JPS62159128A - 光学変調素子の駆動法 - Google Patents

光学変調素子の駆動法

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JPS62159128A
JPS62159128A JP118686A JP118686A JPS62159128A JP S62159128 A JPS62159128 A JP S62159128A JP 118686 A JP118686 A JP 118686A JP 118686 A JP118686 A JP 118686A JP S62159128 A JPS62159128 A JP S62159128A
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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、光学変調素子の駆動法に関し、特に少な(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・レターズ(”AppliedPhy
sics  Letters”)1971年、18 (
4)号127〜128頁に記載のM、シャット(M 、
 S c h a d t )及びW、ヘルフリヒ(W
、He1frich)共著になる“ボルテージ・ディペ
ンダント・オプティカル・アクティビティ−・オブ・ア
・ツィステッド・ネマチック・リキッド・クリスタル”
(”Voltage DependentOp’tic
al  Activity  of  a  Twis
ted  NematicLiquid  Cryst
al”)に示されたTN (twistednemat
ic)  型液晶であった。
近年は、在来の液晶素子の改善型として、双安定性を有
する液晶素子の使用がクラーク(Cl a r Ic 
)及びラガーウオール(Lagerwall)の両者に
より特開昭56−107216号公報、米国特許第43
67924号明細書等で提案されている。双安定性液晶
としては、一般に、カイラルスメクチック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
hx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、白状態)が別の表示状態(
例えば黒状態)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(図中の
12)とHOBACPC(図中の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。
本発明の別の目的は、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。
本発明の他の目的は、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全部又は所定部を前記光学変
調物質の第1の安定状態に基づく表示状態となす第1の
ステップと、前記走査電極群のうちの選択された走査電
極に、互いに基準電位に対し極性の異なる2つの位相を
少なくとも有している走査信号を印加し、前記2つの位
相のうちの一方の第1の位相で選択された画素を前記光
学変調物質の第2の安定状態に基づく表示状態となす第
1の信号と他の画素を前記第1ステップでの表示状態を
変えない第2の信号とを選択的に前記信号電極群に印加
するととも、前記2つの位相のうちの他方の第2の位相
で画素の表示状態を変えない第3の信号を前記信号電極
群に印加する第2のステップとを有している光学変調素
子の駆動法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
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
液晶としては、強誘電性を有するカイラルスメクチック
液晶が最も好ましく、そのうちカイラルスメクチックC
相(SmC*)又11相(Sm1−1 * )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・ルーチル”(Le  Jo
urnal  dePhysiove  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J (rFerr
oelectricLiquid  Crystals
’) ;“アプライド・フィジックス・レタース″(A
p’plied  Physics  Letters
″)36巻(11号) 1980年の「サブミクロン・
セカンド・バイスティプル・エレクトロオプティック・
スイッチング・イン・リキッド・クリスタルJ (r 
Submicr。
5econd  B15table  Electro
optic  Switchingin  Liqui
d  Crystals ) J ;“固体物理”16
 (141)1981 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−メチルブチルシンナメート(D OB A 
M B C)、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(1−T OB
 A CP C)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(MBRA
8)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、SmC*相又はS m H*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S m C* 、 S m H*
の他にカイラルスメクチック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、In2O3、SnO2やI
TO(インジウム−ティン−オキサイド)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がガラス面に垂直になるよう配向したSmC
*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、双極子モーメント(P土)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、その長軸方向
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1μ
)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、はどけ、その双極子モー
メントPa又はpbは上向き(34a)又は下向き(3
4b)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して上向き34a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1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、0.5μ
