JPH0764056A

JPH0764056A - 反強誘電性液晶表示素子及び反強誘電性液晶表示素子の駆動方法

Info

Publication number: JPH0764056A
Application number: JP20918293A
Authority: JP
Inventors: Tomio Tanaka; 富雄田中
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1993-08-24
Filing date: 1993-08-24
Publication date: 1995-03-10

Abstract

(57)【要約】【目的】アクティブマトリクスタイプの反強誘電性液
晶表示素子に、明確な階調表示を行なわせ、しかも、書
き込み時間を短くする。【構成】アクティブマトリクス方式の液晶表示装置
に、液晶分子の配列状態が互いに異なる第１と第２の強
誘電相と、反強誘電相を有し、広い反強誘電−強誘電相
転移現象を呈することによる無数の光学的中間状態を有
する液晶を前記基板間に封入する。各行の画素の選択期
間を前期選択期間と後期選択期間に分割し、前期選択期
間には、反強誘電性液晶を強誘電相または反強誘電相に
誘導するために十分な電圧ＶＲ、−ＶＲを画素に印加
し、表示素子を暗または明に設定する。後期選択期間に
は、書き込み電圧ＶＤを画素に印加し、画素の階調を表
示階調に設定する。前期選択期間は複数行の画素に同一
のタイミングで設定され、後期選択期間は、行毎に異な
ったタイミングで設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は反強誘電性液晶（ＡＦ
ＬＣ、Anti Ferroelectric Liquid Crystal)を用いた液
晶表示素子及びその駆動方法に関し、特に、階調表示可
能なＡＦＬＣ液晶表示素子及びその駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶を用いる強誘電性液晶表示
素子は、ネマティック液晶を用いるＴＮモードの液晶表
示素子と比較して、高速応答、広い視野角が得られる等
の点で注目されている。

【０００３】強誘電性液晶表示素子としては、強誘電性
液晶を用いた強誘電性液晶表示素子と反強誘電性液晶を
用いた反強誘電性液晶表示素子とがあり、最近は、反強
誘電性液晶表示素子に関する研究が盛んになっている。

【０００４】反強誘電性液晶表示素子は、反強誘電性液
晶が備える配向状態の安定性を利用して画像を表示する
ものである。即ち、反強誘電性液晶は、液晶分子の配向
に３つの安定状態を有し、第１のしきい値以上の電圧を
該液晶に印加したとき、印加電圧の極性に応じて液晶分
子が第１の方向に配列する第１の強誘電相または第２の
方向に配列する第２の強誘電相に配向し、前記第１のし
きい値より低い第２のしきい値以下の電圧を印加したと
き、第１と第２の強誘電相の中間の配列状態である反強
誘電相に配向する。液晶表示素子の両側に配置する一対
の偏光板の透過軸の方向を反強誘電相の光学軸を基準に
して設定することにより、光の透過率を制御して画像を
表示することができる。

【０００５】反強誘電性液晶は、印加電圧が変化して
も、上記第１と第２のしきい値の間の範囲であれば、第
１または第２の強誘電相または反強誘電相に配向した状
態を維持するというメモリ性を有している。従来の反強
誘電性液晶表示素子は、このメモリ性を利用して単純マ
トリクス駆動されている。

【０００６】反強誘電性液晶の配向状態のメモリ性は、
液晶が第１または第２の強誘電相から反強誘電相に相転
移する電圧と、反強誘電相から第１または第２の強誘電
相に相転移する電圧との電圧差によって定まり、この電
圧差が大きいほど、配向状態のメモリ性が高い。このた
め、従来の単純マトリクス駆動される反強誘電性液晶表
示素子では、反強誘電性液晶として、上記電圧差が大き
い液晶を用いている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、メモリ性の高
い反強誘電性液晶を用いる従来の反強誘電性液晶表示素
子は、光の透過率を任意に制御することができず、表示
階調の制御がほとんど不可能で、階調表示を実現するこ
とはできなかった。

【０００８】この発明は上記実状に鑑みてなされたもの
で、明確な階調表示を実現できる反強誘電性液晶表示装
置及びその駆動方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にかかる液晶表示素子は、対向する一対の
基板の一方に画素電極と制御信号に応じてデータ信号を
前記画素電極に供給する能動素子を形成し、他方の基板
に前記画素電極に対向する対向電極を形成し、液晶分子
の配列状態が互いに異なる第１と第２の強誘電相と、反
強誘電相を有し、反強誘電−強誘電相転移現象におい
て、印加電圧±０．７Ｖ以内の領域においてのみ反強誘
電相を示す液晶、または、液晶分子の配列状態が互いに
異なる第１と第２の強誘電相と、反強誘電相を有し、印
加電圧０Ｖにおいて平均的分子長軸方向が液晶の層法線
方向に一致せず、印加電圧０Ｖ以外の１または２の電圧
で層法線方向に一致する特性を有する液晶を前記基板間
に封入し、階調表示を可能としたことを特徴とする。

【００１０】上記目的を達成するため、この発明にかか
る液晶表示素子の駆動方法は、画素電極と画素電極に接
続されたアクティブ素子がマトリクス状に複数配列され
た一方の基板と、前記画素電極に対向する対向電極が形
成された他方の基板と、前記基板の間に封入され、液晶
分子の配列状態が互いに異なる第１と第２の強誘電相
と、反強誘電相と、相転移前駆現象による前記強誘電相
と前記反強誘電相の間の中間的光学状態を有する反強誘
電性液晶、を備えた反強誘電性液晶表示素子の駆動方法
において、前記画素電極と対向電極とそれらに挟まれた
前記反強誘電性液晶から構成される各画素の選択期間は
前期選択期間と後期選択期間を含み、前記前期選択期間
には、前記液晶を前記第１または第２の強誘電相と前記
反強誘電相のいずれか１つの状態に設定する初期化電圧
を前記画素電極と前記対向電極間に印加し、前記後期選
択期間には、表示階調に応じて変化し、前記液晶を前記
相転移前駆現象による中間的光学状態に設定するため書
き込み電圧を、前記画素電極と前記対向電極間に印加
し、階調表示を可能としたことを特徴とする。

