JPS6388526A - 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、電界の方向に応じてコントラストが識別され
る表示パネルの駆動法、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〕

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
（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２、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・フイジスク・レターズ″（“ＡｐｐｌｉｅｄＰｈ
ｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ”）　１９７１年、１８
（４）号１２７〜１２８頁に記載のＭ、シャツ）　（Ｍ
、５ｃｈａｄｔ）及び〜Ｖ、ヘルフリヒ（Ｗ、ＩＩｅｌ
ｆ　ｒｉｃｈ　）共著になる“ボルテージ・ディペンダ
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・クリスタノじじＶ
　。ｌｔａｇｅ　ＤｅｐｅｎｄｅｎｔＯｐｔｉｃａｌ　
　Ａｃｔｉｖｉｔｙ　　ｏｆ　　ａ　　Ｔｗｉｓｔｅｄ
　　ＮｅｍａｔｉｃＬｉｑｕｉｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌ″
）に示されたＴＮ　（ｔｗｉｓｔｅｄｎｅｍａｔｉｃ）
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（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）の両者により特開昭
５６−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４
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（ＳｍＣ＊）又は１
４相（ＳｍＨ＊）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〕

前述の強誘電性液晶素子を駆動するに当っては、例えば
特開昭５９−１９３４２７号公報に開示された様に、ま
ず第１ステツプで走査電極上の画素の表示状態を一様に
一方の表示状態（例えば白）にする電圧を画素に印加し
、続く第２ステツプで選択された画素のみを選択的に他
方の表示状態（例えば黒）とし、かかる第１ステツプと
第２ステツプを走査電極毎に順次操作する駆動法が知ら
れている。又、特開昭６０−１７２０２９号公報に開示
された様に、前述の第２ステツプと同時にその走査電極
から数えてＭ番目（Ｍ＝１．　２．３．・・・整数）の
走査電極上の画素の表示状態を一様に一方の表示状態（
白）にする電圧を画素に印加する駆動法が知られている
。

これらの駆動法では、走査側の電圧レベルが３通りあり
、又信号側の電圧レベルが２通りあることから全体で５
通りの電圧レベルとなっているため、駆動回路が複雑で
、高価となる問題点があった。

従って、本発明の目的は、前述の問題点を解決した光学
変調素子の新規な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、そ
れぞれの交差部で画素を形成する走査電極群と信号電極
群を有し、電界の方向に応じてコントラストが識別され
る光学変調素子の駆動法において、選択された走査電極
に印加する走査信号と同期して情報信号を信号電極群に
印加すると同時に、期間Ｔ。で前記選択された走査電極
よりＭ番目（Ｍ＝１．２．３．・・・の整数）の走査電
極上の画素に一方向の電界を印加するによって、−方の
表示状態を形成する際、前記期間Ｔ。を画素に印加され
る電圧の最小パルス幅△ｔの２倍以上とした点に特徴を
有している。

本発明の好ましい具体例では、走査信何に基づいて順次
周期的に選択される走査電極群と該走査電極群に対向し
所定の情報信号に基づいて選択される信号電極群と、上
記両電極間に保持され電界に対して双安定性光学変調物
質とを少なくとも何する光学変調素子の選択された走査
電極には、信号電極の電気信号の如何に拘らず上記光学
変調物質を第１の安定状態に配向すべき一方向の電界を
与える電圧を有する位相Ｔ。と、信号電極の電気信号に
応じて」二記光学変調物質を第２の安定状態に配向し直
すことを補助する電圧を有する情報信号を書き込む位相
Ｔとを有する電気信号を付与することによって駆動する
ことができる。

本発明の駆動法で用いる双安定性光学変調物質は、電界
に対して第１の光学的安定状態と第２の光学的安定状態
からなる双安定状態を有しており、特に電界に対して前
述の如き双安定性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テイツ
クＣ相（ＳｍＣ＊）又はＨ相（Ｓｍ’ｆＩ＊　）の液晶
が適している。この強誘電性液晶については、”　Ｌ　
Ｅ　　Ｊ　ＯＵ　ＲＮ　Ａ　Ｌ　　Ｄ　Ｅ　　Ｐ　ＨＹ
　Ｓ　Ｉ　Ｑ　Ｕ　ＥＬＥＴＴＥＲ５”３６　（Ｌ−６
９）　１９７５．　ｒＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉ
ｑｕｉａ　ＣｒｙｓｔａｌｓＪ　；　”Ａｐｐｌｉｅｄ
　ＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ”３６　（１１）１９
８０　ｒＳｕｂｍｉｃｒｏ　　５ｅｃｏｎｄＢｉｓｔａ
ｂｌｅ　　ＩミＩｃｅｔｒｏｏｐｔｉｃ　　Ｓｗｉｔｃ
ｈｉｎｇ　　１ｎＬｉｑｕｉｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌｓ　
Ｊ　；“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
ト（ＤＯＢＡＭＢＣ）、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（ＨＯ
Ｂ　Ａ　ＣＰ　Ｃ）、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。

