JPS6249607B2 - - Google Patents
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Landscapes
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光学変調素子の駆動方法に係り、詳
しくは表示素子や光シヤツターアレイ等の光学変
調素子の時分割駆動方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for driving an optical modulation element, and more particularly to a method for time-divisional driving of an optical modulation element such as a display element or an optical shutter array.
従来より、走査線とデータ線をマトリクス状に
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、走査線に順次周期的にアドレス
信号を選択印加し、データ線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が、この表示素子
及びその駆動法には以下に述べる如き致命的とも
言える大きな欠点を有していた。 2. Description of the Related Art Liquid crystal display elements have been well known in the art, which display images or information by configuring scanning lines and data lines in a matrix, filling a liquid crystal compound between the electrodes, and forming a large number of pixels. As a driving method for this display element, time-division driving is adopted, in which address signals are selectively and periodically applied to the scanning lines, and predetermined information signals are selectively applied in parallel to the data lines in synchronization with the address signals. However, this display element and its driving method had major and fatal drawbacks as described below.
即ち、画素密度を高く、或いは画面を大きくす
るのが難しいことである。従来の液晶の中で応答
速度が比較的高く、しかも消費電力が小さいこと
から、表示素子として実用に供されているのは殆
んどが、例えばエム.シヤツト(M.Schadt)と
タブリユー.ヘルフリツヒ(W.Heltrich)著
“アプライド・フイジイツクス・レターズ”ボリ
ユーム18、ナンバー4(1971.2.15)、ページ127
〜128(“Applied Physics Letters”Vo18、No.4
(1971.2.15)、P127〜128)の“ボルテージ−デイ
ペンダント・オプテイカル・アクテイビテイー・
オブ・ア・ツイステツド・ネマチツク・リキツ
ド・クリスタル”(“Voltage−Dependent
Optical Activity of a Twisted Nematic
Liquid Crystal”に示されたテイー・エヌ
(TN)[ツイステツド・ネマチツク(Twisted
Nematic)]型の液晶を用いたものであり、この
型の液晶は無電界状態で正の誘電異方性をもつネ
マチツク液晶の分子が液晶層厚方向で捩れた構造
(ヘリカル構造)を形成し、両電極面でこの液晶
の分子が並行に配列した構造を形成している。一
方、電界印加状態では、正の誘電異方性をもつネ
マチツク液晶が電界方向に配列し、この結果光調
変調を起こすことができる。この型の液晶を用い
てマトリクス電極構造によつて表示素子を構成し
た場合、走査線とデータ線が共に選択される領域
(選択点)には、液晶分子を電極面に垂直に配列
させるに要する閾値以上の電圧が印加され、走査
線とデータ線が共に選択されない領域(非選択
点)には電圧は印加されず、したがつて液晶分子
は電極面に対して並行な安定配列を保つている。
このような液晶セルの上下に互いにクロスニコル
関係にある直線偏光子を配置することにより、選
択点では光が透過せず、非選択点では光が透過す
るため画線素子とすることが可能となる。然し乍
ら、マトリクス電極構造を構成した場合には、走
査線が選択され、データ線が選択されない領域或
いは走査線が選択されず、データ線が選択される
領域(所謂“半選択点”)にも有限の電界がかか
つてしまう。選択点にかかる電圧と、半選択点に
かかる電圧の差が充分に大きく、液晶分子を電界
に垂直に配列させるに要する電圧閾値がこの中間
の電圧値に設定されるならば、表示素子は正常に
動作するわけであるが、走査線数(N)を増やし
て行つた場合、画面全体(1フレーム)を走査す
る間に一つの選択点に有効な電界がかかつている
時間(duty比)が1/Nの割合で減少してしまう。
このために、くり返し走査を行つた場合の選択点
と非選択点にかかる実効値としての電圧差は走査
線数が増えれば増える程小さくなり、結果的には
画像コントラストの低下やクロストークが避け難
い欠点となつている。このような現象は、双安定
性を有さない液晶(電極面に対し、液晶分子が水
平に配向しているのが安定状態であり、電界が有
効に印加されている間のみ垂直に配向する)を時
間的蓄積効果を利用して駆動する(即ち、繰り返
し走査)ときに生ずる本質的には避け難い問題点
である。この点を改良するために、電圧平均化
法、2周波駆動法や多重マトリクス法等が既に提
安されているが、いずれの方法でも不充分であ
り、表示素子の大画面化や高密度化は、走査線数
が充分に増やせないことによつて頭打ちになつて
いるのが現状である。 That is, it is difficult to increase the pixel density or enlarge the screen. Among conventional liquid crystals, most of them, for example, M. M.Schadt and Tabrieux. “Applied Physics Letters” by W. Heltrich, Volume 18, Number 4 (February 15, 1971), Page 127
~128 (“Applied Physics Letters” Vo18, No.4
(1971.2.15), P127-128) “Voltage Day Pendant Optical Activity.
“Voltage-Dependent of a Twisted Nematic Liquid Crystal”
Optical Activity of a Twisted Nematic
TN (Twisted Nematic) shown in “Liquid Crystal”
This type of liquid crystal uses a nematic liquid crystal that has a positive dielectric anisotropy in the absence of an electric field and forms a structure (helical structure) in which the molecules of the nematic liquid crystal are twisted in the thickness direction of the liquid crystal layer. , the liquid crystal molecules form a structure arranged in parallel on both electrode surfaces. On the other hand, when an electric field is applied, nematic liquid crystals with positive dielectric anisotropy are aligned in the direction of the electric field, resulting in optical modulation. When a display element is constructed using this type of liquid crystal with a matrix electrode structure, in the area where both the scanning line and the data line are selected (selected point), there is a A voltage above the threshold is applied, and no voltage is applied to areas where both the scanning line and the data line are not selected (non-selected points), so the liquid crystal molecules maintain a stable alignment parallel to the electrode plane. .
