JPS617825A - 液晶素子の駆動法 - Google Patents

液晶素子の駆動法

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JPS617825A
JPS617825A JP59127415A JP12741584A JPS617825A JP S617825 A JPS617825 A JP S617825A JP 59127415 A JP59127415 A JP 59127415A JP 12741584 A JP12741584 A JP 12741584A JP S617825 A JPS617825 A JP S617825A
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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、 1
8. No、4(111171,2,15) 、 P、
 127〜128の”Voltage−Depende
nt 0ptical Activity of a 
TwistedNesatic Liquid Cry
stal”に示されたTN(twisted nema
tic)fiの液晶を用いたも(7)テあり、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
、走査電極が選択さ庇、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
M(所謂゛′半選択点゛′)にも有限の電界がかかって
しまう6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(1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M(duty比)は、
I/Hの割合で減少してしまう。このために、〈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
定状態を右さない液晶(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1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]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、ソ
ースもしくはドレインを共通端子に接続してゲートに走
査信号を印加する時分割駆動であり、かかる考査信号線
(ゲート)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、次に前記走査信号
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有する
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履Cり又H相(SmHりの液晶が適
している。この強誘電性液晶ニツイテハ、”LE JO
URNAL [lE PHYSIOUELETTER3
” 3B (L−88) 1975.  r Ferr
oelectricLiquid  Crystals
  J  ;  Applied  phySics 
 Let−ters″ 3B  (11)  1i38
0  、 r Submicro  5econd B
1−5table  Electrooptic  S
witching  in  LiquidCryst
als J ; ”固体物理″16 (141) IH
I  r液晶」等に記載されており、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、デシロキシベンジリデン−P′−ア
ミノ−2−メチルプチルシンナメー) (DQBAMB
G) 、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)−ブチルレゾルシリテン−
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S腸C零相又はSmH准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、Ine 03 、 SnugやI
TO(Indiu+w−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Sa
c京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ト(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
モーメント(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)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
に示す如く一定の闇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
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、0.5 pL〜20IL、特にlp
〜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438792
4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、V  をD   
                 Gゲート電圧、V
Sをソース電圧、■、をゲートソース間の閾値電圧とす
るとVn  > Vs  であり、VG>■、+v、の
時導通状態となり、V c < V s + V−pの
時非導通状態となる。
P型FET ニオイテはvDくvsとし、vG くVS
+V、−c導通状態トナリ、vo>VS+v。
で非導通状態となる。
pyJ!!であってもNff1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jl 
 +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。選択された走査
電極GN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)tlでは、0であり、位相(時間
)tzでは、+v6である。
一方、それ以外の選択されない走査電極GN+□。
G  は第6図(a)に示す如く位相t、、t2でN+
2 は0である。また、位相1.において選択された表示電
極CN  ” N+1  ” Nや、に与えられる電気
信号は、第6図(b)に示される如<  Vcで あり
、位相t2において選択された表示電極CN 。
CN+2に与えられる電気信号は+voである。また位
相t2において選択されない表示電極CN+1に与えら
れる電気信号はOである。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=I〜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「
明」をリフレッシュ、次いで走査電極m=qのラインに
表示電極n=nで「暗」の書込みをする場合、 V  −V  >VLc+VsCm=q、n=fL)C
rtr=q、n#n)m   P vs−vLc>vcn    (m=1〜N 、n−1
〜M)V s  +  V L c、 <  V cn
(m−q 、n −CL) (m #q 、n −1)
vG、−vP<vcnCm#q 、  r+#jL)但
し、各記号は下記の事項を表わす。
vGm’ゲー上ゲート走査信号)電圧 vCn’対向電極(表示信号)電圧 ■、:ゲート、ソース間の閾値 以上の動作を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1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
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PN、N〜P    には、閾値−vLC
を越える一Vt、c>−N+2 、 N+2 Vs−V、が印加される。したがって、第4図において
全画素P   −P     は配向状態を変N、N 
     N+2.N+2 え、「明Jにリフレッシュされる。次に1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
  、P   には閾値vL6をN、N     N+
2.N 越える電圧VLo<V8−V、が印加される。したN、
N   N+2.Nは「暗」に転移(スがって画素P 
  、P 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。以上の各動作でわ
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
されない場合に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。従って、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1ライン分の信号の
書き込みが行われ、1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GG、G   ・・・N’N+
I      N+2’ と表示電極CCC・・・の交点で形成するN’   N
+1’   N+2’ 画素のうち、斜線部の画素は「暗J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GN
、GN+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t 、 x
t 4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9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= I XIO’ 〜lXl0” )1
210< l V、 I <80V  (波高値)0.
3 < l v81 <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TFT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16(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11で構成したTPTと、TPTの端子11と接続し
た画素電極12(ITO; Indnium Tin 
0w1de)が形成されている。
さらに、この上に絶縁層+3(ポリイミド、ポリアミド
、ポリビニルアルコール、ポリバラキシリレン、SiO
、’ SiOg)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 (ITOB 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
重。よりの反射光重1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TFTを用いた強誘電性液晶セルの断面図
、第11図はTF丁基板の斜視図、第12図はTFT基
板の平面図、第13図はA−A ’線部分断面図及び第
14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、) 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 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 
 19.1!3”;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 2θ: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 LCi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、前記対向電極群に表示信号
    を印加するとともに各画素に対応している、FFT端子
    のうち、ソースもしくはドレインを共通端子に接続して
    ゲートに走査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
    、次に前記走査信号線に順次、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。
JP59127415A 1984-04-28 1984-06-22 液晶素子の駆動法 Granted JPS617825A (ja)

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JP59127415A JPS617825A (ja) 1984-06-22 1984-06-22 液晶素子の駆動法
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4770501A (en) * 1985-03-07 1988-09-13 Canon Kabushiki Kaisha Optical modulation device and method of driving the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS614029A (ja) * 1984-06-19 1986-01-09 Canon Inc 液晶素子の駆動法

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