JPH08248374A

JPH08248374A - 波形表示装置

Info

Publication number: JPH08248374A
Application number: JP5163895A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Nomura; 浩朗野村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1996-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】マトリクス型双安定ネマチック液晶表示体の
新しい応用分野を実現する。【構成】双安定型ネマチック液晶表示体の駆動波形を
液晶分子をホメオトロピック状態にするリセットパルス
と、リセットパルス後の遅延期間と、その後の２つの準
安定状態を選択する選択パルスから構成し、これを順次
印加することによってON/OFFの表示状態を選択するマト
リクス表示体を形成する。この表示装置を用い、観測波
形の減衰器、ＡＤ変換器、メモリ、また、液晶表示装置
からなる波形表示装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はカイラルネマチック液晶
を用いた双安定液晶表示装置の応用に関する。

【０００２】更に詳しくは、新規の高速液晶表示体を用
いた波形表示装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】携帯型の波形表示装置として、液晶表示
体または蛍光表示管を外部表示に用いることは、特開昭
６０−０４１８６３に既に提案されている。また、特公
昭６０−０４２３７９では、液晶を表示の補助手段とし
て用い、違った現象の波形を区別するための色切り替え
手段としてＣＲＴの前面に液晶表示体を設置することが
公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、オシロスコー
プのような波形表示装置では、高速の現象に追随する応
答スピードが先ず要求され、既存の液晶表示体では応答
時間が遅いため、ＣＲＴを用いた波形表示装置には性能
的に及ばない。また、波形表示装置は複数の人間が同時
に使用する可能性もあり、広い視野角も必要である。

【０００５】本発明は、このような液晶表示体の応答の
遅さ（５０ｍｓ以上）、狭い視野角（上下５０°、左右
６０°程度）に起因する波形表示装置への応用の制限を
取り払い、液晶表示体の本来の良さである薄型、歪みの
無いマトリクス表示の能を保持しつつ、高速、広視野角
の新規液晶表示装置を提供するものである。

【０００６】現在、最も高速の液晶表示としては強誘電
性の液晶を用いた表示体があるが耐衝撃性の問題があり
上記の携帯用の表示装置には不適である。また、アクテ
ィブ素子を用いたＴＦＴ液晶表示体も発展途上にある
が、これも従来の液晶原理を用いる点においては変わり
はなく、応答スピードには問題がある。更には、価格の
問題も大きい。

【０００７】本発明は、耐衝撃性の高いネマチックの液
晶を用いセル構造と駆動方法を工夫することによって、
高速、広視野角、高コントラストの双安定液晶表示体を
提供し、液晶の特性を活かした波形表示装置を実現する
ことを目的としている。

【０００８】従来カイラルネマチック液晶を用いた双安
定性液晶表示には特公平１−５１８１８が既に開示され
ており、初期配向条件、２つの安定状態、また、その安
定状態間の切り換えの方法等が記述されている。しか
し、上記特公平１−５１８１８に述べられている駆動方
法は、実際的と云えず問題が多い。例えば、２つの安定
状態間の切り換えは、トグルスイッチを用いて６０Ｈ
ｚ、ピーク・ツ・ピーク１５Ｖの電圧をターンオフする
事によって３６０゜ツイスト状態を得るか、可変電圧器
を用いて約１秒間にわたって緩慢に同電圧をターンオフ
する事によって０゜ユニフォーム状態を得ている。ま
た、他の方法としては低周波電界がターンオフされて、
１５００ＫＨｚの高周波が直ちに印加されると３６０゜
ツイストの状態が実現され、同じ低周波のターンオフに
続いて約１／４秒遅延後に同高周波電界を印加するなら
ば、０゜のユニフォーム状態になるとしている。しか
し、前者の方法は全く実用的ではなく、単なる実験室で
の現象確認の方法に過ぎず、また、後者は我々の実験に
よれば、低周波のターンオフに続いて約１／４秒後に同
一高周波を与えれば、これも３６０゜のツイストの状態
となり、２安定状態間の安定した切り換えにはならなか
った。

【０００９】更に云うならば、特公平１−５１８１８に
は現在最も表示として実用性が高く、表示能力が高いマ
トリクス表示について何等記述が無く、その駆動方法に
ついても何等開示されていない。

