JPS62215240A - 強誘電性液晶素子の時分割駆動方法 - 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】 □′〔ｉ集土の利用分野〕 本発明は、強誘電性液晶を用いた液晶マ）　ＩＪクス素
子の時分割駆動方法に係り、特に高表示品質を実現する
に好適な液晶マトリクス素子の時分割駆動方法に関する
。

〔従来の技術〕

強誘電性液晶は、電界の向き、すなわち印加電圧の極性
によって光透過状態がオン又はオフ状態になる。また、
液晶層の厚さによっては、印加電圧の除去後も表示状態
を保持するメモリ動作を示す。さらには、応答時間がｌ
　ｍ　ｓ以下であり高速応答を示す。この特徴を利用し
た強誘電性液晶表示素子の時分割駆動法の従来例を第２
図〜第４図に示す（特開昭６０−１２３８２５号公報）
。

従来例の駆動方法は、走査を点灯走査と非点灯走査の２
回行ない１画面の表示内容を書換える。

第２図（ａ）は、点灯走査時にさらに第２図（ｂ）は、
非点灯走査時に走査電極（コモン電極）と信号電極（セ
グメント電極）に印加する電圧波形を示したものである
。

）図中に示したφＹｔＩφＹｌ＋φＹｌ、φＹｄは、走
査φ′Ｘ−２φｘ４は、信号電極に加える信号電圧を示
す。

第２図（ａ）、　（ｂ）から液晶に加わる電圧を求める
と第４図のようになる。この電圧は、第３図に示した信
号電極１、走査電極２からなるマ）　ＩＪクス液晶パネ
ルを時分割駆動する時の波形を示したものである。

画素３８〜３ｅを図中に示した表示状態に定める時の画
素３ａに加わる電圧はＶｙＩＶｘｔになる。

ここでは、負電圧（−Ｖ、、）が液晶に印加された時に
表示オン状態に定めた。

図に示したように、画素３ａの非選択期間には、±１／
３　Ｖ　、　、のバイアス電圧が印加されるが、同一極
性の印加時間は、一定でなく２段階に変化する。

一方、強誘電性液晶は、直流電圧に対する光学的なしき
い値電圧が明確でないことが知られている。従って、バ
イアス電圧に対して液晶は応答し、透過光量Ｔのピーク
値は、同一極性の印加時間が長くなると高くなり、逆に
短かいと低くなろうこの結果、情報の書換中は、前記し
、た理由により光透過状態にバラツキが生じ、品質の低
下を招く。

ディスプレイに於いては、画面の書換中は１表示のチラ
ッキが生じ、表示品質の低下を招く。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記したように従来の駆動法では、光透過状態にバラツ
キが生じる問題があり、実用上問題があった。

本発明の目的は、前記欠点を解決し、高品質の強誘電性
液晶素子を実現できる駆動方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の特徴は。

液晶素子の光透過状態を定める選択期間には。

主として 走査電極と信号電極との近傍における強誘電性液晶分子
の向きと、走査電極と信号電極との略中間における強誘
電性液晶分子の向きとが、略一致する第１の電圧を強誘
電性液晶に印加し。

液晶素子の光透過状態を保持する非選択期間には、 一７〜走査電極と信号電極との近傍における強誘電性ハ 液晶分子の向きを選択期間と略一致させ、且つ、走査電
極と信号電極との近傍における強誘電性液晶分子の向き
と走査電極と信号電極との略中間における強誘電性液晶
分子の向きとを異ならせる第２の電圧（バイアス電圧）
と、 走査電極と信号電極との近傍における強誘電性液晶分子
の向きを選択期間と略一致させ、且つ、走査電極と信号
電極との略中間における強誘電性液晶分子の向きを選択
期間と略一致させる第３の電圧（消去電圧）と を混在させて前記強誘電性液晶に印加することにある。

本発明の好ましい実施態様に於いては、非選択期間に液
晶に印加されるバイアス電圧を液晶がオン状態もしくは
オフ状態に至らないように電圧値及びパルス幅を定める
とともに、前記バイアス電圧が印加された時の液晶の緩
和時間以上の期間だけほぼＯｖの電圧を１ラインの非選
択観閲の前段もしくは後段もしくは、両方に挿入するこ
とにある。

