JPS6391635A - 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（Ｌａｇｅ
ｒｗａｌ　１）により提案されている（特開昭５６−１
０７２１６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（３ｍ０本）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ている。

前述の公開公報によれば、強誘電性液晶素子に組込まれ
た走査線を順次選択し、選択された走査線上の画素に該
画素の表示状態が一方の表示状態（例えば、“白”とす
る）となる電圧Ｖｗと他方の表示状態（例えば、゛黒゛
°とする）となる電圧Ｖａを異なる位相で選択的に印加
する周期によって書込みが行なわれる。

〔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むずかしく、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、前述の問題点を解決するためには、走査線を順
次選択し、選択された走査線上の画素に選択的に電圧Ｖ
ＷとＶＢを印加する周期を１フレーム又は１フイールド
とした時、この周期を繰返すことによフて書込みを行な
う駆動方式（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りて、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駆動方式で、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
特性を悪化させていた。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、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、走査線を順次選択し、選択
された走査線上の画素に、該画素の表示状態が、一方の
表示状態となる電圧Ｖｗと他方の表示状態となる電圧■
５を異なる位相で選択的に印加し、前記画素が一方又は
他方の表示状態から他方又は一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、且つ前記画素の
一方又は他方の表示状態から他方又は一方の表示状態へ
の反転が飽和した時の電圧を飽和閾値■、ｔとした時、
葭記電圧Ｖ。とｖＢが前記反転閾値Ｖｔｈと飽和閾値■
、、ｔとの間で ｌ　Ｖｔｈｌ　＜Ｖｗ　＜　ｌ　Ｖ−−ｔ　ｌとｌ　Ｖ
ｔｈｌ　＜ｖｓ＜　ｌ　Ｖｓａｔ　ｌの関係を有してい
る点、特に前記走査線を順次選択し、選択された走査線
上の画素に、該画素の表示状態が一方の表示状態となる
電圧Ｖ、と他方の表示状態となる電圧■６を選択的に印
加する周期を逐次繰返すリフレッシュ駆動方式を適用し
た点に特徴を有している。

（実力入側） 第１図と第２図は、本発明で用いた駆動法の波形図であ
る。又、第３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３１の平面図である。第３図
のパネル３１には、走査線３２とデータ線３３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、は選択された走査線に印加する選択走査
波形を、ＳＮは選択されていない非選択走査波形を、Ｉ
ｗとＩはそれぞれデータ線に印加することによって黒の
表示状態と白の表示状態を生じさせる電圧波形を表わし
ている。又、図中の（Ｉｗ　−Ｓｓ　）と（Ｉａ　　Ｓ
ｓ　）は、それぞれ画素に黒信号（Ｉｗ　）と白信号（
ＩＢ）を印加した時の電圧波形を表わしている。

第１図に示す駆動波形は、位相ｔ１で走査線ＳＳ上の画
素には黒の表示状態を生じさせる電圧（ＶＢ　＋Ｖｓ　
）＝Ｖａと前の表示状態を変えない電圧（Ｖ＋　＋Ｖｓ
　）＝Ｖｈが選択的に印加され、又位相ｔ３で走査線Ｓ
Ｓ上の画素には白の表示状態を生じさせる電圧−（Ｖ＋
　＋ＶＳ　）＝Ｖ、と前の表示状態を変えない電圧（Ｖ
＋Ｖｓ　）　”Ｖｌ、が選択的に印加され、この走査線
ＳＳを順次選択する所定の即問例えば１フレーム又は１
フイ一ルド期間を逐次周期的に繰返すことによフて、書
込みが行なわれる。

第２図は、第１図に示す駆動波形を用いた時の時系列電
圧波形である。第２図中の１．−３２とＩ２−３２はそ
れぞれ第３図の画素Ａと已に印加された時系列の電圧波
形を表わしている。

本発明の好ましい具体例では は、 １±（Ｖｓ　＋Ｖ＋　）ｌをＯ４２１Ｖ−ｔｌ〜０９．
５１Ｖｗａｔｔ、より好ましくは０．　３１　Ｖ、ａｔ
１〜０．　９１　Ｖ−ｔ　　Ｉとすることができる。

尚、本明細書に記載の「反転閾値■い」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りて
、第４図中の電圧Ｖｔｈによって表わされる。又、「飽
和閾値Ｖ□、」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フて、第４図中の電圧
Ｖ　ｓａｔによフて表わされる。

第５図は、印加電圧の上昇に応じた画素内の強銹電性液
晶の配向状態を模式的に示したもので、第５図（ａ）は
第４図中の電圧ａ、第５図（ｂ）は第４図中の電圧す、
第５図（Ｃ）は第４図中の電圧Ｃ，第５図（ｄ）は第４
図中の電圧ｄ、第５図（ｅ）は第４図中の飽和闇値電圧
ＶＳａｔにそれぞれ対応している。第５図（ａ）〜（ｅ
）によれば、印加電圧の上昇に応じて白のドメイン５２
に部分的に生じている黒のドメイン５１の面積が増大す
ることが明らかにされている。