【００１１】さらに、この発明にかかる反強誘電性液晶
表示装置は、画素電極とこの画素電極に接続されたアク
ティブ素子がマトリクス状に配列された一方の基板と、
前記画素電極に対向する対向電極が形成された他方の基
板と、前記基板の間に封入され、液晶分子の配列状態が
互いに異なる第１と第２の強誘電相と、反強誘電相と、
相転移前駆現象による前記強誘電相と前記反強誘電相の
間の中間的光学状態を有する反強誘電性液晶、を備えた
反強誘電性液晶表示素子と、前記アクティブ素子に接続
され、前記画素電極を前期選択期間と前記前期選択期間
とで選択し、前記前期選択期間には、前記液晶を前記第
１または第２の強誘電相または反強誘電相に設定するた
めの初期化電圧を前記アクティブ素子を介して前記画素
電極に印加し、前記後期選択期間には、画素の表示階調
に応じて変化し、前記液晶を前記相転移前駆現象による
光学的中間状態に設定する電圧を前記アクティブ素子を
介して前記画素電極に印加する駆動手段、を備えること
を特徴とする。

【００１２】前記前期選択期間は、例えば、前記マトリ
クスの複数行に共通のタイミング、前記後期選択期間は
行毎に異なったタイミングにされる。初期化電圧及び前
記書き込み電圧の極性を表示フレーム毎に反転するよう
にしてもよい。光入射側の偏光板は、例えば、前記反強
誘電性液晶の層の法線方向に吸収軸または透過軸をほぼ
一致させて配置され、光出射側の偏光板は、前記第１の
偏光板の吸収軸に吸収軸をほぼ直交させて配置される。

【００１３】

【作用】反強誘電−強誘電相転移現象において、±０．
７（望ましくは、±０．５）Ｖの狭い印加電圧領域にお
いてのみ反強誘電相を示す液晶（例えば、図１０（ａ）
に示す特性を有する液晶）、及び、印加電圧０Ｖにおい
て平均的分子長軸方向が液晶の層法線方向に一致せず、
印加電圧０Ｖ以外の１または２の印加電圧で層法線方向
に一致する特性を有する液晶（例えば、図１１（ａ）に
示す特性を有する液晶）は、反強誘電−強誘電相転移前
駆現象を呈する印加電圧の範囲が広く、無数の中間的光
学状態を有する。従って、この種の液晶を用いることに
より、階調表示が可能な液晶表示素子を提供できる。

【００１４】また、前記液晶表示素子の駆動方法及び液
晶表示装置によれば、反強誘電−強誘電相転移前駆現象
による中間的光学状態を有する液晶を用い、初期化電圧
により、液晶を反強誘電相または強誘電相に設定し、そ
の後、書き込み電圧を液晶に印加する。従って、液晶は
書き込み電圧に対応した光学的中間状態となり、表示階
調が書き込み電圧に対応してほぼ一義的に定まり、明確
な階調表示が可能となる。また、前期選択期間を複数行
で同一タイミングとすることにより、行毎に前期選択期
間を設ける場合に比較して、書き込み時間を短くするこ
とができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。まず、本実施例の反強誘電性液晶表示素子の構成
を説明する。図６は反強誘電性液晶表示素子の断面図、
図７は画素電極とアクティブ素子を形成した基板の平面
図である。

【００１６】この反強誘電性液晶表示素子は、アクティ
ブマトリクス方式のものであり、一対の透明基板（例え
ば、ガラス基板）１、２のうち、図６において下側の基
板（以下、下基板）１には透明な画素電極３と画素電極
３に接続されたアクティブ素子４とがマトリクス状に配
列形成されている。

【００１７】アクティブ素子４は、例えば、薄膜トラン
ジスタ（以下、ＴＦＴ）から構成される。ＴＦＴ４は、
基板１上に形成されたゲート電極と、ゲート電極を覆う
ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜の上に形成された半導体
層と、半導体層の上に形成されたソース電極及びドレイ
ン電極とから構成される。

【００１８】さらに、下基板１には、図７に示すよう
に、画素電極３の行間にゲートライン（走査ライン）５
が配線され、画素電極３の列間にデータライン（階調信
号ライン）６が配線されている。各ＦＴＦ４のゲート電
極は対応するゲートライン５に接続され、ドレイン電極
は対応するデータライン６に接続されている。

【００１９】ゲートライン５は、端部５ａを介して行ド
ライバ（行駆動回路）２１に接続され、データライン６
は端部６ａを介して列ドライバ（列駆動回路）２２に接
続される。行ドライバ２１は、後述するゲートパルスを
印加して、ゲートライン５をスキャンする。一方、列ド
ライバ２２は、表示データ（階調データ）を受け、デー
タライン６に表示データに対応するデータ信号を印加す
る。ゲート信号とデータ信号の詳細は後述する。

【００２０】ゲートライン５は端子部５ａを除いてＴＦ
Ｔ４のゲート絶縁膜（透明膜）で覆われており、データ
ライン６は前記ゲート絶縁膜の上に形成されている。画
素電極３は前記ゲート絶縁膜の上に形成されており、そ
の一端部においてＴＦＴ４のソース電極に接続されてい
る。

【００２１】図６において、上側の基板（以下、上基
板）２には、下基板１の各画素電極３と対向する透明な
対向電極７が形成されている。対向電極７は表示領域全
体にわたる面積の１枚の電極から構成され、一定の基準
電圧Ｖ０が印加されている。

