JPS6170530A - 液晶素子の駆動法 - Google Patents

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】 本発明は、液晶素子などの光学変調素子の駆動Ｉノ、に
係り、詳しくは表示素子やシャッターアレイ等の光学変
調素子に用いる液晶素子の時分１１．１駆動法に１′Ａ
する。

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損し、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７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
その駆動法に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２画素布度を高く、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ざいことｔｌら１表示素子とし
て実用に供されているのは始んどが、たとえばＭ、５ｃ
ｈａｄｔとＷ、Ｈｅ１ｆｒｉｃｈ著″ＡｐｐｌｉｅｄＰ
ｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ”Ｖｏ、　１Ｂ、　Ｎｏ、
　４　（１９７１，２，１５）　。

Ｐ、　１２７〜１２８の’Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｄｅｐｅｎ
ｄｅｎｔＯｐｔｉｃａｌ　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　　ｏｆ　
　ａ　ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　
Ｃｒｙｓｔａｌ”に示されたＴＮ　（ｔｗｉ　５ｔｅｄ
　ｎｅｍａｔ　ｉｃ）型の液晶を用いた’　　　　　　
　ｂｙｔ’あ９．ユ。ヤ。よ１、よい、イよ８□工の誘
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平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ｊＡ誘電異方性もつネマ
チック液晶が電界方向に配列し、この結果光学変調を起
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ｒ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（ｉ！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１１
゛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１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Ｊ４に
構造を構成した場合には、走査電極か選択され、信号電
極が選択されない領域、或いは走査、ｌｊ、極が選択さ
れず、信号電極が選択される領域（所謂゛°や選択点”
）にもイｉ限の電界がかかってしまう０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
晶層」を電界に垂直に配列させるに要する電圧用値がこ
の中間の電圧値に設定されるならば１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１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つている時間（ｄｕｔｙ比）がｌ
／Ｎ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１ｔＬＩＥ差は、走査＆Ｑ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
、双安定性を有さない液晶（ＴＬ電極面対し、液晶分子
が水−１ｔに配向しているのが安定状態であり、電界が
イ１効に印加されている間のみ垂１１’（に配向する）
を時間的層積効果を利用して駆動する（即ち、繰り返し
走査する）ときに生ずる本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１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。

本発明のＬｌ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液晶素子の駆動法
を提供することにある。

本発明の別の１」的は、高直応答性とメモリー効果を有
する液晶素子の駆動法を提供することにある。

さらに本発明の他の１的は、明るい表示を形成できる液
晶素子の駆動法を提供することにある。

本発明の液晶素子の駆動法は、上述の目的を達成するた
めに開発されたものであり、より詳しくは、走査゛電極
群と信号１Ｌ極群とを有し、該走査゛・し極群と信号電
極群との間に、２色性色素を有する双安定性液晶を配置
したセル構造を有する液晶素子の駆動法において、前記
走査電極群の全部又は一部に走査信号を印加し、該走査
信号に同期させて前記信号電極群の全部又は一部に前記
２色性色素とともに双安定性液晶を第１の安定状態に配
向させる信号を印加した後、前記走査電極群の全部又は
一部に走査信号を印加し、該走査信号に同期させて前記
信号電極群の全部又は一部のうち選択された信号電極に
前記２色性色素とともに双安定性液晶を第２の安定状態
に配向させる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ことができる双安定性液晶とし
ては、強誘電性を有するカイラルスこの強誘電性液晶の
詳細については、 ＬＥ　　ＪＯＵＲＮＡＬ　　ＤＥ　　ＰＨＹＳＩＱＵＥ
　　ＬＥＴＴＥＲ５”３Ｂ（Ｌ−６９）１９７５．ｒＦ
ｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　　ＬｉｑｕｉｄＣｒｙＳｔ
ａ１５に　　Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌ
ｅｔｔｅｒｓ３６　　（１１）１９８０．　　ｒｓｕｂ
ｍｉｃｒｏ　　５ｅｃｏｎｄＢｉｓｔａｂｌｅ　　Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ　　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　　１ｎ
Ｌｉｑｕｉｄ　　ｃｒｙｓｔａｌｓ」；　”固体物Ｊ！
！″１６（１４１）１９８１ｒ液晶」等に記載されてお
り１本発明ではこれらに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、デシロキシへンジリデンーＰ’−７
ミノー２−メチルブチルシンナメート へ７ジリデンーＰ′−アミノ−２−クロロプロビルンン
ナメート（ＨＯＢＡＣＰＣ）および４−ｏ−（２−メチ
ル）−プチルレゾルシリデンー４′ーオクチルアニリン
（ＭＢＲＡ８）等が挙げられる。

