JPH085991A - 液晶素子の駆動法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 非対称閾値特性を示すカイラルスメクティッ
ク液晶素子において、マトリクス駆動時の駆動マージン
を広くし、表示部全体で良好な表示を行ない得る駆動法
を提供することにある。 【構成】 明暗の反転閾値が異なる液晶素子に対し、表
示情報によらず第１の安定状態にリセットする為の１水
平走査期間中交流成分を含まない消去パルスと、表示情
報に応じて第２の安定状態にする選択パルスを有する走
査選択信号を走査電極群に印加する駆動法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータのディス
プレイ、ビデオカメラのビューファインダー、投影機の
光バルブ、テレビ受像機のディスプレイ、ナビゲーショ
ンシステムのディスプレイ、液晶プリンタの光バルブ等
に用いられる液晶素子に関し、特にカイラルスメクティ
ック液晶を用いた液晶素子の駆動法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カイラルスメクティック相を呈する液晶
分子の屈折率異方性を利用して偏光子との組合せにより
透過光量を制御する型の表示素子がクラーク（Ｃｌａｒ
ｋ）及びラガーヴァル（Ｌａｇａｅｒｗａｌｌ）により
提案されている（特開昭５６−１０７２１６号公報、米
国特許第４，３６７，９２４号明細書等）。この表示素
子に用いられる強誘電性液晶は、一般に特定の温度領域
において、非らせん構造のカイラルスメクティックＣ相
（Ｓｍ^*Ｃ相）或いはＨ相（Ｓｍ^*Ｈ相）を示し、これら
の相状態において、印加される電界に応答して第一の光
学的安定状態と第二の光学的安定状態の明暗いずれか一
方の状態をとり、且つ電界の印加のないときはその状態
を保持する性質、即ち双安定性を有する。さらに、強誘
電性液晶は電界の変化に対する応答も速やかであるとい
う特徴を有することから、高速ならびに記憶型の表示媒
体として大画面で高精細なディスプレイへの応用が期待
されている。

【０００３】この双安定性を有する強誘電性液晶を用い
た素子が所望の電気光学特性を十分に発揮するために
は、一対の平行基板間に配置される液晶が、２つの安定
状態間を安定で再現性良くスイッチングするような配向
状態にあり、且つその配向状態が画素ないし表示画面全
域で均一であることが重要である。

【０００４】従来より強誘電性液晶を配向させるには、
一般に基板表面にポリイミド（ＰＩ）、ポリビニルアル
コール（ＰＶＡ）、ポリアミド（ＰＡ）等の水平配向性
（あるいは傾斜配向性）の高分子膜を形成し、ほぼ同方
向にラビング処理した一対の基板を用いている。

【０００５】上記の場合、使用する液晶が温度降下によ
り、等方（Ｉｓｏ）相→コレステリック（Ｃｈ）相（カ
イラルネマティック（Ｎ^*）相）→スメクティックＡ
（ＳｍＡ）相→Ｓｍ^*Ｃ相の相変化をするものであれ
ば、配向はＣｈ相において均一化されるため、Ｓｍ^*Ｃ
相での配向が均一になりやすい。このようなＣｈ相を示
す相系列を持つ液晶を用いた素子が米国特許第４，６３
９，０８９号明細書や同５，１２０，４６６号明細書に
開示されている。

【０００６】しかしながら、例えば相転移がＩｓｏ相→
ＳｍＡ相→Ｓｍ^*Ｃ相の順で起こる液晶を用いた場合
は、Ｉｓｏ相→ＳｍＡ相の転移（Ｉ／Ａ転移）の際、バ
トネ（一種の液晶核）の発生・成長・結合の過程を踏む
ため、スメクティック相での層法線方向のずれやバトネ
結合部の欠陥等が生じ、均一配向を得にくい。

【０００７】上記のようにＣｈ相の欠如した液晶に対し
ては、対向する基板の一方のみをラビング処理し、ラビ
ング処理を行わない側の基板には配向膜を形成せずに垂
直配向処理をすることにより均一配向を得ることができ
る。これは、Ｉ／Ａ転移温度近傍でラビング処理を行っ
た側の基板表面から液晶が成長し、対向基板に到達する
転移過程を踏むためである。本発明者は、両面を水平配
向膜としたセルにおけるＩ／Ａ転移温度は、両面を垂直
配向処理したセルのＩ／Ａ転移温度に比べ０．５℃以上
高いことを確認することで、上記のことを確認してい
る。

【０００８】以上のように、強誘電性液晶を均一に配向
させるためには、特に該液晶がＣｈ相をもたない場合、
水平配向膜のラビング処理と垂直配向処理との非対称構
成が有効である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにして得られる均一配向では、対向基板表面の性質
が異なることに起因して、強誘電性液晶の双安定状態が
崩れ、２つの安定状態間の電気光学的スイッチング特性
（駆動閾値特性）が非対称となる。

