JPS6228717A - 液晶表示装置の駆動方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、キラル・スメクチックＣ相液晶等の強誘電性
を示す液晶を用いる強誘電性液晶表示装置の駆動方法に
関するものである。

〈発明の背景〉 現在、最も広く用いられている液晶表示装置の動作モー
ドは、ツィステッド・ネマチック電界効果型であるが、
応答時間が１０ｍＳ　（ミリ秒）以上と遅いことが短所
である。最近、その欠点を克服するための動作モードの
一つとして、強誘電性を示すキラル・スメクチックＣ相
液晶を利用した光スイツチング素子（５ｕｒｆａｃｅ　
−５ｔａｂｉｌｉｚｅｄＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　
Ｌｉｑｕｉｄ　−Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ：以
下５ＳＦ−ＬＣＤと略ｔ）が、Ｎ、Ａ、　Ｃ１ａｒｋと
Ｓ、Ｔ。

Ｌａｇｅｒｗａｌｌによって、Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、
　Ｌｅｆｆ、。

３６．８９９（１９８０）に公表された。５ＳＦ−ＬＣ
Ｄは、薄い液晶セル内においては、印加電界の極性と液
晶の自発分極との相互作用によって、これら液晶の配向
方向のセル面内方位角が制御できることに基づくもので
ある。

この動作モードの原理を簡単に第３図及び第４図ととも
に説明する。第３図（Ａ）は電界印加時の５ＳＦ−ＬＣ
Ｄセルの断面を示したもので１はガラス基板、２は透明
電極、３は液晶分子、４は偏光子、５は検光子、６は外
部光である。セル内部の電界は図中の上から下に向って
いる。この電界に対して、液晶分子３の双極子モーメン
トは矢印のように配列する。第３図（Ｉ３）はこの状態
の分子配向をセル面に垂直な方向から見た図であるが、
液晶分子３はその配列格子面の垂線から角度θだけ傾い
ている。このセルを第３図ＩＢ）に記した角度配置でク
ロスニコル中に配置すると光は遮断され、暗状態を表示
する。

次に、印加電界の極性を反航ニすると第４図（Ａｌに示
したように液晶分子はその双極子モーメントを反転させ
、同時に第４図（１３）に示したようにセル面内での方
位角を変えて一〇だけ傾く。この状態では、液晶層を通
過した光は、正常光と異常光との間に位相差が生じるた
め、直線偏光は楕円偏光となり検光子５を通過する光成
分が生じ、明状態を表示する。

このように５ＳＦ−ＬＣＤの表示状態は、液晶層の光軸
とクロスニフルの配置の角度関係及び印加電界の極性の
２つの要素により決定される。以下の説明では明状態を
表示する電界極性を正とする。

５ＳＦ−ＬＣＤは、メモリ効果を示す。すなわち、第５
図に示したように、正と負のパルス状の電界によって明
暗状態はスイッチングした後に電圧をＯｖにしても、そ
れぞれの明暗状態がそのまま保持される。これをメモリ
効果と称す。

５ＳＦ−ＬＣＤの応答時間では、前述の文献によれば τにη／ＰＳＩＩＥ　　・・・・・・・・・・・・・・
・　（１１（ここ゛にηとＰｓはそれぞれ液晶材料の粘
度と自発分極を表わし、Ｅは電界強度を表す。）という
式で表わされている。印加電界と応答時間はあらゆる電
界強度（Ｅ）ｌこわたって常に式（１）の関係に従って
いる訳ではないが、低い電圧でも長時間印加すれば表示
状態が変化する可能性がある点には注意を要する。

本発明の駆動方法が適用される動作モードは、上に述べ
たように液晶分子配向のセル面内での方位角が印加電界
の極性（こよって制御することができ、またそれがメモ
リー効果を有するものであれば良く、表示を行なうため
の光学的現象を特定するものではない。表示セルは透過
型の構成のみ１よらず反射型の構成でも同様に適用され
る。また、強誘電性液晶に二色性色素を溶解したゲスト
ホスト液晶を用いて、吸光係数が入射光の偏光角度によ
って異なるという現象を利用するものであってもよい。

従来公知の大容量表示５ＳＦ−ＬＣＤのマルチプレック
ス駆動波形は、原理的に第５図へ）に示したような正負
が対称となる交流波形を基本としている。前述したよう
に本来５ＳＦ−ＬＣＤにおいては正または負の電圧印加
によってスイッチングされ、その後はメモリー効果の利
用により表示状態が保持される。しかし、マトリクス状
の電極構成のＳ　Ｓ　Ｆ−ＬＣＤを正または負の直流パ
ルスでマルチプレックス駆動しようとすると非選択絵素
にも不可避的に直流バイアスが印加されるため、既に書
き込んだ表示状態が乱され失なわれる。そこで、第５図
（Ａｌに示したように、正のパルスｔ３２と負のパルス
ｔ３５それぞれの直前に負の補償パルス’３１と正の補
償パルスｔ３４を付加することとし、直流成分の無い交
流波形で表示状態をスイッチングすればバイアス波形も
交流になる。その具体的ｆｓ例を第６図に示す。

