JPH08234168A - 強誘電性液晶電気光学装置 - Google Patents

強誘電性液晶電気光学装置

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JPH08234168A
JPH08234168A JP28159195A JP28159195A JPH08234168A JP H08234168 A JPH08234168 A JP H08234168A JP 28159195 A JP28159195 A JP 28159195A JP 28159195 A JP28159195 A JP 28159195A JP H08234168 A JPH08234168 A JP H08234168A
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隆正 原田
Masaaki Taguchi
雅明 田口
Kokichi Ito
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流パルスを印加して駆動する双安定性強誘
電性液晶電気光学装置の最大コントラストが得られる駆
動方法を提供する。 【解決手段】 選択画素に印加される波高値と、非選択
画素に印加される波高値との比が、強誘電性液晶薄膜が
双安定状態のいずれか一方を書き込むことができる最小
の波高値と、書き込むことができない最大の波高値の比
より大きいか、または等しい範囲内であって、選択画素
に印加される波高値と非選択画素に印加される波高値の
比が、5以上に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電性液晶の双
安定状態を相互に切り換えて駆動する電気光学変換装置
に関し、特に該電気光学変換装置を最適駆動することを
目的とする。本発明は、強誘電性液晶の双安定状態を閾
値電圧以上の波高値を有するパルスで切り換え駆動しか
つ双安定状態を交流パルスで保持する駆動方式の強誘電
性液晶電気光学装置において、液晶材料の電圧一透過光
強度特性によって決まる駆動可能範囲内において、選択
画素に印加される電圧の波高値と非選択画素に印加され
る電圧の波高値との比を最大に選ぶことによって、最大
のコントラストを得ることができるというものである。
【0002】
【従来の技術】従来から強誘電性液晶の双安定状態を閾
値電圧以上の波高値を有するパルスで切り換え駆動し、
かつ切り換えた後の安定状態を交流パルスで保持する駆
動方式の強誘電性液晶電気光学装置は知られていた。
【0003】まず、図2に従来の強誘電性液晶セル(以
下液晶セルという)の構造を示す。1−1は対向配置さ
れた一対の基板である。3は基板1−1間に挟持された
強誘電性液晶、例えばカイラルスメクチックC液晶(以
下SmC* という)薄膜である。
【0004】2−2は基板1−1とSmC* 薄膜3の界
面に存在する一軸性及びランダム性の水平配向膜であ
り、液晶分子の双安定状態を実現する。液晶分子の長軸
(以下分子軸という)は基板1に対して水平に配向しか
つ層をなす。これを上部から観察すると液晶分子は2つ
のドメインに区分される。第1のドメインでは分子軸は
層の法線4に対して+θ傾いている。これが第1の安定
状態5である。液晶分子の自発分極7は上方を向いてい
る。第2のドメインでは分子軸は層の法線4に対して、
−θ傾いている。これが第2の安定状態6である。
【0005】この時自発分極7は下を向いている。両安
定状態で自発分極7の方向が互いに逆であることを利用
して正負直流パルスにより双安定状態のいずれか一方を
選択するのである。8−8は偏光軸を直交させて、対向
配置された一対の偏光板であって複屈折により、第1の
安定状態と第2の安定状態を光学的に識別するものであ
る。例えば、第1の安定状態を光遮断状態(以下黒とい
う)に、又第2の安定状態を光通過状態(以下白とい
う)に変換する。9及び10はSmC* 薄膜3に駆動電
圧を印加するためのマトリクス電極で、図3に示すよう
に9は走査電極(以下コモンという)、10は信号電極
(以下セグメントという)である。
【0006】図4(a)は交流バイアス平均化法を用い
た線順次駆動において1つのマトリクス画素(以下ドッ
トという)に印加される駆動波形を示す。第1フレーム
において選択画素には選択期間中閾値以上の波高値を有
する正負(コモン9基準)のパルスP1 及びP2 が連続
して加えられる。正パルスP1 により液晶分子は第2の
安定状態に整列し、続く負パルスP2 でスイッチングし
第1の安定状態に整列する。この状態が非選択期間中交
流パルス印加により持続する。交流パルスの波高値は閾
値以下だからである。よって、第1フレームでは第1の
安定状態の黒が書き込まれる。続いて第2フレームでは
パルスの極性が逆であるから白が書き込まれる。ただ
し、本図では、パルスP4 及びパルスP5 は閾値以下な
ので白は書き込まれず、第1フレームで書き込まれた黒
が保存される。このパルスP4 及びパルスP5 の期間を
半選択期間と呼ぶ。またこの時の透過光強度の変化をフ
ォトマルで測定した結果を図4(b)に示す。
【0007】ところで、選択画素の選択期間中のパルス
1及びパルスP2、非選択期間のパルスP3 、半選択期