【００１０】このように非対称なスイッチング特性を示
す液晶素子において、第１の安定状態から第２の安定状
態へ液晶素子をスイッチングさせる時の閾値をＶａ、逆
に、第２の安定状態から第１の安定状態へスイッチング
させる時の閾値をＶｂとした時に、Ｖａ＞Ｖｂなる関係
の特性を持つ液晶素子において、全画素を第１の安定状
態にリセット（イニシャライズ）する方法が、特開平４
−４３３２１号公報に開示されている。

【００１１】本発明者等は、上述したＣｈ相を示さない
相系列を持つ液晶材料を用いて、後述する駆動信号を用
いてマトリクス型の液晶素子をマルチプレキシング駆動
してみた。

【００１２】しかしながら、駆動電圧の設定の許容値
（マージン）を十分に得ることができなかった。

【００１３】この原因は、１つに上記特開平４−４３３
２１号公報に開示のない液晶材料と駆動信号を採用した
ことではないかと考えられる。

【００１４】更に、コントラストの点でも不十分であ
り、更なる改善が望まれている。

【００１５】本発明の目的は、コントラストの高い液晶
素子の駆動法を提供することにある。

【００１６】本発明の別の目的は、非対称閾値特性を示
す液晶素子において、マトリクス駆動時の駆動マージン
を広くし、表示部全体で良好な表示を行ない得る駆動法
を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、走査
電極群と情報電極群で構成したマトリクス電極の間にカ
イラルスメクティック液晶を配置し、配向状態における
該液晶が画素の明暗に対応する２つの安定状態を示し、
第１の安定状態から第２の安定状態になる一方の極性の
電界強度Ｖａと、第２の安定状態から第１の安定状態に
なる逆極性の電界強度Ｖｂが、Ｖａ＜Ｖｂの関係を有す
る２値表示型液晶素子の駆動法であって、前記走査電極
群に印加する走査選択信号が、表示情報によらず第１の
安定状態にする為の１水平走査期間中交流成分を含まな
い消去パルスと、表示情報に応じて第２の安定状態にす
る選択パルスと、を含むことを特徴とする液晶素子の駆
動法を提供するものである。

【００１８】更に、本発明は、走査電極群と情報電極群
で構成したマトリクス電極の間にプレーナなスメクティ
ック相を示すカイラルスメクティック液晶を配置し、配
向状態における該液晶が画素の明暗に対応する２つの安
定状態を示し、第１の安定状態から第２の安定状態にな
る一方の極性の電界強度Ｖａと、第２の安定状態から第
１の安定状態になる逆極性の電界強度Ｖｂが、Ｖａ＜Ｖ
ｂの関係を有する液晶素子の駆動法であって、表示情報
によらず第１の安定状態にした後、表示情報に応じて第
２の安定状態にすることを特徴とする２値表示型の液晶
素子の駆動法を提供するものである。

【００１９】そして望ましくは、前記走査電極群に印加
する走査選択信号が、表示情報によらず第１の安定状態
にする為の１水平走査期間中交流成分を含まない消去パ
ルスと、表示情報に応じて第２の安定状態にする選択パ
ルスとを含み、必要に応じて消去パルスと同極性で前記
情報電極群に印加する情報信号の振幅以上の振幅を有す
る第１の補助パルスと、選択パルスと同極性で情報信号
の振幅以下の振幅を有する第２の補助パルスを含むもの
である。

【００２０】さらに望ましくは、前記液晶素子は、前記
マトリクス電極を構成している一方の電極群を有する基
板上に非一軸性垂直配向処理が施され、他方の電極群を
有する基板上に配向膜を形成して一軸性配向処理が施さ
れているものであり、また、前記強誘電性液晶が温度を
降下させるに従い、等方相、スメクティックＡ相、カイ
ラルスメクティック相の順に相転移するものである。

【００２１】また、本発明は、上記の駆動法を用いて情
報の表示を行う装置を提供するものである。

【００２２】以下、図面を用いながら本発明について説
明するが、本発明は以下に述べる実施例に限定されるも
のではなく、本発明の目的が達成されるものであればよ
く、そのために各構成要素が代替物や均等物へ置換され
たものも含む。

【００２３】本発明の液晶素子は非対称な閾値をもつも
のである。この非対称性について図１を参照して説明す
る。

【００２４】図１に、対向基板表面の性質が異なる場合
の液晶の配向状態のモデルを示す。図中、７０１，７０
７はガラス基板、７０２，７０６はＩＴＯ等の透明電
極、７０３はラビング処理された水平配向能力を有する
高分子膜、７０４は強誘電性液晶層、７０５は垂直配向
処理剤、７０８，７０９，７１０はカイラルスメクティ
ック相での液晶分子を特徴付けるコーンを正面から見た
ものであり、７０８，７０９はユニフォーム配向におけ
る２つの安定状態を示し、７１０はスプレイ配向状態の
一例を示している。ここで便宜上、７０８の安定状態を
Ｕ２、７０９の安定状態をＵ１と呼ぶ。