第６図ｔＡ＋は走査電極の電圧波形Ｖｘ　、同の）は信
号電極の電圧波形ｖＹ　　、同ＦＣ）は絵素の液晶に印
加される電圧波形ＶＸＶＹ、同（Ｄｉは透過光強度の変
化である。各電極へ供給する電圧のレベルはａ≧３とし
たｌ　／　ａバイアス法に従うレベル１こ設定されてい
る。また、ｔ４１の期間とｔ４゜の期間は波形の位相１
８０°異なっており、これによって、消去と書込みを選
別する。このような交流の駆動波形によって、表示内容
を乱さないバイアス波形が得られ、５ＳＦ−ＬＣＤのメ
モリー効果を大容量表示に利用することが慨ね可能とな
る。

しかしながら、この完全な正負対称の交流駆動波形では
、実用に耐え得る品位の表示はできないのが現状である
。すなわち、駆動波形の諸パラメータ（ピーク電圧、バ
イアス電圧、パルス幅）を最適化しても、なお動作マー
ジンが狭いため（こ、１回の走査では書き込みが不充分
な部分が残る等の現象で見られた。

〈発明の目的〉 本発明は５ＳＦ−ＬＣＤの駆動において、液晶層に電圧
を印加する絵素電極間１こ発生する駆動波形が交流電圧
に一定の直流電圧ｖｏｓ　（ｖｏｓ＼０）の重畳された
波形となるような駆動電圧を電極に供給することにより
、動作マージンの拡大、メモリー特性の改善、書込み時
間の短縮等を図った新規な駆動方法を提供することを目
的とする。

〈発明の原理、と作用〉 本発明は５ＳＦ−ＬＣＤが明→暗、暗→明とスイッチン
グする過程が従来考えられていたような正負対称なもの
ではなく、ＬＣＤ内部に直流バイアスが存在するという
新たな事実を実験結果として見い出したことに基いて創
作されたものである。

以下この新事実とその駆動法への利用について説明する
。

まず、スイッチング過程とメモリー状態を透過光強度の
変化で観察するにあたって、５ＳＦ−ＬＣＤの分子の動
きに伴なう光軸の変化の対称性が、透過光強度の変化に
偏りなく反映されるように第１図（Ａ＋に示した角度配
置で５ＳＦ−ＬＣＤセルをクロスニコル中に配置した。

すなわち、スメクチック相の層法線ｊが偏光子の偏光軸
Ｆとω−２２，５゜の角度を為すようにセルを配置する
。検光子の偏光軸Ｘは偏光子の偏光軸ｆと直交している
。また明状態での液晶のディレクタ０と暗状態での液晶
ｕ のディレクタ０はスメクチックＣ相での分子のチＤ ルト角θだ゛けヲから逆向きにねじれている。このよう
に構成すれば明→暗、暗→明のスイッチング過程で分子
の動きが層法線７について対称である限り、それに伴な
う透過光量の変化も対称となり、分子の動きの対称性を
光学的測定に反映できる。

このような測定システムで種々の配向処理を施して作製
した５ＳＦ−ＬＣＤ試料について、メモリー効果の対称
性を調べたところ程度の差はあれ全ての試料についてメ
モリ効果が非対称であった。代表的な例を第１図０３１
に示す。このような現象は５ＳＦ−ＬＣＤの表示特性と
して好ましいものではなく、極端な場合には、双安定と
はならずに、片方の状態のみが安定な単安定となってし
まい、マルチプレックス駆動で表示が不可能となる。

そこで、発明者は、対称で双安定なメモリ効果が得られ
るように検討を重ねた結果、液晶に印加する交流波形に
直流オフセット電圧を重畳すれば対称な特性と安定なメ
モリー効果が得られることを見い出した。第１図［Ｃ１
にオフセット電圧ＶＯ５（Ｖｏｓ＼ＱＶ）を適切に設定
して得られたメモリー効果を示す。

このように、直流オフセット電圧を考慮してはじめて対
称性のよい特性になることは、応答時間。

分極反転電流、Ｄ−Ｅヒステリシスについても見られた
。これらのことから、５ＳＦ−ＬＣＤ内部には内部バイ
アス電界Ｅｉｂなる電界があって、外部からＥｌｂを打
消すだけのＶＯ３を含む電圧を印加して初めて液晶分子
が対称な動きを示すと思われる。