By arranging linear polarizers above and below such a liquid crystal cell in a cross-Nicol relationship with each other, light does not pass through selected points, but light passes through non-selected points, making it possible to use it as a picture line element. Become. However, when a matrix electrode structure is configured, there is a finite area in which scanning lines are selected and data lines are not selected, or in areas where scanning lines are not selected and data lines are selected (so-called "half-selected points"). The electric field becomes hot. If the difference between the voltage applied to the selected point and the voltage applied to the half-selected point is sufficiently large, and the voltage threshold required to align the liquid crystal molecules perpendicular to the electric field is set to a voltage value in between, the display element will function normally. However, when increasing the number of scanning lines (N), the time during which an effective electric field is applied to one selected point (duty ratio) while scanning the entire screen (one frame) increases. It decreases at a rate of 1/N.
For this reason, when repeated scanning is performed, the effective voltage difference between selected points and non-selected points becomes smaller as the number of scanning lines increases, and as a result, reduction in image contrast and crosstalk can be avoided. This has become a serious drawback. This phenomenon is caused by liquid crystals that do not have bistability (the stable state is when the liquid crystal molecules are aligned horizontally with respect to the electrode surface, and they are aligned vertically only while an electric field is effectively applied). ) is essentially an unavoidable problem that arises when driving using the temporal accumulation effect (ie, repeated scanning). In order to improve this point, voltage averaging methods, dual-frequency driving methods, multiple matrix methods, etc. have already been proposed, but all of these methods are insufficient, and the need for larger screens and higher density display elements Currently, the number of scanning lines has reached a plateau due to the inability to increase the number of scanning lines sufficiently.
本発明の目的は、前述したような従来の液晶表
示素子或いは液晶光シヤツターにおける問題点を
悉く解決した新規な液晶素子駆動法を提供するこ
とにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a novel method for driving a liquid crystal element that solves all the problems in conventional liquid crystal display elements or liquid crystal light shutters as described above.
本発明の別の目的は、高速応答性を有する液晶
素子の駆動法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a method for driving a liquid crystal element having high-speed response.
本発明の他の目的は、高密度の画素を有する液
晶素子の駆動法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a method for driving a liquid crystal device having high density pixels.
すなわち、本発明のかかる目的は、走査線とデ
ータ線を有し、該走査線とデータ線の間に電界に
対して双安定性を有する光学変調物質を配置した
構造を有する光学変調素子の駆動法に於て、前記
走査線の選択された走査線と前記データ線のうち
の新たな画像情報を書換えるべきデータ線にそれ
ぞれ書込みステツプ時の走査選択信号と情報選択
信号の極性と逆極性とした電気信号を印加するこ
とによつて、新たな画像情報を書換える部分に対
応した光学変調物質を第1の安定状態に配向させ
て、前の書込みステツプ時に書込まれた画像を部
分的に消去する消去ステツプと、新たな画像情報
を書換える部分の走査線に走査選択信号を印加
し、前記データ線に書換え画像情報に応じて光学
変調物質を第2の安定状態に配向させる情報選択
信号を前記走査選択信号と同期させて印加する部
分書込みステツプとを有する光学変調素子の駆動
法によつて達成される。 That is, an object of the present invention is to drive an optical modulation element having a structure including a scanning line and a data line, and an optical modulation material having bistability with respect to an electric field arranged between the scanning line and the data line. In the method, the polarity and the opposite polarity of the scan selection signal and the information selection signal at the time of writing the new image information to the selected scan line and the data line to be rewritten, respectively. By applying the electrical signal, the optical modulating material corresponding to the part where new image information is to be rewritten is oriented in a first stable state, and the image written in the previous writing step is partially rewritten. an erasing step for erasing; and an information selection signal for applying a scanning selection signal to the scanning line of a portion where new image information is to be rewritten, and orienting the optical modulation material to a second stable state in accordance with the rewritten image information to the data line. This is achieved by a method of driving an optical modulation element having a partial writing step in which a partial write step is applied in synchronization with the scanning selection signal.
本発明の駆動法で用いる光学変調物質は、電界
に対して第1の光学的安定状態と第2の光学的安
定状態からなる双安定状態を有しており、特に電
界に対して前述の如き双安定性を有する液晶が用
いられる。 The optical modulation material used in the driving method of the present invention has a bistable state consisting of a first optically stable state and a second optically stable state with respect to an electric field, and in particular has a bistable state with respect to an electric field as described above. A liquid crystal with bistability is used.
本発明の駆動法で用いることができる双安定性
を有する液晶としては、強誘電性を有するカイラ
ルスメクテイツクC相(SmC*)又はH相
(SmH*)の液晶が適している。この強誘電性液
晶については、“ル・ジユルナール・ド・フイジ
イク・レツトル”(“LE JOURNAL DE
PHYSIQUE LETTERS”)36(L−69)1975、
「フエロエレクトリツク・リキツド・クリスタル
ス」(「Ferroelectic Liquid Crystals」);“アブ
ライド・フイジツクス・レターズ”(“Applied
Physics Letters”)36(11)1980「サブミクロ・
セカンド・バイステイブル・エレクトロオプテイ
ク・スイツチング・イン・リキツド・クリスタル
ス」(「Submicro Second Bistable Electrooptic
Switching in Liquid Crystals」);“固体物
理”16(141)1981「液晶」等に記載されてお
り、本発明ではこれらに開示された強誘電性液晶
を用いることができる。 As a liquid crystal having bistability that can be used in the driving method of the present invention, a chiral smectic C-phase (SmC * ) or H-phase (SmH * ) liquid crystal having ferroelectricity is suitable. Regarding this ferroelectric liquid crystal, “LE JOURNAL DE
PHYSIQUE LETTERS”) 36 (L-69) 1975,
“Ferroelectic Liquid Crystals”; “Applied Physics Letters”
Physics Letters”) 36 (11) 1980 “Submicro
``Submicro Second Bistable Electrooptic Switching in Liquid Crystals''
"Switching in Liquid Crystals");"Solid State Physics" 16 (141) 1981 "Liquid Crystals", etc., and the ferroelectric liquid crystals disclosed therein can be used in the present invention.
