JPH01267619A - 液晶表示素子の駆動方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、新規な液晶表示素子の駆動法に係り、特に高
速応答性に優れ中間調表示が可能な液晶表示素子の駆動
法に関する。

（従来の技術） 液晶表示素子は、従来より小型フラットパネルデイスプ
レーの本命として電卓、時計等に広く用いられている。

また、最近では自動車用デイスプレー、パーソナルコン
ピュータ用デイスプレー、さらには、小型液晶テレビの
ような動画用デイスプレーにも使用されるようになって
きている。

ところで、従来、電卓、時計等には、ツイストネマチッ
ク液晶が一般に用いられているが、この液晶を用いた表
示方式では応答速度ガ（不充分であることや、クロスト
ークが発生する等の問題があり、ツイストネマチック液
晶を用いた液晶表示素子を動画用の大画面デイスプレー
等の速い応答速度が要求される用途へ適用することは困
難であった。

このため、ツイストネマチック液晶を用いた表示方式に
代るものとして、強誘電性液晶を使用する表示方式が注
目されるようになってきている。

この強誘電性液晶は、液晶形態がカイラルスメクチック
Ｃ相をとるもので、この方式は、１９７５年にＲ，Ｂ、
Ｍａｙｅｒらにより発表されている。

強誘電液晶を使用した表示装置は、ツイストネマチック
液晶を使用する方式に比べて応答速度が速く、かつメモ
リ効果を持つという特長を有している。

このような強誘電液晶素子、の特性に着目して、強誘電
液晶を使用したドツトマトリクス型の表示型液晶では、
０Ｎ−ＯＦＦ型の２値表示のみ可能で、中間調表示がで
きないという不具合があった。

このため強誘電液晶素子で中間調を表示する試みが種々
なされているが、いずれも充分な性能を示すに至ってい
ない。たとえば、セル表面に微細な凹凸を設はセル内の
セルギャップに分布を設け、これにより双安定性遷移し
きい値電圧Ｖｔｈに分布を与え、０Ｎ−ＯＦＦ２値遷移
に中間調を表示させるようにしたものが提案されている
が、この方法ではセルを作成する上で表面の機械的加工
が困難なうえに、セル内面の凸凹が明暗として見えるた
めに、中間調表示時には表示面が不均一になるという大
きな欠点を有していた。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、このような従来の問題を解消すべくなされた
もので、カイラルスメクチックＣ相をとる強誘電液晶を
用いて中間調表示を可能にした液晶表示素子の駆動法を
提供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の目的は、対向配置された電極基板間の間隙に強
誘電液晶を充填してなる液晶表示素子の駆動方法におい
て、電極基板間に、■双安定状態の一方から他方へ遷移
させるに必要なしきい値電圧を越える振幅をもつ交流矩
形波電圧を印加し、この交流矩形波電圧の正側の時間幅
と負側の時間幅との比率を変化させるか、または、■双
安定状態の一方から他方へ遷移させるに必要なしきい値
電圧を越える絶対値波高をもつ正負のパルス電圧を交互
に印加し、このパルス電圧の正側パルスの立上がりから
次の負側パルスの立下がりまでの時間幅と前記負側パル
スの立下がりから次の正側パルスの立上がりまでの時間
幅との比率を変化させることによって達成される。

すなわち本発明は、強誘電液晶素子の明（高透過率）と
暗（低透過率）２状態の間を高速でスイッチングし、そ
の時間比により液晶表示素子に中間調を表示させようと
するものである。

■の方法においては、表示の明暗の振動が目視において
変化しない程度の高い周波数をもち、かつ１周期内にお
いて書き込み状態から消色状態に遷移するのに充分な程
度の正側または負側の時間幅（τ−１μｓｅｃ〜ｌｏｍ
ｓｅｃ）を有する矩形波電圧が用いられる。

また、■の方法においては、表示の明暗の振動が目視に
おいて変化しない程度のくり返し周期（Ｔ　−１０ｍ５
ｅｃ　〜ＬＯＯｍｓｅｃ　）と、素子を書き込み状態か
ら消色状態に遷移するのに充分な程度のパルス幅（τ−
１μｓｅｃ〜１０ｍ５ｅｃ）を有するパルス電圧が用い
られる。

