JPS63132223A - 光学変調素子の駆動法 - 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】 〔発明の分野〕 本発明は、電界方向に応じてコントラストが識別される
光学変調素子、特に強誘電性液晶を用いた光学変調素子
の駆動法に関する。

〔従来技術〕

上下２枚の基板にストライブ状の電極をバタンニングし
て電極が互いに交叉するように貼合せ、間隙に液晶など
の光学変調物質を挾持したいわゆるドツトマトリクス表
示素子は近年用途が急増している。このタイプの表示素
子の欠点は、画素数が増すにつれて電極の本数が増え、
したがって駆動回路の数が増えてコスト高になることで
ある。例えば、６４０Ｘ４００画素の表示素子の場合、
電極本数すなわち駆動回路数は、６４０＋４００＝１０
４０であるが、これを１２８０ｘ８００画素とすると、
駆動回路数は２倍の２０８０になる。一般に画素数を増
しても、表示パネル自体のコストはあまり高くならない
が、駆動回路数が上記のように増えるので表示装置全体
に占める周辺回路のコスト比率が高（なり、装置全体の
コストを下げるのが容易でない問題点があった。

〔発明の概要〕

従って、本発明の目的は前述の問題点を解消した光学変
調素子、特に強誘電性液晶素子の駆動法を提供すること
にある。

すなわち本発明は、互いに対向した導電膜と、該導電膜
間に配置した電界に対して第１安定状態と第２安定状態
を生じる光学変調物質とを有する駆動図を複数配列した
光学変調素子の駆動法において、前記複数配列した駆動
図のうち、前記光学変調物資の第１安定状態に基づく第
１光学状態の区域と第２安定状態に基づく第２光学状態
の区域を交互に配列し、該区域を総数で少なくとも３区
域有する駆動図を生じさせる光学変調素子の駆動法に特
徴を有している。特に本発明の好ましい具体例では、前
記駆動図の全領域に亘って第１光学状態を生じる電圧を
印加するステップと、該駆動図の部分領域を第１光学状
態から第２光学状態に遷移させる電圧を印加するステッ
プと、該駆動図の第２光学状態領域の部分領域を第２光
学状態から第１光学状態に遷移させる電圧を印加するス
テップとを有する駆動法を用いることができる。

〔発明の態様の詳細な説明〕

下記図面内の斜線部は黒の光学状態を表わし、それ以外
は白の光学状態を表わしている。

本発明の実施例を第１図にもとづいて説明する。

図中、１１はコモン導電膜でシート抵抗値が１０６Ω／
口のＳｎＯ２膜厚で形成されている。１２と１３はコモ
ン導電膜に電位勾配を生じさせるための信号線で、コモ
ン導電膜１１と同じ基板上にコモン導電膜１１に接して
形成されたシート抵抗５Ω／口のクロム蒸着膜である。

１４〜１６は他方の基板上に形成されたセグメント導電
膜で、ＩＴＯ薄膜で形成され、そのシート抵抗は３０Ω
／口である。このセグメント導電膜１４〜１６は電極と
して機能させることができる。

又本発明では、コモン導電膜１１のシート抵抗は、前述
の１０６Ω／口に限らず１０３Ω／口〜１０９Ω／口の
範囲でよ（、又信号線としてはクロム蒸着膜の他にアル
ミニウム、金、銅などのメタル又はその合金で形成した
フィルムを用いることができる。尚、ソート抵抗の測定
はＡＳＴＭ　　Ｄ−２５７（ＡＭＥＲＩＣＡＮＮＡＴＴ
Ｏ’ＮＡＬ　　５ＴＡＮＤＡＲＤ）に基づく。

コモン導電膜１１とセグメント導電膜１４との対白部■
は、第１駆動区に相当し、白の光学状態を呈している。

コモン導電膜１１とセグメント導電膜１５との対向部民
は第２駆動区に相当し、白の光学状態区域と黒の光学状
態区域が交互に３区域配列されている。又、コモン導電
膜１１とセグメント導電膜１６との対向部民は、第３駆
動区に相当し、白の光学状態区域と黒の光学状態区域が
交互に４区域配列されている。白の光学状態は、下述す
る強誘電性液晶の第１安定状態に基いて形成され、黒の
光学状態は強誘電性液晶の第２安定状態に基いて形成さ
れる。

