JPH0756144A - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JPH0756144A
JPH0756144A JP15835394A JP15835394A JPH0756144A JP H0756144 A JPH0756144 A JP H0756144A JP 15835394 A JP15835394 A JP 15835394A JP 15835394 A JP15835394 A JP 15835394A JP H0756144 A JPH0756144 A JP H0756144A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】強誘電性液晶の劣化を防ぎ、かつ所望の光透過
状態を高速で得ることができる強誘電性液晶を用いた液
晶表示装置を提供すること。 【構成】対向面に電極を有する一対の基板間に強誘電性
液晶を挾持してなる液晶素子と、波高値が等しく符号が
逆の正負一対のパルス電圧を液晶素子に印加する駆動回
路とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置に係り、特
に強誘電性液晶を用いる液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】強誘電性液晶として、例えば、表1に示
す様なカイラルスメクチックC相(Sm*C),カイラ
ルスメクチックH相(Sm*H)を呈する液晶等が知ら
れている。
【0003】
【表1】
【0004】これ等の強誘導性液晶分子の印加電界に対
する状態を図1に示す。
【0005】図1(b)に示す様に、電界Eを印加しな
い場合、強誘電性液晶分子1は、軸2に対してθ(例え
ば、DOBAMBC では、20〜25度である)の角度を有し
て螺旋状2に配向する。
【0006】このように配向した強誘電性液晶分子1に
しきい値電界Ec以上の電界Eを印加すると、図1
(a)に示す様に、強誘電性液晶分子1は、電界Eの方
向と垂直な平面上に螺旋軸2に対してθの角度を有して
配向する。また、図1(a)の電界Eの極性を反転させ
ると、図1(c)に示す様に、強誘電性液晶分子1は電
界Eの方向と垂直な平面上に螺旋軸2に対してθの角度
を有して配向する。
【0007】この現象は非常に高速であることが特徴
で、十分な大きさの電界を印加すればμsオーダのパル
ス幅を持つ電圧パルスに応答することが知られており、
画素数が多くなる大型ディスプレイ,光シャッタ,偏光
器等への適用が期待されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
印加電圧と光透過状態との関係が明らかにされず、強誘
電性液晶を具体的にどのような電圧を印加して駆動すれ
ば良いか明らかにされていなかった。
【0009】また強誘電性液晶素子の明暗を維持させる
ために直流電圧をそれぞれ印加するが、印加し続けると
液晶中のイオンが電極側に引きよせられ、電極又は液晶
自体の寿命を短くしてしまう問題があった。
【0010】本発明の目的は上記欠点を除去し、本発明
者等が見い出した印加電圧と強誘電性液晶の光透過状態
との関係から、強誘電性液晶の劣化を防ぎ、かつ、所望
の光透過状態を高速で得ることができる液晶表示装置を
提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴とするところは、波高値が等しく符号が逆の正
負一対のパルス電圧を強誘電性液晶素子に印加する駆動
回路を用いたことにある。
【0012】
【作用】波高値が等しく符号が逆の正負一対のパルス電
圧を印加することによって直流成分を低減でき、電極又
は液晶の電気化学反応による劣化を防止できる。
【0013】
【実施例】本発明は、本発明者等が実験的に見い出した
以下に述べる実験事実に基づくものである。
【0014】図2に示す様に、ガラス,プラスチック等
の一対の基板121,122の対向面に厚さ500〜1
000ÅのLn23,SnO2 、及びこれらの混合物等
から成る表示電極11を設け、さらに厚さ100〜10
00Åの有機樹脂、SlO2等の配向膜14を必要に応
じて設け、基板121,122のギャップ(約10μ
m)間に、強誘電性液晶であるDOBAMBC10を73〜9
3℃で挾持する。尚、15にDOBAMBC10 を封入するた
めの封止剤である。このとき、強誘電性液晶分子の螺旋
軸2が、基板121,122に略平行になるように配向
膜14を配向する。さらに、基板121,122の表示
電極11が設けられていない面に偏光板131,132
を隣接させる。
【0015】このとき、図3に示す様に偏光板131の
偏光軸方向31と偏光板132の偏光軸方向32とを略
