JPS6217732A

JPS6217732A - 液晶装置及び駆動法

Info

Publication number: JPS6217732A
Application number: JP15662285A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Kanbe; 純一郎神辺; Masaki Kuribayashi; 正樹栗林; Toshihiko Nakazawa; 俊彦中澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-07-16
Filing date: 1985-07-16
Publication date: 1987-01-26

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、表示パネルにおける階調表示のための液晶装
置及び駆動法に関し、詳しくは双安定性を有する液晶物
質、特に強誘電性液晶を用いた液晶テレビジョンの様な
表示パネルにおける階調表示のための液晶装置及び駆動
法に関する。

〔従来の技術〕

従来のアクティブマトリクス駆動方式を用いた液晶テレ
ビジョンパネルでは、薄膜トランジスタ（Ｔ　Ｐ　Ｔ）
を画素毎のマトリクス配置し、ＴＰＴにゲートオンパル
スを印加してソースとドレイン間を導通状態とし、この
とき映像画像信号がソースから印加され、キャパシタに
蓄積され、この蓄積された画像信号に対応して液晶（例
えばツィステッド・ネマチック；ＴＮ−液晶）が駆動し
、同時に映像信号の電圧を変調することによって階調表
示が行なわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、この様なＴＮ液晶を用いたアクティブマトリク
ス駆動方式のテレビジョンパネルテは、使用するＴＰＴ
が複雑な構造を有しているため、構造工程数が多く、高
い製造コストがネックとなっているうえに、ＴＰＴを構
成している薄膜半導体（例えば、ポリシリコン、アモル
ファスシリコン）を広い面積に亘って被膜形成すること
が難しいなどの問題点がある。

一方、低い製造コストで製造できるものとしてＴＮ液晶
を用いたパッシブマトリクス駆動方式の表示パネルが知
られているが、この表示パネルでは走査線（Ｎ）が増大
するに従って、１画面（ｌフレーム）を走査する間に１
つの選択点に有効な電界が印加されている時間（デユー
ティ−比）がｌ／Ｎの割合で減少し。

このためクロストークが発生し、しかも高コントラスト
の画像とならないなどの欠点を有している上、デユーテ
ィ−比が低くなると各画素の階調を電圧変調により制御
することが難しくなるなど、高密度配線数の表示パネル
、特に液晶テレビジョンパネルには適していない。

〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕本発明の
目的は、前述の欠点を解消したもので、詳しくは広い面
積に亘って高密度画素をもツ表示ハネル、特に液晶テレ
ビジョンパネルニおける階調表示のための液晶装置及び
その駆動方式を提供することにある。

本発明は、双安定下の強誘電性液晶を有する画素を配列
した液晶素子と、前記強誘電性液晶を第１の配向状態に
配向させる電圧信号を画素毎に印加する手段と、第１の
配向状態に配向した強誘電性液晶を第２の配向状態に反
意配向させるに十分な反転電圧を選択された画素に印加
する反転電圧印加手段と、反転電圧波形を可変制御する
手段とを有する液晶装置及び双安定下の強誘電性液晶を
有する画素を複数の行及び列に沿って配列した画面を有
する液晶装置の駆動法において、前記画面に配列した画
素に強誘電性液晶が第１の配向状態に配向する電圧信号
を印加することによって画素をクリヤーする第１段階と
、第１の配向状態に配向した強誘電性液晶を第２の配向
状態に配向させるに十分な反転電圧を選択された画素に
階調に応じて制御された電圧波形で印加することによっ
て書込みを行なう第２段階とを有する液晶装置の駆動法
に特徴を有している。

〔実施例〕

以下１本発明を図°面に従って説明する。

本発明の駆動法で用いる光学変調物質としては、加えら
れる電界に応じて第１の光学的安定状態（例えば明状態
を形成するものとする）と第２の光学的安定状態（例え
ば暗状態を形成するものとする）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”）、Ｈ相（ＳｍＨ”）、Ｉ相（ＳｍＩ　”
）、Ｆ相（ＳｍＦ”）やＧ相（ＳｍＣ末）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・ド拳フイジイク争しットル゛。

