JPH07119906B2 - 液晶表示素子のマトリックス駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は，家庭用のCRTに代わる表示装置，あるいはOA
用の高度な情報処理に用いられる端末表示装置として，
大容量表示においても広い視野角と十分なコントラスト
を有する液晶表示素子の駆動方法に関する。

（従来技術とその問題点） 現在，液晶表示素子に用いられている液晶相はネマチッ
ク相であり，表示部の上下の基板間で液晶分子の方向が
90度だけ連続的に変化するツイステッドネマチック（以
下，単にTN型と言う）構造をとっている。これは，交番
電場を印加すると，液晶分子の支配的な方向の変化が誘
起され，これが適当な光学系の下で光透過量の変化とし
てとりだされて表示がされるというものであって，公知
の技術である。

このTN型の特徴は，液晶分子の方向の変化が印加電圧の
実効値によって誘起されることである。このような実効
値応答型の液晶は，表示容量を増す，即ち，走査電極数
を増すと表示品質（コントラスト，視野角等）が悪化す
ることや，駆動条件が厳しくなることがわかっている。
この事が，現在でもTN型の大容量の大型ディスプレイが
実現しない最大の理由である。

ただし，実効値応答型の液晶のままで大容量，高品質の
表示を得る技術も開発されている。代表的なものとし
て,TFT駆動及びスーパーツイステッド型液晶表示素子が
あるが，いずれも短所をあわせもち，大型でカラー表示
が可能な液晶ディスプレイを提供するに至らないのが現
状である。

こうした中で，ネマチック液晶とは全く違う特徴を持つ
液晶として，カイラルスメクチック液晶（以下，単にSm
C^＊という）が発見され，ディスプレイへの応用が盛ん
に検討されている（N.A.クラークとS.T.ラゲルバル,App
l.Phys.Lett.,36,899（1980））。この液晶の剤第の特
長は，パルス応答性，記憶効果，超高速応答性などであ
って，液晶ディスプレイに応用するに当り最適な性質を
持っている。しかし、セルギャップをTN型より薄くする
必要があることや,SmC^＊のモノドメイン相の形成（配向
制御）など実用化には技術的に解決すべき問題が残って
いる。

パルス応答性と記憶効果はTN型液晶の実効値応答とは本
質的に異なる性質である。これらは、表示容量を増して
も画質の低下が無く安定化することの基本的な理由と考
えられる。しかしながら、液晶表示素子に於ける大容量
の表示において、コントラストのムラやちらつきのない
画面を表示するためには，液晶の応答速度や閾値特性な
どの材料物性の問題と配向制御，及び，印加波形や走査
方法などの駆動方法の検討が重要である。同じ表示素子
に対しては、駆動方法が決定的な重要性をもつている。

そこで、次にマトリックス駆動用の擬似印加波形とそれ
に対する液晶の光応答特性について述べる。第１図にSm
C^＊に対する典型的なパルス型の印加波形（イ）と光透
過量の変化（ロ）を示した。より詳しく説明すると（10
1）と（102）は書き込みパルスであつて双極性のパルス
からなっている。双極性であるのは液晶に直流成分が含
まれないようにする為であって、この事はバイアス部
（103）でも維持されている。

書き込みパルスはオンの書き込みパルス（101）とオフ
の書き込みパルス（102）の二種類あって、いずれも後
半のパルスが状態形成に有効である。この書き込みパル
スとバイアス部（103）の振幅の比をバイアス比と言
い、普通は3:1にとられる。書き込みパルス（101）（10
2）の振幅3Vと、パルス幅τを適当に選んで第１図
（ロ）で示したような、暗状態（104）と明状態（105）
の二つのバンドに分離すれば，マトリックス駆動に於け
る書き込みが可能と考えられる。

このバンドの中では書き込み信号によって形成された安
定な状態（106）（107）の回りで、光透過量がバイアス
信号（103）に同期して規則的に振動している。実際にC
S1014（チッソ（株）製）をセルギャップが２μｍのセ
ルに封じた場合にはＶ＝10ボルトでτ＝100〜300μsec
の範囲で書き込みが可能であった。Ｖが一定の時はパル
ス幅τが大きいと二つのバンドの振幅が大きくなり，そ
れにつれてコントラストが低下する傾向が見られる。

