JPS62260124A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学変調素子の駆動法、特に、強誘電性液晶
を用いた液晶素子の駆動法に関するものである。

〔従来の技術〕

クラークとラガーウオルによって、特開昭５６−１０７
２１６号公報あるいは米国特許第４３６７９２４号公報
で高速応答性とメモリー性を示す強誘電性液晶素子が提
案されている。

この強誘電性液晶は、例えば金子による特開昭５９−１
２９８３７号公報あるいは神辺らによる同５９−１９３
４２６号公報、同５９−１９３４２７号公報や同６０−
３１１２１号公報などに開示された駆動法によって線順
次書込みを行なうことができる。

又、神辺らは、特開昭６０−３３５３５号公報で強誘電
性液晶素子に線順次書込みを適用するに当って、非選択
走査線上の画素に閾値電圧以下の交流電圧を印加するこ
とによって、非選択走査線上の画素に印加される直流成
分を解消するための改善された駆動法を提案している。

この駆動法によれば、例えば非選択走査線上の白に書込
まれた画素にデータ線から連続して黒の信号を印加した
場合であっても、その白の書込み状態を維持することが
できる点での改善がなされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、本発明者らは、強誘電性液晶素子に線順次書
込みを適用した際に、非選択走査線上の画素に閾値電圧
以下の交流電圧を印加したところ、画面にちらつきを生
じ、画面全体のコントラスト低下を生じる問題点が判明
した。

前述の現象、特に画面にちらつきを生じる現象は、非選
択走査線上の画素に閾値電圧以下であっても交流パルス
が印加されると、交流パルスの極性に応じて液晶分子に
ゆらぎを生じ、そのため非選択走査線上の画素の透過率
が交流パルスの極性に応じて変動することが原因となっ
ていることが判明した。

第１図（ａ）に示す光学応答曲線１１によれば、明レベ
ルに配向している強誘電性液晶に閾値電圧以下のｅｖｏ
パルスを印加すると、液晶分子は一旦暗レベル側に配向
し、再ひもとの明レベルに戻ることが判る。又、第１図
（ｂ）に示す光学応答曲線１３によれば、暗レベルに配
向している強誘電性液晶に閾値電圧以下の■ｖｏパルス
を印加すると、液晶分子は一旦明レベル側に配向し、再
ひもとの暗レベルに戻ることが判る。従って非選択走査
線上の画素には、データ線から■ｖｏパルスとｅｖｏパ
ルスとが、交互に印加されるため、その画素では透過率
が■ｖ０とＯｖｏパルスに応じて変動し、ちらつきを生
じた画面となっていた。

〔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、前述の問題点、特にちらつきの発生を防
止し、表示コントラストを向上させた光学変調素子の駆
動法を提供することにある。

すなわち、本発明は、走査線とデータ線との交差部で画
素を形成したマトリクス電極構造と、光学変調物質とを
有する光学変調素子の駆動法において、非選択走査線上
の画素に交番波形電圧を印加し、該交番波形電圧の時間
的平均値における極性を、選択走査線上の画素を暗状態
とする信号と同一極性とする光学変調素子の駆動法に特
徴を有している。

〔実施例〕

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を更に詳
細に説明する。

本発明で用いる液晶材料として、特に適したものは、カ
イラルスメクチック液晶であって、強誘電性を有するも
のである。具体的にはカイラルスメクチックＣ相（Ｓ　
ｍ　Ｃ＊）、カイラルスメクチックＣ相（Ｓ　ｍ　Ｇ　
＊）、カイラルスメクチックＦ相（ＳｍＦ＊）、カイラ
ルスメクチック■相（ＳｍＩ＊）又はカイラルスメクチ
ックＨ相（ＳｍＨ＊）の液晶を用いることができる。

強誘電性液晶の詳細については、たとえば“ル・ジュル
ナール・ド・フイジイク・レットル”（“ＬＥＪＯＵＲ
ＮＡＬ　　ＤＥ　　ＰＨＹＳＩＱＵＥ　　ＬＥＴＴＲＥ
”）３６　（Ｌ−６９）’１９７５年ｒフェロエレクト
リック・リキッド・クリスタルＪ　（Ｆｅｒｒｏｅｌｅ
ｃｔｒｉｃ　　ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓ　；″ア
プライド・フイジイックス・レターズ（Ａｐｐｌｉｅｄ
　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ″）」（１１）
　１９８０年「サブミクロ・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・クリスタルスＪ　（ｒＳｕｂｍｉｃｒ。