【００２５】例えば、高分子膜７０３としてポリイミド
等の薄膜を用いた場合、液晶分子の双極子モーメント
（図中液晶コーンに描かれた矢印）と高分子表面の電気
的相互作用（ｄｉｐｏｌｅ−ｄｉｐｏｌｅ ｉｎｔｅｒ
ａｃｔｉｏｎ）により、矢印が配向膜７０３側を向いた
状態（アウトワード）に規制力が働くと考えられてい
る。一方、垂直配向剤７０５の側は液晶分子に対する基
板表面の規制力を無視できるので、配向膜側に液晶の双
極子モーメントが規制されたＵ２はより安定である。

【００２６】これに対し、液晶コーンの矢印が液晶内部
側（インワード）を向いたＵ１の状態は、配向膜７０３
表面の規制力に逆らっているため、Ｕ２に比べて不安定
である。

【００２７】従って、外部電場によって２つの安定状態
間をスイッチングさせる場合、Ｕ１からＵ２とＵ２から
Ｕ１では閾値電圧が異なり、非対称閾値特性を示すこと
になる。尚、配向膜と液晶の組み合わせ等によっては、
Ｕ２からＵ１へのスイッチングは起きず、Ｕ２から７１
０のようなスプレイ配向状態になる場合もある。

【００２８】このような非対称閾値特性を示す強誘電性
液晶素子を、走査電極群と情報電極群で構成したマトリ
クス電極によりマトリクス駆動する際、マトリクス駆動
が可能な駆動パルスの振幅またはパルス幅の許容範囲、
即ち駆動マージンが狭くなり、良好な表示が行えない場
合があった。

【００２９】図２は特開平４−４３３２１号公報におい
て記されているような駆動信号の一例を示すタイミング
チャートであり、２Ａは走査線に印加される信号であ
る。２Ｃ、２Ｄは情報線に印加される信号であり、それ
ぞれ異なる表示を行なう為のものである。２Ｅは信号２
Ａと信号２Ｃとの合成信号、２Ｆは信号２Ａと信号２Ｄ
との合成信号である。

【００３０】ここでｔ_Rはリセット期間であり、一水平
走査期間に相当する。注目すべきは、リセット期間ｔ_R
において、合成信号のＤＣ成分が０となっている点であ
る。

【００３１】一方、図３は本発明に用いられる駆動信号
の一例を示すタイミングチャートであり、３Ａは走査線
への印加信号、３Ｃ、３Ｄは情報線への印加信号、３
Ｅ、３Ｆは信号３Ａと信号３Ｃ又は信号３Ａと信号３Ｄ
との合成信号である。注目すべきは、１水平走査期間ｔ
_rrにおいて、リセットの為の合成信号のＤＣ成分が０で
ない点である。

【００３２】そして図４は、液晶分子の２つの安定状態
Ｕ１，Ｕ２と４０２、そのポテンシャル４０１を説明す
る為の図である。

【００３３】Ｕ１を第１の状態、Ｕ２を第２の状態と
し、第１の状態Ｕ１から、第２の状態Ｕ２にスイッチン
グする時の閾値をＶａ、その逆のスイッチングの場合の
閾値をＶｂとする。この図４の場合は、Ｖａ＜Ｖｂであ
る。図２に示すように、ＤＣ成分０の信号でリセットを
行なう場合は、第２の状態Ｕ２に液晶分子を配向させる
リセットを行なうことが好ましいと考えられていた。

【００３４】しかし、図３に示すようにＤＣ成分が０で
ないリセット信号を用いる場合には、逆に第１の状態Ｕ
１に液晶分子を配向させるリセットを行なうことが好ま
しいのである。特に、プレティルト角の小さい液晶素子
や、Ｃｈ相を呈さない液晶素子であって、ブックシェル
フ構造と呼ばれるスメクティック層がシェブロン形状の
ように屈曲しない平らな（プレーナー）スメクティック
相を呈する液晶素子においては、第２の状態Ｕ２に液晶
分子を配向させるリセットを行なうと液晶の挙動が安定
し、駆動マージンが広くなる。

【００３５】以下より具体的に液晶素子の構成について
説明する。

【００３６】図５は表示部１０１の部分的な拡大図であ
る。同図において２０１は複数の走査電極、２０２は複
数の情報電極であり、これらの走査電極群と情報電極群
はマトリクス電極を構成している。２０３は走査電極２
０１と情報電極２０２の交差部分により構成され表示単
位となる画素である。

【００３７】図６は表示部１０１の部分的な断面図であ
る。同図において３０１はアナライザ、３０９はポララ
イザであり、これらは互いにクロスニコルで配置されて
いる。３０２と３０８は基板、３０３と３０７は絶縁
膜、３０４と３０６は配向膜、３０５は強誘電性液晶、
３１０はシール材である。

【００３８】なお、上記の構成で多色カラー表示装置と
して使用する場合には、各画素に、それぞれに赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、必要に応じて透明（Ｗ）
のカラーフィルターを配置すればよい。

【００３９】基板３０２，３０８としては、ガラス、石
英、プラスチック等の透明絶縁性基板が好ましく用いら
れる。安価なものとしては、青板ガラス（ソーダガラ
ス）表面に酸化シリコンを被覆したものが好ましく用い
られる。

