JPS6391634A - 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、強誘電性液晶素子の様な電界方向に応じてコ
ントラストを識別することができる光学変調素子の駆動
法に関する。

（従来技術） 強誘電性液晶分子の屈折率異方性を利用して偏光素子と
の組み合わせにより透過光線を制御する型の表示素子が
クラーク（Ｃ１ａｒｋ）及びラガーウオール（Ｌａｇａ
ｒｗａｌｌ）により提案されている（特開昭５６−１０
７２１６号公報、米国特許第４，３６７．９２４号明細
書等）。この強誘電性液晶は、一般に特定の温度域にお
いて、カイラルスメクチックＣ相（ＳｍＣ＊）又はＨ相
（ＳｍＨ＊）を有し、この状態において、加えられる電
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
状態のいずれかを取り、且つ電界の印加のないときはそ
の状態を維持する性質、すなわち双安定性を有し、又電
界の変化に対する応答も速やかであり、高速ならびに記
憶型の表示素子としての広い利用が期待されている。

前述した強誘電性液晶素子は、例えば英国公開明細書第
２１４１２７９号公報や同第２１５６１３１号公報に開
示された駆動法によって、画像情報の書込みがなされる
。前述の公開公報によれば、強誘電性液晶素子に組込ま
れた走査線のうち、１本又は複数本の走査線上の全又は
所定数の画素の表示状態を一方の表示状態（例えば、“
白”とする）に消去（消去ステップ）し、次いで順次走
査線を選択し、その選択された走査線上の選択された画
素の表示状態を他方の表示状態（例えば、黒”とする）
とすることによって、画像情報の書込み（書込みステッ
プ）が行なわれる。

【発明が解決しようとする問題点〕

一般に、強誘電性液晶素子は、クラークらが発表した様
な双安定状態を形成することが難かしく、単安定状態を
形成する傾向が強い。このため、強誘電性液晶素子を用
いた表示パネルに前述の駆動法により静止画像を形成し
た後、電圧を解除することによって静止画像を表示する
場合では、この静止画像が消失してしまう問題点があっ
た。

そこで、前述した問題点を解決するためには、走査線を
逐次周期的に走査信号を印加し、該走査信号に同期させ
て画像情報に対応した情報信号をデータ線に印加する駆
動方式（リフレッシュ駆動方式という）の適用が可能で
ある。つまり、強誘電性液晶パネルに静止画像を書込む
に当って、静止画像を生じる情報信号を逐次周期的に繰
返し印加することによって、安定な静止画像を表示する
ことができる。

しかしながら、この様なリフレッシュ’ＸＡ８方式で、
前述した消去ステップと書込みステップでの駆動電圧を
強誘電性液晶パネルに印加すると、一方極性の実効的な
バイアス電圧が液晶材料に印加され、このために液晶材
料に劣化を生じさせたり、表示パネルとしてのスイッチ
ング特注を悪化させていた。又、このバイアス電圧を小
さくした場合では、駆動回路に不必要に高い電圧が必要
となり、駆動回路のコストが高くなる問題点があった。

従って、本発明は、前述の問題点を解決した光学変調素
子、特に強誘電性液晶素子の様な電界方向に応じてコン
トラストを識別することができる光学変調素子の新規な
駆勘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、走
査線とデータ線との交差部で形成した画素をマトリクス
状に配置し、該画素に印加した電圧の電界方向に応じて
該画素が第１の表示状態と第２の表示状態を生じる光学
変調素子の駆ｖＪ法において、１本又は複数本の走査線
上の全又は所定数の画素に、該画素の表示状態を一方の
表示状態とする電圧■Ｒを印加する第１ステップと、選
択された走査線上の選択された画素に、該画素の表示状
態を他方の表示状態に反転させる電圧Ｖ８８１を順次印
加する第２ステップとを有し、前記画素に印加した電圧
により、該画素が一方の表示状態から他方の表示状態に
反転を開始する時の電圧を反転閾値Ｖｔｈとし、且つ前
記画素に印加した電圧により、該画素の一方の表示状態
から他方の表示状態への反転が飽和した時の電圧を飽和
閾値Ｖ！ａｔとした時、前記電圧ＶＲが前記反転閾値Ｖ
ｔｈと飽和電圧Ｖ　、ａ、との間でｌ　Ｖｔｈｌ　＜　
ｌ　ＶＲｌ　＜　ｌ　Ｖ、□１の関係を有している点に
特徴を有している。