５ｅｃｏｎｄ　Ｂ１５ｔａｂｌｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐ
ｔｉｃ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｉｎ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　
Ｃｒｙｓｔａｌｓ’）　；“固体物理”１６　（１４１
）１９８１　ｒ液晶」などに記載されている。強誘電性
液晶化合物の具体例としては、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−ヘキシロキシベンジリデンーｐ
′−アミノー２−クロロプロピルシンナメート（ＨＯＢ
ＡＣＰＣ）、ｐ−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（ＤＯ
ＢＡＭＢＣＣ）、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−オクチルオキシベン
ジリデン−ｐ′−アミノ−２−メチルプチルーα−クロ
ロシンナメート（ＯＯＢＡＭＢＣＣ）、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
ツクマシツドービス（２−メチルブチル）エステル４−
０−　（２−メチル）−ブチルレゾルシリチン−４′−
オクチルアニリン（ＭＢＲＡ　　８）、４−（２’−メ
チルブチル）フェニル−４′−オクチルオキシビフェニ
ル−４−カルボキシレート、４−へキシルオキシフェニ
ル−４−（２′−メチルブチル）ビフェニル−４′−カ
ルボキシレート、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′−カルボキシレー
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）ビフェニル−４′−カルボキシレートなどを用いる
ことができる。

特に、好ましい強誘電性液晶としては、これにより高温
側でコレステリック相を示すものを用いることができ、
例えば下達の実施例に挙げた相転移温度を示すフェニル
エステル系液晶を用いることができる。

これらの材料を用いて素子を構成する場合、液晶化合物
が所望の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。

第２図は、強誘電性液晶の動作説明のために、セルの例
を模式的に描いたものである。以下、所望の相としてＳ
ｍＣ＊を例にとって説明する。

２１ａと２１ｂは、Ｉｎ２０３あるいはＩＴＯ（Ｉｎｄ
ｉｕｍ−ＴｉＨ０ｘｉｄｅ）等の薄膜からなる透明電極
で被覆された基板（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に配向した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は基板の面方
向に連続的にらせん構造を形成している。このらせん構
造の中心軸２５と液晶分子２３の軸方向とのなす角度を
■として表わす。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工）２４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±）２４がすべて電界方向に向く
よう、液晶分子２３は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素子とな
ることは、容易に理解される。

本発明の液晶光学素子で好ましく用いられる液晶セルは
、例えば１０μ以下とすることができる。

このように液晶層が薄くなるにしたがい、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
構造がほどけ、非らせん構造となり、その双極子モーメ
ントＰａまたはｐｂは上向き（３４ａ）は下向き（３４
ｂ）のどちらかの状態をとる。この液晶分子軸３３ａの
分子軸と３３ｂのなす角度の１／２の角度をチルト角（
θ）と称している。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る電界Ｅａ又はＥｂを電圧
印加手段３１ａと３１ｂにより付与すると、双極子モー
メントは、電界ＥａまたはＥｂの電界ベクトルに対応し
て上向き３４ａまたは下向き３４ｂと向きを変えユそれ
に応じて液晶分子は、１つの安定配向３３ａかあるいは
他の安定配向３３ｂの何れか一方に配向する。

このような強誘電性を液晶光学素子として用いることの
利点は、先にも述べたが２つある。その第１は、応答速
度が極めて速いことであり、第２は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３図
によって更に説明すると、電界Ｅａを印加すると液晶分
子は１つの安定配向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、液晶分子は他の安定配向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。

このような応答速度の速さと、双安定性が有効に実現さ
れるにはセル厚が出来るだけ薄い方が好ましい。

第４図に示す表示パネル４１は、走査線Ｓ、　、Ｓ２、
Ｓ３、−−−−とデータ線Ｉ、　、Ｉ２　、Ｉ３、−−
−−との交差部で画素を形成しているマトリクス電極構
造が配線されている。この走査線とデータ線との間には
、前述した強誘電性液晶が配置されている。

