JPS60262137A - 液晶素子の駆動法 - Google Patents

液晶素子の駆動法

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JPS60262137A
JPS60262137A JP59118190A JP11819084A JPS60262137A JP S60262137 A JPS60262137 A JP S60262137A JP 59118190 A JP59118190 A JP 59118190A JP 11819084 A JP11819084 A JP 11819084A JP S60262137 A JPS60262137 A JP S60262137A
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electrode
display
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terminal
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Shinjiro Okada
伸二郎 岡田
Yasuyuki Tamura
泰之 田村
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は液晶を用いた光シヤツターアレイ、画像表示装
置等の駆動方法に関するものであり、さらに詳しくは双
安定性液晶、特に強誘電性液晶をアクティブマトリック
ス構成により駆動する方法に関するものである。
[従来の技術] 従来より、走査電極群と信号電極群をマトリクス状に構
成し、その電極間に液晶化合物を充填し、多数の画素を
形成して画像或いは情報の表示を行う液晶表示素子は、
よく知られている。この表示素子の駆動法としては、走
査電極群に、順次、周期的にアドレス信号を選択印加し
、信号電極群には所定の情報信号をアドレス信号と同期
させて並列的に選択印加する時分割駆動が採用されてい
るが、この表示素子及びその駆動法は、以下に述べる如
き致命的とも言える大きな欠点を有していた。
即ち、画素密度を高く、或いは画面を大きくするのが難
しいことである。従来の液晶の中で応答速度が比較的高
く、しかも消費電力が小さいことから、表示素子として
実用に供されているのは殆どが、例えば、M、 5ch
adtとW、 He1frich著、Applied 
Physics Letters″、 Vat、 18
. No、4(+971.2.15) 、 P、 12
7〜128 (7)”Voltage−Depende
nt 0ptical Activity of a 
Twistedlj)Nematic Liquid 
Crystaビに示されたTNl・ 1 (twisted nematic)型の液晶を用
いたものであり、この型の液晶は、無電界状態で正の誘
電異方性をもつ、ネマチック液晶の分子が、液晶層厚方
向で捩れた構造(ヘリカル構造)を形成し、両電極面で
この液晶の分子が互いに並行に配列した構造を形成して
いる。一方、電界印加状態では、正の誘電異方性をもつ
ネマチック液晶が電界方向に配列し、この結果光調変調
を起すことができる。
この型の液晶を用いてマトリクス電極構造によって表示
素子を構成した場合、走査電極と信号電極が共に選択さ
れる領域(選択点)には、液晶分子を電極面に垂直に配
列させるに要する閾値以上の電圧が印加され、走査電極
と信号電極が共に選択されない領域(非選択点)には電
圧は印加されず、したがって液晶分子は電極面に対して
並行な安定配列を保っている。このような液晶セルの上
下に、互いにクロスニコル関係にある直線偏光子を配置
することにより、選択点では光が透過せず、非選択点で
は光が透過するため、画像素子とすることが可能となる
。然し乍ら、マトリクス電極構造を構成した場合には、
走査電極が選択され、信号電極が選択されない領域或い
は、走査電極が選択されず、信号電極が選択される領域
(所謂゛半選択点″)にも有限の電界がかかってしまう
。選択点にかかる電圧と、半選択点にかかる電圧の差が
充分に大きく、液晶分子を電界に垂直に配列させるに要