間のパルスP4及びパルスP5の波高値の関係は、パルス
1及びパルスP2 の波高値の絶対値をVとすれば、|
3 |=V/N,|P4 |=|P5 |=V・(N−2)
/Nに選ばれる。ここでNはバイアス値と呼ばれるもの
である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来から知
られているツイスティドネマチック液晶を時分割駆動す
る場合には、Alt and Pleshko (IEEE Trans ED, 197
4, ED21,PP146-155)らが提案した電圧平均化法があり、
さらに彼らは、この方法において最適駆動条件を提唱し
ている。
【0009】しかし、この手法をSmC* に適用させる
ことはできない。なぜなら、ツイスティドネマチック液
晶の透過光強度の変化は実効電圧値に依存しているが、
SmC* 液晶は、電圧の絶対値に依存している。従っ
て、駆動方式及び回路も両者では異なるし、当然駆動条
件も異なる。
【0010】現在までに、SmC* を時分割駆動した場
合の最適駆動条件の発表はなく、実際に駆動する場合に
最適な表示を得ることが難しかった。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は前述した従来技
術の問題点を解決することを目的とし、最適駆動条件す
なわち最大コンストラストを得る条件として、選択され
た走査電極上でon信号が印加される信号電極との交点
である選択画素の選択期間中のパルスP1 及びパルスP
2 の波高値V・N/Nと、選択された走査電極上でof
f信号が印加される信号電極との交点である半選択画素
の半選択期間中のパルスP4 及びパルスP5 の波高値V
・(N−2)/Nの比、N/(N−2)を液晶材料が許
容できる範囲内において、できるだけ小さくするよう
に、できるだけ大きなバイアス値Nを選んだ。特に、5
以上のバイアス値Nを選んだ。
【0012】
【発明の実施の形態】図4(a)の波形においてパルス
1 ,P2 ,P3 4 ,P5 の波高値は前述のように
V,V/N,V・(N−2)/Nであるが、これらの値
とSmC* の特性との関係を図1を用いて説明する。
【0013】図1において、パルス波高値を増加するに
したがって、前述の如く第1の状態から第2の状態へと
安定状態が切り換わるため、透過光強度も変化する。
今、第1の安定状態を維持する電圧、即ち閾値電圧をV
1 とし、第2の安定状態へ変化する最小電圧をV2 とす
る。このV1 とV2 の電圧は液晶固有のものであり、液
晶の弾性定数や粘性などにより変化する。ここで前述し
たようにパルスP1 及びP2 は安定状態を変化させるパ
ルスであるため、その最小パルス波高値は、V2の電圧
値に選ばれなければならない。一方半選択画素の半選択
期間中に印加されるパルスP4 及びパルスP5 の波高値
は、閾値電圧以下であるので、その最大パルス波高値
は、V1 の電圧値に選ばれなければならない。
【0014】即ち、次式の関係が成立すればSmC*
図4(A)の波形で駆動することができる。 V2 /V1 ≦N/(N−2) ・・・・(1) 例えば、N=4とすると、V2/V1≦2の特性を持つ、
SmC* 液晶材料を使用しなければならないということ
になる。実際には、Nを大きくすればするほど、この条
件を満足するSmC* 液晶を作ることは難しくなる。一
例として、フェニルピリミジン系化合物を主成分とした
SmC* 液晶を使用して式(1)で表される関係を測定
した図を図5に示す。実線(a)が式(1)の左辺を求
めたものであり、V2/V1= 1.43である。一方右
辺の計算式において、Nの値を変化させたものが実線
(b)で示されている。図5において式(1)を満たす
領域は斜線を施した部分であり、バイアス値Nは6以下
でなければならないことがわかる。
【0015】ところで、この状態において、コントラス
トについて説明する。図1の閾値電圧V1以下の波高値
を持った交流パルスをSmC*に印加した時の透過光強
度の変化を図6に示す。ここで、注意すべきことは、図
1は、あくまで第1の安定状態から第2の安定状態へ切
り換わる時の電圧特性であって、閾値電圧V1 以下でも
透過光強度は変化する。即ち、V1 以下の電圧を印加し
た時には透過光強度は瞬間増加するが、パルス印加後に
は、また元の安定状態に戻ってしまうのである。
【0016】この様子が図4(B)の半選択期間中の透
過光強のゆれΔIがある。ここがツイスティドネマチッ
ク液晶と大きく異なるところである。図6から、透過光
強度のふれΔIは交流パルスの電圧を大きくすると大き
くなることがわかる。ところで、この透過光強度のふれ
ΔIはコントラストの低下の原因になる。すなわち、Δ
Iのふれの周波数が人間の目にフリッカーを感じさせる
周波数以上に設定された時は、ΔIの変化の平均値が人
間の目に透過光強度として感じられる。これは、ΔIの
ふれが大きくなればなるほど、この平均値の値も増加す
るわけで、黒レベルは白レベルへ、逆に白レベルは、黒
レベルへと近づき、その比で定義されるコントラスト比
は低下することになる。
【0017】従って、コントラスト比を最大にするに
は、ΔIのふれをゼロにすべきである。このためには、
図6からわかるようにこのふれΔIはパルス波高値に依
