JPS62150332A - 液晶装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 未発明は、光学変調素子の駆動法に関し、特に少なくと
も２つの安定状態をもつ強誘電性液晶素子の駆動法に関
する。

〔従来技術の説明〕

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。

これらの実用に供されたのは、殆どが、例えば“アプラ
イド・フイジスク拳しターズ゛（”　Ａｐｐｌｉｅｄ　
　Ｒｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒ”　　）１９７１年
、１８（４）号１２７〜１２８頁に掲４＋１　（７）　
Ｍ　、シャット　（Ｍ、　　５ｃｈａｄｔ　）およびＷ
、ヘルフリヒ（Ｗ、　Ｈｅ１ｆｒｉｃｈ　）共著になる
“ボルテージφディメンタ゛ント・オプティカル・アク
ティビティ−ｅオブ・ア・ツィステッド・ネマチック・
リキッド・クリスタル゛（”Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｄｅｐｅ
ｎｄｅｎｔ　０ｐｔｉｃａｌ　Ａｃｔｉｖｉｔｙｏｆ　
ａ　Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　
Ｃｒｙｓｔａ！”　）に示されたＴ　Ｎ　（ｔｗｉｓｔ
ｅｄ　ｎｅｍａｔｉｃ　）型液晶であった。

近年は、在来の液晶麦子の改善型として、双安定性を有
する液晶素子の使用がクラーク（Ｃ！ａｒｋ　）および
ラガーウオール（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）の両者により特
開昭５６−１０７”’２１６号公報、米国特許第４３６
７９２４号明細閏等で提案されている。双安定性液晶と
しては、一般に、カイラルスメクテイツクＣ相（ＳｍＣ
”）又はＨ相（ＳｍＨ″）を有する強誘電性液晶が用い
られ、これらの状態において、印加された電界に応答し
て第１の光学的安定状態と第２の光学的安定状態とのい
ずれかをとり、かつ電界が印加されないときはその状態
を維持する性質、即ち、安定性を有し、また電界の変化
に対する応答がすみやかで、高速かつ記憶型の表示装置
等の分野における広い利用が期待されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、表示画素数が極めて多く、しかも高速駆
動が求められる時には、問題を生じる。すなわち、所定
の電圧印加時間に対して双安定性を有する強誘電性液晶
セルで第１の安定状態を与えるための閾値電圧を−ｖｔ
　ｈｌとし、第２の安定状態を与えるための閾値電圧を
＋Ｖｔｈ２とすると、これらの閾値電圧を越えなくとも
、長時間に亘り、電圧が印加され続ける場合に、画素に
書込まれた表示状態（例えば、白状ｙ、Ｔ、　）が別の
表示状態（例えば、点状、＋Ｔ：）に反転することがあ
る。第１図は、双安定性強誘電性液晶セルの閾値特性を
表わしている。

第１図は強誘電性液晶としてＤＯＢＡＭＢＣ（図中ｃ７
）１２）　と）１０ＢＡｃＰｃ　（図中（７）１１）を
用いた時のスイッチングに要する閾値電圧（ｖｔｈ）の
印加時間依存性をプロットしたものである。

第１図より明らかな如く、閾値ｖｔｈは印加時間依存性
を持っており、さらに印加時間が短い程、急勾配になっ
ていることが理解される。

このことから、走査線が極めて多く、しかも高速に駆動
する素子に適用した場合には、例えばある画素に走査時
において明状態にスイッチされていても、次の走査以降
常にｖｔｈ以下の情報信号が印加され続ける場合、一画
面の走査が終了する途中でその画素が暗状態に反転して
しまう危険性をもっていることが判る。

〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕本発明の
目的は、前述したような従来の液晶表示素子或いは液晶
光シャッターにおける問題点を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。