（”ＬＥ　　　ＪＯＵＲＮＡＬ　　ＤＥ　　　ＰＨＹＳ
ＩＱＵＥ　　ＬＥＴＴＲＥ’”）第３６巻（Ｌ−６９）
１９７５年の「フェロエレクトリック命リキッド・クリ
スタルスＪ　（ｒＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑ
ｕｉｄ　ＣｒｙｓｔａｌｓＪ）　；　”アプライド・フ
イジイツクス・レターｆ　（”ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓ
ｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ”）第３６巻、第１１号、１
９８０年の「サブミクロ・セカンド・バイスティブルー
エレクトロオプティック・スイッチング争インーリキッ
ド・クリスタルスＪ　（ｒｓｕｂｍｉｃｒ。

５ｅｃｏｎｄ　　Ｂ１５ｔａｂｌｅ　　Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｏｐｔｔｃＳｗｉｔｃｈｉｎｇ　　ｉｎ　　Ｌｉｑｕｉ
ｄ　ＣｒｙｓｔａｌｓＪ）；°“固体物理パ旦（１４１
）　１９８１　ｒ液晶ｊ等に記載されており１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１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（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
−ｏ−（２−メチル）−ブチルレゾルシリチン−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、ＳｍＣ”、ＳｍＨ”、ＳｍＨ工。

ＳｍＦ”、ＳｍＧ”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。１１と１１’は、Ｉ　ｎ２０３　。

Ｓ　ｎ０２やＩＴＯ（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１２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１３が液晶分子を表わしており、この液晶分子
１３は、その分子に直交した方向に双極子モーメント（
Ｐ工）１４を有している。基板１１と１１’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１３の
らせん構造がほどけ、双極子モーメン）　（Ｐ工）１４
はすべて電界方向に向くよう、液晶分子１３の配向方向
を変えることができる。液晶分子１３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ほ
どけ（非らせん構造）、その双極子モーメン）Ｐ又はＰ
′は上向、！（２４）又は下向き（２４’）のどちらか
の配向状態をとる。

このようなセルに第２図に示す如く一定の閾値以上の極
性の異る電界Ｅ又はＥ′を付与すると、双極子モーメン
ト電界Ｅ又はＥ′の電界ベクトルに対応して上向き２４
又は下向き２４′と向きを変え、それに応じて液晶分子
は第１の安定状態２３（明状態）か或いは第２の安定状
態２３′（暗状態）の何れか一方に配向する。

この様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性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１の安定状態２３に配向するが
、この状態は電界を切ってもこの第１の安定状態２３が
維持され、又、逆向きの電界Ｅ′を印加すると、液晶分
子は第２の安定状態２３′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保ち、それ
ぞれの安定状態でメモリー機能を有している。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０．５ｗ〜２０
ＪＬ、特に１ル〜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４３６７９２４号明細書で提案されている。

本発明の駆動法で用いる駆動波形の具体例を第３図に示
す。

第３図は、走査線とデータ線の間に双安定性下の強誘電
性液晶が挟まれたマトリクス画素構造を有するセル３１
の模式図である。３２は、走査線であり、３３はデータ
線である。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３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。最初に１画面を「白」に揃えるために
双安定下の強誘電性液晶を第１の安定状態に揃える。こ
のためには、全走査線に所定の電圧パルス（例えば電圧
３Ｖ　ｏ。

時間幅Δｔ）の信号を印加すればよい、或いは全データ
線に同様の電気信号を印加することも可能であるし、又
必要に応じて所定ブロックの走査線又はデータ線に所定
ブロックの双安定性下の強誘電性液晶が第１の安定状態
に揃うような電気信号を印加してもよい、具体的な方法
として、全又は所定の画素に同時に前述のクリヤー電気
信号（−３Ｖｏ）を印加してもよいし、又、行毎に順次
前述のクリヤー信号を印加してもよい、いずれにしても
、一旦画面を「白」に揃えた後に、情報信号に応じた情
報の書き込みを行う。