第２図は、駆動区２１内に黒の光学状態と白の光学状態
を生じた時の電圧の状態を模式的に示したものである。

まず、最初に駆動区２１には強誘電性液晶の第１安定状
態を生じさせる電圧が印加され、駆動区２１の全体に亘
って白の光学状態にクリヤーされた後、信号線１２をグ
ランドレベルに設定し、他方の信号線１３に電圧Ｖｃｏ
ｍを印加すると、コモン導電膜１１の幅方向ｘＯ−Ｘ１
間に電位勾配２２を生じる。この時に、何れかのセグメ
ント導電膜に電圧Ｖｓｅｇを印加すると、ｌＶｃｏｍ−
Ｖｓｅｇ　ｌ＞　１　ｖｔｈ　１の区域とｌ　Ｖｃｏｍ
−Ｖｓｅｇ　１＜　１ＶｔｈＩの区域が形成され、ＩＶ
ｃｏｍ−Ｖｓｅｇ　ｌ　＞　ＩＶｔｈｌの区域では強誘
電性液晶の第２の安定状態を生じる電圧が印加されてい
ることになり、白の光学状態から黒の光学状態に遷移す
る。この結果、白の区域と黒の区域を形成することがで
きる。

第３図は、本発明で用いた駆動波形を表わしている。第
３図（ａ）の電圧Ｖｃｏｍは信号線１３に印加する走査
選択信号で、電圧Ｖｓｅｇは選択されたセグメント導電
膜（又は電極）に印加する情報信号である。第３図（ｂ
）は、タイミングｔ。、ｔｌとｔ２におけるコモン導電
膜１１とセグメント導電膜の電位分布とその時の光学状
態を表わしている。コモン導電膜１１は、一定時間間隔
で勾配が交互に逆勾配となり、セグメント導電膜はこれ
に同期して＋２ｖ０、＋ｖ０．０、−Ｖｏと一２Ｖｏの
５つのうちいずれかのレベルが与えられる。上下導電膜
間に挾持された光学変調物質が、一方の安定状態から他
方の安定状態へ遷移する閾値電圧はｖｔｈ＝±２ｖｏに
設定されているものとする。セグメント導電膜１４の電
圧が第３図（ａ）のように与えられると、 ■　ｔｏの期間で区域Ａ−Ｄの全画素が「白」になり、 ■ｔ１の期間で区域Ｂ、ＣとＤの画素が「黒」に反転　
　し、 ■　ｔ２の期間で区域りの画素が「白」に反転し、 その結果、区域Ａ、　Ｂ、　ＣとＤはそれぞれ「白／黒
／黒／白」の状態になる。

第４図は、本発明で用いる表示パネル４１の平面図で、
５ｌ−Ｓ６は走査線を、丁１−■、はデータ線を表して
いる。走査線Ｓ、−Ｓ６には第５図に示す走査選択信号
が順次印加され、例えばデータ線１１には図示する波形
の信号が印加される。その時の表示状態を第４図の駆動
区Ｘ、　ＹとＺによって示す。

第６図は、駆動区画を「黒／白／黒／白」と表示するた
めの方法を示したものである。

実際には第３図の状態と第６図の状態が同じコモン導電
膜上の２つのセグメント導電膜の位置に同時に表示され
る。第７図はその場合、つまり１本のコモン導電膜が複
数本のセグメント導電膜と交叉している場合の表示方法
であって、タイミングｔ。〜ｔ４の５つの期間で表示が
完了する。この間第１信号線１２の電位はつねに零ボル
トに保たれ、Ｖ　ｃ　ｏ　ｍ（第２信号線１３の電位）
に±４■ｏの矩形波が印加される。したがってコモン導
電膜は１期間ごとに勾配が逆勾配となる。ｔｏは、全画
素をクリヤする（本実施例では「白」にすることである
）期間、ｔ１〜ｔ４はそれぞれＡ列〜Ｄ列の画素を書込
むための期間である。これらの期間に画像情報信号に応
じてセグメント導電膜に印加される電圧レベルは表１の
とおりである。

