JPS614027A - 液晶素子の駆動法 - Google Patents

液晶素子の駆動法

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JPS614027A
JPS614027A JP59124517A JP12451784A JPS614027A JP S614027 A JPS614027 A JP S614027A JP 59124517 A JP59124517 A JP 59124517A JP 12451784 A JP12451784 A JP 12451784A JP S614027 A JPS614027 A JP S614027A
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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” 、 Vol、 
1B、 No、4(1971,2,15) 、 P、 
127〜128のVoltage−Dependent
 0ptical Activity of a Tw
istedJ     Nematic Liquid
 Crystaビに示されたTN(twisted n
ematic)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」
1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
に要する電圧闇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
避は離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
の電界を印加して明、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1本発明の
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、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、前記対向電極群に走査信号を印加す
るとともに各画素に対応しているFET端子のうちゲー
−1を共通端子に接続して・′)−7も瞑はド白ンに表
示信号を印加する時分割駆動であり、かかる走査信号線
(複数のストライプ状対向電極群)に所定の走査信号を
印加するとともに、表示信号線(ソース又はドレイン)
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特徴とするものである。
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右する
強誘電性液晶としては、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(S■Cり又H相(S+aH攻)の液晶
が適している。この強誘電性液晶については、”LE 
JOURNAL DE PHYSIOUELETTER
9″3B  (L−Ef9)  1975.  rFe
rroelectricLiquid Crystal
s J  ;  ”Applied physics 
Let−ters″3B (11) 1980 、 r
 5utv+1cro 5econd B1−5tab
le Electrooptic  Switchin
g  in LiquidCrystals J ; 
”固体物理” 1B (141) 1981  r液晶
」等に記載されており、本発明ではこれら番こ開示され
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
合物の例としては、デシロキシベンジ1ノデンーP′−
アミノ−2−メチルブチルシンナメー) (DOBAM
BG) 、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()IOBACPC
)および4−o−(2−メチル)−ブチルレゾJレシリ
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、液晶化合
物が5ysC零相又はSm旧相と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。1と1′は、In、03 、51102やIT
O(Indium−Tin 0w1de)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Sm1t
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) (Pよ)4を有している
。基板l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)(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
にクロスニコ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た場合(例えばIJL)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l−P又はP′は上向き(4a)又は下向(4
b)(7)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。又、逆向
きの電界E′を印加すると、液晶分子は第二の配向状態
1   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、双安定性が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、0.51L
〜20川、特にlルー5#L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
国特許第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FET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   
        G ゲート電圧、vSをソース電圧、■、をゲートソース間
の闇値電圧とするとV。> Vs  であり、V >v
S+■、の時導通状態となり、V、<V、+V、の時非
導通状態となる。
P型FETニオイテはV o < −V sとし、vG
 くvS+v、で導通状態トナリ、vG>VS+VPで
非導通状態となる。
P型であってもN型であってもFETの端子のいずれが
ド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11.
12・・・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tl+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CCC 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、−
vHであり、位相(時間)t2において選択された走査
電極CNに与えられた電気信号は+vhである。
一方、それ以外の走査電極CN+1.CN+2は第6図
(a)に示す如く位相t2ではOである。また、位相t
1において選択された表示電極” N’ SN+1’”
 N+2に与えられる電気信号は、第6図(b)に示さ
れる如く0であり、位相t2において選択された表示電
極S S  に与えられる電気信号はN’N+2 4    −v、である。また位相t2において選択さ
れない表示電極S  に与えられる電気信号は0であN
+す る。以上に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=l〜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、次いで走査電極m=qラインに表示
電極n=fLで「明」の書込みをする場合、 V  <IVsl+VDll!l=q、n=M)C V n = O(m洪q) vs−■Lc>VD    (m=l−N)(n=1−
M) ■S ” 0(m=q、 nx見) 但し、各記号は下記の事項を表わす。
■、。: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 以上の動作をq=1−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
えば第4図中の画素の書込み動作を第7図に示す。第7
図においては、それぞれ横軸が時間を、縦軸がON(暗
)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t
1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PN、N  ” PH+2.N+2  に
は、閾値’LCを越える一V L c >  V s 
 V oの電圧が印加される。したがって第4図におい
て全画素PN、N ”” N+2.N+2は配向状態を
変え、「明」に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表示線の交点にある画素P N、N’  N、N+2には閾値■Loを越える電圧V
 L c <l v s 1+ v nが印加される。
したがって画素P N、N’  N、N+2は、「暗」に転移(スイッチ)
する。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tj 電極が選択されたか否かに応じて、選択された場合には
、液晶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な、
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lライフ分の信号の書き込みが行われ、l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CCC・・・とN’   N+
1’   N+2’ 表示電極S S  S  ・・・の交点で形成する画N
’  N+1’  N+2’ 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SN上の表示に注目すると、走査電極CN、
CN+2に対応する画素では「暗」状態であり、それ以
外の画素は「明」状態である。前記位相11−14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
能であり、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、強誘電性液晶と
してDOBAMBC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 = lXlO4〜lXl0B Hzl
o< l Vol <80V  (波高値)0.3 <
 l v81 <IQV (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1  
  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H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12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1θ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1B(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16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 0w
1de)が形成されている。
さらに、この上に絶縁層13(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、Sin
 、 5i02)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。対向基板となる基板20
′ノ上には対向電極21 (ITO; Indnium
Tin 0w1de)と絶縁膜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が挟持されている。又、この基板20と20′の周囲
部には強誘電性液晶23を封止するためのシール材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18と18′が配置され、観察者Aが入射光
■。よりの反射光IIによって表示状態を見ることがで
きる様に偏光子18′の背後に反射板18(乱反射性ア
ルミニウムシート又は板)が設けられている。
又、上記の各図においてソース電極、ドレイン電極とは
、ドレインからソースへ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レインとして働
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動方法を
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鮮明な画像を表示するこ
とができる。
【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
アクティブマトリックス回路と画素配置の例を示す配線
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TFT基板の斜視図、第12図はTPT基
板の平面図、第13図はA−A ′線部分断面図び第1
4図はB−B ′部分断面図である。 1.1’;透明電極がコートされた基板2;液晶分子層 3;液晶分子 4;双極子モーメント(Pよ) 4a;上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 (信号電極) 8;ソース電極(ドレイン電極) 9;光遮蔽膜 10;n”層 11; 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 
 Ill、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 28;薄膜半導体 27;ゲート配線 28:パネル基板 29;光遮断効果を有するゲート部 1      t′〜M′;走査電極 1〜N;表示電極 L;共通電極 LC;液晶 FET;電界効果トランジスタ

Claims (1)

    【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、前記対向電極群に走査信号
    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
    インに表示信号を印加する、時分割駆動であり、かかる
    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ことを特徴とする液晶素子の駆
    動法。
JP59124517A 1984-04-28 1984-06-19 液晶素子の駆動法 Pending JPS614027A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100324111B1 (ko) * 1999-03-16 2002-02-16 구본준, 론 위라하디락사 액정 디스플레이 패널

Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60262134A (ja) * 1984-06-11 1985-12-25 Canon Inc 液晶素子の駆動法

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