〔実施例〕

第６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。６１と６１′は、Ｉｎ２Ｏ３，５ｎ０２やＩＴ
Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ　　０ｘｉｄｅ）等の透明電
極がコートされた基板（ガラス板）であり、その間に層
６２がガラス面に垂直になるよう配向したＳｍＣ＊相又
はＳｍＨ＊相のり液晶が封入されている。

太線で示した線６３が液晶分子を表わしており、この液
晶分子６３はその分子に直交した方向に双極子モーメン
ト６４（Ｐ土）を有している。基板６１と６１’　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
６３のらせん構造がほどけ、双極子モーメント６４はす
べて電界方向に向くよう、液晶分子６３は配向方向を変
えることができる。液晶分子６３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」二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１μ
）には、第７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となり
、その双極子モーメントＰ又はＰ′　は上向き（７４）
又は下向き（７４’　）のどちらかの状態をとる。この
ようなセルに第７図に示す如く一定の閾値以」二の極性
の異る電界Ｅ又はＥ′　を与えてやると、双極子モーメ
ントは電界Ｅ又はＥ′の電界ベクトルに対応して上向き
７４又は下向き７４′　　と向きを変え、それに応じて
液晶分子は第１の安定状態７３かあるいは第２の安定状
態７３′　　の何れか一方に配向する。このような強誘
電性液晶を光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
７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７３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Ｅ′　を印加す
ると、液晶分子は第２の安定状態７３′　　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０，５μ〜２０μ、特にＩ　Ｉｔ〜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　号公報で提
案されている。

本発明の駆動法の好ましい具体例を第埼図に示す。

第５図は、中間に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５１の模式図である。５２は
走査電極群であり、５３は信号電極群である。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
て示す。第５図において、斜線で示される画素が「黒」
に、その他の画素が「白」に対応するものとする。

第１図は本発明で用いられる駆動波形の第１の具体例を
示している。ここで、Ｓは走査信号波形、■は書き込み
情報信号波形、添字ｉは選択された電極の番号を示す。

また、液晶に印加される電圧（Ｉ−３）が正のときが「
黒」、負のときが「白」表示に対応する方向の電界にな
っていることとする。

第１図（ａ）は走査信号波形で、期間Ｔ。は一つの走査
電極上の全又は所定画素を「白」に揃えるための位相で
、期間Ｔは情報信号を書き込むための位相である。

本例では△ｔを最小パルス幅としてＴ。−Ｔ＝２△ｔの
例が示されている。期間ＴはＭ番目の走査電極上の全又
は所定画素を「白」に揃える位相に相当している。パル
ス幅△ｔをもつ期間は書き込み期間に相当している。ま
た走査信号は波高値＋２Ｖｏの部分と波高値−２Ｖｏの
部分から成っており、選択された走査電極に走査信号が
印加されている時間は３△ｔである。情報信号は「白」
を書き込む信号ＩＷ、ｒ黒」を書き込む信号ＩＢがそれ
ぞれ走査信号と第１図に示したタイミングで印加される
。

これらの信号によって第５図に示した表示を行う場合の
駆動波形を第２図に示す。第２図中のＳ、〜Ｓ　３　＋
　　・・・は、走査電極に印加される信号、■１は信号
電極■１に印加される信号、ＡとＢはそれぞれ第５図中
の画素Ａ及びＢに印加される電圧波形である。

今、双安定性を有する液晶セルの第１の安定状態（これ
を白とする）を与えるための印加時間△ｔでの閾値電圧
を−ｖｔｈ２（△ｔ）とし、第２の安定状態（これを黒
とする）を与えるための印加時間△ｔでの闇値電圧をＶ
ｔｈ　、　（△ｔ）とすると、ｖｏの値としては、Ｖ　
ｏ＜　Ｖ　ｔ　ｈ　ｒ　（△ｔ）＜３Ｖｏ、−３Ｖ０＜
−ｖｔｈ２（△を翔＜−ｖｏとなるよう設定される。

第２図より明らかな如く一つの走査電極上の画素は一担
すべて「白」に書き換えられる。引き続き、情報に基づ
いて「黒」又は「白」が指定され、「黒」に対応する画
素では「白」→「黒」の反転を生じさせ、情報の書き込
みが行われるが、この走査電極上の情報書き込みが行わ
れる位相（時間）に於て、同時に次の走査電極上の画素
がすべて白に書き換えられている。従って、１フレーム
の走査による全画面の書き込みを高速で行うことが可能
である。

第３図と第４図は、本発明の駆動法の別の具体例を示し
ている。記号の意味は第１図及び第２図と同じである。

期間Ｔ０、Ｔと△ｔ、との間でＴ。＝Ｔ＝２△ｔの関係
をもつことは前例と同じであるが、本例では走査信号が
印加されている時間が４△ｔである。また情報信号につ
いては「白と「黒」を書き込む信号がそれぞれ前例と逆
位相になっている。