〔作用〕

本発明は、液晶がオン状態もしくはオフ状態にあるとき
、前記状態に戻る第３の電圧（状態が反転までには至ら
ない電圧）を液晶に印加すると、液晶が元の状態に戻る
緩和現象に着目し、好ましくは、この緩和時間以上の期
間だけ元の状態に戻る電圧（はぼＯＶ）をバイアス電圧
に挿入することによって光透過状態のバラツキを防止す
ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。第５図は、液
晶パネル５の構造を概略的に示したものである。素子は
、複数の信号（Ｙ）電極７を形成したガラス等の基板８
と複数の走査（Ｘ）電極６を形成したガラス等の基板１
１とを一定の間隔で対向させ、側基板間に強誘電性液晶
１０を封入している。

液晶配向膜９は、有機物（ポリイミド）をスピンナーで
塗布した後にラビング処理を行なっているが、一方の基
板のみに前記した配向処理を行なうかもしくは、両方の
基板ともに配向処理を一切行なわなくとも後で述べる光
学的メモリ動作を損うことはない。

また、液晶１０は第６図に示す混合液晶または、第７図
に示す液晶または、第６図、第７図の混合液晶等を用い
る。このときの表示は、２枚の偏光板を液晶表示素子５
の基板上に取シ付けて表示する複屈折表示もしくは、液
晶１０に２色性色素を封入したゲスト・ホスト表示のい
ずれでも良い。

特に、後者のゲスト・ホスト表示には、第７図に示した
液晶を用いるのが最適である。

次に、液晶分子を配列法の１例について説明する。まず
、液晶を等方性液体和才で加熱した後に、０．１１／分
程度で除冷する。この結果１分子長軸が属法線から傾い
たスメクチックＣ相になる。

第８図（ａ）は、複屈折表示における偏光板の偏光軸Ａ
、Ｐと液晶分子１２ａ、１２ｂの関係、第８図（ｂ）は
、ゲスト・ホスト表示における偏光板の偏光軸Ａと液晶
分子１３ａ、１３ｂの関係を各々示したものである。何
れの場合も、液晶分子が偏光軸Ａに揃った時に表示は暗
くなυ（表示オフ状態）、逆に２θだけ傾いた時（図で
は右側）に表示は明るくなる（表示オン状態）。

第１図は、本発明による線順次時分割駆動波形の概略を
示したものである。第１図（ａ）は、液晶の駆動電圧Ｖ
ＬＣの概略を示したもので、選択期間（ｔｏ”ｔ＋）に
主として第１の電圧を印加して、液晶の光透過状態が定
まり、非選択期間（ｔｒ〜ｔ８）には、主として第２の
電圧であるバイアス電圧が印加される。

また、第１図（ｂ）、　（Ｃ）は、本発明の特徴である
バイアス電圧の波形の一実施例を示したものである。

Ｔ８は、１ラインを選択する期間に等しい。また、電圧
値Ｖ！ＩＩ　、　■＋２及びパルス幅Ｔ＋＋１．Ｔｍ２
は、液晶の表示状態が実質的に反転しない値に設定する
。

前述した実質的に反転しない電圧とは、液晶層の液晶分
子のうち、バルク中（液晶層の中心附近）では、反転す
るが、電極もしくは液晶配向膜の近傍では反転しないこ
とを言う。

前記現象を光学的に説明すると、バイアス電圧′除：去
後に印加電圧をＯｖもしくは、数ｋ　ｌ（ｚ〜数−十−
ｋ　ｌ（ｚの交流電圧もしくは、走査電極と信号電極に
電圧を印加しない状適等の第３の電圧を印加にすると１
選択期間に定まった光透過（ディスプレイに於いては表
示）状態に戻ることをさす。この現象を今後、緩和現象
と呼ぶ。

ナオ、ＶＢＩ　＝ＶＩ１２　、　’ｒ＋ｔ　＝Ｔｎｚに
すると平均値が０になり、直流成分がＯになり、液晶の
寿命の点で都合が良い。

一方、ＴＢＯの期間（約ＯＶ）は、前記緩和現象が起っ
ている時間（緩和時間）ｔｓ以上にする。

これを、第９図、第１０図を用いて説明する。

第９図に示すように選択期間で液晶をオン状態にし、次
に非選択期間に液晶のバイアス電圧の負電圧（１／ａＶ
ｏ）を除去後に再びほぼオン状態に戻るまでの時間１．
以上の期間Ｔｏだけ印加電圧を約０■にする。今後、期
間Ｔｏに印加する電圧を消去電圧と呼ぶ。この消去電圧
は、実質的には、液晶のしきい値電圧である。

