期間前半の間に複数回繰り返している。また、期間後半では、第１の電圧の時間幅１１と第２の電圧の時間幅１２との大きさが期間前半と異なり、第２の電圧２が時間幅１１の間続いた後、第１の電圧１が時間幅１２の間続く波形を繰り返している。

図４の期間前半において、第２の電圧２における時間幅１２を分割パルス幅、パルスの繰り返し回数を分割パルス数と呼び（図４では、分割パルス数は、期間前半、期間後半共に４である。）、これらの電圧パルスの分割パルス幅を足し合わせた積算時間を総パルス幅と呼ぶこととする。即ち、分割パルス幅×分割パルス数＝総パルス幅である。また、第１の電圧の時間幅１１と第２の電圧の時間幅１２とを足し合わせた合計の時間に対する第２の電圧の時間幅１２の割合をデューティー比と呼ぶこととする。図４の波形では、期間前半はデューティー比が２／３、期間後半は１／３である。つまり１期間の半分の時間は、総パルス幅÷デューティー比で計算される。

図３に示すとおり、選択合成波形を構成する走査線の第１の選択波形と信号線の第２の選択波形には、時間幅の長いデューティー比１／２の電圧パルスからなる波形を用いている。これにより、選択画素に印加する選択合成波形にも、デューティー比１の双極性の電圧パルスが印加される。そして、走査線の第１の非選択波形と信号線の第２の非選択波形には、選択合成波形と同じ電圧値を持ち、デューティー比が１／ｎ（ｎ＞１）の細かなパルスである分割パルスを繰り返すパルス分割波形を用いている。第１の非選択波形の期間前半はデューティー比１／３であり、期間後半はデューティー比２／３となっている。また、第２の非選択波形では、期間前半はデューティー比２／３であり、期間後半はデューティー比１／３となっている。これにより、非選択画素の液晶に対して走査線の波形と信号線の波形とが合成されて加わる非選択合成波形についても、やはり多数の分割パルスからなるパルス分割波形が非選択時に加わる様にしており、さらに、期間前半と期間後半とで、正負反対の極性の電圧が同じ時間加わり正負の極性の偏りが無い様にしている。

また、本実施の形態では、非選択時に液晶に対して加わる非選択合成波形が、期間前半に正負一方の極性、つまり同極性の分割パルスが繰り返し加わった後、期間後半に他方の極性の分割パルスが繰り返し加わる波形になっている。このため、正負の極性の電圧が交互に繰り返す一般的な高周波交流波形とは異なる。

選択合成波形についても、期間前半と期間後半とで正負反対の極性の電圧が同じ時間加わり、極性の偏りが無い様にしている。期間前半の電圧は極性の偏りを無くすことを目的としたものであり、選択パルスを加えた後の液晶の向きは期間後半の電圧の極性により決まるため、選択合成波形では特に期間後半の電圧パルスの極性が大事である。これに合わせて、非選択合成波形のデューティー比についても期間後半を基準に考えると良い。以降、非選択合成波形のデューティー比として記載する際には、期間後半のデューティー比を指すこととする。

非選択合成波形のデューティー比については、適宜調整することが出来る。しかしながら、走査線の第１の非選択波形のデューティー比を２／３、信号線の第２の非選択波形のデューティー比を１／３にすることにより、非選択合成波形のデューティー比は１／３となり、非選択走査線上の非選択画素と選択走査線上の非選択画素とに加わる合成波形の総パルス幅を最も小さくすることが出来る。

図３と図４とでは、期間前半と期間後半と共に４つの細かな分割パルスを図示したが、
パルスの分割数については適宜選択することが出来る。後述するように、大きな液晶のスイッチングを抑える効果を得るためには、分割数を多くして分割パルスの時間幅を短くすることが望ましいため、実際には例えば５０や１００等の多くの分割パルスを用いると良い。

また、図３と図４とでは、液晶に対して正負反対の極性の電圧が同じ時間加わる様にするため、期間前半と期間後半とで、異なるデューティー比の非選択波形を走査線と信号線にそれぞれ加えている。