セラミック系強誘電体では内部バイアスの存在は既に知
られているが、強誘電性液晶についてはＥｌｂが存在す
ることはこれまでに報告が無い。

５ＳＦ−ＬＣＤにおける内部バイアスの原因は未だ特定
できないが、液晶の分子配向方向に何らかの原因で偏り
が生じているためであることは確実である。従って、２
枚のガラス基板に性質の異る配向膜処理を施した場合に
は双極子モーメントの配向に偏りが生じ、これによって
内部バイアスの生ずることが予想される。しかし、実際
には側基板の双方に全く同じ配向膜を設けて作製した５
ＳＦ−ＬＣＤにおいても、内部バイアスＥｉｂが零でな
い値を示すことが判明した。

このような内部バイアスを持った５ＳＦ−ＬＣＤをマル
チプレックス駆動するにあたって内部バイアスを考慮し
ていない正負対称の交流駆動波形を用いると次のような
不都合が生ずる。第１にメモリー状態が安定に保持でき
ない。これは第１図０３１に示した現象である。第２に
、次に説明するように動作マージンが減少する。尚、簡
単のために１　／　ａバイアス法の波形を用いて説明す
るが、書込み・消去用パルスと補償用パルスの組合せで
交流化した駆動波形であれば、本質的には同じである。

第２図は、Ｅｉｂ＞Ｏの場合のＳＳＩ”−ＬＣＤのスイ
ッチング特性とそれを駆動するために必要なパルスの波
高値の関係を示したものである。第２図（Ａ＋は、縦軸
にメモリー状態での透過光強度、横軸に双極性パルスの
波高値をとっている。２本の曲線はそれぞれ明状態から
暗状態および暗状態から明状態へのスイッチングを表わ
している。今、Ｅｌｂが零でないのでそれぞれの曲線の
閾電圧と飽和電圧は、第２図（Ａ＋の横軸に書き入れで
あるように、各電圧の対称な部分ｖ１．ｖ２　と非対称
な成分Ｅｉｂを用いて表わせる。第２図β）と第２図Ｆ
Ｃ＋は、それぞれこのような特性の５ＳＦ−ＬＣＤをオ
フセット電圧なしでマルチプレックス駆動する際の選択
電圧波形（波高値±Ｖ５）および半選択電圧波形（波高
値±Ｖｎ５）である。ここで、±Ｖ、は明暗状態をスイ
ッチングできるように ｖ８≧Ｖｌ＋Ｅｉｂか−）−Ｖ５≦−Ｖｌ＋Ｅｉｂを満
たしている。また、±Ｖｒｌｓは明暗状態を変化させな
いように Ｖｎｓ≦ｖ２＋Ｅｉｂかつ−”ｎｓ≧−Ｖ２＋Ｅｉｂを
満たしている。

ここで、この駆動波形のマージンｖＭを見積っテミル。

今、Ｅ１ｂ＼０である場合を考えているので、印加電圧
の余裕は正の電圧領域と負の領域とで対称ではない。こ
のような場合マージンとしては、正と負の領域でのマー
ジンの共通部分が真のマージンとなる。従って、ｖ５　
　については第２図（Ｃ）に示したようにｖ５−　（ｖ
、＋Ｅ、５）だけの余裕があり、■ｎ５については第２
図ＦＣ＋に示したように−Ｖｎ、　−（−Ｖ２　＋ＥＨ
，）だけの余裕がある。

マージンｖＭはこれらの余裕の和と考えて、ＶＭ＝［Ｖ
ｓ（Ｖ、＋ＥＨ，））＋４　”ｎｓ　　（Ｖ２＋Ｅ１ｂ
））＝（Ｖ、　−Ｖ、、　）−（Ｖ、　−ｖ２　）−Ｚ
ＥＨ。

を得る。つまり、内部バイアスＥｉｂの存在によって動
作マージンが２Ｅｉｂだけ狭くなっていることがわかる
。

発明者らは、以上のような知見と考察に基づき、内部バ
イアスを相殺するような大きさと極性の直流オフセット
電圧ＶＯ９を駆動波形に重畳することにより、メモリー
の保持とマージンの拡大を計った。その結果、後述する
実施例１，２に示す如く、２枚の基板の配向膜が同種で
ある５ＳＦ−ＬＣＤのみならず、メモリー効果の無かっ
た異種配向膜の５ＳＦ−ＬＣＤも、良好にマルチプレッ
クス駆動することができた。