マトリックス駆動する場合には、パルス（101）とパル
ス（102）の信号が，各交差点に印加されるようにこれ
らを走査側とデータ側に分割する必要がある。この分割
については、電圧軸上で行う電圧変調と、時間軸上で行
うパルス変調がある。バイアス部を含む第１図は電圧軸
上で行った場合に得られる理想的な例であるが、第２図
に分割の具体例を二つ載せた。この場合には選択時の書
き込み信号部分と非選択時の合成信号も記してある。第
２図（ハ）に示した印加波形はこれらより期待されるも
のであるが、これと第１図（イ）の違いは、前者では非
選択時に印加される信号列（ハ）のバイアス部（200）
にパルス巾の異なる成分（201）が含まれていることで
ある。これは電圧変調駆動におけるきわめて一般的なこ
とである。パルス巾の異なる成分が共存してもバンドと
しての安定性は損なわれないが、振幅が大きく増加する
のが観測される。（なお、全図では直流成分が含まれな
いことを直感的に明らかにするために、波形の原点を中
央にとってある。） その為に、マトリックス駆動した場合には、データライ
ン上のオンとオフの在り方によっては、バイアス部（20
0）のパルス幅の異なる成分の比が異なり、それに対応
して信号列も変化し、結果として光透過量も変動する場
合がある。これはパターンによりコントラストが変化す
ることを意味している。最悪の場合は、データライン上
にオンとオフが交互にある場合（横ストライプ）で、最
良の場合はオンだけもしくはオフだけの場合である（縦
ストライプ）。一般には、表示面上の各部で濃淡に差が
あると言ってもよい。

これは電圧変調による駆動形式と液晶のパルス応答から
の必然的な結果であり、どんなに立派なSmC^＊の配向相
を形成しても避けられない事である。パルス幅が広い部
分を分割して，間に電圧がゼロの部分が挿入されるよう
に走査側とデータ側の信号を構成できるが（S.T.ラゲル
バル,et al.,International Display Research Con
ference,P213（1985））、走査時間が増すことと，あま
り効果のないことがわかっている。更に、我々の実験に
よれば、書き込み信号だけに応答し、バイアス信号には
応答しないような急峻な閾値特性は得られていない。

いずれにしても、諧調を表示するなどの場合には決定的
に不利な事である。

（発明の目的） 強誘電性液晶が呈するSmC^＊相が与えられた時に，これ
をマトリックス駆動してもコントラストが表示パターン
に依らず常に一定である駆動波形を構成する事が本発明
に課せされた使命である。

（発明の構成） このために本発明では、選択時・非選択時を問わず、一
周期内の全てのパルスの波高値が等しいものであって、
非選択時間内に印加される印加信号列の中に、パルス幅
の異なる成分が全く含まれず、且つ、同じ極性のパルス
が一定の時間を隔てて連続して印加されることの決して
ない様に走査側とデータ側の波形を想定した。

（発明の詳述） 以下に、実施例に基ずいて、先ずパルス幅が全て同じで
ある印加波形の構成方法、次に同じ極性のパルスが一定
の時間を隔てて連続して印加されないような印加波形の
構成方法について述べる。後者のことは、前に述べた電
圧変調では困難であるからパルス変調にもとずいて印加
波形を考察する。パルス変調とはオンとオフの単位の書
き込み信号の走査側とデータ側への分割と再構成を時間
軸に沿って行なう事である。

直流成分が含まれない様な単位の書き込み信号について
は、電圧変調で用いた双極性タイプの（301）（302）の
他に（303）と（304）が考えられる。全てのマトリック
ス交差点で直流成分が含まれない様に，且つ，異なるパ
ルス幅が含まれない様に，書き込み信号を時間軸に沿っ
て分割する事は、何れの波形でも可能である。一例とし
て第４図に二つだけ載せた。第４図（Ａ）は（301）と
（302）を、第４図（Ｂ）は（303）と（304）を，それ
ぞれ分割したものである。図中の破線はその部分で分割
したことを示し、矢印はそのように移動したことを示し
ている。第４図（Ｃ）は、第４図（Ｂ）を走査信号とデ
ータ信号に改めて構成し直したものである。これらの波
形のバイアス部の全てのパルス幅が同じであるのは明ら
かである。書き込みパルスとバイアス部のそれとの比は
2:1であり、波高値は一定である（2:1パルス変調）。