直交させ、さらに一方の偏光軸の偏光軸方向を、強誘電
性液晶10のしきい値電界|Ec|以上の電界を印加し
たときの強誘電性液晶分子1の配向方向と略一致させ
る。図3では、偏光板131の偏光軸方向31を、紙面
の手前から紙面を貫く方向に電界を印加したときの螺旋
軸2の方向と一致させている。尚、以後、この方向の電
界を負の符号をつけて−Eと表わし、さらに、図2に示
す構造の液晶素子を例にとって説明するが、本発明はこ
れに限定されるものではない。例えば、図2において、
偏光板132の代わりに反射板を基板122に隣接させ、
強誘電性液晶10に二色性色素を混入したものを使用し
た場合にも適用できる。この場合、螺旋軸2に対する強
誘電性液晶分子の角度θは45度が最適となる。
【0016】図3(a)は−Eの電界を印加した場合を
示しており、このとき紙面手前から人射した光(自然
光)は、上側偏光板131により偏光軸方向31に偏光
され、強誘電性液晶分子1の長軸方向にのみ振動成分を
もつ直線偏光となり、長軸方向の屈折率nに従って直線
偏光のまま液晶層10を通過する。
【0017】その後、下側偏光板132に入射するが、
この偏光板132の偏光軸方向32と偏光板131の偏
光軸方向31は垂直であるから、光は遮断され、表示素
子では暗く見える。
【0018】なお、図3(b)は+Eを印加した場合を
示しており、このとき強誘電性液晶分子1の長軸は、上
下の偏光板131,132の偏光軸31,32のどちら
とも一致しない方向を向いている。この場合、上側偏光
板131により直線偏光となった光のうち、強誘電性液
晶分子1の長軸方向の成分は、長軸方向の屈折率n,短
軸方向の成分は短軸方向の屈折率n⊥に従って液晶層1
0を通過するので、液晶層10を出た光は、だ円偏光と
なる。しがたって、下側偏光板132を透過する光成分
を有するため、表示素子では明るく見える。
【0019】このようにして、+E,−Eの印加により
明暗の切替えができ、表示素子,光シャッタ,偏光素子
として機能し得る。なお電界が印加されない場合は、両
者のほぼ中間の明るさになっている。また本現象をここ
では、強誘電性液晶の電気光学効果と呼ぶことにする。
【0020】この電気光学効果をくわしく調べた結果、
図4に示すような特性を持つことが明らかになった。
【0021】すなわち、強誘電性液晶に加わる印加電圧
LCを零から上昇させると明るさBは増加して行き、し
きい値電圧+VC を超えると明るさBは一定値になる。
同様にして印加電圧VLCを負の方向に増加すると、明る
さBは減少し、しきい値電圧−VC を超えると飽和す
る。
【0022】次に、パルス電圧VP に対する対応を調べ
るため、図5に示すようなしきい値電圧VC より大きな
波高値を持つ正の電圧パルスVP を強誘電性液晶に印加
したところ、同図に示した通り、パルス電圧VP 印加に
従い急激に明るさBが増加し、立上り時間t1 が短い
が、パルス電圧VP 印加後の復帰時間t2 は図示したよ
うに長いことがわかった。
【0023】例えば本発明者等が波高値がしきい値電圧
(5〜10V)より大きいパルス電圧VP(パルス幅t0
=500μs)を強誘電性液晶に印加したところ、t1
=120μs,t2=8ms であることを確認した。
【0024】また負のパルス電圧−VP に対する応答も
図6に示したように、パルス電圧印加による応答にくら
べ電圧除去時の応答は遅く、復帰時間が長いことがわか
った。
【0025】また、図7に示すようなパルス電圧列を印
加するとき、同図のような正のパルス電圧列、図8のよ
うな負のパルス電圧列により、平均的な明るさに大きな
差異が生じ、明暗の二値の光透過状態の設定が可能であ
る。
【0026】このような、方法により良好な表示を得る
には、表示のチラツキ(フリッカ)をなくすための強誘
電性液晶に印加するパルス電圧のくり返し周期を少なく
とも30ms以下にしなければならない。
【0027】しかしながら、このような駆動方法では、
表示部が、明るい表示時間と暗い表示時間が等しくない
かぎり、強誘電性液晶に印加される電圧VLCに直流成分
が存在する。
【0028】極端な例では、常に明るい表示状態のセグ
メントでは常に正の直流成分が印加され、常に暗い表示
状態のセグメントは常に負の直流成分が印加されている
ことになる。
【0029】液晶素子では、駆動中に直流成分が印加さ
れると電気化学反応により素子の劣化が促進され寿命低
下をきたすことがよく知られており、図7及び図8に示
した方法は劣化の点で重大な欠点を持っている。
【0030】図9及び図10は本発明の第1の実施例を
示す駆動波形であり、図7及び図8に示したパルス電圧
P 直前に、逆極性,同じパルス幅,波高値を持つパル
ス電圧−VPを印加する。