なお、矩形波電圧またはパルス電圧の正負の極性は液晶
表示素子の明暗を意味するものではなく、液晶表示素子
の明暗は液晶表示素子と偏光板の平面内においてなす相
対的な角度により決定されるものであるが、以下説明の
都合上、矩形波電圧またはパルス電圧の正負が液晶表示
素子の明暗に対応するものとして説明する。

（作用） ■の交流矩形波を用いる方法においては、次のようにし
て中間調が表示される。

すなわち第１図において、双安定状態の一方から他方へ
遷移させるに必要なしきい値電圧ｖｔｈを越える振幅を
もち、表示の明暗の振動が目視において変化しない程度
の高い周波数で、かつ　１周期（Ｔ）内において書き込
み状態から潤色状態に遷移するのに充分な程度に正側ま
たは負側の時間幅（ＴＨ，ＴＬ）をａする矩形波電圧交
流矩形波電圧を、強誘電液晶素子の電極基板間に印加す
ると、正側においては素子は明状態となり、負側におい
ては暗状態となる。

そして、この明暗の振動は目視において変化しない程度
の高い周波数で行なわれるので、表示素子の明暗の度合
は、完全な明状態に対してＴＨ／Ｔの中間調が表示され
ることになる。

この方法は、 （ａ）交流矩形波電圧の周期（Ｔ）を一定にしておいて
、正負のデユーティ比（Ｒ−ＴＨ／ＴＬ）を変化させる
。

（ｂ）交流矩形波電圧の正側の時間幅（Ｔ）ｌ）を一定
にしておいて周期（Ｔ）、すなわち周波数を変える。

等の方法により実現される。

また、■のパルス間隔を変化させる方法においては、次
のようにして中間調が表示される。

すなわち、第２図において、双安定状態の一方から他方
へ遷移させるに必要なしきい値電圧ｖｔｈを越える絶対
値波高をもち、表示の明暗の振動が目視において変化し
ない程度の高いくり返し周期（Ｔ）で、かつ１周期内に
おいて書き込み状態から消色状態に遷移するのに充分な
程度に正側または負側の時間幅（τ）を有する正負のパ
ルス電圧を強誘電液晶素子の電極基板間に交互に印加す
る。

このようにすると、パルス電圧の正側パルスの立上がり
から次の負側パルスの立下がりまでの間（Ｔｏ）、液晶
表示素子は明状態となり、負側パルスの立下がりから次
の正側パルスの立上がりまでの間（ＴＬ　）　、暗状態
となる。

そしてこの明暗の振動は目視において変化しない程度の
高い周波数で行なわれるので、表示素子の明暗の度合は
、完全な明状態に対して（ＴＨ／′Ｔ）の中間調が表示
されることになる。

この方法は、 （ａ）くり返し周期（Ｔ）を一定にしておいて、ペルス
電圧の正側パルスの立上がりから次の負側パルスの立下
がりまでの間（ＴＨ）を変化させる。

（ｂ）くり返し周期（Ｔ）を一定にしておいて、パルス
幅（τ）を変化させる。

（ｃ）正側または負側の一方のパルスの繰り返し周期（
Ｔ）を、他方の整数倍で変化させる。

方法等により実現される。

■の方法では１周期内の電圧値を積分したとき零になる
ようにすれば、直流電圧はいかなる表示状態においても
素子に印加されず、したがって液晶表示素子に直流電圧
が印加されることによって懸念される電気分解、焼付き
などの不具合が生じるようなことはない。

なお、以上の各方法は、完全メモリ型の強誘電液晶に限
らず、不完全メモリ型の強誘電液晶を用いた液晶表示素
子にも適用可能である。

（実施例） 以下、具体的に実施例をあげて本発明を詳述する。

実施例１ しきい値電圧ｖｔｈが３ｖである強誘電液晶セルの上下
に偏光板を貼附して液晶表示素子を構成した。

このセルに直流電圧を印加したとき、その電圧−透過率
特性は第３図に示すようなヒステリシスを示した。この
液晶表示素子に第４図に示すような±３．５ｖの振幅、
１００μｓｅｃのパルス幅、Ｉ　Ｋ　ｔ（ｚの周波数を
持つ矩形波電圧を印加した。この矩形波の１周期（７−
１ｍ５ｅｃ）の内、＋　３．５Ｖを示す時間ＴＨと−３
，５■を示す時間ＴＬとの割合、すなわちデユーティ比
（ＴＨ／ＴＬ　）　Ｘ１０Ｑ　　（％）を０から１００
まで連続的に変化させた。素子の透過率はデユーティ比
の変化に従い、第５図に示すように５〜９５？６の範囲
で変化した。