その特徴は、バイアス部の全てのパルスの幅は、確かに
同じであるが、同じ極性のパルスが一定時間を隔てて、
連続して印加される部分（401）もあることである。典
型的な信号列を第４図（Ｄ）に示した。このタイプの印
加信号を先に述べたセル（ギャップが２μｍのセルに強
誘電性液晶CS1014（チッソ（株）製）を封じたもの）に
印加して応答を調べた結果が第５図である。この図（50
1）からわかる様に、同じ極性のパルスが一定時間を隔
てて印加される部分では、状態の反転が起こってしま
い、これでは書き込みが不可能である。この応答は，パ
ルス幅と波高値を変化させてみても同じてあつた。また
同極性パルスの間隔を大きくしても同様であった。反転
は書き込み部分だけで起こらなければならない。この累
積効果はパルス変調駆動の一般的傾向と考えられる。

従って、パルス変調では、バイアス部のパルス幅が一定
であるだけでは全く不十分であって、同じ極性のパルス
が連続して印加されないようにしなければならない。こ
の事は次の様にすれば可能である。

（１）データ側のオン信号とオフ信号の最初のパルスの
極性が一致すること。

（２）データ側のオン信号とオフ信号の最後のパルスの
極性が一致し（１）と反対であること。

（３）書き込み部分の最後のパルスの極性が（１）と反
対であること。

上記（１）（２）は、書き込みバルス（301）と（302）
または書き込みパルス（303）と（304）の同種の書き込
み信号を用いる事では難しいことは先にのべた。そこで
書き込みパルス（301）と（304）または（302）と（30
3）と異種の組合せが候補になるが、どちらか一方で十
分である。そこで（302）と（303）の二つの信号を上記
（１）（２）を満足するようにデータ側と走査側に時間
軸上で分割した一例を第６図に示した。

二つのデータ信号が前記（１）と前記（２）の条件を満
たすことは明らかである。従って、これらの信号が非選
択時にデータ側から流入しても、同じ極性のパルスが一
定時間を隔てて連続して印加されることはない。次に、
選択時の書き込み信号部分について考える。共通の選択
信号に対しては、オンとオフは同時には書き込めないか
ら、引き続いて書き込まれる。走査信号として（601）
と（602）をつなげたものを採用すればよい。この事に
対応してデータ信号もダミー部分のゼロボルトの部分が
追加される。

この場合の単位の信号群を一括して第７図（Ａ）に載せ
た。オンとオフを決める書き込み信号部分の最後のパル
ス（701）は，データ信号のオン（702）とオフ（703）
の最初のパルスと逆極性であって条件（３）は自動的に
満足されている。

また、走査側の非選択時に印加される信号は図のバルス
（704）以外に、単調な一定電圧（０ボルト）だけのも
のも可能である。但し、前者の第７図（Ａ）（Ｂ）に示
した方が表示可能なパルス幅と電圧の組合せの範囲が広
く、温度の変化に対する安定性などがすぐれていた。こ
の事はパルス駆動の場合には、書き込み信号部以外で
は、絶えず振動していた方が安定性が増すことを示して
いる。

走査信号、及びデータ信号の組合せは他にも可能であ
る。第６図の分割より容易に推測されるが、真に独立な
組合せは８通りであり、一例だけを第７図（Ｂ）に記載
した。これらから得られる擬似印加波形（801）を先の
同じセルに印加して応答を調べたのが第８図である。同
じ極性のパルスが一定時間を隔てて連続して印加される
ことが全くないので、この図から明らかなように、累積
効果は観測されず書き込みが可能である。

さらに付言すれば、この方法では電圧は必ずしも一定で
ある必要はない。書き込みが可能な限り変化させてもよ
い。特に，データ信号の電圧を液晶の応答の多様性に応
じて、オンとオフで変化をつけたり、低下させること
は、バイアス時の振幅を減らすのに効果がある。