【００２２】下基板１と上基板２の電極形成面には、そ
れぞれ配向膜８、９が設けられている。配向膜８、９は
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、その対向面にはラビングによる配向処理が施され
ている。

【００２３】下基板１と上基板２は、その外周縁部にお
いて枠状のシール材１０を介して接着されており、基板
１、２間のシール材１０で囲まれた領域には液晶１１が
封入されている。液晶１１は、図１０（ａ）または図１
１（ａ）の特性を有する反強誘電性液晶（以下、ＡＦＬ
Ｃ）である。なお、図６において、符号１２は両基板
１、２の間隔を規制する透明なギャップ材を示し、この
ギャップ材１２は液晶封入領域内に点在状態で配置され
ている。

【００２４】ＡＦＬＣ１１は、印加される電界に応じて
液晶分子が一方向に配列した第１の強誘電相と前記一方
向と異なる他方向に配列した第２の強誘電相、及び第１
と第２の強誘電相の中間の配列状態（液晶の平均的分子
長軸方向が液晶の層構造の層法線方向揃った状態）の反
強誘電相、及び比較的広い反強誘電性−強誘電相転移前
駆現象を呈する。この相転移前駆現象により、液晶分子
は、印加される電界（電圧）の強さに応じて、その液晶
分子の平均的長軸方向が第１または第２の強誘電相と反
強誘電相の間の状態にある任意の中間的光学状態に配向
する。そして、ＡＦＬＣ１１は、その螺旋ピッチが基板
間隔より大きいため、螺旋構造を消失した状態で基板
１、２間に封入されている。

【００２５】液晶表示素子の上下には、一対の偏光板１
３、１４が配置されている。偏光板１３、１４の透過軸
とＡＦＬＣ１１の液晶分子の配向方向との関係を図８の
ように設定されている。図８において、符号１１Ａ、１
１Ｂ、１１Ｃは、それぞれ、ＡＦＬＣ１１の２つの強誘
電相における液晶分子の配列方向と反強誘電相の光学軸
の方向を示す。

【００２６】ＡＦＬＣ１１は、液晶分子が一方の極性で
かつあるしきい値電圧（ＯＮしきい値電圧）以上の電圧
が印加されたときに一点鎖線で示した第１の方向１１Ａ
に配向し、極性が逆でかつ絶対値が前記ＯＮしきい値電
圧以上の電圧を印加した時に二点鎖線で示した第２の方
向１１Ｂに配向し、さらに、前記ＯＮしきい値電圧より
低い他のしきい値電圧（ＯＦＦしきい値電圧）以下の電
圧を印加した時に、実線で示した第３の方向１１Ｃに光
学軸が向くように配向する。また、ＯＮしきい値電圧と
ＯＦＦしきい値電圧の間の電圧を印加した時、平均的分
子長軸方向が第１の方向１１Ａと第３の方向１１Ｃの
間、または、第２の方向１１Ｂと第３の方向１１Ｃの間
となるように配向し、光学的中間状態となる。

【００２７】図８において、符号１３ａ、１４ａは、そ
れぞれ、下側の偏光板（以下、下偏光板）１３の透過軸
と上側の偏光板（以下、上偏光板）１４の透過軸を示し
ている。下偏光板１３の透過軸１３ａはＡＦＬＣ１１の
第３の方向１１Ｃに対しほぼ直角であり、上偏光板１４
の透過軸１４ａは前記第３の方向１１Ｃとほぼ平行であ
る。

【００２８】このように、偏光板１３、１４の透過軸を
設定した反強誘電性液晶表示素子は、液晶分子の長軸が
第１または第２の方向１１Ａ、１１Ｂにほぼ配向した強
誘電相の時に透過率がほぼ最大（表示が最も明るく）に
なり、液晶分子の長軸を第３の方向１１Ｃに向くように
ほぼ配向した反強誘電相の時に透過率がほぼ最小（表示
が最も暗く）になる。

【００２９】すなわち、液晶分子が第１または第２の方
向１１Ａ、１１Ｂを向いた状態では、入射側の偏光板を
通過した直線偏光はＡＦＬＣ１１の偏光作用により非直
線偏光となり、出射側偏光板の透過軸と平行な成分が出
射側の偏光板を透過して出射し、表示は明るくなる。一
方、液晶分子が第３の方向１１Ｃを向いた状態では、入
射側の偏光板を通った直線偏光はＡＦＬＣ１１の偏光作
用をほとんど受けず、直線偏光のまま液晶層を通過し、
そのほとんどが出射側の偏光板で吸収され、表示が暗く
なる。また、液晶が光学的中間状態の時は、分子長軸の
方向に応じた階調が得られる。

【００３０】次に、本実施例の液晶表示装置に使用され
る２種類のＡＦＬＣについて説明する。まず、図１０
（ａ）は、第１のＡＦＬＣの印加電圧と透過率の関係
（電気−光学特性）を示す。この電気−光学特性は一対
の偏光板を図８に示すように配置し、０．１Ｈｚ程度の
十分低周波の三角波電圧をこのＡＦＬＣに印加して得ら
れたものである。このＡＦＬＣは、±０．５Ｖ（±０．
３Ｖ〜０．７Ｖ）程度の非常に狭い印加電圧領域におい
てのみ、反強誘電相を示す（平均的分子長軸方向が、Ａ
ＦＬＣの層構造の層の法線方向に揃う）特性を有し、特
性カーブが急峻であり、反強誘電相を示す領域（印加電
圧がほぼ０Ｖの領域）に平坦な領域がほとんど存在しな
い（一般的なＡＦＬＣは、反強誘電相を示す領域が比較
的広く、特性カーブの中央部分に平坦な部分が存在す
る）。この種のＡＦＬＣは、反強誘電−強誘電相転移前
駆現象を呈する印加電圧の範囲が広いため、印加電圧に
応じて無数の中間的光学状態を有し、適切な中間的光学
状態を選択して設定することにより、階調表示が可能と
なる。