第５図は、表示パネルの走査線とデータ線に印加する信
号パルス波形を表わしている。図中のＩ、はデータ線１
１に印加するデータ信号の時系列波形で、Ｓｌと８２は
それぞれ走査線Ｓ１と８２に印加する走査信号の時系列
波形である。第５図によれば、走査線Ｓ、、Ｓ２、−−
−一には書込みタイミング１．、ｔ２、−−−ｉ’（９
２Ｖｏと０２ｖ０で交番している走査選択信号が順次印
加され、非選択時の走査線には直流バイアス電圧Ｖｓが
印加されている。書込みタイミング１．．１２−−−一
で印加された走査選択信号と同期させて、データ線１．
、Ｉ２−−−−には交番するデータ信号が情報に応じて
印加される。この際、θｖｏ→■ｖ０交番電圧を黒信号
、ＯＶｏ→ｅＶｏ交番電圧を白信号に設定する。

又、第５図中の（Ｉ＋　　３２）は、第４図に示す画素
Ａに印加された電圧信号の時系列波形を表わしている。

本発明の駆動法によれば、書込みタイミングのうち、表
示状態を決定する位相となるｔ。で、画素Ａには閾値電
圧を越える０３Ｖ０のスイッチングパルスが印加されて
、画素Ａは黒の表示状態（暗状態）に書込まれる。この
黒の表示状態に書込まれた後の画素へには、書込みタイ
ミングｔ２、ｔ３、−ｍ−でデータ線に印加されたデー
タ信号と走査線の非選択走査時に印加された直流バイア
ス電圧Ｖｓとが印加されることになる。従って、非選択
走査時の画素Ａには、（Ｖｏ−Ｖｓ）と（−Ｖ、）　−
Ｖｓ）との交番波形電圧が印加される。本実施例では、
１Ｖｔｈｌ　　＞　　ｌ　　　Ｖｏ　　　Ｖｓ）　　ｌ
＞　　ｌ　　（Ｖｏ　　　Ｖｓ）　　１となる様に電圧
値が設定され、従って（Ｖ、　−Ｖｓ）のパルスが印加
された暗状態下の画素では、第１図に示す光学応答曲線
１４の様に、ｖ。パルスを印加した時に較べ透過率上昇
が小さく抑制され（ＶＯ−Ｖｓ）のパルスが印加された
明状態下の画素では、第１図に示す光学応答曲線１２の
様に、θｖ０パルスを印加した時に較べ透過率の低下を
生じる。

従って、第５図に示す画素Ａは、走査選択時１゜のうち
位相ｔ。で０３ｖｏのスイッチングパルスが印加されて
、黒（暗状態）に書込まれ、走査非選択時ｔ２、ｔ３−
−−テ、閾値電圧以下（７）　（Ｖｏ−Ｖｓ）→（−Ｖ
、）　−Ｖｓ）交番波形電圧が印加される。この画素Ａ
に（Ｖｏ−Ｖｓ）パルスが印加された時には、黒の表示
状態が第１図の光学応答曲線１４に示す様に一瞬明る（
なるが、その明る（なる度合がｖｏパルスを印加した時
と比較して十分に低く抑えられている。また、画素Ａに
０３ｖｏパルスが印加されたときに、その画素Ａが最暗
状態となる様に、９０°　クロスニコルの一方の偏光軸
と強誘電性液晶分子軸とを平行に設定されているため、
走査非選択時の画素Ａに（−Ｖｏ−Ｖｓ）パルスが印加
されても、その透過率には変動を生じない。

又、図示していないが、走査選択時ｔ１のうち位相ｔ。

で■３ｖｏのスイッチングパルスが印加されて白（明状
態）に書込まれた画素にも、前述と同様の（Ｖ　ｏ　　
Ｖｓ　）→（−Ｖｏ−Ｖｓ）交番波形電圧が印加される
ことになるが、この画素の走査非選択時に（−Ｖｏ−Ｖ
ｓ）パルスが印加されると、第１図の光学応答曲線１２
に示す様に白表示の度合が一瞬暗くなる。又、白の表示
状態では、黒の表示状態が最暗状態を採る様に偏光軸と
分子軸を配置しているに伴って、最明状態を採るため走
査非選択時に（Ｖｏ−Ｖｓ）パルスが印加されても、そ
の透過率には変動を生じない。