次に本実施の形態における電圧値の決定方法について説明する。図５は本実施の形態の波形を用いて強誘電性液晶パネルの電気光学応答特性を測定した結果をプロットしたグラフである。横軸を印加電圧（V）の大きさにし、縦軸を０から１００の間で正規化した透過率（％）を示している。測定には、図３に示した選択合成波形と、第１の非選択合成波形の波形を用いた。選択合成波形は一般的なデューティー比が１の波形、第１の非選択合成波形は、分割パルスのデューティー比が１／３で分割パルス数が１００のパルス分割波形を用いた。選択合成波形についてはパルス幅を３ｍｓにし、パルス分割波形については総パルス幅を１ｍｓにした。この様に、デューティー比が１／３のパルス分割波形の総パルス幅を選択波形の１／３にして、波形の開始から終了までの時間を等しくしている。閾値以上の電圧で液晶パネルの透過率が高くなる場合と透過率が低くなる場合との両方について測定を行った。グラフ中のマーカーと測定に用いた波形とは以下のとおりに対応している。

○：選択合成波形（閾値以上の電圧で透過率が高くなる場合）。パルス幅３ｍｓ。
□：非選択合成波形（閾値以上の電圧で透過率が高くなる場合）。総パルス幅１ｍｓ。
●：選択合成波形（閾値以上の電圧で透過率が低くなる場合）。パルス幅３ｍｓ。
■：非選択合成波形（閾値以上の電圧で透過率が低くなる場合）。総パルス幅１ｍｓ。

測定対象には強誘電性液晶材料として、ＡＺＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ社のＦＥＬＩＸ−Ｒ０１４９（ＦＥＬＩＸは登録商標）を使用したセルギャップ１．７ｕｍ程度の強誘電性液晶パネルを用いた。測定波形については、全て正負の２つの極性について同じ大きさの電圧を同じ時間出力する様にし、液晶に対して加わる電圧に極性の偏りが無い様にしている。

時分割駆動を行うためには、選択合成波形の場合の飽和電圧よりも非選択合成波形の場合の閾値電圧が大きいことが必要とされる。図５に示すとおり、●で示す選択合成波形の場合については４．５Ｖ以上で透過率が０に飽和している。よって、飽和電圧値は４．５Ｖである。また、■で示す非選択合成波形の場合については、６Ｖ以下で透過率がほぼ１００の一定になっている。つまり閾値は６Ｖである。このため、電圧パルスの電圧値を４．５Ｖ以上、６Ｖ以下にすれば、強誘電性液晶パネルを時分割駆動することが可能である。

次に本発明の非選択合成波形に用いているパルス分割波形の効果について図６〜図１３を参照しながら説明する。測定対象は図５で説明したものと同じ強誘電性液晶パネルを用いた。図６〜図１１は各種条件について強誘電性液晶パネルの電気光学応答特性を測定した結果をプロットしたグラフである。横軸を印加電圧（V）の大きさにし、縦軸を０から１００の間で正規化した透過率（％）にしている。

図１２と図１３とは、測定に用いた波形を描いた図である。図１２には、デューティー比が１の図３で図示した選択合成波形と同様の第１の測定波形３１、デューティー比が０．５でパルス分割をしていない第２の測定波形３２、デューティー比が０．５で分割パル
ス数が多数の第３の測定波形３３を示している。図１３には、デューティー比が１の通常の波形と同様の第１の測定波形３１、デューティー比が０．２５でパルス分割をしていない第４の測定波形３４、デューティー比が０．２５で分割パルス数が多数の第５の測定波形３５を示している。第３の測定波形３３と第５の測定波形３５とは、図では波形の途中を破線で省略して示しているが、測定電圧Ｖまたは−Ｖと０Ｖとで構成される細かな分割パルスで構成されている。測定波形については、全て正負の２つの極性について同じ大きさの電圧を同じ時間出力する様にし、液晶に対して加わる電圧に極性の偏りが無い様にしている。

図６は、第１の測定波形３１、第２の測定波形３２、第３の測定波形３３で駆動したときの電気光学応答特性の測定結果を重ねたグラフである。グラフ中のマーカーと測定に用いた波形とは以下のとおりに対応している。

○：第１の測定波形３１
□：第２の測定波形３２
△：第３の測定波形３３

図７は、第１の測定波形３１、第４の測定波形３４、第５の測定波形３５で駆動したときの電気光学応答特性の測定結果を重ねたグラフである。グラフ中のマーカーと測定に用いた波形とは以下のとおりに対応している。
○：第１の測定波形３１
□：第４の測定波形３４
△：第５の測定波形３５

