JPS62165631A - 液晶表示素子のマトリツクス駆動方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は液晶表示素子のマ）　ＩＪツクス駆動方法に関
し、特に自発分極と印加電場との結合によっ瑞 て自発分極の方向が印加重厚の極性によって反娠゛する
カイラルスメクチック相な呈する強誘電性液晶のマトリ
ックス駆動方法に関する。

〔従来技術〕

液晶は低電圧で駆動が可能で低消費電力でありこれらの
場合には表示情報も少く画素の数も少くてよいため画素
ひとつひとつに液晶を挾むように電極を形成し結線して
駆動電圧を印加するスタチック駆動方式が用いられてい
る。この方法では画素の数り一多くなると必要な駆動回
路の数と結線数り一画素の数に比例して増加する。従っ
て任意の文字１図形等の画１象を表示するドツトタイプ
の液晶表示体のスタチック、・駆動は必要駆動回路が多
すぎて非現実的であり電極端子の接続も簡単でない。

この為にドットマｌ−ＩＪフックス表示素子では電極は
第１図で示したようにＭ本の帯状のＸ電極とＮ本のＸ電
極で構成され、その交差部のＭＸＮ個の画素をＭ＋Ｎ個
の駆動部で駆動する。このように１本の電極に複数の画
素電極がのっているので印加電圧は時分割した波形とな
る。それぞれの面付ない線順次走査しながら同期してＸ
ｔ極群に信・号を印加する。この駆動方法がダイナミッ
ク駆動マルチプレックス駆動もしくはマトリックス駆動
と呼ばれている方法である。メモリー効果の無い電界効
果型の液晶を利用したＤＳ方式、ｊＮ方式のメモリー消
去に使用されて２す１／２　バイアス１／３　バイアス
、最適バイアス法と呼ばれる動作方式がある。

このマトリックス駆動の欠点はＸ電極群の数が増すに従
ってコントラストの低下視野角の狭小化、応答速度の低
下など表示品質の劣化が避けられないという事であって
、これが液晶表示素子の表示情報の大容量化を妨げる一
つの委因である。これは原理的には （１）液晶自体にメモリー効果が無い （２）液晶が印加交流電圧の実効値に対し応答する蓄積
応答型である ことから発生する。マトリックス駆動に於ける欠点を除
去して大容量の情報を高品質で表示する液せる必要があ
る。この様な例につぎ、カイラルスメクチックＣ相を例
にとって以下説明する。カイラルスメクチックＣ相を極
めて薄い厚みで保持すると前述の特性を示す。

第２図は表示素子として利用される場合のカイラルスメ
クチックＣ相を模式的に示したものである。電極付の透
明基板（１１）の間にある液晶分子ｔ１６１は同図に示
したように円錐上にあってθとΦの２つのパラメータに
よって位置を指定できる。同一のカイラルスメクチック
Ｃ相内ではチルト角θｕ９は同一であり個々のスメクチ
ックＣ相（１２）内ではΦ１３１は一定である。な２．
第２図は液晶を挾む透明基板の厚み方向には一１曽しか
表示していないが実際には多数漬重ったものである。ま
た、カイラルスメクチックＣ相は結晶構造的には分子軸
とカイラルスメクチック相の為す角度Φ［３１について
周期性があってラセン構造を有する。しかし透明基板間
の距離？短かくする１即ちセル厚を薄くすると液晶分子
を基板面に該平行に伴うような電界による分極電荷への
強い規制力が基板面と液晶分子の間に働いて全ての層の
分子に於いて第２図の円錐上の基板面に該平行な二つの
配位Ｓと’ＦＪ＋１４１Ｌ、か液晶が取り得なくなる。

第２図（２）図はこの様子を拡大して示したものである
。基板間の距離がある臨界値以下ではΦ１１３）につい
て周期性が発現するような円錐上の位＃を液晶分子が占
めるが基板間の距離ｈ′−臨界値以下では基板に該平行
なＳと”；ａ４１に制限されて（双安定性）スメクチッ
クＣ相Ｑ２＋のΦＣ１３）についてのねこれが消失する
。液晶分子は分子軸にほぼ垂直に永久双極子モーメント
ｖを有する為に分子は印加電場の回ぎ正に双極子モーメ
ントｐが揃うように円錐上の円周上を超高速で回転して
変位する事ができる。

