JPS63106629A - 液晶素子の駆動法 - 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、液晶表示素子や液晶−光シヤツター等に使用
される液晶素子の駆動法゛に関し、更に詳しくは、駆動
パルスのパルス幅を適正化することにより、表示ならび
に駆動特性を改善した液晶素子の駆動法に関する。

［開示の概要］ 本明細書及び図面は、液晶表示素子や液晶−光シヤツタ
ー等に使用される液晶素子の駆動法において、複数個の
パルスからなる駆動パルスのパルス幅ΔＴと、単パルス
において、双安定状態間のスイッチングが起こる最小パ
ルス幅Δ７ｓｉｎとの関係をΔ７ｍｔｎ≦ΔＴ＜５Δ７
ｍ１ｎとすることにより、表示ならびに駆動特性を改善
し、高品位の表示を可能とする技術を開示するものであ
る。

［従来の技術］ 従来より、走査電極群と信号電極群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
電極群に順次周期的にアドレス信号を選択印加し、信号
電極群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。

一方、プリンタ分野を眺めて見るに、電気信号を入力と
してハードコピーを得る手段として１画素密度の点から
もスピードの点からも、電気画像信号を光の形で電子写
真感光体に与えるレーザービームプランタが現在数も優
れている。その電気信号を光信号に変換する素子として
、液晶シャッターアレイが提案されている。

これらの実用に供されたのは、殆どが、例えば“アプラ
イド・フィジクス・レターズじＡｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ”）　１９７１年、　１Ｂ　
（４）号１２７〜１２８頁に掲載のＭ、シ’ｒ−／ト（
Ｍ、　５ｃｈａｄｔ）及びＷ、ヘルフリヒ（誓、　Ｈｅ
１ｆｒｉｃｈ）共著になる“ボルテージ・ディペレダン
ト・オプティカル・アクティビティ−・オブ・ア・ツィ
ステッド・ネマチック・リキッド・クリスタル”じＶｏ
ｌｔａｇｅＤｅｐｅｒ＋ｄｅｎｔ　０ｐｔｉｃａｌ　Ａ
ｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ａ　ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔ
ｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙ＋ｔａｌ”）に示されたＴ
Ｎ（ｔｗｉｓｔｅｄ　ｎｅ層ａｔｉｃ）型液晶であった
。

近年は、在来の液晶素子の改善型として、双安定性を有
する液晶素子の使用がクラーク（Ｃ１ａｒｋ）及びラガ
ーウオール（Ｌａｇｅ　ｒｗａ　Ｉ　１）の両者により
特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７
９２４号明細書等で提案されている。双安定性液晶とし
ては、一般に、カイラルスメクティックＣ相（Ｓａｃつ
又はＨ相（Ｓ＋ｓＨつを有する強誘電性液晶が用いられ
る。この液晶はこれらの状態において、印加された電界
に応答して第１の光学的安定状態と第２の光学的安定状
態とのいずれかをとり、かつ電界が印加されないときは
その状態を維持する性質、即ち双安定性を有し、また電
界の変化に対する応答がすみやかであるため、高速かつ
記憶型の表示装置等の分野における広い利用が期待され
ている。

上記強誘電性液晶における第１の安定状態と第２の安定
状態の間のスイッチングは１例えば矩形パルスの場合に
は、パルスの時間＠（パルス幅）と電圧値によって定ま
る閾値以下のパルスが印加された場合に起こる。従って
、走査電極と情報電極の交点で形成される画素のうち、
選択画素には閾値以下、その他の画素には閾値以下のパ
ルスが印加されるように、走査電極と情報電極に適正な
パルスを印加することにより時分割駆動が可能となる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、閾値以下のパルスに対して１つの安定状
態にある液晶分子は全く応答しないというわけではなく
、他方の安定状態へのスイッチングは起こらないまでも
、少なからずその配向方向を変化させ、また元の安定状
態に戻るという応答をする。このような応答は光学的に
も感知され。