本発明は，これらの２色性色素の他に，少なくとも１つ
の発色団部分と少なくとも１つの光学活性これらの液晶
は　ｊＪｉ独又は２種以上を混合しでもよく，あるいは
他のスメクテイツク液晶やコレステリック（カイラルネ
ブチック）液晶とｄと合してもよい。

本発明で用いる２色性色素の代表例は下記のとおりであ
る。

本ｆｉ　Ｉ＋は、これらの２色性色素の他に、少なくと
も１つの発色団部分と少なくとも１つの光学活性部分を
単一分子中に含むヘリクロミックな２色性色素を用いる
ことができる。具体的な発色団としてはアゾ、アゾ−ス
チルベン、ペンゾチアンリルポリアソ、アソメチン、メ
チン、メロシアニン、７ノトラキノン、メチンーアリー
デン、テトラジン、オキサジアジン、カルバゾール−ア
ゾなどを用いることができる。又、光学活性部分は不斉
炭素原子を有する有機基で、具体的には（＋）　−２−
メチルアルキル基、（＋）−３−メチルアルキル基、（
＋）−２−メチルアルコキシ基、（＋）−３−メチルア
ルコキシ基、（＋）　−３−メチルシクロヘキンル、　
　（＋）−α−メチルベンジル。

（＋）　−２−メチルブチルビフェニル、（＋）−２−
メチルブチルフェニルチオ、（＋）−Ｎ−２−メチルブ
チルアミノ＋フタレンなどを挙げることができる０代表
的なヘリクロミックな２色性色素を下記に示す、これら
の合成法については、特開昭５９−９３７７７号公報に
開示されている。

これらの２色性色素は、スメクティック液晶。

特に強誘電性を示すカイラルスメクティック液晶ニ対し
てＯ，ｌ　−１０重量％、好ましくは１〜５：ｒＸ量％
の範囲でスメクティック液晶に溶解される。

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、ＳｍＣ＊、ＳｍＨ本、ＳｍＦ本、Ｓｍｌ木。

ＳｍＧ木となるような温度状態に保持する為、必要に応
じて、も子をヒーターがＪ〒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。　　１１　と１１′Ｉｔ、　　Ｉｎ２Ｏ３，５
ｎ０２やＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−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１２がガラス面に垂直になるよう
に配向したＳｍＣ木、ＳｍＨ木、ＳｍＦ＊、ＳｍＩ木、
ＳｍＧ木の液晶が２色性色素とともに封入されている。

太線で示した線１３が２色性色素とともに液晶分子を表
わしており、この液晶分子１３はその分子に直交した方
向に双極子モーメント１４（Ｐ上）を有している。ノ、
ｌ１Ｑｉｌｌとｌｌ’ｌｚの上極間に一定の闇値以上の
電圧を印加すると、液晶分子１３のらせん構造がほどけ
、双極子モーメント１４（Ｐよ）はすべて１に昇方向に
向くよう、液晶分子１３の配向方向を変えることができ
る。液晶分子１３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、
カラス面の上側に１枚の偏光子を置けば、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。（この際、カラス面の上下に互いに
クロスニコルの偏光板を配置してもよい）、さらに液晶
セルの厚さを充分に薄くした場合（例えば１ｙＬ）には
、第２１Ｎに示すように電界を印加していない状態でも
２色性色素とともに液晶分子のらせん構造はほどけ（非
らせん構造）、その双極子モーメントＰ又はＰ′は上向
き（２４）又は下向き（２４′）のどちらかの状■、を
とる。このようなセルにｊ７ｓ２図に示す如く一定の閾
値以上の極性の異る電界Ｅ又はＥ′を付り″すると、双
極子モーメント電界Ｅ又はＥ′は電界ヘクトルに対応し
て」−向さ２４又は下向き２４′と向きを変え、それに
応じて２色性色素とともに液晶分子は第１の安定状態２
３かあるいは第２の安定状ｆ９２３’の何れか一力に配
向する。

従って、偏光軸が第１の安定状態３３か又は第２の安定
状態３３′の配向方向と平行となる様に　１枚の偏光子
をガラス面の上側に配置することによって、光学的なコ
ントラストが得られる。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３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
定性を右することである。第２の点を例えば第２」−に
よって説明すると、゛電界Ｅを印加すると液晶分子は第
１の安定状態２３に配向するが、この状ｙ６は電界をν
Ｊ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２の
安定状態２３′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、卆え
る゛＋ｌＬ界Ｅが一定の１２１仙を越えない限り、それ
ぞれの配向状態にやはりｍ持されている。このような、
応答速度の速さとメモリー効果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
０．５糾〜２０鉢、特に１μ〜５ルが適している。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４３６７９２４号明細！ｌで提案されてい
る。

