JPS63192021A - 強誘電性液晶電気光学装置 - 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〕 本発明は強誘電性液晶の自発分極及び負の誘電率異方性
を利用した電気光学変換装置の駆動方法に関するもので
ある。

〔発明の概要〕

本発明は強誘電性液晶の自発分極を利用して液晶分子を
第１の安定状態又は第２の安定状態に択一的に整列させ
、且つ強誘電性液晶の負の誘電率異方性を利用して各安
定状態を保持するｖＡ順次走査を行う電気光学変換装置
において、走査電極側の選択期間中の選択ドツトには直
流パルスを、同じく非選択ドツトには、チッッピングパ
ルスを印加し、一方、走査電極側の非選択期間中の全て
のドツトには周波数の高い交流パルスを印加することに
よって、コントラストの高い電気光学変換装置を得る事
ができた。

〔従来の技術〕 従来から強誘電性液晶の自発分極及び負の誘電異方性を
利用した電気光学変換装置は知られていた０例えば特開
昭６０−１７６０９７号公報に開示されている。

第２図に従来の強誘電性液晶セル（以下、単に液晶上を
という、）の斜視図を示す、１．１は一対の対向配置さ
れた透明ガラス基板である。２゜２は基板１の内平面に
配設された一軸性水平配向膜であり、例えばポリイミド
のラビング膜が用いられる。一対の配向膜のラビング方
向は略平行である。３は強誘電性液晶、例えばカイラル
スメクチック液晶（以下、ＳｍＣ’″という。）であっ
て、液晶分子の長軸（以下、分子軸という、）に直交す
る方向に自発分極を有し、又特にここでは少なくとも一
定の周波数以上で負の誘電異方性へεを有するものが選
ばれる。

Δ８く０であるということは、一定周波数領域の外部電
場により分子の長軸と直交する方向に誘起分極を生じ誘
電トルクが働くため、電界方向に対して直角、具体的に
はガラス基板と平行になるように分子が動＜　ｍ　Ｓ　
ｍ　Ｃ”　３の分子は基板１゜１間に挟持され、且つ配
向１）ｉ４２．　２の影響により図に示すような水平配
向をし、且つ層を形成する。

４及び５はＳｍＣ”３薄膜を挟持し、且つ駆動電圧を印
加するため対向配置された一対の電極である。

第３図は液晶セルの従来の駆動波形図を示す。

正の極性を有する第１の直流パルスを電極４，５間に印
加する。但し、電極４を接地電位とする。

すると液晶分子の自発分極６が電極４に向かって垂直な
位置に整列するよう分子が配向する（第２図参照）、こ
れが第１の安定状ａ７であり、それは分子軸がＳｍＣ”
層の法線８に対して十〇傾いている０次に交流パルスを
印加すると、この周波数領域で負の誘電異方性を有する
ことから分子軸に直交する方向に誘電分極が生じ、誘電
トルクにより第１の安定状態が維持固定される。さらに
負の極性を有する第２の直流パルスを電極４，５間に印
加すると、液晶分子は応答し自発分極６が垂直に電極５
を向いた状態に再整列する。これが第２の安定状態９で
あり、それは分子軸がＳｍＣ”筋の法線８に対して一〇
傾いた位置である（第２図参照）、その後、交流パルス
の印加により第２の安定状態が保持される。即ち、正の
直流パルスによって第１の安定状態が書き込まれ、負の
直流パルスによって第２の安定状態が書き込まれ、且つ
交流パルスによって安定状態が保持される。

再び第２図に戻ると、１０．１０は偏光軸が互いに直交
する一対の偏光板であってＳｍＣ”　’ｉｉｌ膜３を挟
持し、複屈折を利用して第１の安定状態にある液晶ドメ
インと第２の安定状態にある液晶ドメインを光学的に区
別する０例えば第１の安定状態７は光遮断状態（以下、
黒という）第２の安定状態、９は光透過状Ｌｉ（以下、
白という）として識別される。