表示素子としては駆動時のちらつきと、あるいはコント
ラスト変化となって表われ、表示品位を悪くする原因と
なる。

また、配向処理が不完全であると、閾値以上の単パルス
に対しては、一画素全体が完全に反転するのに対し１時
分割駆動においては閾値以上の単パルス（書き込みパル
ス）の後に書込みパルスの月程度の電圧値を有する情報
信号に相当する　交流的なパルス列が続いて印加される
と、一画素全体が均一に反転せず、未反転部分が残る場
合がある。このような不均一なスイッチングは表示のコ
ントラストを低下させ、同じく表示品位を悪くする原因
となる。

本発明は上記従来例の欠点を解決するためになされたも
ので、高品位表示に適した強誘電性液晶素子の駆動法を
提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］及び［作用］本発明者
らは、時分割駆動におけるパルス幅ΔＴと、単パルスに
おいて双安定状態間のスイッチングが起こる最小パルス
幅Δ７ｓｔｎとの関係について種々の研究を行った結果
、６丁の値をある特定の範囲内に設定することで、反転
領域の面積を実用上問題とならない程度にまで拡げるこ
とができることを見い出したものである。すなわち本発
明は、電極が形成された一対の平行基板間−双安定性を
有する強誘電性液晶を挟持したセル構造の強誘電性液晶
素子の駆動法であって、複数個のパルスからなる駆動パ
ルスのパルス幅ΔＴと、単パルスにおいて双安定状態間
のスイッチングが起こる最小７１１７幅６丁−１ｎがΔ
７１ｉ１１≦ΔＴ＜５Δ丁曽ｉｎの関係を満足するよう
に駆動パルスのパルス幅を設定したことを特徴とするも
のである。

本発明において、駆動パルスのパルス幅６丁をΔ７ａｉ
ｎに近づけることにより、非反転画素の割合が減少する
理由は明らかではないが、６丁が短くなると液晶自体の
応答速度の限度近くで応答することになるため、印加さ
れるパルス列に対して液晶分子が追従しにくくなるため
と推定される。

本発明の駆動法で用いることがセきる液晶材料として、
特に適したものは、カイラルスメクティック液晶であっ
て、強誘電性を有するものである。具体的にはカイラル
スメクティックＣ相（ＳｒｓＣつ、カイラルスメクティ
ックＧ相（ＳｍＧつ、カイラルスメクティックＦ相（Ｓ
ｍＦつ、カイラルスメクティックＩ相（Ｓｍｌ”）又は
カイラルスメクティックＨ相（Ｓ！ＩＨつの液晶を用い
ることができる。その強誘電性液晶の詳細については、
“ル・ジュールナル・ド・フィジーク・ルチール”じＬ
Ｅ　ＪＯＵＲＮＡＬＤＥ　ＰＨＹＳＩＯＵＥ　ＬＥＴ丁
ＥＲ９″）　　１９７５年、　３Ｇ　（Ｌ−６９）号に
掲載の［フェロエレクトリック・リキッド・クリスタル
スＪ　（ｒＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ
　ＣｒｙＳｔａｌｇ）；“アプライド・フィジックス・
レターズじＡｐｐｌｉｅｄ　ｐｈｌｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ”）　１９８０年、　３６　（１１）号に掲載の
「サブミクロ・セカンド・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・リキー、ド・クリ
スタルスｊ　（ｒＳｕｂ＋＋＋ｉｃｒ。

５ｅｃｏｎｄ　Ｂ１５ｔａｂｌｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐ
ｔｉｃ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　１ｎＬｉｑｕｉｄ　Ｃｒ
ｙｓｔａｌｓ’）；“固体物理”１９８１年、１６（１
４１）号に掲載の「液晶」等に記載されていて、本発明
ではこれらの開示された強誘電性液晶を用いることがで
きる。

強誘電性液晶化合物の具体例としては、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
）　（ＤＯＢＡＭＢＧ）　、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（
ＨＯＢＡＣＰＩＩＩ：）　、　４−ｏ−（２−メチル）
−ブチルレゾルシリチン−４′−オクチルアニリン（Ｍ
ＢＲＡ８）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
が所望の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ック等によ
り支持することができる。