未発明の別の目的は、高速応答性を有する液晶素子の駆
動法を提供することにある。

７（発明の他の目的は、高密度の画素を有する液晶素子
の駆動法を提供することにある。

本発明は、交差した走査電極群と信号電極群との間に少
なくとも２つの安定状！ルをもつ光学変調物質が配置さ
れ、該走査′電極群と信号電極群の交差部を画素とした
マトリクス画素構造を有する光学変調素子の駆動法にお
いて、前記マトリクス画素構造のうちの選択された走査
電極ライン上の画素への書込み期間が少なくとも第１の
位相、第２の位相及び第３の位相を有しており、前記第
１の位相及び第２の位相のうちの少なくとも一方の位相
で前記走査電極ライン上の画素の全部又は所定部に前記
光学変調物質の一方の安定状態に基づく一方の表示状態
になす電圧を印加する第１のステップと、前記第３の位
相で前記走査電極ライン上の選択された信号電極ライン
上の画素に前記光学変調物質の他方の安定状態に基づく
他の表示状態になす電圧を印加する第２のステップとを
有する光学変調素子の駆動法に特徴を有している。

すなわち、本発明は前記マトリクス画〕粁構逍のうち選
択された走査’、ｔｍ上の画素に書込み期間内の第１及
び第２の位相で前記光学変調物質を第１の安定状７ｎ１
に配向させる電圧が印、クロされ、第３の位相で前記画
素のうち選択された画素に前記光学変調物質を第２の安
定状態に配向させる′電圧か印加されて前記走査電極上
の画素が占込むことができる点に特徴を有している。

〔実施例〕

本発明の駆動法で用いる光学変調物質としては、少なく
とも２つの安定状態をもつもの、特に加えられる電界に
応じて第１の光学的安定状態と第２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
イイする物質、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
液晶としては、強誘電性を有するカイラルスメクテイツ
ク液晶が最も好ましく、そのうちカイラルスメクテイツ
クＣ相（ＳｍＣ″）また、Ｈ相（ＳｍＨ’）の液晶が適
している。

この強誘電性液晶については、“ル・ジュルナール・ド
・フィシツク書ルーチル゛ （”　Ｌｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｄｅ　Ｐｈｙｓｉｏｖｅ
　１ｅｔｔｅｒ”）３６巻（Ｌ−６９）、１９７５年の
「フェロエレクトリック・リキッド・クリスタルス」（
ｒＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙ
ｓｔａｌｓ　」）　　；“アプライド・フィジックス・
レタース°゛（“Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　
　Ｌｅｔｔｅｒｓ”　）　３６巻（１１％）１９８０年
の「サブミクロン・セカンド・バイスティプル・エレク
トロオブテインクやスイッチング・イン・リキッド・ク
リスタルスＪ　　（ｒ　Ｓｕｂｍｉｃｒｏ　　５ｅｃｏ
ｎｄ　　Ｂ１５ｔａｂｌｅＥｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ　
　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　　ｉｎ　　ＬｉｑｕｉｄＣｒｙ
ｓｔａｌｓＪ　）　　；　　”固体物理”１６（１４１
）１９８１　ｒ液晶ｊ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−ｙ−アミ
ノ−２−メチルブチルシンナメー）　（ＤＯＢＡＭＢＣ
）、ヘキシルオキシベンジリデン−Ｙ−アミノ−２−ク
ロロプロピルシンナメート（ＨＯＢＡＣＰＣ）および４
−〇−（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　ｍ　Ｃ’相又はＳｍＨ’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。

