JPH03209216A - 液晶素子とその駆動法及び液晶表示装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は強誘電性液晶を液晶層として持つ液晶素子とそ
の駆動法、及び表示装置に関するものである。

従来の技術 従来の強誘電性液晶素子としては、例えば第９図のよう
な構戒の液晶表示パネルがある。一方のガラス基板８２
ａ上にカラーフィルター８３と遮光層８４を形威し、そ
の上を平滑化層８５で覆った後、透明電極８１を形威し
、，サらに配間脱８６を塗布する。

他方のガラス基板８２ｂ上には透明電極８１と配向膜８
６を付ける。これら一対の基板をスペーサ−８８により
１．５μｍから５μＩｎ程度のある一定の間隔に対向さ
せ、その間に強誘電性液晶８０を注入し、配向させる。

さらにカ゛ラス基板８２ａ、Ｒ２ｂの外側に偏向し８７
、検光子８９を備える（例えば、村．１：．、石川他：
「高速マルチカラー強誘電性ＬＣＤ，、第１４回液晶討
論会予稿集、８８頁から８９貫）。薄膜化された強誘電
性液晶は基本的に第１０図のような２つの状態が安定に
なる。第１０図（ａ）、ら）は液晶分子の方向がほぼ揃
った状態で、このとき自発分極は基板法線上方及び下方
に向いている。直交させた偏光子１０２、１０３の間に
液晶セルを挟むと、第ｌＯ図（ａ）、（ｂ）の一様な状
態を用いて、明暗を付けることができる。薄膜化した強
誘電性液晶パネルはこのような安定状態を持ち、かつ、
これらの状態間の遷移は印加電圧に応じて非常に急激に
起こり、印加電圧と透過光量の特性は急峻なしきい値特
性を示す。このため、薄膜トランジスタのような非線形
素子を設けなくても、単純なマトリックス構成の電極だ
けで大容量で高コントラストの表示を得ることができる
。

しかしながら、強誘電性液晶は第１０図のような限られ
た安定状態しかとれないので多階調を出し難い．また第
１０図（ａ）と第１０図６）が混在し、中間輝度を示す
状態が第１０図（ａ）から第１０図（ｂ）の状態に変わ
る狭い電圧範囲で存在するが、液晶パネルに厚さ等の不
均一性が存在するため、実際に安定した中間調表示を実
現することは困難である。前記第１０図（ａ）と第１０
図（ロ）の混在状態を用いて中間調表示を行うために、
液晶層の厚さの異なる領域を各絵素内に設ける方式も提
案されているが（例えば、岩井、脇田他：ｒ強誘電性液
晶の階調表示」、第１３回液晶討論会講演予稿集、１３
８頁から１３９真）、前記方式では液晶パネルの製造過
程が複雑に或るためにコストの上昇を招く。

従って、通常は表面安定化強誘電性液晶は基本的には２
値表示で、複数の絵素や、複数回の走査によって階調を
出している（例えば、レルー他：１９８８インターナシ
ゴナルディスプレイリサーチコンファレンス予稿集、１
１１頁（Ｔ．ＬＥＲＯｔｌＸ．Ｆ．ＢＡＵＭＢ．ｅｔ．
ａｌ．　　：　１９８８　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ
　ＤＩＳＰｌ．ＡＹ　ＲＥＳＥＡＣＨＣＯＮＦＥＲＥＮ
ＣＥ，　ｐｌｌ１〜１１３３　）。

しかし、この方法は駆動回路数が増える等の課題が有る
。そこで、我々は特許願平１−２４２２号で絵素に挟ま
れた領域を絵素電極を介した電圧印加により少ない駆動
回路で安定に中間調を表示する方法を開示した。