〜20μ、特に1μ〜5μが適している。
本発明の駆動法の好ましい具体例を以下の図に示す。
第4図は、走査電極群と信号電極群の間に双安定性強誘
電性液晶が挾まれたマトリクス画素構造を有するセル4
1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図に於
て斜線で示される画素が「黒」に、その他の画素が「白
」に対応するものとする。
第5図は、書込みに先立って画面を「白」に揃えるため
の信号(全面クリヤ信号という)を印加する全面クリヤ
ーステップTを表わしている。すなわち、第5図(a)
は、全又は所定部の走査電極群42に1時に又は走査信
号として印加する電圧波形2Voを表わしている。第5
図(b)は、走査電極群42に印加した信号と同期して
信号電極群の全部又は所定部に印加する電圧波形−Vo
を表わしている。又、第5図(c)は、゛画素に印加さ
れた時の電圧波形−3Voを表わしている。 前述の全
面クリヤー信号−3Voは、強誘電性液晶の閾値電圧−
vthtを越えた電圧で全又は所定部の画素に印加され
る為、かかる画素では強誘電性液晶が一方の安定状態(
第1の安定状態)に配向し、その画素の表示状態として
は例えば「白」の表示状態に揃えられることになる。即
ち、かかるステップTでは、画面全体が1時に又は順次
「白」の状態に揃えられることになる。
第6図(a)と(b)は夫々選択された走査電極に与え
ら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)に与えられる電気信号を示し、第6図(C)と
(d)は夫々選択された(これを黒とする)信号電極に
与えられる電気信号と選択されない(これを白とする)
信号電極に与えられる電気信号を表わす。第6図(a)
〜(d)夫々横軸が時間を、縦軸が電圧を表わす。t2
  とtlは夫々情報信号(及び走査信号)が印加され
る位相及び補助信号が印加される位相をあられす。本例
ではt+=t2=△tの例が示されている。
走査電極群42は逐次走査信号が選択される。今、双安
定性を有する液晶セルの第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)を与える為の印加時間
△tでの閾値電圧を−vtht  とし、第2の安定状
態(第2の安定状態に基づく表示状態を黒とする)を与
えるための印加時間△tでの閾値電圧をVth2 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6図
(a)に示される如く位相(時間)1+  では2Vo
を、位相(時間)t2  では−2Voとなる様な電圧
である。又、それ以外の走査電極は、第6図(b)に示
す如くアース状態となっており電気信号0である。一方
、選択された信号電極に与えられる電気信号は第6図(
C)に示される如く位相tlに於て−vOで、位相t2
でVoであり、又選択されない信号電極に与えられる電
気信号は第6図(d)に示される如く位相tlに於てv
Oで、位相t2  に於て−vOである。以上に於て、
電圧値VoはVo<Vth2<3Voと−Vo>−Vt
+++>−3Voを満足する所望の値に設定される。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7図に示す。
第7図に於て、(a)と(b)は夫々選択された走査線
上にあって、「黒」及び「白」を表示されるべき画素に
、又(C)と(d)は夫々選択されていない走査線上の
画素に印加される電圧波形である。
選択された走査電極上にある画素で、選択された信号電
極上の画素、即ち「黒」と表示すべき画素では、第7図
(a)に示す様に位相tlで走査線に印加された電圧(
第6図(a))の絶対値12vo1と信号線に印加され
た電圧(第6図(C))の絶対値1vo1との加算され
た値13vOIで、且つ、第1の安定状態を与える側の
極性の電圧−3Voが印加される。位相tlで一3Vo
が印加された画素は、全面クリア信号により予め第1の
安定状態となっている為、前述した全面クリヤーステッ
プで形成した「白」状態が保持される。又、選択されて
いない信号電極上の画素には、第7図(b)に示す様に
位相11で−vOの電圧が印加されるが、かかる電圧−
Voは閾値電圧以下に設定されているため、やはり全面
クリヤーステップで予め白状態となっている画素は、そ
の表示状態を変えることはない。
位相t2における選択された走査電極上の画素で、且つ
選択された信号電極上の画素では、第7図(a)に示す
様に3Voが印加される。従って、この位相t2  で
選択された画素では強誘電性液晶の第2の安定状態の閾
値電圧Vth2を越えた3Voの電圧が印加されて、第
2の安定状態に基づく表示状態、すなわち黒状態に転移
することになる。又、位相t2で選択されていない信号
電極上の画素は、第7図(b)に示す様に+vOの電圧
が印加されているが、かかる電圧+Voは閾値電圧以下
に設定されているため、位相t1における表示状態をそ
のまま維持することになる。従って、かかる位相t2は
、走査電極ライン上の画素の書込み状態を決定づける位
相(表示状態決定位相)を意味している。又、前述の位
相t1では、走査電極ライン上の画素に閾値電圧を越え
た電圧が印加されることはないので、前述した全面クリ
ヤーステップTでの表示状態を変えない補助位相とする
ことができ、この時に信号電極群に印加する信号を補助
信号とすることができる。
以上述べた駆動信号を時系列的に示したのが第8図であ
る。81〜S5は走査電極に印加される電気信号、11
と13は信号電極に印加される電気信号で、It−5+
とl3−33はそれぞれ第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、V t h
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、逆の安定状態へ再び配向
状態が反転してしまい、その結果正しい情報の表示や変
調が達成できない現象が生じ得る。当発明者等は、この
ような弱電界の長時間印加による、配向状態の転移反転
現象(一種のクロストーク)の生じ易さが基板表面の材
質、粗さや液晶材料等によって影響を受ける事は認識し
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等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、上記反転現象の生じ易さが増す傾
向にあることは確認した。特に、高い温度の時に低い温
度の場合に較べて、その傾向が強く現われることも確認
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時間に渉って印加されることは
、避けるのが好ましい。
従って本発明の駆動法に於る第1の位相tlは一定方向
の弱電界が印加され続けることを防止しうる位相であっ
て、その好ましい具体例として第6図(C)及び(d)
に示す如く、信号電極群に位相t1に於て印加した情報
信号((C)は黒、(d)は白に対応)と極性の異なる
信号を位相t2に於て印加するものである。例えば第4
図に示したパターンを表示しようとする場合、位相t!
