JPH06194623A - 反強誘電性液晶表示素子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】反強誘電性液晶を用いた単純マトリックス型の
反強誘電性液晶表示素子に、コントラストの高い良好な
品質の画像を表示させる。 【構成】非選択期間ＦO の終期に、反強誘電性液晶を第
３の安定状態に配向させるためのリセット電圧ＶR を印
加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は反強誘電性液晶表示素子
の駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、液晶表示素子として、一般に用い
られているＴＮ型の液晶表示素子に比べて高速応答性、
広視野角性等に優れた強誘電性液晶表示素子が注目され
ている。

【０００３】この強誘電性液晶表示素子には、液晶分子
の配向状態に２つの安定性（双安定性）がある強誘電性
液晶を用いた通常の強誘電性液晶表示素子と、液晶分子
の配向状態に３つの安定性がある反強誘電性液晶を用い
た反強誘電性液晶表示素子とがある。

【０００４】これら強誘電性液晶表示素子は、強誘電性
液晶または反強誘電性液晶がもっている配向状態の安定
性（メモリ性）を利用して表示するもので、その構造は
一般に単純マトリックス型とされている。

【０００５】この単純マトリックス型の強誘電性液晶表
示素子は、従来、各画素の電極間（走査電極と信号電極
との間）に、選択期間には液晶をいずれかの安定状態に
配向させる書込み電圧を印加し、非選択期間には液晶の
配向状態を変化させない範囲の電圧を印加する駆動方法
で表示駆動されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の駆動方法では、通常の強誘電性液晶表示素子には良
好な画像を表示させることができるが、反強誘電性液晶
表示素子にはコントラストの良い画像を表示させること
はできなかった。

【０００７】これは、反強誘電性液晶の印加電圧に対す
る応答特性による。すなわち、反強誘電性液晶は、液晶
分子の配向状態に３つの安定性があり、あるしきい値以
上の電圧を印加したときに、その電圧の極性に応じて第
１の安定状態または第２の安定状態に配向し、前記しき
い値より低い他のしきい値以下の電圧を印加したとき
に、第１と第２の安定状態の中間の状態である第３の安
定状態に配向するが、その応答性には差があり、第３の
安定状態から第１または第２の安定状態に配向するとき
の応答速度は速いのに対し、第１または第２の安定状態
から第３の安定状態に配向するときの応答速度は遅い。

【０００８】そして、単純マトリックス型の液晶表示素
子では、液晶を第１〜第３の安定状態のいずれかに配向
させるための書込み電圧が極く短い選択期間中に印加さ
れるだけであるため、液晶を第１または第２の安定状態
に配向させる場合は特に問題はないが、液晶を第３の安
定状態に配向させる場合は、液晶が前記安定状態に配向
し切れないうちに選択期間が終了してしまう。

【０００９】このため、例えば液晶が第１および第２の
安定状態に配向したときに表示が明となり、液晶が第３
の安定状態に配向したときに表示が暗となるように一対
の偏光板を配置した反強誘電性液晶表示素子において
は、暗表示状態での光の透過率が十分に小さくならず、
また、液晶が第１および第２の安定状態に配向したとき
に表示が暗となり、液晶が第３の安定状態に配向したと
きに表示が明となるように一対の偏光板を配置した反強
誘電性液晶表示素子においては、明表示状態での透過率
が悪くなって、コントラストが低下する。

【００１０】本発明は、印加電圧に応じて第１および第
２の安定状態とその中間の第３の安定状態とに配向する
反強誘電性液晶を用いた単純マトリックス型の反強誘電
性液晶表示素子に、コントラストの高い良好な品質の画
像を表示させることができる駆動方法を提供することを
目的としたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の駆動方法は、非
選択期間の終期に、反強誘電性液晶を第３の安定状態に
配向させるための電圧を印加することを特徴とするもの
である。