【００１０】そこで、我々は先に出願した特開平６−２
３０７５１にあるような液晶セル構成と駆動方法から、
液晶セル内で発生するバックフローをコントロールし、
上記欠点を改良する方法を考案した。また、本発明者は
書き込み時間の改良手段として既に特願平５−３７０５
７を出願しており、これは特願平５−３７０５７の図１
または図４の様にフレデリクス転移を起こすリセットパ
ルスの後に遅延期間を設け、その後にＯＮまたはＯＦＦ
の選択信号を印加するものである。こうすると書き込み
時間は従来の数倍の速さの４０〜５０μｓが実現できて
いる。本発明はこの表示体の好適な応用を提供するもの
である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、初期状態にお
いてねじれ構造を有し、該初期状態にフレデリクス転移
を生じさせた後の緩和状態として初期状態とは異なる２
つの準安定状態を有するカイラル・ネマチック液晶表示
体を、波形表示装置の外部表示として用いる。

【００１２】

【作用】本発明に係る液晶表示は、初期状態に於いてね
じれ角φのツイスト状態となるように、所定のセル厚に
対してカイラル物質の添加によりヘリカルピッチが調整
される。例えば、初期状態のねじれ角が１８０度に調整
されるならば、準安定状態の一方はねじれ角０度のユニ
ホーム状態、他方はねじれ角３６０度のツイスト状態と
なる。この表示体にフレデリクス転移を生じるリセット
パルスを印加し、その後に適切な電位が付与されている
と、高電圧のリセットパルスが遮断された後にいったん
バックフローが起こって３６０度の状態に緩和しかけ、
その後配向変化の方向が逆転してユニホーム状態へと戻
る。この時付与されている電圧がある値、すなわち、閾
値よりも高ければそのままユニホーム状態に緩和し、閾
値よりも低ければ再び配向変化の方向が逆転して３６０
度のツイスト状態へ緩和する。

【００１３】２つの準安定状態へ移行する場合には常に
上記バックフローの期間を経ることから、該期間直後に
おける電圧印加状態が主として準安定状態のいずれに移
行するかを決定すると考えられる。従って、選択パルス
の電圧値の他に、選択パルスのパルス幅、印加のタイミ
ング等の選択パルスの付与状態が状態移行の鍵となる。

【００１４】実際に、リセットパルスの印加後に与える
上記電圧を所定の電圧値を備えた選択パルスとして付与
した場合、このパルス幅を短くすると２つの準安定状態
間の切り換えが不可能になるが、その選択パルスを適切
な遅延時間をおいて付与すると、パルス幅を短くしても
準安定状態間の切り換えが可能となることが明らかとな
った。この結果、遅延時間、パルス幅を最適値とする事
によって、例えば表示体の単純マトリクス駆動に於いて
１ライン当たりの書き込み時間を低減することが可能と
なる。

【００１５】このように本発明に係る液晶表示体は、従
来の液晶表示体と違い累積応答効果によるものでは無
く、パルス応答と、その後の緩和状態の選択によってＯ
Ｎ状態、ＯＦＦ状態が決まるものである。そのためその
光学応答時間は４ｍｓを切る高速となる。

【００１６】また、光学的には３６０°のツイスト状態
の時に偏光板の直交状態による光の遮断、０°ユニフォ
ーム状態の時には直交偏光板の偏光軸に対し４５°の分
子配向による複屈折効果をするため、上下１４０°、左
右１６０°の広視野角が確保できる。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）基本構成母体液晶材料に市販のＴＮ用ネマチック液晶（メルクＺ
ＬＩ−３３２９）を用い、これに左ねじれの光学活性剤
（メルクＳ−８１１）を添加して螺旋ピッチを３〜４μ
ｍに調整した。セルは図５のようにガラス基板５の上に
ＩＴＯ透明電極パターン４を形成し、ポリイミド配向膜
２（東レＳＰ−７４０）を塗布、上下基板で反平行方向
（１８０゜）のラビングを施した。２枚のガラス基板は
スペーサ６を介して保持し、セル間隔は２μｍ以下とし
た。従って、液晶層厚／ねじれピッチの比は０．５±
０．２の範囲の設定である。このセルに液晶を注入する
とプレティルト角θ数度、初期配向１８０度のツイスト
状態となり、これを偏光方向がラビング方向に約４５度
の角度をす２枚の直交偏光板７で挟み込み表示体とし
た。

【００１８】以上のようにして得た試料に図３に示した
ピーク電圧±３０Ｖ、持続時間Ｔ１＝１ｍｓのリセット
パルスを印加した後、引き続きパルス幅Ｔ５＝１５０μ
ｓ、ピーク値０〜±２．７Ｖの選択電圧を与え、非選択
期間（Ｔ６）に±２．０Ｖのバイアス電圧を与える駆動
波形を印加すると、３６０゜ツイストの状態が発現し、
表示は暗くなった。また、リセットパルスに続く選択パ
ルスのピークをしきい値を越えた５．７〜６．４Ｖにす
ると、０゜ユニフォームが形成され、表示は明の状態と
なった。さらに、パルス幅５０〜１００μｓで同様の試
みをしたが、この場合は如何なる電圧でも０度ユニフォ
ームは実現できなかった。