又、本発明では前述のSmC*やSmH*の他
に、カイラルスメクテイツクI相(SmI*)、J
相(SmJ*)、G相(SmG*)、F相(SmF*)
やK相(SmK*)を用いることができる。 Furthermore, in the present invention, in addition to the above-mentioned SmC * and SmH * , chiral smectate I phase (SmI * ), J
Phase (SmJ * ), G phase (SmG * ), F phase (SmF * )
or K phase (SmK * ) can be used.
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。11と11′は、In2O3、SnO2
やITO(Indium−Tin Oxide)等の透明電極がコ
ートされた基板(ガラス板)であり、その間に層
12がガラス面に垂直になるよるに配向した
SmC*相又はSmH*相の液晶が封入されてい
る。太線で示した線13が液晶分子を表わしてお
り、この液晶分子13はその分子に直交した方向
に双極子モーメント14(P⊥)を有している。
基板11と11′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14はすべて電界方向
に向くよう、液晶分子13は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、その長軸方向と短軸方向で屈折率異方性を
示し、従つて例えば、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
つて光学特性が変わる液晶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
充分に薄くした場合(例えば1μ)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)、そ
の双極子モーメントP又はP′は上向き24又は下
向き24′のどちらかの状態をとる。このような
セルに第2図に示す如く一定の閾値以上の極性の
異る電界E又はE′を与えてやると、双極子モー
メントは電界E又はE′の電界ベクトルに対応し
て上向き24又は下向き24′と向きを変え、そ
れに応じて液晶分子は第1の安定状態23かある
いは第2の安定状態23′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
図によつて説明すると、電界Eを印加すると液晶
分子は第1の安定状態23に配向するが、この状
態は電界を切つても安定である。又、逆向きの電
界E′を印加すると、液晶分子は第2の安定状態
23′に配向してその分子の向きを変えるが、や
はり電界を切つてもこの状態に留つている。又、
与える電界E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し
く、一般的には0.5μ〜20μ、特に0.5μ〜5μ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号公報で提案されている。 FIG. 1 schematically depicts an example of a ferroelectric liquid crystal cell. 11 and 11' are In 2 O 3 , SnO 2
It is a substrate (glass plate) coated with a transparent electrode such as ITO (Indium-Tin Oxide), and the layer 12 is oriented perpendicular to the glass surface.
Enclosed is SmC * phase or SmH * phase liquid crystal. A thick line 13 represents a liquid crystal molecule, and this liquid crystal molecule 13 has a dipole moment 14 (P⊥) in a direction perpendicular to the molecule.
When a voltage higher than a certain threshold is applied between the electrodes on the substrates 11 and 11', the helical structure of the liquid crystal molecules 13 is unraveled, and the liquid crystal molecules 13 change their alignment direction so that all the dipole moments 14 are oriented in the direction of the electric field. Can be done. The liquid crystal molecules 13 have an elongated shape and exhibit refractive index anisotropy in the major and minor axis directions. Therefore, for example, if crossed Nicol polarizers are placed above and below the glass surface, voltage can be applied. It is easily understood that the liquid crystal modulation element has optical characteristics that change depending on the polarity. Furthermore, when the thickness of the liquid crystal cell is made sufficiently thin (for example, 1μ), the helical structure of the liquid crystal molecules unravels (non-helical structure) even when no electric field is applied, as shown in Figure 2, and its dipole The moment P or P' is either upward 24 or downward 24'. When such a cell is given an electric field E or E' with a different polarity above a certain threshold as shown in Fig. 2, the dipole moment will move upward 24 or E' corresponding to the electric field vector of the electric field E or E'. The direction is changed from downward 24', and accordingly, the liquid crystal molecules are aligned in either the first stable state 23 or the second stable state 23'. There are two advantages to using such a ferroelectric liquid crystal as an optical modulation element. Firstly, the response speed is extremely fast, and secondly, the alignment of liquid crystal molecules has bistability. For example, the second point
To explain with the drawing, when an electric field E is applied, the liquid crystal molecules are oriented in a first stable state 23, and this state remains stable even when the electric field is turned off. When an electric field E' in the opposite direction is applied, the liquid crystal molecules are oriented to a second stable state 23' and change their orientation, but they remain in this state even after the electric field is turned off. or,
As long as the applied electric field E does not exceed a certain threshold value, each orientation state is maintained. In order to effectively achieve such high response speed and bistability, it is preferable that the cell be as thin as possible, and generally 0.5μ to 20μ, particularly 0.5μ to 5μ is suitable. A liquid crystal electro-optical device having a matrix electrode structure using this type of ferroelectric liquid crystal has been proposed, for example, by Clark and Ragaval in US Pat.
This is proposed in Publication No. 4367924.
本発明の駆動法の好ましい具体例を第3図に示
す。 A preferred example of the driving method of the present invention is shown in FIG.