【００４０】走査電極２０１、情報電極２０２として
は、ＳｎＯ₂、ＩＴＯ、ＩｎＯ等の酸化物透明導電体が
好ましい。また、必要に応じて透明導電体の端部に低抵
抗の導体、例えばＡｌ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒ等を用いても
良い。

【００４１】絶縁膜３０３，３０７は、必要に応じて設
けられるものであり、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＴａＯ、Ａｌ
Ｏ等の無機絶縁膜が好ましい。

【００４２】配向膜３０４，３０６としては、いずれか
一方をラビング処理等が施された一軸性配向膜又は水平
配向膜と呼ばれる配向膜とする。そして他方を例えば、
垂直配向又はランダム配向のような非一軸性（非水平）
配向膜とする。このようにすれば、Ｃｈ相を示さない相
系列を持つ液晶材料を用いても良好なブックシェルフ構
造を得ることができる。

【００４３】本発明に用いられる液晶材料としては、ナ
フタレン系結晶化合物を主成分とし、ポリミジン液晶化
合物を含む液晶組成物や、フルオロカーボン末端部分及
び炭化水素又はもう１つのフルオロカーボン末端部分を
含むアキラルフッ素含有液晶化合物と、少なくとも一つ
のキラル成分を含む液晶組成物や、後述する実施例に記
載のようなダイマー系液晶化合物を含む液晶組成物が挙
げられる。

【００４４】これらの液晶組成物のうち、Ｃｈ相を示さ
ない相転移系列を持つ液晶組成物は比較的容易に製造で
きるので、本発明の駆動法と組合せれば、良好なスイッ
チング特性をもつ液晶素子を安価に提供できると考えら
れる。

【００４５】上述した液晶化合物は、特開平１−１９３
３９０号公報、米国特許第５，２６２，０８２号明細
書、特開平１−１６０９８６号公報のいずれかに記載さ
れている。

【００４６】そして、より好ましくは、各化合物の組成
比を調整してＳｍＡ相からＳｍ^*Ｃ相に移る温度近傍で
のスメクティック相の間隔とＳｍ^*Ｃ相におけるスメク
ティック相の間隔の極小値との差ができるだけ小さいも
のを用いると良い。

【００４７】以上詳述した液晶組成物を用いて液晶素子
を作製する場合には、上下基板の内面を非対称配向処理
することにより、各基板の内面と液晶との界面における
Ｉｓｏ相−ＳｍＡ相間の相転移温度に差をつけて、一方
の界面側から優先的にＳｍＡ相への相転移が生じるよう
にすると良い。一軸性配向処理の為にはラビングや、斜
方蒸着が用いられ、非一軸性配向処理の為には、上記処
理を行なわないことが好ましい。

【００４８】具体的には、ポリイミド、ポリアミド、ポ
リビニルアルコール、ナイロン等の有機膜を内面に設け
ラビングしたものを一方の基板とし、他方に上記有機膜
を設けるだけでラビングしない基板（ノンラビング基
板）を用いる。

【００４９】又は酸化シリコン等の無機物を斜方蒸着し
たものを一方の基板とし、他方には上記有機膜を設ける
だけでラビングしない基板を用いる。

【００５０】該他方の基板としては、シランカップリン
グ材等を塗布して非一軸性配向処理を施したものでも良
い。

【００５１】このように非対称配向処理がなされた、一
対の基板を有する空セルに、Ｉｓｏ相を示す温度まで加
熱された上記液晶組成物を注入し、ＳｍＡ相を経てＳｍ
^*Ｃ相を示すように、徐々に冷却する。

【００５２】冷却の際には、一軸性配向処理を施した基
板側の温度が、他方の基板側の温度より低くなるよう
に、冷却装置の温度分布を制御すると良い。

【００５３】また、ラビング処理の強度や回数と、用い
る配向膜との組合せを調整して、一軸性配向処理を施し
た基板側のプレティルト角を５°以下にすると欠陥が生
じにくく、また適当な閾値の非対称性が得られる。

【００５４】以上詳述したように、本発明に関わる液晶
表示素子は、その配向状態において強誘電性液晶３０５
が２つの安定状態を示すと共に、第１の安定状態から第
２の安定状態になる一方の極性の電界強度Ｖａと、第２
の安定状態から第１の安定状態になる逆極性の電界強度
Ｖｂが、Ｖａ＜Ｖｂの関係を有するものであり、即ち２
つの安定状態間で非対称閾値特性を有するものである。
このような非対称閾値特性は、例えば先述したように、
Ｃｈ相の欠如した液晶に対して均一配向を得るため、配
向膜３０４，３０６の一方に垂直配向処理を施し、他方
に水平（一軸性）配向処理を施すことで得られる。次に
本発明の駆動法による作用を、第１の安定状態をＵ１状
態、第２の安定状態をＵ２状態として以下に説明する。

【００５５】本発明者らは、上記のようにして得られた
非対称閾値特性を有する液晶表示素子に対して、図７
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す駆動波形の電圧Ｖ_A，
Ｖ_B，Ｖ_Cを変化させて印加し、駆動波形と非対称閾値特
性の関係を調べる実験を行った。図８に上記実験により
得られた閾値特性の一例を示す。