【００１２】

【作用】この駆動方法のように、非選択期間の終期に、
反強誘電性液晶を第３の安定状態に配向させるための電
圧を印加すると、この時点から液晶が第３の安定状態に
近づくように配向し始めるため、次の選択期間に液晶を
第３の安定状態に配向させるための書込み電圧が印加さ
れると、液晶が速やかに第３の安定状態に配向する。

【００１３】このため、液晶が第１または第２の安定状
態から第３の安定状態に配向するときの応答速度が遅く
ても、選択期間中に印加する書込み電圧によって液晶を
ほぼ第３の安定状態に配向させることができる。

【００１４】なお、次の選択期間に印加される書込み電
圧が液晶を第１または第２の安定状態に配向させるため
の電圧である場合も、その前の非選択期間の終期に液晶
が第３の安定状態に近づくように配向し始めるが、液晶
が第３の安定状態から第１または第２の安定状態に配向
するときの応答速度は速いため、このときは、液晶が十
分に第１または第２の安定状態に配向する。

【００１５】このため、この駆動方法によれば、反強誘
電性液晶をより第３の安定状態に近くなるように配向さ
せて、コントラストの高い良好な品質の画像を表示させ
ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１７】まず、本発明の駆動方法によって表示駆動
される反強誘電性液晶表示素子の構成を説明する。図２
は反強誘電性液晶表示素子の断面図、図３は反強誘電性
液晶の３つの安定状態と一対の偏光板の透過軸の方向と
を示す図である。

【００１８】この反強誘電性液晶表示素子は、単純マト
リックス型のものであり、その一対の透明基板（例えば
ガラス基板）１，２のうち、図２において上側の基板
（以下、上基板という）２には、複数本の透明な走査電
極４が互いに平行に形成され、下側の基板（以下、下基
板という）１には、複数本の透明な信号電極３が前記走
査電極４と直交させて形成されている。

【００１９】また、上記下基板１と上基板２の電極形成
面の上にはそれぞれ配向膜５，６が設けられている。こ
れら配向膜５，６はいずれも、ポリイミド等の有機高分
子化合物からなる水平配向膜であり、その膜面にはラビ
ングによる配向処理が施されている。

【００２０】そして、上記下基板１と上基板２とは、そ
の外周縁部において枠状のシール材７を介して接着され
ており、この両基板１，２間のシール材７で囲まれた領
域には、液晶分子の配向状態に３つの安定性がある反強
誘電性液晶８が封入されている。なお、図２において、
９は両基板１，２の間隔を規制する透明なギャップ材で
あり、このギャップ材９は液晶封入領域内に点在状態で
配置されている。

【００２１】上記反強誘電性液晶８は、そのカイラルス
メクティックＣ相の螺旋ピッチが基板間隔より大きい液
晶であり、その螺旋構造を消失させた状態で基板１，２
間に封入されている。

【００２２】さらに、液晶表示素子の下面側と上面側に
は一対の偏光板１０，１１が配置されており、この偏光
板１０，１１の透過軸の方向は、反強誘電性液晶８の３
つの安定状態に応じて設定されている。

【００２３】すなわち、図３において、８Ａ，８Ｂ，８
Ｃは反強誘電性液晶８の３つの安定状態を示しており、
８Ａは第１の安定状態、８Ｂは第２の安定状態、８Ｃは
第３の安定状態であり、反強誘電性液晶８は、一方の極
性でかつあるしきい値電圧（以下、ＯＮしきい値電圧と
いう）Ｖon以上の電圧を印加したときに一点鎖線で示し
た第１の安定状態８Ａに配向し、極性が逆でかつ絶対値
が前記ＯＮしきい値電圧Ｖon以上の電圧電圧を印加した
ときに二点鎖線で示した第２の安定状態８Ｂに配向し、
さらに前記しきい値電圧Ｖonより低い他のしきい値電圧
（以下、ＯＦＦしきい値電圧という）Ｖoff 以下の電圧
を印加したときに、実線で示した第３の安定状態（第１
と第２の安定状態の中間の状態状態）８Ｃに配向する。