第3図Aは、走査線(走査電極群)とデータ線
(信号電極群)の間に双安定性光学変調物質が挾
まれたマトリクス画素構造を有するセル31の模
式図である。32は、走査電極群であり、33は
信号電極群である。今、説明を簡略化するために
白黒の二値信号を表示する場合を例にとつて示
す。第3図Aに於いて斜線で示される画素が
「黒」に、その他の画素が「白」に対応するもの
とする。最初の、画面を「白」に揃える(このス
テツプを消去ステツプという)ためには、双安定
性光学変調物質を第1の安定状態に揃えることが
できる。このためには、全走査電極群に所定の電
圧パルス(例えば+2V0、時間幅△t)の信号を
印加し、全信号電極群に所定のパルス(例えば、
電圧−V0、△t)の信号を印加すればよい。す
なわち、この消去ステツプで走査電極群は下述す
る書込みステツプ時の走査選択信号と逆極性の電
気信号が印加され、信号電極群は書込みステツプ
時の情報選択信号(書込み信号)と逆極性の電気
信号がそれぞれ同期して印加される。 FIG. 3A is a schematic diagram of a cell 31 having a matrix pixel structure in which a bistable optical modulation material is sandwiched between scanning lines (scanning electrode group) and data lines (signal electrode group). 32 is a scanning electrode group, and 33 is a signal electrode group. Now, to simplify the explanation, an example will be shown in which a black and white binary signal is displayed. In FIG. 3A, the pixels indicated by diagonal lines correspond to "black" and the other pixels correspond to "white". To initially align the screen to "white" (this step is referred to as the erase step), the bistable optical modulating material may be aligned to a first stable state. For this purpose, a signal of a predetermined voltage pulse (for example, +2V 0 , time width Δt) is applied to all the scanning electrode groups, and a predetermined pulse (for example,
A signal of voltage −V 0 , Δt) may be applied. That is, in this erase step, the scanning electrode group is applied with an electric signal of opposite polarity to the scan selection signal during the write step, which will be described below, and the signal electrode group is applied with an electric signal of opposite polarity to the information selection signal (write signal) during the write step. The signals are each applied synchronously.
第3図B−aとB−bはそれぞれ選択された走
査電極に与えられる電気信号(走査選択信号)と
それ以外の走査電極(選択されない走査電極)に
与えられる電気信号を示し、第3図B−cとB−
dはそれぞれ選択された(これを黒とする)信号
電極に与えられる電気信号(情報選択信号位相
T1で印加されるV0)と選択されない(これを白と
する)信号電極に与えられる電気信号を表わす。
第3図B−a〜dそれぞれ横軸が時間を、縦軸が
電圧を表わす。T1とT2はそれぞれ情報信号(及
び走査信号)が印加される位相及び補助信号が印
加される位相をあらわす。本例では、T1=T2=
△tの例が示されている。 FIGS. 3B-a and 3B-b respectively show an electric signal given to a selected scan electrode (scan selection signal) and an electric signal given to other scan electrodes (unselected scan electrodes). B-c and B-
d is the electrical signal (information selection signal phase) given to each selected (black) signal electrode.
V 0 ) applied at T 1 represents the electrical signal applied to the unselected (white) signal electrode.
In each of FIGS. 3B-a to 3-d, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage. T 1 and T 2 represent the phase in which the information signal (and scanning signal) is applied and the phase in which the auxiliary signal is applied, respectively. In this example, T 1 = T 2 =
An example of Δt is shown.
走査電極群32は逐次選択される。今、双安定
性を有する液晶セルの第1の安定状態(白)を与
えるための印加時間△tでの閾値電圧を−Vth2
とし、第2の安定状態(黒)を与えるための印加
時間△tでの閾値電極をVth1とすると選択され
た走査電極に与えられる電気信号は第3図B−a
に示される如く位相(時間)T1では−2V0を、位
相(時間)T2では0となるような電圧である。
又、それ以外の走査電極は、第3図B−bに示す
如くアース状態となつており電気信号Oである。
一方、選択された信号電極に与えられる電気信号
は第3図B−cに示される如く位相t1においてV0
で、位相t2において−V0であり、又選択されない
信号電極に与えられる電気信号は第3図B−dに
示される如く位相T1において−V0で、位相T2に
おいて+V0である。以上において、電圧値V0は
V0<Vth1<3V0と−V0>−Vth2>−3V0を満足す
る所望の値に設定される。 The scanning electrode groups 32 are sequentially selected. Now, the threshold voltage at the application time Δt to give the first stable state (white) of the liquid crystal cell with bistability is −Vth 2
Assuming that the threshold electrode at the application time Δt to give the second stable state (black) is Vth 1 , the electrical signal given to the selected scanning electrode is as shown in Figure 3 B-a.
As shown in , the voltage is -2V 0 at phase (time) T 1 and 0 at phase (time) T 2 .
Further, the other scanning electrodes are in a grounded state as shown in FIG. 3 B-b, and the electrical signal O is present.
On the other hand, the electric signal applied to the selected signal electrode is V 0 at phase t 1 as shown in FIG. 3B-c.
and the electrical signal applied to the unselected signal electrodes is -V 0 at phase T 1 and +V 0 at phase T 2 as shown in FIG. 3B-d . . In the above, the voltage value V 0 is
It is set to a desired value that satisfies V 0 <Vth 1 <3V 0 and −V 0 >−Vth 2 >−3V 0 .
このような電気信号が与えられたときの、各画
素に印加される電圧波形を第3図Cに示す。 FIG. 3C shows a voltage waveform applied to each pixel when such an electric signal is applied.
第3図Cに於て、aとbはそれぞれ選択された
走査線上にあつて、「黒」及び「白」を表示され
るべき画素に、又cとdはそれぞれ選択されてい
ない走査線上の画素に印加される電圧波形であ
る。 In Figure 3C, a and b are on the selected scanning line, respectively, and "black" and "white" are to be displayed on the pixels, and c and d are on the unselected scanning line, respectively. This is the voltage waveform applied to the pixel.
第1の位相T1で走査選択信号−2V0が印加され
ている走査線上にあつて、「黒」と表示すべき画
素では情報選択信号+V0が印加され、このため
この画素では閾値電圧Vth1を越える電圧3V0が印
加され、双安定性液晶が第2の光学的安定状態に
配向し、その画素は「黒」に書込まれることにな
る(書込みステツプ)。又、同一走査線上に存在
し、「白」と表示すべき画素では第1の位相T1に
於ける印加電圧は閾値電圧Vth1を越えない電圧
V0であるために、第1の光学的安定状態に留つ
たまま即ち白である。 On the scanning line to which the scan selection signal -2V 0 is applied in the first phase T 1 , the information selection signal +V 0 is applied to the pixel that should display "black", and therefore the threshold voltage Vth A voltage of 3V 0 greater than 1 is applied to orient the bistable liquid crystal to a second optically stable state and the pixel will be written to "black" (write step). In addition, for pixels that are on the same scanning line and should be displayed as "white", the applied voltage in the first phase T1 is a voltage that does not exceed the threshold voltage Vth1 .