図６では、第１の測定波形３１の場合はパルス幅として４ｍｓの場合の測定結果を、第２の測定波形３２（□）と第３の測定波形３３（△）とは、総パルス幅が２ｍｓの場合の測定結果を示している。図７では、第１の測定波形３１（○）はパルス幅が１６ｍｓの場合の測定結果を、第４の測定波形３４（□）と第５の測定波形３５（△）とは、は総パルス幅が４ｍｓの場合の測定結果を用いている。この様に、デューティー比が０．５の場合または０．２５の場合には、パルス幅ないし総パルス幅を通常の波形の場合の１／２または１／４にして、波形の開始から終了までの時間を等しくしている。

図６より、第３の測定波形３３（△）の場合には、第１の測定波形３１（○）の場合と比べて電気光学応答特性が大幅に変化していることが分かる。一方、単純にデューティー比を０．５にしてパルス分割をしていない第２の測定波形３２（□）の場合には、より小さな変化に留まっている。図７においても、同様の結果となっている。また、図示しないが、他のデューティー比の組み合わせで行った測定でも同様の結果が得られた。

一般に時分割駆動を行うためには、選択合成波形の飽和電圧よりも、非選択合成波形の閾値電圧が大きいことが必要とされる。図６と図７とでは、透過率が１００よりも少し低い地点の電圧が閾値電圧、透過率が０よりも少し高い地点の電圧が飽和電圧に相当する。図６と図７に図示したように、選択合成波形に第１の測定波形のようなパルス分割をしない波形を採用し、非選択合成波形にパルス分割をした第３の測定波形３３（△）や第５の測定波形３５（△）を採用すれば、その場合の飽和電圧と閾値電圧との間に大きな差を確保することが可能となり、時分割駆動を実現することが出来る。一方、単純にデューティー比を変えてパルス分割を行わない第２の測定波形３２（□）や第４の測定波形３４（□）の場合には、今回の測定結果が示す通り、十分な差を得ることが困難である。

次に分割パルス数について、詳細に説明する。図８は、総パルス幅が０．５ｍｓで、デューティー比が０．５、分割パルス数が１〜１００の間で異なる波形の場合の測定結果を
示したグラフ、図９は、総パルス幅が１０ｍｓで、デューティー比が０．５、分割パルス数が１〜１０００の間で異なる波形の場合の測定結果を重ねたグラフである。図８および図９において、総パルス幅が０．５ｍｓで、デューティー比が０．５、分割パルス数が１の波形は図１２における第２の測定波形３２に相当し、分割パルス数が多数のものが、第３の測定波形３３に相当する。グラフ中のマーカーと測定に用いた波形とは以下のとおりに対応している。

●：デューティー比が０．５でパルス分割をしていない場合（第２の測定波形３２）
■：デューティー比が０．５で分割パルス数が２の場合
▲：デューティー比が０．５で分割パルス数が５の場合
◆：デューティー比が０．５で分割パルス数が１０の場合
▼：デューティー比が０．５で分割パルス数が２０の場合
○：デューティー比が０．５で分割パルス数が５０の場合
□：デューティー比が０．５で分割パルス数が１００の場合
△：デューティー比が０．５で分割パルス数が２００の場合
◇：デューティー比が０．５で分割パルス数が５００の場合
▽：デューティー比が０．５で分割パルス数が１０００の場合

図８および図９により、分割数が増えるに従って、電気光学応答特性がより電圧の高い方に変化していることが分かる。そして、分割数がある程度よりも大きくなると、電気光学応答特性がそれ以上余り変化しない飽和領域に達することが分かる。その飽和領域に達する分割パルス数は総パルス幅によって大きく異なる。図８に示すように、総パルス幅が０．５ｍｓの場合には２０分割以上、図９に示すように、総パルス幅が１０ｍｓの場合には１００分割から２００分割以上で飽和領域に達していることが分かる。また、図示しないが、総パルス幅２ｍｓの場合には５０分割以上で飽和領域に達した。これらの結果を分割パルス幅に換算すると、総パルス幅が０．５ｍｓでは分割パルス幅が２５ｕｓ以下、２ｍｓでは４０ｕｓ以下、１０ｍｓでは１００から５０ｕｓ以下である。