表１ ただし、光学変調物質の閾値電圧は±２ｖｏに設定され
ているものとする。

以下、第７図（ａ）のような信号電圧が印加されたとし
て、各期間ごとの画素の状態を第７図（ｂ）を用いて説
明する。

■ｔ０の期間・・・全セグメント電位が一２Ｖ０になっ
ているので駆動区全体が「白」に クリヤされる。

■ｔ１の期間・・・ｓｅｇｌの電位が＋ｖｏなのでこの
セグメントの区域Ｂ、　Ｃ，Ｄが「黒」 に反転し、Ａは「白」のまま保持さ れる。一方ｓｅｇ２の電位は＋２ｖ。

なのでこのセグメント上の区域Ａ。

Ｂ、　ＣとＤが「黒」に反転する。結 果的にｓｅｇｌの区域Ａに「白」、ｓｅｇ２の区域Ａに
「黒」が書込まれたこ とになり、区域Ｂ、　ＣとＤはすべて 「黒」になっている。

■ｔ２の期間・・・ｓｅｇｌの電位が０なので区域Ｃと
Ｄが「白」に反転し、区域ＡとＢは それまでの状態に保たれる。一方、 ｓｅｇ２の電位は−Ｖ。なので区域Ｂ。

ＣとＤが「白」に反転し、区域Ａは その状態を保持する。この結果、ｓｅｇｌの区域Ｂに「
黒」、ｓｅｇ２の区域Ｂ に「白」が書込まれたことになり 区域ＣとＤはすべて「白」になっ ている。

■ｔ３の期間・・・ｓｅｇｌ、２ともｏｖなので、これ
らのセグメントの区域ＣとＤが「黒」 に反転する。すなわち区域Ｃに「黒」 が書込まれる。区域りはすべて「黒」 になっている。

■ｔ４の期間・・・ｓｅｇｌ、　２とも＋ｖ０なのでこ
れらのセグメントの区域りが「白」に 反転する。

以上、説明したとおり本実施例の駆動法はまず駆動区全
体をクリアし、次いで左から１列ごとに区域列を選択し
て、選択列の区域を含めてそれより右側の画素を反転さ
せるかあるいは選択列の区域は除いてそれより右側の区
域を反転させるかによって該列上の区域の状態を決定し
ていく駆動方法である。

第８図と第９図は、本発明の別の具体例を表わしている
。

前記実施例では、コモン導電膜は１本と考えたが、表示
画素数が増すとコモン導電膜を複数本持つほうが好まし
い場合もある。第８図はその実施例で１本のコモン電極
で４列分の表示を行い、これを４本並べて計１６列のマ
トリクス表示を構成したものである。第９図に駆動波形
を示す。コモン導電膜は１本ずつ順次選択し、１本のコ
モン導電膜の選択中の駆動波形は、前記実施例第７図と
同様である。非選択コモン導電膜はその上の画素が表示
状態を保持するように電位０の無勾配状態におかれてい
る。

第１２図は、前述の駆動方法を６４０　Ｘ　４００画素
のマトリクスパネル１２１に適用したときの構成回路図
である。コモン側の電極ｃｏｍｌ、ｃｏｍ２．・・・ｃ
ｏｒｎｌｏＯは４００／４　＝　１００本、セグメント
側ｓｅｇｌ。

・・・ｓｅｇ６４０は６４０本の電極であり、それぞれ
アナログスイッチ１２２，１２３を通して、コモン波形
発生回路１２４とセグメント電極発生回路１２５につな
がれている。コモン波形発生回路１２４は、＋４ｖ。