誘電異方性が負の液晶に対しては、走査側の非選択時に
印加される単調な一定電圧（０ボルト）を、あるいは
（704）の最初の双極性パルス以外の部分を，書き込み
パルス幅より短いパルス幅の交番電場で置き換えること
も可能である。振動が大きく抑制されコントラストが増
すのが期待される（交番電場重畳法） （発明の効果） 本発明に依れば走査時間を増加させることなしに、電圧
変調駆動では自然に存在するコントラストのムラや揺ら
ぎを完全に排除できる。従って、画質が安定し、階調表
示の導入が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は、マトリックス駆動の可能性を実証する
ための印加信号列の一例を示すパルス波形図、第１図
（ロ）は、第１図（イ）のパルス波形に対応する液晶の
光透過量の変化を示すグラフ図である。 第２図は、マトリックス駆動のための単位の信号群（走
査信号とデータ信号）の説明図であり、第２図（イ）は
非選択信号が一定（０ボルト），第２図（ロ）は選択、
非選択信号とも一定でない例を示す説明図であり、第２
図（ハ）は第２図（ロ）に示されるデータ信号から予想
されるバイアス部分の一例を示す説明図である。 第３図（イ）（ロ）は、スイッチングを起こすための最
小のパルス数で直流成分を含まない書き込み部分の構成
例であって、いずれも極性の反転について入れ換わる例
を示すパルス波形図である。 第４図（Ａ）（Ｂ）は第３図の書き込み信号部分を、走
査側とデータ側へ分割した例を示す説明図であり、第４
図（Ｃ）は第４図（Ｂ）のパルス波形をマトリックス駆
動のための、走査信号とデータ信号に再構成した例を示
す説明図であり、第４図（Ｄ）は第４図（Ｃ）のデータ
信号から予想されるバイアス部を示し、同じ極性のパル
スが連続して印加される部分を示す説明図である。 第５図（イ）は、同じ極性のパルスが連続して印加され
る部分の信号列を示すパルス波形図であり、第５図
（ロ）は、それに対応する液晶の光透過量の変化を示す
説明図である。 第６図は対称性の異なる書き込み信号パルス（303）（3
02）を走査側とデータ側へ分割する方法の説明図であ
る。 第７図（Ａ）（Ｂ）は、本発明のパルス変調によるマト
リックス駆動のために、再構成された走査信号とデータ
信号、及び合成波形の一例を示す説明図である。 第８図（イ）は、本発明のパルス変調駆動波形の一例を
示すパルス波形図であり、第８図（ロ）は、それに対応
する液晶の光透過量の変化を示すグラフ図である。 （101）……書き込みパルス（オン） （102）……書き込みパルス（オフ） （103）……バイアス信号部分 （104）……液晶の光透過スペクトル（オン） （105）……液晶の光透過スペクトル（オフ） （106）（107）……双安定状態 （200）……バイアス信号部分 （201）……パルス幅の広い部分 （301）（302）……双極性タイプのオンとオフの書き込
みパルス （303）（304）……双極性タイプを反転してつなげたタ
イプの書き込みパルス （401）……同じ極性のパルスが一定時間後に連続して
印加される部分 （501）……状態の反転が起こった印加信号部分 （601）……303からの走査波形への寄与 （602）……302からの走査波形への寄与 （700）書き込みパルスの最後のパルス （701）（702）……パルス変調に於けるオンとオフの書
き込み信号 （701）選択時の合成信号 （702）（703）……非選択時の合成信号 （704）……先頭に双極性パルスを含む非選択走査信号 （801）……パルス変調の擬似印加波形

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに対向した面の一方に走査電極群、他
   方に情報電極群を設置した一対の透明電極基板間に強誘
   電性液晶を挟持してなる液晶セルを、線順次走査によっ
   て駆動するマトリックス駆動方法において、 交差電極間の液晶に印加される信号のパルス列は、下記
   条件（１）〜（３）を満たすことを特徴とする液晶表示
   素子のマトリックス駆動方法。 （１）非選択時に印加される信号のパルスは、選択時の
   パルスよりも幅が狭く、かつ、全て等しい幅である。 （２）非選択時に印加される信号のパルス列には、隣り
   合うパルスとして、同一極性のものが連続していない。 （３）選択時・非選択時を問わず、全てのパルスの波高
   値の絶対値が等しい。