JPH11153778A

JPH11153778A - 液晶セルおよびその駆動方法

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Publication number: JPH11153778A
Application number: JP9356122A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takahashi; 裕幸高橋; Kenji Kameyama; 健司亀山; Yasuyuki Takiguchi; 康之滝口; Akihiko Kanemoto; 明彦金本; Fuminao Matsumoto; 文直松本; Kazuya Miyagaki; 一也宮垣
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-02-06
Filing date: 1997-12-09
Publication date: 1999-06-08
Anticipated expiration: 2017-12-09
Also published as: JP3529999B2; US6061042A

Abstract

(57)【要約】【課題】階調表示および該階調表示が各表示画素毎に
階調制御が可能で、また、液晶セル自身の持つ最高透過
率を確保しつつ、階調表示を行うことを可能とする液晶
セルの提供。【解決手段】一対の透明電極基板間に誘電異方性が正
であるカイラルネマティック液晶を挾持し、電圧を印加
してフレデリクス転移を生じさせ、かつ該フレデリクス
転移後の緩和状態として、二つの準安定配向状態のいず
れか一方を選択できるように構成された液晶セルにおい
て、フレデリクス転移を生じさせるための電圧が、初期
状態と二つの準安定配向状態の間のしきい値以上の電圧
とし、また前記二つの準安定配向状態のいずれか一方を
選択するための電圧が、前記二つの準安定配向状態の間
の電界しきい値を基準として選択される電圧とし、さら
に前記いずれか一方の準安定配向状態を選択途中、また
は選択後に、前記初期状態と二つの準安定配向状態の間
のしきい値以下の電圧が印加できるものであることを特
徴とする液晶セル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、階調信号が可能な
二つの準安定性を有する液晶セルおよびその駆動方法に
関するものである。

【０００２】

【従来技術】高速応答性を有する液晶の動作モードとし
て、双安定性を有する双安定ねじれネマティック（Ｂｉ
ｓｔａｂｌｅＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ、ＢＴ
Ｎ）方式に関する提案が、特公平１−５１８１８、特開
平６−２３０７５１等においてなされている。ＢＴＮ方
式は高速応答が可能なことから、注目されている。二つ
の準安定状態をもつ液晶は、少なくとも二種類のパルス
を印加し、第一のパルスとしてフレデリクス転移を起こ
す電圧を印加し、第二のパルスとして二つの準安定状態
の一方へ転移する電圧波形を印加することで、透過率ま
たは反射率を変化させ表示を行うものである。前記特公
平１−５１８１８においては、スイッチング原理が記載
されているのみで実際の表示装置の駆動に関する記載が
無い。また、特開平６−２３０７５１においては、単純
マトリクス駆動方法による表示装置の駆動に関して提案
されているが、高品位ディスプレイとしての液晶表示装
置において不可欠な要素である階調表示（中間調表示）
に関しては全く言及していない。

【０００３】特開平０８−３１３８７８では、走査線に
特定の状態に切り替えるパルスを印加することにより、
二つの準安定状態の比を、走査期間中に変化させること
で、階調表示が得られるとしている。しかし、この方法
では、階調表示のための変調信号が、走査線に印加され
るため、同一走査線上の画素は、同一階調を表示してし
まう。複数フレームにわたって、画素のＯＮ／ＯＦＦと
変調を組み合わせることで、同一走査線上の画素は、異
なる階調を表示することは可能ではあるが、この方法で
は、パネル本来の最高透過率または最高反射率が、ある
特定の場合しか実現できなくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の解決しようと
する課題の第１は、高速応答性を有し階調表示が可能で
ある、高品位液晶セルを提供することを目的とする。本
発明の解決しようとする課題の第２は、各表示画素毎に
階調制御が可能で、また、液晶セル自身の持つ最高透過
率を確保しつつ、階調表示を行うことを可能とする高品
位液晶セルを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】従来の一般的なＢＴＮ方
式の液晶表示装置は、二つの準安定状態のうちの一方を
駆動波形により任意に選択し、光学的にはそれぞれの準
安定状態に対応した明状態と暗状態のうちの一方を得る
ものである。したがって従来の液晶表示装置および駆動
方法では光学的には２値しか得られない。本発明は、二
つの準安定状態を持つ液晶層を有する液晶セルの少なく
とも一方の準安定状態の透過率を変調することで階調表
示を行うことを特徴とする液晶セルに関する。

【０００６】本発明の液晶セルの第１の特徴は、一対の
透明電極基板間に誘電異方性が正であるカイラルネマテ
ィック液晶を挾持し、電圧を印加してフレデリクス転移
を生じさせ、かつ該フレデリクス転移後の緩和状態とし
て、二つの準安定配向状態のいずれか一方を選択できる
ように構成された液晶セルにおいて、フレデリクス転移
を生じさせるための電圧が、初期状態と二つの準安定配
向状態の間のしきい値以上の電圧とし、また前記準安定
配向状態の選択電圧が前記二つの準安定配向状態の間の
電界しきい値を基準として選択される電圧とし、さらに
前記二つの準安定配向状態のいずれか一方を選択途中、
または選択後に、階調電圧が印加し、その準安定状態に
変化を与え、結果として透過率に変化を与え階調表示を
可能にしたものである。

【０００７】本発明の液晶セルの第２の特徴は、前記第
１の液晶セルにおいて、階調制御信号を信号側電極から
入力することにより、少なくとも一方の準安定状態の透
過率を変調することで階調表示を行うことを特徴とす
る。

【０００８】以下、本発明の液晶セルの階調表示の原理
を示す。二つの準安定な状態を持つ液晶セルの一例をし
めすと、φが略１８０゜のねじれ構造を持った液晶セル
の場合、二つの準安定状態として、ねじれ角略０゜とね
じれ角が略３６０゜を示すものであり、この時、偏光板
をラビング方向に対して４５゜に設置することにより、
０゜ユニフォームは透過状態（ＯＮとする）、３６０゜
ツイストは遮光状態（ＯＦＦとする）を示す。但し、本
発明の液晶セルのφは略１８０゜のねじれ構造の場合に
限定されるものではなく、略９０〜２７０゜のねじれ角
が採用できる。

【０００９】本発明者らは、前記変調信号を透過率の高
い準安定状態、例えば前記０゜ユニフォーム状態の画素
に、パルスを印加すると、透過率が減少することを見出
し、この現象を利用して、例えば信号側から変調信号と
してパルスを印加することで、階調表示を行わさせるこ
とができた。また、階調表示時に他方の準安定状態へ切
り替わることのない条件で液晶セルを駆動することによ
り、高い透過率を持つ領域に対し、さらに良好な階調表
示を行うことができる。

【００１０】したがって単に二つの準安定状態のうちの
一方を選択しそれぞれの状態に対応した透過率を得る従
来の液晶セルの表示方式に対し、本発明の液晶セルは二
つの準安定状態のうちの一方に液晶分子の配向状態を導
きつつ、その準安定状態に達した後あるいは達する前
に、さらに、前記のような電圧を与えることにより、そ
の配向状態に変化を与え、結果として二つの準安定状態
それぞれに対応した透過率以外の透過率を得るという点
で、従来の液晶セルおよび表示方法とは全く異なるもの
である。

