JPH05134634A

JPH05134634A - 強誘電液晶表示装置

Info

Publication number: JPH05134634A
Application number: JP32152091A
Authority: JP
Inventors: Shinjiro Okada; 伸二郎岡田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-11-11
Filing date: 1991-11-11
Publication date: 1993-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】書込み直前の画素の状態によらない安定な階
調表示を行えるようにする。【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書
込みパルスと、最初の書込みパルスを除く他の各書込み
パルスの直前に印加され、直後の書込みパルスとは逆極
性でかつそれまでに書き込まれた内容を変更しない程度
の直前パルスとによって１つの画素に対する階調情報の
書込みを行うべく構成された駆動信号を、各電極群を介
して各画素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４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５（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４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６は、このことを説明するための図で、
図４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７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７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７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】そして第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７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】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、書込み直前
の画素の状態によらない安定な階調表示を行えるように
することにある。

【００１５】

【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
書込みパルスと、最初の書込みパルスを除く他の各書込
みパルスの直前に印加され、直後の書込みパルスとは逆
極性でかつそれまでに書き込まれた内容を変更しない程
度の直前パルスとによって１つの画素に対する階調情報
の書込みを行うべく構成された駆動信号を、各電極群を
介して各画素に印加する手段を有する。

【００１６】ここで、前記直前パルスは、直後の書込み
パルスにおける書込時の液晶の書込み閾値を安定化させ
る程度のパルス幅および波高値を有するのが好ましい。
また、全画素につき、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好ましい。

【００１７】

【作用】この構成において、ある画素に対する階調情報
の書込みは、まずリセットパルスによりその画素全体が
１の安定状態にリセットされ、そして後続の書込みパル
スにより順次閾値の高い部分から書込み内容が決定され
てゆくが、その際、各書込みパルスの印加時における液
晶の反転閾値は、各直前パルスにより、それまでの同一
情報信号電極上の他の画素への情報信号による影響が排
除され、一定化される。したがって、安定した階調情報
の書込みが行われ、安定した表示が行われる。

【００１８】

【実施例】図１（ａ）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Ａ〜ＤおよびパルスＣとＤの
直前の２つのパルスＥによって構成される。ここでは、
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１（ｂ）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。

【００１９】図９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。この手
段は、同図に示すように、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。なお同図中、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。

【００２０】このようにして駆動信号（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ
３，Ｉ１）が印加されるセル１は、例えば、図８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８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、９４は配向膜、９５は強誘電性液晶（ＦＬＣ）で
ある。

【００２１】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。

【００２２】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７に示した場合と同様である。

【００２３】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。

【００２４】ここで、パルスＣとＤの直前に印加される
２つのパルスＥが本発明の要点に係る部分である。この
パルスＥは、対応する情報信号との差、すなわち、それ
ら信号によって液晶に印加される基板間電位差が、その
情報信号の種類にかかわらず、液晶の閾値以下でかつ書
込み信号と逆極性であることを特徴とする。液晶の閾値
以下としたのは、既に書き込まれている画素内のドメイ
ン・ウオールの位置を変動させないためであり、逆極性
としたのは、後続パルスＣやＤによる閾値を安定させる
（一定にさせる）ためである。

【００２５】図２（ａ）は、図２（ｂ）に示すように、
書込みパルスｂを印加する直前に、前記これとは逆極性
のパルスａを印加する場合のパルスａの電圧値Ｖ_a と書
込みパルスｂによる閾値電圧Ｖ_thとの関係を示すグラフ
である。ｒはリセットパルスである。これらの図からわ
かるように、閾値電圧Ｖ_thを一定にするためには、パル
スａの電圧値Ｖ_a は、最も波高値が低い場合でも、波高
値が閾値電圧Ｖ_thの変化が飽和する波高値以上の値とな
るように、すなわち、図２（ａ）の場合は約−５ｖｏｌ
ｔ以下に設定するのが望ましい。

【００２６】また、本実施例におけるように、画素内で
セル厚が分布している場合は、前記最低波高値の電圧
は、セル厚の最も厚い部分での飽和値を基準にして考え
るのが好ましい。ただし、このとき、セル厚の最も薄い
部分の閾値を越えないようにする必要がある。すなわ
ち、これら条件を満たすように走査信号および情報信号
を設計する。

【００２７】ところで、本実施例と異なり、図３
（ａ），（ｂ）に示すような、書込みパルスの直前に逆
極性のパルスを印加しない従来の駆動信号を用いた場合
は、書込み直前に印加される他のラインの情報信号電圧
によって書込み電圧の閾値が変動する。図８に示すよう
なセル厚の変化による電界強度の変化率が１．４倍（セ
ル厚が厚い部分の反転には１．４倍の電界が必要である
ということを意味する）のセルでは、閾値が画素内で
１．４倍変動する。実験によれば、それに用いたセルで
は、書込み電圧が１２ｖｏｌｔでセル厚の一番薄い部分
が反転し、１６．８ｖｏｌｔで一番厚い部分が反転し
た。

【００２８】したがって、本実施例に従い、書込みパル
スのパルス幅を４０μｓ、その直前のパルス（Ｅ）の幅
を２０μｓ、書込み電圧を１４．４ｖｏｌｔ、直前パル
ス（Ｅ）の電圧を−７．５ｖｏｌｔとしたとき、画素内
の１／２の面積が反転したのに対し、図３の従来例のよ
うに、パルス（Ｅ）を印加せず、同じ書込みパルスで書
込みを行った場合は、画素の３／５近くが反転してしま
う。

【００２９】もっとも、走査信号パルスの電圧と情報信
号パルスの電圧の比をどのように設定するかによっても
反転面積は異なる。この例では、情報信号パルスの電圧
を±２．６ｖｏｌｔの交流、走査信号パルスの電圧を＋
１１．８ｖｏｌｔとして前記書込みパルスを形成してい
る。

【００３０】このようにして、書込みパルスの直前に前
記のように設定される直前パルスを印加することによ
り、安定した書込みを行うことができる。

【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１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、書
込みパルスとは逆極性でかつそれまでに書き込まれた内
容を変更しない程度の直前パルスを印加するようにした
ため、書込み直前の画素の状態によらない安定な階調表
示を行うことができる。

【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なら
びに一般的になマトリックス素子の電極配置を示す図で
ある。

【図２】書込みパルスの電圧値とその直前パルスによ
る閾値電圧との関係を示す説明図である。

【図３】従来の４パルス法による駆動信号のタイムチ
ャートならびに一般的になマトリックス素子の電極配置
を示す図である。

【図４】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５】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６】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７】４パルス法による駆動方法を説明する説明図
である。

【図８】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９】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、ａ：直前パルス、
ｂ：書込みパルス、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３：走査信号、Ｉ
１：情報信号、９１：ガラス基板、９２：ＵＶ硬化樹
脂、９３：ＩＴＯ電極、９４：配向膜、９５：強誘電性
液晶（ＦＬＣ）

Claims

【特許請求の範囲】

【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
の書込みパルスと、最初の書込みパルスを除く他の各書
込みパルスの直前に印加され、直後の書込みパルスとは
逆極性でかつそれまでに書き込まれた内容を変更しない
程度の直前パルスとによって１つの画素に対する階調情
報の書込みを行うべく構成された駆動信号を、各電極群
を介して各画素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。
【請求項２】前記直前パルスは、直後の書込みパルス
における書込時の液晶の書込み閾値を安定化させる程度
のパルス幅および波高値を有することを特徴とする請求
項１記載の強誘電液晶表示装置。
【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。