JPH11504732A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 変形可能ならせん構造を有する強誘電性液晶材料、ねじれスメチック構造を有する強誘電性液晶材料、単安定型強誘電性液晶材料、電傾スメチックＡ相液晶材料及び反強誘電性液晶材料に基づく表示装置において、順次の行選択時間で（例えばＴＦＴに基づくマトリックスディスプレイの場合）これら時間の一部分中リセットパルスを与え、セル内の分極を常に零に減少させるとともにデータ書込みの選択後に適切な値に切換えることにより、特にビデオ分野の場合のメモリ効果を排除する。

Description

【発明の詳細な説明】 液晶表示装置 本発明は、マトリックスに応じて行及び列に配置された多数の表示素子を有す る表示装置であって、この表示装置は、変形可能ならせん構造を有する強誘電性 液晶材料と、ねじれスメチック構造を有する強誘電性液晶材料と、単安定型強誘 電性液晶材料と、電傾スメチックＡ相液晶材料と、反強誘電性液晶材料とを含む スメチック液晶材料の群に属する液晶材料を第１基板及び第２基板間に有すると ともに、行電極の群及び列電極の群を有し、各画素は少なくとも一方の基板上に 、能動スイッチング素子を介して列電極又は行電極に接続された画像電極を有し 、前記表示装置は更に、行電極に選択電圧を印加するとともに列電極にデータ電 圧を印加する手段を有している当該表示装置に関するものである。 このような表示装置は、ビデオディスプレイとして、又は例えばデータグラフ ィックモニタやビューファインダとしても用いることができる。 変形可能ならせん構造を有する強誘電性液晶材料とは一般に、ピッチが可視光 の波長よりも短かい（約４００ｎｍまで）天然らせん構造を有する強誘電性液晶 材料を意味するものである。らせん軸に対し直角に延在する電界がこのらせん構 造を変形させ、その結果光軸を回転させる。その結果、一方の偏光子の偏光方向 がらせん軸に対し平行に延在する交差偏光子間で光透過度が正及び負の双方の電 界に対し増大する。 変形可能ならせん構造を有する強誘電性材料は上述した他の材料と同様に、完 全な駆動状態で分極度が高くなる。これらの液晶材料を偏光子と検光子との間に 設けると、上述した液晶材料は一般に他の特性、すなわち、偏光子と検光子とを 互いに特定の角度にした場合にこれら液晶材料がほぼ透明な状態とほぼ不透明な 状態との間で切換わることができ、透明の中間レベル（グレーレベル）も実現し うるという特性を有する。 上述した種類の表示装置は文献ＳＩＤ ９４ ＤＩＧＥＳＴの第４３０〜４３３ 頁の論文“A Full-Color ＤＨＦ−ＡＭＬＣＤ with Wide Viewing Angle”に記 載されている。この論文によれば、ＤＨＦＬＣ（Deformed Helix Ferroelectric Liquid Crystal ：変形可能ならせん構造の強誘電性液晶）材料を有する装置を 用いるのが、マルチドメインが存在せず且つ光透過度−電圧特性のより一層連続 的な変化によりグレーレベルのより一層良好な実現を可能にする為に、いわゆる ＳＳＦＬＣ（Surface Stabilized Ferroelectric Liquid Crystal ：表面安定化 強誘電性液晶）を使用するのに比べて有利である。表示装置に用いる混合系のス イッチング速度は速いにもかかわらず、フィールド周波数はビデオ分野（ＮＴＳ Ｃ又はＰＡＬ）にとってあまりにも低く、このことはＤＨＦＬＣ材料の高速スイ ッチング速度に基づいた期待に完全に反するものである。その理由は、これらの 材料の自発分極の値が高い為である。駆動パルスの通常のパルス持続時間（この 持続時間は実際には例えばテレビジョンシステムでは６４μ秒となる駆動システ ムの行選択時間の半分程度のパルス持続時間に匹敵する）はあまりにも短かすぎ 、分極電流を供給することができない。