又、本発明では前述のＳｍＣ’、ＳｍＨ’の他にカイラ
ルスメツクチツクＦ相、■相、Ｊ相、Ｇ相やに相で現わ
れる強誘電性液晶を用いることも可能である。

第２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。２１ａと２１ｂはＩ　ｎ２０３、Ｓ　ｎ０２やＩ
ＴＯ（インジウムーテインーオキサイト）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２２がカラス面に咀直になるよう配向したＳｍ
Ｃ’相の液晶が封入されている。太線で示した線２３が
液晶分子を表わしており、この液晶分子２３は、その分
子に直交した方向に双極子モーメント（Ｐ±）１４を有
している。基板２１ａと２１ｂ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２３のらせん構造が
ほどけ、双極子モーメン）　（Ｐ工）２４はすべて電界
方向に向くよう、液晶分子２３の配向方向を変えること
ができる。液晶分子２３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１終）には、第３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ほどけ、その双
極子モーメン）Ｐａ又はＰｂは上向き（３４ａ）又は下
向（３４ｂ）のどちらかの状態をとる。このようなセル
に第３図に示す如く一定の閾値以上の極性の異なる電界
Ｅａ又はＥｂを所定時間付与すると、双極子モーメント
は電界Ｅａ又はＥｂの電界ベクトルに対応して上向き３
４ａ又は、下向き３４ｂと向きを変え、それに応じて液
晶分子は第１の安定状態３３ａかあるいは第２の安定状
態３３ｂ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Ｅａを印加すると液晶分子は第１の安定状態３３ａ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Ｅｂを印加すると、液晶分子は第２の安
定状態３３ｂ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Ｅａか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ル
〜２０ＪＬ、特にｌルー５ｋが適している。

本発明の好ましい具体例では、走査信号に基ついて順次
周期的に選択される走査電極群と該走査電極群に対向し
所定の情報信号に基づいて選択される信号電極群と、上
記両電極間に保持され電界に対して双安定性を有する液
晶とを少なくとも有する液晶素子の走査電極選択時には
、上記液晶を第２の安定状ｙＥ（第２安定状態に基づく
表示状態を黒とする）に配向すべき一方向の電界を与え
る電圧を印加する第１の位相ｔ１と第２の位相ｔ２、さ
らに信号電極の電気信号に応じて上記液晶を第１の安定
状態（第１の安定状態に基づく表示状態を白とする）に
配向し直す第３の位相ｔ３とを有する。

本発明の駆動法の好ましい具体例を第４図〜第７図によ
り説明する。

第４図は、中間に強誘電性液晶化合物が挟まれたマトリ
クス電極構造を有するセル４１の模式図である。、４２
は走査電極群であり、４３は信号電極群である。今、説
明を簡略化するために、白黒の二値信号を表示する場合
を例にとって示す。第４図において、斜線で示される画
素が「黒」に、その他が「白」に対応するものとする。

第５図（ａ）と（ｂ）はそれぞれ選択された走査電極に
与えられる走査選択信号とそれ以外の走査電極（選択さ
れない走査電極）に与えられる走査非選択信号を示し、
第５図（ｃ）と（ｄ）はそれぞれ選択された信号電極に
与えられる情報選択信号と選択されない信号電極に与え
られる情報非選択信号を表わす。第５図（ａ）〜（ｄ）
ではそれぞれ横軸が時間を、縦軸が電圧を示している。

第６図（ａ）は、選択された走査電極ライン上で、且つ
選択された信号電極ライン上の画素に印加される電圧波
形を表わし、この画素は白に書込まれた状態を表わして
いる。

第６図（ｂ）は選択された走査電極ライン上で、且つ選
択されていない信号電極ライン上の画素に印加される電
圧波形を表わし、この画素は黒に書込まれた状態を表わ
している。

第６図（Ｃ）は、選択されていない走査電極ライン上の
画素で、且つ選択された信号電極ライン上の画素に印加
される電圧波形で、第６図（ｄ）は選択されていない走
査電極ライン上で、且つ選択されていない信号電極ライ
ン上の画素に印加される電圧波形を表わしている。

又、第７図は前述の電圧波形を時系列で示したものであ
る。

本発明の駆動法によれば、マトリクス画素構造のうち選
択された走査電極ライン上の画素への書込み期間（位相
ｔ　１＋ｔ　２＋ｔ　３）内のうち、位相ｔ１とｔ２の
うち少なくとも一方の位相で、ライン上の画素の全部又
は所定部を一方の表示状態としておいてから、位相ｔ３
で選択された画素のみを他の表示状態に反転させること
によって、−ラインの書込みを行い、かかる書込みを走
査電極ライン毎に順次行うこによって一画面の書込みを
行うことができる。

今、双安定性強誘電性液晶素子における第１の安定状態
（これを白とする）を与えるための印加時間ΔＴ（書込
みパルス幅）での閾値電圧を−Ｖｔｈｌとし、第２の安
定状態（これを黒とする）を与えるための印加時間−Ｔ
での閾値電圧を＋ｖｔ　ｈ２とすると、選択された走査
電極に与えられる電気信号は第５図（ａ）に示すように
位相（時間）１１では一２Ｖ□、位相ｔ２では一２Ｖ、
および位相Ｌ３では２ＶＱとなるパルスを有している。

