JPS62278538A

JPS62278538A - 液晶素子の駆動方法

Info

Publication number: JPS62278538A
Application number: JP12157686A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ichinose; 秀男一ノ瀬; Shohei Naemura; 省平苗村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1986-05-26
Filing date: 1986-05-26
Publication date: 1987-12-03

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】発明の詳細な説明（産業上の利用分野）本発明は、電子写真方式のプリンタ用ヘッドやディスプ
レイ等に用いられる液晶素子の駆動方法に関する。

（従来の技術）液晶素子は従来、直視型の表示素子として精力的に研究
開発が行われ、現在では広く用いられている。一方で液
晶を用いた光変調素子も利用されている。例えば、感光
体への照射光を光変調素子を用いて強度変調し、この結
果得られる感光体上の潜像をトナーを用いて普通紙上に
現像する方式のプリンターが知られている。プリンター
の光源や光変調素子および結像光学系等を含めた部分は
プリンターヘッドと呼ばれている。プリンターヘッドに
用いられる液晶光変調素子は液晶光シャッターとして機
能する。この他にも液晶光変調素子は光学論理素子等に
広く応用されるが、いずれも入射光強度を空間的に変調
する機能を用いるものであり、以下では液晶光変調素子
をプリンターヘッドに用いる場合を例に挙げて説明する
。

近年、プリンターに対しては高速・高解像度・低価格・
低騒音・コンパクトさ等の要求が高まりつつあり、それ
に答えてレーザビームプリンター等のノンインパクトプ
リンターが広く使われつつある。このような状況におい
て液晶シャッターアレイを用いた液晶プリンターは特に
その低価格性の故に大きな需要が見込まれ、活発に開発
が進められている。従来、液晶はその応答速度がせいぜ
い数ミリ秒であり、これではＡ４版で１分間に数枚程度
しかプリントできず、実用とはほど遠いものであった。

近年、応答速度が速い液晶として強誘電性液晶が開発さ
れ、高速化が図られている。ここで強誘電性液晶の動作
について説明する。強誘電性液晶の高速応答動作はノー
エル・ニー・クラーク（Ｎｏｅｌ　Ａ。

Ｃ１ａｒｋ）とスベン・チー・ラゲルバル（Ｓｖｅｎ　
Ｔ、　Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）によって確認された（アプ
ライド・フィツクス・レターズ（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ
、　Ｌｅｔｔ、　３６（１９８０）８９９）。すなわち
、強誘電性を示すカイラルスメクチック液晶は第７図に
示すように自発分極１２１をもった液晶分子１２２が層
構造をとると同時にら線構造を形成している。このまま
では自発分極１２１はらせん軸１２３のまわりに均一に
分布して打消しあっているが、このような液晶を、その
らせん軸と平行な２枚の基板で挾み、がつその間隔、す
なわち液晶の厚さを少なくともらせん構造のピッチ長以
下に薄くする午、液晶分子は自発分極１２１が基板に対
して垂直となるような２つの配向状態のいずれかに強制
的に配向させられる。°第８図はその様子を示す図であ
り領域Ａは自発分極１２１が下側の基板１３１に向いた
状態、領域８は自発分極１２１が上側の基板１３２に向
いた状態である。

第９図は、基板の上面からみた図であり、領域Ａと領域
Ｂとでは１４１，１４２で示すように液晶分子が異なる
配向状態をとっている。例えば、このような状態を２枚
の互いに偏光方向が直交する偏光板で挾み、かつ１枚の
偏光板の偏光方向１４３を液晶分子１４２の方向に一致
させて観察すると、領域Ａは暗くみえ、領域Ｂは明るく
みえる。このように、強誘電性を示すカイラルスメクチ
ック液晶を間隙の狭い２枚の基板で挾むと、液晶分子は
光学的に識別される２つの配向状態のいずれかをとるよ
うになる。しかも、強誘電性液晶はその自発分極が外部
電界に直接的に応答して配向する。従って外部から基板
と直交する方向の直流電界を印加して、その向きを反転
すると、それに応じて自発分極の向きが反転する。すな
わち、第９図の領域Ａと領域Ｂとが電気的にスイッチン
グされる訳で、これは２枚の基板の内面に透明電極の類
を形成しておくことによって容易に実現できる。さらに
、この電気的スイッチング現象が自発分極と外部電界と
の直接的な応答によるものであるために、極めて高速で
あり、前述の論文によるとマイクロ秒台の応答速度が確
認されている。

また、電圧を除去した後も、電圧印加時の配向状態が、
保持されるという特性が、強誘電性液晶にはある。これ
は通常双安定性と呼ばれる。強誘電性液晶の駆動方法は
この双安定性を利用した時分割駆動が有利であり、種々
の提案がなされている。