従って電場の方向の反転に応じて（パルス応答性）分子
軸の２０だけの変位をとり出せる（　Ｓ−８又はＳ→Ｓ
）ことがカイラルスメクチックＣ相を光シヤツターとし
て利用できる理由である。従って薄い双安定型の素子に
するとメモリー効果、超高速応答、立ち上がりや立ち下
がりの急峻性などのしきい値特性を示すようになる。し
かし、この様にするにはセル厚が１μ程度でＴＮ型素子
の５〜１０μに比べると極端に薄くする必要があり、完
全なメモリー効果、超高速応答を有し、しきい値特性の
優れたドツトマトリックス表示素子の駆蛛ｕ 方法は←冊来の技術の援用できる厚いセルでの力°ベイ
ラルスメクチック相を表示素子に応用する事り’−考え
られている。特に液晶分子の誘′亀異方性を利用する方
法が代表的である。

以降この方法について簡単に述べる。双安定状態を形成
して保持する為には液晶分子の許される配位が第２図で
示される様に円錐上のＳとＳの二点に限定され、この状
態が強く安定化される必要がある。これは、セル厚を薄
（する事による基板と液晶分子が核平行になろうとする
束縛力に七の起源を求めた。誘電異方性により分極が電
界との反対方向と違う角度になる事を利用している。通
常のＴＮ型素子の液晶と同じく強誘電性液晶分子も誘電
異方性Δε＝ε↓−ε〃（ε〃：分子の長軸方向の誘電
率、ε上：短軸方向の誘′亀率）による分極が発生し、
仮想的に双極子となる現象があって、これは印加交番電
場による一様電界との間で相互作用ｂ′−働＜、シかし
分極指力線が電界方向と平行でなく一定の角度を持つ為
分子にトルクが作用するようになる。誘電異方性がある
周波数領域で負（Δε＜Ｏ）であると液晶分子は印加電
場の方向に垂直である基板に該平行になろうとする。こ
の事で円錐上の液晶分子の配位なＳとＳの２点に制限で
きる。印加交番電場はほぼ数ＫＨｚであって、これにＳ
−ｇ又はｇ−８の変位に髪する時間幅程度の両極性のパ
ルスを重畳して印加するとメモリー効果、立ち上がりや
立ち下がりの急峻性等のしきい値特性が発現し、この事
を利用してマトリックス駆動が可能である。しかしなが
らこの方法はいくつかの欠点を内蔵している。誘電異方
性が負の液晶に制限される事、マ）　ＩＪフックス動波
形が複雑である事等である６’−１より基本的な事は誘
電異方性の発現する周波数と分子軸の反転に必快な両種
の波形の周波数とが違う周波数であると言う事である。

双極子モーメントの反転に要する時間が例えば１　ｍｓ
　ならば、ＩＫＨｚ程度のパルスが反転に必要であり、
誘電異方性により発現するトルク８′誘起するのに必要
な交番電場の周波数はＩＫＨｚ　　以上でなげればなら
ない。逆に言えば誘電異方性によるトルク力の発生に必
要な交番電場の周波数によって素子の応答時間が制限さ
れると言う事である。

しかし、この事はカイラルスメクチックＣ相に限ラス、
カイラルスメクチックエ相、カイラルスメクチックＨ相
であっても良い事は当然である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は高いコントラスト、広い視野角を有する
高品質で大容量の画１象情報を液晶表示素子に実現する
ために超高速応答、メモリー効果。

鋭いしきい値特性を有するカイラルスメクチック相をマ
トリックス駆動する事を目的として考案された。

〔発明の構成〕

最初に本発明をなすに至りたカイラルスメクチック相の
有する電気光学的特性について述べ１次に実施例として
ドツトマトリックスタイプ表示素子のマトリックス、駆
動の方法について述べる。