又、それ以外の走査電極は第５図（ｂ）に示されるごと
くアース状態となっておりｏＶ状態となっている・一方
・選択された信号電極に与えられる電気信号は、第５図
（Ｃ）に示され位相ｔ１においては一■ｏ、位相ｔ２に
おいてはＶｏおよび位相ｔ３では再びｖｏを与える。ま
た、選択されない信号電極に与えられる電気信号は、第
５図（ｄ）に示されるように位相ｔ１では■０、位相ｔ
２では−ｖ１、又位相ｔ３ではＶ（、とする。

このように、選択された信号電極に印加する電圧波形と
選択されていない信号電極に印加する電圧波形が、とも
に位相ｔ１、位相ｔ２および位相Ｌ３に対応して交番し
ており、且つそれぞれの交番波形が互い１８００の位相
差を有している。

以上において各々の電圧値は、以下の関係を満足する所
望の値に設定される。

ｖ、）＜ｖｔ　ｈ２＜３ｖ（。

−３Ｖ　□　＜　−Ｖ　ｔ　ｈ　ｌ　＜　−Ｖ　Ｏこの
ような電気信号が与えられたときの各画素に印加される
電圧波形を第６図に示す。

第６図（ａ）から明らかなように、選択された走査電極
ライン上の画素で、且つ選択された信号電極ライン上の
画素は、位相ｔ２で閾値Ｖ＋ｈっか、１徨讐ス３Ｖへの
雷庄柄く印抽七ヒで　縮誘電性液晶の第２の安定状態に
基づく黒の表示状態をとり、続く位相ｔ３で閾値−Ｖｔ
ｈｌを越える一３ＶＱの電圧が印加されて強誘電性液晶
の第１の安定状態に基づく白の表示状態の書込みが行わ
れる。又、第６図（ｂ）から明らかなように、選択され
た走査電極ライン上の画素で、且つ選択されていない信
号電極ライン上の画素は、位相ｔ１で閾値ｖｔｈ２を越
える３ＶＱの電圧が印加されて黒の表示状態をとり、続
く位相ｔ２と位相ｔ３では閾値電圧以下のＶＯと−ｖ□
が交番して印加されるため、黒の表示状態に書込まれた
ことになる。

以上述べた駆動信号を時系列的に示したのが、第７図で
ある。Ｓ１〜Ｓ５は走査電極に印加される電気信号で、
工１と１３は信号電極に印加される電気信号で、ＡとＣ
は第４図に示した画素ＡとＣに印加される電圧波形であ
る。

さて、双安定性を有する状態での強誘電液晶の電界によ
るスイッチングのメカニズムは微視的には必ずしも明ら
かではないが、一般に所定の（第１の）安定状態に所定
時間の強い電界でスイッチングした後、全く電界が印加
されない状態に放置する場合には、はぼ半永久的にその
状態を保つことは可能であるが、所定時間ではスイッチ
ングしないような弱い電界（先に説明した例で言えば、
ｖｔｈ以下の電圧に対応）であっても逆極性の電界が長
時間に渉って印加される場合には、逆の（第２の）安定
状態へ再び配向状態が転移してしまい、その結果圧しい
情報の表示や変調が達成できない状況が生じ得る０本発
明者などは、このような弱電界の長時間印加による配向
状態の転移（一種のクロストーク）の生じ易さが基板表
面の材質、粗さおよび液晶材料などによって影響を受け
ることは認識したが、定量的には未だ把みきっていない
、ただ、ラビングやＳｉＯなどの斜方蒸着等液晶分子の
配向のための一軸性基板処理を行うと、上記転移の生じ
易さが増す傾向にあることは確認した。又、温度が高い
方がその傾向が強いことも確認した。