特に、本発明では、前述した第１ステップを有する所定
期間例えば１フィールド期間若しくは１フレ一ム期間、
又は第１ステップと第２ステップとを有する所定期間（
１フィールド又は１フレ一ム期間）を逐次周期的に繰返
すリフレッシュ駆動方式の適用に適したものである。

〔実施例） 第１図〜第３図は、本発明で用いた駆動法の波形図であ
る。又、第４図は、本発明で用いたマトリクス電極を配
置した強誘電性液晶パネル４１の平面図である。第４図
のパネル４１には、走査線４２とデータ線４３とが互い
に交差して配線され、その交差部の走査線４２とデータ
線４３との間には強話電性液晶が配置されている。

第１図中のＳ、−Ｓ３は走査線ＳＩ　　３３に印加する
電圧波形を、Ｉ１とＩ２はデータ線工、それぞれ画素Ａ
とＢに印加される電圧波形を表わしている。

第１図に示す駆動波形は、期間Ｔ。で走査線上の全又は
所定数の画素に電圧−（ｖ、’＋ｖ、）が印加され、続
く期間Ｔ１．Ｔ２＋・・・で、順次走査線上の画素に位
相ｔ１で選択的に電圧−（ｖｓ　’　　Ｖ、）と電圧−
（Ｖｓ　’　＋Ｖ＋　）が、又位相ｔ２で選択的に電圧
（ｖｓ’ｖ＋）と電圧（ＶＳ２−ＶＩ）が印加されるこ
とになる。

尚、本明細書に記載の「反転閾値Ｖ　ｔｈＪは、一方の
表示状態下にある画素に他方の表示状態を生じる電圧を
印加した時、画素の光学率（透過率又は遮光率）が印加
電圧の上昇に応じて急激な変化を開始した時の電圧であ
って、第５図中のτ圧Ｖｔｈによって表わされる。又、
「飽和閾値Ｖ、＝ｔＪは、前述の印加電圧の上昇に応じ
た光学率の変化が飽和した時の電圧であって、第５図中
の電圧Ｖ　ｓａｔによって表わされる。

第６図は、印加電圧の上昇に応じた画素内の強話電性液
晶の配向状態を模式的に示したちので、第６図（ａ）は
第５図中の電圧ａ、第６図（ｂ）は第５図中の電圧す、
第６区（Ｃ）は第５図中の電圧Ｃ１第６図（ｄ）は第５
図中の電圧ｄ、第６図（ｅ）は第５図中の飽和闇値電圧
Ｖ　ｓａｔにそれぞれ対応している。第６図（ａ）〜（
ｅ）によれば、印加電圧の上昇に応じて白のドメイン６
２に部分的に生じている黒のドメイン６１の面積が増大
することが明らかにされている。

第７図は、反転閾値Ｖｔｈと飽和閾値Ｖ　ｓａｔの印加
電圧■のパルス幅Δｔ（μ５ｅｃ）依存性を明らかにし
ている。

第７図中の７１は反転閾値Ｖｔｈの特性曲線で、７２は
飽和閾値■。、の特性曲線である。

第１図の駆動波形によれは、消去ステップ期間Ｔ０で印
加される電圧−（ｖ、’＋ｖ、）が絶対値で前述の飽和
閾値Ｖ　ｓａｔを越えず、且つ反転閾値■いを越えた電
圧に設定されている（ｌＶｔ＋、ｌ＜ＩＶＲ１＝１−　
（ｖ、’＋ｖ、　＞　１＜＋ｖｓａｔｌ）。又、走査信
号が印加された走査線上の選択された画素には書込みス
テップ期間Ｔ、、Ｔ、、・・・内の位相ｔ１で絶対値で
飽和閾値Ｖｌａｔ以下の電圧−（Ｖｓ’＋Ｖ、）が、位
相ｔ２で絶対値で飽和閾値以上の電圧（Ｖｓ’＋Ｖ＋）
が印加され、かかる走査線上の選択されていない画素に
は位相上〇とｔ２で何れも反転閾値Ｖｔｈ以下に設定し
た電圧−（Ｖｓ’−Ｖｔ　）と（ｙｓ２−Ｖ＋）が印加
されることになる（ｌｖ、、＋＋＝　ｌ　Ｖｓ’＋Ｖ＋
　Ｉ、ｌ　Ｖｈｌ　＝　ｌ　Ｖｓ’　　Ｖｒ’）。

本発明の好ましい具体例では、走査信号が印加されてい
ない走査線上の画素には■ｌ又は−ｖ１が印加されるが
、Ｉｖｒ　　ｌ＝　　ｌＶｓ’＋ｖｌ　　１”　　ｌ　
ＶＲｌ　＜ｌ　”ｔｈｌの関係をもっているのが好まし
い。