【００２４】また、図３において、１０ａは下側の偏光
板（以下、下偏光板という）１０の透過軸、１１ａは上
側の偏光板（以下、上偏光板という）１１の透過軸を示
しており、この液晶表示素子では、一方の偏光板（図で
は下偏光板）１０の透過軸１０ａを液晶８の第３の安定
状態８Ｃに対してほぼ直交させ、他方（図では上偏光
板）１１の透過軸１１ａを前記第３の安定状態８Ｃとほ
ぼ平行にしている。

【００２５】このように偏光板１０，１１の透過軸方向
を設定した反強誘電性液晶表示素子は、液晶８が第１お
よび第２の安定状態８Ａ，８Ｂに配向したときに光の透
過率がほぼ最大となり、液晶８が第３の安定状態８Ｃに
配向したときに透過率がほぼ最小となる。

【００２６】すなわち、液晶８が第１または第２の安定
状態８Ａ，８Ｂに配向した状態では、一方の偏光板１０
を通った直線偏光が液晶８による偏光作用を受けて非直
線偏光になり、そのうちのある偏光成分の光が他方の偏
光板１１を透過して出射する。また、液晶８が第３の配
向状態８Ｃに配向した状態では、一方の偏光板１０を通
った直線偏光が液晶８による偏光作用をほとんど受けず
に直線偏光のまま液晶層を透過し、その光のほとんどが
他方の偏光板１１で吸収される。

【００２７】図４は、上記反強誘電性液晶表示素子の電
極間（走査電極４と信号電極５との間）に三角波形の電
圧を印加して印加電圧に対する透過率の変化を調べた結
果を示しており、この電圧−透過率特性には、図のよう
なヒステリシスがある。

【００２８】次に、上記反強誘電性液晶表示素子の駆動
方法を説明する。まず、本発明の駆動方法と従来の駆動
方法との比較するために従来の駆動方法を簡単に説明す
ると、図５は従来の駆動方法を示す、１つの走査信号４
と１つの信号電極３とに印加する走査信号およびデータ
信号の波形と、これら電極３，４間の電圧（以下、電極
間電圧という）の変化と、透過率の変化とを示してい
る。

【００２９】この駆動方法は、２つのフィールドＦ1 ，
Ｆ2 を１フレームＦとする、一般に２フィールド法と呼
ばれる駆動方法であり、各フレームＦの第１フィールド
Ｆ1は書込みフィールドとされ、第２フィールドＦ2
は、第１フィールドＦ1 での書込み状態を保持する保持
フィールドとされている。なお、図５において、ＦS は
各フィールドＦ1 ，Ｆ2 での選択期間、ＦO は非選択期
間である。

【００３０】この駆動方法は、図５のような波形の走査
信号とデータ信号とを走査信号４と信号電極３とに印加
することにより、電極間電圧を図のように制御して反強
誘電性液晶表示素子を駆動するものであり、例えば１つ
のフレームＦの第１フィールドＦ1 の書込み期間ＦS
に、電極間電圧として上述したＯＮしきい値電圧Ｖon以
上の書込み電圧ＶD を印加すると、液晶８が書込み電圧
ＶD の極性に応じて第１と第２の安定状態８Ａ，８Ｂと
のいずれか一方の状態に配向し、図５の左側のフレーム
Ｆのように、透過率がほぼ最大になって、表示が明状態
になる。この状態は、液晶８がもっている配向状態のメ
モリ性により保持される。

【００３１】また、このフレームＦの第２フィールドＦ
2 の書込み期間ＦS に印加する電極間電圧は、前記ＯＮ
しきい値電圧Ｖonより低くかつ上述したＯＦＦしきい値
電圧Ｖoff より高い書込み状態保持電圧ＶDHとされてお
り、したがって、この第２フィールドＦ1 では液晶８の
配向状態はほとんど変化せず、透過率が、第１フィール
ドＦ1 における透過率Ｔon1 とほぼ同じ値Ｔon2 に保持
される。

