JPS6329733A - 光学変調素子の駆動法 - Google Patents

光学変調素子の駆動法

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JPS6329733A
JPS6329733A JP61174045A JP17404586A JPS6329733A JP S6329733 A JPS6329733 A JP S6329733A JP 61174045 A JP61174045 A JP 61174045A JP 17404586 A JP17404586 A JP 17404586A JP S6329733 A JPS6329733 A JP S6329733A
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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、光学変調素子の駆動法に関し、特に少なくと
も2つの安定状態をもつ強誘電性液晶素子、その他の駆
動法に関する。
〔従来技術の説明〕
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。
これらの実用に供されたのは、殆どが、例えば゛アプラ
イドやフイジスク・レターズパ(°“Applied 
 Physics  Letters”)1971年、
18(4)号127〜128頁に記載のM、シャット(
M、5chadt)及びW。
ヘルフリヒ(W、He1frich)共著になる“ボル
テージ・ディペンタ゛ント・オプティカル争アクティビ
ティ−・オブ番ア命ツィステッド・ネマチック・リキッ
ド会クリスタル°゛(°“Voltage  Depe
ndent  0pticalActivity  o
f  aTwisted  Necnatic  Li
quid  Crystal”)に示されたTN(tw
isted  nemati。)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(Cl ark)及びラ
ガーウォール(Lage rwa 11)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、カイラルスメクチックC相(Sm0本)
又はH相(SmH本)を有する強誘電性液晶が用いられ
、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、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。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記強誘電液晶において、上記安定状態
を利用して表示装置を駆動する場合、第1の光学的安定
状態と第2の安定状態との間は、スイッチング時高速で
遷移するがために、この2つの安定状態の中間レベルを
制御することが難かしく、このため、中間調を表現する
ことが難かしい問題点があった。
本発明の目的は、前述したような従来の表示素子或いは
光シヤツターにおける問題点を解決し階調表現を安定し
て行いうる新規な光学変調素子の駆動法を提供すること
にある。
本発明の別の目的は、高速応答性を有する光学変調素子
の駆動法を提供することにある。
本発明の他の目的は、高密度の画素を有する光学変調素
子の駆動法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕本発明は
、電圧印加により電位勾配を生じる画素を複数ラインに
沿って配置され、該画素が光学変調物質と電気的に接続
されている光学変調素子の駆動法において、ライン上の
画素に所定幅以上に亘った書込み状態を形成する第1ス
テップと、所定幅以上に亘った書込み状態を所定幅の書
込み状態にまで消去する第2ステップとを有する光学変
調素子の駆動法に特徴を有している。
〔実施例〕
本発明の駆動法で用いる光学変調物質としては、少なく
とも2つの安定状態をもつもの、特に加えられる電界に
応じて第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。
4 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木)又H相(SmH本)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・フィシツク会ルーチル” (“Le  Jou
rnalDe  physiove  1etter”