【００３１】また、図１１（ａ）は、第２のＡＦＬＣの
電気−光学特性を示す。この特性も一対の偏光板を図８
に示すように配置し、０．１Ｈｚ程度の十分低周波の三
角波電圧をこのＡＦＬＣに印加して得られたものであ
る。この特性を有するＡＦＬＣは、印加電圧０Ｖでは、
平均的分子長軸方向が層法線方向に揃わず、印加電圧０
Ｖ以外の２つの電圧値で平均的分子長軸方向が、層法線
方向に揃い、透過率が最小となる。即ち、暗状態になる
電圧領域が２つに分離しており、印加電圧が０Ｖ付近に
平坦な部分が存在しない。この種のＡＦＬＣは、反強誘
電−強誘電相転移前駆現象を呈する印加電圧の範囲が広
いため、印加電圧に応じて無数の中間的光学状態を有
し、適切な中間的光学状態を選択して設定することによ
り、階調表示が可能となる。

【００３２】第１及び第２のＡＦＬＣは、コーンアング
ルが３０゜から４５゜（望ましくは、３５゜以上）と大
きく、自発分極が約２００以上と大きく、さらに、相シ
ーケンスがＩ、ＳｍＡ（スメクティックＡ相）、ＡＳｍ
Ｃ*（アンチ（反）スメクティックＣ*相）と相転移する
液晶である。

【００３３】しかし、第１及び第２のＡＦＬＣに単純に
電圧を印加しても、印加電圧に対して表示階調が一義に
定まらない。例えば、ＡＦＬＣ素子の駆動（ＯＮ／ＯＦ
Ｆ駆動）に用いられる図１２（ａ）の印加電圧の電圧Ｖ
Ｐを大きくしていった場合、その透過率は（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）の順に変化し、電圧ＶＰが大きくなる
と、（ｃ）、（ｄ）に示すように、光学状態が変化し、
フリッカの原因になると共に印加電圧に対して連続した
透過光量変化が得られない。

【００３４】そこで、この実施例では、第１及び第２の
ＡＦＬＣのような、電気−光学特性を有するＡＦＬＣを
用いた液晶表示素子の階調表示を、以下に示す第１、第
２実施例にかかる駆動方法により動作させた。

【００３５】次に、上記構成の強誘電性液晶表示素子の
第１実施例にかかる駆動方法を図１、図２を参照して説
明する。図１は、この実施例の反強誘電性液表示素子の
任意の第１行〜８行の画素電極３に印加される電圧波形
及び各画素の容量に保持される電圧波形、図２は、第１
行〜第１６行のゲートライン５及び各データライン６に
印加される信号の電圧波形を示す。

【００３６】本駆動方法においては、各行の画素（また
は画素電極）の選択期間（対応するゲートライン５にゲ
ートパルスが印加されている期間）は前期選択期間と後
期選択期間から構成され、前期選択期間は複数（８つ）
の行で同一タイミングであり、後期選択期間は行毎に異
なる。前期選択期間には、ＡＦＬＣ１１を第１又は第２
の強誘電相に設定するための初期化パルスＰ１がＡＦＬ
Ｃ１１に印加され、後期選択期間には、書き込みパルス
Ｐ２がＡＦＬＣ１１に印加される。

【００３７】まず、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、
第１行〜第８行の画素の前期選択期間に、行ドライバ２
１は第１行〜第８行のゲートライン５に同時にゲートパ
ルスを印加し、第１行〜第８行のＴＦＴ４を同時にオン
させる。この間、コラムドライバ２２はデータライン６
に、図２（ｈ）に示すように、正極性の初期化パルスＰ
１を印加する。このため、第１行〜第８行の画素電極３
には、図１（ａ）〜（ｄ）に実線で示す初期化パルスＰ
１が印加される。

【００３８】初期化パルスＰ１の電圧値ＶＲは液晶分子
のほとんどの長軸が第１の方向１１Ａに向くのに必要な
電圧以上の値であり、第１行〜第８行の画素はすべて白
（透過）状態となる。また、初期化パルスＰ１の極性及
び電圧値は、データ信号の基準電圧Ｖ０に対する極性と
電圧である。この基準電圧Ｖ０は対向電極７に印加する
電圧と同一である。ゲートライン５に供給されるゲート
パルスのパルス幅はデータライン６に供給されるデータ
信号のパルス幅より狭い。これは、データ信号が変化す
る前にＴＦＴ４をオフさせ、データ信号の電圧レベルを
正確に各画素の容量（画素電極３、対向電極７、ＡＦＬ
Ｃ１１から構成される容量）に保持するためである。図
２では、図面を見やすくするため、ゲートパルスとデー
タ信号のパルス幅の差を強調している。

【００３９】図２（ａ）〜（ｄ）に示すゲートパルスが
オフすると、第１行〜第８行のトランジスタ４もオフ
し、第１行〜第８行の各画素の容量は、図１（ａ）〜
（ｄ）に破線で示すように初期化パルスＰ１の電圧ＶＲ
にほぼ等しい電圧を保持し、後期選択期間まで白状態を
維持する。

【００４０】その後、第１行の画素の後期選択期間が開
始し、行ドライバ２１は第１行のゲートライン５にゲー
トパルスを印加し、第１行のゲートライン５に接続され
たＴＦＴ４がオンする。一方、列ドライバ２２は各デー
タライン６に、第１行の画素の表示階調に対応する電圧
（書き込み電圧）ＶＤを有する書き込みパルスＰ２を印
加する。

【００４１】この実施例では、書き込み電圧ＶＤの最小
値を電圧Ｖ０とし、最大値Ｖmaxを初期化パルスＰ１の
電圧ＶＲより若干低い値とし、Ｖ０〜Ｖmaxの範囲で書
き込み電圧ＶＤを表示階調に応じて制御する。