第４図は第２図と同様にこれらの信号によって第５図に
示した表示を行う場合の駆動波形を示している。

ところで、双安定状態間のスイッチングの閾値は、印加
されるパルスの印加時間と電圧値により定まることが知
られている。従って、例えばｖｔｈ、（△ｔ）以下の電
圧値のパルスであっても長時間印加されると第１の安定
状態から第２の安定状態へ反転することがある。

このような現象をここではクロストークと呼ぶことにす
ると、第１の具体例では最大３△ｔの時間だけＶ。の電
圧が印加される場合及び最大２△ｔの時間だけ−Ｖｏの
電圧が印加される場合がある。このような情況で双安定
状態間のスイッチングが起こると上述したクロストーク
が発生するので、−Ｖｔｈ２（３△Ｂ　＜−ｖ。

ｖｔｈ、（２△ｔ）〉ｖ。

なる条件が付与される。ここで、ｖｔｈ、（２△ｔ）と
Ｖｔｈ２（３△ｔ）は、それぞれ印加時間２△を及び３
△ｔに対する閾値電圧である。

第２の具体例ではクロスト−りについて改良し、た例で
あり、クロストークが発生しないための条件は以下のよ
うに緩めることができる。

−Ｖｔｈ　２　（２△ｔ）＜−Ｖｏ ｖｔｈ、（２△ｔ）〉ｖ。

本発明の方法は、液晶−光シャッタや液晶テレビなどの
光学シャッタあるいはディスプレイ分野に広く応用する
ことができる。

又、本発明の好ましい具体例では、前述した消去期間Ｔ
。を画素に印加される電圧の最小パルス幅△ｔの５倍以
下に設定することにより、画素に印加される直流成分を
小さくすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明における駆動法では走査信
号が例えば±２ｖｏの同じ波高値の両極性の電圧から成
っており、また情報信号も例えば±ｖｏの同じ波高値の
両極性の電圧から成っている。

このように印加電圧の電圧値レベルの数を少な（するこ
とにより、駆動回路を簡単にし、コストを下げることが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（Ｃ）は、電極に印加する電気信号の波
形を表わす説明図である。第２図は、時系列で電圧を印
加した時の電圧波形を表わす説明図である。第３図（ａ
）〜（ｅ）は、電極に印加する電気信号の別の波形を表
わす説明図である。第４図は、時系列で電圧を印加した
時の別の電圧波形を表わす説明図である。第５図は、本
発明の駆動法で用いる電極構造の平面図である。第６図
及び第７図は、本発明で用いる液晶素子を表わす斜視図
である。 特許出願人　　キャノン株式会社 ｃｃ）　　　ピＪ　　Ｉｓ （Ｃノ　　　　　　　　　　〒　　Ｉｓ第ｔ４−０

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）それぞれの交差部で画素を形成する走査電極群と
   信号電極群を有し、電界の方向に応じてコントラストが
   識別される光学変調素子の駆動法において、選択された
   走査電極に印加する走査信号と同期して情報信号を信号
   電極群に印加すると同時に、期間Ｔ＿０で前記選択され
   た走査電極よりＭ番目（Ｍ＝１、２、３、・・・の整数
   ）の走査電極上の画素に一方向の電界を印加するによっ
   て、一方の表示状態を形成する際、前記期間Ｔ＿０を画
   素に印加される電圧の最小パルス幅△＿ｔの２倍以上と
   したことを特徴とする光学変調素子の駆動法。
2. （２）前記Ｍが１である特許請求の範囲第１項記載の駆
   動法。
3. （３）前記期間Ｔ＿０が情報信号の最小パルス幅△＿ｔ
   の２倍の時間である特許請求の範囲第１項記載の駆動法
   。
4. （４）選択された走査電極に印加する走査信号が、選択
   されていない走査電極に印加された電圧を基準にして互
   いに逆極性で且つ同一波高値の電圧を有している特許請
   求の範囲第１項記載の駆動法。
5. （５）前記情報信号が第１情報信号と第２情報信号を有
   しており、該第１情報信号と第２情報信号の電圧極性が
   同一位相で選択されていない走査電極に印加された電圧
   を基準にして互いに逆極性となっている特許請求の範囲
   第１項記載の駆動法。
6. （６）前記第１情報信号と第２情報信号が選択されてい
   ない走査電極に印加された電圧を基準にして互いに逆極
   性の電圧を有している特許請求の範囲第５項記載の駆動
   法。
7. （７）走査電極と信号電極との間に強誘電性液晶が配置
   されている特許請求の範囲第１項記載の駆動法。
8. （８）前記強誘電性液晶がカイラルスメクチック液晶で
   ある特許請求の範囲第７項記載の駆動法。
9. （９）前記カイラルスメクチック液晶がカイラルスメク
   チックＣ又はＨ液晶である特許請求の範囲第８項記載の
   駆動法。
10. （１０）前記強誘電性液晶の膜厚がらせん構造を解除す
    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７項記載の駆動法。