なお、次の場合にもデユーティ比の変化に従い、５〜９
５％の範囲で素子の透過率の変化が認められた。

■　しきい値電圧ｖｔｈが３■の強誘電液晶セルに対し
て±３．５■の振幅、１ｏｋＨｚの周波数を持つ矩形波
電圧を印加する。

■　■の強誘電液晶セルに±３．５■の振幅、０．１ｋ
Ｈｚの周波数を持つ矩形波電圧を印加する。

■　しきい値電圧ｖｔｈが４ｖの強誘電液晶セルに±４
．５ｖの振幅、１ｋＨｚの周波数を持つ矩形波電圧を印
加する。

■　■の強誘電液晶セルに±３ｖの振幅、１ｋＨｚの周
波数を持つ矩形波電圧を印加する。

実施例２ 素子の表示状態を反転させるに要するしきい値電圧が±
１０ｖの強誘電液晶表示素子に、パルス信号電圧として
は第６図に示す周期１０ｗ５ｅｃｓ波高士１２ｖ１パル
ス幅１００μＳｅｅのパルス信号を印加した。ここで、
パルス周期を変えずに正負パルスの立上がり立下がり間
の時間ＴＨを変化させたところ、セルの透過率は第７図
に示すように変化し中間調を示した。

なお、しきい値電圧が±　６ｖである強誘電液晶表示素
子に、パルス信号電圧として周期５ｉｓｅｃ、波高±　
６．５Ｖ　、パルス幅５０μ園の信号を印加した場合に
も正負パルスの立上がり立下がり間の時間ＴＨの変化に
従い、５〜９５％の範囲で素子の透過率の変化が認めら
れた。

実施例３ 第８図に示すように、多数のゲート線１１〜１゜と信号
線２１〜２Ｉｌを交差させてマトリクスとし、このマト
リクスの交点に電圧制御パルスストレッチャー（ＰＳ）
３を介して画素電極４を接続しテレビ用のアクティブマ
トリクス基板５を構成した。次に、このアクティブマト
リクス基板５と対向電極６およびカラーフィルター７を
有する対向電極基板８とを微小間隔を置いて対向させ、
両者を固定し、その両者間の間隙に強誘電液晶９を充填
してカラーテレビ用液晶表示素子を製作した。

この電極基板では、所定のフレーム周期で各ゲート電極
から各ゲート線１にゲートパルスが供給され、各信号線
２の信号電圧がサンプリングされ、マトリックスの交点
毎に各電圧制御パルスストレッチャー３により所定の交
流矩形波電圧に変換される。なお、ゲートパルスは、液
晶表示素子の表示の明暗の振動が目視において変化しな
い程度のくり返し周期（Ｔ　−ＬＯｍｓｅｃ　−ＬＯＯ
ｔｘｓｅｃ　）とされている。

そしてこの実施例においては、第１０図（ａ）に示すよ
うに、信号電圧Ｖｏが基準電圧に対してＴＨ／Ｔの場合
には、同図（ｂ）に示すように、必要なしきい値電圧ｖ
ｔｈを越える絶対値波高をもちＴＨ／Ｔに比例したパル
ス幅（ＴＨ）をもつ正側のパルスとゲートパルスの時間
幅から正側のパルスを引いた残りのパルス幅（ＴＬ　）
をもつ負側のバ／ｌ／スが生成す６　（ＴＨ＝ｆ　（Ｖ
ｏ）　　Ｖｏ）。

その結果液晶表示素子の透過率は、同図（ｃ）に示すよ
うになり、この明暗の振動は目視において変化しない程
度のくり返し周期であるので、ＴＨ／Ｔに比例した中間
色が表示される。

実施例４ 実施例３における電圧制御パルスストレッチャー３を電
圧制御パルスデューティ比調節機能付発振器（ＰＤＣ）
に代えた以外は実施例３と同様のアクティブマトリクス
基板を用いてカラーテレビ用の液晶表示素子を構成し中
間調を表示した。

この実施例では、第１１図に示すように、信号電圧ＶＱ
は、ゲートパルスの範囲内で信号電圧（Ｖｏ　）に比例
したデユーティ比（Ｒ）をもつパルス列に変換される（
Ｒ−ＴＨ／ＴＬ　　ＶＯ）。