存しているため、このパルス波高値をより小さくしてい
けば良い。今、該パルス波高値、即ち、図4(a)の非
選択期間に印加されるパルスP3 の波高値は前述の如く
V/Nであるため、この値を小さくするためには、Nを
大きくすれば良い。
【0018】このバイアス値Nによるコントラスト比の
依存性を測定したものが図7である。コントラスト比1
が理想的なコントラストを意味するが、バイアス値Nを
小さくするとコントラスト比は低下していくことがわか
る。バイアス値Nが3から5までは、バイアス値Nの変
化に対し、コントラスト比は急峻な変化を示し、バイア
ス値Nが5以上になると、バイアス値Nの増大に伴っ
て、徐々に理想的なコントラストであるコントラスト比
1に近づいていく。従って、バイアス値Nを大きくとれ
ば、コントラストは最大に近づいて行くが、バイアス値
Nを5以上に設定すれば、理想的なコントラストである
コントラスト比1に近いコントラストが得られることが
判る。
【0019】しかし、前述の如くバイアス値Nは式
(1)によって制約されており、無制限にバイアス値N
の値を大きく選ぶことができない。従って、両者の関係
から、式(1)を満たす範囲のバイアス値Nで、該バイ
アス値Nが最大な数値を選べば、その材料の最適駆動条
件になる。例えば、図5で示したフェニルピリミジン系
化合物を主成分としたSmC* 液晶では、バイアス値N
=6とすれば良いことがわかる。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、選択時のパルス波高値
と、半選択時のパルス波高値との比が、強誘電性液晶の
安定状態が完全に他方の安定状態に変化する最小のパル
ス波高値と、該変化が起こらない閾値の波高値との比以
上になる範囲内で、できるだけ大きなバイアス値を選択
することによって、大きなコントラスト比が得られると
いう効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は液晶のパルス波高値と透過光強度の関係
を表す図である。
【図2】図2は従来の液晶セルの斜視図である。
【図3】図3は従来の液晶セルの電極配置図である。
【図4】(a),(b)はそれぞれ従来の液晶セルの駆
動波形及び透過光特性を示す図である。
【図5】図5はV2 /V1 とバイアス値Nとの関係を示
す図である。
【図6】図6は閾値電圧以下の交流パルスを印加した時
の透過光強度のふれを測定した図である。
【図7】図7はコントラスト比のバイアス値依存性を測
定した図である。
【符号の説明】
1−1 基板 2−2 配向膜 3 カイラルスメクチックC液晶 8−8 偏光板 9 走査電極 10 信号電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 耕吉 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セ イコー電子工業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 強誘電性液晶薄膜と、該薄膜に接し液晶分子の双安定整
    列を実現する配向膜と、双安定整列状態を光学的明暗に
    変換する部材と、双安定状態を切り換えるための電圧を
    該薄膜に印加するマトリクス電極よりなる液晶セルと、
    選択された走査電極上でon信号が印加される信号電極
    との交点である選択画素に対して双安定状態のいずれか
    一方を書き込む電圧を印加し、選択された走査電極上で
    off信号が印加される信号電極との交点である半選択
    画素に対しては、書き込みが行われない電圧を印加し、
    さらに選択されない走査電極上で信号電極との交点であ
    る非選択画素に対しては、双安定状態を保持する交流パ
    ルスを印加して駆動する強誘電性液晶電気光学装置にお
    いて、該選択画素に印加される波高値と、該非選択画素
    に印加される波高値との比が、該強誘電性液晶薄膜が双
    安定状態のいずれか一方を書き込むことができる最小の
    波高値と、書き込むことができない最大の波高値の比よ
    り大きいか、または等しい範囲内であって、該選択画素
    に印加される波高値と非選択画素に印加される波高値の
    比が、5以上に設定されていることを特徴とする強誘電
    性液晶電気光学装置。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6031121A (ja) * 1983-07-30 1985-02-16 Canon Inc 液晶装置
JPS6118931A (ja) * 1984-07-04 1986-01-27 Seiko Instr & Electronics Ltd 液晶表示装置
JPS6155630A (ja) * 1984-08-27 1986-03-20 Seiko Epson Corp 液晶素子の駆動方法
JPS6194026A (ja) * 1984-10-15 1986-05-12 Seiko Instr & Electronics Ltd カイラルスメクティック液晶電気光学装置

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