【００１９】次に、図２のようにリセットパルスの後に
遅延期間Ｔ２を入れ、パルス幅を変えて閾値特性を調べ
ると、図４に示したような３６０度→０度→３６０度の
２つの閾値を持つ特性が現れた。遅延時間２００μｓ、
パルス幅４０μｓの条件では、パルス電圧０〜４．８Ｖ
および１４．５Ｖ以上では３６０度ツイストの状態とな
り、８．１Ｖ〜１０．５Ｖでは０度ユニフォーム状態と
なった。この場合、閾値特性のＶthとＶsat間の電圧差
△１は３．３Ｖとなり、電圧平均化法の１／４．５バイ
アスの条件で駆動が可能となる。

【００２０】図６は応答波形の例である。上段の波形が
リセットパルスのタイミングを示しており、ＯＦＦとＯ
Ｎの２フレーム分が示されている。ＯＦＦの光学的変化
はリセット波形が印加されると殆ど同時に透過率８０％
から透過率１〜２％まで落ちて完了している。ちなみに
時間で１００μｓ以下である。実際にはリセットパルス
の後の選択パルスによる緩和過程があるが、光学的には
認識されない。また、ＯＮ状態への移行はリセットパル
スに続く選択パルスが印加されてから緩和が始まり、９
０％飽和までには約４ｍｓ程度かかる。

【００２１】このように本発明に係る液晶表示体はパル
ス応答が基本であり、従来の数フレームで応答が完了す
るような累積応答では無いため高速応答が実現されてい
る。また、透過率の変化も８０％から１〜２％へ変わる
ので高コントラストが実現できている。さらには、液晶
の配向方向が直交偏光板に対し４５°という理想的な状
態で複屈折光を利用しているので前記のとおり広視野角
となる。

【００２２】（実施例２）マトリクス表示体図７は本発明をマトリクス型の液晶表示に適用したとき
のＸm、Ｙn電極（ｍ、ｎは正の整数）に印加する駆動波
形を示した図である。なお、図示はしないが表示体の電
極構成は図５において上電極、下電極をそれぞれ帯状の
Ｘ１、・・・Ｘｍ電極、Ｙ1、・・・Ｙｎ電極とした。
Ｙ側の走査信号はリセット期間Ｔ1とリセット電圧Ｖr、
遅延期間Ｔ2、選択期間Ｔ3と選択電圧Ｖsの順で各電圧
が与えられ、これが順次１選択期間ずつずれて、Ｙn、
Ｙn+1、Ｙn+2、・・・の各行電極に印される。また、上
記以外の非選択期間Ｔ4と、遅延期間は同じ電圧値Ｖns
とする。図ではＶns＝０である。図７は１フレームごと
に電圧の極正を反転させるため、第ｋフレームが正の場
合には、次の第（ｋ＋１）フレームは負の極性とする。
極切り換え信号はＦＲで示した。Ｘ側のデータ信号Ｘm
には選択期間Ｔ3に同期して画素のon/offを切り換える
データ電圧Ｖdが与えられる。図７の場合、フレームｋ
では＋Ｖdで０度ユニフォーム状態の選択、−Ｖdで３６
０度ツイスト状態の選択が対応している。データ信号Ｘ
mも次のフレーム（ｋ＋１）では走査信号に合わせて、
プラス、マイナスが反転される。液晶表示体の各画素
（ｍ、ｎ）には、走査信とデータ号の差信号（Ｙn−Ｘ
m）が印加され、画素のon/off切り換えに有効な電圧変
化は選択期間Ｔ3のＶs±Ｖdだけである。即ち、データ
信号の重畳されたリセット電圧Ｖr±Ｖdは表示状態をリ
セットする機能だけで表示の書換には直接影響せず、選
択電圧の振幅２Ｖdの電圧変化のみに追随する。

【００２３】図８は図７の選択期間Ｔ3を単位時間１Ｈ
とした時、その時間１Ｈごとに印加パルス電圧をプラス
マイナスで反転させ、交流化させたものである。この交
流化は表示のフリッカー解消、液晶の長寿命化などに効
果がある。もちろん、本発明に係わる液晶表示は、図４
のように印加電圧のプラスマイナスで対称性を有する閾
値特性を有しているため、上記交流化でもパルスの効果
は変わらない。