第４図は、全又は所定画面をクリヤーした後に書込みを
行なう時の駆動例を表わしている。

第４図（ａ）と（ｂ）は、それぞれ選択された走査線に
与えられる電気信号（２Ｖ　ｏ）とそれ以外の走査線（
選択されない走査線）に与えられる電気信号（０）を示
し、第４図（Ｃ）と（ｄ）はそれぞれ選択された（これ
を黒とする）データ線に与えられる電気信号（■０）と
選択されない（これを白とする）データ線に与えられる
電気信号（−Ｖｏ）を表わしている。

第５図（ａ）〜（ｅ）は、データ線に印加する階調信号
波形を表わし、第６図（ａ）〜（ｅ）は前述の階調信号
が付与された反転信号（白を黒に反転させる電圧信号）
を表わしている。第５図（ａ）は第１階調信号の電圧波
形（０）で、画素には第６図（ａ）に示す３Ｖ。

の完全反転電圧が印加される。完全反転電圧３Ｖｏが印
加された画素には、第７図（ｅ）に示す如く画素全体が
自状態から黒状態に反転することができる。第５図（ｅ
）は、第５階調信号の電圧波形（ｖ４）で、画素には第
６図（ｅ）に示す（３Ｖｏ−Ｖ４）の反転開始電圧が印
加される。反転開始電圧（３ＶＯ−Ｖ４）が印加された
画素には第７図（ａ）に示す如く白状態の画素中に黒状
態のドメイン７１を発生する直前の閾値状態が形成され
る。第５図（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ第２
階調信号（Ｖｌ）、第３階調信号（Ｖ２）及び第４階調
信号（ｖ３）を表わし、それぞれの階調信号はｏ＜ｌＶ
ｉ　ｌ＜ＩＶ２　Ｉ＜ｌＶ３１＜１ｖ４１に設定されて
いる。従って、反転開始電圧（３ＶＯ−Ｖ４）以上で、
且つ完全反転電圧（３Ｖｏ）以下の電圧に設定した３Ｖ
Ｑ−ｖｌ、３ＶＯ−Ｖ２及び３ＶＯ−Ｖ３でそれぞれの
階調信号に応じて白のドメイン領域７２に対する黒に反
転したドメイン領域７１の割合を制御することができる
。第７図（ｂ）は３Ｖ。

−Ｖ３の電圧信号が画素に印加された時の状態、第７図
（ｃ）は３ＶＯ−Ｖ２の電圧信号が画素に印加された時
の状態、第７図（ｄ）は３ＶＱ−Ｖｌの電圧信号が画素
に印加された時の状態を表わしている。前述した様に、
白のドメイン領域７２は強誘電性液晶が第１の配向状態
に配向しており、黒のドメイン領域７１は強誘電性液晶
が第２の配向状態に配向し、これらの何れの配向状態は
、次のフレームでクリヤー信号（−３Ｖ　ｏ）が印加さ
れるまでの間維持され、ｌフレーム期間内での階調表示
が行われる。但し、第７図は、９０°のクロスニコルス
を用いた偏光顕微鏡観察のスケッチである。

第８図は、ＩＴＯ膜とその上に１０００人のラビング処
理したポリイミド膜を設けた１組のガラス基板を３．８
ｇｍの間隔で保持したセル内に下記組成物を注入した強
誘電性液晶素子に３８°Ｃの温度下での電圧と光透過率
の関係を表ゎ（３Ｖｏ−Ｖ４）は５Ｖで、完全反転＆（
３Ｖｏ）は１５Ｖであることが判る。中間調電圧（３Ｖ
ｏ−Ｖ３）として９ｖを画素に印加した時、ドメインの
状態は第７図（ｂ）に示す゛状態となり、中間調電圧（
３ＶＯ−Ｖ２）として１０．２　Ｖを画素に印加した時
、ドメインの状態は第７図（Ｃ）に示す状態で、さらに
中間調電圧（３ｖｏ−ｖｌ）として１１ｖを画素に印加
した時には、ドメインの状態は第７図（ｄ）に示す状態
であった。尚１図中の・は実測値を表わす。