例えば、液晶印加電圧と応答時間との間にはある電圧を
境にして、それ以下では応答時間は電圧の逆数の２乗に
比例しているのに対し、それ以上では電圧の逆数に比例
するという関係があることに注目し、駆動電圧として適
切な電圧を選びその場合の応答に必要な最小時間をパル
ス幅として、パルス状の電圧を液晶に印加して、駆動さ
せる。より具体的には１つの走査時間を書き込み走査と
、消去走査に分け、選択時には書き込み走査と、消去走
査では逆極性の駆動電圧が印加されるようにする。一方
非選択時には、５Ｖの交流電界を印加する方法に提案さ
れている。

また、第６図に示すような方法も提案されている。これ
は、印加波形の電圧による応答時間の違いを利用したも
のである。つまり印加電圧が低い場合にはパルス幅の時
間内では液晶が十分に応答せず、スイッチングは起らな
い。この性質を利用して第６図に示す走査信号、選択信
号により第６図の口で図んだ波形の電圧を液晶に印加す
る。すなわち、走査時において選択時には電圧の高いパ
ルスを印加し、非選択時にはスイッチングが起こらない
ような電圧の低いパルスを印加する。一方、非走査時に
は、パルスの後半に走査時よりもパルス幅が短く、電圧
の低いパルスを印加して液晶を駆動する方法が提案され
ている。

（発明が解決しようとする問題点）強誘電性液晶を時分割で駆動する場合、駆動させていな
い（走査信号が印加されていない）液晶部分に逆極性の
電界が印加され、選択した状態が保持出来ず、完全な双
安定性が実現出来な（なってしまう。特に、高デユーテ
イの時分割駆動を行おうとする逆極性電界印加の影響が
顕著になり、コントラストの低下をまねき、強誘電性液
晶の利点を十分生かしきれなくなる。

本発明の目的は、上記の欠点を除去して簡単で安価な回
路構成で駆動可能な液晶素子の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具体的手段）本発明は、強誘
電性液晶を用いた液晶素子の駆動方法において、走査時
の選択画素には、第１の時間ｔ１には絶対値が強誘電性
液晶が第１の状態をとる閾値電圧７１以上の電圧ｖ１を
印加、あるいは実効値の絶対値が７１以上のパルス列を
印加し、第２の時間ｔ２には絶対値が強誘電性液晶が第
２の状態をとる閾値電圧Ｖ２以上の電圧ｖ２を前記ｖ１
とは逆の極性にして印加、あるいは実効値の絶対値が７
２以上のパルス列を印加し、走査時の非選択画素には時
間ｔ１に絶対値が７１以上の電圧ｖ１を印加し、時間ｔ
２には絶対値がｖ２より小さい電圧ｖ３を直流的又はｔ
２よりも短いパルス幅のパルス列として印加し、非走査
時の画素には選択、非選択を問わず両閾値電圧Ｖ１、Ｖ
２よりも小さい電圧でパルス幅がｔｌおよびｔ２より短
い高周波のパルス列を印加する構成とした。

（作用）基板上に高分子を塗布したり、ラビング処理、斜方蒸着
等の適切な配向処理を行った２枚の電極基板により形成
された液晶素子中の強誘電性液晶は、第９図に示したよ
うに印加した電圧の極性により２つの状態をとる。強誘
電性液晶ではその状態は電圧除去後も保持され、いわゆ
る双安定性動作を行う。この双安定状態を得るためには
、ある時間である値以上の電圧を印加しなければならず
、閾値電圧が存在する。第９図Ａの状態を得るための閾
値電圧をｖｌ、　Ｂの状態を得るためのそれをｖ２とす
ると、液晶素子においてＡまたはＢの状態を得るために
は、それぞれ絶対値がｖｌ、７２以上の電圧を液晶に印
加しなければならない。

一般に液晶素子を時分割駆動法で駆動しようとする場合
、従来、非走査時には走査時の選択画素に印加された電
圧と逆極性の電圧が印加される。

これは、双安定動作には、悪影響を与え、選択した状態
が保持されなくなり、光の透過率に変化をきたす。この
悪影響は逆極勢の電圧値及び印加される時間に大きく依
存する。電圧値が大きいほど、印加時間が長いほど悪影
響が現わ−れる。今、走査時の選択画素の状態を第９図
のＢの状態とすると、非走査時にはＶ２と反対極性の電
圧Ｖが印加される場合があるが、この電圧Ｖが印加され
る時間が短ければ、液晶素子の応答時間が、印加時間よ
りずっと長くなるため、電圧印加に対して、液晶素子が
十分応答出来ず反対極性の電圧が印加されてもＢの状態
が保持される。