の矩形波をつくり、互い逆相の矩形波が２本のパスライ
ン１２５ａと１２５ｂへそれぞれ出力される。この矩形
波の２４５周期ごとにコントロール回路１２６からコモ
ン側シフトレジスタ１２７にシフトパルスが与えられ“
ｌ”状態にあるビットのアナログスイッチ１２２がＯＮ
状態になり、第９図に示す走査波形がマトリクスパネル
１２１に与えられる。セグメント側はデータＤＡがシフ
トレジスタ１２’８（１）に貯えられ、一定周期毎にラ
ッチ回路１２８　（２）でラッチされ１対のアナログス
イッチ１２３のうちどちらかをオン状態にする。この周
期は上記コモン波形の０．５周期に設定されている。セ
グメント波形発生回路１２５は、図中に示したように０
．５周期毎１．１（−２Ｖ０．＋Ｖ。、−Ｖｏ、−Ｖ。

、＋Ｖｏ）のレベルを順次出力し、これがそのままアナ
ログスイッチ１２３の一方のアナログスイッチ１２３ａ
に入り、十ｖ。だけレベルシフトされた波形がもう−方
のアナログスイッチ１２３ｂに入る。これによって第９
図のセグメント波形を出力することができる。

前記２つの実施例では、１駆動区を複数区域として表示
するが、各区域は「白」または「黒」の２値しかとらな
かった。これに対し第１０図は中間調表示の例であって
、各区域は階調信号に応じて「白」と「黒」の境界が中
間的な位置にくるように表示される。第１１図は駆動波
形で４段階の階調表示を行う場合を示した。４階調の画
像情報信号に応じてセグメント電極に印加される電圧レ
ベルは、前々記実施例中の表１のレベルに中間値を加え
たものでこれを表２に示した。

第１３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。１３１ａと１３１ｂは、１ｎ２０３゜ＳｎＯ
２やＩＴＯ（インジウム−ティン−オキサイド）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１３２がガラス面に垂直になるよう配向し
たＳｍＣ＊　（カイラルスメクチック）相の液晶が封入
されている。太線で示し表ま た線（３３が液晶分子を表わしており、この液晶分子１
３３は、その分子に直交した方向に双極子モーメント（
Ｐ土）１３４を有している。基板１３１ａと１３１ｂ上
の電極間に一定の闇値以上の電圧を印加すると、液晶分
子１３３のらせん構造がほどけ、双極子モーメント（Ｐ
±）１３４はすべて電界方向に向くよう、液晶分子１３
３の配向方向を変えることができる。液晶分子１３３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
厚さく強誘電性液晶の膜厚）を充分に薄くした場合（例
えば１μ）には、第１４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解除され（非ら
せん構造）、その双極子モーメントＰａ又はｐｂは上向
き（１４４，ａ　）又は下向き（１４４ｂ）のどちらか
の配向状態をとる。このようなセルに第１４図に示す如
く一定の閾値以上の極性の異なる電界ＥａはＥｂを付与
すると、双極子モーメント電界Ｅａ又はＥｂの電界ベク
トルに対応して上向き１４４ａ又は下向き１４４ｂと向
きを変え、それに応じて液晶分子は第１の安定状態１４
３ａ　（明状態）か或いは第２の安定状態１４３ｂ　（
暗状態）の何れか一方に配向する。

