JPS6194026A - カイラルスメクティック液晶電気光学装置 - 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】 （技術分野） 本発明は、カイラルスメクティックＣ液晶を用いた液晶
表示装置に関する。

（従来技術） 近年、高速応答性と記憶保持性を持つディスプレイ装置
としてカイラルスメクティックＣ相（以下ＳｍＣ＋と呼
ぶ）を使用した液晶表示パネルが注目されている。

このカイラルスメクティックＣ相を持つ液晶として、例
えば、 ２−メチルブチルＰ−［（Ｐ−ｎ−デシロキシベンジリ
デン）アミノ］ が広く知られている。この液晶は、第１θ図に示したよ
うに一定の方位角を持って層Ｌ１．Ｌ２　。

Ｌ３・・・・毎に捩れた螺旋構造を増って配列している
。

ところで、このＳｍＣ＋は、その螺旋ピッチ（通常数Ｉ
Ｌｍ）よりも小さいｌｐｍ程度の間隙を持った２枚の基
板Ｂ、Ｈの間に注入されると（第１１図）、液晶分子は
、螺旋構造を消失して分子軸を基板に平行にして層の法
線方向から±θだけ傾むいた状態で配列する。

すなわち、セルに注入された液晶は、第１２図に示した
ように層の法線から時計回りに角度θ傾むいたドメイン
と、反時計回りにθつまり一〇傾むいたドメインを混存
した状態を持つ。

ところで、ＳｍＣｍＣ病分子は、一般に分子軸と垂直な
方向に電気双極子を持っていて、一方のドメインがセル
基板に対して上向きに電気双極子を持つと、他方のドメ
インは下向きの電気双極子を持つことになる。したがっ
て、基板Ｂ、Ｂ間に電界を印加すると、基板内の液晶分
子は、層の法線方向から十〇もしくは一〇傾いた位置に
一斉に揃い、また逆方向の電界を印加すると、反転して
一〇もしくは十〇傾むいた位置に一斉に揃った状態で配
列する。

言うまでもなく、液晶分子は、偏向特性を持つため、基
板を透明材料により構成して両面に偏向板を配設すると
、液晶分子の配列方向により光学的な明状態と暗状態が
生じ、いわゆる液晶表示パネルの機能を持たせることが
できる。

このようにＳｍＣ＋液晶を使用した液晶パネルは、マイ
クロ秒台という非常に速い応答速度と、パターン表示に
電界を取去っても表示状態を長い期間に亘って保持でき
るという大きな長所が存在する反面、非選択電界の上限
値、いわゆる液晶のスレシュホールド電圧ｖｔｈが０．
５ｖと非常に低くて（第１３図）、非選択状態のマージ
ンが小さいためｌ／Ｎバイアス法を適用してダイナミッ
ク駆動を行なうが実用上不可能であるという問題があっ
た。

（目的） 本発明はこのような問題に鑑み、１／Ｎバイアス法を実
用的に適用することができるＳｍＣ十液晶表示装置を提
供することを目的とする。

すなわち、本発明の特徴とするところは、電極選択時の
前半において逆方向の液晶作動電圧を。

電極選択時の後半において順方向の液晶作動電圧を、非
電極選択時に液晶作動電圧以下の交番電圧を液晶パネル
に作用させるようにした点にある。

（構成） そこで、以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づい
て説明する。

第１図は、ＳｍＣ＋を使用した本発明に係る液晶表示パ
ネルで、図中符号ｌは、液晶表示パネルのセルを構成す
る一方の基板で、ガラス等の電気絶縁性透明板の表面に
コモン電極１ａ、ｌａ・・・・を設けて表面に印刷やデ
ィッピングによってポリイミド薄膜を形成し、一方向に
ラビング処理をしてなる一軸配向膜１ｂが設けられてい
る。

２は、セルを構成する他方の基板で、電気絶縁性透明板
の表面にセグメント電極２ａ、２ａ・・・・を設けて表
面にに述したのと、同様の一軸配向膜２ｂを形成して構
成されている。

このようにして配向処理を行なった２枚の基板１及び２
は、その配向面同士を対向させ、ＳｍＣｍＣ病の螺旋ピ
ッチより小さい間隔ｄをもって平行に配設され、２枚の
基板により形成された間隙にＳｍＣ液晶が注入されてい
る。このようにして形成した上下の基板には偏光板３及
び４をそれぞれ偏光軸を直交させて配設して、液晶分子
の回動を明暗状態として表示するようにして表示パネル
が構成されている。