【００４２】書き込みパルスＰ２がデータライン６に印
加されている間に、行ドライバ２１はゲートパルスをオ
フし、第１行のＴＦＴ４をオフする。このため、第１行
の画素電極３にデータライン６からＴＦＴ４を介して印
加される電圧は図１（ａ）に実線で示すようになる。

【００４３】第１行の各画素の容量は、第１行のＴＦＴ
４がオフした際に印加されていた電圧、即ち、書き込み
パルスＰ２の書き込み電圧ＶＤにほぼ等しい電圧を、図
１（ａ）に破線で示すように保持し、次のフレームの前
期選択期間まで、書き込み電圧ＶＤに対応する階調を維
持する。

【００４４】以後、第２行、第３行、・・・、第８行の画
素の後期選択期間となり、行ドライバ２１は図２（ｂ）
〜（ｄ）に示すように、第２行、第３行、・・・、第８行
のゲートライン５にゲートパルスを順次印加し、列ドラ
イバ２２は、図２（ｈ）に示すように、各データライン
６に表示データに対応した書き込み電圧ＶＤを有する書
き込みパルスＰ２を印加する。この結果、第２行〜第８
行の画素電極３には、図１（ｂ）〜（ｄ）に実線で示す
書き込みパルスがデータライン６からＴＦＴ４を介して
印加され、第２行〜第８行の画素の容量は、図１（ｂ）
〜（ｄ）に破線で示すように、書き込み電圧ＶＤにほぼ
等しい電圧を保持する。これにより、表示データに対応
する階調を第１行〜第８行のゲートラインの次の前期選
択期間まで維持する。以上で、第１行〜第８行の画素へ
の書き込みが終了する。

【００４５】その後、第９行〜第１６行の画素の前期選
択期間になり、行ドライバ２１は、図２（ｅ）〜（ｇ）
に示すように、第９行〜第１６行のゲートライン５に同
時にゲートパルスを印加する。一方、列ドライバ２２
は、各データライン６に初期化パルスＰ１を印加する。
その後、順次、第９行〜第１６行の画素の後期選択期間
となり、行ドライバ２１は、図２（ｅ）〜（ｇ）に示す
ように、第９行、第１０行、・・・、第１６行のゲートラ
イン５にゲートパルスを順次印加し、列デコーダ２２
は、図２（ｈ）に示すように、各データライン６に書き
込みパルスＰ２を印加する。この結果、第９行〜第１６
行の画素は、表示データに対応する階調を次の前期選択
期間まで維持する。

【００４６】以後、同様の動作が８行毎に繰り返され、
すべての行の画素への書き込みが終了した時点で１フレ
ーム分の書き込み動作は終了する。そして、次のフレー
ムが開始すると、第１行の画素より、再び、上述の動作
が繰り返される。ただし、図１及び図２（ｈ）から明か
なように、初期化パルス及び書き込みパルスは、それぞ
れ、前のフレームで印加された初期化パルス及び書き込
みパルスと逆極性となる。初期化パルスＰ１の電圧値−
ＶＲは液晶分子の長軸のほとんどが第２の方向１１Ｂに
向くのに十分な電圧値以下の値を有する。

【００４７】以上説明した書き込み動作の全体の流れは
図３（ａ）〜（ｄ）に示すようになる。なお、図３
（ａ）と（ｄ）はこの液晶表示装置の一画面分を示し、
図３（ｂ）と（ｃ）は一画面の８行分を示す。

【００４８】まず、第１行〜第８行の画素に初期化パル
ス対が印加され、図３（ａ）にハッチングを付して示す
ように、第１行〜第８行の画素がすべて白（透過状態）
に設定される（第１行〜第８行の画素の前期選択期
間）。次に、第１行の画素に書き込みパルスＰ２が印加
され、図３（ｂ）に示すように、第１行の画素が表示デ
ータに対応した階調に設定される（第１行の画素の後期
選択期間）。

【００４９】次に、第２行の画素に書き込みパルスＰ２
が印加され、図３（ｃ）に示すように、第１行と第２の
画素が表示データに対応した階調に設定される（第２の
ゲートラインの後期選択期間）。以後、同様の動作が第
８行の画素まで繰り返され、第１行〜第８行の画素が表
示データに対応した階調に設定される。

【００５０】その後、第９行〜第１５行の画素に初期化
パルス対が印加され、図３（ｄ）にハッチングを付して
示すように、第９行〜第１５行の画素がすべて白状態に
設定される（第９行〜第１５のゲートラインの前期選択
期間）。次に、第９行〜第１５行の画素電極３に書き込
みパルスＰ２が順次印加され、図３（ｂ）、（ｃ）に示
すように、各行の画素が、順次、表示データに対応した
階調に設定される。

【００５１】１画面全体に表示データの書き込みが終了
すると、再び、図３（ａ）に示すように、第１行〜第８
行の画素に初期化パルスＰ１が印加される。

【００５２】上記実施例においては、初期化パルスとし
て、ＡＦＬＣ１１を強誘電相に誘導できる電圧を使用し
た。初期化パルスとして、ＡＦＬＣ１１を反強誘電相に
誘導できる電圧を使用してもよい。前期選択期間にＡＦ
ＬＣ１１を反強誘電相に誘導できる電圧を印加する第２
実施例を図４、図５を参照して説明する。

【００５３】まず、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、
第１行〜第８行の画素の前期選択期間に、行ドライバ２
１は第１行〜第８行のゲートライン５に同時にゲートパ
ルスを印加し、列ドライバ２２はすべてのデータライン
６に、図５（ｈ）に示すように、電圧Ｖ０（対向電極７
の印加電圧）を印加する。このため、第１行〜第８の画
素電極３には、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、電圧
Ｖ０が印加される。電圧Ｖ０の印加により、ＡＦＬＣ１
１は反強誘電相を示し、第１行〜第８行の画素は暗（不
透過）状態となる（図１０（ａ）の電気−光学特性を有
するＡＦＬＣの場合、透過率は最小とはならないが、小
さい値になる）。