また、第１０図は、前述した動作と逆の場合について示
したものである。

第９図、第１０図に示した緩和時間ｔ、、ｉｆは、特に
配向膜、配向処理法等によって等しくならない場合があ
る。この場合は、１．．１．の中で長い時間以上の期間
だけ消去電圧を印加する。

なお、１．．１．の長い方を緩和時間ｔｏと呼ぶ。

以上述べたように、消去電圧の挿入期間Ｔｏ　＞　ｔ　
。

とすることによって短時間に限っては透過光量は変化す
るが、平均するとほぼ一定の透過光量になシ表示のチラ
ッキを防止することができる。

なお、ａはバイアス比であり特に限定するものでないが
ａ≦３にすると走査電極を選択、信号電極を半選択とす
る半選択状態での液晶に印加される電圧波高値が±１　
／　ａ　’Ｖｏ以下になるので、都合が良い。

ここで、第９図及び第１０図に示した電圧Ｖ。

を定義する。第１６図は、液晶の電気光学特性を測定す
るための液晶駆動電圧ＶＬＣとその時の液晶の明るさＢ
の変化を示したものである。駆動電圧Ｖ　Ｌ　ｃｕ　、
　パルスＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄからなる。このうち、パルスＡ
、Ｂは、液晶を表示オフ状態にする時の光学特性を測定
し、さらにパルスＣ，Ｄは、液晶を表示オン状態にする
時の光学特性を測定する時に液晶に印加するものである
。

この時の測定結果を第１７図に示す。まず、液晶を表示
オフ状態にする時の光学特性の測定には、パルスＡによ
り液晶を表示オン状態に定めこの後に、パルス人とは逆
極性でパルス幅Ｔｗ、波高値ＶｗのパルスＢを印加する
。また、液晶を表示オン状態にする時の光学特性の測定
には、パルスＣにより液晶を表示オフ状態に定めこの後
に、パルスＣとは逆極性でパルス幅Ｔｗ、波高値Ｖｗの
パルスＤを印加する。

液晶を表示オン状態及び表示オフ状態に定める第１の電
圧であるパルスＡ、　Ｃのパルス幅及ヒ波高値は、液晶
が双安定性を示す値とする。光学的には、明るさＢが飽
和する駆動条件である。さらに、液晶分子レベル的には
、基板との境界附近の液晶分子が液晶層の中心附近の液
晶分子の向きとはぼ一致する。すなわち、液晶分子の双
極子モーメントが、液晶層全体にわたシミ界の方向に揃
う状態を言う。

第１７図で、パルスＢ、Ｄの波高値ＩＶｗｌを変化させ
た時の明るさＢが９０チ上昇又は下降する時のｌＶｗｌ
をそれぞれ、Ｖｗ　５ａｔ（ｏｎｌ　、Ｖｗ　ｍａｔ（
ｏｆｆ）と定義する。

我々の実験では、液晶材料、配向膜、配向処理法により
前述したＶｗ　ｍａｔ（ｏｎ）とＶＷｓｉｔ（ｏｆｆ）
は、必ずしも一致しない。また、パルスＢ、Ｄのパルス
幅によっても変動する。

ここでは、パルス幅Ｔｗ＝一定に定めた時のＶｗ　＃ａ
　ｔ（ｓ　ｍ）とＶｗｓａｔ（＊１ｆ）のうち、大きい
方をＶＯと定める。当然のことなから％　ｖｏけ、パル
ス幅Ｔｗによって変動する。

また、液晶の実質的しきい値電圧とは、第１６図に示し
たパルスＢ、Ｄのパルス幅Ｔｗを閃とした時に、明るさ
Ｂが変化しない電圧すなわち、パルスＡ、Ｃによシ定ま
った明るさＢに影響を与えない電圧である。

次に、具体的な駆動波形について説明する。第１１図は
、信号電極１４．走査電極１５及び画素１６ａ〜１６ｅ
からなる液晶パネルである。今。

画素１６ａ〜１６ｅの画素を図中に示した表示状態にす
る時の走査電圧及び信号電圧と画素１６ａＫ加わる電圧
波形について説明する。

第１２図は、走査開始前にＴｓ＆期間だけ第１の電圧を
印加し全画素を表示オフ状態にし、この後に前記表示状
態を保持する電圧（第２の電圧：±１／３　Ｖｏ　、第
３の電圧：Ｏｖ）又は、前記表示状態を反転する第１の
電圧（〒Ｖｏ、ＯＶ）を液晶に印加する駆動法を示した
ものである。なお、Ｔ　ｓｔ期間に全画素を表示オン状
態にして本良い。