【００１１】以下、図面に基づき本発明を詳細に説明す
る。図１に、前記第１のＢＴＮ方式の液晶セルの一構成
例を示す。下基板１１と上基板１２間に液晶層３０が挾
持されている。２１と２２は液晶層に電圧を印加するた
めの透明電極、３１と３２は液晶を配向させるための配
向膜である。４１と４２は偏光板である。ここで用いる
液晶層は、液晶層厚の１倍から２．２倍の自然ピッチを
有する誘電異方性が正のカイラルネマティック液晶であ
る。配向処理が施された配向膜によって液晶は基板面か
らわずかに傾斜した方向に配向させられる。この傾斜角
は２゜から３０゜程度が好ましい。傾斜角が小さい場合
には双安定動作が不安定になり良好なスイッチングが行
えなくなる。また、傾斜角が大きすぎる場合には、表示
特性の視野角依存性が大きくなるという問題を生ずる。
この図の構成では、初期状態において上下基板界面での
液晶の傾きが逆となるように構成されている。液晶の自
然ピッチｐは液晶層の厚さｄの１倍から２．２倍の間に
設定される。液晶層の複屈折と膜厚の積Δｎｄは観察光
の波長の略１／２、具体的には、０．２０μｍ〜０．３
５μｍ、好ましくは０．２５μｍ〜０．３０μｍの範囲
であるように構成される。また、一方の偏光板はその光
透過軸が、基板界面での液晶の配向方向と略４５゜（３
５゜〜５５゜）の角度を成すように配設され、もう一方
の偏光板はその光透過軸が他方の偏光板の光透過軸と基
板界面での液晶の配向方向を基準として対称になるよう
に配設される。

【００１２】まず、ＢＴＮのスイッチング動作をフレデ
リクス転移を生じさせるために印加される電圧、二つの
準安定配向状態のいずれか一方を選択するために印加さ
れる電圧および選択された準安定配向状態に変化を与え
て透過率を変化させるための電圧を、パルス印加する場
合について説明する。ただし、本発明においては、前記
各印加電圧は、必ずしもパルス印加によって印加するも
のに限定されるものではない。パルス駆動波形として
は、フレデリクス転移を生じさせるために印加される電
圧（以下、リセットパルスとも呼ぶ）と、それに続く、
二つの準安定状態のいずれか一方を選択するために印加
される電圧（以下、２ｎｄパルスとも呼ぶ）が印加され
る。リセットパルスは、初期状態と二つの準安定配向状
態の間のしきい値以上の電界を有する電圧パルスであ
り、２ｎｄパルスは二つの準安定配向状態の間の電界し
きい値を基準として選択される。リセットパルスおよび
２ｎｄパルスは交流パルスでもよいし、単極性パルスで
もよい。ただし単極性パルスの場合は液晶層に電荷が蓄
積しないように周期的にその極性を変えて印加する必要
がある。各印加波形とそれに対する光学的応答を図２に
示す。

【００１３】準安定配向状態に印加される２ｎｄパルス
の波高値がしきい値以下の場合、リセット状態（液晶分
子の配列はホメオトロピック状態）からの急激な緩和に
より生じるバックフローのため、液晶分子は初期状態か
らさらに１８０゜多くねじれた状態となる。例えば、初
期状態が略１８０゜の場合は、バックフローによるねじ
れは略３６０゜ねじれの準安定状態（以下、Ｔの準安定
状態と呼ぶ）になり、ここに示した一般的な素子構成お
よび偏光板の配置では前記Ｔ状態では暗状態になる。

【００１４】一方、準安定配向状態に印加される２ｎｄ
パルスの波高値がしきい値以上の場合は、前記バックフ
ローが抑制されるため、液晶分子はねじれが初期状態よ
り１８０゜小さい準安定状態となる。例えば、初期状態
が略１８０゜の場合は、略０゜の準安定状態（以下、Ｕ
の準安定状態と呼ぶ）になり、ここに示した一般的な素
子構成および偏光板の配置では明状態になる。

【００１５】次に、本発明の特徴の一つであるところ
の、リセットパルスを印加直後あるいはある時間経過後
に、さらに２ｎｄパルスを印加した場合の液晶分子の挙
動およびそれに伴う光学的挙動について説明する。上述
の素子構成および偏光板配置ではＵの準安定状態におい
て明状態が得られるが、この場合、二つの準安定配向状
態のいずれか一方を選択するための電圧の印加後にさら
に電圧を印加すると、リセット状態（液晶分子の配列は
ホメオトロピック状態）からＵの準安定状態に緩和した
後の、あるいは緩和途中の液晶分子には、分子長軸方向
を基板に垂直な方向に配列させるような規制力が働くた
め、液晶分子は本来のＵの準安定状態よりも基板に対す
る液晶分子の傾斜角が大きな配向状態となり、それに伴
って透過率は本来のＵの準安定状態の透過率（明状態）
よりも小さくなる。さらに、その液晶分子の配向状態
（基板に対する傾斜角）およびそれを反映する透過率は
２ｎｄパルス印加後さらに印加する階調電圧の大きさに
依存して決まる。そして、その階調電圧の大きさが一定
ならば印加中の素子の透過率も一定となり（図３）、階
調電圧の大きさを連続的に変化させれば透過率もそれに
応じて連続的に変化する（図４）。ただし、階調電圧が
リセット電圧以上、つまり初期状態と二つの準安定状態
の間のしきい値以上の場合、階調電圧を急激に除去する
とＴの準安定状態に移行し、光学的には暗状態になって
しまうため、階調電圧によって素子の透過率を任意に制
御するためには、階調電圧を前記しきい値以下にするこ
とが必要になる。

【００１６】また、本発明の液晶セルにおいては、素子
構成や偏光板の配置等によっては二つの準安定状態にお
ける光学的状態（明状態と暗状態）は、どちらにでも設
定可能である。上述の図１に示した構成例ではＵの準安
定状態で明状態、Ｔの準安定状態で暗状態になるが、例
えば図５のように１／４波長板５１を、その遅相軸が基
板界面での液晶分子の配向方向と直交するように配設す
れば、Ｕの準安定状態で暗状態、Ｔの準安定状態で明状
態になる。

【００１７】本発明の液晶セルにおいても、この両者の
設定が可能であるが、Ｕの準安定状態を明状態とする方
が好ましい。すなわち、印加波形に対する液晶分子挙動
とそれに伴う光学的応答を考えた場合、Ｔの準安定状態
へのスイッチングは、上述したようにリセット状態から
の急激な緩和によって生じるバックフローを経由するた
め、Ｔの準安定状態への移行にはある程度の時間を要
し、Ｔの準安定状態に対応した透過率に向かっての光学
的な変化が起こるまでにもある程度の時間を要すること
になる〔図６（ａ）〕。これに対し、Ｕの準安定状態へ
のスイッチングにはバックフローがほとんど関与しない
ため、リセット状態からただちに光学的変化が起こり、
Ｕの準安定状態に対応した透過率に収束する〔図６
（ｂ）〕。したがってＵの準安定状態を明状態としたほ
うが、階調電圧がより早いタイミングで印加できること
になり、階調電圧印加に関する自由度が大きくなる。さ
らにこのほうが位相板が不要になって構成が簡単になる
のでより好ましい。

【００１８】本発明の液晶セルにおいては、階調電圧を
電圧パルスとして液晶層に印加することにより、より効
果的に透過率の制御を行なうことが可能となる。リセッ
トパルスと、それに続くＵの準安定状態を選択する２ｎ
ｄパルス、さらにその後に階調電圧をパルス印加した場
合の光学応答の例を図７に示す。２ｎｄパルスによりＵ
の準安定状態（明状態）に変化した後のあるいは変化途
中の液晶分子は階調パルスの印加に伴いその配向状態が
変化を受け透過率も減少するが、階調パルスが終わると
液晶分子は再びＵの準安定状態に戻り始め、それに伴い
透過率も明状態に向かって増大する。つまりこのこと
は、２ｎｄパルス印加によって明状態に達した〔図７
（ａ）〕、あるいは明状態に向かって変化途中〔図７
（ｂ）〕の素子に階調パルスを印加することにより、一
時的に素子の透過率を減少させることが可能になるとい
うことであり、したがって階調パルスの印加条件によ
り、素子の平均透過率を制御することが可能となる。階
調パルスの波高値については、前述したように、初期状
態と二つの準安定状態の間のしきい値を越える場合に
は、階調パルス印加後Ｔの準安定状態に移行し、光学的
には暗状態になってしまうため、素子の平均透過率を任
意に制御するためには、階調パルスの波高値を前記しき
い値以下にすることが必要になる。