【0031】図9は、入射光が透過する状態すなわち表
示素子では明るい表示をする場合の強誘電性液晶に印加
する電圧VLCと、図2に示す液晶素子の光透過状態(明
るさB)との関係を示す図であり、図10は、人射光が
遮断される状態すなわち表示素子では暗い表示をする場
合印加電圧VLCと明るさBとの関係を示す図である。図
9に於いて、時刻t0で波高値−VP(5V〜20V),
パルス幅T1(500μs〜100μs)の負のパルス電
圧が印加されると、一旦暗くなるが、時刻t0 で波高値
P ,パルス幅T1 の正のパルス電圧が印加されると、
急激に明るくなり、時刻t2 で印加電圧が零になると、
明るさが徐々に低下する。この動作をフリッカが生じな
い様な所定周期T(1ms〜30ms)で繰り返すこと
により、平均的な明るさを十分大きくすることができ
る。このように所定周期内に2つ以上のパルスを連続し
て印加する場合には、しきい値電圧Vcより大きな波高
値を持つ最後のパルスによって光の透過状態が規定され
る。
【0032】このとき、光透過状態を定めるパルス電圧
P とは、逆極性でかつ絶対値が等しいパルス電圧を所
定周期内Tに強誘電性液晶に印加するので、強誘電性液
晶に印加される電圧の平均値は零となり直流成分が全く
存在せず、前述の電気化学反応に起因する強誘電性液晶
の劣化は生じない。
【0033】さらに、本実施例に於いては、光透過状態
を定めるパルス電圧VP を印加する直前に、パルス幅及
び波高値の絶対値が等しくかつ逆極性のパルス電圧−V
P を印加するので、図10に示す様にパルス電圧の極性
を反転させるだけで、入射光が遮断される状態が得られ
る。
【0034】図11は図9及び図10に示す様な駆動波
形を実現する具体的な回路の一例である。
【0035】図11において、81は排他的オアゲー
ト、82はインバータ、83,84はアンドゲート、Q
1,Q2,Q3,Q4はスイッチング用トランジスタ、R
1,R2,R3は抵抗、A,B,Cは入力端子、Eは出
力端子であり、LCは出力端子に接続される液晶素子で
ある。
【0036】図11の回路の各信号のタイミングは、表
2に示す通りであり、それぞれの信号波形を図12に示
す。
【0037】Aはパルス幅を定める信号、Bはパルス電
圧を出すタイミングを定める信号、Cは出力電圧Eの位
相を定める信号で、Cを制御することによって、光透過
状態を定めることができる。
【0038】なお、図9及び図10の実施例では、光透
過状態を定めるパルス電圧VP とは逆極性でかつ絶対値
が等しいパルス電圧を液晶に印加したが、絶対値が必ず
しも等しい必要はない。すなわち、直流成分が少しでも
減少しさえすれば、本発明の効果をかなり得ることがで
きるので、本発明では単に逆極性の電圧を印加しさえす
ればよい。以下の実施例においても同様である。
【0039】
【表2】
【0040】図13及び図14は本発明の第2の実施例
を示す駆動波形であり、図13が明るい表示をする場
合、図14が暗い表示をする場合をそれぞれ示す。
【0041】図9及び図10の第1の実施例と異なるこ
とは、強誘電性液晶に印加される電圧の直流成分を零に
するために新たに設けた逆方向パルス電圧のパルス高さ
P1をしきい値電圧VC より小さくし、その分だけパル
ス幅を広げたものである。このとき、数1に示す様に直
流成分を零にするためには正パルスと負パルスの直流成
分S1,S2とは、互いに極性が反対で絶対値を等しくす
る。
【0042】 S1=−S2 …(数1) 本実施例に於いても、強誘電性液晶に印加される電圧の
平均値は零となり、直流成分が全く存在しないので、強
誘電性液晶の劣化が生じなく、かつ所望の光透過状態を
高速で得ることができる。
【0043】さらに、本実施例に於いては、直流成分を
零にするためのパルス電圧の波高値が、強誘電性液晶の
しきい値電圧VC より小さいので、第1の実施例に比し
て、コントラスト比が大きくなる。
【0044】図15及び図16は本発明の第3の実施例
を示す駆動波形であり、図15が明るい表示をする場
合、図16が暗い表示をする場合をそれぞれ示す。
【0045】図15及び図16に於いても、液晶素子の
光透過状態を定める第1の電圧信号であるパルス電圧の
時間積分S1と、第2の電圧信号の時間積分(S2+S3
4)との関係は、数2に示す様に、互いに極性が反対
で、絶対値は等しくなっている。
【0046】 S1=−(S2+S3+S4) …(数2) 図17及び図18が本発明の第4の実施例を示す駆動波
形であり、図17が明るい表示をする場合、図18が暗
い表示をする場合をそれぞれ示す。
【0047】図17及び図18に於いても、液晶素子の
光透過状態を定める第1の電圧信号であるパルス電圧の
時間積分S1と、第2の電圧信号の時間積分(S2+S3
