JPH0756544B2 - 液晶電気光学装置の駆動方法 - Google Patents

液晶電気光学装置の駆動方法

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JPH0756544B2
JPH0756544B2 JP60147401A JP14740185A JPH0756544B2 JP H0756544 B2 JPH0756544 B2 JP H0756544B2 JP 60147401 A JP60147401 A JP 60147401A JP 14740185 A JP14740185 A JP 14740185A JP H0756544 B2 JPH0756544 B2 JP H0756544B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶電気光学装置の駆動方法に関し、特に強誘
電性液晶を使用した液晶電気光学装置の駆動方法に関す
る。
〔発明の概要〕
本発明は液晶電気光学装置の駆動方法において走査電圧
として非選択時に高周波交流電圧パルスを印加すること
とし、その振幅は、UP状態とDOWN状態の安定性の差およ
び、UP状態からDOWN状態へスイッチする場合とDOWN状態
からUP状態へスイッチする場合のしきい特性の差に応じ
てOVを中心に非対称として、さらにその高周波交流電圧
パルスの周波数と振幅は、非選択時に印加される低周波
信号電圧パルスとの合成波形が常に交流となり、個々の
電圧パルスに対して強誘電性液晶の永久双種子が応答可
能であるような値としたことにより、UP状態又はDOWN状
態の安定性すなわち双安定性が低い場合でも非選択時に
印加される高周波交流電圧パルスによつてその双安定性
の低さを補助して、従来では困難だつた2μm以上の液
晶層厚においても十分なコントラストが得られるマルチ
プレツクス駆動を可能にしたものである。
〔従来の技術〕
従来の強誘電性液晶を用いた液晶電気光学装置の駆動方
法として、Fourth Display Research Conference,Proce
eding P.217,特願昭58−179890,特願昭59−119680,特願
昭59−85481等がある。
〔発明が解決しようとする問題点及び目的〕
第1図に示したように強誘電性液晶の分子11は図中の円
錐12の上にある。無電界時、液晶層厚dが十分薄ければ
液晶分子はアンカリング効果によつて基板14と平行に配
向する。この時、永久双極子13は基板14と直交し、第2
図(a)に示すようにその向きは+y方向(UP状態)又
は−y方向(DOWN状態)となつておりいずれの配向もそ
の安定性は高い。この双安定性は強誘電性液晶の記憶効
果として利用されている。しかし、dが十分薄くなけれ
ばこの双安定性は低下し、第2図(b)に示したように
液晶分子の配向分布が大きくなる。ただし第2図におけ
るベクトル21は液晶分子軸を示すベクトル11の円錐底面
への射影であり第2図(b)の斜線を施した部分はベク
トル21の分布範囲を示している。現在のところ双安定性
を高めるためには液晶材料によつて異なるが1.5μm程
度までdを薄くしなければならず、いかにして厚い液晶
層厚で双安定性を高めるか、という点が非常に重要な問
題となつている。
Fourth Display Research Conferenceにおいて示された
駆動方法は、第3図に示すように強誘電性液晶が持つ永
久双極子の配向に起因する誘電分散が起こつた後の誘電
異方性△εH(高周波における誘電異方性)が負となる
液晶材料を使用し、非選択時にバイアスとして高周波交
流電圧を印加することによつて、誘電異方性の効果を利
用して双安定性の低さを補助するものである。すなわ
ち、双安定性が低い場合、無電界時における液晶分子の
配向は基板面(x−z平面)との平行性が悪くなるが、
y方向に印加される高周波交流電圧と誘電異方性との相
互作用によつて液晶分子は基板面と平行に保持され、双
安定性が高められる。しかし、誘電異方性の効果を利用
するためには永久双極子が追従できない分散周波数以上
の高周波を印加しなければならず、更に、液晶分子を基
板面と平行に保持するためには高い電圧が必要となる。
従つて画素の総面積の大きい液晶電気光学装置をこの方
法で駆動する場合、高周波交流電圧印加による液晶層の
発熱および大きい静電容量による高周波電圧波形の歪な
どが問題となり、このような問題を解決するためには印
加電圧と周波数を低くしなければならない。
高周波交流電圧印加の効果はフレデリクス遷移と同じ現
象であり、そのしきい電圧VFは次式で表わされる。