【００２４】実際の電圧設定例としてはＶｒ＝±２５〜
３０Ｖ、Ｖｓ＝±４．８Ｖ、Ｖｎｓ＝０Ｖ、Ｖｄ＝±
１．２Ｖとし、１Ｈ＝４５μｓでフレーム周波数４６Ｈ
ｚ、デューティ比１／４８０の単純マトリクス駆動がで
きた。

【００２５】（実施例３）表示体駆動回路図９から１３に、実施例２の駆動波形を実現するための
実際の液晶駆動回路の構成、並びに、タイムチャートを
示す。図９は液晶パネルおよびその駆動回路を含む表示
装置の全体構成図である。液晶パネル１０は３２０×３
２０画素を有し、この液晶パネル１０を駆動するため
に、第１、第２のＹドライバ回路１１Ａ、１１Ｂおよび
第１、第２のＸドライバ１２Ａ、１２Ｂが設けられてい
る。

【００２６】第１、第２のＹドライバ回路はそれぞれ同
一の構成を有し、その詳細が図１０に示されている。ま
た、第１、第２のＸドライバ回路も同一構成を有し、そ
の詳細が図１１に示されている。

【００２７】Ｙドライバ回路１１Ａについて図１０を参
照して説明する。Ｙドライバ回路１１Ａはリセット用シ
フトレジスタ１３Ａ、セレクト用シフトレジスタ１３Ｂ
の２つのシフトレジスタを有し、それぞれには１６０段
のレジスタがある。リセット用レジスタ１３Ａにはリセ
ット期間Ｔ１を指定したリセット信号ＲＩが入力され、
この信号はシフトクロックＹＳＣＫにより次段のレジス
タに逐次シフトされていく。なお、１６０段目のレジス
タの内容は出力端子ＲＯを介して出力され、第２のＹド
ライバ回路の入力ＲＩとなるカスケード接続がなされ
る。セレクト用シフトレジスタ１３Ｂについても同様
で、セレクト期間Ｔ3を指定した信号ＳＩがシフトレジ
スタ１３Ｂに入力され、これらの信号はシフトクロック
ＹＳＣＫにより次段のレジスタに次々に伝達されてい
く。最終段１６０のレジスタの内容は出力端子ＳＯを介
して次の第２のＹドライバ回路１１Ｂの入力信号ＳＩと
なり、カスケード接続がなされる。

【００２８】各シフトレジスタ１３Ａ、１３Ｂの内容は
１６０チャンネル同時に並列出力され、出力コントロー
ラ１４に入力される。この出力コントローラ１４、リセ
ット信号Ｒ、セレクト信号Ｓおよび交流化信号ＦＲの入
力状態によって６つの状態、即ち、Ｒ，Ｓ、ＦＲ＝
（０、０、０）または（０、０、１）または（０、１、
０）または（０、１、１）または（１、０、０）または
（１、０、１）を区別した信号を出力し、この信号がレ
ベルシフタ１５を介してＹドライバ１６に入力される。

【００２９】このＹドライバ１６には５種類の駆動電圧
±Ｖｒ，±Ｖｓ，０（または±Ｖｓ）が入力されてお
り、出力コントローラ１４で区別された６つの状態に基
づき、表１に示す真理値表に従っていずれか１つの駆動
電圧を各チャンネルごとに出力する。

【００３０】

【表１】

【００３１】図１２はＹドライブ回路に入出力される各
信号の状態を一部示したタイミングチャートである。図
１２に示すタイミングチャートの場合、選択期間Ｔ3の
長さを１Ｈとしたとき、シフトクロックＹＳＣＫは１Ｈ
ごとにＨへの立ち上がりを繰り返す信号となっており、
交流化信号ＦＲは１/２ＨごとにＨまたはＬとなるの
で、図８のように１Ｈごとに液晶に印加される電圧の極
性が反転するＹ信号Ｙｎとなる。ＦＲの反転をフレーム
ごとに行うと図７となる。