本発明の駆動法は、スタティック駆動においても有効で
ある。５ＳＦ−ＬＣＤを矩形波でスイッチングした場合
、明から暗への応答速度と暗から明への反応速度は一般
ｆこ異なっている。この相違もまた、内部バイアスに起
因するものと考えられ、実際、後述する実施例３，４に
示す如く、ＶＯ５を適切に選ぶことにより、２つの応答
速度を等しくすることができる。５ＳＦ−ＬＣＤを光シ
ャッタ等に応用する場合、遅い方の反応速度に合せてシ
ステムを設計しなければならないので、２つの応答速度
を等しくすれば、５ＳＦ−ＬＣＤの高速応答性を無駄な
く発揮させることができる。

以上述べたように、本発明の原理は５ＳＦ−ＬＣＤの応
答速度、メモリー効果、スイッチング特性などに見られ
る非対称な特性が、その内部バイアスに起因するもので
あることを見出し、その内部バイアスを駆動電圧の直流
オフセットで相殺することである。従って、直流オフセ
ット電圧を含んだ駆動波形を用いた５ＳＦ−ＬＣＤの駆
動法は本発明に適用可能である。

〈発明の効果〉 以上詳述した如く、２枚の基板の配向膜の種類が同じで
あっても５ＳＦ−ＬＣＤの内部バイアスＥ１ｂは一般ｌ
こゼロではないので、本発明の駆動法が良好な表示を行
なう上で有効となる。さらに、２枚の基板の配向膜とし
て、異る極性の材料を用いて、無電界時の表示状態を明
または暗のいずれかに固定する方法が知られているが、
この方法は必然的に双安定なメモリー効果がないために
マルチプレックス駆動には適さないとされてきた。しか
し、このような片安定な５ＳＦ−ＬＣＤも、本発明に係
る駆動法によれば、メモリー効果を生がしたマルチプレ
ックス駆動を行うことができる。従って本発明は、５Ｓ
Ｆ−ＬＣＤによる大容量表示装置の実用化に不可欠の技
術である。

〈実施例１，２〉 マトリクス状に交叉するように、１対のパターン化され
たＩＴＯ透明導電膜付きガラス基板を対向配置し、該ガ
ラス基板上に、表１に示した配向膜を形成した。ポリビ
ニルアルコール（ＰＶＡ）の膜にはラビングを施した。

それぞれ基板間間隙が２μｍとなるように貼合せた後、
キシルスメクチックＣ相を示す液晶を封入し、ホモジニ
アス配向させて、マトリクス型５ＳＦ−ＬＣＤを作製し
たそれぞれのセルを１／６バイアス法の交流波形で駆動
試験し、メモリー効果と表示が可能となるピーク電圧の
範囲を求めた。次にオフセット電圧ＶＯ５を調節して、
スイッチング特性とメモリー効果が対称となるＶＯ５を
求め、そのＶＯ８を重畳したマルチプレックス駆動波形
を用いた時に表示可能となるピーク電圧の範囲を求めた
。表１にまとめたように、これらの結果から、オフセッ
ト電圧ＶＯ５を適切に選定することによりメモリー状態
の安定化、駆動電圧の余裕の拡大ができ、さらに、従来
、マルチプレックスには適さなかった実施例２のような
片メモリーのセルにも双安定なメモリー効果を賦与でき
ることがわかる。

〈実施例３，４〉 上記実施例１，２で作製した５ＳＦ−ＬＣＤに１００Ｈ
ｚ、±ＩＯＶの矩形波を印加し、応答時間を測定した。

応答時間の定義は、印加電圧の極性を切り換えた時点か
ら、光強度変化の５０％の光強度になるまでの時間で定
義し、明から暗および暗から明への応答時間を、それぞ
れ、τ４とτ。

とした。表２に、それぞれの５ＳＦ−ＬＣＤについて、
ｖｏｓ＝０■の場合と、τｄ＝τ、となるようにＶＯ５
を設定した場合の応答時間を示す。

表２

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の基本原理と構成を説明する
説明図である。 第３図及び第４図は５ＳＦ−ＬＣＤの動作モードを説明
する説明図である。 第５図は５ＳＦ−ＬＣＤの明暗状態のスイッチング動作
を説明する説明図である。 第６図は正負対称の交流波形を用いた５ＳＦ−ＬＣＤの
駆動法を説明するパルス波形図である。 ■・・・ガラス基板、２・・・透明電極、３・・・液晶
分子、４・・・偏光子、５・・・検光子、６・・・外部
光。 夜理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、強誘電性を示す液晶を封入し、１対の電極間でホモ
   ジニアス配向させた液晶表示装置の駆動方法において、
   前記１対の電極間に印加する駆動電圧を交流電圧に一定
   の直流電圧を重畳したパルス波形電圧で構成したことを
   特徴とする液晶表示装置の駆動方法。 ２、１対の電極をマトリックス状に配置した電極で構成
   した特許請求の範囲第１項記載の液晶表示装置の駆動方
   法。