第６図は、反転閾値Ｖｔｈと飽和閾値ｖ、ｔの印加電圧
Ｖのパルス幅Δｊ　（ｖｓｅｃ）依存性を明らかにして
いる。

第６図中の６１は反転閾値Ｖｔｈの特性曲線で、６２は
飽和閾値Ｖａｓｔの特性曲線である。

第１図と第２図の駆動波形によれば、位相ｔ１とｔ３で
印加される電圧−（Ｖ、＋Ｖｔ　）と（Ｖｓ　＋Ｖ＋　
）が絶対値で前述の飽和閾値Ｖ。ｔを越えず、且つ反転
閾値Ｖｔｈを越えた電圧に設定されている。

位相ｔ１とｔ、で印加される電圧（−Ｖ”！＋Ｖ、）と
（ｖ＋−Ｖｓ）　、すなわち選択された走査線Ｓｓ上の
選択されていない画素に印加される電圧■ｈはＶｈ＜１
Ｖｔｈｌに設定されている。

又、選択されていない走査線ＳＮ上の画素に印加される
電圧ｖＮｓはＶ！又は−ｖ１であるが、ＶＮＳ＝１±Ｖ
ｌｌ＜１Ｖｔｈｌとしておく必要がある。

又、本発明の好ましい具体例では、位相ｔ、に休止期間
を設けることによって、非選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ｔ、＝ｔ２＝ｔｓ　＝Δｔ
とした時、３Δ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。

尚、第４図〜第６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ｒＣ３１０１４ｊ
　　（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移は以下のとおりであった。

結晶−−ＳｍＣ”””−ＳｍＡ旦９．１　を−Ｃ誹郵り
工５゜−２１℃ 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＊）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”　（“Ｌｅ　　Ｊｏｕｒｎ
ａｌｄｅ　　ｐｈｙｓｉｃｓ　　１ａｔｔｅｒ”）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　　Ｌｉｑｕｉｄ　　ＣｒｙｓｔａＩ
ＳＪ）；　　“アプライド・フィジックス・レターズ°
”（”Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ”）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　　
（ｒｓｕｂｍｉｅｒ。

５ｅｃｏｎｄ　　Ｂ１５ｔａｂｌｅ　　Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｏｐｔＬｃ　　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　　１ｎＬｉｑｕｉ
ｄ　　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−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）−ブチルレゾルリリデン−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＊相又はＳｍＨ＊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＊、ＳｍＨ＊の他にカイラ
ルスメチツクＦ相、■相、Ｇ相やに相で現われる強銹電
性液晶を用いることも可能である。

第７図は、強話電性液晶セルの例を模式的に描いたもの
である。７１ａと７１ｂは、ＩｎｚＯ５゜ＳｎＯ２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７２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７３力
置夜晶分子を表わしており、この液晶分子７３は、その
分子に直交した方向に双極子モーメント（Ｐ工）７４を
有している。基板７１ａと７１ｂ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７３のらせん構造
がほどけ、双極子モーメント（Ｐ工）７４はすべて電界
方向に向くよう、液晶分子７３の配向方向を変えること
ができる。液晶分子７３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１μ）には、第８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（８４ａ）又は
下向き（８４ｂ）のどちらかの状態をとる。このような
セルに第８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
８４ａ又は、下向き８４ｂと向きを変え、それに応じて
液晶分子は第１の安定状態８３ａかあるいは第２の安定
状態８３ｂの何れか一方のに配向する。

このような強話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８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８３ａ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８３ｂ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功を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いた駆動波形の波形図で、第２図は
それを用いた時の時系列駆動波形図である。 第３図は、本発明で用いた強誘電性液晶パネルの平面図
である。 第４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５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６図は強誘電性液晶素子 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７図と第８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 (7)

【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、走査線を順次選択
   し、選択された走査線上の画素に、該画素の表示状態が
   一方の表示状態となる電圧Ｖ＿ｗと他方の表示状態とな
   る電圧Ｖ＿Ｂを異なる位相で選択的に印加し、前記画素
   が一方又は他方の表示状態から他方又は一方の表示状態
   に反転を開始する時の電圧を反転閾値Ｖ＿ｔ＿ｈとし、
   且つ前記画素の一方又は他方の表示状態から他方又は一
   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＿ｗとＶ＿Ｂ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＿ｗ＜｜Ｖ＿ｓ＿ａ＿ｔ｜と｜Ｖ＿
   ｔ＿ｈ｜＜Ｖ＿Ｂ＜｜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）前記走査線を順次選択し、選択された走査線上の
   画素に、該画素の表示状態が一方の表示状態となる電圧
   Ｖ＿ｗと他方の表示状態となる電圧Ｖ＿Ｂを異なる位相
   で選択的に印加する所定の期間を周期的に逐次繰返す特
   許請求の範囲第１項記載の駆動法。
3. （３）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。
4. （４）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。
5. （５）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４項記載の駆動法。
6. （６）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５項記載の駆動法。
7. （７）前記カイラルスメクチツク液晶の膜厚がらせん構
   造を消失するのに十分に薄い膜厚に設定されている特許
   請求の範囲第６項記載の駆動法。