JPH05134633A - 強誘電液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強誘電液晶表示装置において、４パルス法に
よる表示スピードを向上させる。 【構成】走査電極群と信号電極群をマトリクス状に配置
し、この両電極群間に電界方向に対して双安定性を有す
る強誘電性液晶を充填した表示部を備え、画像或いは情
報の表示を行なう強誘電液晶表示装置において、選択さ
れた走査電極上の全画素を、完全に１の安定状態にリセ
ットするパルスと、それに続く交互に逆極性の複数のパ
ルスであって、後のパルスのパルス幅が先のパルスのパ
ルス幅以下である複数のパルスとによって１つの画素に
対する書込み内容を決定すべく構成された駆動信号を、
各電極群を介して強誘電性液晶に印加する手段を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は強誘電性液晶を用い、階
調表示を行なう液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、強誘電性液晶（ＦＬＣ）を用いた表
示素子に関しては、特開昭６１−９４０２３号公報など
に示されている様に、１〜３μｍ位のセルギャップを保
って対向して配置された２枚のガラス基板を有し、その
対向面に透明電極が形成され配向処理が施された液晶セ
ルに、強誘電液晶を注入したものが知られている。

【０００３】強誘電液晶を用いた上記表示素子の特徴
は、強誘電液晶が自発分極を持つことにより、外部電界
と自発分極の結合力をスイッチングに使えることと、強
誘電液晶分子の長軸方向が自発分極の分極方向と１対１
に対応しているため外部電界の極性によってスイッチン
グできることである。

【０００４】強誘電液晶としては、一般に、カイラル・
スメクチック液晶（ＳｍＣ＊、ＳｍＨ＊）が用いられ、
この液晶は、バルク状態では液晶分子長軸がねじれた配
向を示すが、この液晶を上述の１〜３μｍ位のセルギャ
ップのセルにいれることによって、その液晶分子長軸の
ねじれを解消することができる（P213-P234 N. A. CLAR
K et al, MCLC, 1983, Vol 94.) 。

【０００５】強誘電性液晶は、その２つの安定状態を光
透過および遮断状態にすることにより、主として２値
（白・黒）の表示素子に利用されているが、多値すなわ
ち中間調表示も可能である。中間調表示法の１つは画素
内の双安定状態の面積比を制御することにより中間的な
光透過状態を作るものである。以下、この方法（面積変
調法）について詳しく説明する。

【０００６】図５は強誘電性液晶素子のスイッチングパ
ルス振幅と透過率の関係を示すもので、完全な光遮断
（黒）状態にあるセル（素子）に一方極性の単発パルス
を印加した後の透過光量Ｉを単発パルスの振幅Ｖの関数
としてプロットしたグラフである。パルス振幅が閾値Ｖ
_th以下（Ｖ＜Ｖ_th）のときは透過光量は変化せず、パル
ス印加後の画素の透過状態は図６（ｂ）に示すように印
加前の画素の状態を示す同図（ａ）と変わらない。パル
ス振幅Ｖが閾値を越えると（Ｖ_th＜Ｖ＜Ｖ_sat ）画素内
の一部分が他方の安定状態すなわち同図（ｃ）に示す光
透過状態に遷移し、全体として中間的な透過光量を示
す。さらにパルス振幅Ｖが大きくなり、飽和値Ｖ_sat 以
上（Ｖ_sat ＜Ｖ）になると、同図（ｄ）に示すように画
素全部が光透過状態になるので光量は一定値に達する。

【０００７】すなわち、面積変調法は電圧をパルス振幅
ＶがＶ_th＜Ｖ＜Ｖ_sat となるように制御して中間調を表
示するものである。

【０００８】しかし、このような単純な駆動方式を用い
ると次に述べるような問題点を生じる。それは、図５に
示す電圧Ｖと透過光量Ｉの関係がセル厚と温度に依存す
るため、表示パネル内にセル厚分布や温度分布がある
と、同じ電圧振幅の印加パルスに対して異なった階調レ
ベルが表示されてしまうという点である。

【０００９】図７は、このことを説明するための図で、
図５と同じく電圧振幅Ｖと透過光量Ｉの関係を示すグラ
フであるが、異なった温度、すなわち高温での関係を表
わす曲線Ｈと低温での関係を表わす曲線Ｌの２本の曲線
が示されている。すなわち、表示サイズの大きいディス
プレイ（表示素子）では同一パネル（表示部）内に温度
分布が生じることは珍しくなく、したがって、或る電圧
Ｖ_apで中間調を表示させようとしても、同図に示すよう
に、透過光量Ｉ₁からＩ₂ までの範囲にわたって中間調
レベルがばらついてしまい均一な表示が得られないので
ある。