【００３２】一方、上記フレームＦの次のフレームＦに
おいて、その第１フィールドＦ1 の書込み期間ＦS に、
電極間電圧として上記ＯＦＦしきい値電圧Ｖoff 以下の
書込み電圧ＶD を印加すると、液晶８の配向状態が上記
第１の安定状態８Ａから第３の安定状態８Ｃになるよう
に変化し、図５のように透過率が小さくなって、表示が
暗状態になる。

【００３３】このフレームＦにおいても、第２フィール
ドＦ2 の書込み期間ＦS に印加する電極間電圧は、ＯＮ
しきい値電圧Ｖonより低くＯＦＦしきい値電圧Ｖoff よ
り高い書込み状態保持電圧ＶDHとされており、したがっ
て、この第２フィールドＦ1でも、液晶８の配向状態
は、上記第３の安定状態８Ｃになるように変化した状態
にある。

【００３４】しかし、上記駆動方法では、暗表示状態で
の透過率が十分に小さくならず、そのため、コントラス
トの良い画像を表示させることはできない。これは、
［発明が解決しようとする課題］の項でも説明したよう
に、液晶８が第１または第２の安定状態から第３の安定
状態に配向するときの応答速度が遅いためであり、した
がって、液晶８が第３の安定状態に配向し切れないうち
に選択期間ＴS が終了してしまう。

【００３５】そして、液晶８の配向状態が第３の安定状
態に配向し切れない状態であると、一方の偏光板１０を
通って液晶層に入射した直線偏光が液晶８による偏光作
用を受けるため、ある偏光成分の光が他方の偏光板１１
を透過して出射して漏れ光となる。

【００３６】このため、上記駆動方法では、フレームＦ
の第１フィールドＦ1 の書込み期間ＦS にＯＦＦしきい
値電圧Ｖoff 以下の書込み電圧ＶD を印加しても、透過
率は図５のような値Ｔoff1にしかならず、したがって良
好なコントラストが得られない。

【００３７】しかも、上記駆動方法では、液晶８が第３
の安定状態になり切らないため、この状態での液晶８の
配向状態が不安定であり、したがって表示を暗状態にし
たときの、第１フィールド（書込みフィールド）Ｆ1 で
の透過率Ｔoff1と第２フィールド（保持フィールド）Ｆ
2 での透過率Ｔoff2とに図５に示すような差が生じて、
表示のふらつきを発生する。

【００３８】なお、上記反強誘電性液晶表示素子は、液
晶８が第１および第２の安定状態８Ａ，８Ｂに配向した
ときに明表示状態になり、液晶８が第３の安定状態８Ｃ
に配向したときに暗表示状態になるものであるが、上記
駆動方法によるコントラストの悪さは、液晶が第１およ
び第２の安定状態に配向したときに表示が暗となり、液
晶が第３の安定状態に配向したときに表示が明となるよ
うに一対の偏光板を配置した反強誘電性液晶表示素子に
おいても同様であり、その場合は、明表示状態での透過
率が低下してコントラストが悪くなるし、また明表示に
ふらつきが発生する。

【００３９】そこで、本発明では、上記反強誘電性液晶
表示素子に、コントラストが高くかつ表示のふらつきも
ない良好な品質の画像を表示させるため、非選択期間の
終期に、反強誘電性液晶を第３の安定状態に配向させる
ための電圧（以下、リセット電圧という）を印加する駆
動方法を採用した。

【００４０】この駆動方法の一実施例を説明すると、図
１は、１つの走査信号４と１つの信号電極３とに印加す
る走査信号およびデータ信号の波形と、これら電極３，
４間の電圧（電極間電圧）の変化と、透過率の変化とを
示している。

【００４１】この実施例の駆動方法は、１フィールドを
１フレームＦとする駆動方法であり、図１において、Ｆ
S は各フレームＦでの選択期間、ＦO は非選択期間であ
り、ＦR は非選択期間ＦO の終期に確保されたリセット
期間である。なお、図１は、表示状態を、明，明，暗，
暗の順に制御する場合の例を示している。