〔発明が解決しようとする問題点〕 さて、先に述べた先行文献には、前述した液晶セルの電
極配置を第４図に示すようなマトリクス構造にし走査電
極群４（以下、コモンという）及び信号電極群５（以下
、セグメントという）を対向装置したものが開示されて
いる。しかしながら、実際に線順次駆動を行うための駆
動波形や駆動回路については開示がない、第３図に示す
波形によってマトリクス駆動を行うことは不可能である
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、従来の液晶セルをマトリクス駆動するための
駆動回路を提供することを目的とする。

第１図により本発明を説明する。第１図（Ａ）は液晶セ
ルのマトリクス電極構成図である。２本のセグメントＳ
ｌ、Ｓ！及び２本のコモンＣ＋、ａＸが４つのマトリク
ス画素（以下、ドツトという）Ｄ、、Ｄ！、Ｄ！、Ｄ、
を構成するように配置されている。液晶セルの他の構成
については第２図及び第４図に示す通りである。

第１図（Ｂ）に各ドツトに印加される波形を示す、なお
、電位基準はセグメント電位にとっである０本例におい
ては、線順次走査でコモンＣＩを選択し、且つコモンＣ
１上のドツトＤ＋のみを第１の安定状態、即ち黒に書き
込みトン）Ｄｚは前の状態のまま、そして非選択コモン
Ｃ８上のドツトＤｓ、Ｄａについては、やはり前の状態
を保持する波形が印加される。

ドツトＤＩに対しては選択期間中、波高値±Ｖ。

の直流パルスが印加されるが、ドツトＤ！に対しては波
高値±ｖｔのチョッピングパルスが印加される０両者の
パルスを比較すると、直流成分は全く同じ±ｖ１である
が、チョンピングパルスは、この直流成分に±Ｖ、の高
周波交流パルスが重量していることがわかる。この重量
している高周波交流パルスによって、液晶分子の応答が
抑制されるため、ドツトＤ、は、前の状態を保持するこ
とになる。この詳細な説明は作用の項で行う。

さて非選択ドツトのり、及びり、には高周波の交流パル
スが加えられる。この高周波の交流パルスの周波数は自
発分極による最大応答周波数よりも大きく選ばれる。従
って、液晶分子には△さく０に基づく誘電トルクだけが
働き液晶分子はガラス基板と水平になるように保持され
る。

従って、安定状態の反転はなく前の状態が保持される。

なおこの周波数は前述のドツトＤｔに印加される重量し
た高周波交流パルスの周波数と等しく選ばれる。

以上に述べた走査を多数のコモン及びセグメントに対し
て線順次に行えば（即ち、コモンをスキャンすれば）１
フレームが終了した時点で黒となるべきドツトに黒が書
き込まれる。

次に白になるべきドツトに白を書き込むためには、その
ドツトに第１図（Ｂ）のり、に印加される波形と位相が
１８０　°反転した波形を印加する。

以下、Ｄ　ｚ、　Ｄ　ｓ、　Ｄ　４の印加波形も全て位
相を１８００反転した波形を印加する。このような波形
を用いてコモンをスキャンすれば、ｌフレームが終了し
た時点でドツトに白が書き込まれる。即ち、最初のフレ
ームで黒ドツトを書き込み、次のフレームで白ドア）を
書き込むことによって、１画面を形成するわけである。

第１図（Ｃ）は、第１図（Ｂ）に示すドツトＤ１〜Ｄ４
に印加される駆動波形を作るため、セグメント及びコモ
ンに印加される波形を示したものでｔｏる。ａはコモン
ＣＩに印加されるコモン選択信号、ｂはコモンＣ２に印
加されるコモン非選択信号、Ｃはセグメン）　Ｓ　＋に
印加される黒書き込み信号、ｄはセグメントＳ２に印加
される非書き込み信号である。なお、この波形は最初の
フレーム（以下、第１フレームと呼ぶ）中で印加される
波形であり、次のフレーム（以下、第２フレームと呼ぶ
）での波形は、前述のように全て位相が１８０＠反転し
ており、且つ第１のフレームで黒書き込み信号が印加さ
れたセグメン）　Ｓ　＋には非書き込み信号を、非書き
込み信号が印加されたセグメントＳｔには、白書き込み
信号（黒書き込み信号において、位相を１８０　°反転
したもの）が印加される。