この様なヒステリシス特性をもつ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
１４図によって説明すると、電界Ｅａを印加すると液晶
分子は第１の安定状態１３３ａ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１３３ａが維持さ
れ、又、逆向きの電界Ｅｂを印加すると、液晶分子は第
２の安定状態１３３ｂ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。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
．５μ〜２０μ、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４　、３６７　、９２４号明細書で提案さ
れている。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、上下一対の電極が対向して形成さ
れる１区画中に、隣接する領域が互いに逆の安定状態に
ある３つ以上の特定形状領域が存在するようにすること
により、該１区画を複数画素として機能させることがで
きた。この結果電極本数を少なくすることができ、駆動
回路数も減らすことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明で用いた駆動区を模式的に示す平面図
である。第２図は、駆動区に生じた電位勾配を模式的に
示す説明図である。第３図（ａ）と（ｂ）は、本発明で
用いた駆動波形とその時の電位レベルを示す説明図であ
る。第４図は、本発明で用いたマトリクス電極の平面図
である。第５図は、本発明の駆動例を時系列で示した駆
動波形図である。第６図（ａ）と（ｂ）並びに第７図（
ａ）と（ｂ）は、本発明で用いた別の駆動波形とその時
の電位レベルを示す説明図である。第８図は、本発明で
用いた別の駆動区を模式的に示す平面図で、第９図はそ
の時の駆動例を時系列で表わした駆動波形図である。 第１０図は、本発明で用いたもう１つ別の駆動区を模式
的に示す平面図で、第１１図はその時の駆動例を時系列
で表わした駆動波形図である。第１２図は、本発明の駆
動法を用いた表示装置の回路構成図である。第１３図及
び第１４図は、本発明で用いた強誘電性液晶素子を模式
的に示す斜視図である。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに対向した導電膜と、該導電膜間に配置した
   電界に対して第１安定状態と第２安定状態を生じる光学
   変調物質とを有する駆動区を複数配列した光学変調素子
   の駆動法において、前記複数配列した駆動区のうち、前
   記光学変調物資の第１安定状態に基づく第１光学状態の
   区域と第２安定状態に基づく第２光学状態の区域を交互
   に配列し、該区域を総数で少なくとも３区域有する駆動
   区を生じさせることを特徴とする光学変調素子の駆動法
   。
2. （２）前記駆動区の全領域に亘って第１光学状態を生じ
   る電圧を印加するステツプと、該駆動区の部分領域を第
   １光学状態から第２光学状態に遷移させる電圧を印加す
   るステツプと、該駆動区の第２光学状態領域の部分領域
   を第２光学状態から第１光学状態に遷移させる電圧を印
   加するステツプとを有する特許請求の範囲第１項記載の
   駆動法。
3. （３）前記駆動区に印加する電圧が該駆動区の一端から
   他端に亘って勾配を有し、第１光学状態に遷移させる電
   圧の勾配と第２光学状態に遷移させる電圧の勾配が互い
   に逆勾配となっている特許請求の範囲第１項記載の駆動
   法。
4. （４）前記駆動区が複数の行及び列に沿って配列され、
   行毎の駆動区が走査線と電気的に接続し、列毎の駆動区
   がデータ線と電気的に接続している特許請求の範囲第１
   項記載の駆動法。
5. （５）選択されない走査線の電位を基準にした正極性電
   圧と負極性電圧を交互に少なくとも３パルス有する走査
   選択信号を順次走査線に印加する特許請求の範囲第４項
   記載の駆動法。
6. （６）複数の行及び列に沿って配列された駆動区のうち
   、行上の駆動区が導電膜と電気的に接続し、該導電膜の
   行方向に沿った一端を基準電位と接続するとともに、該
   導電膜の行方向に沿った他端に基準電位に対して正極性
   電圧と負極性電圧を交互に少なくとも３パルス有する走
   査選択信号を行毎に順次印加する特許請求の範囲第４項
   記載の駆動法。
7. （７）前記導電膜が１０＾３〜１０＾９Ω／□のシート
   抵抗を有しているとともに、該導電膜の行方向の一端と
   他端にメタル又はその合金が配線されている特許請求の
   範囲第６項記載の駆動法。
8. （８）前記光学変調物質がヒステリス特性をもっている
   特許請求の範囲第１項記載の駆動法。
9. （９）前記光学変調物質が強誘電性液晶である特許請求
   の範囲第８項記載の駆動法。
10. （１０）前記強誘電性液晶がカイラルスメクチツク液晶
    である特許請求の範囲第９項記載の駆動法。
11. （１１）前記カイラルスメクチツク液晶の膜厚がカイラ
    ルスメクチツク液晶のらせん構造を消失するのに十分に
    薄い膜厚に設定されている特許請求の範囲第１０項記載
    の駆動法。