【００４２】この駆動方法は、図１のような波形の走査
信号とデータ信号とを走査信号４と信号電極３とに印加
することにより、電極間電圧を図のように制御して反強
誘電性液晶表示素子を駆動するものであり、走査信号と
データ信号とをこのような波形の信号とすると、いずれ
のフレームＦにおいても、その非選択期間ＦO の終期の
リセット期間ＦR に、電極間電圧として、反強誘電性液
晶８を第３の安定状態８Ｃに配向させるための電圧、つ
まり上述したＯＦＦしきい値電圧Ｖoff ，−Ｖoff 以下
のリセット電圧ＶR が印加される。

【００４３】なお、図１には非選択期間ＦO の大部分を
省略して示したが、１フレームＦは約１０ｍ秒、走査信
号およびデータ信号の１パルスの幅は約２００μ秒であ
り、したがって上記リセット電圧ＶR は、非選択期間Ｆ
O の終期の極く短いリセット期間ＦR に印加される。

【００４４】また、この駆動方法では、液晶８に許容値
以上の直流成分がかかって表示の焼き付き現象の原因と
なる電荷の片寄りが生るのを防ぐため、上記リセット電
圧ＶR を、このリセット電圧ＶR と逆極性で絶対値が等
しい補償電圧ＤR ′と対にして印加し、また、各フレー
ムＦの選択期間ＦS に電極３，４間に印加する書込み電
圧ＶD も、この書込み電圧ＶD と逆極性で絶対値が等し
い補償電圧ＶD ′と対にして印加している。

【００４５】このように、非選択期間ＦO の終期（リセ
ット期間ＦR ）に、液晶８を第３の安定状態８Ｃに配向
させるためのリセット電圧ＶR を印加すると、それまで
の液晶８の配向状態が第１または第２の安定状態８Ａ，
８Ｂであっても、前記リセット電圧ＶR を印加した時点
から液晶８が第３の安定状態に近づくように配向し始め
る。

【００４６】なお、この実施例では、１つのリセット期
間ＦR 中に前記リセット電圧ＶR を２回繰り返して印加
するようにしており、したがって、液晶８は、最初のリ
セット電圧ＶR によってある程度第３の安定状態３Ｃに
近づくように配向し、次のリセット電圧ＶR によってさ
らに第３の安定状態３Ｃに近づくように配向する。

【００４７】そして、このように非選択期間ＦO の終期
に、液晶８が第３の安定状態に近づくように配向し始め
ると、次のフレームＦの選択期間ＦS に電極３，４間に
印加される書込み電圧ＶD が液晶８を第３の安定状態に
配向させるための電圧（ＯＦＦしきい値電圧Ｖoff ，−
Ｖoff 以下の電圧）であれば、液晶８が速やかに第３の
安定状態３Ｃに配向する。

【００４８】このため、液晶８が第１または第２の安定
状態８Ａ，８Ｂから第３の安定状態８Ｃに配向するとき
の応答速度が遅くても、選択期間ＦS 中に電極３，４間
に印加する書込み電圧ＶD によって液晶８をほぼ第３の
安定状態８Ｃに配向させることができる。

【００４９】なお、次のフレームＦの選択期間ＦS に電
極３，４間に印加される書込み電圧ＶD が液晶８を第１
または第２の安定状態８Ａ，８Ｂに配向させるための電
圧（ＯＮしきい値電圧Ｖon，−Ｖon以下の電圧）である
場合も、その前の非選択期間ＦO の終期に液晶８が第３
の安定状態８Ｃに近づくように配向し始めるが、液晶８
が第３の安定状態３Ｃから第１または第２の安定状態８
Ａ，８Ｂに配向するときの応答速度は速いため、このと
きは、液晶８が十分に第１または第２の安定状態８Ａ，
８Ｂに配向する。

【００５０】このため、この駆動方法によれば、表示を
暗状態とする際に、液晶８をより第３の安定状態３Ｃに
近くなるように配向させて透過率を十分に小さくするこ
とができる。