第５図は本発明で使用したセルの構成を説明するもので
ある。セルギャップが０．５μｍである透明電極Ｃ３３
を有するガラス基板ｔ３１１上に一軸配向処理の施さｈ
たポリイミド系配向膜１３２１があり、その間に強誘電
性液晶（３荀として商品名Ｃ８１０１１（株式会社チッ
ソ製）の液晶を用いた。このセルを１１０℃に採って液
晶相に液体状態を呈しめた後ゆっくりと徐冷してモノド
メイン化したカイラルスメクチックＣ相を形成した。

このセルを偏光顕微鏡の直交ニコル下にセットし逅 て約ＩＨｚのＸ形波を印加しながら明暗の比が最大にな
るようにステージを回転させて固定した第４図（１）で
示したような最ＩＩ１ｇｈ″Ｉ５■以上で幅２ｍＳの極
性パルスを印加すると極性の正負に応じて明暗の状態を
保持しこの状態はそれぞれ数時間続きメモリー効果の存
在を確認した。

次にしぎい特性を調べる為に、前述の極性パルスを印加
して暗状帽を形成した。この状侭で２５０Ｈｚの矩形波
を低電圧側より高電圧側へ電圧を変化させながら、光透
過率の変化を調べた。県福が約６ｖまで光透過は始めの
暗状幅のままであった。

その後視野は明暗混合の灰色に見えるようになり５ｖ以
上では視覚的には飽和し、実際の光透過量の変化は印加
電場に追随しているのが確認された。

同様の事を明状西を形成して調べたが、同じ結果であっ
た。、第４図（２）は幾つかの振幅に対する光透過率な
示したものであってａ、ｂ、ｃはそれぞれ６ｖ、５ｖ、
４ｖに対応している波形である。この様に各々の電圧に
対し追随して応答し、その応答が高速であってしきい値
カーあり、メモリー効果があるという特性は通常のＴＮ
型素子には無いものである。これを第１図で示したマト
リックス状の電極間で駆動する為には液晶に印加される
電圧波形が平均値ゼロの交流成分のみの波形である事が
素子の安定性、耐久性の面から妥求される事は旧来のＴ
Ｎ型素子と同様である。走査電極、データ電極の電圧波
形が平均値ゼロの交流成分のみの波形でかつしぎい直以
下の＆幅である事がマトリックス駆動の為好しい。これ
らの条件を・＋４足するオン、オフのデータ信号として
第５図＠（１）で示し・た時間軸に対し、対称である２
種の矩形波のぐり返し波を用いた。このときの振幅は液
晶の応答時間程度で今の場合はτ＝　２　ｍ　ｓで約２
５０　Ｈｚの矩形波のくり返し波で十分である。第５図
Ｍ　１２１　＆−ｊｆ走査信号を示したものである。こ
れらの信号の振幅は全てしきい値（ｖｔｈ）以下である
。

第５図内（３）はこれらのデータ信号と走査信号μら合
成されて実際に液晶に印加される両電極間の゛電位差を
示したものである。

前述のセルの対向する電極に第５図ｈｔｉ）、　（２）
の電圧を同期して印加すると第５図＼＋４）で示される
光透過特性が観測され、データ信号、走査信号とも実用
可能である事が確認さね、た。両極性の′電圧波形が印
加されるので、中間状態で明暗の反転が生じるが、非常
な高速の為目視では識別できず終状標しか観測されない
。

〔実施例〕

第３図はマトリックス型液晶表示素子の構成を説明する
為の断面図である。（Ｙ）は液晶（６５）を介在して設
けたｗｉｔ極群で（Ｘ）は対向側の第２電極群である。

マトリックス駆動型液晶表示素子は二枚の対向するガラ
スの基板（６１）　（６２）をレジスト材で形成してい
るスペーサ（６６）を介して接着させたものな封着した
基板間に液晶（６５）が封入されたものである。（Ｘ）
と（Ｙ）の電極群を為す電極の幅は９００μｍでスペー
サの幅は１００μｍでラインの数はいずれも４８本であ
る。基板間のギャップ即ちセル厚はスペーサの厚みでコ
ントロールされ、０．５μｍに保持されている。このセ
ルを約１１０°Ｃに保って液体状態の液晶Ｃ８１０１１
を基板間に封入したのち、ゆっくり徐冷して配向したカ
イラルスメクチックＣ相を形成した。このセルに前述の
一組の成極からなるセルと同じオン。