第９図は、第３図中の画素Ａ、！：Ｈに印加される時系
列波形である。この際、画素Ａを第７図（ｂ）の第４階
調状態での光透過状態とし、画素Ｂを第７図（ｄ）の第
２階調状態での光透過状態としたものである。

第１０図は、本発明で用いる駆動回路装置を明らかにし
ている。ＤＳＰは、液晶ディスプレイユニットでＡｌｌ
　、Ａ１２．−−−−、Ａ５５はそれぞれの画素を示す
、ＡＳは入力アナログ信号、１０１はγ変換回路、１０
２はオフセット回路、１０３はアナログシフトレジスタ
、１０４はゲート、１０５は分振器、１０６及び１０７
は分周器、１０８はカウンターで、１０９は単安定マル
チバイブレータである。γ変換回路１０１は、第８図に
示す電圧のγ値に入力アナログ信号を制御することがで
きる。又、オフセット回路１０２は、γ変換された入力
アナログ信号に第４図（Ｃ）のｖ□倍信号加算すること
ができる。

本発明の好ましい具体例では、黒に書込みを行なった画
素にデータ線から第４図（ｄ）に示す白の書込み信号が
印加され続けると、黒の画素が白に反転する危険を防止
する上で、第１１図に示す書込み信号とは逆極性の補助
信号を印加することが好ましい、第１１図では、位相Δ
ｔが書込みタイミングに相当し、位相ｔ１が補助信号印
加期間に相当し、位相Δｔにおける第１１図（ａ）に示
す波形は第４図（ａ）と同様の走査選択信号で、第１１
図（ｂ）に示す波形は走査選択信号で、第１１図（Ｃ）
は黒の書込み信号で、第１１図（ｄ）は白を保持する信
号である。第１２図は、第１１図（ａ）〜（ｄ）を用い
た時の画素に印加される時系列波形を表わしたものであ
る。

又５本発明の好ましい具体例では、第５図に示すパルス
高を制御することができる階調信号の他に、第１３図（
ａ）〜（ｆ）に示すパルス幅を制御することができる階
調信号を用いることができる。この階調信号は、位相Δ
ｔｔ’第４図（Ｃ）に・示す書込み信号に加算されて画
素に印加される。又、本発明では、第１４図（ａ）〜（
ｅ）に示すパルス数を制御することによって階調性を表
現することも可能である。この際、位相Δｔで第４図（
ｃ）に示す書込み信号に代えて、階調に応じて第１４図
（ａ）〜（ｅ）に示す階調信号を画素に印加することが
できる。

〔発明の効果〕

本発明は、階調性を有する映像画像を形成又は表示する
ことができる。又、本発明では各画素にカラーフィルタ
ーを例えばストライプ形状あるいはモザイク形状に配置
して、双安定性を有する液晶素子を作成し、この素子に
前述の駆動法によって駆動すると１階調性のカラー映像
を表示することができる。