第２図は、上述した液晶パネルを使用したスメクティッ
ク液晶表示装置の一実施例を示すものであって、図中符
号６は、前述した液晶表示パネルで、コモン電極とセグ
メント電極にそれぞれコモン電極駆動回路７とセグメン
ト電極駆動回路８を接続して構成されている。

つぎに、これら駆動回路について説明する。

第３図は、コモン電極駆動回路の実施例を示すものであ
って、図中符号９は、シフトレジスタで、フレーム走査
切換信号をコモン電極走査速度に同期したクロック信号
によりを順次シフトさせるものである。１０は、ラッチ
回路で、シフトレジスタ９からの信号をクロック信号に
同期してラッチし、後述する作動電圧発生回路１１から
の駆動電圧を出力ゲート回路１２を介してコモン電ｊ％
ｃＭ１．　Ｃ１ｈ・・・・ＣＭｎに供給するものである
。

１１は、前述の駆動電圧発生回路で、図示しない電源か
らの液晶駆動電圧Ｖ　ａｐ、％Ｖａｐ、　ＨＶａｐ及び
零電圧をそれぞれトランスミッションゲート等のアナロ
グスイッチｌｌａ、ｌｌｂ、ｌｉｅ、ｌｌｄを介して供
給され、液晶駆動電圧Ｖａｐ及び零電圧の供給を受ける
アナログスイッチｌｌａと１１ｂを、また％Ｖ　ａｐ、
　Ｋ　Ｖ　ａｐの供給を受けるアナログスイッチｌｌｃ
とｌｉｄの出力を対として後述する出力ゲート１２に出
力している。

１３は、Ｊ−にフリップフロップからなるフレーム走査
切換信号分周器で、フレーム走査切換信号をコモン電極
走査速度に同期したクロック信号により分割して出力す
るものである。１４は、１ノ１他的論理和ゲートで、フ
レーム切換信号分周器１３からの信号と駆動信号が入力
し、走査信号の入力時に駆動信号の位相を反転し、直接
、及びインバータ１５を介して駆動電圧発生回路１１の
対をなすアナログスイッチｌｌａ、ｌｌｂ及び１１ｃ、
１１ｄの制御端子に入力して駆動電圧発生回路１１から
零電圧と％ＶａｐもしくはＶａｐと３４Ｖａｐを出力さ
せるように構成されている。１２は、２つのアナログス
イッチ１２ａ、１２ｂをそれぞれ対にしてなる出力ゲー
トで、それぞれ駆動電圧発生回路１１から電圧の供給を
受け、一方のアナログスイッチ１２ａはラッチ回路１０
からの出力信号が直接に、他方のアナログスイ・ンチ１
２ｂはラッチ回路１０からの信号がインバータ１６．１
６・・・・により反転されて入力している。

第４図は前述したセグメント電極駆動回路の実施例を示
すものであって、図中符号１７は、排他的論理和ゲート
で、フレーム切換信号とデータ信号が入力し、フレーム
切換信号が入力した時点でデータを反転するものである
。１８は、シフトレジスタで、排他的和ゲート１７から
のデータ信号とセグメント電極走査タイミング、つまり
副走査クロックＣＫ　２が入力し、データ信号をクロッ
クＣＫ２によりシフトするように構成されている。

１９は、ラッチ回路で、シフトレジスタ１８からの信号
をクロック信号ＣＫ、に同期してラッチし、後述する駆
動電圧発生回路２０からの駆動電圧を出力ゲート回路２
１を介してセグメント電極ＳＧ、　、ＳＧ２・・・・Ｓ
Ｇｍに供給するものである。２０は、前述の駆動電圧発
生回路で、図示しない電源からからの液晶駆動電圧Ｖ　
ａｐ、％Ｖａｐ、　３’３Ｖａｐ及び零電圧をそれぞれ
トランスミッションゲート等のアナログスイッチ２０ａ
、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを介して供給され、液晶駆動
電圧Ｖａｐ及び零電圧の供給を受けるアナログスイッチ
２０ａと２０ｂを、また％Ｖａｐ、　％Ｖａｐの供給を
受けるアナログスイッチ２０ｃと２０ｄの出力を対とし
て後述する出力ゲート２１に出力している。２２は、Ｊ
−にフリップフロップからなるフレーム信号分周器で、
フレーム切換信号クロックに同期してフレーム信号を分
割して出力するものである。