【００１９】また、本発明の液晶セルにおいては、階調
パルスによる一時的な透過率の減少とそれに続く明状態
への復帰により、素子の平均透過率を変えることにな
る。ＢＴＮ方式では二つの準安定状態ともにある程度の
メモリー性を有するため、駆動周波数（フレーム周波
数）の小さい駆動が可能であり、階調パルスは、次にフ
レデリクス転移を生じさせるための電圧パルスが印加さ
れるまでの期間に複数回印加されてもよいが、透過率の
増減によるチラツキを感じないようにするためには、該
複数回印加される階調パルスの間隔を４０ｍｓｅｃ程度
以下（より好ましくは３０ｍｓｅｃ程度以下）に設定す
ることが好ましい。

【００２０】本発明においては、前述したように階調パ
ルスの印加条件により素子の平均透過率を制御すること
が可能となる。その制御方法として以下のようなものが
挙げられる。１．階調パルスのパルス幅のみを変更する場合。図８に、リセットパルスに続く２ｎｄパルスによりＵの
準安定状態（明状態）を選択し、さらにその後に印加す
る階調パルスのパルス幅のみが異なるときの、それぞれ
に対応する光学応答を示す。階調パルスのパルス幅つま
り階調電圧の印加時間に依存して素子の透過率が減少す
る時間が異なり、結果として素子の平均透過率が変わる
ことになる。したがって階調パルス幅の設定値の数だけ
の階調数が得られるので、具体的には該パルス幅を複数
のパルス幅設定値から任意に選択して印加する方法が挙
げられる。

【００２１】２．階調パルスのパルス波高値のみを変更
する場合。図９に、リセットパルスに続く２ｎｄパルスによりＵの
準安定状態（明状態）を選択し、さらにその後に印加す
る階調パルスの波高値のみが異なるときの、それぞれに
対応する光学応答を示す。階調パルスの波高値が大きい
ほど素子の透過率の減少が大きく、結果として階調パル
スの波高値により素子の平均透過率が変わることにな
る。したがって階調パルス波高値の設定値の数だけの階
調数が得られるので、具体的には該パルス波高値を複数
の設定値から任意に選択して印加する方法が挙げられ
る。

【００２２】３．２ｎｄパルスを印加してから階調パル
スを印加するまでの時間のみを変更する場合。図１０に、リセットパルスに続く２ｎｄパルスによりＵ
の準安定状態（明状態）を選択し、２ｎｄパルスを印加
してからさらに階調パルスを印加するまでの時間のみを
変えたときの、それぞれに対応する光学応答を示す。一
般に液晶セルの駆動は一定のフレーム周波数で、駆動波
形にしたがった電圧印加を行なう。ＢＴＮでは通常、フ
レームごとにつまりフレーム時間（１／フレーム周波
数）に１回リセットパルスと２ｎｄパルスにより書き換
えを行なう。フレームごとの書き換えによる表示のチラ
ツキを感じないように４０〜５０Ｈｚ程度以上に設定さ
れるから、フレーム時間は２０〜２５ｍｓｅｃ程度以下
となる。リセットパルスと２ｎｄパルスによりＵの準安
定状態に液晶分子の配向状態が変化するまでには数〜２
０ｍｓｅｃの時間を要するが、階調パルスによりその配
向状態が変化を受け、再びＵの準安定状態に戻る場合に
もある程度の時間を要するため、図１０に示すように、
階調パルスを印加するタイミングによりフレームの平均
透過率が変化することになる。

【００２３】４．２ｎｄパルスを印加してから階調パル
スを印加するまでの時間と、階調パルスのパルス幅の両
者をともに変更する場合前記両者に対してそれぞれ複数の設定値から任意に選択
して階調パルスを印加する方法によっても、さらに効果
的に素子の平均透過率を制御することができる。２ｎｄ
パルスを印加してから階調パルスを印加するまでの時間
および階調パルスのパルス幅による素子の透過率の変化
は上述したとおりであるが、両者をそれぞれ変化させる
ことにより、最大、それぞれの選択可能な設定値数の積
の数だけの階調数が得られることになる。

【００２４】５．２ｎｄパルスを印加してから階調パル
スを印加するまでの時間と、階調パルスのパルス波高値
の両者をともに変更する場合。前記両者に対してそれぞれ複数の設定値から任意に選択
して階調パルスを印加する方法によっても、さらに効果
的に素子の平均透過率を制御することができる。２ｎｄ
パルスを印加してから階調パルスを印加するまでの時間
および階調パルスのパルス波高値による素子の透過率の
変化は上述したとおりであるが、両者をそれぞれ変化さ
せることにより、最大、それぞれの選択可能な設定値数
の積の数だけの階調数が得られることになる。

【００２５】６．２ｎｄパルスを印加してから階調パル
スを印加するまでの時間、階調パルスのパルス幅、およ
びパルス波高値の３者をともに変更する場合。前記３者に対してそれぞれ複数の設定値から任意に選択
して階調パルスを印加する方法によっても、さらに効果
的に素子の平均透過率を制御することができる。２ｎｄ
パルスを印加してから階調パルスを印加するまでの時間
および階調パルスのパルス幅さらにパルス波高値による
素子の透過率の変化は上述したとおりであるが、３者を
それぞれ変化させることにより、最大、それぞれの選択
可能な設定値数の積の数だけの階調数が得られることに
なる。

【００２６】以下の図１１〜１５で、本発明の液晶セル
に信号側電極から階調制御信号を入力することにより、
少なくとも一方の準安定状態の透過率を変調することで
階調表示を行う具体的な信号の印加方法の例を説明す
る。図１１は、液晶セルに信号側電極から階調制御信号
を入力することにより、少なくとも一方の準安定状態の
透過率を変調することで階調表示を行うことを特徴とす
る駆動波形の一例である。なお、図１１は本発明の原理
を説明するもので、印加パルスの電圧、幅等は強調して
記載してある。

【００２７】Ｔ１は、１走査時間を示している。ｔ１１
は、液晶にフレデリクス転移を起こす第一の波形、ｔ１
２は液晶にＯＮ／ＯＦＦを書き込む第二波形を示してい
る。本発明では、１走査時間内に、階調を行うための変
調信号を信号側から印加する。図１のｔ１３の期間が、
変調信号が信号側から印加される期間である。この例で
は、ｔ１３の期間は、階調信号を無効にする電圧波形
が、走査側に印加されている。ｔ２２は、他の走査電極
上の画素に対応したＯＮ／ＯＦＦの信号電圧が印加され
る期間である。また、ｔ２３の前半は、階調信号を有効
にする波形、後半は無効にする波形を出力している。つ
まり、ｔ１２において透過状態になった画素は、ｔ１３
では透過率または反射率の変化はなく、ｔ２３の前半の
波形により、透過率が低下する。この例からも明らかな
ように、階調信号に対応する走査線を任意に選択するこ
とが可能でありかつ、階調信号は信号側から印加される
ため、同一走査線上の各画素において、個別に変調を行
うことが可能である。ただし、本発明の階調信号の印加
方法は、この例によって制限されるものではない。たと
えば、走査中の走査線上の画素に対して、信号側から
は、画素をＯＮ／ＯＦＦする信号を入力し、続いて同一
走査線上の画素に対する階調信号を入力し、これに続い
て、他の走査線上の画素に対する階調信号を入力するこ
とが好ましい。

