JPS629320A

JPS629320A - 表示装置

Info

Publication number: JPS629320A
Application number: JP14887285A
Authority: JP
Inventors: Junichiro Kanbe; 純一郎神辺; Masaki Kuribayashi; 正樹栗林; Toshihiko Nakazawa; 俊彦中澤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-07-05
Filing date: 1985-07-05
Publication date: 1987-01-17
Also published as: JPH0434131B2

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】〔発明の分野〕本発明は、階調表示のための液晶装置に関する。

〔従来技術の説明〕

従来のアクティブマトリクス駆動方式を用いた液晶テレ
ビジョンパネルでは、薄膜トランジスタ（Ｔ　Ｐ　Ｔ）
を画素毎のマトリクス配置し、ＴＰＴにゲートオンパル
スを印加してソースとドレイン間を導通状態とし、この
とき映像画像信号がソースから印加され、キャパシタに
蓄積され、この蓄積された画像信号に対応して液晶（例
えばツィステッド・ネマチック、ＴＮ−液晶）が駆動し
、同時に映像信号の電圧を変調することによって階調表
示が行なわれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、この様なＴＮ液晶を用いたアクティブマトリク
ス駆動方式のテレビジョンパネルでは、使用するＴＰＴ
が複雑な構造を有しているため、構造工程数が多く、高
い製造コストがネックとなっているうえに、ＴＰＴを構
成している薄膜半導体（例えば、ポリシリコン、アモル
ファスシリコン）を広い面積に亘って被膜形成すること
が難しいなどの問題点がある。

一方、低い製造コストで製造できるものとしてＴＮ液晶
を用いたパッシブマトリクス駆動方式の表示パネルが知
られているが、この表示パネルでは走査線（Ｎ）が増大
するに従って、１画面（ｌフレーム）を走査する間に１
つの選択点に有効な電界が印加されている時間（デユー
ティ−比）が１／Ｎの割合で減少し、このためクロスト
ークが発生し、しかも高コントラストの画像とならない
などの欠点を有している上、デユーティ−比が低くなる
と各画素の階調を電圧変調により制御することが難しく
なるなど、高密度配線数の表示パネル、特に液晶テレビ
ジョンパネルには適していない。

〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕本発明の
目的は、前述の欠点を解消したもので、詳しくは広い面
積に亘って高密度画素をもつ表示パネル、特に液晶テレ
ビジョンパネルにおける階調表示のための液晶装置を提
供することにある。

本発明は、対向電極と該対向電極間に配置した双安定状
態下の強誘電性液晶とを有する画素を複数の行及び列に
沿って配置した液晶素子と、全又は所定画面の画素に対
応した強誘電性液晶を第１の配向状態に配向させる第１
の信号と前記画面内の第１の配向状態に配向した画素の
うちの選択された画素に強誘電性液晶の第２の配向状態
に配向させる第２の信号とを有し、かかる第２の信号を
行毎に順次印加する手段と、画素に対応した強誘電性液
晶の第１の配向状態又は第２の配向状態の維持時間を画
素毎に制御する手段とを有している液晶装置を特徴とし
ている。

〔実施例〕　　　　′ 以下、本発明を図面に従って説明する。

本発明の駆動法で用いる光学変調物質としては、加えら
れる電界に応じて第１の光学的安定状態（例えば明状態
を形成するものとする）と第２の光学的安定状態（例え
ば暗状態を形成するものとする）とのいずれかを取る、
すなわち電界に対する双安定状態を有する物質、特にこ
のような性質を有する液晶が用いられる。

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チック
液晶が最も好ましく、そのうちカイラルスメクチックＣ
相（Ｓ　ｍＣ”）、Ｈ相（ＳｍＨ末）、Ｉ相（ＳｍＩ末
）、Ｆ相（Ｓ　ｍＦ　”）やＧ相（Ｓ　ｍＧ　”）の液
晶が適している°。この強誘電性液晶については、“ル
・ジュルナール・ド・フイジイク・レットル′。