オフ−の１小動波形をマトリックス交差点上に印加する
と任意の画１象を表示できる。第１０図はその為のデー
タ信号と走査信号及びこの二つの信号より合成される液
晶に実際に印加される駆動波形の全ラインにつき一回づ
つ走査した場合の波形図を示したものである。第７図？
ｙｆｉｔｌ）はＭ本の走査電極Ｙ′からＹＭをＴ秒で順
次走査する場合の波形図であり、走査信号自体は第３図
に同じである。非選択の場合コは電圧ゼロに保持されろ
。一本の電極の走査に安する時間はＴ／Ｍ秒で、これは
液晶の応答時間の４倍以上であればよい。選択さＨた走
査電極Ｙｉに走査信号が印加されている間にその是正電
極上のＮ個や（Ｘ）電極群Ｘ１〜ＸＮにオン、オフに応
じて第５図のデータ信号を同期して出力すれば、ＮＩ固
のマトリックス交差点（Ｙｉ、Ｘｌ）。

（Ｙｉ、　Ｘ２　）、・・・・・・、（Ｙｉ、ＸＮ）に
オン、オフ状態な表示する電位差を生成できる。第７図
※入２）はこの場合の全ライン走査する時間に２けるデ
ータ信号列の一例である。第７図（３）は（Ｙ２、Ｘ２
）のマトリックス交差点に印加される波形の全ライン走
査する”蒔廁内の経時変化の一例である。この様にする
と選択時のしきい値（ｖｔｈ）を超える電位差が印加さ
れる。非選択時にはしきい値以下のデータ信号が印加さ
れるが、これらは状聾な変化させる事は無い。

第８図はこうした走査信号と二種のデータ信号を表示す
べき画像データより構成する為のブロック図の一例であ
る。データラインバッファー（８１）はＸ方向の１ライ
ン分のデータ信号を保持する回路でオン、オフの原デー
タは＃Ｊ渫データ（８７）より受は取りタイミング制御
回路（＆Ｓ）の制御信号でデータの入出力が制御される
。また、デコーダ（８３）は走査信号な解読する回路で
データｈ’ｓ　Ｙ　ｉ　　ラインを指示した時に、Ｙｌ
　ラインだけを選択する機能を持つまた、走査ラインバ
ッファー（８４）はデコーダ　の走査信号の内容を保持
しタイミング制御回路（８６）の指示で出力する。デー
タラインノ（ツファ−（８２）より出力されるオンもし
くはオフ信号を第５図に示した波形に変換出力する回路
である。走査ラインバッファー（８５）より出力された
走査信号を第３図に示した波形に変換する回路でデコー
ダで選択された走査ライン以外は全て共通電位とする機
能を持つ。この様にして 実際に回路な構成し、セルに結線し透過型で慮を表示で
きた。この１象はメモリー効果がある為に。

ＴＮ型の旧来の素子に比べ、コントラストの低下視野角
の狭小化は全く見られず、前述の一画素の場合の画素側
駆動と区別ができなかった。

若干の補足をすれば、オンとオフの二つの状暢を定める
信号を交代すれば、ネガポジ反転が画像データの変更な
しに可能である。また完全なメモリー効果がある今回の
実施例では、印加電圧を消去しても画家ｈ′−残るが、
メモリー効果の無い場合でも走査より次の走査までの時
間程度の緩和時間を有する系についても応用できる。