する電圧閾値がこの中間の電圧値に設定されるならば、
表示素子は正常に動作するわけである。しかし、この方
式において、走査線数(N)を増やして行った場合、画
面全体(lフレーム)を走査する間に一つの選択点に有
効な電界がかかっている時間(duty比)は、1/H
の割合で減少してしまう。このために、くり返し走査を
行った場合の選択点と非選択点にかかる実効値としての
電圧差は、走査線数が増えれば増える程小さくなり、結
果的には画像コントラストの低下やクロストークが避は
難い欠点となっている。このような現象は、双安定状態
を有さ゛ない液晶(電極面に対し、液晶分子が水平に配
向しているのが安定状態であり、電界が有効に印加され
ている間のみ垂直に配向する)を、時間的蓄積効果を利
用して駆動する(即ち、繰り返し走査する)ときに生じ
る木質的には避は難い問題点である。この点を改良する
ために、電圧平均化法、2周波駆動法や多重マトリクス
法等が既に提案されているが、いずれの方法でも不充分
であり、表示素子の大画面化や高密度化は、走査線数が
充分に増やせないことによって頭打ちになっているのが
現状である。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明の目的は、前述したような従来の液晶表示素子に
おける問題点を悉く解決した新規な双安定性液晶、特に
強誘電性液晶素子の駆動法を提供することにある。
即ち、本発明は電圧応答速度が早く、状態記憶性を有す
る強誘電性液晶をアクティブマトリックスにより2方向
の電界を印加ルで明、暗の2つの状態に駆動することに
より、画素数の多い大画面の表示及び高速度で画像を表
示する強誘電性液晶の駆動方法を提供することを目的と
するものである。
[問題点を解決するための手段]及び[作用コ木発明の
液晶素子の駆動方法は、FET (電界効果トランジス
タ)のゲート以外の端子である第一端子と接続した画素
電極を該FETに対応して複数設けた第一基板と該画素
電極に対向する対向電極を設けた第二基板を有し、前記
画素電極と対向電極の間に電界に対して双安定状態を有
する強誘電性液晶を挟持した構造の液晶素子の駆動法で
あって、)iη記FETのゲートがゲートオン状態とな
る信号印加と同期させてFETのゲート以外の端子であ
る第一端子と第二端子の間で電界を形成することによっ
て、第一の配向状態に強誘電性液晶の配列を制御する第
一位相と、前記第一端子と第二端子の間で形成した電界
と逆極性の電界を第一端子と第二端子の間で形成するこ
とによって、第二の配向状態に強誘電性液晶の配列をル
ー御する第二位相を有し、前記対向電極群に表示信号を
印加するとともに各画素に対応している、1.1 1+ FET端子のうちゲートを共通端子に接続してソ
ースもしくはドレインに走査信号を印加する時分割駆動
であることを特徴とするものである。一層、具体的には
走査信号線(ソース又はドレイン)に所定の走査信号を
印加するとともに、表示信号線(複数のストライプ状対
向電極群)に信号電圧を印加することによって全画面の
表示状態を第一・の配向状態に基づく表示状態に一様に
そろえ、次に走査信号線に順次、所定の電圧信号を印加
するとともに、選択された表示信号線に第二の配向状態
を形成する画像信号を印加することを第2の特徴として
いる。
本発明の駆動法で用いる強誘電性液晶としては、加えら
れる電界に応じて第一の光学的安定状態と第二の光学的
安定状態とのいずれかを取る、すなわち電界に対する双
安定状態を有する物質、特にこのような性質を有する液
晶が用いられる。
本発明の駆動法で用いることができる双安定性を有する
強調電性液晶としては、強誘電性を有するカイラルスメ
クティック液晶が最も好ましく、そのうち力イラルスメ
クティックC相 (SmC*)又H相(SmH木)の液
晶が適している。この強誘電性液晶ニー’) ul テ
は、”LE JOURNAL DE PHYSIOUE
LETTERS” 38 (L−88)+975. r
Ferroelectr:cLiquid Cryst
als J ; ”Applied physics 
Let−ters” 36 (11)1980 、 r
 Submicro 5econd B1−5tabl
e Electrooptic Switching 