従って、本発明の方法は階調性を有するモノクロ又はカ
ラー映像を表示する液晶テレビジョン、特に従来のＣＲ
Ｔカラーテレビジョンに比べはるかに小型軽量の液晶ポ
ケットカラーテレビジョンに適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の駆動法で用いる液晶素子
を模式的に示す斜視図である。第３図は１本発明で用い
るマトリクス電極構造の平面図である。第４図（ａ）〜
（ｄ）は、本発明で用いる駆動波形を表わす説明図であ
る。第５図（ａ）〜（ｅ）は、本発明で用いる階調駆動
波形を表わす説明図である。第６図（ａ）〜（ｅ）は画
素に印加するｗＩｍ波形を表わす説明図である。第７図
（ａ）〜（ｅ）は、画素に現われた顕微鏡観察時のスケ
ッチを示す説明図である。第８図は、パルス高と光透過
率の関係を表わす説明図である。第９図は、第４図及び
第５図の駆動波形を用いた時の時系列波形を表わす説明
図である。第１０図は、本発明で用いる駆動回路装置を
示す説明図である。第１１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明
で用いる別の駆動波形を表わす説明図で、第１２図はそ
の駆動波形を時系列で表わした説明図である。第１３図
（ａ　　）　　〜　　（ｆ　　’Ｉ　　　Ｒｆメ　ｔＩ
Ｌ　１　７Ｌ　Ｉｖｌ　　ｒ　１１　）　　Ｎ　　ｔ　
ｏ　）は、本発明で用いる別の階調信号の実施態様を表
わす説明図である。特許出願人　　キャノン株式会社（ｂ＞−− （Ｃ’）　　寮劃− （ｆｆ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）双安定下の強誘電性液晶を有する画素を配列した
液晶素子と、前記強誘電性液晶を第１の配向状態に配向
させる電圧信号を画素毎に印加する手段と、第１の配向
状態に配向した強誘電性液晶を第２の配向状態に反転配
向させるに十分な反転電圧を選択された画素に印加する
反転電圧印加手段と、反転電圧の波形を可変制御する手
段とを有することを特徴とする液晶装置。
（２）前記反転電圧が第１の配向状態から第２の配向状
態に反転を開始する反転開始電圧の絶対値以上に設定さ
れている特許請求の範囲第１項記載の液晶装置。
（３）前記反転電圧が第１の配向状態から第２の配向状
態に反転を開始する反転開始電圧の絶対値以上で、且つ
完全に第２の配向状態に反転する完全反転電圧の絶対値
以下に設定されている特許請求の範囲第１項記載の液晶
装置。
（４）前記強誘電性液晶がカイラルスメクテイツク相の
液晶である特許請求の範囲第１項記載の液晶装置。
（５）前記カイラルスメクテイツク相がカイラルスメク
テイツクＣ相、Ｈ相、Ｉ相、Ｆ相又はＧ相である特許請
求の範囲第４項記載の液晶装置。
（６）前記画素に補助信号を印加する手段を有している
特許請求の範囲第１項記載の液晶装置。
（７）双安定下の強誘電性液晶を有する画素を複数の行
及び列に沿って配列した画面を有する液晶装置の駆動法
において、前記画面に配列した画素に強誘電性液晶が第
１の配向状態に配向する電圧信号を印加することによっ
て画素をクリヤーする第１段階と、第１の配向状態に配
向した強誘電性液晶を第２の配向状態に反転配向させる
に十分な反転電圧を選択された画素に階調に応じて制御
された電圧波形で印加することによって書込みを行なう
第２段階とを有することを特徴とする液晶装置の駆動法
。
（８）前記第１段階における電圧信号を全又は所定画面
の画素に同時に印加し、前記第２段階における反転電圧
を行毎に順次印加する特許請求の範囲第７項記載の液晶
装置の駆動法。
（９）前記第１段階における電圧信号を全又は所定画面
に対応した行の画素に行毎に順次印加し、前記第２段階
における反転電圧を行毎に順次印加する特許請求の範囲
第７項記載の液晶装置の駆動法。
（１０）前記反転電圧が第１の配向状態から第２の配向
状態に反転を開始する反転開始電圧の絶対値以上に設定
されている特許請求の範囲第７項記載の液晶装置の駆動
法。
（１１）前記反転電圧が第１の配向状態から第２の配向
状態に反転を開始する反転開始電圧の絶対値以上で、且
つ完全に第２の配向状態に反転する完全反転電圧の絶対
値以下に設定されている特許請求の範囲第７項記載の液
晶装置の駆動法。
（１２）画素に補助信号を印加する第３段階を有してい
る特許請求の範囲第７項記載の液晶装置の駆動法。
（１３）前記補助信号が反転開始電圧の絶対値より少さ
い値の電圧である特許請求の範囲第１２項記載の液晶装
置の駆動法。
（１４）前記反転電圧波形のうちのパルス高が階調に応
じて制御される特許請求の範囲第７項記載の液晶装置の
駆動法。
（１５）前記反転電圧波形のうちパルス幅が階調に応じ
て制御される特許請求の範囲第７項記載の液晶装置の駆
動法。
（１６）前記反転電圧波形のうちのパルス数が階調に応
じて制御される特許請求の範囲第７項記載の液晶装置の
駆動法。