【００２８】図１２は本発明の液晶セルによる階調表示
を行う駆動波形の他の例である。ここでは、走査線１及
び２について、同一信号線上に変調信号が印加された場
合について、走査時間を短縮するために、第一のパルス
を重ね合わせた場合について示している。走査線１上の
合成波形および走査線２上の合成波形とも、信号側から
入力される変調信号を各走査線上の信号波形を変更する
ことで、任意に有効／無効を切り替えることが可能であ
ることがわかる。また、この例では説明のために信号側
には常に変調パルスが印加されているが、実駆動におい
ては、ＯＮ／ＯＦＦを書き込む第二のパルスおよび変調
パルスは、表示する画面情報により変更可能であること
は明らかである。

【００２９】本発明では、変調信号が、どの走査線上の
画素に対して有効とするかを、走査側の波形との組み合
わせで選択する。この例では、１走査時間に二つの変調
信号を印加しているが、変調信号は二つに限定されるこ
とはなく、多数の変調パルスを印加し、それぞれを上記
方法により、異なる走査線上の画素に対応させること
で、１フレーム内で、異なる期間に複数の変調をかける
ことが可能となる。この変調信号の数は、表示する液晶
パネルのフレーム周波数、走査線数および必要最低限な
第二のパルス幅によって規定されるが、図１２に示すよ
うに、第一のパルスを重ね合わせることで、大幅に変調
パルス数、パルス幅および第二のパルス幅を確保するこ
とができる。ただし、本発明は、前記の波形の説明図に
よってなんらの制限を受けるものではなく、変調を行う
パルスと該当する走査線の関係は、変調を行うパルスを
信号側電極から印加する限りにおいて、本発明はなんら
の制限を受けず、本発明の所期の目的を達成し得るので
ある。

【００３０】本発明を実現するコントローラについて一
例をあげて説明する。図１３は、本発明のコントローラ
の一例を示すブロック図である。階調データは、メモリ
素子に記憶され、それぞれ対応した画素に対して、あら
かじめ設定された走査時間に対応して出力される。入力
された階調情報を含むデータは、データ抽出部で、ＯＦ
Ｆ以外のデータ（階調を含み、最高透過率または反射率
のデータを含む）はＯＮデータとして出力される。ＯＮ
データは、二つの準安定状態を持つ液晶の駆動方法で
（少なくともフレデリクス転移を起こす第一のパルス
と、二つの準安定状態を設定する第二のパルスからなる
駆動方法）でＯＮ状態が液晶セルに書きこまれる。

【００３１】本駆動方法では、先の階調データを含む画
像データをメモリ素子に記憶し、走査中の画素を含む異
なる走査線上の画素へ、階調による変調を行う。信号側
駆動ＩＣへは、順次走査の走査線に対応したＯＮ／ＯＦ
Ｆデータと、走査中の走査線上の画素と異なる走査線上
の画素のための階調データを順次データとして入力、パ
ネルへ出力する。走査側は、信号側から出力される階調
データに対応した画素の走査線に、階調信号を有効とす
る信号を出力し、対応しない走査線へは、階調データを
無効にする信号を出力する。このパターンを固定とした
場合は、ＣＯＭ側パターンＲＯＭから、走査側出力のた
めのパターンを出力することで、走査信号は容易に作製
することができる。もちろん、走査側の出力パターン
は、ＲＯＭに記憶する以外に、組み合わせ回路により、
論理合成しても構わない。

【００３２】また、全体の動作として、信号側から出力
されるデータと同期して、走査側に出力が出れば、階調
信号の出力と組み合わせて、走査側の出力を変更するこ
とが可能である。この場合、入力されたデータの配列、
階調数、時間変化等により、階調信号の出力順序をダイ
ナミックに変化させることが可能である（画像データを
記憶するメモリ素子からのデータにより、ＣＰＵ等の演
算素子や、組合せ回路によるシーケンサを使用すること
で、実現することができる。）。

【００３３】また、前述の入力されるデータを参照する
場合のほかに、使用者が自ら階調データの出力順序を変
更することも可能である。この場合、走査側スキャンデ
ータを外部から変更することで、容易に希望する順序
で、階調データを出力することが可能となる。この場合
は、走査側スキャンデータは、電気的書き込み消去可能
なプロセス（ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ等）で作
製することが好ましい。ＣＰＵやシーケンサを使用する
場合は、ＣＰＵのレジスタを参照するデータＲＯＭや、
シーケンサに分岐条件等を記憶させたＲＯＭ等を、同様
に電気的書き込み消去可能プロセス（ＥＥＰＲＯＭやフ
ラッシュＲＯＭ等）で作製することで実現できる。

【００３４】以下に駆動波形の信号側（表示信号および
階調信号）と走査側の出力タイミングの一例を示し、説
明する。この例では、液晶セルの走査線数を２４０本に
対して、１フレーム期間中に４回のパルスで階調を入力
する例を示している。走査線と表示信号が対応する走査
線および階調信号１〜４が対応する走査線の関係を表１
に示す。

【００３５】走査線Ｎｏ．は走査中の走査線を示す。表
示信号は、走査線上の画素のＯＮ／ＯＦＦデータを出力
する（表中には対応する走査線を示す）。階調信号１〜
４は、対応する走査線上の画素の階調信号を出力する
（表中には対応する走査線を示す）。たとえば、走査線
Ｎｏ．ｌについては、この走査線上の画素について、Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ信号を表示信号で出力し、続いて階調信号１
では走査線１上の画素、階調信号２では走査線６２上の
画素、階調信号３では、走査線１２２上の画素、階調信
号４では走査線１８２上の画素について、階調信号を出
力する。各信号、階調信号１〜４は、シリアルに出力さ
れるため、各走査線は、対応する走査線以外について
は、階調信号をキャンセルする電圧波形を出力して対応
しない階調信号の影響を取り除く。対応する走査線で
は、入力される階調信号を有効にする電圧波形を、対応
する階調信号入力に同期して出力することで、一走査線
上の画素について、階調表示を可能とする。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】ここでは、走査線数２４０本に対して、４パルスの階調
パルスを印加すること、および４８ライン分の間隔で階
調パルスを印加する例を示したが、本発明は、この説明
によって制限を加えられるものではない。走査線数、パ
ルス数に関しては駆動する二つの準安定状態を持つ液晶
の駆動条件によってのみ上限値が規制される。なお、前
表１において、走査線４〜４６および走査線９８〜１４
２、前表２において、走査線１４６〜１９０および走査
線１９４〜２３８については記載を省略した。同様に下
記各表についても、走査線と表示信号および階調信号の
関係についての記載を省略した走査線Ｎｏ．がある。

【００３８】また、より好ましい階調パルスの印加方法
を下表３に示す。下表３では、前表１および２と同様の
走査線２４０本に対して、５パルスを印加し、階調信号
１は走査線が走査している画素のＯＮ／ＯＦＦ信号（表
示信号）に続いて、同一走査線上の画素に対する変調を
行う例である。

【表３】

【００３９】

【表４】この例では、各走査線は、画素のＯＮ／ＯＦＦの入力
後、続いて同一画素に対する階調信号を入力している
が、本発明は、この例に制限されることはない。例えば
前表３中の階調信号１と階調信号２を入れ替えることも
可能である。また、画素のＯＮ／ＯＦＦ信号と、階調信
号の間に一定期間の間隔を開けることも可能である。