図８および図９に図示するように、分割パルス数を増やすことにより、より大きな液晶のスイッチングを抑制する効果を得る。このため、本実施の形態の非選択波形の分割パルス数を多くすることによって、より確実に時分割駆動を行うことが可能となる。また、非選択波形の分割パルス数を、飽和領域に達するのに必要な分割数より多くすることにより、確実に飽和領域の範囲で駆動することが可能となり、より確実に時分割駆動を行うことが可能となる。

図１０は、通常のパルス分割していない波形（例えば、図１２の第１の測定波形３１）とデューティー比が０．５で分割パルス数が１００の波形（例えば、図１２の第３の測定波形３３）の総パルス幅を変えて測定した結果を示すグラフである。グラフ中のマーカーと測定に用いた波形並びにそのパルス幅或いは総パルス幅とは以下のとおりに対応している。

●：通常のパルス分割していない波形の場合。パルス幅８ｍｓ。
■：通常のパルス分割していない波形の場合。パルス幅４ｍｓ。
▲：通常のパルス分割していない波形の場合。パルス幅２ｍｓ。
◆：通常のパルス分割していない波形の場合。パルス幅１ｍｓ。
○：デューティー比が０．５で分割パルス数が１００の場合。総パルス幅４ｍｓ。
□：デューティー比が０．５で分割パルス数が１００の場合。総パルス幅２ｍｓ。
△：デューティー比が０．５で分割パルス数が１００の場合。総パルス幅１ｍｓ。
◇：デューティー比が０．５で分割パルス数が１００の場合。総パルス幅０．５ｍｓ。

通常のパルス分割していない波形（●、■、▲、◆）の測定結果についてはグラフの上側の横軸を採用し、デューティー比が０．５で分割パルス数が１００の波形（○、□、△、◇）の測定結果についてはグラフの下側の横軸を採用している。

図１１は、通常のパルス分割していない波形（例えば、図１３の第１の測定波形３１）とデューティー比が０．２５で分割パルス数が１００の波形（例えば、図１３の第５の測定波形３５）の総パルス幅を変えて測定した結果を示すグラフである。グラフ中のマーカーと測定に用いた波形並びにそのパルス幅或いは総パルス幅とは以下のとおりに対応している。

●：通常のパルス分割していない波形の場合。パルス幅１６ｍｓ。
■：通常のパルス分割していない波形の場合。パルス幅８ｍｓ。
○：デューティー比が０．２５で分割パルス数が１００の場合。総パルス幅４ｍｓ。
□：デューティー比が０．２５で分割パルス数が１００の場合。総パルス幅２ｍｓ。

通常のパルス分割していない波形（●、■）の測定結果についてはグラフの上側の横軸を採用し、デューティー比が０．２５で分割パルス数が１００の波形の場合（○、□）の測定結果についてはグラフの下側の横軸を採用している。

図１０および図１１で採用した波形は、デューティー比が０．５の場合（図１０の○、□、△、◇）または０．２５の場合（図１１の○、□）には、パルス幅ないし総パルス幅を通常のパルス分割していない波形の場合（図１０の●、■、▲、◆及び図１１の●、■）の１／２または１／４にして、波形の開始から終了までの時間を等しくしている。また、図１０では、通常のパルス分割していない波形の場合の横軸の範囲をデューティー比が０．５の場合の半分にし、図１１では通常のパルス分割していない波形の横軸の範囲をデューティー比が０．２５の場合の１／４にしている。

それぞれの図において、横軸の尺度を変えた場合に通常のパルス分割していない波形の場合（図１０の●、■、▲、◆及び図１１の●、■）とデューティー比を変えている場合（図１０の○、□、△、◇及び図１１の○、□）との測定結果がほぼ重なっていることが分かる。このことは、デューティー比が０．５で総パルス幅が半分の場合には、通常のパルス分割していない波形の場合と同等の電気光学応答特性を得るために２倍の電圧が必要で、デューティー比が０．２５で総パルス幅が１／４の場合には、通常のパルス分割していない波形の場合と同等の電気光学応答特性を得るために４倍の電圧が必要なことを意味する。即ち、総パルス幅と電圧とが単純な反比例の関係にあり、液晶のスイッチングに対する影響力に関して、電圧×総パルス幅＝一定の関係式が成立している。このことは、十分にパルス分割をしたパルス分割波形を用いてデューティー比を変えることにより、閾値電圧と飽和電圧とを自在に変更できる可能性を示唆している。なお、先述したとおり、パルス分割をせず単純にデューティー比を変えてパルス幅を変化させた場合には、電気光学応答特性の変化はより小さいことから、この関係式は成立していない。