ところで、本発明者らの実験によれば、黒の表示画素が
一瞬明る（なる度合が小さい程、観察時のちらつきとな
って感じる度合が小さくなり、しかも白の表示画素が一
瞬暗くなる度合については、観察時のちらつきにほとん
ど影響を与えていないことが判明した。

このことから、液晶素子を駆動する電圧マージンを多少
減らしても（この場合、非選択走査線に印加したバイア
ス電圧分Ｖｓだけのマージンが減ったことになる）、前
述したバイアスＶｓを印加した駆動法は表示画面でのち
らつきが解消されているので、表示品質がはるかに良く
なることがわかった。

さらに、本発明ではＤＣアンバランスを生じているが、
このＤＣアンバランスが液晶材料に印加される悪影響は
、５ｉ０２膜、ポリイミド膜、ポリビニルアルコール膜
などの絶縁膜で、電流のパシベーションを行う方法を採
用することによって、前述の悪影響を解消することがで
きる。かかる電流のパシベーションを行なう方法として
は、例えば走査線又はデータ線として機能している透明
電極上に前述した絶縁膜を設ける方法を採用することが
できる。この際に用いる絶縁膜の膜厚は、１００人〜２
ｎｍ程度、好ましくは５００人〜５０００人の範囲とす
るのが適している。

又、本発明では、強誘電性液晶を配向させるために、前
述した絶縁膜にラビング処理などの一軸性配向処理を施
することができ、又、前述した絶縁膜上に一軸配向処理
軸を付与した配向制御膜を設けることができる。この際
に用いる配向制御膜としては、５ｉ０２膜上に設けたポ
リビニルアルコール膜やシランカップリング剤を塗布し
て形成した被膜などを用いることができる。

又、本発明の駆動法で用いる強誘電性液晶は、ネマチッ
ク相と比較してイオン伝導率が小さいため、前述したＤ
Ｃアンバランスを用いても、液晶劣化を十分に抑制する
ことができる。

本発明の別の具体例では、第６図に示すバイアス電圧θ
Ｖｓをデータ信号に重畳することによっても、画面のち
らつきを解消する事ができる。この際に用いるデータ信
号を第６図に示す。第６図に示すデータ信号波形によれ
ば、表示状態を決定する位相ｔ。

で黒の表示を与える０３ｖ０と同極性の−Ｖｓが非選択
時の画素にバイアス電圧として印加される。

第７図は、本発明の別の駆動例を表わしている。

第７図に示す駆動波形例によれば、非選択時の走査線に
時間的平均値でＶｓのバイアス電圧を生じる交流電圧を
印加した例が明らかにされている。本例では、走査選択
時にｅ３Ｖ０の黒信号が印加された画素は、非選択時に
黒信号と同極性のＱＶｓバイアス電圧を重畳に交流電圧
が印加されており、画面のちらつきを解消することがで
きる。

本発明の駆動法で用いた書込みパルス幅（１＋、１２、
−−−−）は、数μＳｅＣ〜数１００　ｍ　ｓ　ｅ　ｃ
　、好ましくはｌμＳ　ｅ　Ｃ−ｗ　ｌ　Ｏｍ　Ｓ　ｅ
　Ｃとすることができ、この際の電圧波高値Ｖ。は１ｖ
〜２０ｖ１好ましくは５ｖ〜ＩＯＶである。また、バイ
アス電圧Ｖｓとしては電圧波高値Ｖ。１１５〜１１５０
の値、好ましくは１／１０〜ｌ／２０の値に設定される
。

又、本発明の駆動例では、書込み時に■３ｖｏと０３ｖ
ｏのスイッチングパルスを採用しているが、本発明では
この電圧値に限定されることはな（、このスイッチング
パルスの波高値をＶａとした時、１Ｖａｌ　＞　１Ｖｔ
ｈＩ＞　ｌＶｏ　ｌの関係を有する値にスイッチングパ
ルス電圧を設定することができる（但し、ｖｔｈは書込
みパルス幅での強誘電性液晶の閾値電圧である）。