発明が解決しようとする課題 従来は、強誘電性液晶では階調を表示するために複数の
絵素を用いているが、このため電極数が増え、電極パタ
ーンが微細になり、駆動回路が増えるためコスト上昇と
なる．また絵素間隙部を用いる方法は駆動方法が複雑、
間隙部の形を自由に変えられないなどの課題がある． 課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明の液晶素子は、対向面
に電極を有しマトリックス状の絵素を形成する基板間に
強誘電性液晶を挟持し、各絵素内の電極に少なくとも一
つ電極欠落部を有するパターンを持ち、所定のパルス電
圧を印加することにより、対向する電極に挟まれた第１
の領域と電極欠落部上の第２の領域の安定状態を切り替
えで、前記Ｗ４１の領域と前記第２の領域の明暗の組合
せにより中間調を表示することができ、電極数を増やす
ことなく多階調表示ができる。

作用 絵素内に微細な電極欠落部が存在する場合、上下とも電
極で挟まれた第１の領域と同様に前記電極欠落部上の第
２の領域も電界に応答し、第２の領域は第１の領域と同
様な安定状態をとる。第２の領域の液晶のしきい値電圧
は第１の領域のしきい４ｍ電圧よりも高いが、十分な電
圧、パルス幅を印加することにより安定状態は切り替わ
る。強誘電性液晶の応答は概ね、電圧とパルス幅の積に
比例するが、簡単のために各絵素内に単一幅の電極欠落
部を１つ有する液晶パネルを想定し、パルス幅を固定し
たときの、第１の領域の液晶の安定状態が明から暗、暗
から明に切り替わるしきい値電圧をーｖｐｃｉ，ｖｐｂ
、第２の領域の安定状態が明から暗、暗から明に切り替
わるときに電極に印加されている電圧を−Ｖｓｄ、Ｖｓ
ｂとすると、Ｖｓｄ＞Ｖｐｄ Ｖｓｂ＞Ｖｐｂ の関係がある。前記第２の領域のしきい値電圧■ｓｄ，
Ｖｓｂは電極欠落部の幅の増加に伴い増加する。一Ｖｓ
ｄ以下の電圧で第１の領域、第２の領域の双方を暗状態
にしたあと、選択期間の絵素へ印加する電圧をｖ１、ｖ
２、ｖ３として、Ｖ１≧Ｖｓ　ｂ＞Ｖ２＞Ｖｐｂ＞Ｖ３ の関係がある場合、印加電圧がｖ１の時は第１の領域、
第２の領域ともに明状態になり、Ｖ２の時は第１の領域
のみ明、第２の領域は暗となり、■３の時はどちらも暗
状態になる。従ってｖ２の時には中間輝度を１回の走査
で得ることができ、Ｖ２は、 Ｖｓｂ＞Ｖ２＞Ｖｐｄ となる電圧範囲を持つために液晶パネルに不均一がある
場合にも、安定した中間調表示が可能である。

中間輝度は絵素内に設ける電極欠落部の面積に依存し、
絵素内に設ける電極欠落部の面積を絵素面積の３分の１
にとることで等間隔の中間調が得られる。また幅の異な
る電極欠落部を絵素内にＮ個設けることで１回の走査で
Ｎ＋２階調表示が可能であり、Ｎ＋１回の走査で２”−
’ｉｔｌ！表示が可能である， また電極欠落部の幅が大きな場合は、■１と■３の値が
離れすぎるため、１回の走査では制御できないが、電極
欠落部上の第２の領域を切り替える走査と電極で挟まれ
た第１の領域を切り替える走査を分け、２回の走査で書
き込むことが実現できる。