【００５６】図８において、曲線Ａ₂は図７（Ａ）の波
形を印加し消去パルスにより予め表示部をＵ１状態にし
て選択パルスのＶ_A値を変化させてＵ２状態にした場
合、曲線Ａ₁は図７（Ａ）の波形を印加し消去パルスに
より予め表示部をＵ２状態にして選択パルスのＶ_A値を
変化させてＵ１状態にした場合、曲線Ｂ₂は図７（Ｂ）
の波形を印加し消去パルスにより予め表示部をＵ１状態
にして選択パルスのＶ_B値を変化させてＵ２状態にした
場合、曲線Ｂ₁は図７（Ｂ）の波形を印加し消去パルス
により予め表示部をＵ２状態にして選択パルスのＶ_B値
を変化させてＵ１状態にした場合、曲線Ｃ₂は予め表示
部をＵ１状態にしておき図７（Ｃ）のＶ_C値を変化させ
て印加した場合、曲線Ｃ₁は予め表示部をＵ２状態にし
ておき図７（Ｃ）のＶ_C値を変化させて印加した場合で
ある。

【００５７】また、同図において、Ｖ_A2は図７（Ａ）の
波形で表示部がＵ１状態から完全にＵ２状態になる選択
パルスの電圧、Ｖ_A1は図７（Ａ）の波形で表示部がＵ２
状態から完全にＵ１状態になる選択パルスの電圧、Ｖ_B2
は図７（Ｂ）の波形で表示部がＵ１状態からＵ２状態に
なり始める選択パルスの電圧、Ｖ_B1は図７（Ｂ）の波形
で表示部がＵ２状態からＵ１状態になり始める選択パル
スの電圧、Ｖ_C2は図７（Ｃ）の波形で表示部がＵ１状態
からＵ２状態になり始めるＶ_Cの電圧、Ｖ_C1は図８
（Ｃ）の波形で表示部がＵ２状態からＵ１状態になり始
めるＶ_Cの電圧である。

【００５８】この閾値特性の非対称の度合いが、駆動パ
ルスの形状によらずほぼ一定の時、 Ｖ_A1＝αＶ_A2、Ｖ_B1＝αＶ_B2、Ｖ_C1＝αＶ_C2 ・・・（１） と表現できる（但し、α＞１）。また、 Ｖ_B1＝βＶ_C1，Ｖ_A1＝γＶ_B1 ・・・（２） のとき、 Ｖ_B2＝βＶ_C2，Ｖ_A2＝γＶ_B2 ・・・（２’） の関係も成り立つ（但し、β≧１，γ≧１）。

【００５９】ここで、表示部１０１の走査電極２０１に
印加する走査選択信号の選択パルスの振幅をＶ_com、情
報電極２０２に印加する情報信号の選択パルスの振幅を
Ｖ_segとし、また、 Ｖ_A＝Ｖ_com＋Ｖ_seg，Ｖ_B＝Ｖ_com−Ｖ_seg，Ｖ_C＝Ｖ_seg ・・・（３） として、図８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の各波形をマトリ
クス駆動波形の各条件に対応させると、 Ｖ_A＝Ｖ_B＋２Ｖ_C ・・・（４） となる。

【００６０】また、駆動マージンを考えると、電圧Ｖ_A
で液晶が反転し、Ｖ_B，Ｖ_Cでは反転しないことが要求さ
れる。例えば、予めＵ２状態にしておいた場合には、Ｖ
_AでＵ１状態になり、Ｖ_BでＵ１状態にならず、Ｖ_CでＵ
１，Ｕ２のどちらにも反転しないことが必要となる。即
ち、 Ｖ_A≧Ｖ_A1，Ｖ_B≦Ｖ_B1，Ｖ_C≦Ｖ_C2 ・・・（５） を満たす必要がある。

【００６１】（４），（５）式より、 Ｖ_A1≦Ｖ_A≦Ｖ_B1＋２Ｖ_C2 ・・・（６） また、（１），（２），（２’），（６）式より、 αβγＶ_C2≦Ｖ_A≦（２＋αβ）Ｖ_C2 ・・・（７） となり、Ｖ_Aがこの範囲の値であれば良好な表示が行え
る。

【００６２】今ここに、良好な表示を行えるＶ_Aの最大
値をＶ_max、最小値をＶ_minとし、駆動マージンを示す指
標Ｍ２を次式のように定義する。

【００６３】 Ｍ２≡（Ｖ_max−Ｖ_min）／（Ｖ_max＋Ｖ_min） ・・・（８）

【００６４】この値を１００倍したものが「電圧の変動
が何％有った時に駆動マージンから外れるか」を示して
いる。また、表示サイズの大きなパネルでは「パネル面
内でセル厚のバラツキが何％まで許容されるか」を示す
ものとして用いられることが多く、Ｍ２の値が大きいほ
ど駆動マージンが広く好ましい。