又、本発明では、消去ステップＴ０と書込みステップＴ
１．Ｔ２、−Ｔｎ　　（ｎ　：走査線数）を１フレーム
とし、かかるフレームを逐次周期的に繰返すか、又は第
２フレーム以後書込みステップを逐次周期的に繰返すこ
とによって安定した静止画像や動画を表示することがで
きる。

第２図は、本発明の別の実施態様を表わしている。

第２図に示す駆動波形では、消去ステップＴ。

と書込みステップＴ、、Ｔ２．・・・Ｔｎを走査線毎に
順次印加することによって画像情報に応じた静止画像や
動画を表示することができる。又、第３図に示す駆動波
形は、前述の駆動法の変形例で、Ｎ番目の走査線上の画
素に書込みステップ期間内で情報信号を印加すると同時
にＮ番目のラインからＭ番先のライン（Ｎ＋Ｍライン；
Ｍ＝１が好ましい）上の全又は所定数の画素に消去電圧
−（Ｖｓ’＋Ｖ＋）を印加することができる。

尚、第５図〜第７図に示す図面は、液晶材料としてエス
テル系の混合液晶であるチッソ社製のｒｃｓ１０１４Ｊ
　　（商品名）を用いた１μｍギャップの液晶セルであ
る。

又、液晶セル内には配向制御膜としてラビング処理した
ポリビニルアルコール膜が使用された。

この液晶材料の相転穆は以下のとおりであった。

２１℃　　　５４．４℃ 結晶二→ＳｍＣヒ→ＳｍＡ立％ニーＣｂ”襲℃→■、。

本発明の好ましい具体例では、位相ｔ３に休止期間を設
けることによって、非遭択時の画素に印加される同一極
性電圧の連続時間を位相１、＝１．＝１３＝Δｔとした
時、２Δを以下とすることが可能で、これによって選択
された走査線上で書込まれた表示状態が他方の表示状態
への反転を防止することができる。又、本発明の好まし
い具体例では、１ｖｉｌを０．　２　ｌ　Ｖ、、ｔ１〜
０．９５１　ｖ、、ｔ　　ｌ、より好ましくは０．３Ｉ
Ｖ、□　１〜０．９１Ｖ、□　１とすることができる。

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。

本発明の駆動法で用いることができる双安定性を宥する
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＊）又Ｈ相（ＳｍＨ＊）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・ルーチルｌｌ　（ＩＩＬｅ　　Ｊｏｕ
ｒｎａｌｄｅ　　ｐｈｙｓｉｃｓ　　１ｅｔｔｅｒ”）
３６巻（Ｌ−６９）、１９７５年の「フェロエレクトリ
ック・リキッド・クリスタルスＪ　　（ｒＦｅｒｒ。

ｅｌｅｃｔｒｉｃ　　Ｌｉｇｕｉｄ　　ＣｒｙｓｔａＩ
ＳＪ）；　　“アプライド・フィジックス・レターズ（
”Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ”）３６巻（１１号）１９８０年の「サブミクロン・
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・リキッド・クリスタルＪ　　（ｒ
ｓｕｂｍｉｃｒ。

５ｅｃｏｎｄ　　Ｂ１５ｔａｂｌｅ　　Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｏｐｔｉｃ　　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｉｎＬｉｇｕｉｄ
　　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
れらに開示された強誘電性ン夜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言秀電性液晶
化合物の例としては、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（ＤＯＢＡＭＢ
Ｃ）、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（ＨＯＢＡＣＰＣ）およ
び４−ｏ−（２−メチル）−ブチルレゾルシリテン−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、鷹・夜晶
化合物が、ＳｍＣ”相又はＳｍ）（＊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指示することができる。

又、本発明では前述のＳｍＣ”、ＳｍＨ”の他にカイラ
ルスメチツク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８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。８１ａと８１ｂは、Ｉｎ２Ｏ３゜５ｎ０２やＩ
ＴＯ（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８２がガラス面に垂直になるように配向したＳｍ
Ｃ＊相の液晶が封入されている。太線で示した線８３が
液晶分子を表わしており、この液晶分子８３は、その分
子に直交した方向に双極子モーメント（Ｐ工）８４を有
している。基板８１ａと８１ｂ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８３のらせん構造が
ほどけ、双極子モーメント（Ｐ工）８４はすべて電界方
向に向くよう、液晶分子８３の配向方向を変えることが
できる。