in LiquidCrystals J ; ”固体
物理” 1B (+41) 1981 r液晶」等に記
載されており、本発明ではこれらに開丞された強誘電性
液晶を用いることができる。
より具体的には、本発明法に用いられる強誘電性液晶化
合物の例どしては、デシロキシベンジリデン−P′−ア
ミノ−2−メチルブチルシンナノート(DO8AMBC
:) 、ヘキシルオキシベンジリデン−P′−アミノ−
2−クロロプロピルシンナメート(HOBACPC)お
よび4−o−(2−メチル)−ブチルレソルシリデンー
4′−オクチルアニリン(MBRA8)等が挙げられる
これらの材料を用いて、素子を構成する場合、故晶化合
物がSmC,1′相又はSmm粗相なるような温度状態
に保持する為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込ま
れた銅ブロック等により支持することができる。
第1図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもの
である。■と1′は、In2 03 、 Sn07やI
TO(In4ium−Tin 0xide)等の透明電
極がコートされた基板(ガラス板)であり、その間に液
晶分子層2がガラス面に垂直になるよう配向したSmC
*相の液晶が封入されている。太線で示した線3が液晶
分子を表わしており、この液晶分子3は、その分子に直
交した方向に双極子モーメン1−(P工)4を有してい
る。基板1と1′上の電極間に一定の閾値以上の電圧を
印加すると、液晶分子3のらせん構造がほどけ、双極子
モーメン1−(P、)4はすべて電界方向に向くよう、
液晶分子3の配向方向を変えることができる。液晶分子
3は細長い形状を有しており、その長袖方向と短軸方向
で屈折率異方性を示し、従って例えばガラス面の上下に
互いにクロスニフルの位置関係に配置した偏光子を置け
ば、電圧印加極性によって光学特性が変わる液晶光学変
調素子となることは、容易に理解される。さらに液晶セ
ルの厚さを充分に薄くしだ場合(例えばip)には、第
2図に示すように電界を印加していない状態でも液晶分
子のらせん構造は、はどけ(非らせん構造)、その双極
子モーメン)P又はP′は上向き(4a)又は下向(4
b)のどちらかの状態をとる。このようなセルに第2図
に示す如く一定の閾値以上の極性の異なる電界E又はE
′を所定時間付与すると、双極子モーメントは電界E又
はE′の電界ベクトルに対応して上向き4a又は、下向
き4bと向きを変え、それに応じて液晶分子は第一の配
向状態5かあるいは第二の配向状態5′の何れか一方に
配向する。
このような強誘電性液晶を光学変調素子として用いるこ
との利点は2つある。第1に、応答速度が極めて速いこ
と、第2に液晶分子の配向が双安定状態を有することで
ある。第2の点を例えば第2図によって説明すると、電
界Eを印加すると液晶分子は第一の配向状態5に配向す
るが、この状態は電界を切っても安定である6又、逆向
きの電11、 界E′を印加すると、液晶分子は第二の
配向状態5′に配向して、その分子の向きを変えるが、
やはり電界を切ってもこの状態に留っている。又、与え
る電界Eが一定の閾値を越えない限り、それぞれの配向
状態にやはり維持されている。このような応答速度の速
さと、双安定性か有効に実現されるには、セルとしては
出来るだけ薄い方が好ましく、一般的には、0.5 p
、〜20ル、特に1色〜5pLが適している。この種の
強誘電性液晶を用いたマトリクス電極構造を有する液晶
−電気光学装置は、例えばクラークとラガバルにより、
米国称許第4387924号明細書で提案されている。
本発明は、アクティブマトリックスを構成するTPT 
(薄膜トランジスタ)等のFET (電界効果トランジ
スタ)構造の素子が、ドレインとソースの印加電圧を逆
にする事により、いずれをドレインとしていずれをソー
スとしても使用しうるという事にもとづいている。アク
ティブマトリックスを構成する素子としてはFET構造
の素子であればアモルファスシリコンTPT 、多結晶
シリコンTPT等のいずれであっても使用しうる。又F
ET構造以外のバイポーラトランジスタであっても同様
に行う事も可能である。