【００１０】そこで考え出されたのが、本願発明者が特
開平３−７３１２７号において提案した「４パルス法」
である。この駆動方法は、図８に示されている通り、パ
ネル内の同一走査線上の抵閾値部と高閾値部に複数のパ
ルスＡ〜Ｄを印加することにより、最終的には等しい反
転面積を得るようにしたものである。以下「４パルス
法」の説明を、画素内の白と黒とのドメイン面積をコン
トロールする面積階調法によって行うが、本来「４パル
ス法」自体は、電圧もしくはパルス幅によって、画素の
透過率を変調できる素子に共通に用いられる駆動方法で
あって、例えば画素内にドメイン・ウォールを形成せず
に透過光量が変化するような配向モードでも使用するこ
とができるので、カイラルスメクチックＣ相で、そのら
せんピッチが光の波長以下、例えば０．７μｍ以下の短
いらせんを有する配向における光量調整法としても用い
ることができる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
「４パルス法」は、次の様な欠点を有する。第１に、４
パルス法においては、図８に示すように、選択された走
査線上の画素には、まずパルスＡが印加され、次いでパ
ルスＢ，Ｃ，Ｄが順次印加されるが、このとき、印加す
る書込みパルスＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれ前のパルス
の影響を受け、前のパルスの電圧によって、後のパルス
を印加するときの液晶の反転する電圧（閾値）が若干異
なる。このような現象は、パルスＢの電圧値を設定する
にあたって障害になる。その前パルスの存在による閾値
の変動の程度が少い時には誤差として許容するとしても
（そのときでも階調表示の精度が落ちる）、変動が大き
いときには４パルス法自体が使えなくなる。というの
は、４パルス法は、４つのパルスが印加される状態が等
価であることを前提としているからである。

【００１２】第２に、図８中のパルスＡは、リセットパ
ルスであるから、閾値を充分越えた電圧を印加できるの
で、問題はないが、その他のパルスＢ，Ｃ，Ｄの場合に
は、ドメインウォールｉ，ｊ，ｋを画素内に有しなけれ
ばならず、それぞれ、閾値に極めて近い電圧が印加され
る。このような、液晶分子の閾値に極めて近くかつ閾値
を充分越えていない電圧でのスイッチングの場合、直前
に印加されるパルスによってもドメイン・ウォールの位
置が大きく影響を受けてしまう。このような直前の電圧
の影響は、電圧値の変動が小さい場合にはあまり問題に
ならないが、大きい場合には４パルス法自体が使えなく
なる。

【００１３】第３に、このような影響は、書込み直後の
電圧によっても生じる。図８に示すように、例えば、パ
ルスＣでドメインウォールｊを設定したとしても、続く
パルスＤがある程度以上の電圧を有すると、それにより
ドメインウォールｊの位置が変化する。つまり書込みパ
ルスが後続パルスのクロストークを受け易いという欠点
がある。

【００１４】そして第４に、前記第１〜３のような、閾
値の変動やクロストークの影響がそれ程でない場合に
も、図５および図６を用いて説明した前記書込み方法に
比べて書込みパルス数が多い。すなわち図５，６で示し
た方法においては、印加パルスは、図８におけるパルス
Ａ，Ｂだけだったが、４パルス法ではさらにパルスＣ，
Ｄを必要とする。このことは、パネル全面を書く時間
（フレーム時間）が、それだけ長くなるということであ
り、動画表示はもとより、絶えず全画面を書き続ける場
合には、表示品質に悪影響を及ぼし、極端な場合には静
止画しか表示できないことになる。

【００１５】このように、４パルス法自体にも前記第１
〜３の誤作要因と、前記第４の表示スピードの遅れの問
題を有する。

【００１６】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、強誘電液晶表示装置において、４パルス法
による表示スピードを向上させることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、走査電極群と信号電極群をマトリクス状に
配置し、この両電極群間に電界方向に対して双安定性を
有する強誘電性液晶を充填した表示部を備え、画像或い
は情報の表示を行なう強誘電液晶表示装置において、選
択された走査電極上の全画素を、完全に１の安定状態に
リセットするパルスと、それに続く交互に逆極性の複数
のパルスであって、後のパルスのパルス幅が先のパルス
のパルス幅以下である複数のパルスとによって１つの画
素に対する書込み内容を決定すべく構成された駆動信号
を、各電極群を介して強誘電性液晶に印加する手段を有
する。

【００１８】ここで、前記書込内容を決定する各パルス
の波高値は等しくすることができる。また、全画素につ
いて、画素内における安定状態の反転閾値が分布するよ
うに構成するのが望ましい。