本発明では、第２図に示すような液晶素子の駆動方法に
おいて、走査時には、第１図にその一例を示すように、
ｔｌの時間に絶対値がｖｌより大きいＶｌｌを印、加し
て強誘電性液晶をＡの状態にする。次のｔ２の時間にＢ
の状態を選択する場合は絶対値がｖ２より大きいＶ２２
をＶＵとは逆の極性にして印加し、選択しない場合は絶
対値がｖ２より小さなり３を印加する。ノさらに、非走
査時の場合は選択、非選択を問わず絶対値がｖｌ、ｖ２
よりも小さい電圧の高周波のパルス列を印加する事によ
り、走査時のＡまたはＢの状態を非走査時も保持出来て
、双安定動作が実現出来る。このような駆動方法を電子
写真方式のプリンターヘッドとして用いれば、非走査時
も走査時の状態を保持しているために、もし走査時が光
を透過する状態に選べば、非走査時にも感光体は感光さ
れている。従って、画素の選択時間ｔ２を短くしても十
分な感光が行われ、時分割駆動をする場合、一つのフレ
ーム周期で、多くの画素を駆動することが可能になり、
デユーティ−比が上がり、駆動のための回路数も少なく
てすくようになる。

尚、走査時で非選択の場合の印加電圧波形は第１図Ａに
示した以外に第１図Ｂ、Ｃ，Ｄのようなものでも原理的
には同じである。又非走査時の印加電圧波形のパルス列
も第１図Ａ以外に第１図Ｅに示したようなものでもよい
。要はパルス列の電圧の平均値をとると０になるように
パルス列を選んであればよい。

また、走査時の選択画素に印加する電圧がパルス列、あ
るいはｔ入時間（ｔＡ　＜　ｔｘ）だけ電圧を印加する
のでもよい。但しこれらの場合は実効値（又は平均値）
が基準を満すようにする必要がある。

以下、本発明の実施例を挙げて、詳細に説明する。

（実施例１）第２図は本発明の駆動方法を用いて駆動する液晶素子の
図で、Ａ−Ａ’　の位置での断面図が第３図になってい
る。配向膜１９としてポリイミドを塗布した電極基板を
ラビングし、スペーサー１８を介して２ｐｍの間隔で基
板１１．２０を接着し、液晶材１３としてチッソ社Ｃ８
−１０１３を充填しである。走査電極１５は１ｍｍあた
り１６本形成されていて、１ノ４デユーティ−の時分割
駆動で駆動するため、選択電極１４は１本で４本の走査
電極と対向する形状になっている。さらに、素子は２枚
の偏光板１２で挾まれている。

この素子に第４図に示す信号の様な電圧波形でＶｏ＝１
０とした波形を走査電極駆動回路１７、および信号電極
駆動回路１６で発生し、走査電極１５、信号電極１４に
印加して駆動した。すると液晶には走査時の選択画素に
は一３０Ｖ、３０Ｖでパルス幅ｔｌ＝ｔ２＝６２゜５１
１８の矩形波が、走査時の非選択画素には一３０■。

１０Ｖでパルス幅ｔｌ＝ｔ２＝６２．５￥１５の矩形波
が、非走査時の選択画素にはｔｌの時間に０．−２０Ｖ
のパルス列が、ｔ２の時間に０，２０Ｖのパルス列が、
非走査時の非選択画素には０．−２０Ｖのパルス列が印
加される（第４図の口で図まれな部分の波形である）。

液晶素子は３０Ｖが印加された場合に、光を透過させる
状態になるように偏光板の角度を選ぶと、非走査時にも
光を透過させる状態が保持されており、良好な双安定性
動作が得られた。

この素子をプリンターヘッドに用いた周知の構成の電子
写真方式のプリンターを構成すると、良好な双安定動作
を行う素子なので、非走査時にも感光体が感光されて、
コントラストの良い鮮明な印刷が毎分１２枚可能である
。本発明の液晶素子は１／４デユーティ一時分割駆動な
ので、回路数も少なくてすみ、低価格のプリンターが実
現される。

（実施例２）実施例１と同じ素子構成して第５図に示す様な電圧波形
でＶｏ＝１０とした波形を走査電極、信号電極に印加し
て駆動した。この駆動波形は、実施例１と比較すると、
信号電極１４、走査電極１５に印加される信号波形は違
うが、液晶に印加される波形（第５図口で図まれだ波形
）は第１の実施例と全く等しくなり、実施例１と同様に
安定な双安定性動作を行うことが確認できた。

（実施例３）第２図に示した液晶素子と同様な素子構成で、１／３２
デユーティ一時分割駆動用の液晶素子（１つの信号電極
に対し、１６個の走査電極が対向する）を作製し実施例
１の駆動波形を高周波にした電圧波形を用いて１１３２
デユーティ−で動作させると良好な双安定動作が得られ
る。具体的に述べると、走査電極１５、信号電極１４に
印加されるパルス幅を６．２５ｐｓにすると、（ただし
、非走査時は６２．５μｓ）液晶にも非走査時には同じ
パルス幅の電圧波形が印加され、デユーティ−比を１１
３２にしても、非走査時の光透過率のレベルは走査時の
レベルを保持しており、コントラミドの低下を生じない
。