第３に、偏光板が１枚で済み、明るい表示が得られる。

本発明の駆動法の好ましい北体例（強誘電性液晶の例）
を、図面を用いて説明する。

第３図は、中間に２色性色素とともに強誘電性液晶化合
物（図示せず）が挟まれたマトリクス電極構造を有する
セル３１の電極の模式配置【４である。３２は走査電極
群であり、３３は信号電極群である。

’ｊｓ　４　ｌ多（ａ）と（ｂ）は、それぞれ選択時の
（走査（３号とそれ以外の非選択時の走査信号を示して
いる。

第４図（Ｃ）と（ｄ）は、それぞれ強１４電性液晶の双
安定性のうち第１の安定状態に配向させる電気信号（白
信号という）と双安定性のうち第２の安定状態に配向さ
せる電気信号（黒信号−という）を示している。

まず１本発明の駆動法は、第５図に示す様に第１フレー
ムＦｌで走査電極群３２の全部又は一部に走査信号を印
加し、これと同期させて信−）電極群３３の全部又は一
部に白信号を印加する０次の第２フレームＦ２で例えば
第３図に示す如く所定の個所（図中の黒部で示す画Ｘ）
に黒信号を印加する。この時の走査電極群３２（３２１
，３２２，３２３，３２４，３２５）及び信号電極＄１
３３　（３３１，３３２，３３３゜３３４．３３５）に
印加する電気信号と第３図中の画ＸＡとＢに印加される
電圧波形を第５図で明らかにしている。

以上に於て、電圧値ｖＯはＶＱ＜Ｖｔｈｌ＜２ＶＯと−
ＶＯ＞−Ｖｔ　第２）−２Ｖｏを満足する所望の値に設
定されている。従って、第５図から明らかな様に選択時
の走査信号が印加された走査電極に対応する全画素（又
は部分書き換えの時は書き換え対象の画素）には位相ｔ
１で一２Ｖｏの電圧が印加されることになり、２色性色
稟とともに強誘電性液晶は第１の安定状嘔、に配向し、
位相ｔ２では画素に印加される電圧がｖＯとなるが、Ｖ
Ｏ＜Ｖｔ　ｈｌとなっているため位相ｔ１で配向した第
１の安定状態（「白」）が維持されることになる。この
様に第１フレームＦ１で一担全画素を白信号によって「
白」に消去される。そして、第２のフレームＦ２で所定
の画素のみに走査信号と同期させて信号電極に黒信号印
加することによって、黒白の一画面が形成される。この
際黒信号が印加された画素では位相ｔ１　　で−２ＶＱ
が印加された後位相Ｌ１で２ＶＱが印加され、２ＶＱ＞
Ｖｔｈｌとな゛つているため、位相ＬＬでは第１の安定
状態に配向していた強誘電性液晶が２色性色素とともに
位相弓　で第２の安定状態に配向されて［黒］になる。

この際、電圧値Ｖの偵及び位相（Ｌｒ＋ｔ２）＝Ｔの値
としては、用いられる液晶材料やセルの厚さにも依存す
るが１通常３ボルト〜７０ポルトで、Ｏ，１ｐｓｅｃ　
〜２ｇ５ｅｃの範囲で用いられる。

本発明の駆動法が有効に達成されるためには、走査電極
或いは信号電極に与えられる電気信号が、必ずしも第５
図に於て説明されたような単純な矩形波信号でなくても
よいことは自明である０例えば、正弦波や三角波によっ
て駆動するこ之も可能である。

第６図は、液晶−光シャッタに応用した時のマトリクス
電極構造の模式図が示されている。

この際、６１は画素であって、この部分のみ両側の電極
を透明なもので形成している。６２は走査電極群、６３
は信号電極群を表わしている。

第７図は、別の変形実施例である。

第７図に示す具体例では、第３図に示す走査電極群３２
に走査信号を順次印加し、この選択時の走査信号に同期
させて信号電極群３３に白信号を印加し、ｌフレームＦ
ｌで全画面を一担自画面に揃える。この時の画素に印加
される電圧波形は、位相ｔ１で一２Ｖｏが印加される強
誘電性液晶は２色性色素とともに第１の安定状態に配向
し１次の位相Ｌ２ではＶｔｈｌより小さい値■０が印加
されるので１位相ｔ１＋ｔ２では強誘電性液晶は２色性
色素とともに第１の安定状態をとる０次の第２のフレー
ムＦ２では、所定の画素のみに黒信号を与える。黒信号
が与えられた画Ｘ（第３図中の黒部画素）は。