)第36巻(L−69)、1975年の「フェロエレク
トリック令リキッド・クリスタルスJ  (rFerr
oelectric  Liquid  Crysta
ls」):  “°アプライド・フィジックス争しター
ズ(“Applied  PhysicsLetter
s″)第36巻(11号)1980年の「サブミクロン
Φセカンド・へイスティプル・エレクトロオプティック
・スイッチングφイン・リキッド番りリスタルスJ  
(rsubmicro  5econd  B15ta
ble  Electrooptic  Switch
ing  1nLiquid  Crystals」)
; ”固体物理” 16 (141)1981 r液晶
」等に記載されており、本発明ではこれらに開始された
強誘電性液晶を用いることができる。
より具体的には、本発明法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−2−クロ
ロプロピルシンナメート (HOBACPC)および4
−o−(2−メチル)−ブチルレゾルシリチン−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木相又はSmH木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。
又、本発明では前述のSmC木、SmH木の他にカイラ
ルスメクチックF相、■相、J相、G相やに相で現われ
る強誘電性液晶を用いることも可能である。
第1図は1強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもノ
テある。21aと21bは、I n 203、S n 
O2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22がガラス面に垂直になるよう配向し
たSmC本相0掖晶が封入されている。太線で示した線
23が液晶分子を表わしており、この液晶分子23は、
その分子に直交した方向に双極子モーメン)(P工)1
4を有している。基板21aと21b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23のらせん
構造がほどけ、双極子モーメン) (P工)24はすべ
て電界方向に向くよう、液晶分子23の配向方向を変え
ることができる。液晶分子23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を充分に薄くした
場合(例えばip)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、はどけ
、その双極子モーメン)Pa又はPbは上向き(34a
)又は下向き(34b)のどちらかの状態をとる。この
ようなセルに第3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を所定時間付与すると、双極子モ
ーメントは電界Ea又はEbの電界ベクトルに対して上
向き34a又は、下向き34bと向きを変え、それに応
じて液晶分子は第1の安定状833aかあるいは第2の
安定状態33bの何れか一方に配向する。
このよう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状態を有することで
ある。第2の点を例えば第1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$ 33 
a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
の安定状態33b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っている。又、
与える電界Ea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o、s
g〜20ル、特に1終〜5ルが適している。
本発明に適用される光学変調素子の構成例を以下に示す
、第3図に示す例はマトリクス光学変調素子であり、特
に階調表現を有効に成し得る。
ここで工1〜I 5−−−−が接続された部分はITo
等の低抵抗透明導電膜により形成された信号電極群、ま
たs 、 −s 5−−−−が接続された部分はA文、
Au等で形成された低抵抗走査電極群またs 、 −s
 5−−−−で挟まれた部分は5n02゜T i O2
その他の透明な高抵抗膜(1例としてそのシート抵抗が
105〜108Ω/口)である。
該走査電極群と信号電極群との間に必要に応じて誘電体
