JPS62184437A - 光学変調素子の駆動法 - 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】 〔発明の分野〕 本発明は、光学変調素子、特にカイラルスメクチック液
晶などの強誘電性液晶を用いた素子の駆動法に関する。

〔従来の技術〕

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１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、殆とが、例えば“°アプ
ライド・フイジスク・レターズじＡｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈ
ｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅ　ｒｓ″）１９７１年、１Ｂ（
４）号１２７〜１２８頁に掲載のＭ、シャット（Ｍ、５
ｃｈａｄｔ）及びＷ、ヘルフリヒ（Ｗ、Ｈｅ１ｆｒｉｃ
ｈ）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・リキッド中クリスタル°゛（Ｖｏｌｔａｇ
ｅ　Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　０ｐｔｉｃａｌ　Ａｃｔｉｖ
ｉｔｙ　ｏｆ　ａ↑ｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ　Ｌ
ｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ”）に示されたＴ　Ｎ　（
ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎｅｍａｔｉｃ）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（Ｃｌａｒｋ）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４３６７９２４
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（Ｓｍ
Ｈ’）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〕

前述した強誘電性液晶素子の駆動法としては、例えば白
の表示状態の書込みを行うことを特徴とする第１の安定
状態に強誘電性液晶を配向させる正極性の信号と黒の表
示状態の書込みを行うことを特徴とする第２の安定状態
に強誘電性液晶を配向させる負極性の信号をそれぞれ選
択的に印加する方法が採用されている。

一般には、正と負の両極性の電圧信号を３値以北の多値
電圧として出力する必要があり、このため出力波形が複
雑になっていた。従って、駆動回路が従来のＴＮ液晶素
子の場合と比較して複雑で、その分コスト高となる要因
となっていた。

〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕従って、
本発明の目的は、前述の欠点を解消し、駆動波形が簡単
で、多値出力の駆動回路を必要としない駆動法を提供す
ることにある。

すなわち、相対向する一対の電極、絶縁体膜と強誘電性
液晶などの光学変調物質の膜で構成されている画素のう
ち、光学変調物質膜の抵抗率が比較的低いために、その
駆動法。（２）選択される電圧が電極間に印加した電圧
の微分波形となり、本発明の上述した目的は、かかる微
分波形を用発明は相対向する一対の電極と、電界に対し
て第１の安定状態と第２の安定状態を示す光学変調物質
の膜とを有する画素を複数行配列した光学変調素子の駆
動法において、前記光学変調物質の駆動法。（２）選択
された画素に対応する光学変調物質を画素毎に選択的に
第１の安定状態又は第２の安定状態に配向させて、行上
の画素の書込みを行う光学変調素子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。

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。ｌｌａとｌｌｂは、Ｉｎ２Ｏ３，５ｎ０２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１２がガラス面に垂直になるよう配向したＳｍＣ
’相（カイラルスメクチックＣ相）の液晶が封入されて
いる。太線で示した線１３が液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１
１ａと１１ｂ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
ーメント（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
セルの厚さを十分に薄くした場合（例えばＩｇ）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、非らせん構造となり、その
双極子モーメントＰａ又はｐｂは上向き（２４ａ）又は
下向き（２４ｂ）のどちらかの状態をとる。このような
セルに第１０図に示す如く一定の閾値以上の極性の異る
電界Ｅａ又はＥｂを付与すると、双極子モーメント電界
Ｅａ又はＥｂは電界ベクトルに対応して上向き２４ａ又
は、下向き２４ｂと向きを変え、それに応じて液晶分子
は第１の安定状態２３ａかあるいは第２の安定状態２３
ｂ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Ｅａを印加すると液晶分子は第１の安定状８２３ａ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ｆｉ２３ｂ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、０．５
μ〜２０ル、特にｌＪＬ〜５濤が適している。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・ 第３図は本発明で用いる光学変調素子のうちの画素部分
を表わす断面図で、第４図はその等価回路図である。第
３図に示す画素は基板３１ａと３１ｂには、それぞれ支
持された相対向する電極３２ａと３２ｂが設けられ、さ
らに電極３２ａと３２ｂにはショート防止のために絶縁
体膜３３ａと３３ｂが複環されている。この絶縁対膜３
３ａと３３ｂには強誘電性液晶の膜３４の配向を制御す
るラビング処理などの一軸性配向処理が施されている、
又、この絶縁体膜３３ａと３３ｂには図示していないが
別に配向制御膜を設けることも可能である。さらに、又
、何れか一方の絶縁体膜の上下は下側にカラーフィルタ
一層（図示せず）を設けることが可能である。この際、
カラーフィルターは、１画素毎に青色染色フィルター（
Ｂ）、緑色染色フィルター（Ｇ）と赤色染色フィルター
（Ｒ）が配置され、これらＢ、ＧとＲで１つのカラー画
素を構成することができる。この液晶素子は、基板３１
ａと３１ｂの周辺がエポキシ系接着剤などのシール剤３
６でシーリングされており、セルの両側には光学的変調
を検知する１対のクロスニコルス偏光子３６ａと３６ｂ
が配置されている。