【００４０】駆動波形については、タイミングチャート
では両極性の出力について記載しているが、本発明は、
電圧の印加方法については制限をうけるものではない。
両極性の出力を持つ駆動ＩＣはもちろん、片極性を出力
するものを使用し、コンデンサカップリング等を使用し
たレベルシフト等の方法を使用することが可能である。
液晶の高信頼性を確保するための交流化についても、本
発明は制限を受けるものではない。１フレーム毎に極性
を反転する（フレーム反転）や、１本ないしは複数本毎
に極性を反転する（ライン反転）等の駆動方法を使用す
る事ができる。

【００４１】基板材料としては、ガラス基板等を使用す
ることはもちろん可能であるが、プラスチック基板を使
用することで、軽量・薄型の液晶セルを得ることができ
る。プラスチック基板としては、オレフイン系の基板材
料を使用することができる。

【００４２】本発明の液晶セルによれば、高速応答で暗
状態と明状態のスイッチングが可能であり、さらにその
透過率を任意に制御することも可能になるので、液晶セ
ルのみならず、他の、高速応答および階調性（中間調）
が必要とされるような光シャッター、光バルブ等の素子
およびそれを具備した装置にも好適に用いられるもので
ある。

【００４３】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す。

【００４４】実施例１透明電極を有するガラス基板にポリイミドの配向膜（日
本合成ゴム製ＡＬ−３０４６）を形成し、ラビングによ
る配向処理を行なった。同様の処理を行なった別の基板
と先の基板を配向処理面が対向し、かつ配向処理方向が
１８０゜異なる（反平行となる）ように、シリカビーズ
スペーサーを介して重ね合わせ、基板間の空隙に液晶を
注入し、液晶セルを作製した。液晶としては、メルク製
のネマティック液晶ＺＬＩ−１５５７（Δｎ＝０．１１
４７）に右回りねじれを誘起するメルク製のキラルネマ
ティック液晶Ｓ−８１１を添加してピッチ（ｐ）を調整
した。液晶層の厚さ（ｄ）はスペーサーの粒径により
２．４μｍに調整した。ｄ／ｐの値は０．６５とした。
この液晶セルを挾むように２枚の偏光板を配設した。一
方の偏光板はその透過軸が基板（どちらの基板でも同
じ）の配向処理の方向と４５゜の角度を成すように配置
し、他方の偏光板はその透過軸が、基板の配向処理方向
に対して先の偏光板の透過軸と対称になるように配置し
た。

【００４５】この液晶セルに印加する電圧の駆動波形を
種々変えてその光学応答を調べたところ、まずリセット
パルスについては、パルス幅１ｍｓｅｃにおいて初期状
態と二つの準安定状態の間のしきい値は１８Ｖであっ
た。さらにこのリセットパルスにひき続く２ｎｄパルス
については、パルス幅０．５ｍｓｅｃにおいて、二つの
準安定状態（ＵとＴ）間のしきい値は２．５Ｖであり、
２．５Ｖ未満でＴの準安定状態、２．５Ｖ以上でＵの準
安定状態が得られた。光学的には、Ｔの準安定状態で暗
状態、Ｕの準安定状態で明状態が得られた。前述の各し
きい値から、Ｔの準安定状態を得るための駆動波形（以
下、Ｔ波形と呼ぶ）と、Ｕの準安定状態を得るための駆
動波形（以下、Ｕ波形と呼ぶ）を以下のように設定し
た。Ｔ波形リセットパルス幅（Ｗ_R）：１ｍｓｅｃ、リセットパルス波高値（Ｖ_R）：２５Ｖ２ｎｄパルス幅（Ｗ_2nd）：０．５ｍｓｅｃ、２ｎｄパルス波高値（Ｖ_2nd）：１Ｖフレーム周波数：５０Ｈｚ（１フレーム：２０ｍｓｅｃ）Ｕ波形リセットパルス幅（Ｗ_R）：１ｍｓｅｃ、リセットパルス波高値（Ｖ_R）：２５Ｖ２ｎｄパルス幅（Ｗ_2nd）：０．５ｍｓｅｃ、２ｎｄパルス波高値（Ｖ_2nd）：４Ｖフレーム周波数：５０Ｈｚ（１フレーム：２０ｍｓｅｃ）Ｔ波形およびＵ波形印加時の液晶セルにおける光学応答
はそれぞれ図２（ａ）、（ｃ）のようになり、フレーム
平均透過率はそれぞれ０．２１％および３２．０％、Ｔ
およびＵの準安定状態に達したときの透過率の定常値は
それぞれ０．２１％および３５．６％、またリセットパ
ルスを印加してからＴおよびＵそれぞれの透過率の定常
値に達するまでの時間はそれぞれ０．３ｍｓｅｃおよび
７ｍｓｅｃであった。Ｕ波形の２ｎｄパルス印加後にあ
る間隔をおいて５Ｖの一定電圧を印加したところ、セル
の透過率は１６．７％に減少した（図３）。

【００４６】実施例２実施例１で用いた液晶セルにＵ波形を印加し、２ｎｄパ
ルス印加後にある間隔をおいて図４に示すような連続的
に変化する電圧を印加したところ、印加電圧に対応した
透過率の変化が見られた。

【００４７】実施例３実施例１で用いた液晶セルの一方の偏光板と隣接する基
板の間に１／４波長板を、その遅相軸が基板の配向処理
方向と直交するように配置した。この液晶セルに実施例
１で設定したＴ波形を印加したところ光学的には明状態
が得られ、Ｕ波形を印加したところ光学的には暗状態が
得られた。この液晶セルにＴ波形における２ｎｄパルス
印加後０．５ｍｓｅｃの間隔をおいて５Ｖの一定電圧を
加えたところ、液晶層の液晶分子は該電圧によりＵの準
安定状態に移行し暗状態となった。一方、実施例１で用
いた液晶セルにＵ波形における２ｎｄパルス印加後０．
５ｍｓｅｃの間隔をおいて５Ｖの一定電圧を加えたとこ
ろ、実施例１と同様でセルの透過率は１６．７％になっ
た。

【００４８】実施例４実施例１で用いた液晶セルにＵ波形における２ｎｄパル
ス印加後１０ｍｓｅｃ後にパルス幅１ｍｓｅｃ、波高値
５Ｖの電圧パルスを印加したところ、図７（ａ）のよう
に明状態にあった透過率は電圧パルスの印加により急激
に減少して１７％程度になり、また電圧パルス終了後は
急激に増大して元の明状態に戻った。該電圧パルスを印
加しなかった場合のフレーム平均透過率は３２．０％
（実施例１）、印加した場合のフレーム平均透過率は２
６．９％であり、各波形をフレームごとに極性を反転さ
せて連続印加して比較したところ、表示の明るさの違い
として目視認識されることを確認した。

【００４９】実施例５実施例１で用いた液晶セルにＵ波形における２ｎｄパル
ス印加後０．５ｍｓｅｃ後にパルス幅１ｍｓｅｃ、波高
値５Ｖの電圧パルスを印加したところ、図７（ｂ）のよ
うに明状態にあった透過率は電圧パルスの印加により急
激に減少して１７％程度になり、また電圧パルス終了後
は急激に増大して元の明状態に戻った。該電圧パルスを
印加しなかった場合のフレーム平均透過率は３２．０％
（実施例１）、印加した場合のフレーム平均透過率は２
９．１％であり、各波形をフレームごとに極性を反転さ
せて連続印加して比較したところ、表示の明るさの違い
として認識されることを確認した。