【００６５】予めＵ２状態にしてからＵ１状態に反転さ
せる場合のＭ２は、（７），（８）式より、 Ｍ２＝（２−αβ（γ−１））／（２＋αβ（γ＋１）） ・・・（９） となる。ちなみに、このときのバイアス比は１／（αβ
＋２）に設定するとよい。

【００６６】一方、予めＵ１状態にしておいた場合に
は、Ｖ_AでＵ２状態になり、Ｖ_BでＵ２状態にならず、Ｖ
_CでＵ１，Ｕ２のどちらにも反転しないことが必要とな
る。即ち、 Ｖ_A≧Ｖ_A2，Ｖ_B≦Ｖ_B2，Ｖ_C≦Ｖ_C2 ・・・（１０） を満たす必要がある。

【００６７】（４），（１０）式より、 Ｖ_A2≦Ｖ_A≦Ｖ_B2＋２Ｖ_C2 ・・・（１１） また、（１），（２），（２’），（１１）式より、 βγＶ_C2≦Ｖ_A≦（２＋β）Ｖ_C2 ・・・（１２） となり、Ｖ_Aがこの範囲の値であれば良好な表示が行え
る。

【００６８】従って、予めＵ２状態にしてからＵ１状態
に反転させる場合のＭ２’は、（８），（１２）式よ
り、 Ｍ２’＝（２−β（γ−１））／（２＋β（γ＋１）） ・・・（１３） となる。ちなみに、このときのバイアス比は１／（β＋
２）に設定するとよい。

【００６９】（９）式と（１３）式を比較してみると、
α＞１，β≧１，γ≧１なので、 Ｍ２＜Ｍ２’ となる。つまり、予めＵ１状態にリセットしておき、情
報信号に応じてＵ２状態に反転させる方が駆動マージン
が大きくなる。

【００７０】以上のことを考慮した本発明の駆動法で
は、先述した第１の安定状態（Ｕ１状態）にした後、表
示情報に応じて第２の安定状態（Ｕ２状態）に反転する
ことで、液晶表示素子の２つの安定状態間で非対称閾値
特性を示す場合に駆動マージンを広くできるものであ
る。

【００７１】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００７２】図５〜６に示したような構成の表示素子を
作製し、本発明の駆動法により駆動させた。尚、表示部
１０１は１２８０×１０２４の画素から成っている。

【００７３】表示部１０１は以下の手順で作製した。

【００７４】まず、透明電極としてスパッタ法により７
０ｎｍの厚さのＩＴＯ（酸化インジウム：錫）膜、絶縁
膜として１２０ｎｍの厚さのＴａＯ（酸化タンタル）膜
を形成した一対のガラス基板を用意し、一方の基板のＩ
ＴＯ膜上にポリイミドの前駆体であるポリアミック酸Ｌ
Ｐ−６４（東レ（株）製）のＮＭＰ（Ｎメチルピロリド
ン）：ｎ−ＢＣ（ｎ−ブチルセロソルブ）混合溶液をス
ピンコートした。塗布溶液はＮＭＰ：ｎ−ＢＣ＝２：１
の混合溶媒にＬＰ−６４を１重量％となるように調製
し、スピン条件は、４５回転／秒で２０秒行った。

【００７５】この基板を、８０℃のオーブン中で５分
間、溶媒乾燥を行った後、２００℃のオ−ブン中で１時
間の加熱焼成を行いイミド化した。得られたポリイミド
膜は約１０ｎｍの厚さで、この膜をプレティルト角が１
°となるようなラビング処理をして配向膜とした。ラビ
ングは、直径１０ｃｍのローラーに巻き付けたナイロン
製の布を用い、１６．７回転／秒、配向膜表面に対する
布の押し込み０．４ｍｍ、基板の送り速度１０ｍｍ／秒
で、同じ方向に二回（片道）のラビングを行った。

【００７６】その後、この基板表面に平均粒径２．０μ
ｍのシリカビーズを０．００８重量％で分散させたＩＰ
Ａ（イソプロピルアルコール）溶液を、２５回転／秒で
１０秒間の条件でスピン塗布し、分布密度３００個／ｍ
ｍ²程度のビーズスペーサを散布した。

【００７７】もう一方の基板に対しては、基板のＩＴＯ
膜上にシランカップリング剤（ＯＤＳ−Ｅ）の０．５重
量％エチルアルコール溶液を４５回転／秒で２０秒間の
条件でスピン塗布し、垂直配向処理した。その後、この
基板上に熱硬化型のシール材を印刷により塗工した。

【００７８】以上のようにして得られた二枚の基板を対
向して貼り合わせ、１５０℃のオーブン中で９０分間熱
硬化させ、セルとした。

【００７９】このセルに、以下に述べる液晶混合物を減
圧下（１０Ｐａ）、等方相温度（１００℃）で注入し、
Ｓｍ^*Ｃ相まで徐冷することにより液晶素子とした。

【００８０】ここで用いた液晶混合物は、下記の化合物
を下記の比率で混合したものである。

【００８１】

【化１】

【００８２】この液晶混合物の相転移系列は以下のとお
りで、３０℃における物性定数は、自発分極Ｐｓ＝２．
５ｎＣ／ｃｍ²、コーン角Θ＝１２．２°、誘電率異方
性Δε〜０、上述のセルに注入した状態での見かけのチ
ルト角θ＝１０．８°であった。