２３は、排他的論理和ゲートで、フレーム切換信号分周
器２からの信号と駆動信号が入力し、駆動信号の入力時
に位相を反転し、直接、及びインバータ２４を介して駆
動電圧発生回路２０の対をなすアナログスイッチ２０ａ
、２０ｂ及び２０ｃ、２０ｄの制御端子に入力して駆動
電圧発生回路２０から零電圧と％ＶａｐもしくはＶａｐ
と３４Ｖａｐを出力させるように構成されている。２１
は、２つのアナログスイッチ２１ａ、２１ｂを対にして
なる出力ゲートで、それぞれ駆動電圧発生回路２０から
電圧の供給を受け、一方のアナログスイッチ２１ａはラ
ッチ回路１９からの出力信号が直接に、他方のアナログ
スイ・ンチ２１ｂにはインバータ２５．２５・・・・に
より反転されて入力している。

次に、このように構成した装置の動作を第５．６図に示
した波形図に基づいて説明する。

フレーム走査切換信号が出力すると、シフトレジスタ９
を介してラッチ回路ｌＯによりラッチされ第１番目のコ
モン電極ＣＭ□が選択状態となり、また他のコモン電極
ＣＭ２・・・・ＣＭｎは非選択状態となる。

他方、このフレーム切換え信号は、フレーム信号分周回
路１３によりコモン電極選択クロックに同期した信号に
変換されて排他的論理和ゲート１４に入力する。これに
より排他的論理和ゲート１４に入力した駆動信号は、そ
の位相を反転されて駆動電圧発生回路１１に入力する。

この反転によって、コモン電極ＣＭ、には、線順次走査
信号の前半において書込み濃度とは反対の液晶作動電圧
−Ｖａｐが画素に作用するようにＶａｐが印加され、線
順次走査信号の後半において所望とする書込み濃度であ
る順方向の液晶作動電圧Ｖａｐが画素に作用するように
０電圧が印加される（なお、この説明は便宜上、画素に
かがる電位は、コモン電極を）、（準とした）。この書
込み終了以後のフレーム走査の間、駆動信号に同期し、
振幅が液晶駆動電圧Ｖａｐの１／３程度の交番電圧が印
加される。

他方、セグメント電極駆動回路（第４図）においては、
データ信号は、排他的論理和ゲート１７によって位相が
反転されてシフトレジスタ１８に入力する。この線順次
走査信号の入力により排他的論理和ゲートに入力してデ
ータ信吟は、その位相を反すされて出力ゲート２１に入
力する。この反転によって、セグメント電極には、線順
次走査信号の前半において反対方向の液晶作動電圧−Ｖ
ａｐが、線順次走査信号の後半において順方向の液晶作
動電圧Ｖａｐが画素に作用するようにＶａｐ、０電位が
印加され、以後、このフレーム走査の間、フレーム内交
番クロックに同期し、振幅が液晶駆動電圧Ｖａｐの１／
３程度の交番電圧が画素に作用するように一１／３Ｖａ
ｐ、２／３Ｖａｐがそれぞれ適切に印加される。

すなわち、第１コモン電極」二の明暗状態なるべき画素
は、線順次走査信号の前半において、必要とする電界と
逆方向の電界、この例では負電界が印加され、線順次走
査信号の後半において目的方向の電界、この例では正電
界が印加されて明状態が書き込まれる。この過程により
液晶作動電圧Ｖａｐの正方向と負方向の両方向の電界が
画素に印加されるため、画素を形成している液晶が電荷
を蓄積することがない。また、このようにして書き込み
を終了した後には、ｌ／Ｎバイアス法の宿命として必然
的に液晶駆動電圧の１／Ｎ、この実施例では１／３Ｖａ
ｐというスメクティック液晶のスレシュホールド電圧ｖ
ｔｈを大きく超える電圧が画素に印加することになるが
、この交番電界は、第７図に示したように、一旦、選択
された液晶の分子位置ａから若干変位したｂの位置を中
心として液晶分子を動的に保持するように作用する。こ
のようにして全てのコモン電極の走査が終了すると、第
２のフレーム目の走査に移って暗状態の書込みを開始す
る。