いずれにしても、正しい情報の表示や変調を達成するた
めに一定方向の電界が長詩間に渉って印加されるのは避
けるのが好ましい。

そこで、本発明の駆動法では、第６図（ｃ）と（ｄ）に
示したように選択されていない走査電極ライン上の画素
には、閾値電圧以下の−ｖｏとＶＱの間を交番したで電
圧波形が印加されるだけで、液晶分子は配向状態を変え
ることがなく、前回走査された時の表示状態を保持して
いる。更に位相ｔ１、ｔ２とｔ３で電圧がｖ□と−ｖｏ
が交互に繰り返されるため、一方の電圧が長時間印加さ
れることによる別な安定状態への反転現象（すなわちク
ロストーク）が発生しない。しかも、本発明では画素Ａ
又はＣに印加される電圧波形が第７図に示すように書込
みパルスをΔＴ（この時位相ｔｌ、ｔ２とｔ３のパルス
幅をΔＴとすることができる）とした時、最大で波形７
１で現われる２ΔＴであるため、駆動時の電圧マージン
を広く設定しても、前述の反転現象を完全に防ぐことが
できる。又、本発明の駆動法では、位相ｔ１．ｔ２とｔ
３を有する３ΔＴのパルス幅で１画素の書込みを行うこ
とができるため、高速で一画面の書込みを行うことがで
きる。　　　− ［発明の効果］ 本発明によれば、強誘電性液晶素子を用いた表示パネル
を高速で駆動させても、走査非選択信号が印加されてい
る走査電極ライン上の画素に印加され続ける電圧波形の
最大パルス幅が書込み時のパルスΔＴの２倍であるため
、一画面の書込み走査中で表示状態が他の表示状態に反
転する現象を有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、強誘電性液晶の閾値特性を表わすマ゛′ 説明図療ある。 第２図および第３図は、本発明で用いる強誘電性液晶素
子を模式的に表わす斜視図である。 第４図は、本発明で用いるマトクリス画素構造の平面図
である。 第５図（Ｌ）〜（ｄ）はそれぞれ電極に印加される信号
の電圧波形を示す説明図である。 第６図（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ画素に印加される信
号の電圧波形を示す説明図である。 第７図は前述の信号を時系列で表わした電圧波形の説明
図である。 躬３霞

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）交差した走査電極群と信号電極群の間に少なくと
   も２つの安定状態をもつ光学変調物質が配置され、該走
   査電極群と信号電極群の交差部を画素としたマトリクス
   画素構造を有する光学変調素子の駆動法において、前記
   マトリクス画素構造のうちの選択された走査電極ライン
   上の画素への書込み期間が少なくとも第１の位相、第２
   の位相及び第３の位相を有しており、前記第１の位相及
   び第２の位相のうちの少なくとも一方の位相で前記走査
   電極ライン上の画素の全部又は所定部に前記光学変調物
   質の一方の安定状態に基づく一方の表示状態になす電圧
   を印加する第１のステップと、前記第３の位相で前記走
   査電極ライン上の選択された信号電極ライン上の画素に
   前記光学変調物質の他方の安定状態に基づく他の表示状
   態になす電圧を印加する第２のステップとを有している
   ことを特徴とする光学変調素子の駆動法。
2. （２）前記マトリクス画素構造のうちの選択されていな
   い走査電極ライン上の画素に前記第１の位相及び第３の
   位相で同一極性の電圧が印加され、前記第２の位相で前
   記第１の位相及び第３の位相で印加された電圧極性と逆
   極性の電圧が印加される特許請求の範囲第１項記載の駆
   動法。
3. （３）前記選択された信号電極に印加する電圧波形と選
   択されていない信号電極に印加する電圧波形が、ともに
   第１の位相、第２の位相及び第３の位相に対応して交番
   しており、且つそれぞれの交番波形が互い１８０°の位
   相差を有している特許請求の範囲第１項記載の駆動法。
4. （４）前記光学変調物質が強誘電性液晶である特許請求
   の範囲第１項記載の駆動法。
5. （５）前記強誘電性液晶がカイラルスメクチツク液晶で
   ある特許請求の範囲第４項記載の駆動法。
6. （６）前記カイラルスメクチツク液晶が非らせん構造の
   カイラルスメクチツク液晶である特許請求の範囲第５項
   記載の駆動法。