Since V 0 , it remains in the first optically stable state, ie white.
一方、選択されない走査線上では、すべての画
素に印加される電圧は±V又はOであつて、いず
れも閾値電圧を越えない。従つて、液晶分子は、
配向状態を変えることなく走査されたときの信号
状態に対応した配向をそのまま保持している。即
ち、一担一方の光学的安定状態「白」に揃えられ
た状態において、走査電極が選択されたときに第
1の位相T1において一ライン分の信号の書き込
みが行われ、一フレームが終了した後でも、その
信号状態を保持し得るわけである。 On the other hand, on unselected scanning lines, the voltages applied to all pixels are ±V or O, neither of which exceeds the threshold voltage. Therefore, the liquid crystal molecules are
The orientation corresponding to the signal state when scanning is maintained without changing the orientation state. That is, in a state in which one of the electrodes is aligned to the optically stable state of "white", when the scanning electrode is selected, one line's worth of signals is written in the first phase T1 , and one frame is completed. This means that the signal state can be maintained even after the
さて、この様にして消去ステツプと書込みステ
ツプとによつて1画面を形成した画像例を第3図
Aに示す。次に、この画面を部分的に書換えを行
つた時の例を第3図Dに示す。図に示す様に、走
査線Xとデータ線YからなるX−Y領域を新たな
画像情報に書換える場合には、書換える部分(X
−Y領域)に対応する走査線S1,S2とS3に前の書
込みステツプ時の走査選択信号(例えば、第4図
に示す−2V0)の極性と逆極性の電気信号(例え
ば、第4図に示す2V0)を1時に又は順次印加
し、書換える部分(X−Y領域)に対応するデー
タ線I1とI2に前の書込みステツプ時の情報選択信
号(例えば、第4図に示すI1のV0)の極性と逆極
性の電気信号(例えば、第4図に示すI1の−V0)
を印加することによつて、1画面のうち部分的な
個所、すなわちX−Y領域のみを消去することが
できる(部分消去ステツプ)。 Now, FIG. 3A shows an example of an image formed in one screen by the erasing step and writing step in this manner. Next, FIG. 3D shows an example when this screen is partially rewritten. As shown in the figure, when rewriting the X-Y area consisting of the scanning line X and data line Y with new image information, the rewritten portion (X
The scanning lines S 1 , S 2 and S 3 corresponding to the -Y area) are connected to electrical signals (for example, 2V 0 shown in FIG. 4 is applied at one time or sequentially, and the information selection signal (for example, the fourth An electrical signal with a polarity opposite to the polarity of I 1 (V 0 ) shown in the figure (for example, -V 0 of I 1 shown in FIG. 4)
By applying , it is possible to erase only a partial part of one screen, that is, the XY region (partial erasing step).
次いで、この様にして部分的に消去された領域
のデータ線に先の書込みステツプ時と同様の方法
で、すなわち書換え画像情報に応じた情報選択信
号(+V0)と情報非選択信号(−V0)を−2V0の走
査選択信号と同期させて印加することによつて、
この領域における書込みを行なうことができる
(部分書込みステツプ)。 Next, the data lines of the area partially erased in this manner are supplied with an information selection signal (+V 0 ) and an information non-selection signal (-V 0 ) according to the rewritten image information in the same manner as in the previous write step. 0 ) in synchronization with the scan selection signal of -2V 0 .
Writing in this area can be performed (partial write step).
一方、書換えを行なわない領域、すなわち走査
線X′とデータ線Y′からなるX′−Y′領域には、こ
のX′−Y′領域における各画素の書込み状態が保
持される様に、この領域の各画素には強誘電性液
晶の閾値電圧以下の電気信号が印加される。 On the other hand, in the area that is not rewritten, that is, the X'-Y' area consisting of the scanning line X' and the data line Y', this An electrical signal below the threshold voltage of the ferroelectric liquid crystal is applied to each pixel in the region.
具体的には、部分消去ステツプ時に、新たな画
像情報を書換える部分以外の部分(X′−Y′領
域)に対応するデータ線に、消去ステツプ時の信
号(例えば、第4図に示す2V0)の極性と同極性
とした電気信号(例えば、第4図に示すI3のV0)
を印加する。さらに、部分書込みステツプ時に、
X′−Y′領域に対応するデータ線には部分書込み
ステツプ時の走査選択信号(例えば、第4図に示
すS1,S2,S3の一2V0)と同期させて同一極性の
電気信号(例えば、第4図に示すI3の−V0)を印
加する。又、このX′−Y′領域に対応する走査線
の電位は、基準電位(例えば0ボルト)とする。 Specifically, during the partial erase step, a signal during the erase step (for example, a 2V signal shown in FIG. 0 ) with the same polarity as the electrical signal (for example, V 0 of I 3 shown in Figure 4)
Apply. Additionally, during the partial write step,
The data lines corresponding to the X'-Y' area are supplied with electricity of the same polarity in synchronization with the scan selection signal (for example, S 1 , S 2 , S 3 -2V 0 shown in FIG. 4) during the partial write step. A signal (for example, -V 0 of I 3 shown in FIG. 4) is applied. Further, the potential of the scanning line corresponding to this X'-Y' region is set to a reference potential (for example, 0 volts).
以上述べた駆動信号を時系列的に示したのが第
4図である。S1〜S5は走査電極に印加される電気
信号、I1とI3は信号電極に印加される電気信号
で、A、CとDはそれぞれ第3図A及びDに示し
た画素A,CとDに印加される電圧波形である。 FIG. 4 shows the drive signals described above in chronological order. S 1 to S 5 are electric signals applied to the scanning electrodes, I 1 and I 3 are electric signals applied to the signal electrodes, and A, C and D are the pixels A, C and D shown in FIG. 3A and D, respectively. This is the voltage waveform applied to C and D.