本発明の絶縁体膜３３ａと３３ｂで使用する絶縁物質と
しては、特に制限されるものではないが、シリコン窒化
物、水素を含有するシリコン窒化物、シリコン炭化物、
水素を含有するシリコン窒化物、シリコン酸化物、硼素
窒化物、水素を含有する硼素窒化物、セリウム酸化物。

アルミニウム酸化物、ジルコニウム酸化物、チタン酸化
物やフッ化マグネシウムなどの無機絶縁物質、あるいは
ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアミドイミド
、ポリエステルイミド、ポリパラキシリレン、ポリエス
テル、ポリカーボネート、ポリビニルアセタール、ポリ
塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド、ポリスチレ
ン、セルロース樹脂、メラミン樹脂、ユリャ樹脂、アク
リル樹脂やフォトレジスト樹脂などの有機絶縁物質が絶
縁膜として使用される。これらの絶縁膜の膜厚５０００
Å以下、好ましくは１００人〜５０００人、特に５００
人〜３０００人が適している。

又、これらの絶縁体１ｌＩ１３３ａと３３ｂに、よって
形成される容量の場合では、５．５　Ｘ　ｌ　０３Ｐ　
Ｆ　／　ｃ　ｒｎ’以上となる様に設定することによっ
て、前述の反転現象を一層有効に防止することができる
。その好ましい容量は、５．５Ｘ１０３Ｐ　Ｆ　／　ｃ
　ｍ”　〜３．　ＯＸ　１０５　Ｐ　Ｆ　／　ｃ　ｍ’
　Ｃ７）範囲で、特に十分な絶縁性を保持する上で９．
０Ｘ１０３ＰＦ／ｃｒｎ’　〜５．５Ｘ１０４ＰＦ／ｃ
ｒｎ’が適している。

本発明で用いる強誘電性液晶３４としては、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″）、１相（
ＳｍＩ＋″）、Ｊ相（ＳｍＪ’　）、に相（ＳｍＫ’）
、Ｇ相（ＳｍＧｌ″）やＦ相（ＳｍＦ″″）の液晶が適
している。

より具体的には、強誘電性液晶３４としては、ｐ−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）、ｐ−へキシロキシベ
ンジリデン−ｐ′−アミノ−２−・クロロプロピルシン
ナメート（ＨＯＢＡＣＰＣ）、ｐ−デシロキシベンジリ
デン−ｐｌ−７ミノー２−メチルブチル−α−シアノシ
ンナメート（ＤＯＢＡＭＢＣＣ）、Ｐ−テトラデシロキ
シベンジリデン−ｐ′−アミノ−２−メチルブチル−α
−シアノシンナメート（ＴＤＯＢＡＭＢＣＣ）、ｐ−オ
クｆＡｔオ＊ジベンジリデン−ｐ′−アミノ−２−メチ
ルブチル−α−りＯｔ＝＋シン＋メ−）　（ＯＯＢＡＭ
ＢＣＣ）、ｐ−オクチルオキシベンジリデン−ｐ′−ア
ミノ−２−メチルブチル−α−メチルシンナメート、４
．４′−アソキシシンナミックアシッドービス（２−メ
チルブチル）エステル４−０−　（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）、４−（２’−メチルブチル）フェニル−４′
−才クチルオキシビフェニル−４−カルボキシレート、
４−ヘキシルオキシフェニル−４−（２’−メチルブチ
ル）ビフェニル−４′−力ルポキシレート、４−オクチ
ルオキシフェニル−４−（２’−メチルブチル）ビフェ
ニル−４′−力ルポキシレート、４−へブチルフェニル
−４−（４＃−メチルヘキシル）ビフェニル−４′−カ
ルボキシレート、４−（２’−メチルブチル）フェニル
−４−（４″−メチルヘキシル）ジフェニル−４′−力
ルポキシレートなどを用いることができる。