そこで、VFを小さくするためにはK/△εを小さくすれば
よいが、K,△εいずれもその値を大きく変化させるこ
とは困難である。あるいは、分散周波数を低くするため
には液晶の応答速度を遅くすればよい。しかし、強誘電
性液晶の特徴とひとつはτ=η/(P・E)(τ:応答
速度、η:粘性、P:自発分極、E:印加電場)という式に
従つて非常に高速で印加電場に応答する、ということで
あるが、分散周波数すなわち交流電圧の周波数を低くす
るためにはこの特徴を犠牲にしなければならない。たと
えば、一般に知られているDOBAMBCの場合、応答速度は
d=1μm、印加電圧10Vで約100μsec程度であり、数1
0KHz以上まで周波数を高くしなければならない。分散周
波数と応答速度はほぼ互いに反比例すると考えられ、応
答速度をmsecのオーダーまでおそくすることはあまり好
ましいことではない。
また、この方法は誘電異方性を利用するため、△ε
Oとなる強誘電性液晶を使用しなければならない。△ε
<Oと強誘電性液晶としてはたとえば分子軸を横切る
方向にシアノ基等を付け加えたn−OBAMBCが知られてお
り、その構造は次のような形をしている。
またシアノ基を持たないn−OBAMBCは次のような構造を
持つており、その誘電異方性は正である。
C≡NとC=Oの双極子は立体的に互いに打ち消す方向
を向いているため、n−OBAMBCCの永久双極子はn−OBA
MBCのそれより小さくなる。従つてベースとなる液晶材
料の永久双極子を小さくしないようにして△εを負と
しなければならず、材料開発がひとつの問題となる。
次に特願昭58−179890に示された駆動方法では、双安定
性の低さを補助してスタテイツク駆動することはできる
がマルチプレツクス駆動は不可能である。また特願昭59
−119680,特願昭59−85481に示された駆動方法では十分
な双安定性がなければマルチプレツクス駆動することは
できず、dを十分薄くして双安定性を高めなければなら
ない。
そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、そ
の目的とするところは、量産的な厚さにおいてより低電
圧、高周波交流電圧によつて双安定性の低さを補助し、
大面積の液晶電気光学装置へも応用可能なマルチプレツ
クス駆動方法を提供するところにある。
〔問題を解決するための手段〕
本発明の液晶電気光学装置の駆動方式は、走査電極を有
する一方の基板と信号電極を有する他方の基板との間に
強誘電性液晶を挟持してなる液晶電気光学装置の駆動方
法において、 前記走査電極には、選択期間では選択電位を、非選択期
間では非選択電位を有する走査信号を供給し、かつ前記
信号電極には、前記選択期間毎にオン・オフ選択用のデ
ータ信号を供給することにより、前記選択期間内に前記
液晶の分子を、表示状態のオンもしくはオフのどちらか
に対応する所定の配列方向に揃える液晶素子の飽和値以
上の電圧パルスが前記液晶の印加されてなり、 前記非選択期間には0vに対して非対称な振幅をもつ高周
波交流電圧パルスを前記走査電極に印加することによっ
て、前記非選択期間に高周波の電圧パルスが液晶に印加
されることを特徴とする。
〔実施例〕
以下、実施例に基づき詳細に説明する。
第4図に高周波の高周波交流電圧パルス(以下、交流バ
イアスという)の効果を示す。第4図(a)は印加電圧
波形であり、第4図(b)はその電圧波形に対する強誘
電性液晶の光学応答である。ここでは双安定性が低い液
晶素子を使用した場合の応答を示してあり、実線は非選
択時に交流バイアスを印加した場合、破線は交流バイア
スを印加しない場合の応答である。交流バイアスを印加
しない場合、電圧パルス+V1によつて明るさI1が選択さ
れるが、双安定性が悪いために明るさは破線で示したよ
うに変化し、I5となる。次の選択時に電圧パルス−V2
印加した場合も同様な光学応答を示す。次に非選択時に
交流バイアスを印加した場合、選択時の光学応答は交流
バイアスを印加していない場合と同じであり、選択時の
終りに明るさはI3又はI4となる。しかし、非選択時に印
加する交流バイアスの周波数と振幅V3,−V4を適当に設
定することにより、非選択時の明るさを実線で示したよ
うにI3又はI4の近傍で振動させることができる。
UP状態とDOWN状態の安定性が互いに等しく、UP状態から
DOWN状態へスイツチする場合とDOWN状態からUP状態へス
イツチする場合のしきい特性も等しければV3=V4すれば
よい。また、たとえばDOWN状態よりUP状態の方がその安
定性が低い場合は、UP→DOWNのしきい電圧の方がDOWN→