なお、このパルス列も双安定状態の一方から他方へ遷移
させるに必要なしきい値電圧ｖｔｈを越える絶対値波高
をもち、表示の明暗の振動が目視において変化しない程
度の高いくり返し周期（Ｔ）で、かつ　１周期内におい
て書き込み状態から消色状態に゛遷移するのに充分な程
度に正側または負側の時間幅（τ）ををするものである
。

その結果液晶表示素子の透過率は、同図（Ｃ）に示すよ
うになり、この明暗の振動は目視において変化しない程
度のくり返し周期であるので、デューティ比（Ｒ）に比
例した中間色が表示される。

実施例５ 実施例３における電圧制御パルスストレッチャー３を電
圧制御発振器（ＶＣＯ）に代えた以外は実施例３と同様
の電極基板を用いてカラーテレビ用の液晶表示素子を構
成し中間調を表示した。

この実施例では、第１２図に示すように、信号電圧Ｖｏ
は、ゲートパルスの範囲内で信号電圧ＶＤに比例した周
波数（Ｆ）をもつパルス列に変換される（Ｆ−ｆ　　（
ＶＯ）　　　Ｖｏ）。

なお、このパルス列も双安定状態の一方から他方へ遷移
させるに必要なしきい値電圧ｖｔｈを越える絶対値波高
をもち、表示の明暗の振動が目視において変化しない程
度の高いくり返し周期（Ｔ）で、かつ１周期内において
書き込み状態から消色状態に遷移するのに充分な程度に
正側または負側の時間幅（τ）を有するものである。

その結果液晶表示素子の透過率は、同図（ｃ）に示すよ
うになり、この明暗の振動は目視において変化しない程
度のくり返し周期であるので、周波数（Ｆ）にほぼ比例
した透過率となり対応する中間色が表示される。

〔発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、強誘電液晶素子の
明（高透過率）と暗（低透過率）２状態の間を高速でス
イッチングし、その時間比により液晶表示素子に中間調
を表示させるようにしたので広い視野角、速い応答性を
有する液晶表示素子を提供することができ、実用上大き
な利点を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の原理を示す図、第３図は
強誘電液晶表示素子の透過率−電圧ヒステリシス曲線を
示すグラフ、第４図は第１の実施例に用いた交流矩形波
電圧の波形を示す図、第５図は第１の実施例による効果
を示すグラフ、第６図は第２の実施例に用いたパルス列
を示す図、第７図は第２の実施例による効果を示すグラ
フ、第８図は第３の実施例に用いたアクティブマトリッ
クス基板の構成を示す図、第９図は第３の実施例に用い
たカラーテレビ用液晶表示素子の断面図、第１０図ない
し第１２図は第３ないし第５の実施例の作用効果を説明
するためのグラフである。 １・・・・・・・・・ゲート線 ２・・・・・・・・・信号線 ３・・・・・・・・・電圧制御パルスストレッチャー４
・・・・・・・・・画素電極 ５・・・・・・・・・・・・電極基板 ６・・・・・・・・・・・・対向電極

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向配置された電極基板間の間隙に強誘電液晶を
   充填してなる液晶表示素子の駆動方法において、前記電
   極基板間に、前記強誘電液晶を双安定状態の一方から他
   方へ遷移させるに必要なしきい値電圧を越える振幅をも
   つ交流矩形波電圧を印加し、この交流矩形波電圧の正側
   の時間幅と負側の時間幅との比率を変化させることによ
   って中間調を表示することを特徴とする液晶表示素子の
   駆動方法。
2. （２）対向配置された電極基板間の間隙に強誘電液晶を
   充填してなる液晶表示素子の駆動方法において、前記電
   極基板間に、前記強誘電液晶を双安定状態の一方から他
   方へ遷移させるに必要なしきい値電圧を越える絶対値波
   高をもつ正負のパルス電圧を交互に印加し、このパルス
   電圧の正側パルスの立上がりから次の負側パルスの立下
   がりまでの時間幅と前記負側パルスの立下がりから次の
   正側パルスの立上がりまでの時間幅との比率を変化させ
   ることによって中間調を表示することを特徴とする液晶
   表示素子の駆動方法。
3. （３）液晶表示素子が、テレビ用液晶表示素子である請
   求項１または２のいずれか１項記載の液晶表示素子の駆
   動方法。