N型FETは、■ をドレイン電圧、■ をD C ゲート電圧、■ をソース電圧、■、をゲートソース間
の閾値電圧とするとVD>vS であり、v >v、+
v、の時導通状態となり、V くVS+v、の時非導通
状態となる。
P型FETにおいてはv <v とし、Vc <S V +V −c導通状態トナリ、V >vS+v。
S P G で非導通状1店となる。
P型であってもN型であってもFETの端子のいずれが
トレインとして作用し、いずれがソースとして作用する
かは、電圧の印加の方向によって定まる。すなわちN型
では電圧の低い方がソースであり、P型では電圧の高い
方がソースとして作用する。
強誘電性液晶においては、液晶セルに印加する、正、負
の電圧に対していずれを「明」状態とし、いずれを「暗
」状態とするかはセルの上下に配置するクロスニコル状
態にした一対の偏光子の偏光軸と、液晶分子長軸との向
きにより自由に設定できる。
本発明は液晶セルに印加される電界をアクティブマトリ
ックスの各素子の端子間電圧を制御する事によって制御
し、表示を行なうものであるから、各信号の電圧レベル
は以下の実施例にとられれる事なく、各信号の電位差を
相対的に維持すれば、実施する事が可能である。
[実施例] 次に、本発明のアクティブマトリックスによる強誘電性
液晶の駆動方法の具体例を第3図〜第7図に基づいて説
明する。
第3図はアクティブマトリックスの回路図、第4図は対
応画素の番地を示す説明図及び第5図は対応画素の表示
例を示す説明図である。
6は走査電極群であり、7は表示電極群である。
第6図(a)は走査信号を示す図であって、位相tI+
t2・・・においてそれぞれ選択された走査電極に印加
される電気信号とそれ以外の走査電極(選択されない走
査電極)に印加される電気信号(選択されない走査電極
)に印加される電気信号を示している。第6図(b)は
、表示信号を示す図であって位相tI+t2・・・にお
いてそれぞれ選択された表示電極と選択されない表示電
極に与えられる電気信号を示している。
第6図においては、それぞれ横軸が時間を、縦軸が電圧
を表す。例えば、動画を表示するような場合には、走査
電極群6は逐次、周期的に選択される。位相(時間)1
+において選択された走査電極S S S N’ N+1’ N+2に与えられる電気信号は、第6
図(a)に示される如く位相(時間)1+では、Oであ
り、位相(時間)シ、において選択された走査電極SN
に与えられる電気信号は−VLである。
一方、それ以外の走査電極S S は第6Nil’ N
+2 図(a)に示す如く位相t2ではOである。また、位相
t1において選択された表示電極C,C。
N N+1 CN+2に与えられる電気信号は、第6図(b)に27
<される如<−VHであり、位相t2において選1 択
された表示電極CN、CN+2に与えられる電気信号は
+Vhである。また選択されない表示電極Cに与えられ
る電気信号は0である。以上にN+1 於て各々の電圧値は、以下の関係を満足する所望の値に
設定される。
走査電極m=1〜N (Nは走査線数)ラインに表示電
極n=1〜M (Mは表示線数)の信号線で全面に「暗
」をリフレッシュ、次いて走査電極m=qラインに表示
電極n=f)−で「明」の書込みをする場合、 v < l V l +VD(+n=q、 n=4)L
CS V s = O(Oq) V s= O(m= 1〜N) V s V L C> V o (n =1〜M)但し
、各記号は下記の事項を表わす。
V :ソース電極(走査信号)電圧 Vo “ゲート電極(共通端子)電圧 vLC’強誘電性液晶の閾値電圧の絶対値V :ゲート
、ソース間の閾値 以−1,の動作をq=l〜Nまで繰返し書込みを行う。
この様な電気信号が与えられたときの各画素のうち、例
えは第4図中の画素の書込み動作を第7図に示す。f5
7図においては、それぞれ横軸が時間を、縦軸がON(
[e)上側、OFF (明)下側の各表示状態を表わす
。すなわち、第6図及び第7図より明らかな如く、位相
t1において、選択された走査線及び表示線の交点にあ
るすべての画素”N、N ” PN+2.N+2 には
、闇値−■ 越えルーVLo>−V、−VD (7)電
圧がLC 印加される。したがって第4図において全画素N、N 