［実施例］ 第２図は強誘電性液晶を封入したセルのマトリクス電極
を示す模式図である。

第２図で示すセル構造体１０は、ガラス板からなる一対
の基板１ａとｉｂがスペーサ４で所定の間隔に保持され
、この一対の基板をシーリングするために周囲を接着剤
６で接着したセル構造を有しており、基板１ａの上には
複数の透明電極２ａからなる電極群（例えばマトリクス
電極構造のうちの走査電圧印加用電極群）が帯状パター
ンで形成され、基板１ｂの上には前述の透明電極２ａと
交差させた複数の透明電極２ｂからなる電極群（例えば
、マトリクス電極構造のうちの情報電圧印加用電極群）
が形成されている。透明電極を設けた基板上には５ｉ０
２の無機絶縁膜及びポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の
有機配向膜が形成され、その表面にはラビング処理が施
されている。また、使用した液晶は以下に示すような相
系列をもつエステル系混合液晶であって、スメクティッ
ク相を有するものである。

（ｃｓｔｏ１４） 上記混合液晶を第２図に示したセルに封入し、一度等吉
相まで昇温させた後Ｓａｃ”へ徐冷した。さらにＳａｃ
”相において５０Ｈ２±２０Ｖの矩形交番電界を数秒間
印加した。

なお、Ｓａｃ・相における液晶分子の平均分子軸のなす
角度の局は約７度であり、電極に２０Ｖの直流電界を印
加した時の液晶分子の平均分子軸のなす角度の月は約２
０度であった。また、前記交番電界を取り去った後の双
安定状態間の平均分子軸のなす角度の鍔は約１８°であ
った。

第３図に上記セルの閾値特性を示す、第３図は横軸に電
圧波高値、縦軸にパルス幅（６丁）をとり、それぞれの
パルス幅に対して少なくとも１画素全体がスイッチング
する電圧波高値をプロットしたものである０図において
、パルス幅及び電圧値の座標が折れ線の右側領域にある
単パルスは反転することを示し、左側領域にあるときに
白丸は反転が起こらないことを示している。双安定状態
間のスイッチングは、矩形パルスの場合には、上述した
ように一般にそのパルス幅（６丁）と電圧波高値によっ
て定まる閾値以上のパルスが印加された時に起こる。し
かしながら、第３図のグラフから明らかなように、ある
一定のパルス幅以下（この例では約１００ｇｇ）では、
どんなに電圧波高値の高いパルスを印加しても完全なス
イッチングを得ることはできない、すなわち、スイッチ
ングの限界を示すパルス幅をΔ７ｍ１ｎとすると、この
Δ７ａｉｎは液晶材料自体の応答速度に依存するものと
考えられる。この様に、単パルスでのスイッチングでは
６７１１０以上のパルス幅を必要とするが、時分割駆動
において、書込みパルスの後に書込みパルスの月程度の
電圧値の交流的なパルス列を印加する場合には、パルス
幅がある一定以上になると一画素内での反転面払の割合
がかえって低下してしまうことになる。

以下、本発明の実施例を第１図及び第４図〜第６図と共
に説明する。第４図は本発明の一実施例を示す駆動波形
図、第５図は画素の表示例を示す説明図である。

第４図及び第５図において、　Ｓｌ、　Ｓ２１　Ｓ３．
・・・は走査信号ライン、Ｉｌ、　１２．１３．・・・
は情報信号ライン、Ａは画素を表わす、第４図に示され
るように、走査信号ラインＳ１＋　９２．ＳＬ・・・を
順次走査し、これと同期して情報信号ラインＩｌ、　Ｉ
２゜１３、・・・を書込むことによって、例えば第５図
に示した画素Ａの書込みが行なわれる。この場合、画素
Ａに印加される電圧は（１２−Ｓ２）で示される。また
書込み内容は、第５図の白地部が第１の表示状態「白」
を示し、負電圧で書込まれるものとし、斜線部が第２の
表示状態「黒」を示し、正電圧で書込まれるものとする
。