【００８３】

【００８４】なお、一般にスメクティックＣ相の非螺旋
状態での液晶の層構造は屈曲構造（シェブロン構造）を
示すが、この液晶の性質として、屈曲部をもたない所謂
ブックシェルフ構造を示し、双安定な２つの状態を有し
ていた。

【００８５】この２つの安定状態は、本実施例の液晶表
示素子において、図８に示した閾値特性と同様に非対称
閾値特性を有している。

【００８６】本実施例では、上記の液晶表示素子の表示
部１０１に、図９に示す駆動波形を印加してマトリクス
駆動を行った。図９において９Ａは走査選択信号、９Ｂ
は走査非選択信号、９Ｃは明表示する時の情報信号、９
Ｄは暗表示する時の情報信号、９Ｅは明表示する時に液
晶に印加される合成波形（９Ａ−９Ｃ）、９Ｆは暗表示
する時に液晶に印加される合成波形（９Ａ−９Ｄ）、９
Ｇ及び９Ｈは非選択時に液晶に印加される合成波形（９
Ｂ−９Ｃ及び９Ｂ−９Ｄ）である。

【００８７】本実施例では、図９中、９Ａの走査選択信
号の消去パルスのＶ１＝１４．３ｖ，選択パルスのＶ２
＝−１４．３ｖとし、また、Ｖ３＝５．７ｖ，Ｖ４＝−
５．７ｖ，Ｖ５＝６．３ｖ，Ｖ６＝−５．１ｖ，選択期
間ΔＴ＝３０μｓとした。

【００８８】本実施例において、消去パルスでＵ１状態
にリセットした後、表示情報に応じてＵ２状態にするマ
トリクス駆動を行ったところ、シール材の近辺が他の部
分に比べて厚く表示部全面で１．９〜２．０μｍのセル
厚分布を有する本実施例の表示素子に対しても良好な表
示を行うことができた。

【００８９】なお、比較のために図９の駆動波形の極性
を変え、消去パルスでＵ２状態にリセットした後、表示
情報に応じてＵ１状態にするマトリクス駆動を行ったと
ころ、シール材近辺の表示部においてＵ１状態が表示で
きず、また、表示部の中央付近ではＵ２状態（暗状態）
の輝度が高く、コントラストが低下した。

【００９０】尚、本実施例では図９の走査選択信号９Ａ
に２つの補助パルスを含ませているが、これは以下の理
由からである。

【００９１】本実施例との比較のために、図１０に補助
パルスが無い場合、図１１に補助パルスが１つある場合
の駆動波形を示す。

【００９２】情報信号を選択パルスとこの前後に配置さ
れた２つの補助パルスで構成し、情報信号を連続して印
加すると、非選択時の交流パルスの直前にある図１０の
１０Ｆのパルス（ニ）と図１１の１１Ｅのパルス（ホ）
は、非選択時に液晶に印加される電圧波形（１０Ｇ，１
１Ｇ，１０Ｈ，１１Ｈ）のパルス（イ）に比べて電圧と
パルス幅の積（実効値）が大きく、交流パルスのみの時
よりも速く液晶分子を反転させてしまい、駆動マージン
を若干狭くしてしまう。

【００９３】そのため本発明においては、情報信号の補
助パルスによる液晶分子の反転を防ぎ駆動マージンをよ
り一層広げるため、走査選択信号が消去パルスと選択パ
ルスの他に、消去パルスと同極性で情報信号の振幅以上
の振幅を有する第１の補助パルスと、選択パルスと同極
性で情報信号の振幅以下の振幅を有する第２の補助パル
スを含むことが好ましい。

【００９４】具体的には、本実施例において走査選択信
号に補助パルスを２つ設け、図９に示されるようにパル
ス（イ）とパルス（ロ），（ハ）の実効値をほぼ同じ大
きさにした。より厳密には、Ｕ２状態のほうがＵ１状態
より安定であることを考慮し、パルス（イ）よりパルス
（ロ）をやや大きく、パルス（イ）よりパルス（ハ）を
やや小さくなるようにＶ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６の値を設
定した。

【００９５】図１２は本発明に関わる液晶表示装置の一
例を示すブロック図である。図１２中、１０７はグラフ
ィックコントローラであり、ここから送出されるデータ
は駆動制御回路１０５を通して走査信号制御回路１０４
と情報信号制御回路１０６に入力され、それぞれアドレ
スデータと表示データに変換される。このアドレスデー
タに従って走査信号印加回路１０２が図９に示したよう
な走査選択信号波形を発生し、表示部１０１の走査電極
に印加する。また、表示データに従って情報信号印加回
路１０３が図９に示したような情報信号波形を発生し、
表示部１０１の情報電極に印加する。１１１は少なくと
もＶ_C、Ｖ₁〜Ｖ₆の７つの基準電圧を走査信号印加回路
１０２と情報信号印加回路１０３とに供給する駆動電源
であり、バッテリーやＡＣ電源から基準電圧を発生させ
る。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の駆動法を
用いることにより、非対称閾値特性を示す表示素子を有
する液晶表示装置において、マトリクス駆動時の駆動マ
ージンを広くし、表示部全体で良好な表示を行うことが
可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】液晶の配向状態を説明するためのモデル図であ
る。