【００１９】

【作用】本発明では、電圧変調で階調表示を行う「４パ
ルス法」では１画面の描画時間が長くなるという欠点を
改善するために、複数のパルスによって、選択された走
査線上の画素に書込みを行うに際して、書込みパルスの
パルス幅を、後のパルスのパルス幅が先のパルスのパル
ス幅以下となるようにしている。そしてこれにより閾値
の低い画素では、最終的に、閾値の高い画素より矩いパ
ルス幅のパルスで書込み内容が決定される。一般に、液
晶パネルに印加できるパルス電圧値は、その駆動用ＩＣ
の耐圧等のスペックにより決定され、従来は、閾値の低
い画素のスイッチングにおいては、パルス幅を一定にし
てパルス電圧値をコントロールすることで、階調表示を
行っていたが、本発明においては、パルス幅を短くし
て、かつ、パルス電圧値をコントロールすることで階調
表示を達成している。したがって、印加するパルス電圧
自体は従来よりも高く設定されるが、パルス幅が短くな
るため、表示スピードが向上する。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る強誘電液晶
表示装置において逐時印加される、走査信号Ｓ１〜Ｓ３
および情報信号Ｉ₁ のタイムチャートである。各走査信
号は、４つのパルスによって構成される。すなわち、図
１は説明のため情報信号線が１本で走査信号線が３本の
場合のマトリックス駆動波形を示している。なお、一般
的には、マトリックス素子の電極は、図４に示すよう
に、多数の走査信号Ｓ１〜Ｓｎ線および情報信号Ｉ１〜
Ｉｎ線を含む。

【００２１】図２は、これらの走査信号および情報信号
を液晶セルに供給する手段のブロック図である。図２に
示すように、複数の電圧レベルを有する階調信号を液晶
セル１に供給するため、ラッチ回路４を通して供給され
るデジタルの階調信号、例えば４ビットの場合で２⁴ ＝
１６階調の信号を、ＤＡコンバータが設けられたセグメ
ント側駆動ＩＣ３により、１６通りの情報信号パルスか
らなるアナログ信号に変換して、液晶セル１のセグメン
トライン情報信号線に印加するように構成される。この
場合に、コモン側（走査）駆動ＩＣ６は、駆動用電源２
のアナログスイッチによる分配方式で、走査信号を形成
する。なお、図２中、５はセグメント側Ｓ／Ｒ、７はコ
モン側Ｓ／Ｒ、９はこれらを制御するコントローラ、８
は画像情報源である。情報信号線にアナログ信号を供給
する手段としては他に、駆動ＩＣ部に、並列に容量を付
設して、直接、アナログ信号を入力保持する方式を用い
てもよい。

【００２２】このようにして駆動信号（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３，Ｉ１）が印加されるセルは、例えば、図９に示すよ
うに、セル厚を画素内で変化させることにより閾値が画
素内で分布している。図９において９１はガラス基板、
９２は一方のガラス基板１上に設けられたＵＶ硬化樹
脂、９３は走査信号線と情報信号線を構成するＩＴＯ電
極、４は配向膜、９５は強誘電性液晶（ＦＬＣ）であ
る。

【００２３】配向膜９４は、日立化成社製ＬＱ−１８０
２である。配向処理は上下基板９１を同方向にラビング
することにより行ってある。ただし双方のラビング方向
がなす角度は、セルの表面から見て、下基板のラビング
方向から上基板のラビング方向へ右ネジを回転させたと
きに右ネジが上基板方向へ進む方向で約１０°である。
セル厚は、各画素において１．０〜１．４μｍまで分布
させてある。

【００２４】次に図１の駆動波形による階調情報の書込
み動作を説明する。各パルスＡ〜Ｄによる画素の変化の
様子は図８に示した場合と同様である。

【００２５】まず、パルスＡにより走査線上の全画素を
リセットし、次に、パルスＢにより、走査線上の高閾値
部の画素に書込みを行なう。このとき低閾値部の画素で
は、書き過ぎを生じる。次に、パルスＣにより、低閾値
部の画素の一定領域を逆の状態に書き替える。そして、
パルスＤより、低閾値部を高閾値部と同様の階調内容に
なるように再び書き込む。要するに、高閾値部は、パル
スＡとＢにより書込みを終了するが、低閾値部では、さ
らにパルスＣとＤの印加により書込みが終了する。

【００２６】このようにして、１本の走査線上の全画素
の書込みを行うためには、図１に示すように、期間Ｔ
_a ，Ｔ_b ，およびＴ_cが必要である。ここで、パルスＡ
は他の情報信号に重畳して印加されるので、１ラインを
書き込む時間には含まれない。この各期間Ｔ_a ，Ｔ_b ，
Ｔ_c の長さを決定するのは、１走査線内での、各画素に
おける閾値のばらつきであるが、この閾値のばらつきは
主に温度のばらつきによって生じる。このような１走査
ライン上での温度分布が３０〜４０℃であるとき、パル
スＢのパルス幅を４０μｓ、パルスＣのパルス幅を２９
μｓ、パルスＤのパルス幅を２２μｓとすることで、４
パルス法で補償できる温度範囲の上限（４０℃）と下限
（３０℃）のそれぞれの閾値がパルス電圧で約１８．４
ｖｏｌｔとなるように設定した。ただし、これらの値は
セル厚ｄが一定（ｄ〜１．３μｍ）の点についての値で
ある。