層また、配向膜等を介して、前記強誘電性液晶が挾持さ
れている。
第4図は、前記走査電極群、ss 、SN S、信号電
極群IS、IH5,INSに印加される駆動波形の1例
、およびこのとき上記液晶に各電極群との交差部にいて
印加される電圧を示す、ここで横軸は時間、縦軸は電位
(電圧)を示す。
本発明は2値、多値、またはアナログの階調表示に適用
できるものであるが、説明を簡略化するために「白」お
よび、1つの中間レベル、および「全黒」の3値を表示
する場合を例にとって示す。
第4図はlライン毎に画像消去、書き込みの信号を含む
場合の具体的駆動波形1例を示し、書き込み後の画像は
第5図に対応する。
Ssは画情報を書き込むライン、すなわち選択された走
査電極に印加される駆動波形、SNSは非選択の走査電
極に印加される駆動波形、またIsは前記選択されたラ
イン上の画素に「全黒」を書き込むための駆動波形、I
H5は中間レベル、またはrNsは「白」を書き込むた
めの駆動波形を示す、(前記「全黒」、「白」はそれぞ
れ「余白」、「黒」とされても良い、) このとき走査電極、信号電極間の液晶にそれぞれ印加さ
れる電圧はss  rs、5s−IH5゜5s−INS
、5NS−IS、5M5−IH3゜5M5−INSで示
される様になる。
ここで、用いた双安定性強誘電液晶の反転閾値を1例と
して1f2Vol<1Vthl<l±3Volとなる様
に駆動電圧Voを選ぶ、ここで、通常、液晶セルに加え
る配向処理等によりvthは+側と一側で若干違いがあ
る場合があるが、この場合は、各駆動波形において+側
と一側の駆動電位を若干補正する等の対応をするものと
し、こ、−−c’は説明の便宜上l+Vthl=l−V
thlとしておく。
上記の様にした場合、各画素に印加される電圧が、その
絶対値が1例として2Vo以下の場合はその部分の液晶
分子の反転は起こらない。
ここで各波形について説明する。
選択された走査電極Ssは1ライン書き込みを3つの位
相に分割して、その第2の位相でライン消去を、第3の
位相で信号電極に印加される信号に応じた画素書き込み
を行なうために、それぞれ第2位相に一2Vo、第3位
相に+2Voの電位波形が印加されている。また第1位
相においては、これらの位相に信号電極に印加される電
圧によって液晶にかかる電圧が閾値を越えない様な電圧
波形が補助的に印加される。
一方、選択されない走査電極SNSは基準電位(ここで
はoV)に固定される。
次に信号電極に印加される電位波形において前記走査電
極の位相とほぼ同期してその第2位相において消去信号
+2Voを印加する。この位相において、選択された走
査電極Ssと各信号電極との間で一4VOの電圧が印加
されることになり、この部分においては液晶の反転閾値
−vthを超えるため、このラインすべてを消去側(白
)に反転させる信号とする0次に第3位相においては、
SSと交差する信号電極にそれぞれ階調に応じた電圧が
印加される。ここでこの時画素を「黒」にする電位とし
て一2Vo、中間レベルにする電位として−Vo、「白
」のまま保持する電位として零(基準電位)とする。
次に補助的に印加する第1位相について説明する。第1
位相としては、前記第3位相の画素書き込み信号に応じ
た電位の信号を入れる。この電位は第3位相において信
号電極に印加される電位と同極性か零(基準電位)であ
り、かつ、第3位相の電位との和の絶対値が、第2位相
に印加する電位とほぼ等しいものが好ましい。
第5図は前記第4図に示した駆動波形によって画素が形
成されたマトリクスセルを示す、ここでSoは常に零(
基準)電位とした。該構成においては、選択された走査
電極と、選択されない走査電極との間で画素書き込み時
においてほぼ2V。
の電位勾配が形成される。すなわち、たとえばSlに書
き込み時2Voの電位が印加された場合、SoおよびS
2までの中間点において電位Voとなる。これに対し、
信号電極群に所定の信号電圧を印加した場合、抵抗膜の
おのおのの位置において液晶に印加される電圧が異なる
ため、該電圧が閾値を越えた部分のみ「黒」が書き込ま
れることになる。第5図においては各走査電極を含む一
点鎖線で囲まれた部分が1画素に相当する。
この動作についてライン消去をする駆動法を用いてもう
少し詳しく説明する。走査電極S1が選択され、さらに
各信号電極に信号電圧が印加される場合、ラインで消去
される範囲あるいは「黒」が書き込まれる範囲は第6図
に示すSlより互いにほぼ等距離にある一点鎖線AI−
BI間で示される。すなわち、この範囲内はすべて一旦
「白」にされ、その後信号電圧が「黒」の場合は、走金