Nや2.N+2は配向状態を変え、「明」にP −P リフレッシュされる。次に位相t2において、選択され
た走査線及び信号線の交点にある画素N、N、N、N+
2 ニは闇値v、。を越える電圧V L c <P lv l+vDが印加される。したがって画素N、N’
 N、N+2は、「暗」に転移(スイッチ)すP る。位相t3以降の動作は、位相t2の場合と同じよう
に、選択された走査線及び表示線に対応する画素に順次
「暗」が書込まれていく。以上各動作でわかる通り、選
択された走査電極線上に表示電極が選択されたか否かに
応じて、選択された場合には、波高分子は第一の配向状
態あるいは第二の配向状態に配向を揃え、画素はON(
暗)あるいはOFF (明〕となり、選択されない走査
線上ではすべての画素に印加される電圧はいずれも閾値
電圧を越えない。
したがって第7図に示される如く、選択された走査線上
以外の各画素における液晶分子は配向状態を変えること
なく前回走査されたときの信号状態に対応した配向を、
そのまま保持している。即ち、走査電極が選択されたと
きにその1947分の信号の書き込みが行われ、■フレ
ームが終了して次回選択されるまでの間は、その信号状
態を保持し得るわけである。従って、走査電極数が増え
ても、実質的なデユーティ比はかわらず、コントラスト
の低下は全く生じない。
第5図に於て、走査電極SN、SN+1.SNや2.・
・・と表示電極CCC・・・の交点で形成する画NI 
N+II N+21 素のうち、斜線部の画素は「暗」状態に、白地で示した
画素は「明」状態に対応するものとする。今、第5図中
の表示電極CN上の表示に注目すると、走査電極S S
 に対応する画素ではN’ N+2 「暗」状態であり、それ以外の画素は[明j状態である
。前記位相し1〜七6の各動作によって、第5図の表示
パターンが完成する。
本発明の強誘電性液晶の駆動方法において、走査電極と
信号電極の配置は任意であり、例えば第8図(a) 、
 (b)に示すように一列に画素を配置することも可能
てあり、この様に配置するとシャッターアレイ等として
利用することができる。
次に、以上に説明した実施例において、強調電性液晶と
してDOBAMBGを駆動するのに好ましい具体的数値
を示すと、例えば 入力周波数fo = l XlO4〜lXl06H21
0< l VGl <f(OV (波高値)if O,
3<、 I Vs l < IOV C波高値)が挙げ
られる。
第9図は本発明において使用されるTFTにおけるFE
Tの構成を示す断面図、第10図はTPTを用いた強誘
電性液晶セルの断面図、第11図はTPT基板の斜視図
、第12図はTPT基板の平面図、第13図は第12図
のA−A ′線で切断した部分断面図、第14図は第1
2図のB−B ′線で切断した部分断面図であり、以上
に示す各図はいずれも本発明の一実施態様を示すもので
ある。
第10図は、本発明の方法で用いうる液晶素子の1つの
具体例を表わしている。ガラス、プラスチック等の基板
20の上にゲート電極24、絶縁膜22(水素原子をド
ーピングした窒化シリコン膜など)を介して形成した半
導体膜18(水素原子をドーピングしたアモルファスシ
リコン)と、この半導体膜1Bに接する2つ端子8と1
1で構成したTFTと、TFTの端子11と接続した画
素電極12(ITO; Indnium Tin 0x
ide)が形成されている。
さらに、この上に絶縁M13(ポリイミド、ポリアミド
、ポリビニルアルコール、ポリパラキシリレン、SiO
、Si02 )とアルミニウムやクロムなどからなる光
遮蔽膜9が設けられている。対向基板どなる基板20′
の上には対向電極2+ (ITO; Indniurn
 Tin 0xide)ど絶縁膜22が形成されている
この基板20と20′の間には、前述の強誘電性液晶2
3か挟持されている。又、この基板20と20′の周囲
部には強誘電性液晶23を封止するだめのシール材25
が設けられている。
この様なセル構造の液晶素子の両側にはクロスニコル状
態の偏光子19と18′が配置され、観察者Aが人剖光
工。よりの反射光I、によって表示状態を見ることがで
きる様に偏光子19′の背後に凡用板18(乱尺用性ア
ルミニウムシート又は板)が設けられている。