また、ａ＝３であるが特に限定するものでない。

第１３図は、他の駆動法について示したものである。こ
の駆動法は、選択期間の前にあらかじめ１ライン分の画
素を第１の電圧を印加してオフ状態に定めこの後に前記
表示状態を保持する電圧（第２の電圧：±１／３ＶＯ，
第３の電圧二〇）又は、反転（オン状態）する第１の電
圧（：ｌ：Ｖｏ、Ｏ）を液晶するものである。前記表示
状態は、オン状態にしても良い。

第１４図は、他の駆動法の実施例である。、この駆動法
の特徴は、１選択期間内に表示オン状態又は表示オン状
態に定めるところにある。

第８図に示した液晶分子の配列状態において、電圧の極
性によって層法線からθだけ液晶分子の配列が変化する
。この時、配向膜、配向処理条件によっては、正、負極
電圧の条件を同じにしてもθの変化に差がある。特に、
電極近傍でこの現象が著しい。この現象により正、負極
性の電圧を液晶に印加した時に液晶のしきい値電圧に差
がでる。

このため、第１図（ｂ）に示したバイアス電圧を第１５
図に示したようにＴｏの期間の印加電圧を０からΔＶだ
けシフトすると良好な表示が得られる。

ここでは、正極性のしきい値電圧が負極性よシも高い液
晶を駆動する場合を例にとっである。

なお、Ｔｓの期間内で平均値が０になるようにΔＶｏ等
を定める。

また、これまで述べてきた駆動法は、双安定を示さない
液晶パネルの駆動にも適用できる。

さらに、本発明は液晶プリンタ等に用いる光スイツチ素
子にも適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、非選択期間に液晶に印加される電圧に
よって液晶の光透過状態が変動しないため、光透過状態
のバラツキが生じない。これによって、コントラストの
低下も防止できるため高品質の液晶素子を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による時分割駆動波形の概略図、第２図
〜第４図は従来例、第５図は本発明の液晶パネルの一実
施例、第６図、第７図は液晶材料の一実施例、第８図は
液晶分子の配列状態図、第９図、第１０図は液晶の緩和
現象の説明図、第１１図は液晶マｌ−ＩＪクスパネルの
概略図、第１２図〜第１４図は駆動波形の具体的な実施
例、第１５図はバイアス電圧波形の他の実施例、第１６
図〜第１７図は強誘電性液晶の光学特性図である。 ６．１４・・・走査電極、７，１５・・・信号電極、１
０・・・強誘電性液晶、５・・・液晶パネル、１２ａ、
１２ｂ。 １ａａ、ｌａｂ・・・液晶分子、１６ａ〜１６ｅ・・・
画素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数の走査電極と複数の信号電極との間に強誘電性
   液晶を挾持する液晶素子の時分割駆動方法において、 前記液晶素子の光透過状態を定める選択期間には、主と
   して 前記走査電極と前記信号電極との近傍における前記強誘
   電性液晶分子の向きと、前記走査電極と前記信号電極と
   の略中間における前記強誘電性液晶分子の向きとが、略
   一致する第１の電圧を前記強誘電性液晶に印加し、 前記液晶素子の光透過状態を保持する非選択期間には、 前記走査電極と前記信号電極との近傍における前記強誘
   電性液晶分子の向きを前記選択期間と略一致させ、且つ
   、前記走査電極と前記信号電極との近傍における前記強
   誘電性液晶分子の向きと前記走査電極と前記信号電極と
   の略中間における前記強誘電性液晶分子の向きとを異な
   らせる第２の電圧と、 前記走査電極と前記信号電極との近傍における前記強誘
   電性液晶分子の向きを前記選択期間と略一致させ、且つ
   、前記走査電極と前記信号電極との略中間における前記
   強誘電性液晶分子の向きを前記選択期間と略一致させる
   第３の電圧と を混在させて前記強誘電性液晶に印加することを特徴と
   する強誘電性液晶素子の時分割駆動方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、 第１の電圧＞第２の電圧＞第３の電圧 であることを特徴とする強誘電性液晶素子の時分割駆動
   方法。 ３、特許請求の範囲第１項又は第２項において、前記第
   ３の電圧は、前記非選択期間の前段及び／又は後段に印
   加することを特徴とする強誘電性液晶素子の時分割駆動
   方法。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項、又は第３項におい
   て、 前記第３の電圧の印加時間は、前記強誘電性液晶の緩和
   時間に等しいか若しくは長いことを特徴とする強誘電性
   液晶素子の時分割駆動方法。