【００５４】その後、図５（ａ）〜（ｄ）に示すよう
に、ゲートパルスがオフし、第１行〜第８行の各画素の
容量は、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように電圧Ｖ０にほ
ぼ等しい電圧を保持し、後期選択期間まで暗状態を維持
する。

【００５５】その後、第１行〜第８行の画素の後期選択
期間が順次開始し、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、
行ドライバ２１は各行のゲートライン５にゲートパルス
を順次印加し、列ドライバ２２は図５（ｈ）に示すよう
に各データライン６に書き込みパルスを印加する。この
結果、第１行〜第８行の画素電極３と対向電極７には、
図４（ａ）〜（ｄ）に実線で示す波形の電圧が印加さ
れ、各行の画素の容量は破線で示す電圧を次のフレーム
の前記選択期間まで保持する。

【００５６】以後、同様の動作が８行毎に繰り返し、１
フレーム分の書き込みが終了すると、第１行の画素より
上述の動作が繰り返す。ただし、書き込みパルスの電圧
は前のフレームで印加された書き込みパルスの電圧と逆
極性となる。

【００５７】上記第１及び第２の駆動方法によれば、広
い相転移前駆駆動現象を示すＡＦＬＣ１１を用い、しか
も、前期選択期間でＡＦＬＣを強誘電相又は反強誘電相
を示す状態に設定し、その後、後期選択期間で表示階調
に対応した書き込み電圧を印加する。このため、ＡＦＬ
Ｃ１１を所望の中間的光学状態に一義的に設定でき、こ
れにより、任意の透過率はほぼ一義的に得ることができ
る。従って、階調表示が可能となる。

【００５８】次に、上述の駆動方法を可能とする行ドラ
イバ２１及び列ドライバ２２の構成の一例を図９を参照
して説明する。列ドライバ２２は例えば、タイミング信
号生成回路３１、電圧生成回路３２、選択信号生成回路
３３、選択回路３４より構成される。例えば、選択信号
生成回路３３と選択回路３４はデータライン６毎に配置
され、タイミング信号生成回路３１と電圧生成回路３２
は複数のデータライン６に共通に配置される。

【００５９】タイミング信号生成回路３１は、動作タイ
ミングを制御するタイミング信号を生成する。電圧生成
回路３２は、データライン６に印加する複数の電圧を生
成する。選択信号生成回路３３には、タイミング信号と
画素単位の表示データが供給される。第１行、第２行、
・・・の各画素の表示データを、例えば、Ｘ１、Ｘ２、・・
・、Ｘ８、Ｘ９、・・・と仮定すると、選択信号生成回路３
３は、タイミング信号に従って、８画素毎に初期化パル
スの電圧ＶＲまたはＶ０に対応するデータＸＲ又は−Ｘ
Ｒを挿入し、選択データＸＲ、−Ｘ１、−Ｘ２、・・・、
−Ｘ８、ＸＲ、−Ｘ９、・・・を生成する。また、次のフ
レームでは、選択信号生成回路３３は、データの符号を
反転し、選択データ−ＸＲ、Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘ８、
−ＸＲ、Ｘ９、・・・を生成する。選択回路３４は、電圧
生成回路３２から供給される電圧の内から選択データに
対応するものを選択し、データライン６に供給する。

【００６０】行ドラバ２１は、走査（アドレス）データ
生成回路４１と走査データ生成回路４１の出力データに
対応する電圧をゲートライン５に印加するドライバ４２
から構成される。各走査データ生成回路４１は、タイミ
ング信号生成回路３３から供給されるクロック信号に従
って、ゲートパルスに対応するデータ列を生成し、ドラ
イバ４２に供給する。

【００６１】図１０（ａ）に示す電気−光学特性を有す
る第１のＡＦＬＣを用い、図１３に示すように、画素電
極に電圧ＶＲ又は−ＶＲの初期化パルスを印加し、続い
て、電圧ＶＤの書き込みパルスを印加する駆動方法によ
り、液晶表示素子の階調制御を行なった。この駆動方法
においては、各パルスのパルス幅を１２０μｓ、ＶＲ＝
２０Ｖ、０≦ＶＤ≦１８Ｖに設定した。その結果、明確
な階調表示が可能であった。さらに、一対の偏光板１
３、１４の透過軸を平行に設定すると共に、強誘電相に
おけるリタデーションΔｎ・ｄ（Δｎは複屈折率、ｄは
液晶相の厚さ）を入射光の波長の整数倍に設定し、その
他の条件は上記と同一として、液晶表示素子を駆動した
（従って、第１のＡＦＬＣが強誘電相を呈する時は表示
は暗くなり、反強誘電相を呈するとき、表示は明るくな
る）。その結果を図１０（ｂ）に示す。この場合も、明
確な階調表示が可能であった。また、図１１（ａ）に示
す電気−光学特性を有する第２のＡＦＬＣを用い、図１
４に示すように、画素電極に電圧０Ｖを印加し、続い
て、電圧ＶＤの書き込みパルスを印加する駆動方法によ
り、液晶表示素子の階調制御を行なった。この駆動方法
においては、各パルスのパルス幅を１２０μｓ、０≦Ｖ
Ｄ≦１８Ｖに設定した。その結果を図１１（ｂ）に示
す。この場合も、明確な階調表示が可能であった。

【００６２】上記説明では、図１０（ａ）と図１１
（ｂ）に示す特異な電気−光学特性を有する第１と第２
のＡＦＬＣを用いて明確な階調表示を可能とする点を主
として説明した。しかし、この発明は、比較的広い相転
移前駆現象を示す他のＡＦＬＣにも適用可能である。