又、本発明は、カーソルによつて書換え部分を
指定することができる。 Further, according to the present invention, a rewritten portion can be specified using a cursor.
さて、双安定性を有する状態での強誘電液晶の
電界によるスイツチングのメカニズムは微視的に
は必ずしも明らかではないが、一般に所定の安定
状態に所定時間の強い電界でスイツチングした
後、全く電界が印加されない状態に放置する場合
には、ほぼ半永久的にその状態を保つことは可能
であるが、所定時間ではスイツチングしないよう
な弱い電界(先に説明した例で言えば、Vth以下
の電圧に対応)であつても、逆極性の電界が長時
間に渉つて印加される場合には、逆の安定状態へ
再び配向状態が反転してしまい、その結果正しい
情報の表示や変調が達成できない現象が生じ得
る。当発明者等は、このような弱電界の長時間印
加による、配向状態の転移反転現象(一種のクロ
ストーク)の生じ易さが基板表面の材質、粗さや
液晶材料等によつて影響を受けることは認識した
が、定量的には未だ把みきつていない。ただ、ラ
ビングやSiO等の斜方蒸着等液晶分子の配向のた
めの一軸性基板処理を行うと、上記反転現象の生
じ易さが増す傾向にあることは確認した。特に、
高い温度の時に低い温度の場合に較べて、その傾
向が強く現われることも確認した。 Now, the mechanism of switching of a ferroelectric liquid crystal due to an electric field in a bistable state is not necessarily clear from a microscopic perspective, but generally, after switching to a predetermined stable state with a strong electric field for a predetermined time, the electric field disappears completely. If left unapplied, it is possible to maintain that state almost semi-permanently; ), if an electric field of opposite polarity is applied for a long time, the orientation state will be reversed again to the opposite stable state, and as a result, correct information display and modulation cannot be achieved. can occur. The inventors have discovered that the ease with which the orientation state transition reversal phenomenon (a type of crosstalk) occurs due to the long-term application of such a weak electric field is affected by the substrate surface material, roughness, liquid crystal material, etc. Although we have recognized this, we have not yet grasped it quantitatively. However, it has been confirmed that when a uniaxial substrate treatment for aligning liquid crystal molecules is performed, such as rubbing or oblique evaporation of SiO, etc., the tendency for the above-mentioned inversion phenomenon to occur tends to increase. especially,
It was also confirmed that this tendency appears more strongly at high temperatures than at low temperatures.
いずれにしても、正しい情報の表示や変調を達
成するために一定方向の電界が長時間に渉つて印
加されることは、避けるのに好ましい。 In any case, it is preferable to avoid applying an electric field in one direction for a long time in order to achieve correct information display or modulation.
従つて本発明の駆動法に於ける第2の位相T2
は一定方向の弱電界が印加され続けることを防止
するための位相であつて、その好ましい具体例と
して第3図B−c及びdに示すごとく、信号電極
群に位相T1に於て印加した情報信号(cは黒、
dは白に対応)と極性の異る信号を位相T2に於
て印加するものである。たとえば第3図Aに示し
たパターンを表示しようとする場合、位相T2を
持たない駆動方法を行うと、走査電極S1を走査し
たとき、画素Aは黒となるが、S2以降では、信号
電極I1に印加される電気信号は、−V0が連続し、
その電圧は、そのまま画素Aに印加されるため画
素Aが、やがて白に反転してしまう可能性が大き
い。 Therefore, the second phase T 2 in the driving method of the present invention
is a phase to prevent a weak electric field from being continuously applied in a certain direction, and as a preferred example, as shown in Fig. 3B-c and d, the electric field is applied to the signal electrode group at phase T1. Information signal (c is black,
d corresponds to white) and a signal having a different polarity is applied at phase T2 . For example, when trying to display the pattern shown in FIG. 3A, if a driving method without phase T 2 is used, pixel A becomes black when scanning electrode S 1 is scanned, but after S 2 , The electrical signal applied to the signal electrode I 1 is -V 0 continuous,
Since that voltage is directly applied to the pixel A, there is a high possibility that the pixel A will eventually turn white.
あらかじめ画面は一担すべて「白」となる消去
ステツプとし、第1の位相T1に於て、情報に応
じて対応する画素を「黒」と書込む書込みステツ
プとによつて表示形成され、本実施例では第1の
位相T1で「黒」に書き込むための電圧は3V0であ
り、印加時間は△tである。又、走査時以外に於
て各画素に加わる電圧は最大|±V0|であり、
これが連続して印加される最も長い時間は、第4
図で示す40の個所で2△tであり、又、情報信号
が、白→白→黒と続く場合で、2番目の「白」
が、走査時に相当するときが最も厳しい条件であ
るが、これでも4△t(41)であつて、印加時間
としては短く、クロストークは全く起こらず、全
画面の走査が一度終了すると、表示された情報
は、半永久的に保持されるための双安定性を有さ
ない通常のTN液晶を用いた表示素子における如
き、リフレツシユ工程や全く必要ない。 In advance, the display is formed by an erasing step in which the entire screen becomes "white", and a writing step in which the corresponding pixels are written as "black" in accordance with the information in the first phase T1 . In the example, the voltage for writing "black" in the first phase T1 is 3V0 , and the application time is Δt. Also, the maximum voltage applied to each pixel except during scanning is |±V 0 |,
The longest time this is applied continuously is the fourth
2△t at 40 points shown in the figure, and when the information signal continues from white → white → black, the second "white"
The most severe condition is when it corresponds to scanning, but even this is 4△t(41), the application time is short, no crosstalk occurs, and once the entire screen has been scanned, the display The displayed information is retained semi-permanently, so there is no need for a refresh process as in display elements using ordinary TN liquid crystals, which do not have bistability.