これらコモン及びセグメント信号を作る具体的回路につ
いては実施例の項で説明する。

ところで非選択期間、即ちトン）Ｄ２．ＤＪに印加され
る波形の波高値は第１図（Ｂ）では±２ｖ。

と±ｖ１である。この電圧波形の役割は、誘電トルクに
よって、液晶分子をガラス基板と水平に保持することで
あり、従って液晶材料の誘電率異方性の値が異なれば、
それに応じて電圧波形の波高値も変わってくる。

このような時には、コモンＣｔに印加する波形の波高値
を任意に変えてやれば、ドツトＤｓ、Ｄａに印加される
波形の波高値も変わる０例えば、第１図（Ｃ）において
、コモンＣ２に印加する波高値を今、±２ｖ、にしたと
すれば、第１図（Ｂ）のドーｉトＤｓ、Ｄａに印加され
る波形は、ドツトＤ。

が±３ｖ１．トン）Ｄｓが±２Ｖ＋の波高値をもった波
形となる。

〔作用〕

チョッピングパルスではＳｍＣ”分子は応答せず、直流
パルスで応答することを説明する。第５図は第２図及び
第４図に示す液晶セルのあるドツトに印加されるテスト
パルスを示す、ａは選択期間中（３ｍ５ｅｃ）正の極性
を有する波高値±Ｖの直流パルス２と負の極性を有する
波高値−■の直流パルスが連続するパルスである０表示
状態は黒から白に変化する。ｂは同じく選択期間中、前
半で波高値＋２ｖのチョッピングパルスを印加し、後半
で波高値−２ｖのチョッピングパルスを印加する波形で
ある。

第６図は、第５図ａ及びｂの波形をＶを変化させながら
印加し、各電圧レベルで選択期間中黒から白に変化する
際のコントラスト比を調べたものである。直流パルスａ
の場合およそＶ−３０Ｖ以上で大きなコントラスト比で
得られる。部ち、閾値３０Ｖ以上でＳｍＣ”分子は第１
の安定状態から第２の安定状態へと完全に遷移する。

ところがチョッピングパルスｂの場合、振幅６０Ｖのパ
ルスを印加しても、ｉ３過光強度の変化は少な（ＳｍＣ
”分子は第１の安定状態から、第２の安定状態へと完全
に遷移しないことが判る。これは次のように説明できる
。ＳｍＣ“の分子の反転メカニズムに寄与する物性は、
自発分極と誘電トルクによるものが考えられている。前
者の自発分極によるトルクはΔεの正負にかかわらず常
に電界と自発分極方向が平行になるように働く。

しかし、後者の誘電トルクにおいては、Δε〉ＯのＳｍ
Ｃ”液晶では、電界に対して分子を平行に△ε〈ＯのＳ
ｍＣ１）液晶では電界に対して分子を垂直にするように
働く、即ち、６ｇ＜Ｑの系では、自発分極によるトルク
（第１の安定状態から第２の安定状態に分子が遷移しよ
うとする初期には分子が電界と平行になる方向に動く）
と誘電トルクとが逆向きに働くことになる。従って、△
Ｃく０の系では、八ｔ＞Ｑの系に比べて応答が遅くなる
と考えられる。この誘電トルクは電圧の実効値及び誘電
率異方性Δεの値に比例するが、第１図（Ｂ）に示すチ
ョッピングパルスと直流パルスでは、前者は２ｖ３．後
者はＶ、の実効値を持つため前者の方が後者より２倍だ
け強く働くわけである。従って、チョッピングパルスの
応答は直流パルスのそれに比べて遅くなり、第６図のよ
うにパルス幅を一定にして反転した場合には、第１の状
態から第２の状態に反転しきれない。