これらの強誘電性液晶化合物は単独又は２種以上組合せ
て用いることができ、又他の非誘電性液晶、例えばネマ
チック液晶、コレステリック液晶（カイラルネマチック
液晶）やスメクチック液晶と混合することができる。又
、前述した強誘電性液晶３４は、前述の第１図に示すら
せん構造を形成したものでもよく、第２図に示す非らせ
ん構造のものであってもよい、特に、第１図に示すらせ
ん構造を有している際には。

強誘電性液晶として負の誘電異方性をもつものを使用し
、両電極間に交流バイアスを印加することによって、非
らせん構造とした双安定性を付与させる駆動法を適用す
るのが好ましい。

又、この際、液晶層のセル厚を十分に小さくそれだけで
非らせん構造を形成する液晶素子に前述の交流バイアス
を印加する駆動法を適用するも可能である。

第４図に示す等価′回路で、Ｃ１は絶縁体膜３３ａ、３
３ｂとその他の容置成分を含む静電容量である。Ｃ２は
強誘電性液晶の膜３４の静電容量で、Ｒはその抵抗であ
る。この際、絶縁体膜３３ａと３３ｂの抵抗は１通常中
分に大きいので無視することができる。又、■は相対向
する電極間に印加される電圧で、ＶＬＣは強誘電性液晶
に印加される電圧である。

そこで、第５図で示すパルス幅ΔＴの矩形波電圧パルス
を相対向する電極間に印加すると、τ＝　（Ｃ１＋Ｃ２
）Ｒ の時定数で減衰する微分波形パルスとなり、τがΔＴよ
り小さければ、この微分波形パルスは第６図に示す波形
になる。すなわち、外部印加電圧の立上り端と立下り端
で強誘電性液晶膜にそれぞれ正極と負極の電圧が印加さ
れることになる。本発明では、この正極電圧と負極の電
圧を利用することによって、片極性の印加電圧により書
込み可能したものである０時定数τを小さくするために
は、例えば強誘電性液晶の比抵抗を１０６Ωｍｃｍ−１
０９Ωｍ　ｃｍ　（ＬＣＲメータで測定）とすることが
望ましい、液晶膜の比抵抗を上述の範囲とする方法とし
ては、例えば液晶中に界面活性剤を添加する方法を用い
ることができる双安定状態が付与された強誘電性液晶素
子は、一般的に液晶層が２４ｍ以下と極めて薄い膜厚で
形成され、このため素子内に混入した微細な粒体を通し
て上電極と下電極の間でショートを発生する問題点があ
るために、素子に設けた電極にはショートを防１トする
絶縁体膜が設けられている。

前述の如く相対向電極間に絶縁体■々が形成されている
ために、液晶層に前述の電極間から強誘電性液晶が完全
反転するに矩形波パルス源Ｖｏ（パルス幅ΔＴの書込み
パルス）を印加した時に、液晶層に実質的に印加される
電圧波形は、第６図に示す様にパルス印加時のＶＯが時
定数τ＝Ｒ（Ｃ１＋０２）の割合で、ΔｖＯだけの電圧
降下を生じる。これは、パルスの立下り時に液晶膜に直
列接続された絶縁体膜の容量からの放電により逆向きの
電界（−ΔＶｏ）を発生することが原因となっている。

第７図は、上述の原理をマトリクス駆動に応用した場合
の印加波形の１例である。第７図（ａ）は、走査電極へ
の印加波形、第７図（ｂ）は情報電極への印加波形、第
７図（Ｃ）は上述した走査電極への印加波形と情報電極
への印加波形の差、すなわち相対向する電極間に印加さ
れる電圧波形、第７図（ｄ）は強誘電性液晶駆動法。（
２）選択される電圧波形をそれぞれ時系列で表わしてい
る。

時刻ｔ１において、走査電極の負極性パルス−Ｖｓが立
下ると、液晶膜にはピーク値０工♀寺、　ｖｓの正の微
分波形電圧がかかり、ｖｓを適切に選ぶことにより、こ
の電圧波形が反転閾値以上になるようにすればこの走査
電極上のすべての画素には例えば第１の配向状態に基づ
く　「白」の表示状態が書込まれる。次いで、時刻ｔ２
において走査電極パルスが立上ると同時に、非選択画素
（第２の配向状態に基づく　「黒」の表示状態に反転し
ない画素）の情報電極には正極性パルスＶ１（＜Ｖｓ）
が印加され、選択画素（「黒」を書込むべき画素）には
Ｏポルトのままにおかれる。このとき、非選択画素の液
晶膜にはピーク値　−一立工−Ｃ１＋Ｃ２ （Ｖｓ　　Ｖ＋）の頁の微分波形電圧がかかるが、Ｖ、
を適切に選ぶことにより、この電圧波形を反転閾値以下
にできるので、画素は反転せず「白」の表示状態のまま
である。一方、選択画素の液晶膜にはピーク値　σＴ♀
ｈ　　Ｖｓの負の微分波形電圧がかかり「黒」が書込ま
れる。