+S4+S5+S6)との関係は、数3に示す様に、互い
に極性が反対で、絶対値は等しくなっている。
【0048】 S1=−(S2+S3+S4+S5+S6) …(数3) 図19及び図20は本発明の第5の実施例を示す駆動波
形であり、図19が明るい表示をする場合、図20が暗
い表示をする場合をそれそれ示す。
【0049】図19及び図20に於いても、液晶素子の
光透過状態を定める第1の電圧信号であるパルス電圧の
時間積分S1 と、第2の電圧信号の時間積分S2 との関
係は、数1に示す様に、互いに極性が反対で、絶対値は
等しくなっている。
【0050】本実施例に於いても、前述の実施例と同様
な効果が得られ、さらに、光透過状態を定めるパルス電
圧が印加される期間tD が、直流成分を零にするための
パルス電圧が印加される期間tC より充分長いので、コ
ントラスト比が大きくなる。以上述べた本発明の第1〜
第5の実施例に於いては、図3に示す様に、偏光板13
1の偏光軸方向31を、電界−Eを印加したときの強誘
電性液晶分子の螺旋軸2の方向と一致させたが、電界E
を印加したときの強誘電性液晶分子の螺旋軸2の方向と
一致させても良く、この場合、第1〜第5の実施例に於
いて、明るい表示と暗い表示が逆になる。
【0051】さらに、第1〜第5の実施例に於いては、
液晶素子の光透過状態を定めるパルス電圧が印加される
直前及び直後に、直流成分を零にする電圧信号を印加し
たが、これに限定されず、光透過状態を定めるパルス電
圧が印加される周期内であれば、いつでも良い。
【0052】また、本発明の実施例では、スタティック
駆動を例にとって説明したが、線順次走査,点順次走査
等のダイナミック駆動に於いても、本発明は適用でき、
さらに、DOBAMBC に限定されなく、例えば表1に示され
る他の強誘電性液晶に於いても本発明は適用できる。
【0053】
【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、強誘
電性液晶の劣化を防ぎ、かつ、所望の光透過状態を高速
で得られる液晶表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】強誘電性液晶の印加電界に対する状態を示す
図。
【図2】本発明が適用できる液晶素子の一実施例を示す
断面図。
【図3】図2に於ける強誘電性液晶分子1の螺旋軸2の
方向と偏光板の偏光軸方向31,32との関係を示す
図。
【図4】本発明が適用できる強誘電性液晶の光透過特性
の一例を示す図。
【図5】本発明のパルス電圧VP に対する光透過状態の
応答を示す図。
【図6】本発明のパルス電圧VP に対する光透過状態の
応答を示す図。
【図7】パルス電圧列に対する光透過状態の応答を示す
図。
【図8】パルス電圧列に対する光透過状態の応答を示す
図。
【図9】本発明の第1の実施例における駆動波形を示す
図。
【図10】本発明の第1の実施例における駆動波形を示
す図。
【図11】図9及び図10に示す駆動波形を実現する具
体的回路の一例を示す図。
【図12】図11の回路の各信号のタイミングを示す
図。
【図13】本発明の第2の実施例における駆動波形を示
す図。
【図14】本発明の第2の実施例における駆動波形を示
す図。
【図15】本発明の第3の実施例における駆動波形を示
す図。
【図16】本発明の第3の実施例における駆動波形を示
す図。
【図17】本発明の第4の実施例における駆動波形を示
す図。
【図18】本発明の第4の実施例における駆動波形を示
す図。
【図19】本発明の第5の実施例における駆動波形を示
す図。
【図20】本発明の第5の実施例における駆動波形を示
す図。
【符号の説明】
1…強誘電性液晶分子、11…表示電極、121,12
2…基板。
フロントページの続き (72)発明者 中野 文雄 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対向面に電極を有する一対の基板間に強誘
    電性液晶を挾持してなる液晶素子と、波高値が等しく符
    号が逆の正負一対のパルス電圧を上記液晶素子に印加す
    る駆動回路とからなる液晶表示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS4992948A (ja) * 1973-01-10 1974-09-04
JPS56107216A (en) * 1980-01-08 1981-08-26 Clark Noel A Liquid crystal electrooptical device and production thereof

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