叉1上記の各図においてソース電極、ドレイン電極とは
、トレインからソースル電流が流れる場合に限定した命
名である。FETの働きではソースがド1/インどして
働く場合も可能である。
[発明の効果] 上記の構造よりなる本発明の強誘電性液晶の駆1功方法
を用いることにより、アクティブマトリックスに画素数
の多い大画面の表示及び高速度で灯明な画像を表示する
ことかできる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、本発明の方法に用いる強誘電性液
晶を模式的に表わす斜視図、第3図は本発明の方法に用
いるマトリックス電極の回路図、第4図は対応画素の番
地を示す説明図、第5図は対応画素の表示例を示す説明
図、第6図(a)及び(b)は走査電極及び表示電極に
印加する電気信号を表わす説明図、第7図は各画素への
書込み動作を表わす説明図、第8図(a)及び(b)は
アクティブでトリンクス回路と画素配置11の例を示す
配線図、第9図はTFTにおけるFETの構成を示す断
面図、第10図はTPTを用いた強誘電性液晶セルの断
面図、第11図はTPT基板の斜視図、第12図はTF
丁基板のモ面図、第13図はA−A′線部分断面図及び
第14図は13−B ′部分断面図である。 ]、1′、透明電極がコートされた基板2:液晶分P層 3;液晶分子 4;双極子モーメント(Pよ) 4a;j−向き双極子モーメント 4b、下向き双極子モーメント 5;第一・の配向状態 5′、第二の配向状態 8;ソース電極(ドレイン電極) 9:光遮蔽1@10;n+層 II、ドレイン電極(ソース電極) 12;画素電極 13;絶縁層 14;基板 15:半導体直下の光遮蔽膜16;半導体
 17;ゲート配線部の透明電極18:反射板 I8,
19′;偏光板 20.20′;ガラス、プラスチック等の透明基板21
、対向電極 22;絶縁膜 23;強誘電性液晶層 24;ゲート電極 25;シール材 26:薄膜半導体 27;ゲート配線 28.パネル基板 28、光遮断効果を有するゲート部 1′〜M;走査電極 1〜N;表示電極 L:共通電極 しC;液晶 FET 、電界効果トランジスタ 出願人 キャノン株式会社 代理人 豊 1) 善 却 第1図 第2図 ン 第3図 第6図 (Q)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1) FETのゲート以外の端子である第一端子と接
    続した画素電極を該FETに対応して複数設けた第一・
    基板と該画素電極に対向する対向電極を設けた第二−基
    板を有し、前記画素電極と対向電極の間に電界に対して
    双安定状態を有する強誘電性液晶を挟持した構造の液晶
    素子の駆動法であって、前記FETのゲートがゲートオ
    ン状態となる信号印加と同期させてFETのゲート以外
    の端子である第一端子と第二端子の間で電界を形成する
    ことによって、第一の配向状態に強誘電性液晶の配列を
    制御する第一位相と、前記第一端子と第二端子の間で形
    成した電界と逆極性の電界を第一端子と第二端子の間で
    形成することによって、第二の配向状態に強誘電性液晶
    の配列を制御する第二位相を有し、前記対向電極群に表
    示信号を印加するとともに各画素に対応しているFET
    端子のうちゲートを共通端子に接続して、ソースもしく
    はドレインに走査信号を印加する時分割駆動であること
    を特徴とする液晶素子の駆動法。
  2. (2)走査信号線に所定の走査信号を印加するとともに
    、表示信号線に信号電圧を印加することによって全画面
    の表示状態を第一の配向状態に基づく表示状態に一様に
    そろえ、次に走査信号線に順次、所定の電圧信号を印加
    するとともに、選択された表示信号線に第二の配向状態
    を形成する画像 。 信号を印加する特許請求の範囲第1項記載の液晶素子の
    駆動法。
JP59118190A 1984-04-28 1984-06-11 液晶素子の駆動法 Pending JPS60262137A (ja)

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