（”ＬＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＤＥ　Ｐ）ＩＹＳＩＱＵＥ
　ＬＥＴＴＲＥ”）３６（Ｐ、６９）１９７５年の「フ
ェロエレクトリック・リキッド・クリスタルスＪ　　（
ｒＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄ　　Ｃｒｙ
ｓｔａｌｓＪ　　；　　”アプライド・フイジイツクス
瞼しターズ”　（”Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ
　　Ｌｅｔｔｅｒｓ”）３６　（１１）１９８０　ｒサ
ブミクロ・セカンド−バイスティプル争エレクトロオプ
ティック拳スイッチング・イン・リキッド・クリスタル
スＪ　（ｒｓｕｂｍｉｃｒｏ　　５ｅｃｏｎｄＢｉｓｔ
ａｂｌｅ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ　　Ｓｗｉｔｃ
ｈｉｎｇｉｎ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌｓ」
）；”固体物理′旦（１４１）１９８１　　ｒ液晶」等
に記載されており。

本発明法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。

より具体的には、本発明に用いられる強誘電性液晶化合
物の例としては、　デシロキシベンジリデン＝ｙ−アミ
ノ−２−メチルブチルシンナメート（ＤＯＢＡＭＢＣ）
、ヘキシルオキシベンジリデン−ｙ−アミノー２−クロ
ロプロピルシンナメート（ＨＯＢＡＣＰＣ）　および４
−ｏ−（２−メチル）−ブチルレゾルシリテン−４′−
オクチルアニリン（ＭＢＲＡ８）等が挙げられる。

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、ＳｍＣ”、ＳｍＨ”、ＳｍＩ”、ＳｍＦ”、ＳｍＧ
”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
ることかできる。

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、Ｉ　ｎ２０３　。

５ｎ０２やインジウムーテインーオギサイド（ＩＴＯ）
等の透明電極がコートされた基板（ガラス板）であり、
その間に液晶分子層１２がガラス面に垂直になるよう配
向したＳｍＣ”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（Ｐ上
）１４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）　（Ｐ上）１４はす
べて電界方向に向くよう、液晶分子１３の配向方向を変
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牙いにクロスニコルの位
置関係に配置した偏光子を置けば、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１ル）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ｈＰ又はＰ′は
上向き（２４）又は下向き（２４’）のどちらかの配向
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′を付与すると、双
極子モーメント電界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（明状態）か或いは
第２の安定状態２３′（暗状態）の何れか一方に配向す
る。

この様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図によって説明すると、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ってもこの第１の安定状態２３が
維持され、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、やはり電界を切ってもこの状態に保ち、それ
ぞれの安定状態でメモリー機能を有している。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ましく、一般的には０．５ルー２０
ｇ、特に１μ〜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号明細書で提案されている。

第３図は、本実施例の液晶ディスプレイ駆動制御回路図
である。

図においてＤＳＰは液晶ディスプレイユニットＡ　１１
　、　Ａ１２　、−−−−−−、　Ａ４４は夫々の画素
を示す。Ｍｌ　、Ｍ２　、Ｍ３はフレームメモリでそれ
ぞれ４Ｘ４＝１６ビツトのメモリ容量を有する。メモリ
Ｍｌ、Ｍ２．Ｍ３はデータバスＤＢからデータが送られ
、コントロールバスＣＢにより書込／読出及びアドレス
が制御される。

ＦＣはフィールド切換信号、ＤＣはそのデコーダ、ＭＰ
ＸはメモｌＪＭ１　、Ｍ２　、Ｍ３（７）出力のうち１
つを選択するマルチプレクサ、ＭＭは単安定マルチバイ
ブレータ、ＧＴはゲート信号、ＦＧはクロック発振器、
ＣＫはクロック信号、ＡＮＤはアンドゲート、Ｆは行走
査クロッり信号、ＣＮＴはカウンタ、ＳＲは直列入力並
列入力シフトレジスタ、ＤＲＩ−ＤＲ４は列駆動回路、
ＤＨ５〜ＤＲ８は行駆動回路である。

以下、第３図の回路の動作を第４図〜第６図を参照して
説明する。

第４図はｌフレーム（映像画像の１画面を形成する期間
）における各画素の階調データであり、各階調データの
最上位ピッ）ＭＳＢはメモリＭ３に、中位ビットはメモ
リＭ２に、最下位ビットＬＳＢはメモリＭ１に夫々デー
タバスを介して入力される。