生じる過渡現象は複数のフレーム時間又 はフィールド時間に及ぶおそれがある。 上述した論文に記載された表示装置では“イメージスティッキング”（残像） も生じる。分極程度が高い上述した液晶の他の効果によっても同じ問題を生じ、 電界が増大すると分極程度が増大する。正及び負電圧に対する電圧／光透過度曲 線は一般に対称的である。かかる効果の例は、 −J.S．Patel:“Ferroelectric Liquid-crystal Modulator using Twisted Smec tic Structure”，Appl．Phys．Lett．Vol.60(3)pp.280-282（1992） −H．Okado et al:“New Display Mode of Ferroelectric Liquid Crystals wit h Large Tilt Angle”，Ferroelectrics Vol.149，171-181(1993)， −D.M．Walba et al:“High Performance Electroclinic Materials”，Ferroel ectrics Vol.148，435-442（1993） に記載されている。更に他の例は例えば、Asia Display '95の第６１〜６４頁に 記載されているような反強誘電性液晶効果である。 本発明の目的は特に、２０Ｈｚを超えるフィールド周波数（例えば５０Ｈｚ（ ＰＡＬ））で動作しうる明細書頭書に記載した種類の表示装置を提供せんとする にある。 本発明の他の目的は、“残像”があっても殆ど生じない表示装置を提供せんと するにある。 この目的のために本発明による表示装置では、前記表示装置が制御回路を具え 、この制御回路は、ライン選択時間の第１部分中第１の個数の順次の行電極にリ セット目的の選択信号を与え、後続のライン選択時間の対応する部分中少なくと も１ライン位置だけシフトした第２の個数の順次の行電極にリセット目的の選択 信号を与え、ライン選択時間の他の部分中１つ又は２つの行電極にデータ書込み の目的の選択信号を与え、列電極にデータ信号を与えるようになっていることを 特徴とする。 ここで、“順次の行電極”とは、一方の端縁における複数の行電極（例えば最 終の複数の行電極）と他方の端縁における複数の行電極（例えば最初の複数の行 電極）とを組合せたものも意味することもできる。特定の適用（二重行駆動）で は、例えばテレビジョン画像の遇数フィールド及び奇数フィールドが部分的に飛 越し走査される。選択を１ライン位置だけシフトさせるか２ライン位置だけシフ トさせるかや、ライン選択時間の他の部分中にデータ書込み用の選択信号を１つ の行電極に与えるか２つの行電極に与えるかは適用の種類によって決定される。 本発明は、既知の（強誘電性）液晶表示装置と相違して、画素の両端間に電圧 を印加するとＤＨＦＬＣ材料（及び前述した他の材料）の自発分極は、表示装置 の全体としての動作があまりにも遅くなるような長時間を必要とするか画素が所 望の電荷や関連の光透過値を必ずしも受けないといったような重大な役割を奏す るという認識に基づくものである。前述した論文では、表示素子の行を選択前に 補助電圧（リセット）により最大の光透過状態にすることが提案されているが、 この場合でも、画素は分極の著しい影響の為に所望の電荷を必ずしも受けるもの ではなく、リセットが不完全となる。画素の両端間の電荷（従って光透過値）は このリセット後に再び不確定なものとなり、後続の選択処理で与えられるデータ 信号は画素の両端間の電荷（従って光透過値）を所望の最終値にしない。複数の フィールド時間を含む期間に亘って画素の同じグレーレベルを書込む場合でも、 この“メモリ効果”を排除するのに多数のフィールド時間を必要とする。 