【図２】従来の駆動信号を示すタイミングチャートであ
る。

【図３】本発明に用いられる駆動信号のタイミングチャ
ートである。

【図４】液晶分子の２つの状態を示す模式図である。

【図５】本発明の液晶素子の表示部の部分拡大平面図で
ある。

【図６】本発明の液晶素子の表示部の部分拡大断面図で
ある。

【図７】液晶素子の閾値特性を調べるための駆動波形を
示す図である。

【図８】液晶素子の非対称閾値特性の一例を示す図であ
る。

【図９】本発明の一実施例の駆動波形を示す図である。

【図１０】図９とは別の駆動波形を示す図である。

【図１１】図９とは別の駆動波形を示す図である。

【図１２】本発明に関わる液晶表示装置の一例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１０１ 表示部 １０２ 走査信号印加回路 １０３ 情報信号印加回路 １０４ 走査信号制御回路 １０５ 駆動制御回路 １０６ 情報信号制御回路 １０７ グラフィックコントローラ １１１ 電源 ２０１ 走査電極 ２０２ 情報電極 ２０３ 画素 ３０１ アナライザ ３０２，３０８ 基板 ３０３，３０７ 絶縁膜 ３０４，３０６ 配向膜 ３０５ 液晶 ３０９ ポラライザ ３１０ シール材 ７０１，７０７ ガラス基板 ７０２，７０６ 透明電極 ７０３ 高分子膜 ７０４ 強誘電性液晶 ７０５ 垂直配向処理剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０９Ｇ 3/36

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走査電極群と情報電極群で構成したマト
   リクス電極の間にカイラルスメクティック液晶を配置
   し、配向状態における該液晶が画素の明暗に対応する２
   つの安定状態を示し、第１の安定状態から第２の安定状
   態になる一方の極性の電界強度Ｖａと、第２の安定状態
   から第１の安定状態になる逆極性の電界強度Ｖｂが、Ｖ
   ａ＜Ｖｂの関係を有する２値表示型液晶素子の駆動法で
   あって、 前記走査電極群に印加する走査選択信号が、表示情報に
   よらず第１の安定状態にする為の１水平走査期間中交流
   成分を含まない消去パルスと、表示情報に応じて第２の
   安定状態にする選択パルスと、を含むことを特徴とする
   液晶素子の駆動法。
2. 【請求項２】 前記液晶素子は、前記マトリクス電極を
   構成している一方の電極群を有する基板上に非一軸性配
   向処理が施され、他方の電極群を有する基板上に配向膜
   を形成して一軸性配向処理が施されていることを特徴と
   する請求項１の液晶素子の駆動法。
3. 【請求項３】 前記カイラルスメクティック液晶が、温
   度を降下させるに従い、等方相、スメクティックＡ相、
   カイラルスメクティック相の順に相転移する請求項１又
   は２の液晶素子の駆動法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の駆動法を用いて情報の
   表示を行なうことを特徴とする装置。
5. 【請求項５】 走査電極群と情報電極群で構成したマト
   リクス電極の間にプレーナーなスメクティック相を示す
   カイラルスメクティック液晶を配置し、配向状態におけ
   る該液晶が画素の明暗に対応する２つの安定状態を示
   し、第１の安定状態から第２の安定状態になる一方の極
   性の電界強度Ｖａと、第２の安定状態から第１の安定状
   態になる逆極性の電界強度Ｖｂが、Ｖａ＜Ｖｂの関係を
   有する液晶素子の駆動法であって、 表示情報によらず第１の安定状態にした後、表示情報に
   応じて第２の安定状態にすることを特徴とする２値表示
   型液晶素子の駆動法。
6. 【請求項６】 前記走査電極群に印加する走査選択信号
   が、表示情報によらず第１の安定状態にする消去パルス
   と、表示情報に応じて第２の安定状態にする選択パルス
   と、消去パルスと同極性で前記情報電極群に印加する情
   報信号の振幅以上の振幅を有する第１の補助パルスと、
   選択パルスと同極性で情報信号の振幅以下の振幅を有す
   る第２の補助パルスを含むことを特徴とする請求項５の
   液晶素子の駆動法。
7. 【請求項７】 前記液晶素子において、前記マトリクス
   電極を構成している一方の電極群を有する基板内面はノ
   ンラビング処理であり、他方の電極群を有する基板上に
   配向膜を形成して一方向にラビング処理が施されている
   請求項４又は５の液晶素子の駆動法。
8. 【請求項８】 前記液晶が温度を降下させるに従い、等
   方相、スメクティックＡ相、カイラルスメクティック相
   の順に相転移する請求項４〜７いずれかの液晶素子の駆
   動法。
9. 【請求項９】 請求項５に記載の駆動法を用いて情報の
   表示を行なうことを特徴とする装置。