次いで時刻ｔ３で情報電極パルスが立下るが、このとき
液晶膜にかかる微分電圧波形のピーク値は　Ｃ７早＋７
　ｖＩで、ｖ、を適切に選ぶことにより、この電圧波形
を閾値以下に設定できて、画素は「白」の表示状態のま
まに保たれる。

以上の実施例では微分波形のピーク値が酊＋ｉｖｓ＞ｖ
ｔｈ＞酊＋ｈ （Ｖ　ｓ　　Ｖ　Ｉ）　、　ｈ　　Ｖ　＋（Ｖｔｈ；強
誘電性液晶の閾値電圧） となるようにＶｓとｖｌを選ぶ必要があり、電圧余裕（
電圧マージン）の点からは、Ｖｓ＝２ｖ１であるのが最
も好ましい。

また１画素の両極に印加される電圧波形は、必ずしも上
述実施例のような矩形波でなくてもよく、例えば鋸状の
電圧でもよい、しかし、液晶！漠にかかる電圧がなるべ
く高いピーク値をもち、かつＯポルトに減衰するまでの
時間がなるべく長くなるようにするのが一般には望まし
く、このためには矩形波パルスが最も適している。

従って本発明では時刻（ｔ　２−ｔ　１）を位相Ｔ１と
した時、この位相Ｔ１で行上の画素が１時に白の表示状
態に揃えられ、時刻（ｔ３−１２）を位相Ｔ２とした時
、行上の選択画素のみが黒の表示状態に反転されてｌラ
インの書込みが行なわれ、この書込みを行毎に順次行う
ことによって一画面の書込みが行われる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、駆動波形が簡単になり、とくに駆動回
路の出力を正または負の一方の極性だけでよく、また駆
動回路出力レベルは２値で済むようにできる。

さらに、駆動波形を矩形波とすることにより、液晶膜に
かかる電圧のピーク値を高くし、幅を大きくすることが
でき、これにより書込みの時間を短縮することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明で用いる強誘電性液晶素子の
斜視図である。 第３図は本発明で用いる強誘電性液晶素子の断面図で、
第４図はその画素の等価回路を表わす説明図である。 第５図は相対向する一対の電極間に印加する書込みパル
ス波形を表わす説明図で、第６図はそのパルスを液晶駆
動法。（２）選択した時の液晶膜にかかる電圧波形を表
わす説明図である。 第７図は本発明の方法を時系列で表わした説明図である
。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）相対向する一対の電極と、電界に対して第１の安
   定状態と第２の安定状態を示す光学変調物質の膜とを有
   する画素を複数行配列した光学変調素子の駆動法におい
   て、前記光学変調物質の膜に印加された微分波形電圧で
   、光学変調物質を画素毎に選択的に第１の安定状態又は
   第２の安定状態に配向させて、行上の画素の書込みを行
   うことを特徴とする光学変調素子の駆動法。
2. （２）選択された行上の画素に対応する光学変調物質の
   膜に印加された第１の微分波形電圧 で、光学変調物質を第１の安定状態に配向させる第１の
   位相と、行上の選択された画素に対応する光学変調物質
   の膜に印加された第２の微分波形電圧で、光学変調物質
   を第２の安定状態に配向させる第２の位相とを有してい
   る特許請求の範囲第１項記載の光学変調素子の駆動法。
3. （３）前記第１の微分波形電圧と第２の微分波形電圧と
   が互いに逆極性である特許請求の範囲第２項記載の光学
   変調素子の駆動法。
4. （４）前記第１の位相と第２の位相が行上で時間的に連
   続している特許請求の範囲第２項記載の光学変調素子の
   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項記載の光学変調素子の駆動法。
6. （６）前記強誘電性液晶がカイラルスメクチック液晶で
   ある特許請求の範囲第６項記載の光学変調素子の駆動法
   。