JPS629321A

JPS629321A - 液晶装置

Info

Publication number: JPS629321A
Application number: JP14887385A
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

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にケートオンパル
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異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（１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ｌ／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を有する画素を複数の行及び列に沿
って配列した液晶素子と、行上の選択された第１の画素
群を強誘電性液晶の第１の配向状態に基づく表示状態に
する書込みを、行毎に順次行う第１の段階と行上の選択
された第２の画素群を強誘電性液晶の第２の配向状態に
基づ〈表示状態にする書込みを行う第２の段階とによっ
て画面書込みを行う書込み手段と、前記表示状態の維持
時間を画素毎に制御する手段を有する液晶装置を特徴と
してる。

〔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（ＳｍＣ末）、Ｈ相（ＳｍＨ”）、Ｉ相（ＳｍＩ　”
）、Ｆ相（ＳｍＦ”）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、°６ル・ジ
ュルナール・ド・フイジイク・レットル°。

（ＬＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＤＥ　ＰＨＹＳＩＱＵＥ　Ｌ
ＥＴＴＲＥ’”）３６（Ｐ、６９）１９７５年の「フェ
ロエレクトリッターリキッド・クリスタルスＪ　　（ｒ
ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄ　　Ｃｒｙｓ
ｔａｌｓＪ　　；　　”アブライド−フイジイツクスー
レターズ”　（”Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　
　Ｌｅｔｔｅｒｓ’９３６　（１１）１９８０　ｒサブ
ミクロ・セカンド書バイスティプル・エレクトロオプテ
ィック・スイッチング・イン番リキッド・クリスタルス
Ｊ　（ｒｓｕｂｍｉｃｒｏ　　５ｅｃｏｎｄＢｉｓｔａ
ｂｌｅ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ　　Ｓｗｉｔｃｈ
ｉｎｇｉｎ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　ＣｒｙｓｔａｌｓＪ）
；”固体物理”１月（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（Ｄ　ＯＢ　ＡＭＢ
　Ｃ）、ヘキシルオキシベンジリデン−ｙ−アミノ−２
−クロロプロピルシンナメート（ＨＯＢＡＣＰＣ）ｔ−
３よび４−　ｏ　−（２−メ＋ル）−ブチルレゾルリリ
デン−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末、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
ることができる。

第１図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもノ
テある。１１と１１’は、Ｉ　ｎ２０３　。

５ｎ０２やインジウム−ティン−オキサイド（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ＳｍＣＸ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、双極子モーメント（Ｐ工）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ｑ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Ｉｇ）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
Ｌ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１９２３’（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色〜２０
ル、特にＩＪＬ〜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％ｌ、ＩＭＩ　、Ｍ２　、Ｍ３の出力のうち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、Ｃ
Ｋはクロック信号、ＡＮＤはアンドゲート、Ｆは行走査
クロック信号、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、Ｄ
Ｒ５〜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１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、最下位ピッ）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　ｕ　、　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Ｍｌ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ＤＲ１〜ＤＲ４に入力される。この時ドライ
バＤＲ２、ＤＲ３、ＤＲ４がオンとなり、画素Ａ、２２
　、　Ａ２３　、　Ａ２４は暗レベルに設定され、Ａ２
１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、ｌフレーム期間の２／７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が飴状゛態となる。又、画素Ａ４２の
階調データは７であり、この持余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Ｍ１〜
Ｍ３のデータはコントロールバスＣＢ及びデータバスＤ
Ｂ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、中間に双安定下にある強誘電性液晶化合物が
挟まれたマトリクス電極構造を有するセルフ１の模式図
である。７２は走査線であリ、７３はデータ線である。

今、簡単のために、白と黒の二値信号を表示する場合を
例にとって説明する。第７図において、斜線で示された
画素が「黒」に、その他の画素が「白」に対応するもの
とする。

第８図は、全又は所定画面の画素を情報信号に応じて位
相ｔ２で「黒」に書込みを行う第１の段階で用いる信号
波形を表わしている。又、第９図は、第１の段階での書
込みが終了した後の残りの他の画素を位相ｔ２ｒ白」に
書込みを行う第２の段階で用いる信号波形を表わしてい
る。

第８図（ａ）は、走査線に印加する黒書込み時の走査選
択信号で、第８図（ｂ）は黒書込み時の走査非選択信号
でる。第８図（Ｃ）はデータ線に印加する黒書込み時の
黒信号の信号波形で、第８図（ｄ）はそれ以外の画素に
印加するデータ線の信号波形である。