さて、第2の位相T2の最適時間間隔として
は、この位相に於て、信号電極に印加される電圧
の大きさにも依存し、第1の位相T1に於て情報
信号として付加される電圧と逆極性の電圧を印加
する場合、一般的には電圧が大きい場合には、時
間間隔は短く、電圧が小さい場合には時間間隔は
長くするのが好ましいが、時間間隔が長いと、一
画面全体を走査するに長い時間を要することにな
る。このため、好ましくはT2≦T1と設定するの
がよい。 Now, the optimal time interval for the second phase T2 depends on the magnitude of the voltage applied to the signal electrode in this phase, and the optimum time interval for the second phase T2 depends on the magnitude of the voltage applied to the signal electrode. When applying a voltage with the opposite polarity to the voltage applied, it is generally preferable to shorten the time interval when the voltage is high, and to lengthen the time interval when the voltage is low; however, if the time interval is long, It takes a long time to scan the entire screen. Therefore, it is preferable to set T 2 ≦T 1 .
第5図ないし第6図には本発明外に基づく別の
駆動形態例を時系列的に表したものが示されてい
る。これらの駆動形態では、配向転移のための閾
値はパルス幅△tに対して、|V0|と2|V0|
の間の値となるようにV0の値が設定される。 FIGS. 5 and 6 show time-series representations of other drive configurations based on other aspects of the invention. In these driving configurations, the threshold for orientational transition is |V 0 | and 2|V 0 | for pulse width Δt.
The value of V 0 is set to be a value between .
第5図では、画像を消去する信号が消去ステツ
プで走査電極群に+V0、情報信号電極群に−V0
という電気信号で印加された後、間髪を入れず、
次の書込みステツプではS1から順次−V0の走査
信号が印加され、この走査信号と同期して情報選
択信号+V0が信号電極に印加されて第3図Aに
示す状態に書込みが行われる。 In FIG. 5, the signal for erasing the image is +V 0 to the scanning electrode group and -V 0 to the information signal electrode group in the erasing step.
After applying the electrical signal, immediately
In the next writing step, a scanning signal of -V 0 is applied sequentially from S 1 , and in synchronization with this scanning signal, an information selection signal +V 0 is applied to the signal electrode, and writing is performed in the state shown in FIG. 3A. .
次に、部分消去ステツプで第3図Dに示すX−
Y領域における前のステツプで書込まれた画素に
−2V0の電気信号が印加されて1時に消去される
(この際第5図で1時に消去した例で示したがV0
の電気信号を走査選択信号として走査線に順次印
加して部分消去ステツプを行なつてもよい)。次
いでX−Y領域に新たな画像情報に応じた電気信
号を印加して第3図Dに示す状態にX−Y領域を
部分的に書込むことができる。 Next, in the partial erasing step, the X-
An electric signal of -2V 0 is applied to the pixel written in the previous step in the Y area and erased at 1 o'clock (at this time, as shown in the example of erasing at 1 o'clock in Fig. 5, V 0
(The partial erasing step may be performed by sequentially applying electrical signals of 1 to 1 to the scanning lines as scanning selection signals). Next, by applying an electric signal corresponding to new image information to the X-Y area, it is possible to partially write the X-Y area into the state shown in FIG. 3D.
第5図と第6図の例は、それぞれ補助信号が無
い場合であつて、第7図の例は補助信号が有る場
合である。それぞれの駆動パルスの電圧値は図中
に記載してあるが、第7図の例では、消去ステツ
プ時の走査電極及び信号電極に印加される消去信
号は、それぞれ情報の書込み時とは極性が反転し
ており且つ絶対値がそれより小さく(2/3Vo)、
しかもパルス幅が大きい(2△t)電気信号とな
つている。このような消去方法は、液晶の閾値電
圧がパルス幅依存性をもつており、幅2△tに対
する閾値Vth2△tが、Vth2△t≦4/3V0を満足してい
る場合可能である。 The examples shown in FIGS. 5 and 6 are cases in which there is no auxiliary signal, and the example in FIG. 7 is a case in which there is an auxiliary signal. The voltage value of each drive pulse is indicated in the figure, but in the example of FIG. 7, the erase signals applied to the scanning electrode and the signal electrode during the erase step have polarities different from those during information writing. It is inverted and the absolute value is smaller (2/3Vo),
Moreover, it is an electrical signal with a large pulse width (2Δt). Such an erasing method is possible if the threshold voltage of the liquid crystal has pulse width dependence and the threshold value Vth 2 △ t for the width 2 △t satisfies Vth 2 △ t ≦4/3V 0 . be.
又、部分消去ステツプではX−Y領域の画素
に、−4/3V0の電気信号が印加されて部分的に消去
され、次の部分書込みステツプでX−Y領域に新
たな画像が書込まれる。 Also, in the partial erase step, an electric signal of -4/3V 0 is applied to the pixels in the X-Y area to partially erase them, and in the next partial write step, a new image is written in the X-Y area. .
強誘電液晶化合物の例としては、前述の実施例
1で用いたDOBAMBCの他に、ヘキシルオキシ
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)、4−0−(2−メ
チル)−ブチル−レゾルシリデン−4′−オクチル
アニリン(MBRA8)などを用いることができ
る。又、強誘電性液晶としては、前述のSmC*
やSmH*の他にカイラルスメクテイツクI相、
F相、G相、J相やK相を用いることができる。 In addition to DOBAMBC used in Example 1, examples of ferroelectric liquid crystal compounds include hexyloxybenzylidene-P'-amino-2-chloropropyl cinnamate (HOBACPC), 4-0-(2-methyl) -Butyl-resolcylidene-4'-octylaniline (MBRA8) and the like can be used. In addition, as a ferroelectric liquid crystal, the above-mentioned SmC *
In addition to SmH * , chiral smectic phase I,
F phase, G phase, J phase and K phase can be used.
これらの材料を用いて、素子を構成する場合液
晶化合物がカイラルスメクテイツク相となるよう
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ツク等により支持す
ることができる。 When constructing an element using these materials, the element may be supported by a copper block with a heater embedded in it, if necessary, in order to maintain the temperature at which the liquid crystal compound enters the chiral smectic phase. can.