【００２７】他の設定例およびその設定パルス幅を図１
の駆動信号に適用した場合の１走査に要する時間を表１
に示す。

【００２８】

【表１】 表１に示すように、この方式によれば、駆動ＩＣによる
電圧供給が約１６ｖｏｌｔのときは１走査に２１４．４
μｓ要し、１８．４ｖｏｌｔのときは１７１．８μｓ、
２２．９ｖｏｌｔのときは１２９．２μｓとなる。これ
に対し、図３に示す従来例の場合は、各パルスの波高値
のみをコントロールする方法なので、表２に示すよう
に、１走査に要する時間もより長く必要であることがわ
かる。

【００２９】

【表２】 表１と２を比べると、駆動ＩＣからの供給電圧の最大値
を同じにしても（例えば、１５．９ｖｏｌｔ）１走査に
要する時間には大きな差を生じることがわかる。表３
は、このような３種の最大供給電圧における従来例と本
実施例の１走査時間、およびその従来例を１とした場合
の本実施例の割合を示す。

【００３０】

【表３】 表３によれば、本実施例による走査時間の短縮効果が明
らかである。

【００３１】なお、本実施例で使用した駆動波形の基本
パターンである走査信号Ｓ（パルスＡ，Ｂ，Ｃ）の波
形、情報信号Ｉの波形およびその合成波形Ｓ−Ｉを図１
０に示す。また、本実施例で使用したＦＬＣ材料の特性
を表４に示す。

【００３２】

【表４】

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
リセットパルスと、後のパルスのパルス幅が先のパルス
のパルス幅以下である複数のパルスとによって駆動信号
を構成するようにしたため、画面の描画時間を大幅に短
縮し、ＦＬＣを用いたアナログ階調表示の表示特性をス
ピードの面で大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係る強誘電液晶表示装置
における走査信号および情報信号のタイムチャートであ
る。

【図２】 図１に示すような走査信号および情報信号を
液晶セルに供給する手段のブロック図である。

【図３】 従来の４パルス法による駆動信号のタイムチ
ャートである。

【図４】 一般的なマトリックス素子における電極配置
を示す模式図である。

【図５】 強誘電性液晶素子のスイッチングパルス振幅
と透過率の関係を示すグラフである。

【図６】 従来の階調表示における画素の状態を示す模
式図である。

【図７】 異なった温度における電圧振幅と透過光量の
関係を示すグラフである。

【図８】 ４パルス法による駆動方法を説明する説明図
である。

【図９】 本発明の一実施例に係る強誘電液晶表示装置
の液晶セルの一部の断面図である。

【図１０】 図１の駆動波形の基本パターンである走査
信号の波形、情報信号の波形、およびその合成波形を示
す波形図である。

【符号の説明】

１：液晶セル、２：駆動用電源、３：セグメント側駆動
ＩＣ、４：コモン側駆動ＩＣ、５：セグメント側Ｓ／
Ｒ、７：コモン側Ｓ／Ｒ、９：コントローラ、８：画像
情報源、、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ：パルス、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３：走査信号、Ｉ１：情報信号、９１：ガラス基板、９
２：ＵＶ硬化樹脂、９３：ＩＴＯ電極、９４：配向膜、
９５：強誘電性液晶（ＦＬＣ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走査電極群と信号電極群をマトリクス状
   に配置し、この両電極群間に電界方向に対して双安定性
   を有する強誘電性液晶を充填した表示部を備え、画像或
   いは情報の表示を行なう強誘電液晶表示装置において、
   選択された走査電極上の全画素を、完全に１の安定状態
   にリセットするパルスと、それに続く交互に逆極性の複
   数のパルスであって、後のパルスのパルス幅が先のパル
   スのパルス幅以下である複数のパルスとによって１つの
   画素に対する書込み内容を決定すべく構成された駆動信
   号を、各電極群を介して強誘電性液晶に印加する手段を
   有することを特徴とする強誘電液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記書込内容を決定する各パルスの波高
   値は等しいことを特徴とする請求項１記載の強誘電液晶
   表示装置。
3. 【請求項３】 全画素について、画素内における安定状
   態の反転閾値が分布するように構成されたことを特徴と
   する請求項１記載の強誘電液晶表示装置。