液晶分子８３は細長い形状を有しており、その長軸方向
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フ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１μ
）には、第９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
メントＰａ又はｐｂは上向き（９４ａ）又は下向き（９
４ｂ）のどちらかの状態をとる。このようなセルに第９
図に示す如く一定の閾値以上の極性の異なる電界Ｅａ又
はＥｂを所定時間附与すると、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９４ａ、又
は下向き９４ｂと向きを変え、それに応じて液晶分子は
第１の安定状態９３ａかあるいは第２の安定状態９３ｂ
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９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９３ａ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τ界Ｅｂを印加すると、液晶分子は第２の
安定状態９３ｂ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０．５μ
〜２０μ、特に１μ〜５μが適している。

〔発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば不必要に高い電圧
を印加することなく、バイアス成分を減少させ、リフレ
ッシュ動作に適した駆動を行なうことかてぎる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明で用いた駆動波形の時系列波形
図である。 第４図は、本発明で用いた強屈電性液晶パネルの平面図
である。 第５図は画素に電圧を印加した時の透過光量特性を表わ
した特性図で、 第６図はその時のドメイン状態を模式的に表わした説明
図で、 第７図は強誘電性液晶画素の反転閾値と飽和閾値に対す
る印加電圧と印加時間依存性を表わした特性図である。 第８図と第９図は、本発明で用いた強誘電性液晶素子を
模式的に表わした斜視図である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）走査線とデータ線との交差部で形成した画素をマ
   トリクス状に配置し、該画素に印加した電圧の電界方向
   に応じて該画素が第１の表示状態と第２の表示状態を生
   じる光学変調素子の駆動法において、１本又は複数本の
   走査線上の全又は所定数の画素に、該画素の表示状態を
   一方の表示状態とする電圧Ｖ＿Ｒを印加するする第１ス
   テップと、選択された走査線上の選択された画素に、該
   画素の表示状態を他の表示状態に反転させる電圧Ｖ＿ｓ
   ＿ｅ＿ｌを順次印加する第２ステップとを有し、前記画
   素に印加した電圧により、該画素が一方の表示状態から
   他方の表示状態に反転を開始する時の電圧を反転閾値Ｖ
   ＿ｔ＿ｈとし、且つ前記画素に印加した電圧により、該
   画素の一方の表示状態から他方の表示状態への反転が飽
   和した時の電圧を飽和閾値Ｖ＿ｓ＿ａ＿ｔとした時、前
   記電圧Ｖ＿Ｒが前記反転閾値Ｖ＿ｔ＿ｈと飽和閾値Ｖ＿
   ｓ＿ａ＿ｔとの間で｜Ｖ＿ｔ＿ｈ｜＜Ｖ＿Ｒ＜｜Ｖ＿ｓ
   ＿ａ＿ｔ｜の関係を有していることを特徴とする光学変
   調素子の駆動法。
2. （２）前記第２ステップを有する所定期間を逐次周期的
   に繰返す特許請求の範囲第１項記載の駆動法。
3. （３）前記第１ステップと第２ステップとを有する所定
   期間を逐次周期的に繰返す特許請求の範囲第１項記載の
   駆動法。
4. （４）前記選択された走査線上の選択された画素に印加
   する電圧Ｖ＿ｓ＿ｅ＿ｌと前記飽和電圧Ｖ＿ｓ＿ａ＿ｔ
   との間で ｜Ｖ＿ｓ＿ｅ＿ｌ｜≧｜Ｖ＿ｓ＿ａ＿ｔ｜ の関係を有している特許請求の範囲第１項記載の駆動法
   。
5. （５）選択された走査線上の選択されていない画素に印
   加する電圧をＶ＿ｈ＿ｓとし、且つ選択されていない走
   査線上の画素に印加する電圧をＶ＿Ｎ＿Ｓとした時、前
   記電圧Ｖ＿ｈ＿ｓとＶ＿Ｎ＿Ｓが前記反転閾値Ｖ＿ｔ＿
   ｈとの間で ｜Ｖ＿ｈ＿ｓ｜＜｜Ｖ＿ｔ＿ｈ｜と｜Ｖ＿Ｎ＿Ｓ｜＜｜
   Ｖ＿ｔ＿ｈ｜の関係を有している特許請求の範囲第１項
   記載の駆動法。
6. （６）走査線とデータ線との交差部に、電圧の電界方向
   に応じて第１の安定状態と第２の安定状態を生じる光学
   変調物質が配置されている特許請求の範囲第１項記載の
   駆動法。
7. （７）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６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ツク液晶で
   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ツク液晶の膜厚がらせん構
   造を消失するのに充分に薄い膜厚に設定されている特許
   請求の範囲第８項記載の駆動法。