【００３２】次に、第１のＸドライバ回路１２Ａの詳細
について図１１を参照して説明する。

【００３３】Ｘドライバ回路１２Ａは１６０段のレジス
タを有するシフトレジスタ１７があり、入力信号ＥＩを
シフトクロックＸＳＣＫに従って次段のレジスタに逐次
シフトしていく。１６０番目のレジスタの内容はＥＯ出
力端を介して外部に出され、第２のＸドライバ回路１２
Ｂとカスケード接続が可能である。シフトレジスタ１７
に入力される信号ＥＩは、図１３に示すように一水平走
査期間（１Ｈ）に１回論理の１となる信号である。従っ
て、シフトレジスタ１７の各レジスタより論理の１が逐
次出力されることで、第１のラッチ回路１８は各レジス
タと対応するアドレスに画像データをラッチする事にな
る。この第１のラッチ回路１８の１６０チャンネルのデ
ータは、ラッチパルスＬＰが入力するタイミングにて第
２のラッチ回路１９に同時にラッチされる。交流化信号
ＦＲおよび第２のラッチ回路１９かのデータを入力する
出力コントロール回路２０は、データＤと交流化信号Ｆ
Ｒの入力状態によって４つの状態（Ｄ，ＦＲ）＝（０、
０）または（０、１）または（１、０）または（１、
１）を区別した信号を、レベルシフタ２１を介して各チ
ャンネルごとにＸ（ＳＥＧ）ドライバ２２に入力させ
る。Ｘドライバ２２は２種類の駆動電圧すなわち±Ｖｄ
を入力とし、出力コントロール回路２０からの情報に基
づいてこの内の１つの電圧を選別出力する。表２にその
真理値表を示す。なお、真理値表２においてＸoutは図
７、８の実施例に対応している。

【００３４】

【表２】

【００３５】（実施例４）波形表示装置構成図１は波形表示装置の１例としてデジタイジング・オシ
ロスコープの構成を示したものである。観測波形３１は
減衰器３３によって適当な振幅波形とされた後、同期信
号３２に従って垂直方向の振幅を逐一ＡＤ変換３４す
る。ＡＤ変換されたデータはデジタル量としてＤＲＡＭ
３５に取り込まれる。この時同時にその時間もメモリさ
れているので、ＤＲＡＭ出力を時間軸を横軸に、また、
振幅を縦軸にして表示装置３６でディスプレイすれば波
形の観測ができる。表示装置の構成、駆動については実
施例１〜３に詳しく述べた通りである。

【００３６】本発明は、この他にもロジック・アナライ
ザ、スペクトラム・アナライザなどの波形表示、計測結
果の表示に応用できることは言うまでもなく、表示の高
速性、広視野角の要求されるところに展開が可能であ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は従来には無
いネマチック液晶の双安定原理を用い、さらにその駆動
方法の改良を行うことによって、コントラスト比が高
く、広視野角かつ光学応答が４ｍｓ以下の高速液晶表示
装置を実現した。その結果、上記のような高速性が要求
されるオシロスコープなどの表示装置にも充分応用が可
能となった。

【００３８】また、従来の液晶表示装置がもっている薄
型、軽量の特性は何等変わることがないため、装置の小
型化、軽量化が行える。さらには、非常に簡単な構成か
らなるマトリクス表示であるため安価で、歪みの無い波
形表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による波形表示装置の構成図。

【図２】本発明に用いる表示体の駆動波形図。

【図３】従来の駆動波形図。

【図４】本発明に用いる液晶表示体の駆動電圧特性図。

【図５】本発明に用いる液晶表示体の基本構成図。

【図６】本発明による液晶表示体の光学応答図。

【図７】本発明を実施するためのマトリクス駆動波形
図。

【図８】本発明を実施するための他のマトリクス駆動波
形図。

【図９】本発明による表示装置の全体構成図。

【図１０】Ｙドライバの詳細ブロック図。

【図１１】Ｘドライバの詳細ブロック図。

【図１２】Ｙドライバのタイミングチャート。

【図１３】Ｘドライバのタイミングチャート。

【符号の説明】

Ｔ１リセット期間Ｔ２遅延期間Ｔ３選択期間Ｔ４非選択期間１液晶分子２配向膜３絶縁膜４透明電極５ガラス基板６スペーサ７偏光板１０液晶表示体１１Ａ、１１ＢＹドライバ１２Ａ、１２ＢＸドライバ１３Ａ、１３Ｂシフトレジスタ１４、２０出力コントローラ１５、２１レベルシフタ１６Ｙ（ＣＯＭ）ドライバ１７シフトレジスタ１８、１９ラッチ２２Ｘ（ＳＥＧ）ドライバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】初期状態においてねじれ構造を有し、該
初期状態にフレデリクス転移を生じさせた後の緩和状態
として初期状態とは異なる２つの準安定状態を有するカ
イラル・ネマチック液晶表示体を、外部表示装置として
用いたことを特徴とする波形表示装置。