UPのしきい電圧よりも低いと考えられ、V3>V4とするこ
とによつて第4図(b)の実線で示したような光学応答
を得ることができる。
交流バイアスの効果をさらに液晶分子の動きを用いて説
明する。第5図において座標系を第1図と同様にとり、
方位角φを図のように定義し、φ=0の時をDOWN状態と
し、その明るさをI2,φ=φの時の明るさをI4とす
る。また、ここではUP状態よりDOWN状態の方がその安定
性が低く、第4図(a)においてV3<V4とした電圧波形
を印加した場合を考える。最初に電圧パルス−V2によつ
てDOWN状態へスイツチしてφ=0としてもDOWN状態の安
定性が低いため液晶分子の配向方向はx軸方向からずれ
て、選択時が終わつた時にはφ=±φ(明るさI4)と
なる。その後、第4図(a)に示したようにパルス幅の
短い波高値+V3の電圧パルスが1個印加され、φ=±
(φ+△φ)となる。次に波高値−V3の電圧パルス
を1個印加すれば、φ=±(φ+△φ−△φ
となるが、ここではUP→DOWNとDOWN→UPのしきい特性が
異なるため△φ≠△φであり、振幅±V3の交流バイ
アスを印加したのでは明るさI4を保持することはできな
い。しかし両者のしきい特性の差に応じて△φ=△φ
となるように振幅(+V3,−V4)を設定し、さらに△
φ(△φ)の値をできる限り小さくすれば、交流バ
イアスを印加することによつて液晶分子の配向方向はφ
〜φ+△φ又は−φ〜−φ−△φの間で振
動し、約I4の明るさを保持することができる。
第6図に液晶電気光学装置の断面図を示す。2枚のガラ
ス基板11の対向する面にストライプ状の透明電極12を設
け、上下基板面に設けられた前記ストライプ状透明電極
を互いに直交させマトリクスを形成するように2枚のガ
ラス基板11を重ね合わせる。13は配向制御膜であり、ラ
ビング処理を施してある。14は偏光方向を互いにほぼ直
交させた偏光子であり、15は液晶層16の厚さを定めるた
めのスペーサーである。
第1の実施例として第7図に示した駆動波形を使用し
た。第7図(a),(b)はそれぞれ走査電圧波形Vtと
信号電圧波形Vdであり、第7図(c)はVtとVdの合成波
形、VLC第7図(d)はVLCに対する液晶の光学応答であ
る。UP状態からDOWN状態へスイツチする時のパルス幅t1
における飽和電圧を−VS′,DOWN状態からUP状態へスイ
ツチする時のパルス幅t1におけるしきい電圧と飽和電圧
をそれぞれ+Vth,+Vsとする。以下の実施例についても
同様である。液晶材料としてはHpOBAMBCを使用し、液晶
層の厚さを3.5μm,t1=200μsec,デユーテイ比1/256,+
V1=+7V,−V2=−16V,+V3=+18V,−V4=−23V,+V5
=+3V,−V6=−3V,交流バイアスの周波数fb=6KHzとし
た。交流バイアスを印加しなければ双安定性が非常に低
く、マルチプレツクス駆動することができなかつたが、
交流バイアスを印加することによつて双安定性が高めら
れ、1:13のコントラスト比を得ることができた。
第2の実施例では、第1の実施例における駆動波形を使
用し、液晶層の厚さを4.0μm,t1=150μsec,デユーテイ
比1/256,+V1=+3V,−V2=−15V,+V3=+14V,−V4
−16V,fb=8KHzとした。本実施例ではしきい特性の急峻
性が非常に悪いため、+V5=+5V,−V6=−5VとしてV1
+V6=8V,V1−V5=−2Vとなるようにした。その結果、
1:14のコントラスト比が得られた。
第3の実施例として、第8図に示した駆動波形を使用し
た。液晶層の厚さを1.5μm,t1=150μsec,デユーテイ比
1/256+V1=+6V,−V2=−10V,+V5=+3V,−V6=−3V,
また本実施例ではUP状態とDOWN状態の安定性は互いにほ
ぼ等しかつたので、交流バイアスの振幅を±20Vとし、f
b=10KHzとした。本実施例では液晶層厚が薄いため、交
流バイアスを印加しなくても約1:6のコントラストが得
られたが、交流バイアスを印加することによつてコント
ラストを1:12まで高くすることができた。
第4の実施例として、第2の実施例における駆動波形を
使用し、液晶層厚を2.0μm,t1=100μsec,デウーテイ比
1/128,+V1=+5V,−V2=−13V,+V5=+2V,−V6=−2
V,+V3=+15V,−V4=−17V,fb=12KHzとした。本実施
例においは1:14のコントラスト比が得られた。
第5の実施例として、第2の実施例における駆動波形を
使用し、液晶層厚を1.5μm,t1=100μsec,デユーテイ比