位相ｔ１　で−２Ｖｏが印加されるが１位相ｋｌ　　で
２Ｖｏが印加されることになり、この画素における強誘
電性液晶が２色性色大とともに第２の安定状態に配向さ
れて黒になる。さらに１画素Ｂではその後−ｖＯとＶＱ
が印加されているが、前述した様に電圧値ｖＯがｖＯ＜
Ｖｔｈｌ＜２ＶＯと−Ｖ□＞Ｖｔｈ２＞’　　　　　　
　　　−２ＶＱを満足しているので「白」に反転するこ
とはない。

今までに述べた本発明の説明に於ては、一つの画素に対
応する液晶化合物層は一様であり。

２色性色素とともに双安定性液晶一画素全領域に渉って
どちらかの安定状ｊＥに配向を揃えているものとして来
た。しかし乍ら、強誘電性液晶の配向状態は、基板の表
面との相互作用によって極めて微妙に作用されるため、
印加電圧と閾値電圧Ｖｔｈｌ又は−ｖｔｈ２の差が小さ
い場合には１局所的な基板表面の僅かの差によって、−
画素内で互いに逆方向の安定配向状態が混在している状
況が生じ得る。これを利用して　　　　　′情報信号の
第２の位相に於て階調性を与える信号を付加することが
可能である０例えば、第５図又は第７図に於て述べた駆
動方法と走査信号は全く同一にして第８図（ａ）〜（ｂ
）に示すような階調に応じ、信号電極に印加する情報信
号の位相Ｌ２に於けるパルス数を変えることによって階
調画像を得ることがｏｒ能である。

又、基板処理として自然発生的に生ずる基板表面状態の
ばらつきを利用するのみならず１人為的に１例えば、微
小モザイクパターンを有する基板表面状態を利用するこ
とも可能である。

本発明の方法は、液晶−光シャッタや液晶テレビなどの
光学シャッタあるいはディスプレイ分野に広く応用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、カイラルスメクテイツク相液晶を有する液晶
素子を模式的に示す斜視図である。ＰＪＪＺ図は１本発
明法で用いる液晶＾子の双安定性を模式的に示す斜視図
である。 第３図は、本発明の駆動法に用いる液晶素子の電極配列
状態を模式的に示す平面図である。 第４図（＆）〜（ｄ）は、電気信号波形図である。ｔ５
５図は、時系列で示した電圧波形図である。ｆｊＳ６図
は１本発明の駆動法の好ましい適用対象の１例としての
液晶−光ンヤツタの模式Ｊ面図である。第７図は１本発
明の別の具体例における時系列で示した電圧波形図であ
る。第８図は１本発明の別の具体例における電圧波形図
である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）走査電極群と信号電極群を有し、該走査電極群と
   信号電極群の間に２色性色素を有する双安定性液晶物質
   を配置した構造を有する液晶素子の駆動法において、前
   記走査電極群の全部又は一部に走査信号を印加し、該走
   査信号に同期させて前記信号電極群の全部又は一部に前
   記２色性色素とともに双安定性液晶を第１の安定状態に
   配向させる信号を印加した後、前記走査電極群の全部又
   は一部に走査信号を印加し、該走査信号に同期させて前
   記信号電極群の全部又は一部のうち選択された信号電極
   に前記２色性色素とともに双安定性液晶を第２の安定状
   態に配向させる信号を印加することを特徴とする液晶素
   子の駆動法。
2. （２）前記双安定性液晶が強誘電性液晶である特許請求
   の範囲第１項記載の液晶素子の駆動法。
3. （３）前記強誘電性液晶がカイラルスメクテイック液晶
   である特許請求の範囲第２項記載の液晶素子の駆動法。
4. （４）前記カイラルスメクテイック液晶が非らせん構造
   の液晶相である特許請求の範囲第３項記載の液晶素子の
   駆動法。
5. （５）前記カイラルスメクテイック液晶がＣ相、Ｈ相、
   Ｆ相、Ｉ相、Ｊ相、Ｋ相又はＧ相である特許請求の範囲
   第３項又は第４項記載の液晶素子の駆動法。
6. （６）前記２色性色素がヘリクロミックな２色性色素で
   ある特許請求の範囲第１項記載の液晶素子の駆動法。