そして時刻ｔ１でフィールド切換信号ＦＣが発生すると
デコーダＤＣはマルチプレクサＭＰＸをメモリＭ１から
のデータを選択するようセットする。同時にＦＣは単安
定マルチバイブレータＭＭに入力されゲート信号ＧＴを
発生し、アンドゲートＡＮＤを開きクロック信号ＣＫの
４つのクロックを行走査信号ＦとしてカウンタＣＮＴに
出力する。カウンタＣＮＴは第１のクロックでドライバ
ＤＲ５をオン状態にする。この時シフトレジスタＳＲに
はメモリＭ１の第１行のデータが入力されており、ドラ
イバＤＲ３のみがオン状態となっている。従って、液晶
画素Ａ１３のみが暗レベルに設定され、他の液晶画素Ａ
ｌｌ　、　Ａ１２　、　Ａ１４は明レベルに設定される
。そして行走査信号Ｆはメモリ行切換信号として不図示
のコントローラに入力されメモリＭ１からは次の第２行
のデータがシフトレジスタＳＲに入力され次の行走査信
号ＦでドライバＤＲ６がオンとなり、同時にシフトレジ
スタＳＲからＭｌの第２桁のデータが夫々ドライバＤＲ
Ｉ−ＤＲ４に入力される。この時ドライバＤＲ２，ＤＲ
３，ＤＲ４がオンとなり、画素Ａ２２　、　Ａ２３　、
　Ａ２４は暗レベルに設定され、Ａ２！は明レベルに設
定される。第３行、第４行についても以上の動作を繰り
返す。

第４行を選択する４番目の行走査信号ＦがカウンタＣＮ
Ｔに入力されると、カウンタＣＮＴはメモリ切換要求信
号ＭＣを不図示のコントローラに出力し、メモリはＭ２
に切換えられ、第２フイールドに移る。この時、第１フ
イールドで明又は暗状態に設定された各液晶画素は、前
述の第１図及び第２図、特に第２図に示す非らせん構造
の強誘電性液晶がメモリ機能を有しているので、その状
態を維持している。

第２フイールドも同様にフィールド切換信号ＦＣにより
マルチプレクサＭＰＸがメモリＭ２からのデータを選択
し、ゲート信号ＧＴにより行走査信号ＦがカウンタＣＮ
Ｔ及びシフトレジスタＳＲに入力される。そして第１フ
イールドと同じ周期で行走査が行なわれ、各液晶画素を
暗状態若しくは明状態に設定される。第３フイールドに
ついても同様である。

本実施例においては第１．第２．第３フィールド期間の
比を各ビットの重みづけと同じく１　：　２　：　４　
：−−−−：　２ｎ　（ｎ：正の整数）に設定している
。従って例えば画素Ａ　１１の階調データは第５図に示
す如く２であるが、この場合は第２フィールド期間のみ
暗レベルとなり、１フレーム期間の２７７が暗状態とな
る。又、画素Ａ　２４の階調データは５であるが、この
場合は第１及び第３フィールド期間が暗レベルとなり、
第２フィールド期間は明レベルに維持され、１フレーム
期間の５／７が暗状態となる。又、画素Ａ４２の階調デ
ータは７であり、この時全てのフィールド期間暗状態が
維持される。つまり本実施例においては８階調の中間調
表現が可能である。

この様にしてフレーム内の表示時間の割合。

即ち表示デユーティを制御することにより、見かけ上の
中間調を表現することが可能となる。第３フイールドが
終了し、１フレームが終ると、メモリＭｌ−Ｍ３のデー
タはコントロールバスＣＢ及びデータバスＤＢにより書
き換えられ、次のフレームのデータがメモリに記憶され
る。

尚、本実施例においてはｌフレームを３つのフィールド
に分けたが、２つ以上の複数フィールドに分ければ中間
調の表示は可能である。

又、データビットと同じ重み付けで各フィールド期間を
変倍量で決めたが、等分割によって等倍量とすることも
可能である。しかしながら、この場合には階調データを
デコードする必要がある。

第７図は、本発明で用いるマトリクス電極構成の平面図
を表わしている。第１Ｏ図に於いて黒塗部で示される画
素が「黒」に、その他の画素が「白」に対応するものと
する。最初に、画面を「白」に揃えるために双安定性強
誘電性液晶を第１の配向状態に揃える。このためには、
全走査線に所定の電圧パルス（例えば閾値以上の電圧２
Ｖｏ、時間幅Δｔ）の信号を印加すればよい。或いは全
データ線に同様の電気信号を印加することも可能である
し、又必要に応じて所要ブロック（所定画面）の走査線
又はデータ線に所要ブロックの双安定性強誘電性液晶が
第１の配向状態に揃うような電気信号を印加してもよい
。具体的な方法として、前述のクリヤー信号を順次走査
を行って、全又は所定画面の画素を単一の表示状態（黒
又は白）とすることができる。又、前述のクリヤー信号
を１時に全又は所定画面に印加してもよい。