本発明による表示装置では、ライン選択時間の第１部分中第１の個数の順次の 行における画素にリセット信号を与え、これを後続のライン選択時間において少 なくとも１ライン位置だけシフトした第２の個数の順次の行に対し繰返し、ライ ン選択時間のすべての第２部分中行電極にデータ信号を与えることにより、“メ モリ効果”を少なくとも殆ど排除する。この場合、順次のライン選択時間の個数 を適切に選択すれば、完全なリセットを達成するのに、この個数の順次のライン 選択時間の第１部分中リセット信号を連続して与えれば充分である。 リセットにより画素を不透明状態に切換え、その結果コントラストが良好にな るようにするのが好適である。 能動スイッチング素子が例えばＴＦＴである場合には、各画素に追加のキャパ シタを設けることができる。選択時間（この時間はこの場合著しく短かくするこ とができる）中追加のキャパシタに蓄積された電荷により画素の両端間の電荷（ 従って分極）をも決定する。 本発明の上述した及びその他の特徴は以下に記載した実施例に関する説明から 明らかとなるであろう。 図中、 図１は、本発明による表示装置の一部の電気的等価回路を線図的に示し、 図２は、図１に示す表示装置の断面を線図的に示し、 図３は、らせん軸に対する偏光子の位置（図３ａ）及び本発明による表示装置 の光透過度−電圧特性（図３ｂ）を線図的に示し、 図４は、本発明によって動作させた、図１に示す装置に対する種々の異なる電 圧曲線と、関連の偏光及び光透過曲線とを線図的に示す。 図１は、表示装置１の一部の電気的等価回路を線図的に示す。この表示装置は 行及び列に配置した画素２のマトリックスを有する。本例では、画素２を３極ス イッチ、本例ではＴＦＴトランジスタ３により列電極すなわちデータ電極４に接 続する。画素の行は行すなわち選択電極５を介して選択され、これら電極はＴＦ Ｔのゲート電極を介して適切な行を選択する。行電極５は行駆動回路６により順 次に選択する。 到来するデータ信号すなわち（ビデオ）情報７は処理／制御ユニット８内で処 理され、データレジスタ９内に蓄積される。データレジスタ９により与えられる 電圧は、グレーレベルの所望範囲を設定するのに充分な電圧範囲をカバーする。 この場合キャパシタ２で表わした画素２は、選択中画像電極１３が列電極から電 圧を受けるという事実の結果としてＴＦＴ３を経て正又は負に充電される。本例 では、画像電極１４が共通対向電極１６を構成する。前記の画像電極の同期は制 御ライン１７を介して行なわれる。 各画素には必要に応じ、補助キャパシタ３３を設けることもできる（図１には １列に対してのみ示す）。これらの補助キャパシタ３３は画素にまたがる電圧損 失を減少させる。これら補助キャパシタは画素のキャパシタンス値の約１０倍（ ５〜２０倍）のキャパシタンス値を有する。 能動スイッチング素子を用いることにより、画素の両端間の電圧の設定が、こ れらの画素が（次の（副）フィールドにおいて）再び選択される前に、他の画素 に対する列電極上の信号によって影響を受けるのが回避される。 図２は、図１に示す表示装置の線図的断面図である。第１基板１８上には行す なわち選択電極（図示せず）と、列すなわちデータ電極４と、画像電極１３とが あり、画像電極１３は本例の場合インジウム−錫酸化物のような透明で導電性の 材料より成り、且つ（線図的に示す）接続ライン１９によりＴＦＴ３を介して列 電極４に接続されている。 第２基板２２上には画像電極１４があり、本例ではこれら画像電極１４は１つ の共通対向電極１６を構成するように一体にされている。第１及び第２基板の双 方は更に配向層２４で被覆され、変形可能ならせん構造を有する強誘電性液晶材 料２５がこれらの基板間に配置されている。いずれのスペーサも封止縁部も図示 していない。表示装置は更に第１偏光子２０及び第２偏光子又は検光子２１を有 し、これらの偏光軸は直角に交差している。 