〔発明の効果〕

以上のように１本発明によれば、カイラルスメクチック
液晶を用いた大容量の画素を有する液晶表示素子に高コ
ントラストで広い視野角を有する高品質の画１象を極め
て簡単な駆動波形により聚示でき液晶表示素子駆動上非
常に大きな利点となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はマｈ　１７ツクス駆動に於ける電極群のあり方
を示す模式図であり、第２図（１）は表示素子として使
用される場合のカイラルスメクチックＣ相を示す模式図
であり、第２図（２）は同拡大図である。 第３図は一′成極のみの試験用セルの構造を示す断面図
であって、第４図（１）は同試、倹用セルの対向電極間
に印加される相対電圧を示す波形図であり。 第４図ｊ２＋Ｆ？、第４図（１）　ノ振幅電圧を６ｖ、
５ｖ、４Ｖと各々した時のセルの光透過量の時間変化図
であり、各々の相対電圧は（ａ）は６ｖを、（ｂ）は５
ｖを。 （ｃｌは４ｖを示す。 第５図＋１）はオン状態とオフ状恨を定めるデータ信号
波形図であり、第５図（２）は、走査信号波形図であり
、第５図（３）はデータ信号と走査信号が上下の一対の
電極に同期して印加された時の対向電極間の相対電圧を
オン状［株］とオフ状ｄについての波形図であり、第５
図（４）はその場合の光透過率の変化図であり、第３図
はマドＩＪツクス１駆動用液晶素子の構成図であり、第
７図（１）は全電極群の走査の始まりから終りまでの時
間にだける走査信号波形図であり、第７図（２）図はデ
ータ信号波形図であり。 第７図（３）８よび第７図（４）はマトリックス交差点
の１つ（Ｘ２、Ｙ２）の−周期に印加される信号の波形
図であり、第８図はマトリックス駆動用表示素子を駆動
する為のブロック図である。 ゛ヴυ・・・−軸配向処理のされた透明基板１２２＋・
・・スメクチックＣ相　　ｔｚ：ｉ　由分子の方位角φ
す４・・・基板に該平行な安定位ＣＳ、Ｓ（ハ）・・・
分子軸がスメクチックＣ相となるチルト角θ磯・・・円
錐上の液晶分子 鰭・・・永久双極子モーメン）　　１２８）・・・印加
電場の方向Ｇυ・・・ガラス基板　　　　（，３カ・・
・透明電極■・・・配向膜　　　　　　６滲・・・スペ
ーサー田・・・液晶 閃・・・上側基板上の電極群 （Ｙ）・・・下　　　　〃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）強誘電性液晶を介在させて設けた第１の電極群に走
   査信号を印加しこの第１の電極群に対向する第２の電極
   群にデータ信号を印加して液晶表示素子をマトリックス
   駆動する方法に於いて、反転すると互いに一致する二回
   同じ波形をくり返してなる単位波形をオンとオフの二つ
   のデータ信号として使用し、前記データ信号と同一の単
   位波形を半波とする対称波を単位波形を走査信号として
   使用し、所望する画素に対応するデータ信号と走査信号
   を同期して上記強誘電性液晶に印加することでオンもし
   くはオフの状態をマトリックス交差点上に呈しめる事を
   特徴とする液晶表示素子のマトリックス駆動方法。 ２）特許請求の範囲第１項に於いてデータ信号が方形波
   を半波とする対称波を二回くり返した単位波形であり、
   走査信号が該方形波を半波とする対称波を半波とする対
   称波が単位波形である事を特徴とする液晶表示素子のマ
   トリックス駆動方法。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項に於いてデータ
   信号と走査信号の振幅は上記強誘電性液晶のしきい値電
   圧よりも小さい事を特徴とする液晶表示素子のマトリッ
   クス駆動方法。 ４）特許請求の範囲第１項または第２項に於いて上記信
   号の一周期は強誘電性液晶のオンからオフ及びオフから
   オンの変化に要する時間で長い方と同じかそれ以上の長
   さである事を特徴とする液晶表示素子のマトリックス駆
   動方法。 ５）特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項に
   於いて上記強誘電性液晶はカイラルスメクチックＣ相、
   カイラルスメクチックＩ相、あるいはカイラルスメクチ
   ックＨ相液晶である事を特徴とする液晶表示素子のマト
   リックス駆動方法。