【００５０】実施例６実施例４における２ｎｄパルス印加後に印加する電圧パ
ルスの波高値を１７Ｖにして印加したところ、明状態に
あった透過率は電圧パルスの印加により１．５％まで減
少したが、電圧パルス終了後は元の明状態に戻った。２
ｎｄパルス印加後に印加する電圧パルスの波高値を１９
Ｖにして印加したところ、液晶層は該電圧によりセット
されてＴの準安定状態に移行し、光学的には暗状態とな
った。

【００５１】実施例７実施例１で用いた液晶セルにＵ波形における２ｎｄパル
ス印加４．５ｍｓｅｃ後にそれぞれパルス幅が異なる波
高値５Ｖの電圧パルスを印加したところ、各パルス幅と
フレーム平均透過率は表１のようになった。さらに各波
形をフレームごとに極性を反転させて連続印加して比較
したところ、表示の明るさの違いとして目視認識される
ことを確認した。

【表５】

【００５２】実施例８実施例１で用いた液晶セルにＵ波形における２ｎｄパル
ス印加４．５ｍｓｅｃ後にそれぞれパルス幅が異なるパ
ルス幅４ｍｓｅｃの電圧パルスを印加したところ、各パ
ルス波高値とフレーム平均透過率は表２のようになっ
た。さらに各波形をフレームごとに極性を反転させて連
続印加して比較したところ、表示の明るさの違いとして
目視認識されることを確認した。

【表６】

【００５３】実施例９実施例１で用いた液晶セルに、Ｕ波形における２ｎｄパ
ルスを印加してからの時間を変えて、パルス波高値５
Ｖ、パルス幅４ｍｓｅｃの電圧パルス（階調パルス）を
印加したところ、２ｎｄパルスを印加してから該階調パ
ルスを印加するまでの時間とフレーム平均透過率は表３
のようになった。さらに各波形をフレームごとに極性を
反転させて連続印加して比較したところ、表示の明るさ
の違いとして目視認識されることを確認した。

【表７】

【００５４】実施例１０実施例１で用いた液晶セルにＵ波形における２ｎｄパル
ス印加４．５ｍｓｅｃ後にそれぞれパルス幅および波高
値が異なる電圧パルスを印加したところ、各パルス幅お
よび波高値とフレーム平均透過率は表４のようになっ
た。さらに各波形をフレームごとに極性を反転させて連
続印加して比較したところ、表示の明るさの違いとして
目視認識されることを確認した。

【表８】

【００５５】実施例１１実施例１で用いた液晶セルに、
Ｕ波形における２ｎｄパルスを印加してからの時間とパ
ルス幅を変えて、パルス波高値５Ｖの電圧パルス（階調
パルス）を印加したところ、２ｎｄパルスを印加してか
ら該階調パルスを印加するまでの時間およびパルス幅と
フレーム平均透過率は表５のようになった。さらに各波
形をフレームごとに極性を反転させて連続印加して比較
したところ、表示の明るさの違いとして目視認識される
ことを確認した。

【表９】

【００５６】実施例１２実施例１で用いた液晶セルに、Ｕ波形における２ｎｄパ
ルスを印加してからの時間とパルス波高値を変えて、パ
ルス幅４ｍｓｅｃの電圧パルス（階調パルス）を印加し
たところ、２ｎｄパルスを印加してから該階調パルスを
印加するまでの時間およびパルス波高値とフレーム平均
透過率は表６のようになった。さらに各波形をフレーム
ごとに極性を反転させて連続印加して比較したところ、
表示の明るさの違いとして目視認識されることを確認し
た。

【表１０】

【００５７】実施例１３実施例１で用いた液晶セルに、Ｕ波形における２ｎｄパ
ルスを印加してからの時間、パルス幅、およびパルス波
高値を変えて、電圧パルス（階調パルス）を印加したと
ころ、それぞれとフレーム平均透過率は表７および８の
ようになった。さらに各波形をフレームごとに極性を反
転させて連続印加して比較したところ、表示の明るさの
違いとして目視認識されることを確認した。

【表１１】

【００５８】

【表１２】

【００５９】実施例１４液晶に二つの準安定状態を持つ液晶を使用し、図１３に
記載の構成の駆動コントローラをＬａｔｔｉｃｅ社製Ｃ
−ＰＬＤであるｉｓｐ−ＬＳＩｌ０３２を用いて液晶セ
ルを作製した。液晶セルとして、表示容量３２０×８０
のものをもちいた。階調を行う変調パルスは、各走査線
に２パルスを印加する構成で作製し、その階調表示を行
うための階調信号と走査線の関係を下表１３に示す。

【００６０】

【表１３】前表１３の結果として４階調の階調表示が可能であるこ
とがわかった。特に、本方法では液晶セル本来の最大の
透過率または反射率に対して、階調表示時の表示信号に
よる最大透過率または反射率は同一のレベルを示した。
これにより、階調表示時の透過率または反射率の低下
は、起こらないことがわかった。

【００６１】実施例１５実施例１４同様の構成で、階調を行う変調パルスを各走
査線６パルス印加する構成で作製し、各変調パルスは、
表６〜８に示す走査線上の画素を変調する構成で作製し
た。なお、下表１４〜１６には対応する走査線番号を、
数字のみで示した。

【表１４】

【００６２】

【表１５】

【００６３】

【表１６】結果として、８階調の階調表示が可能であることがわか
った。また、液晶セルの最大透過率または反射率に対し
て、階調データによる最大透過率または反射率は、変化
しないことが確認できた。

【００６４】実施例１６実施例１４と同一のパネル構成で、階調を行う変調パル
スを各走査線に対して、表３〜４に示す構成で作製し
た。結果として、７階調の階調表示が、良好に得られる
ことがわかった。また、液晶セルの最大透過率または反
射率に対して、階調データによる最大透過率または反射
率は、変化しないことが確認できた。

【００６５】実施例１７実施例１４の構成で、各走査線に２パルス印加する構成
でコントローラを作製した。駆動する液晶パネルは、基
板にＰＥＳを使用して作製した。比較のために、基板に
ガラスを使用したパネルを作製し、パネル以外は同一構
成で液晶セルを作製した。作製した液晶パネルを表示し
たところ、４階調表示が確認できた。ガラス基板を使用
したものに対して、特に反射モードで表示した場合、基
板にプラスチック基板を使用したものでは、反射による
二重像はなく、かつ軽量・薄型の液晶セルを作製するこ
とができた。

【００６６】実施例１８実施例１４の構成で、変調をおこなう走査線の位置をＥ
ＥＰＲＯＭを用いて、電気的書き込み消去可能なコント
ローラを使用した。変調パルスは、２パルスを入力する
構成とした。パネルを駆動したところ、変調を行う走査
線位置を変更することで、階調パターンに変化が見られ
た。外部から変調を行う走査線位置を変更することが可
能であることが確認できた。

【００６７】実施例１９実施例１４の構成の液晶セルを使用し、階調信号とし
て、１走査線あたり２パルスを入力する構成のコントロ
ーラを作製した。階調パルスの入力パターンは、表５記
載の構成をコントローラに書き込んだ。コントロール回
路のブロック図は、図１３記載の構成とした。図１１中
の表示データ合成回路において、画像のＯＮ／ＯＦＦの
みのフレームと、実施例１４の構成による階調表示を、
１フレーム毎に切り替えて表示を行った。結果とし
て、４階調の表示を行うことができた。また、液晶セル
の最大透過率または反射率に対して、階調データによる
最大透過率または反射率は、変化しないことが確認でき
た。