なお、使用したＳｍＣ”液晶はメルク社製の３２３４で
ありΔε−−２．４である。

〔実施例〕

第７図は第１図（Ｃ）に示すコモン選択信号ａ及びコモ
ン非選択信号すを作るコモン電極駆動回路である。第１
図（Ｃ）かられかるように必要な電圧レベルは＋■１及
び−■５、必要な交流化信号は選択期間を前半と後半に
２分するためのＤＦｌ及び安定状態保持に必要な高周波
を作るためのＤＦ２である（第９図タイムチャート参照
）。なお、ＤＦ２はチョッピングにも用いられる。１）
はシフトレジスタであって選択期間を指定する信号ＦＬ
Ｍ及びＦＬＭを各コモンに線順次に分配するためのコモ
ンシフトパルスＣＬＩを入力する。シフトレジスタ１）
の出力はゲート群１２に接続している。ゲート群１２は
ＤＦＩ、ＤＦ２及び信号ＦＬＭをＪＫフリップフロップ
によって分周した信号が入力され、その出力はトランス
ミッションゲート１３及び１４を制御する。トランスミ
ッションゲート１３の入力は−ｖ１電位であり、その出
力は各コモンに印加される。トランスミッションゲート
１４の入力は＋ｖｌ電位であり、その出力は各コモンに
印加される。今、シフトレジスタ１）の出力がＨＩＧＨ
の時、ゲート群１２はｔｌＦｌを受は入れトランスミッ
ションゲート１４を前半導通させトランスミランランゲ
ート１３を後半導通させる。

その結果、コモンＣ１には第１図（Ｃ）ａに示すコモン
選択信号を出力する。又、シフトレジスタ１）の出力が
ＬＯＷの時、ゲート群１２はＤＦ２を受は入れ、ＤＦ２
に同期した＋Ｖ、、−Ｖ、間で振動する交流パルスをコ
モンＣ雪に出力する。これは第１図（Ｃ）のｂに示すコ
モン非選択信号である。上記説明は第１のフレームにつ
いてであり、第２フレームでは全波形の位相を１８００
反転しなくてはならないので、ゲート群１２の排他的論
理和にＦＬＭを分周した信号を印加している。

第８図は第１図（Ｃ）に示すセグメントに印加され、Ｃ
＆δｄを作るセグメント電橋駆動回路である。

第１図（Ｃ）から判るように必要な電圧レベルは＋ｖ、
、ｏ、　　　ｖｌの３つであってトランスミッションゲ
ート１５．１６．１７及び１８を介してセグメントに供
給される。各ゲートの０Ｎ−ＯＦＦを制御する信号は、
交流化信号ＤＦ２とランチ出力である。

さて１９はシフトレジスタであり、シリアルビデオデー
タＤＡＴＡを高速クロックＣＬ２で読み取り記憶する。

　２０はランチ回路であり、クロックＣＬ１に同期して
シフトレジスタ１９でパラレル化されたビデオデータを
ラッチし、線順次タイミングＣＬＩに従ってＨＩＣ；Ｈ
又はＬＯＷの情報を出力する。