具体的には第８図（ａ）と（ｂ）は、それぞれ選択時の
走査信号とそれ以外の非選択時の走査信号を示している
・第８図（Ｃ）と（ｄ）は、それぞれ強誘電性液晶の双安
定性のうち第１の安定状態に配向させる電気信号（白信
号という）と双安定性のうち第２の安定状態に配向させ
る電気信号（黒信号という）を示している。

まず、本発明の駆動法は、第９図に示す様にクリヤー期
間Ｑ１で走査線７２の全部又は一部に走査信号を印加し
、これと同期させてデータ線７３の全又は一部は白信号
を印加する。

次の書込み期間Ｑ２（前述の第１フイールドに対応させ
てもよい）で例えば第７図に示す如く所定の個所（図中
の黒部で示す画素）に黒信号を印加する。この時の走査
線７２及びデータ線７３に印加する電気信号と第７図中
の画素ＡとＢに印加される電圧波形を第９図で明らかに
している。

以上に於て、電圧値ＶｏはＶｏ＜Ｖｔｈｌ＜２Ｖｏと−
Ｖｏ＞−Ｖｔ　ｈ２＞−２Ｖｏを満足する所望の値に設
定されている。従って、第９図から明らかな様に選択時
の走査信号が印加された走査線に対応する全画素（又は
部分書き換えの時は書き換え対象の画素）には位相ｔ１
で一２Ｖｏの電圧が印加されることになり、強誘電性液
晶は第１の安定状態に配向し、位相ｔ２では画素に印加
される電圧がｖＯとなるがＢｏ＜Ｖｔｈｌとなっている
ため位相ｔ１で配向した第１の安定状態（「白」）が維
持されることになる。この様にクリヤー期間Ｑ１で一担
全画素を白信号によって「白」に消去される。

そして、書込み期間Ｑ２で所定の画素のみに走査信号と
同期させてデータ線に黒信号印加することによって、黒
白の一画面が形成される。

゛　　この際黒信号が印加された画素では位相ｔ１で■ 一２ｖＯが印加された後位相ｔ２で２Ｖｏが印加され、
２Ｖｏ＞Ｖｔ　ｈｌとなっているため、位相ｔ１では第
１の安定状態に配向していた強誘電性液晶が位相ｔ１で
第２の安定状態に配向されて「黒」になる。

この際、電圧値Ｖの値及び位相（ｔ１＋ｔ２）二Ｔの値
としては、用いられる液晶材料やセルの厚さにも依存す
るが、通常３ポルト〜７０ポルトで、０．ｉ　ｐ−ｓ　
ｅ　ｃ　〜２ｍｓ　ｅ　ｃの範囲で用いられる。

第１０図は、別の変形実施例である。第１０図に示す具
体例では、第７図に示す走査線７２に走査信号を順次印
加し、この選択時の走査信号に同期させてデータ線７３
に白信号を印加し、クリヤー期間Ｑ１で全画面を一担白
画面に揃える。この時の画素に印加される電圧波形は、
位相ｔｌで一２Ｖｏが印加されて強誘電性液晶は第１の
安定状態に配向し、次の位相ｔ２ではＶｔｈｌより小さ
い値Ｖｏが印加されるので、位相ｔ１＋ｔ２では強誘電
性液晶は第１の安定状態をとる。次の書込み期間Ｑ２で
は所定の画素のみに黒信号を与える。黒信号が与えられ
ｌた画素（第７図中の黒部画素）は、位相ｔ１で一２ｖＯ
が印加されるが、位相ｔ１で２Ｖｏが印加されることに
なり、この画素における強誘電性液晶が第２の安定状態
に配向されて黒になる。さらに、画素Ｂではその後−ｖ
ＯとｖＯが印加されているが、前述した様に電圧値ｖＯ
がＶｏ＜Ｖｔ　ｈｌ＜２Ｖｏと−Ｖｏ＞Ｖｔ　ｈ２＞−
２Ｖｏを満足しているので「白」に反転することはない
。