【００６８】

【効果】１．従来、ＢＴＮ方式の液晶セルにおいては二
つの準安定状態にそれぞれ対応した二つの光学的状態
（２値の透過率）しか得られなかったが、本発明におい
ては駆動波形を工夫することにより任意の透過率が得ら
れ、階調表示が可能になった。２．二つの準安定状態のうち両基板間での液晶分子のね
じれが略０゜である方の準安定状態を光学的な明状態に
設定する素子構成とすることで、簡単な素子構成におい
て階調電圧印加に関する自由度が大きい。

【００６９】３．電圧パルス印加の３条件のうちの１つ
を用いるという簡単な駆動装置の構成によって、ＢＴＮ
方式の液晶セルにおける階調表示が可能となる。電圧パ
ルス印加の３条件のうちの二つを用いて駆動することに
より、ＢＴＮ方式の液晶セルにおける階調性が大幅に向
上する。電圧パルス印加の３条件すべてを用いて駆動す
ることにより、ＢＴＮ方式の液晶セルにおける階調性が
さらに大幅に向上する。４．各表示画素毎に階調制御が可能で、また、液晶表示
セル自身の持つ最高透過率を確保しつつ、階調表示を行
うことを可能とする液晶セルが提供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｕの準安定状態で明状態、Ｔの準安定状態で暗
状態を示す液晶セルの断面模式図である。

【図２】各印加波形とそれに対する光学的応答を示す図
である。（ａ）単極性のリセットパルスに続き、２ｎｄパルスと
して二つの準安定状態の間の電界しきい値以下のパルス
を、リセットパルスと同極性の単極性パルスとして印加
した場合の光学的応答を示す図である。この場合、リセ
ット状態からの急激な緩和により生じるバックフローの
ため、液晶分子はＴ（３６０゜ねじれ）の準安定状態に
なり、暗状態になる。（ｂ）（ａ）のリセットパルスおよび２ｎｄパルスを両
者とも交流パルスにした場合の光学的応答を示す図であ
る。光学的応答は（ａ）の場合と同様である。（ｃ）単極性のリセットパルスに続き、２ｎｄパルスと
して二つの準安定状態の間の電界しきい値以上のパルス
を、リセットパルスと同極性の単極性パルスとして印加
した場合の光学的応答を示す図である。この場合は、バ
ックフローが抑制されるため、液晶分子はＵ（０゜ねじ
れ）の準安定状態になり、明状態になる。（ｄ）（ｃ）のリセットパルスおよび２ｎｄパルスを両
者とも交流パルスにした場合の光学的応答を示す図であ
る。光学的応答は（ｃ）の場合と同様である。

【図３】２ｎｄパルス印加後に、さらに階調電圧とし
て、一定電圧を印加した場合の液晶層の透過率を示す図
である。

【図４】２ｎｄパルス印加後に、さらに階調電圧として
連続的に変化する電圧を印加した場合の液晶層の透過率
を示す図である。

【図５】Ｕの準安定状態で暗状態、Ｔの準安定状態で明
状態になるように、１／４波長板を設けた液晶セルの断
面模式図である。

【図６】（ａ）Ｔの準安定状態を明状態とした場合の液
晶層の透過率を示す図である。（ｂ）Ｕの準安定状態を明状態とした場合の液晶層の透
過率を示す図である。

【図７】階調電圧を電圧パルスとして液晶層に印加した
場合の液晶セルの平均透過率を示す図である。（ａ）２ｎｄパルス印加によって明状態に達した一定時
間後、一定電圧の階調パルスを一定時間印加および該印
加停止後の平均透過率の変化を示す。（ｂ）２ｎｄパルス印加によって明状態に変化する途中
に、一定電圧の階調パルスを一定時間印加および該印加
停止後の平均透過率の変化を示す。

【図８】階調パルスのパルス幅のみが異なる場合の液晶
セルの平均透過率を示す図である。（ａ）パルス幅がもっとも小さい場合の平均透過率。（ｂ）パルス幅が中間の場合の平均透過率。（ｃ）パルス幅がもっとも大きい場合の平均透過率。

【図９】階調パルスの波高値のみが異なる場合の液晶セ
ルの平均透過率を示す図である。（ａ）波高値がもっとも小さい場合の平均透過率。（ｂ）波高値が中間の場合の平均透過率。（ｃ）波高値がもっとも大きい場合の平均透過率。

【図１０】２ｎｄパルスを印加してから階調パルスを印
加するまでの時間のみが異なる場合の液晶セルの平均透
過率を示す図である。（ａ）前記時間がもっとも短い場合の平均透過率。（ｂ）前記時間が中間の場合の平均透過率。（ｃ）前記時間がもっとも長い場合の平均透過率。

【図１１】本発明による階調表示を行う駆動波形の一例
を示す図である。（ａ）走査側波形を示す図である。（ｂ）信号側波形を示す図である。（ｃ）合成波形を示す図である。

【図１２】本発明による階調表示を行う駆動波形の他の
例を示す図である。（ａ）走査線１波形を示す図である。（ｂ）走査線２波形を示す図である。（ｃ）信号側波形を示す図である。（ｄ）走査線１上の合成波形を示す図である。（ｅ）走査線２上の合成波形を示す図である。