【００６３】上記実施例では、８行の前期選択期間を同
一タイミングにしたが、８つに限定されず、２以上のい
ずれでもよい。複数行の前期選択期間を同一タイミング
にすることなく、別々のタイミングとしてもよい。この
場合、１つの行の選択期間を前期選択期間と後期選択期
間に分け、前期選択期間に初期化パルスをデータライン
６に印加し、後期選択期間に書き込みパルスをデータラ
イン６に印加する。

【００６４】前期選択期間を共有する行数が多すぎる
と、前期選択期間から最後の行の後期選択期間までの時
間が長くなりすぎ、表示がちらつくという問題が発生す
る。また、前期選択期間を共有する行の数が少ないと、
行別に前期選択期間が設定されるに等しい状態になり、
１画面分の書き込み時間が長くなるという問題が発生す
る。行数、即ち、ゲートライン５の数が２００ないし４
００程度の場合、前期選択期間を共有する行の数は６な
いし１０、特に８と１０が望ましい。

【００６５】初期化パルスＰ１の電圧ＶＲ、−ＶＲはＡ
ＦＬＣ１１の液晶分子の長軸（ダイレクタ）がほとんど
第１または第２の配向方向１１Ａ、１１Ｂに配向する電
圧以上（絶対値）であればよく、配向方向１１Ａ、１１
Ｂに完全に配向する電圧でなくてもよい。

【００６６】上記実施例では、初期化パルスの極性及び
書き込みパルスの極性は１フレーム内で一定であるが、
フレーム内で、その極性を変化させてもよい。

【００６７】この発明は、ＡＦＬＣ１１が第１及び第２
の強誘電相の時に暗表示状態となり、ＡＦＬＣ１１が反
強誘電相の時に明状態になるように偏光板を配置した反
強誘電性液晶表示素子にも適用可能である。また、本発
明の駆動方法はＴＦＴをアクティブ素子とする強誘電性
液晶表示素子に限らず、ＭＩＭをアクティブ素子とする
強誘電性液晶表示素子にも適用可能である。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の液晶表示
素子は、反強誘電性液晶を用いて明確な階調表示を行う
ことができる。また、本発明の液晶表示装置及び液晶表
示素子の駆動方法によれば、反誘電性液晶を用いたアク
ティブマトリクス方式の強誘電性液晶表示素子に、明確
な階調表示を行なわせることができる。また、前期選択
期間を複数行に共通にすることにより、１フィールドの
書き込み時間を短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｄ）は、この発明の第１実施例にか
かる液晶表示素子の駆動方法により、第１行〜第８行の
画素に印加される電圧及び画素の容量が保持する電圧の
波形を示すタイミングチャートである。

【図２】（ａ）〜（ｇ）は、第１実施例にかかる液晶表
示素子の駆動方法により、第１行〜第１６行のゲートラ
インに印加される電圧の波形を示すタイミングチャー
ト、（ｈ）は、データラインに印加される電圧の波形を
示すタイミングチャートである。

【図３】本実施例による書き込み手順を示す図であり、
（ａ）と（ｄ）は一画面を示す図、（ｂ）と（ｃ）は８
行分の画素を示す図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、第２実施例にかかる液晶表
示素子の駆動方法により、第１行〜第８行の画素に印加
される電圧及び画素の容量が保持する電圧の波形を示す
タイミングチャートである。

【図５】（ａ）〜（ｇ）は、第２実施例にかかる液晶表
示素子の駆動方法により、第１行〜第１６行のゲートラ
インに印加される電圧の波形を示すタイミングチャー
ト、（ｈ）は、データラインに印加される電圧の波形を
示すタイミングチャートである。

【図６】この発明の実施例にかかる液晶表示素子の構造
を示す断面図である。

【図７】図６に示す液晶表示素子の下基板の構成を示す
平面図である。

【図８】偏光板の透過軸と液晶分子の配向方向の関係を
示す図である。

【図９】行ドライバ及び列ドライバの構成の一例を示す
ブロック図である。

【図１０】（ａ）は第１の反強誘電性液晶に低周波の三
角波電圧を印加した時の、電気−光学特性を示す図、
（ｂ）は第１の反強誘電性液晶を用いた液晶表示素子
を、図１３に示す電圧波形を用いて駆動した時の印加電
圧ＶＤに対する透過率の変化を示すグラフである。

【図１１】（ａ）は第２の反強誘電性液晶に低周波の三
角波電圧を印加した時の、電気−光学特性を示す図、
（ｂ）は第２の反強誘電性液晶を用いた液晶表示素子
を、図１４に示す電圧波形を用いて駆動した時の印加電
圧ＶＤに対する透過率の変化を示すグラフである。

【図１２】（ａ）は第１と第２の反強誘電性液晶に印加
する従来の電圧波形を示す図、（ｂ）〜（ｄ）は（ａ）
に示す電圧波形が印加された時の光学特性を示すグラフ
である。