以上に説明したように、充分にパルス分割をした波形の場合には、デューティー比を下げることによって液晶のスイッチングを大幅に抑制する効果を得ることが出来る。この効果については、単純にデューティー比を下げてパルス幅を短くした場合の効果とは異なり、細かなパルスに分割した波形とすることが重要である。本実施の形態では、選択時には時間幅の長いパルスを加えることにより液晶がスイッチングし、非選択時にはデューティー比を下げたパルス分割波形を加えることにより液晶がスイッチングしない様にしている。

本実施例について図面を用いて以下説明する。本実施例では、マイクロコントローラ１個とＣＰＬＤ２個とを用いて駆動回路を作製し、走査線の本数が４０本で信号線の本数が６０本の強誘電性液晶パネルの時分割駆動を行った。信号線と走査線の構成は、前述した図２の構成を採用することができる。マイクロコントローラにはＭｉｃｒｏｃｈｉｐＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製のＰＩＣ１６Ｆ６２８を、出力ピン数調整のためのＣＰＬＤにはＸｉｌｉｎｘ社製のＸＣ９５７２を用いた。強誘電性液晶パネルには、実施の形態の測定対象と同じものを用いた。

図１は、本実施例の駆動波形を示した図である。図１に示すとおり、画素１Ａには、走査線Ｘ１と信号線Ｙ１との駆動波形が合成された合成波形が印加され、画素２Ｂには、走査線Ｘ２と信号線Ｙ２との駆動波形が合成された合成波形が印加される。図中、１本の走査線を走査する期間（１フレーム）について示され、信号線Y１の期間ｄ１の電圧波形と走査線Ｘ１の期間ｄ１の電圧波形との合成波形が、画素１Ａにおける期間ｄ１の電圧波形に相当する。また選択画素に印加するための信号線と走査線のそれぞれに印加される電圧波形は選択波形Ｓｅである。図示しないが、駆動の最初に、全画素の液晶の向きを揃えるためのリセットパルスを加える。本実施例では、全ての画素を透過率の高い状態、すなわち白表示にリセットしている。

走査線と信号線には、図３の電圧波形を用い、信号線の第２の非選択波形における期間後半のデューティー比を１／３、走査線の第１の非選択波形における期間後半のデューティー比を２／３にし、分割パルス幅はそれぞれ５０ｕｓ程度と１００ｕｓ程度にした。このように設定すると、非選択時に液晶に対して加わる非選択合成波形（図３の第１から第３の非選択合成波形）における分割パルス幅が５０ｕｓ程度となる。選択合成波形の電圧パルスのパルス幅については３ｍｓ程度に調整をした。このため、分割パルス数は２０とした。無論、全ての液晶に対して加わる合成波形について期間前半と期間後半とで電圧の極性が平均化され、正負一方の極性に偏ることが無いように駆動した。また、第１の電圧を０Ｖ、第２の電圧は、前述した図５での結果より５Ｖに設定した。

図１に図示するように、期間ｄ２において、走査線Ｘ２には、第１の選択波形が印加され、信号線Ｙ２には、第２の選択波形を印加すると、画素２Ｂには、選択合成波形が印加され、画素２Ｂの透過率が変化して、黒表示が行われた。この様に本発明の駆動方法を用いることにより、０Ｖと５Ｖの２つの電位を用いて、パッシブマトリックス型強誘電性液晶パネルの時分割駆動を行うことが出来た。

次に、実施例１で使用したマイクロコントローラ１個だけを用いて駆動回路を作製し、５桁の７セグメント画素を形成した強誘電性液晶パネルの時分割駆動を行った。強誘電性液晶パネルは実施例１と同じ構成のものを採用した。５桁の７セグメント画素を採用したので、強誘電性液晶パネルの透明電極のパターンについては、１桁分の７つのセグメント画素が、図２における信号線に対応し、５つのコモン電極が走査線に対応するので、信号線が７本、走査線が５本の時分割駆動を行ったことになる。