【００５１】しかも、この駆動方法によれば、明表示状
態において液晶８がほぼ第１または第２の安定状態８
Ａ，８Ｂに配向し、暗表示状態において液晶８がほぼ第
３の安定状態８Ｃに配向するため、明表示状態でも暗表
示状態でも液晶８の配向状態はほとんど変化せず、した
がって、明表示状態での透過率Ｔonは常にほぼ同じにな
り、また暗表示状態での透過率Ｔoff も常にほぼ同じに
なる。

【００５２】したがって、上記駆動方法で反強誘電性液
晶表示素子を駆動すれば、この液晶表示素子に、コント
ラストが高くかつ表示のふらつきもない良好な品質の画
像を表示させることができる。

【００５３】なお、上記実施例では、非選択期間ＦO の
終期に、液晶８を第３の安定状態８Ｃに配向させるため
のリセット電圧ＶR を２回繰り返して印加したが、この
リセット電圧ＶR の印加回数は１回だけとしても、また
３回以上としてもよい。

【００５４】また、上記実施例の駆動方法は、液晶８が
第１および第２の安定状態８Ａ，８Ｂに配向したときに
明表示状態になり、液晶８が第３の安定状態８Ｃに配向
したときに暗表示状態になる反強誘電性液晶表示素子の
駆動に適用されるものであるが、本発明は、液晶が第１
および第２の安定状態に配向したときに表示が暗とな
り、液晶が第３の安定状態に配向したときに表示が明と
なるように一対の偏光板を配置した反強誘電性液晶表示
素子の駆動にも適用できるもので、その場合も、非選択
期間の終期に、液晶を第３の安定状態に配向させるため
のリセット電圧を印加すれば、明表示状態での透過率を
高くしてコントラストを向上させるとともに、明表示の
ふらつきもなくすことができる。

【００５５】さらに、上記実施例の駆動方法は、１フィ
ールドを１フレームＦとする駆動方法であるが、本発明
は、２つのフィールドを１フレームとする２フィールド
法とすることも可能であり、その場合は各フィールドの
非選択期間の終期に、液晶を第３の安定状態に配向させ
るためのリセット電圧を印加すればよい。

【００５６】

【発明の効果】本発明の駆動方法によれば、非選択期間
の終期に、反強誘電性液晶を第３の安定状態に配向させ
るための電圧を印加しているため、単純マトリックス型
の反強誘電性液晶表示素子に、コントラストの高い良好
な品質の画像を表示させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による、走査信号およびデー
タ信号の波形と、これら電圧間電圧の変化と、透過率の
変化とを示す図。

【図２】反強誘電性液晶表示素子の断面図。

【図３】反強誘電性液晶の３つの安定状態と一対の偏光
板の透過軸の方向とを示す図。

【図４】反強誘電性液晶表示素子の電圧−透過率特性
図。

【図５】従来の駆動方法による、走査信号およびデータ
信号の波形と、これら電圧間電圧の変化と、透過率の変
化とを示す図。

【符号の説明】

１，２…基板 ３…走査電極 ４…信号電極 ５，６…配向膜 ８…反強誘電性液晶 ８Ａ…第１の配向状態 ８Ｂ…第２の配向状態 ８Ｃ…第３の配向状態 １０，１１…偏光板 １０ａ，１１ａ…透過軸 Ｆ…フレーム ＦS …選択期間 ＦO …非選択期間 ＦR …リセット期間 ＶR …リセット電圧 ＶD …書込み電圧 Ｖon…ＯＮしきい値電圧 Ｖoff …ＯＦＦしきい値電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】印加電圧に応じて第１および第２の安定状
   態とその中間の第３の安定状態とに配向する反強誘電性
   液晶を用いた単純マトリックス型の反強誘電性液晶表示
   素子の駆動方法であって、非選択期間の終期に、前記反
   強誘電性液晶を前記第３の安定状態に配向させるための
   電圧を印加することを特徴とする反強誘電性液晶表示素
   子の駆動方法。