【図１３】図１０（ｂ）の結果を得る際、第１の反強誘
電性液晶の印加電圧の波形図である。

【図１４】図１１（ｂ）の結果を得る際、第２の反強誘
電性液晶の印加電圧の波形図である。

【符号の説明】

１透明基板（下基板）２透明基板（上基板）３画素電極４アクティブ素子（ＴＦＴ）５ゲートライン（走査ライン）６データライン（階調信号ライン）７対向電極８配向膜９配向膜１０シール材１１反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）１２ギャップ材１３偏光板（下偏光板）１４偏光板（上偏光板）２１行ドライバ（行駆動回路）２２列ドライバ（列駆動回路）３１タイミング信号生成回路３２電圧生成回路３３選択信号生成回路３４選択回路３４４１走査（アドレス）データ生成回路４２ドライバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する一対の基板の一方に画素電極と制
御信号に応じてデータ信号を前記画素電極に供給する能
動素子を形成し、他方の基板に前記画素電極に対向する
対向電極を形成し、液晶分子の配列状態が互いに異なる
第１と第２の強誘電相と、反強誘電相を有し、反強誘電
−強誘電相転移前駆現象を示し、印加電圧±０．７Ｖの
電圧領域においてのみ反強誘電相を示す液晶を前記基板
間に封入し、階調表示を可能としたことを特徴とする反
強誘電性液晶表示素子。
【請求項２】対向する一対の基板の一方に画素電極と制
御信号に応じてデータ信号を前記画素電極に供給する能
動素子を形成し、他方の基板に前記画素電極に対向する
対向電極を形成し、液晶分子の配列状態が互いに異なる
第１と第２の強誘電相と、反強誘電相を有し、印加電圧
０Ｖにおいて平均的分子長軸方向が液晶の層法線方向に
一致せず、印加電圧０Ｖ以外の１または２の電圧で層法
線方向に一致する特性を有する液晶を前記基板間に封入
し、階調表示を可能としたことを特徴とする反強誘電性
液晶表示素子。
【請求項３】画素電極と画素電極に接続されたアクティ
ブ素子がマトリクス状に複数配列された一方の基板と、前記画素電極に対向する対向電極が形成された他方の基
板と、前記基板の間に封入され、液晶分子の配列状態が互いに
異なる第１と第２の強誘電相と、反強誘電相と、相転移
前駆現象による前記強誘電相と前記反強誘電相の間の中
間的光学状態を有する反強誘電性液晶、を備えた反強誘
電性液晶表示素子の駆動方法において、前記画素電極と対向電極とそれらに挟まれた前記反強誘
電性液晶から構成される各画素の選択期間は前期選択期
間と後期選択期間を含み、前記前期選択期間には、前記液晶を前記第１または第２
の強誘電相と前記反強誘電相のいずれか１つの状態に設
定する初期化電圧を前記画素電極と前記対向電極間に同
時に印加し、前記後期選択期間には、表示階調に応じて変化し、前記
液晶を前記相転移前駆現象による中間的光学状態に設定
するため書き込み電圧を、前記画素電極と前記対向電極
間に印加し、階調表示を可能としたことを特徴とする反
強誘電性液晶表示素子の駆動方法。
【請求項４】前記前期選択期間は前記マトリクスの複数
行に共通のタイミングであり、前記後期選択期間には、前記マトリクスの行毎に異なっ
たタイミングであることを特徴とする請求項３記載の反
強誘電性液晶表示素子の駆動方法。
【請求項５】前記液晶は、反強誘電−強誘電相転移現象
において、印加電圧±０．７Ｖの電圧領域においてのみ
反強誘電相を示す液晶と、印加電圧０Ｖにおいて平均的
分子長軸方向が液晶の層法線方向に一致せず、印加電圧
０Ｖ以外の１または２の電圧で層法線方向に一致する特
性を有する液晶のいずれか１つから構成されることを特
徴とする請求項３記載の反強誘電性液晶表示素子の駆動
方法。
【請求項６】画素電極とこの画素電極に接続されたアク
ティブ素子がマトリクス状に配列された一方の基板と、前記画素電極に対向する対向電極が形成された他方の基
板と、前記基板の間に封入され、液晶分子の配列状態が互いに
異なる第１と第２の強誘電相と、反強誘電相と、相転移
前駆現象による前記強誘電相と前記反強誘電相の間の中
間的光学状態を有する反強誘電性液晶、を備えた反強誘
電性液晶表示素子と、前記アクティブ素子に接続され、前記画素電極を前期選
択期間と前記前期選択期間とで選択し、前記前期選択期
間には、前記液晶を前記第１または第２の強誘電相また
は反強誘電相に設定するための初期化電圧を前記アクテ
ィブ素子を介して前記画素電極に印加し、前記後期選択
期間には、画素の表示階調に応じて変化し、前記液晶を
前記相転移前駆現象による光学的中間状態に設定する電
圧を前記アクティブ素子を介して前記画素電極に印加す
る駆動手段、を備えることを特徴とする反強誘電性液晶
表示装置。
【請求項７】前記駆動手段は、前記前期選択期間に、前
記初期化電圧を前記アクティブ素子を介して前記マトリ
クスの複数行の前記画素電極に同時に印加し、前記後期
選択期間には、前記液晶を光学的中間状態に設定する電
圧を前記アクティブ素子を介して前記マトリクスの各行
の前記画素電極に異なったタイミングで印加する、こと
を特徴とする請求項６記載の反強誘電性液晶表示装置。
【請求項８】前記アクティブ素子は電流路の一端が対応
する画素電極に接続された薄膜トランジスタであり、前記駆動手段は、対応する行の複数の薄膜トランジスタのゲートに接続さ
れたゲートラインと、対応する列の複数の薄膜トランジスタの電流路の他端に
接続されたデータラインと、各行の前記前期選択期間及び前記後期選択期間に、対応
する前記ゲートラインに前記薄膜トランジスタをオンさ
せるゲート電圧を供給する行駆動手段と、各行の前記前期選択期間に、前記液晶を前記第１または
第２の強誘電相または反強誘電相に設定するための初期
化電圧を前記データラインに印加し、前記後期選択期間
に、前記表示階調に対応した書き込み電圧を前記データ
ラインに印加する列駆動手段、を備える、ことを特徴とする請求項６または７記載の反
強誘電性液晶表示装置。
【請求項９】前記液晶は、印加電圧±０．７Ｖの電圧領
域において反強誘電相を示す液晶と、反強誘電−強誘電
相転移現象において、印加電圧０Ｖにおいて平均的分子
長軸方向が液晶の層法線方向に一致せず、印加電圧０Ｖ
以外の１または２の電圧で層法線方向に一致する特性を
有する液晶のいずれか１つから構成されることを特徴と
する請求項６、７または８記載の反強誘電性液晶表示素
子。