【図１３】本発明の液晶セルのコントロール回路の一例
のブロック図である。

【図１４】本発明の液晶セルのコントロール回路の他の
例のブロック図である。

【図１５】本発明の液晶セルのコントロール回路の他の
例のブロック図である。

【符号の説明】

１１下基板１２上基板２１透明電極２２透明電極３０液晶層３１配向膜３２配向膜４１偏光板４２偏光板５１１／４波長板Ｔ１１走査時間ｔ１１液晶にフレデリクス転移を起こす第一波形。ｔ１２液晶にＯＮ／ＯＦＦを書き込む第二波形。ｔ１３階調信号を有効／無効にする電圧波形が走査側
に印加される期間。ｔ２２他の走査電極上の画素に対応したＯＮ／ＯＦの
信号電極が印加される期間。ｔ２３前半に階調信号を有効にする電圧波形の出力、
さらに後半に階調信号を無効にする電圧波形を出力する
期間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金本明彦東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者松本文直東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内 (72)発明者宮垣一也東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の透明電極基板間に誘電異方性が正
であるカイラルネマティック液晶を挾持し、電圧を印加
してフレデリクス転移を生じさせ、かつ該フレデリクス
転移後の緩和状態として、二つの準安定配向状態のいず
れか一方を選択できるように構成された液晶セルにおい
て、フレデリクス転移を生じさせるための電圧が、初期
状態と二つの準安定配向状態の間のしきい値以上の電圧
とし、また前記二つの準安定配向状態のいずれか一方を
選択するための電圧（以下、準安定配向状態の選択電圧
とも言う。）が、前記二つの準安定配向状態の間の電界
しきい値を基準として選択される電圧とし、さらに前記
いずれか一方の準安定配向状態を選択途中、または選択
後に、前記初期状態と二つの準安定配向状態の間のしき
い値以下の電圧（以下、階調電圧ともいう）が印加でき
るものであることを特徴とする液晶セル。
【請求項２】二つの準安定配向状態の一方が、厚み方
向への液晶分子のねじれ角が、初期状態における液晶分
子のねじれ角（以下、φとも言う。）＋１８０゜であ
り、他方が、φ−１８０゜である請求項１記載の液晶セ
ル。
【請求項３】一対の透明電極基板が、配向処理の方向
が略平行であって、基板との界面での液晶分子の傾きが
上下基板で略平行となるように配向処理が施されたもの
であって、かつ電圧印加前の液晶層の自然ねじれピッチ
が液晶層厚の１倍〜２．２倍である請求項１または２記
載の液晶セル。
【請求項４】基板面に対する液晶分子の傾きが、２〜
３０゜である請求項１、２または３記載の液晶セル。
【請求項５】 φが略１８０゜である請求項１、２、３
または４記載の液晶セル。
【請求項６】透過率の変調が、準安定状態が他方の準
安定状態へ切り替わることのない条件で行われるもので
ある請求項１、２、３、４または５記載の液晶セル。
【請求項７】階調電圧を加える準安定状態が、透過率
の高い準安定状態である請求項１、２、３、４、５また
は６記載の液晶セル。
【請求項８】前記フレデリクス転移を生じさせるため
に印加される電圧、準安定配向状態の選択電圧および階
調電圧のいずれかをパルス印加する請求項１、２、３、
４、５、６または７記載の液晶セル。
【請求項９】階調電圧がパルス印加され、該パルス印
加が複数のパルス幅設定値から選択されるものである請
求項８記載の液晶セル。
【請求項１０】階調電圧がパルス印加され、該パルス
印加が複数のパルス波高値から選択されるものである請
求項８または９記載の液晶セル。
【請求項１１】階調電圧がパルス印加され、かつ前記
準安定配向状態の選択電圧を印加してから前記階調電圧
が印加されるまでの時間が複数の時間設定値から選択さ
れるものである請求項８、９または１０記載の液晶セ
ル。
【請求項１２】請求項１記載の液晶セルに、初期状態
と二つの準安定配向状態の間のしきい値以上の電圧を印
加してフレデリクス転移を生じさせ、また前記フレデリ
クス転移後の緩和状態として二つの準安定配向状態のい
ずれか一方を、前記準安定配向状態の選択電圧を印加し
て選択し、さらに前記いずれか一方の準安定配向状態を
選択途中、または選択後に、前記階調電圧を印加するこ
とを特徴とする液晶セルの駆動方法。
【請求項１３】前記フレデリクス転移を生じさせるた
めに印加される電圧、準安定配向状態の選択電圧および
階調電圧のいずれかをパルス印加する請求項１２記載の
液晶セルの駆動方法。
【請求項１４】階調電圧がパルス印加され、該パルス
印加が複数のパルス幅設定値から選択されるものである
請求項１３記載の液晶セルの駆動方法。
【請求項１５】階調電圧がパルス印加され、該パルス
印加が複数のパルス波高値から選択されるものである請
求項１３または１４記載の液晶セルの駆動方法。
【請求項１６】階調電圧がパルス印加され、かつ前記
準安定配向状態の選択電圧を印加してから前記階調電圧
が印加されるまでの時間が複数の時間設定値から選択さ
れるものである請求項１３、１４または１５記載の液晶
セルの駆動方法。
【請求項１７】走査中の走査線上の画素および該走査
中の走査線とは異なる走査線の画素の少なくとも一方の
画素に対して、その準安定状態の透過率を変調すること
で階調表示が可能なものであることを特徴とする請求項
１から１１のいずれかの請求項に記載の液晶セル。
【請求項１８】前記各画素の準安定状態の透過率を順
次に変調する請求項１７記載の液晶セル。
【請求項１９】信号側から入力される信号は、画素の
ＯＮ／ＯＦＦ信号と走査中の走査線上の画素および該走
査中の走査線とは異なる少なくとも一本以上の走査線上
の画素に対する階調信号である請求項１７または１８記
載の液晶セル。
【請求項２０】透過率の変調が、信号側電極から入力
される電圧波形と走査側電極から入力される電圧波形の
合成波形によって行われるものである請求項１から１１
のいずれかの請求項に記載の液晶セル。
【請求項２１】変調を加える走査線の位置は、入力さ
れる表示信号により変更可能である請求項２０記載の液
晶セル。
【請求項２２】変調を加える走査線の位置は、書き換
え可能なプロセスを用いた記憶素子に記憶し、外部から
変更可能である請求項２０または２１記載の液晶セル。
【請求項２３】走査線側からは、走査中の走査線上の
画素に対し、画素のＯＮ／ＯＦＦを有効にする信号と、
対応する階調信号のみを有効とし、対応しない階調信号
は無効にする信号を入力する請求項２０、２１または２
２記載の液晶セル。
【請求項２４】階調信号の有効・無効を切り替える方
法は、信号側から入力される信号と、走査側から入力さ
れる信号の位相差を使用する請求項２３記載の液晶セ
ル。
【請求項２５】走査中の走査線に対して有効な階調信
号は、液晶セルの走査線数と入力される階調信号数で規
定される請求項２０、２１、２２、２３または２４記載
の液晶セル。
【請求項２６】変調は複数のフレームによる透過率の
時間積分によって表示する請求項１から１１のいずれか
の請求項に記載の液晶セル。
【請求項２７】変調は複数のフレームによる透過率の
時間積分によって表示する請求項１７から２５のいずれ
かの請求項に記載の液晶セル。
【請求項２８】基板にプラスチック基板を使用した請
求項１から１１のいずれかの請求項に記載の液晶セル。
【請求項２９】基板にプラスチック基板を使用した請
求項１７から２６のいずれかの請求項に記載の液晶セ
ル。
【請求項３０】走査中の走査線上の画素および該走査
中の走査線とは異なる走査線の画素の少なくとも一方の
画素に対して階調信号を入力することにより、その準安
定状態の透過率を変調する請求項１から１１のいずれか
の請求項に記載の液晶セルの駆動方法。
【請求項３１】前記各画素の準安定状態の透過率を順
次に変調する請求項３０記載の液晶セルの駆動方法。
【請求項３２】信号側から入力される信号は、画素の
ＯＮ／ＯＦＦ信号と走査中の走査線上の画素および該走
査中の走査線とは異なる少なくとも一本以上の走査線上
の画素に対する階調信号である請求項３０または３１記
載の液晶セルの駆動方法
【請求項３３】請求項１から１１のいずれかの請求項
に記載の液晶セルに、透過率の変調が、信号側電極から
入力される電圧波形と走査側電極から入力される電圧波
形の合成波形によって行われるものであることを特徴と
する液晶セルの駆動方法。
【請求項３４】変調を加える走査線の位置は、入力さ
れる表示信号により変更可能である請求項３３記載の液
晶セルの駆動方法。
【請求項３５】変調を加える走査線の位置は、書替え
可能なプロセスを用いた記憶素子に記憶し、外部から変
更可能である請求項３３または３４記載の液晶セルの駆
動方法。
【請求項３６】走査線側からは、走査中の走査線上の
画素に対し、画素のＯＮ／ＯＦＦを有効にする信号と、
対応する階調信号のみを有効とし、対応しない階調信号
は無効にする信号を入力する請求項３３、３４または３
５記載の液晶セルの駆動方法。
【請求項３７】階調信号の有効・無効を切り替える方
法は、信号側から入力される信号と、走査側から入力さ
れる信号の位相差を使用する請求項３６記載の液晶セル
の駆動方法。
【請求項３８】走査中の走査線に対して有効な階調信
号は、液晶表示素子の走査線数と入力される階調信号数
で規定される請求項３３、３４、３５、３６または３７
記載の液晶セルの駆動方法。
【請求項３９】変調は複数のフレームによる透過率の
時間積分によって表示する請求項１から１１のいずれか
の請求項に記載の液晶セルの駆動方法。
【請求項４０】変調は複数のフレームによる透過率の
時間積分によって表示する請求項３０から３８のいずれ
かの請求項に記載の液晶セルの駆動方法。