電極S1を中心としてこの範囲内はぼ全部が「黒」にな
り、また、中間レベルの場合はその一部が「黒」になり
、また「白」の場合は、そのまま白に保持される0次に
、走査電極S2が選択された場合に、まず全面が「白」
にされる範囲はA2−B2間となり、その後この範囲内
で「黒」、中間レベル、「白」が決定される。したがっ
て走査電極を順次選択していくことにより、第5図に示
される画像が形成される。
一方、画素に印加される電圧の最大の絶対値を適宜選ぶ
ことにより第7図に示す様に各走査電極間の中心を隔て
て画素を分割することが出来る。これは選択された走査
電極と選択されない走査電極間で形成される電位勾配の
絶対値が第4図に従って2VOとすると、1閾値1より
ほぼ1■01大きい値を液晶にかかる最大電圧値とする
ことにより達成される。
しかしながら、第5図で示す様に画素を書き込む方法、
すなわち、所定の1ラインより広い幅にわたって画素を
書き込み、次ライン書き込み時に前記1ラインより広い
幅を消去し、ふたたび書き込む方法によれば、たとえば
「全黒」を続けて書き込む際などにおいて、副走査方向
における画素のつながりが確実となり、セルにおける抵
抗膜のバラツキや、前記最大電圧値も1閾値1より1v
01以上大きい範囲内で設定すれば良く、自由度も大き
い。
以上において1つの画素全部を「黒」にする電圧値と「
白」にする電圧値にズレがある場合があるが、この時は
その電圧値をそれぞれ適宜に異ならせることにより補正
することが出来る。
次に第8図以下、本発明の別の実施例について説明する
第8図は前記第3図で示したマトリクス素子を別の駆動
法で書き込んだ場合に描かれる画像の1例である。
本例における特徴は各走査電極37+−2。
5fl−1,3fi、Sfl+1.Sn+2−=−を境
界としてライン画素が形成されるものである。
第9図にこの書込み方法に適用しうる駆動波形の1例を
示す、第9図においても前例と同様1ラインの書き込み
を3つの位相により行ない、第2位相、第3位相に、そ
れぞれライン消去信号、画像書き込み信号を与え、第1
位相に補助信号を与える。
まず、■走査電極Snを選択した走査電極Ssとし、第
2位相に一2VO、第3位相に2VOの電圧を与えるよ
うにする。更に走査電極Snの両側の走査電極5n−1
,Sfi+1に1例として、各位相においてSnのほぼ
麦の電圧を与え、それ以外の走査電極5n−2+Sn+
2−−−一は基準電位(零電位)に保つ、この時、5n
−1・sn+ 1は電源により電圧を与えても良いし、
または、電極を開放とすることで、前記電圧にすること
ができる。
一方、各信号電極には第2位相においてはライン消去信
号として+1.5 V Olまた第3位相においては階
調に応じた信号すなわち「全黒」にする信号Isとして
−1,5V Q、中間レベルIHs、として−vOlま
たライン消去後「白」のまま保持する信号INSとして
零(基準電位)を与える。すなわち−1,5V Oと零
の電位中をたとえばアナログ的に変化させることでアナ
ログ階調を得る。
@lO図に上記各位相において、前記マトリクス素子の
1信号電極に注目し、各走査電極および抵抗膜との間で
液晶に印加される電圧の模式図を示す。
第10図において信号レベルIS、IH3゜INSをそ
れぞれ実線、−点鎖線、点線で示し。
またSs、が印加されたときに形成される電位勾配の様
子を実線で示す。
ここで前述と同様、液晶の反意閾値1±vth+を2.
5 V Oとする。
第1位相においては全走査電極および抵抗膜と信号電極
間とに印加される電圧は閾値1±2.5■o1より小さ
く、ここでは液晶の反転は起こらない。
第2位相はライン消去位相である。この位相においては
、信号電極に印加される電圧はIS。
IH5,INSともに一定で+1.5V、どなる。
これに対し、走査電極Ssに一2Vo、また5n−1・
S11+1は−vO1その他の走査電極は基準電位であ
るため、図示する電位勾配が形成される。したがって閾
値を越える範囲は電位差が2、5 V Oとなる5n−
x〜sn+xの範囲であり、この範囲すなわち2ライン
分の消去「全白」反転が行なわれる。
次に第3位相においては、走査電極S9に+2Voが印
加され、図示する様な電位勾配が形成される。これに対
して信号電極には階調に応じた信号レベル、l5=−1
,5Vo、lN5=−VO。
lN5=Oが印加され、Isの場合は5n−1”’So
までの2ラインにわたる範囲が「黒」に、またIH3の
場合は、5n−tとSnの中間からSnとsn+1の中
間までが「黒」に反転し、中間レベルを表現する。また
INSの場合は反転閾値を越える範囲がないため「白」