比較のために従来知られている第６図に示す駆動波形を
用いて、１１３２デユーティ一時分割駆動を行った。具
体的には、液晶には、走査時の選択画素にバーｖ６６＝
−３０Ｖ、Ｖ４４＝３０Ｖでパルス幅６２．５ｐｓの矩
形波を非選択画素には−ｖ６６　＝　−３０Ｖ、Ｖ５５
　：　２０Ｖでパルス幅６２−５ｐｓの矩形波を、また
非走査時の選択画素にはｔ２に相当する時間（Ｖ４４−
　Ｖ５５）＝＝　ＩＯＶ、６２．５ｐｓのパルス列を、
非選択画素にはｔ２に相当する時間（Ｖ５５−Ｖ４４）
＝−１０Ｖ、６．２５ｐｓノパルス列を印加して時分割
駆動を行った。すなわち、ｔｌに相当する時間には、マ
イナス極性の高周波パルスの代りに電圧を０とする方法
である。このような従来の駆動方法では、コントラスト
の低下がみられる。これは、電圧Ｏにおいては非選択画
素（第７図Ａの配向領域）の透過光レベルがＶ２２印加
時のレベルに比べてわずかながらも上昇するためである
。

このようにして、非走査時に高周波のパルス列が印加さ
せるようにして、０を含む一定の電圧が印加される時間
が長時間続かないようにした本発明の駆動方法では、双
安定動作が改善されることが確認される。

なお、非走査時の高周波パルス列は印加電圧が自発分極
に作用して液晶分子配向を変化させることがないように
するためのものであり、従来知られている様な液晶の誘
電異方性との作用によって液晶分子を配向させるもので
はないので、本発明の駆動方法が液晶の誘電異方性の正
負にかかわらず有効であることは言うまでもない。

（発明の効果）以上述べたように、本発明によれば良好な双安定動作で
、高デユーティ−の時分割駆動が行える。更に、回路数
が少なくなり、駆動回路の安価な液晶素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の駆動方法の印加電圧波形を示す図、第
２図は本発明の方法を適用した装置を示す部分破断斜視
図（回路１６．１７はブロック図で表わしである）、第
３図は第１図の線Ａ−Ａ’　　を通り偏光板１２の上面
に垂直な面における第２図の断面図であり、第２図及び
第３図において１１．２０は対向基板、１２は偏光板、
１３は強誘電性液晶、１４は信号電極、１５は走査電極
、１６は信号電極駆動回路、１７は走査電極駆動回路、
１８はスペーサ、１９は配向膜である。第４図、第５図
、第６図は実施例の液晶素子駆動波形を示す図、第７図
は強誘電性液晶分子のらせん配列状態を示す模式図であ
る。第８図および第９図は２枚の基板間の強誘電性液晶
分子の配向状態を模式的に示す側面図および平面図であ
り、これらの図において１２１は自発分極、１２２，１
４１，１４２は液晶分子、１２３はらせん軸、１３１，
１３２は基板である。゛ノ踵、５・：＼−〜第１図第１図 ■２−−−−−−−−−−−−−−− Ｖ２−−−−−−−−−−−−−−− Ｖ２−−−−−−−−−−−−−−−−Ｖ２−−−−−
−ｍ−−−−−−−− Ｖ、−−−−−−一−−−−−−−− 第２図走査電極第３図スペーサー１３液晶材第７図第８図基板第９図

Claims

【特許請求の範囲】

強誘電性液晶を用いた液晶素子の駆動方法において走査
時の選択画素には、第１の時間ｔ＿１には絶対値が強誘
電性液晶が第１の状態をとる閾値電圧Ｖ＿１以上の電圧
ｖ＿１を印加、あるいは実効値の絶対値がＶ＿１以上の
パルス列を印加し、第２の時間ｔ＿２には絶対値が強誘
電性液晶が第２の状態をとる閾値電圧Ｖ＿２以上の電圧
ｖ＿２を前記ｖ＿１とは逆の極性にして印加、あるいは
実効値の絶対値がＶ＿２以上のパルス列を印加し、走査
時の非選択画素には時間ｔ＿１に絶対値がＶ＿１以上の
電圧ｖ＿１を印加し、時間ｔ＿２には絶対値がＶ＿２よ
り小さい電圧ｖ＿３を直流的又はｔ＿２よりも短いパル
ス幅のパルス列として印加し、非走査時の画素には選択
、非選択を問わず両閾値電圧Ｖ＿１、Ｖ＿２よりも小さ
い電圧でパルス幅がｔ＿１およびｔ＿２より短い高周波
パルス列を印加することを特徴とする液晶素子の駆動方
法。