すなわち６、第１．コモン電極上の暗状態となるべき画
素は、線順次走査信号の前半において、必要とする電界
と逆方向の電界、この例では正電界が印加され、線順次
走査信号の後半において目的方向の電界、つまり負電界
が印加され暗状態が書込まれる。　なお、云うまでもな
く、これら選択時に印加される正電界、負電界の大きさ
、及びその継続時間は、液晶分子が十分に動きうる値に
設定されている。

前述したように、この過程においても画素には、正電界
と負電界が作用するため、画素は電荷を７１積すること
ない。このようにして書込みが終了すると、画素は液晶
駆動電圧Ｖａｐのｌ／３程度の交番電圧を印加されて選
択された暗状態を動的に保持する。

なお、に述した実施例において、スメクティック液晶パ
ネルを１／３平均化法により駆動したが、これに限られ
ないことは云うまでもない。

第８図は、本発明の他の実施例を示すもので。

書込み信号のパルス幅Ｔ！を表示濃度に対応させてデー
タ信号により変調するようにしたもので。

この実施例によれば、液晶分子の過渡応答特性（第９図
）を利用して階調表示を行なうことができる。

（効果） 以上、説明したように本発明によれば、表面に走査電極
と配向膜を設けた２枚の基板な配向膜側を相対向させて
スメクティック液晶化合物を注入し、基板間隔をスメク
ティック液晶分子の螺旋ピッチ以下に制限してスメクテ
ィック液晶パネルを構成するとともに、電極選択時の前
半において一旦、逆方向の液晶作動電圧を、電極選択時
の後半において順方向の液晶電圧を印加するようにした
ので、書込みに際して液晶パネルに残留電荷の発生を防
止して液晶の寿命と表示性能を向上することができる。

また、非選択時に液晶作動電圧以下の交番電圧を印加す
ることにより書込み状態を動的保持するようにしたので
、スメクティック液晶分子のスレッシュホールド電圧の
低さにかかわらず、非選択時に書込状態を無用に変動さ
せる虞れがなく、ｌ／Ｎ平均化バイアス法を適用するこ
とができ、多分割ダイナミック表示を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に使用するスメクティック液晶パネル
の一実施例を示す装置の斜視断面図、第２図は、本発明
の液晶表示装置の構成を示す概要図、第３．４図は、そ
れぞれ同」−装置におけるコモン電極駆動回路、及びセ
グメント電極駆動回路の−・実施例を示すプロ・ンク図
、第５．６図は、同１−装置の動作を示す波形図、第７
図は、同上装置における液晶分子の運動形態を示す模式
図、第８図は、本発明の他の実施例を示す波形図、第９
図は、スメクティンク液晶パネルにおける液晶分子の過
渡応答特性を示す説明図、第１０図は、カイラルスメク
ティック液晶の分子配列を示す模式図、第１１図（イ）
（ロ）は、それぞれセル間隙を液晶分子の螺旋ピッチ以
下にしたときの分子の配列を示す模式図、第１２図は、
スメクティック液晶のドメインと偏光の関係を示す説明
図、第１３図は、スメクティック液晶に作用する電界と
光学的濃度の関係を示す特性図である。 １ａ・・・・コモン電極　１ｂ・・・・−軸配向膜２ａ
・・・・セグメント電極 ２ｂ・・・・ランダム水平配向膜 ６・・・・液晶パネル ７・・・・コモン電極駆動回路 ８・・・・セグメント電極駆動回路 皆紳ｔシ 第１０図 第ｎａ　図（イ） 第ｒ　図（ロ） Ｖｔｈ　　Ｖｓａｔ　　　　　Ｖ 液晶１ｌ−１７加電圧

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表面に走査電極と配向膜を設けた２枚の基板を配向膜側
   を相対向させ、基板間にスメクティック液晶化合物を封
   入するとともに前記基板間の間隙を前記液晶化合物の螺
   旋ピッチ以下に制限してなる液晶パネル、及び電極選択
   時の前半において逆方向の液晶作動電圧を、電極選択時
   の後半において順方向の液晶作動電圧を、非電極選択時
   に液晶作動電圧以下の交番電圧を発生する手段からなる
   スメクティック液晶表示装置。