次に、前述した第２図のセルに対してこの様な時分割駆
動を行った際の画素Ａのスイッチング状態を、偏光顕微
鏡下で観察すると同時に、フォトマルにより透過光量の
時間変化を測定した。

第４図において、各駆動パルスのパルス幅６丁を１２５
ルＳから１０００ｇｇまで３段階に変化させ、走査信号
の電圧波高値ＶＳ及び情報信号の電圧波高値Ｖｌを以下
の様に設定した。

ｖｌ＝尾ＶＳ Ｖ　Ｉ　＋　Ｖ　ｓ＞　Ｖ　ｓａｔ ここでｖ　ｓａｔは、第３図における各パルス幅ΔＴ　
（１２５終Ｓ、　５００μＳ、　１０００μｓ）に対応
して定めた閾値電圧である。

第１図は、画素Ａにおいて初期の表示状態を「黒」にし
ておき、第４図の駆動波形で走査終了後、−画素内にお
いて何％が「白」に反転したかを駆動パルスのパルス幅
６丁に対してプロットした図である。第１図より明らか
なように、パルス幅６丁が短いほど、言い換えれば駆動
パルス幅がΔ丁Ｎｎに近いほど反転領域の面積が広くな
っている０画素Ａは単パルスに対してはパルス幅に関係
なく（Δ７ｓｉｎ以上のパルスに対して）１００％反転
するが１時分割駆動で書き込みパルスの後に情報信号が
印加されると１部分的に反転が阻止されることがある。

このような反転しない領域は、主に配向欠陥部あるいは
配向不均一部において発生するものと考えられている。

また、駆動パルス幅６丁がΔ７１ｉｎに近づくと、反転
が阻止される傾向が弱まるということについての詳細な
理由は明らかではないが、ΔＴが短くなると、液晶自体
の応答速度の限界近くで応答することになり、情報信号
のパルス列に対して液晶分子が追従しにくくなるためと
推定される。

ところで、ディスプレーとして文字等を表示する場合、
少なくとも各々の画素の７０％程度以上の面積が反転し
なければ、鮮明な画像は得られない、従って、第１図に
よれば駆動パルスのパルス幅６丁を５００　ｇ　ｓｅｃ
以下にしなければならない。

つまり６７ｍ１ｎα１００ＪＬｓであるので、ΔＴく５
Δ７Ｎｎを満足するパルス幅において鮮明な画像を得る
ことができる。さらに好ましくは画素の８０％以上が反
転すること、即ち第１図よりΔ丁≦３Δ’１ｌｉｎとす
れば、より鮮明な表示を得ることができる。

第６図は、クロスニコルの関係にある一対の偏光板を、
セルの上下に配置した時の駆動パルスに対する透過光量
の時間変化を示したものである。

図中（Ａ）は画素に印加される駆動パルスを示し、（Ｂ
）はパルス幅ΔＴ　＝５００１Ｌｓ　、　（Ｃ）はΔ丁
＝１２５　ｇｓでの透過光量を示したものである。第６
図より明らかな様に、ΔＴ　＝５００　ｇｓに比べてΔ
Ｔ　＝１２５　ｇｓの方がパルス列による透過光量の変
動が少なく、本発明による駆動法によれば、駆動時の透
過光量変化、すなわちコントラスト変化を小さくするこ
とが可能となる。

第７図は、強誘電性液晶の動作説明のために、セルの例
を模式的に描いたものである。以下、所望の相としてＳ
ａｃ　＠を例にとって説明する。

１１ａと１１ｂは、Ｉｎ２Ｏ３，５ｎ０２あるいはＩＴ
Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ−丁ｊｎ　０ｘｉｄｅ）等の薄膜から
なる透明電極で被覆された基板（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５ｔａＣ・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
は基板の面方向に連続的にらせん構造を形成している。

このらせん構造の中心軸１５と液晶分子１３の軸方向と
のなす角度をｅとして表わす、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ム）１４
を有している。基板１１ａとｌｌｂ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）（Ｐｚ）１４がすべて電
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、電圧印加極性によって光学特性が変わる液晶
光学素子となることは、容易に理解される。