第９図は、第８図の第１書込み段階で第７図中の画素Ａ
とＢに印加される信号波形を時系列で表わしたものであ
る。第９図（ａ）は画素Ａに、第９図（ｂ）は画素Ｂに
それぞれ対応した時系列走査信号である。

第１０図（ａ）は、走査線に印加する白書込み時の走査
選択信号で、第１０図（ｂ）は白書込み時の走査非選択
信号でる。第１０図（ｃ）はデータ線に印加する白書込
み時の白信号の信号波形で、第１０図（ｄ）はそれ以外
の画素に印加するデータ線の信号波形である。

又、第１１図は、本発明で用いる別の駆動例を表わして
いる。第１１図（ａ）は、第８図の黒書込み時の走査信
号に交流１１１を付加した信号で、第１１図（ｂ）は第
１０図の白書込み時の走査信号に交流１１２を付加した
信号波形である。第１１図（Ｃ）は、第８図（ｃ）と（
ｄ）の黒書込み信号と第１１図（ａ）の黒書込み昨の走
査信号を第７図中の画素Ａに印加した時の時系列波形で
、第１１図（Ｃ）は同様の信号波形を第７図中の画素Ｂ
に印加した時の時系列波形である。従って、本発明は、
第１書込み段階と第２書込み段階で画素には閾値以下の
交流が印加されることになり、第１段階及び第２段階で
書込まれた表示状態がより一層効果にメモリーされる。

又、本発明では前述のセル厚制御によって形成した双安
定性状態の他にらせん構造をもつ負の誘電異方性のカイ
ラルスメクテイツク液晶を交流下で形成した双安定性状
態も用いることができる。この際、本発明では必ずしも
前述の交流無印加時のらせん構造を採る必要はなく、セ
ル厚制御による非らせん構造の双安定性形成とともに、
前述の交流印加を併用することも可能である。

この第８図〜第１１図に示す信号で第１段階の黒書込み
と＄２段階の白書込みとによって１画面を形成する段階
を第６図に示す第１フイールドに適用することができる
。

次に第２フイールド及び第３フイールドでは、前述の第
１フイールドで書込みを行なった時の信号と同様の信号
波形を、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によって階調を表現すること
ができる。又、第２フイールド及び第３フイールドで用
いる反転信号としては、第１２図に示す信号波形を用い
ることも可能である。第１２図（ａ）は、選択走査信号
を表わし、位相ｔ１で黒の画素を白の画素に反転させる
第１２図（Ｃ）の反転信号（−２Ｖｏ）が印加され、位
相ｔ２で白の画素を黒に反転させる第１２図（ｄ）の反
転信号（２Ｖｏ）が印加される。第１２図（ｂ）は非選
択走査信号を表わしており、この信号が印加された走査
上の画素には閾値電圧以下のｖｏ及び−ｖｏが印加され
るだけで、既に書込まれた画素の表示状態はそのまま保
持される。従って、階調データに応じて選択的に一２Ｖ
Ｑの反転信号又は２ＶＱの反転信号を画素に印加するこ
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１／２１
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１２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ブ形状
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、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（ｓｅｅ）と設定した上で、第６図に示す第１フイー
ルドをｌ／２１０秒（ｓｅｃ）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．　ｌ　ＩＬｓ　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１×１０７
／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ｌＯＯ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図及び第２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、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（ａ）及び（ｂ）は画素に印加される
時系列波形を表わす説明図である。第１０図（ａ）〜（
ｄ）は、第２フイールド又は第３フイールドで印加する
反転信号波形の説明図である。第１１図（ａ）と（ｂ）
は、駆動時の走査信号波形を表わす説明図で、第１１図
（Ｃ）と（ｄ）は画素に印加される時系列波形を表わす
説明図である。第１２図（ａ）〜（ｄ）は、第２フイー
ルド又は第３フイールドで印加する反転信号波形の説明
図である。特許出願人　　キャノン株式会社Ｄｔ　　０２　０３　　Ｄｕ　　Ｄ５−−−−−（ｂ）ＣＱ）（ｂ）（ｄ）コミニー。第１２図（ｂ）

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列した液晶素子と、行上の選択さ
れた第１の画素群を強誘電性液晶の第１の配向状態に基
づく表示状態にする書込みを、行毎に順次行う第１の段
階と行上の選択された第２の画素群を強誘電性液晶の第
２の配向状態に基づく表示状態にする書込みを行う第２
の段階とによって画面書込みを行う書込み手段と、前記
表示状態の維持時間を画素毎に制御する手段を有するこ
とを特徴とする液晶装置。
（２）前記表示状態の維持時間を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。
（３）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２項記載の液晶装置。
（４）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３項記載の液晶装置
。
（５）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２項記載の液晶装置。