のまま保持される。したがって、上記の3位相で2ライ
ンにわたって画像が形成される。
而して走査電極Snのラインの次にSfl+1がSsと
して選択された場合、前述までと同様にSn+ 1を中
心に電位勾配が形成され、Sn+ 1選択時における消
去位相において前記で画像を書き込んだ範囲のうち、S
nからSn+ 1との間は「白」に消去されるため、S
nをSSとして選択した時に書き込まれた画像のうち残
るのは5n−tとSn間に書き込まれた画像であり、こ
こに1ライン分の画像が形成されていることになる。
同様にsn+iをSsとして選択して書き込まれた画像
は、SoとSn+1間に残り、他も同様に1ライン分の
画像が順次書き込まれることになる。このようにして、
第8図に示す様な画像が形成される。
本例によって書き込まれた画像はライン画素がAJL、
An等の走査電極間に書き込まれるため画素の切れ目が
ハツキリしており、より椎間な画像を得ることが出来る
ここで上記例においては反転閾値を1±2.5■o1と
したが、この閾値等の多少のズレについては、信号電極
に印加する電圧のうち第2位相の信号レベルと、第3位
相に印加する信号レベルの絶対値の最大レベルを、それ
ぞれ調節するようにしてやれば良い。
次に第11図は変形l実施例である。第11図例におい
てはSnをSsとして選択時において5ll−1,Sn
+1のレベルを電源により調節することで、前記と同様
lラインに書き込み、次のライン走査時に1ラインを消
去する例を挙げたものである。ここでは例として、信号
電極の第2位相を+2VQ、また@33位相最大値を1
−2■o1とし、走査電極5n−1およびS。+1の第
2位相および第3位相をそれぞれ一〇、5VO。
+ 0.5 V Oとし、消去時および「全黒」書き込
み時に5it−1からSfl+1の範囲において液晶の
反転が起こるようにしたものである。この場合、第3位
相で信号電極にIHsとして−Voを印加した中間レベ
ルは前記第10図例と範囲が異なるが、これは言うまで
もなく適当に値を選べるし、前記例と同様書き込み位相
(第3位相)においてOから一2V、までアナログ的に
変調を行なうことでアナログ階調が得られる。また本例
も前例と同様、走査電極の選択ラインSsを順次Sn。
Sfl+1+−−−一とすることで各走査電極間にライ
ン画素を有する画像が形成される。
前記第8図以降において示した例においてはライン消去
、書き込み各位相において選択した走査電極SSと、こ
れに隣接する走査電極との間に形成される電位差よりも
、信号電極に印加する信号レベルの最大値と最小値の差
を大きくすることで、各走査電極間にライン画素を形成
し、さらに良画質を得ることが出来るものである。
〔発明の効果〕
以上本発明によれば高速応答また高密度画素を有した光
学変調素子により安定した良質の階調表現を行なうこと
が出来る駆動法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、本発明で用いた強誘電性液晶素子
の斜視図である。第3図は本発明でマトリクス電極構造
の平面図である。第4図(a)は本発明の駆動法で用い
た信号の電圧波形図で、第4図(b)はそのタイミング
チャート図である。 第5図は第4図に示した駆動波形によって画素が形成さ
れたマトリクスセルの平面図である。第6図は、消去さ
れる範囲又は「黒」が書込まれる範囲を模式的に表わし
た平面図である。第7図は、本発明外の方法で書込まれ
た態様を表わす平面図である。第8図は、本発明の別の
書込み態様を表わす平面図である。第9図は1本発明の
別の駆動波形を表わす波形図である。第10図は、各位
相におけるマトリクス画素内における電位勾配の状態を
模式的に示す説明図である。第11図は、本発明の別の
駆動波形を示す波形図である。第12図は、本発明の別
の駆動波形を用いた時の各位相におけるマトリクス画素
内の電位勾配を示す説明図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電圧印加により電位勾配を生じる画素を複数ラインに沿
    って配置され、該画素が光学変調物質と電気的に接続さ
    れている光学変調素子の駆動法において、ライン上の画
    素に所定幅以上に亘った書込み状態を形成する第1ステ
    ップと、所定幅以上に亘った書込み状態を所定幅の書込
    み状態にまで消去する第2ステップとを有することを特
    徴とする光学変調素子の駆動法。
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