さてランチ回路２０の出力端子ＯＩに現れたデータがＨ
ＩＧＨの時、トランスミッションゲート１７がＯＮし、
ゼロレベル電位をセグメンｌ”Ｓｔに出力する。よって
Ｓ、には第１図（Ｃ）のＣに示す波形が得られる。又、
ラッチ回路２０の出力端子０□に現れたデータがＬＯＷ
の時には、トランスミッションゲート１８がＯＮＬ、＋
Ｖ、、−Ｖ、の電圧がセグメントＳ：に出力される。こ
の時の波形は、交流化信号ＤＦ２によってトランスミッ
ションゲー目５．１６が交互に０Ｎ−ＯＦＦされるため
に第１図（Ｃ）のｄのような波形が得られる。上記説明
は、第１のフレームの時であり、第２フレームでは、全
波形の位相が１８０　　°反転しなければならないので
、ＦＬＭ信号をＪＫフリップフロップで分周した信号と
ＤＦ２信号の排他的論理和をとってトランスミッション
ゲート１５．１６に印加している。又、前述したように
、第１フレームと第２フレームでは、セグメントのＤＡ
ＴＡ信号を反転させなければならないため、ＪＫフリソ
ブフロンプの出力とＤＡＴＡ信号の排他的論理和をとっ
て、シフトレジスタ１９に入力している。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、ＳｍＣ”分子の自発
分極及び負の誘電率異方性を利用して、白及び黒の２つ
の光学状態を書き込む電気光学装置において、走査期間
中の選択ドツトには直流パルスを、非選択ドツトにはチ
ョッピングパルスを印加し、一方、非走査期間中の全て
のドツトには、周波数の高い対称な交流パルスを印加す
ることによって、コントラストの高い電気光学変換装置
を得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）はマトリクス電極構成図、第１図（Ｂ）は
本発明のマトリクスドツトに印加される波形図、第１図
（Ｃ）は本発明のコモンｉａｉ及びセグメント電橋に印
加される波形図、第２図は従来の液晶セルの斜視図、第
３図は従来の液晶セルの動作波形図、第４図は液晶セル
の電極配置図、第５図は作用を説明するためのテスト波
形図、第第８図はセグメント電極駆動回路図、第９図は
コモン及びセグメント駆動回路用タイミングチャートで
ある。 １、　１・・・基板 ２．２・・・配向膜 ３・・・・・ＳｍＣ”薄膜 １）．１９　　・・・シフトレジスタ １２・・・・・ゲート群 １３．１４，１５，１６．１７．１８　　・・トランス
ミッションゲート２０・・・・・ラッチ回路 以上 弔　１　図　（Ｂン コそンを栂及びｔ７−メント電冶１ぐ印加２技る；良形
４コ第１図（Ｃ） 従来の原品でルの斜ネｊ！図 第２図 従来のｉ良＆セルの動作液形図 第３図 液晶ｔ＋Ｌの電り＆配置図 第４図 作用を説明するｒ：めの°テスト液形口第５図 作用侶肛明”ｔｂｒ（めハコントラスト比−印力Ｕ橡幅
電瓜特４１図コｔ′７ｔＬ極ＪｉＬ動ａ路図 第７図 １？１メントを極騙剰バコ罫４ 暦８Ｉ２］

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）液晶分子の長軸に垂直な方向に自発分極を有し、
   且つ少なくとも高周波領域において、負の誘電率異方性
   を有する強誘電性液晶薄膜と該薄膜を挟持するガラス基
   板と、該薄膜の厚み方向に電圧を印加する一対の電極と
   、液晶分子を第１の安定状態又は第２の安定状態に整列
   させるパルス及び安定状態を保持する高周波交流パルス
   を該電極に供給する駆動回路と、液晶分子の第１及び第
   ２の安定状態を光学的に区別する変換部材よりなる強誘
   電性液晶電気光学装置において、該駆動回路が供給する
   走査電極側の選択期間中での選択ドットに印加されるパ
   ルスは、直流パルスより構成され、走査電極側の選択期
   間中での非選択ドットに印加されるパルスは、前記直流
   パルスに高周波の交流パルスを重畳させたものより構成
   され、さらに走査電極側の非選択期間中での全てのドッ
   トに印加されるパルスは、高周波の交流パルスより構成
   されることを特徴とした強誘電性液晶電気光学装置。
2. （２）前記走査電極側の選択期間中での非選択ドットに
   印加されるパルスである直流パルスに重畳した高周波の
   交流パルスの周波数は、前記走査電極側の非選択期間中
   での全てのドットに印加されるパルスである高周波の交
   流パルスの周波数と同じであることを特徴とする特許請
   求第１項記載の強誘電性液晶光学装置。
3. （３）前記特許請求第２項記載の周波数は、前記強誘電
   性液晶薄膜が自発分極によって応答する最大周波数より
   も大きいことを特徴とする特許請求第１項記載の強誘電
   性液晶電気光学装置。
4. （４）前記非走査期間での全てのドットに印加される高
   周波の交流パルスの波高値は、該交流パルスによって生
   じる誘電トルクが、前記強誘電性液晶薄膜中の分子を前
   記ガラス基板と、ほぼ又は完全に水平にならしめる程度
   以上の電圧値を持つことを特徴とする特許請求第１項記
   載の強誘電性液晶電気光学装置。