図３はこのような表示装置におけるセルの光透過度（Ｔｒ）／電圧（Ｖ）特性 （図３ｂ）を線図的に示しており、この場合電界が存在しない為にＤＨＦＬＣ材 料のらせん軸（従って光軸２８）は一方の偏光子の偏光方向（偏光軸）に平行に 延在するように選択され（図３ａ参照）、いわゆる対称モードが得られる。セル の両端間に電圧を印加すると、分子はこれらの自発分極を関連の電界の方向に向 けようとし、これにより、らせん軸を一方の偏光子の偏光方向に平行に延在させ た交差偏光子間に、電圧が増大するにつれ正及び負電圧に対し透過度が増大する 光透過度／電圧特性が得られるようにする（図３ｂ）。しかし、本発明は、ＤＨ ＦＬＣ材料のらせん光軸が駆動状態で一方の偏光方向と一致するように交差偏光 子を基板に対し回転させたいわゆる非対称モードにも適用しうる。 図４ａは図１及び２に示す表示装置の多数の行電極５上の電圧変化を線図的に 示し、図４ｂは無作為の列電極４上の電圧変化を示す。ライン時間ｔ₁の第１部 分ｔ_r中、リセット目的のパルス４１が行ｎに与えられ、この場合列電極上の電 圧Ｖ_colはほぼ０ボルトである。このライン時間ｔ_lの第２部分ｔ_w中、行ｎは選 択されず、列電極上の電圧は行上に書込まれる情報（図示せず）により決定され る。実際には、ｔ_l，ｔ_r及びｔ_wの値を ｔ_r＋ｔ_w ＜ｔ_l となるように選択する。 この目的のために、列電極に、行選択時間ｔ_lの第１部分ｔ_r中ほぼ０ボルトの 電圧を与え、このライン時間ｔ_lの第２部分ｔ_w中パルス４３として示すデータ電 圧（列電圧）を与えるようにデータレジスタ９を設計する。対向電極１６はほぼ ０ボルトの電圧を有する。ある個数（この場合８個）の順次のライン時間中、行 駆動回路が行ｎにリセット目的の選択パルス４１を与え、後続する（すなわち後 の）１つのライン時間ではライン時間の第２部分中、行駆動回路が行ｎに書込み 用の選択パルス４２を与える。図４ａで異なるライン時間中に示してある、行ｎ 中のリセット目的の最後の選択パルス４１と書込み目的の選択パルス４２とを必 要に応じ１つのライン時間内に生じるようにしうる。関連の列電極４上のパルス ４４は行ｎ中で選択された画素にまたがる電圧（図４ｃ）及び関連の光透過度（ 図４ｄ）を規定する。 この点での顕著な特徴は、ある個数（この場合８個）の順次のライン時間中に 完全なリセット（画素電圧０ボルト及び光透過度０）が多数の中間値を介して達 成されるということである。最初のリセット後、セルキャパシタンスＣ₀を有す るセルは電荷Ｑ＝Ｃ₀・Ｖ₀に対応する電圧Ｖ₀を有する。これに続く書込み時間 中で同じ行選択時間中に電荷が分極電流を生じ、この電流により図４ｃに示すよ うに電圧曲線４６を生ぜしめる。次の行選択時間中リセットパルスが電圧振幅 を更に減少させ、（本例では）８個の行選択時間後に完全なリセットが行なわれ 、関連の列電極４上のパルス４４によって決定される電圧が行ｎ中で選択された 画素の両端間に書込まれる。従って、実際のフィールド期間又はフレーム期間よ りも著しく短かい期間内で完全なリセットが達成される。その結果、前述したメ モリ効果が回避される。更に、画素はその選択直後に所望の電圧（及び光透過値 ）を受ける為、残効果が生じない。 不所望な電荷効果を回避するために、図１及び２に示す表示装置のセルは正負 符号が逆の電圧で駆動するのが好ましい。従って、リセット前に、選択画素にま たがる電圧を書込み後の電圧に対し正負符号で逆となるようにする。行ｎ＋１， ｎ＋２，・・・・に対しては、行ｎに対するのと同じであるも１つの行選択時間だけ シフトさせたパルスパターンを行電極に供給する。リセットに必要なパルス数は 、使用する液晶材料や、補助キャパシタ３３を用いているか用いていないかによ っても決まり、これらパルスの持続時間を変えることによっても影響される。 本発明は上述した実施例に限定されず、種々の変更を加えうること勿論である 。例えば、反射性及び透過性のいずれの表示装置をも用いることができる。