図１に図示するように、期間ｄ２において、走査線Ｘ２には、第１の選択波形が印加され、信号線Ｙ２には、第２の選択波形を印加すると、画素２Ｂには、選択合成波形が印加され、画素２Ｂの透過率が変化して、黒表示が行われた。よって、０Ｖと５Ｖの２つだけの電位を用いてセグメント型強誘電性液晶パネルの時分割駆動を実現した。３５個のセグメント画素があるため、スタティック駆動の場合にはマイクロコントローラの出力ピン数が足りないが、時分割駆動を行うことにより、１８ピンのマイクロコントローラ１個で駆動を行うことが出来た。

本発明の実施の形態を示す駆動波形図である。走査線と信号線を示す図である。本発明の実施の形態を示す駆動波形図である。本発明の実施の形態を示す駆動波形図である。本発明に関する印加電圧と透過光量を示すグラフである。本発明に関する印加電圧と透過光量を示すグラフである。本発明に関する印加電圧と透過光量を示すグラフである。本発明に関する印加電圧と透過光量を示すグラフである。本発明に関する印加電圧と透過光量を示すグラフである。本発明に関する印加電圧と透過光量を示すグラフである。本発明に関する印加電圧と透過光量を示すグラフである。本発明に関する電圧波形を示す図である。本発明に関する電圧波形を示す図である。従来の駆動波形図である。従来の駆動波形図である。

符号の説明

１第１の電圧
２第２の電圧
１１時間幅
１２時間幅
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５走査線
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３信号線
Ｐ画素
１Ａ非選択画素
２Ｂ選択画素

Claims

一対の基板間に強誘電性液晶を挟持した強誘電性液晶パネルを備え、前記一対の基板は、複数の走査線と信号線とを備え、前記走査線と前記信号線とにより画素が形成され、前記走査線と前記信号線とのそれぞれに印加した電圧波形を合成した合成波形によって、前記画素の透過光量が変化する強誘電性液晶装置であって、
前記画素のうち、透過光量を変化させる前記画素を選択画素、透過光量を変化させない画素を非選択画素とし
前記選択画素における前記走査線に印加する前記電圧波形を第１の選択波形、
前記選択画素における前記信号線に印加する前記電圧波形を第２の選択波形、
前記非選択画素における前記走査線又は前記信号線に印加する前記電圧波形を第１の非選択波形又は第２の非選択波形とし、
前記選択画素に印加される前記合成波形を選択合成波形、前記非選択画素に印加される前記合成波形を非選択合成波形とし、
前記走査線と前記信号線とのそれぞれに印加される前記電圧波形は、第１の電圧と第２の電圧との２つの電位で構成され、
前記第１の電圧の時間幅と前記第２の電圧の時間幅とを足し合わせた合計の時間に対する前記第２の電圧の時間幅の割合をデューティー比とすると、
前記走査線と前記信号線に印加される前記第１の選択波形及び前記第２の選択波形には時間幅の長いデューティー比１／２の電圧パルスからなる電圧波形を用い、前記第１の非選択波形及び前記第２の非選択波形は前半と後半とでデューティー比が異なる同極性のパルス分割波形を用い、
前記選択合成波形は双極性の電圧パルスで構成され、
前記非選択合成波形は、前記選択合成波形における電圧パルスを複数のパルスに分割した分割パルスであり、該分割パルスはデューティー比１／ｎ（ｎ＞１）とし、かつ期間前半と期間後半とで正負反対の極性の電圧パルスを備えていることを特徴とする強誘電性液晶装置。
前記走査線と前記信号線に印加される前記非選択波形は前半と後半とでデューティー比１／３と２／３の前記パルス分割波形を用いていることを特徴とする請求項１に記載の強誘電性液晶装置。
前記選択合成波形の電圧値を変化させて、前記強誘電性液晶パネルの透過率が高い値または低い値でほぼ飽和する電圧値を飽和電圧値とし、前記非選択合成波形の電圧値を変化させて、前記透過率が変化し始める電圧値を閾値電圧とし、前記第１の電圧は０Ｖ、前記第
２の電圧は、前記飽和電圧以上、前記閾値電圧以下に設定することを特徴とする請求項１または２に記載の強誘電性液晶装置。
前記分割パルスの分割数は、前記分割パルスの分割数を多くしていった際に閾値電圧が変化しなくなる飽和領域に達するのに必要な分割数より多くしたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の強誘電性液晶装置。