第８図は、本発明で用いる強誘電性液晶素子の好ましい
具体例を模式的に表わした断面図である。第８図は、第
３図に示す複数のカイラルスメクチック液晶分子で形成
した垂直層２２の法線方向から見た断面図で、第８図中
の８１は第３図に示す液晶分子３３ａ又は３３ｂの前述
の垂直層２２への写影（Ｃ−ブレフタ）を表わしており
、８２は前述の垂直層２２に対する液晶分子３３ａ又３
３ｂの先端部を表わしている。従って、第８図によれば
垂直層２２内の液晶分子は互いに実質的に平行に配向し
た状態を採り、チルト角θを最大チルト角■に近づける
ことができる。この状態をユニフォーム配回状態という
。

第８図に示すユニフォーム配向状態では、印加電圧遮断
時のメモリー状態下でも電圧印加時の高い透過率特性又
は遮光特性をそのまま維持することができる。

本発明の好ましい具体例では、強誘電性液晶が第８図に
示すユニフォーム配向状態を採る上で交流印加前処理が
有効である。この交流印加前処理より前述したチルトθ
をらせん構造でのチルト■と等しいか、あるいは同程度
の角度まで増大させることができる。この際に用いる交
流としては、電圧２０〜５００ポルト、好ましくは３０
〜１５０ボルトで周波数１０〜５００Ｈｚ、好ましくは
１０〜２００Ｈ２を用いることができ、その印加時間を
数秒〜１０分間程度で交流印加前処理を施すことができ
る。又、かかる交流印加前処理は、液晶素子を例えば映
像信号やデータ信号に応じて書込みを行う前の段階で行
なわれ、好ましくはかかる液晶素子を装置に組込み、か
かる装置を操作する時のウェイトタイムで前述の交流印
加前処理を行なうか、あるいはかかる液晶素子の製造時
でも交流印加前処理を施すことができる。

かかる交流印加前処理は、印加前のチルト角θがらせん
構造でのチルト■と同程度にまで増大させたチルト角と
することができ、しかもかかる交流印加を除去した後で
あってもその増大されたチルト角を維持することができ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、画面のちらつきを解消することができ
、このため表示品位を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は、双安定下の強誘電性液晶に
パルスを印加した時の光学応答特性を表わす説明図であ
る。第２図及び第３図は、本発明で用いた強誘電性液晶
素子を模式的に表わす斜視図である。第４図は、本発明
で用いたマトリックス電極構造の平面図である。第５図
、第６図及び第７図は、本発明の駆動法で用いた駆動波
形例を表わす説明図である。第８図は、本発明で用いた
強誘電性液晶素子の好ましい態様を表わす断面図である
。 （ａ）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）走査線とデータ線との交差部で画素を形成したマ
   トリクス電極構造と、光学変調物質とを有する光学変調
   素子の駆動法において、非選択走査線上の画素に交番波
   形電圧を印加し、該交番波形電圧の時間的平均値におけ
   る極性を、選択走査線上の画素を暗状態とする信号と同
   一極性とすることを特徴とする光学変調素子の駆動法。
2. （２）前記非選択時の走査線にバイアス電圧を印加する
   特許請求の範囲第１項記載の駆動法。
3. （３）前記バイアス電圧が直流バイアス電圧である特許
   請求の範囲第２項記載の駆動法。
4. （４）前記バイアス電圧が交流バイアス電圧である特許
   請求の範囲第２項記載の駆動法。
5. （５）前記データ線にバイアス電圧を印加する特許請求
   の範囲第１項記載の駆動法。
6. （６）書込み期間内の表示状態決定位相で、前記走査線
   とデータ線にバイアス電圧を印加する特許請求の範囲第
   １項記載の駆動法。
7. （７）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。
8. （８）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７項記載の駆動法。
9. （９）前記カイラルスメクチック液晶の膜厚がらせん構
   造を解消するに十分に薄い膜厚に設定されている特許請
   求の範囲第８項記載の駆動法。