を持たない駆動方法を行うと、走査電極S1を走査した
とき、画素Aは黒となるが、S2以降では信号電極■1
に印加される電気信号は、−Voが連続し、その電圧は
、そのまま画素Aに印加されるため画素Aが、やがて白
に反転してしまう可能性が大きい。本発明は、前述した
様に予め画面上の全ての画素を、一旦「白」とし、「黒
」書込み時は位相11では一3Voの電圧が印加される
が、この位相t1で表示状態を決定するわけではなく、
続く位相t2で「黒」を書込む電圧3Voが印加される
この時の書込み時間を△tとした場合には、各々の位相
Nとt2での印加時間は△tである。又「白」保持時は
電圧は1±Volで印加時間は△tである。
更に、走査時以外に於ても、各画素に印加される電圧は
最大で1±v01であり、これらの状態がどのように続
いたとしても、書込み期間以外はi±Volが時間2△
を以上続(事はなく、クロストークは全く起こらず、全
画面の走査が一度終了すると、表示された情報は、半永
久的に保持される為の双安定性を有さない通常のTN液
晶を用いた表示素子に於る如き、リフレッシユニ程は全
く必要ない。
第9図は、全面クリア信号の別な実施例であり、第9図
(a)は走査線に印加される電圧波形であり、位相PL
で一2Vo、位相P2で2VO1第9図(b)は信号線
に印加される電圧波形で、位相PIでVo、位相P2で
−vOとなる。第9図(C)は画素に印加される電圧で
、P+で3Voとなり、一旦「黒」となるが続(位相P
2で一3Voとなり「白」状態が書き込まれる。このよ
うにすると、全ての画素にかかる電圧は、常に平均値O
とすることができ、この為前述したクロストークを惹起
こす可能性は全くなくなる。
〔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△tの2倍であるため
、一画面の書込み走査途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説明図であ
る。第2図及び第3図は、本発明で用いる強誘電性液晶
素子を模式的に表す斜視図である。第4図は本発明で用
いるマトリクス画素構造の平面図である。第5図(a)
〜(C)は、全面クリヤステップ時の電圧波形を表わす
説明図である。第6図(a)〜(d)は夫々電極に印加
される信号の電圧波形を示す説明図である。第7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8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。第9図(a)〜(c
)は、全面クリヤーステップ時の別の電圧波形を表す説
明図である。 (V) 第2 図 冨′70 CO を

Claims (7)

    【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全部又は所定部を前記光学変調
    物質の第1の安定状態に基づく表示状態となす第1のス
    テップと、前記走査電極群のうちの選択された走査電極
    に、互いに基準電位に対し極性の異なる2つの位相を少
    なくとも有している走査信号を印加し、前記2つの位相
    のうちの一方の第1の位相で選択された画素を前記光学
    変調物質の第2の安定状態に基づく表示状態となす第1
    の信号と他の画素を前記第1ステップでの表示状態を変
    えない第2の信号とを選択的に前記信号電極群に印加す
    るととも、前記2つの位相のうちの他方の第2の位相で
    画素の表示状態を変えない第3の信号を前記信号電極群
    に印加する第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)前記走査電極上の画素であって、かかる画素のう
    ち前記光学変調物質の第2の安定状態に転移される画素
    に対応した信号電極に印加する信号と前記走査信号との
    基準電位に対する極性が夫々前記第1の位相及び第2の
    位相で互いに逆極性となっている特許請求の範囲第1項
    記載の駆動法。
  3. (3)前記走査電極上の画素であって、かかる画素のう
    ち前記第1ステップでの表示状態を変えない画素に対応
    した信号電極に印加する信号と前記走査信号との基準電
    位に対する極性がそれぞれ前記第1の位相及び第2の位
    相で同極性となっている特許請求の範囲第1項記載の駆
    動法。
  4. (4)前記走査信号の電圧絶対値が前記第1の位相と第
    2の位相で実質的に等しい値である特許請求の範囲第1
    項記載の駆動法。
  5. (5)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。
  6. (6)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5項記載の駆動法。
  7. (7)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6項
    記載の駆動法。
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