1/256,+V1=6V,−V2=−12V,+V5=+1V,−V6=−1V,
+V3=+27V,−V4=−30V,fb=30KHzとした。本実施例
では1:16のコントラスト比が得られた。第9,10図にそれ
ぞれ第7図,第8図に示した駆動波形を発生させるため
の論理回路図を示す。h,h′はいずれも液晶のON,OFFを
選択するための信号である。第9,10図におけるa〜mの
各点の信号波形を第11図と第12図に示した。第13図は交
流バイアス駆動波形を発生させるためのトランジスタ・
ドライバー回路図であり、c,d,f,g,kへは第9,10図にお
ける各点の信号波形を入力する。
上記の実施例では液晶材料としてHpOBAMBCを使用した
が、その他のあらゆる強誘電性液晶を使用することがで
き、交流の振幅と周波数は使用する液晶材料の特性に応
じて設定すればよい。
〔発明の効果〕
以上述べたように、UP状態とDOWN状態の安定性の差およ
びUP→DOWNとDOWN→UPのしきい特性の差に応じて、振幅
がOVを中心に非対称な交流バイアスを走査電圧として非
選択時に印加したことによつて、安定性の低さが交流バ
イアスによつて補助されるため、従来の駆動方法ではマ
ルチプレツクス駆動が不可能であつた液晶層厚において
もマルチプレツクス駆動が可能となる。また交流バイア
スの印加電圧、周波数とも、誘電異方性を利用した方法
に比べて低くすることができ、誘電異方性が負の新しい
液晶材料を開発する必要もない。従つて、量産が容易な
液晶層厚で大面積の液晶電気光学装置を安価に提供する
ことができる。本発明の駆動方法は大面積の液晶電気光
学装置のみでなく、プリンターヘツド用液晶シヤツタ
ー、直流電圧印加による液晶の劣化を防止できるスタテ
イツク駆動方法等へも応用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は強誘電性液晶の座標系図、第2図(a),
(b)は無電界時の液晶分子の配向分布図、第3図は強
誘電性液晶の誘電分散図、第4図は交流バイアスの効果
図、第5図は交流バイアス印加による液晶分子の配向分
布図、第6図は液晶電気光学装置の断面図、第7図は第
1,第2の実施例で用いた交流バイアス駆動波形と液晶の
光学応答を示す波形図、第8図は第3,第4,第5の実施例
で用いた交流バイアス駆動波形と液晶の光学応答を示す
波形図、第9図は第7図に示した駆動波形を発生させる
ための論理回路図、第10図は第8図に示した駆動波形を
発生させるための論理回路図、第11図は第9図の論理回
路のタイミングチヤート図、第12図は第10図の論理回路
のタイミングチヤート図、第13図は交流バイアス駆動波
形を発生させるためのトランジスタ・ドライバー回路図
である。 11……液晶分子 12……円錐 13……永久双極子 14……基板 21……液晶分子の円錐底面への射影 61……ガラス基板 62……透明電極 63……配向制御膜 64……偏光板 65……スペーサー 66……液晶層 91……NANDゲート 92……ANDゲート 93……NORゲート 94……ORゲート 95……インバータ 96……高出力バツフア 101……トランジスタ 102……トランジスタ 103……抵抗 104……ダイオード 105……コンデンサ 106……液晶電気光学装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】走査電極を有する一方の基板と信号電極を
    有する他方の基板との間に強誘電性液晶を挟持してなる
    液晶電気光学装置の駆動方法において、 前記走査電極には、選択期間では選択電位を、非選択期
    間では非選択電位を有する走査信号を供給し、かつ前記
    信号電極には、前記選択期間毎にオン・オフ選択用のデ
    ータ信号を供給することにより、前記選択期間内に前記
    液晶の分子を、表示状態のオンもしくはオフのどちらか
    に対応する所定の配列方向に揃える液晶素子の飽和値以
    上の電圧パルスが前記液晶に印加されてなり、 前記非選択期間には0vに対して非対称な振幅をもつ高周
    波交流電圧パルスを前記走査電極に印加することによっ
    て、前記非選択期間に高周波の電圧パルスが液晶に印加
    されることを特徴とする液晶電気光学装置の駆動方法。
JP60147401A 1985-07-04 1985-07-04 液晶電気光学装置の駆動方法 Expired - Lifetime JPH0756544B2 (ja)

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