１ラ イン時間中にリセットパルスが与えられる行電極の個数は、例えば過渡的な効果 の結果として、又は“二重行駆動”の場合に新たな像の書込みを開始することに より、或いは例えばわずかに長いリセット動作を局部的に必要とする為に、１つ の表示装置内でも変えうるようにする。或いはまた、ライン時間の第１部分を用 いて書込み目的の選択を行ない、ライン時間の第２部分中にリセット目的の信号 を連続的に附勢するようにしうる。 有利な変形例では、第２基板上に位置する対向電極の電圧をフィールド時間毎 に平均電圧に対して変えることができる。その結果、より低い駆動電圧、従って より廉価なＩＣを用いうるようになる。この場合、リセット用の選択信号を与え ている間に駆動回路が対向電極の電圧にほぼ等しい電圧を列電極に与えるように するのが有利である。 要するに、本発明によれば、特にビデオ分野において、順次の行選択時間で（ 例えばＴＦＴに基づくマトリックスディスプレイの場合）これらの時間の一部分 中リセットパルスを与え、セル内の分極を常に零に減少させるとともに書込みデ ータに対する選択後に正しい値に切換えることにより、ＤＨＦＬＣ表示装置や（ 完全な駆動状態で高分極状態になる）同様な材料に基づく液晶表示装置における メモリ効果を排除しうるようにする。

【手続補正書】 【提出日】１９９７年１０月２３日 【補正内容】 【図２】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マトリックスに応じて行及び列に配置された多数の表示素子を有する表示装 置であって、この表示装置は、変形可能ならせん構造を有する強誘電性液晶材料 と、ねじれスメチック構造を有する強誘電性液晶材料と、単安定型強誘電性液晶 材料と、電傾スメチックＡ相液晶材料と、反強誘電性液晶材料とを含むスメチッ ク液晶材料の群に属する液晶材料を第１基板及び第２基板間に有するとともに、 行電極の群及び列電極の群を有し、各画素は少なくとも一方の基板上に、能動ス イッチング素子を介して列電極又は行電極に接続された画像電極を有し、前記表 示装置は更に、行電極に選択電圧を印加するとともに列電極にデータ電圧を印加 する手段を有している当該表示装置において、 前記表示装置が制御回路を具え、この制御回路は、ライン選択時間の第１部 分中第１の個数の順次の行電極にリセット目的の選択信号を与え、後続のライン 選択時間の対応する部分中少なくとも１ライン位置だけシフトした第２の個数の 順次の行電極にリセット目的の選択信号を与え、ライン選択時間の他の部分中１ つ又は２つの行電極にデータ書込みの目的の選択信号を与え、列電極にデータ信 号を与えるようになっていることを特徴とする表示装置。 ２．請求の範囲１に記載の表示装置において、前記制御回路は、ライン選択時間 の第１部分中と後続のライン選択時間の対応する部分中とで少なくとも１ライン 位置だけシフトした同じ個数の順次の行電極にリセット目的の選択信号を与える ようになっていることを特徴とする表示装置。 ３．請求の範囲１又は２に記載の表示装置において、前記制御回路は、リセット 目的の選択信号を与えている間ほぼ零ボルトの電圧を列電極に与えるようになっ ていることを特徴とする表示装置。 ４．請求の範囲１又は２に記載の表示装置において、前記能動スイッチング素子 が第１基板上のＴＦＴであり、前記制御回路は、第２基板上に位置する対向電極 の電圧を平均電圧に対しフィールド時間毎に変える手段を有していることを特徴 とする表示装置。 ５．請求の範囲４に記載の表示装置において、前記制御回路は、リセット目的の 選択信号を与えている間前記対向電極上の電圧にほぼ等しい電圧を列電極に与え るようになっていることを特徴とする表示装置。 ６．請求の範囲１〜５のいずれか一項に記載の表示装置において、各画素に追加 のキャパシタが設けられていることを特徴とする表示装置。