本発明の駆動法で好ましく用いられる液晶セルは、その
厚さを充分に薄く（例えばｌＯμ以下）することができ
る、このように液晶層が薄くなるにしたがい、第８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
せん構造がほどけ、非らせん構造となり、その双極子モ
ーメント（Ｐａ）または（ｐｂ　）は上向き（２４ａ、
）又は下向き（２４ｂ　）のどちらかの状態をとる。こ
の液晶分子１３の２３ａと、２３ｂのなす角度の繕の角
度をチルト角（θ）と称し、このチルト角（０）はらせ
ん構造をとる時のコーンのなす頂角の％に等しい、この
ようなセルに、第８図に示す如く一定の閾値以上の極性
の異る電界Ｅａ又はＥｂを電圧印加手段２１ａと２１ｂ
により付与すると、双極子モーメントは、電界Ｅａ又は
Ｅｂの電界ベクトルに対応して上向き２４ａ又は下向き
２４ｂと向きを変え、それに応じて液晶分子は、第１の
安定状態２３ａかあるいは第２の安定状態２３ｂの何れ
か一方に配向する。

このような強誘電性を液晶光学素子として用いることの
利点は、先にも述べたが２つある。その第１は、応答速
度が極めて速いことであり、第２は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８図
によって更に説明すると、電界Ｅａを印加すると液晶分
子は第１の安定状ｆｆｌ　２３６に配向するが、この状
態は電界を切っても安定である。又、逆向きの電界Ｅｂ
を印加すると、液晶分子は第２の安定状８２３ｂ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
この状態に留まっている。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、書込みパルスの
後に情報信号による交流的なパルス列が続いて印加され
る時分割駆動において、駆動パルスのパルス幅６丁をΔ
７ｓｉｎ≦ΔＴ＜５Δ７ｍｔｎ、より好ましくはΔ７ｓ
ｉｎ≦Δ〒≦３Δ７ｓｔｎとすることにより、−画素内
での反転領域を表示に適した範囲まで拡大することがで
き、コントラストが高く、且つ駆動時のちらつきやコン
トラスト変化の少ない高品位の表示を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は駆動パルスのパルス幅と一画素の反転面積との
関係を示す説明図、第２図はマトリクス電極を示す模式
図、第３図は閾値特性を示す説明図、第４図は本発明の
一実施例を示す駆動波形図、第５図は画素の表示例を示
す説明図、第６図は駆動パルスに対する透過光量の変化
を表わす説明図、第７図及び第８図は液晶セルの模式図
である。 ＳＩ、ｓ２．Ｓ３．・・・　：走査信号ライン、１１、
１２．１’３．・・・　：情報信号ライン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極が形成された一対の平行基板間に双安定性を
   有する強誘電性液晶を挟持したセル構造の強誘電性液晶
   素子の駆動法において、複数個のパルスからなる駆動パ
   ルスのパルス幅ΔＴと、単パルスにおいて双安定状態間
   のスイッチングが起こる最小パルス幅ΔＴ＾ｍ＾ｉ＾ｎ
   がΔＴ＾ｍ＾ｉ＾ｎ≦ΔＴ＜５ΔＴ＾ｍ＾ｉ＾ｎなる関
   係であることを特徴とする強誘電性液晶素子の駆動法。
2. （２）前記２つの安定状態の平均分子軸方向間の角度を
   ２θとし、かつ電極に２極性の所望の直流電界を印加し
   ている際に発現する２つの平均分子軸方向間の角度を２
   Θとするとき、前記電極間に交流電圧を印加かつ除去し
   たのち２つの双安定状態の平均分子軸方向間の角度２θ
   ′がθ＜θ′≦Θである特許請求の範囲第１項に記載の
   駆動法。
3. （３）強誘電性液晶素子がスメクティック相を有する特
   許請求の範囲第１項に記載の強誘電性液晶素子の駆動法
   。