この様にして書込み期間Ｑ２を第１フイールドとして書
込みが終了する。

次に第２フイールド及び第３フイールドでは、前記第１
フイールド（書込み期間Ｑ２）の場合と同様で第７図（
ａ）と（ｂ）に示す走査信号を印加し１階調データに応
じて、その走査信号と同期して第７図（ｃ）と（ｄ）に
示す波形と同様の波形信号を、黒を白に反転するか、又
は白を黒に反転する反転信号として印加することができ
る。従って、階調データに応じて選択的に黒→白反転信
号又は白→黒反転信号を印加することによって階調性を
表現することができる。

この際、第２フイールドと第３フイールドでの書込み時
間は、第１フイールドでの書込み時間（例えばｌ／２１
０ｓｅｃ）と同一の時間に設定することができる。すな
わち、第２フイールド又は第３フイールドの書込み時間
が第１フイールドの書込み時間と同一の時間であっても
、第２フイールド又は第３フイールドでの画素の表示状
態がそのフィールド内で維持されているので、第２フイ
ールドを第１フイールドの２倍、第３フイールドを第１
フイールドの４倍の時間に設定することができる。

以上の第７図〜第１０図に示す駆動例を第６図に示すタ
イムチャートに採用することによって、階調性を有する
映像画像を形成又は表示することができる。又、本発明
では各画素にカラーフィルターを例えばストライプ形状
あるいはモザイク形状に配置して、双安定性を有する液
晶素子を作成し、この素子に前述の駆動法によって駆動
すると１階調性のカラー映像を表示　・することができ
る。

従って、本発明の方法は階調性を有するモノクロ又はカ
ラー映像を表示する液晶テレビジョン、特に従来のＣＲ
Ｔカラーテレビジョンに比べはるかに小型軽量の液晶ポ
ケットカラーテレビジョンに適用することができる。

又、本発明の方法では例えば１フレーム期間をｌ／３０
秒Ｃｓ　ｅ　ｃ）と設定した上で、第６図に示す第１フ
イールドを１／２１０秒（ｓｅｅ）として、８階調の表
示を行なう表示パネルの場合、前述した様に強誘電性液
晶の応答速度を０．１　ｇ　ｓ　ｅ　ｃ程度とすること
ができるので、表示パネルにおける走査線数を１×１０
７／２１０本（約４７５０本）まで配線することが可能
であるので、高密度画素をもつ多階調表示が可能となり
、又、走査線の配線数を通常のテレビジョンの走査線数
並の数１０゜本程度とすれば、前述の８階調よりさらに
多階調の表示が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び８２図は、本発明の駆動法で用いる液晶素子
を模式的に示す斜視図である・第３図は、本発明の駆動
制御回路を表わす説明図である。第４図及び第５図（ａ
）〜（ｄ）は１画素の階調データの１実施例を表わす説
明図である。第６図は、本発明の駆動法で用いた時のタ
イムチャートを表わす説明図である。第７図は、本発明
の装置に用いるマトリクス電極構造の平面図である。第
８図（ａ）〜（ｄ）は、駆動時の信号波形を表わす説明
図である。第９図及び第１０図は、信号波形を時系列で
表わした説明図である。％４１１Ｄ　　％５図更１０■

Claims

【特許請求の範囲】

（１）双安定状態下の強誘電性液晶を有する画素を複数
の行及び列に沿って配置した液晶素子と、全又は所定画
面の画素に対応した強誘電性液晶を第１の配向状態に配
向させる第１の信号と前記画面内の第１の配向状態に配
向した画素のうちの選択された画素に強誘電性液晶の第
２の配向状態に配向させる第２の信号とを有し、かかる
第２の信号を行毎に順次印加する手段と、画素に対応し
た強誘電性液晶の第１の配向状態又は第２の配向状態の
維持時間を画素毎に制御する手段とを有していることを
特徴とする液晶装置。
（２）前記第１の信号を全又は所定画面の画素にに行毎
に順次印加する手段を有している特許請求の範囲第１項
記載の液晶装置。
（３）前記第１の配向状態又は第２の配向状態の維持時
間を１フレーム期間内の複数に分割されたフィールド毎
に制御する手段を有している特許請求の範囲第１項記載
の液晶装置。
（４）前記フィールドが変倍量で分割されている特許請
求の範囲第３項記載の液晶装置。
（５）前記変倍量が１：２：４：−−−−２＾ｎ（ｎ；
正の整数）である特許請求の範囲第４項記載の液晶装置
。
（６）前記フィールドが等倍量で分割されている特許請
求の範囲第３項記載の液晶装置。