本発明の方法は、液晶−光シヤツタや液晶テレ
ビなどの光学シヤツタあるいはデイスプレイ分野
に広く応用することができる。 The method of the present invention can be widely applied to the field of optical shutters or displays such as liquid crystal-optical shutters and liquid crystal televisions.
以下、本発明の具体的な実施例を示す。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be shown.
実施例 1
透明導電膜(ITO)が互いに500×500のマトリ
クスを構成するようパターニングされた1組のガ
ラス板のうちの1枚に、スピンコートにより約
300Åのポリイミド膜を形成した。その基板を表
面にテレン布が巻きつけられたローラによつてラ
ビング処理を施し、ポリイミド膜が塗布してない
他方の基板と貼りあわせてセルを形成した。この
ときのセル間隔は約1.6μである。このセルに、
強誘電液晶である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)を注入し、加熱溶融状態より除冷
することにより、SmC状態で均一なモノドメイ
ン状態を得た。セル温度を70℃にコントロール
し、第3図と第4図に示した駆動方法に基づき、
V0=10V、T1=T2=△t=80μsecと設定して、
線順次走査を行つたところ、極めて良好な画像が
形成され、次いでこの画面の一部を新たな画像書
換えを第4図に示す方法で行なつたところ、書換
え画面を有する良好な画像が得られた。Example 1 A transparent conductive film (ITO) was applied to one of a pair of glass plates patterned to form a 500 x 500 matrix by spin coating.
A 300 Å polyimide film was formed. The substrate was subjected to a rubbing treatment using a roller whose surface was wrapped with a terrene cloth, and then bonded to the other substrate not coated with the polyimide film to form a cell. The cell spacing at this time is approximately 1.6μ. In this cell,
Desyloxybenzylidene-P′-, a ferroelectric liquid crystal
By injecting amino-2-methylbutyl cinnamate (DOBAMBC) and slowly cooling it from the heated molten state, a uniform monodomain state in the SmC state was obtained. The cell temperature was controlled at 70°C, and based on the driving method shown in Figures 3 and 4,
Set V 0 = 10V, T 1 = T 2 = △t = 80μsec,
When line sequential scanning was performed, an extremely good image was formed, and when a part of this screen was then rewritten as a new image using the method shown in Figure 4, a good image with the rewritten screen was obtained. Ta.
第1図および第2図は、本発明の駆動法で用い
る液晶素子の斜視図である。第3図A及び第3図
Dは、本発明の駆動法で用いる電極構造の平面図
である。第3図B a〜dは、電極に印加する電
気信号の波形を表わす説明図である。第3図
Ca〜dは、画素に印加される電圧波形を表わす
説明図である。第4図、第5図、第6図及び第7
図は、時系列で電圧を印加した時の電圧波形を表
わす説明図である。
1 and 2 are perspective views of a liquid crystal element used in the driving method of the present invention. FIGS. 3A and 3D are plan views of electrode structures used in the driving method of the present invention. FIGS. 3B a to 3D are explanatory diagrams showing waveforms of electrical signals applied to the electrodes. Figure 3
Ca-d are explanatory diagrams showing voltage waveforms applied to pixels. Figures 4, 5, 6 and 7
The figure is an explanatory diagram showing a voltage waveform when voltage is applied in time series.
Claims (1)
性液晶を配置して画素を形成した液晶装置におい
て、強誘電性液晶の一方の閾値電圧を越えた電圧
の印加によつて形成した第1配向状態の画素と、
強誘電性液晶の他方の閾値を越えた電圧の印加に
よつて形成した第2配向状態の画素とによつて画
像領域を形成する液晶装置であつて、前記画像領
域のうち書換え対象領域を指定し、該書換え対象
領域で、第1ステツプで走査電極群と信号電極群
との交差部に強誘電性液晶の一方の閾値電圧を越
えた電圧を印加し、第2ステツプで走査電極に走
査選択信号を印加し、該走査選択信号と同期し
て、選択された信号電極に、該走査選択信号との
合成により強誘電性液晶の他方の閾値電圧を越え
た電圧を与える情報選択信号と、補助信号とを印
加し、該補助信号が走査非選択電極上の画素に、
該画素に印加される同一極性電圧の印加時間が走
査選択時に選択された強誘電性液晶の安定状態を
反転させる印加時間に到達する前に、走査非選択
電極への印加電圧との合成により、前記同一極性
電圧と逆極性の電圧を与えることを特徴とする液
晶装置。1. In a liquid crystal device in which a pixel is formed by arranging a ferroelectric liquid crystal at the intersection of a scanning electrode group and a signal electrode group, a pixel formed by applying a voltage exceeding the threshold voltage of one of the ferroelectric liquid crystals A pixel in a 1-orientation state,
A liquid crystal device that forms an image area by pixels in a second orientation state formed by applying a voltage exceeding the other threshold of the ferroelectric liquid crystal, wherein an area to be rewritten is specified in the image area. Then, in the rewriting target area, in the first step, a voltage exceeding the threshold voltage of one of the ferroelectric liquid crystals is applied to the intersection of the scanning electrode group and the signal electrode group, and in the second step, scanning selection is applied to the scanning electrodes. an information selection signal for applying a signal and, in synchronization with the scanning selection signal, applying a voltage to the selected signal electrode that exceeds the other threshold voltage of the ferroelectric liquid crystal by combination with the scanning selection signal; the auxiliary signal is applied to the pixel on the scanning non-selected electrode,
Before the application time of the voltage of the same polarity applied to the pixel reaches the application time that reverses the stable state of the ferroelectric liquid crystal selected at the time of scan selection, by combining with the voltage applied to the scan non-selection electrode, A liquid crystal device characterized in that a voltage of opposite polarity to the voltage of the same polarity is applied.
Priority Applications (16)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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