実施例 以下本発明の一実施例を液晶素子とその駆動法について
、図面を参照しながら説明する。

第１図、第２図は本発明の一実施例の液晶素子の平面図
と断面図である．上部ガラス基板ｌ上に電極欠落部５ａ
、５ｂを有するストライブ状の透明電極Ｙ１〜Ｙ４を、
下部ガラス基１２には電極欠落部のないストライブ状の
透明電極Ｘ１〜Ｘ４を形威した．電極ＸＩ−Ｘ４、Ｙ１
〜Ｙ４のピッチは１８μｍ，電極間間隙部は２μｍとし
、上部ガラス基板１の電極Ｙ１〜Ｙ４に、長さ１４μｍ
で幅２μｍ，４μｍの２つの電極欠落部５を各絵素に有
するように電極群を構成した。この双方基板上にＳｉＯ
を基板法線から８２度傾いた方向から蒸着し、配向８１
１１３を形威している．この上下基板間にエステル系の
強誘電性液晶を封入し、強誘電性液晶層ｌ４の厚さを２
．０μｍとした。この液晶パネルに第３図のようなマト
リクス駆動波形を印加した場合、絵素の明暗の状態は第
１図に示したとおりであり、ハンチングを施した領域が
暗状態である．第４図、第５図は第１図の構或の液晶パ
ネルの光透過率を測定した特性図で、第６図のような電
圧を絵素に印加しており、パルス幅１ミリ秒で２５ボル
トの交流パルスで全画面を暗状態にしてから、極性の順
序が逆の交流テストパルスを印加した後の安定した状態
の光透過率を測定している。第４図ａ．ｂ，ｃはそれぞ
れ電圧を２５ボルトに固定してテストパルスの幅τを変
えた時の、電極で挟まれた第１の領域、電極欠落部！（
５ａ）上の第２の領域、電極欠落部ｎ（５ｂ）上の第３
の領域の光透過率を測定した特性曲線で、それぞれ２０
０μ秒、３５０μ秒、５００μ秒で安定状態が切り替わ
っごいる。第５ＩｉＪａ，ｂ，ｃはτを５００μ秒に固
定したときの第１の領域、第２の領域、第３の領域の特
性曲線で、それぞれのしきい値電圧は１０ボルト、１４
ポルト、２２ポルトとなった。このように電極で挟まれ
た第１の領域、電極欠落部上の第２の頭域と第３の領域
は共に双安定性を示し、電極欠落部の幅が大きいほど、
しきい値パルス幅、しきい値電圧は増大することが分か
った。

前記しきい値特性を用い複数回の走査によって８階調表
示を行なった実施例を示す。液晶パネルに第３図のよう
な駆動波形を印加し、第１の領域、電極欠落部１（５ａ
）上の第２の領域、電極欠落部ＩＩ（５ｂ）上の第３の
領域の明暗状態を組み合わせて階調表示を行なった．第
３図でまず±２５ボルト、１ミリ秒のリセットバルス３
０を印加して第１の領域、第２の領域、第３の領域を含
むパルス全面を暗状態にした後、第３の領域、第２の領
域、第１の領域をそれぞれしきい値パルス幅の長い部分
から順に３１から３３の３回の走査を行なって３つの部
分の明暗をそれぞれ独立に付け、その組合せで階調表示
ができた。例えば第３図の波形はＡは第１図の行電極Ｘ
ｌへの印加電圧、Ｂは列電極Ｙ３への印加電圧、Ｃは桧
素（Ｘｉ、Ｙ３）への印加電圧であり、これにより第２
の領域のみを暗状態に第１の領域、第３の領域を明状態
にできる。

１回目の走査３４ではパルス幅６００μ秒であり、この
とき絵素に印加されるパルスの極性はリセットパルスと
逆転しているため第１の領域、第２の領域、第３の領域
はすべて明状態になる。これを１走査線づつ順次ずらし
ていくと、各絵素の電極欠落部ｎ（５ｂ）上の第３の領
域にデータを書き込むことができる。次に２回目の走査
３５ではパルス幅４００μ秒とし、第１の領域、第２の
領域を暗状態に変化させるが、第３の領域はしきい値電
圧が高いために以前の明状態を保持する。これにより電
極欠落部１（５ａ）上の第２の領域のデータを書き込む
ことができる。これを各行電極で順次走査させた後、３
回目の走査３６ではパルス幅２５０μ秒で、第１の領域
のみを明状態に変化させ、第１の領域、第３の領域はし
きい値電圧が高いため、以前の状態を保持する．これに
より第１の領域のデータを書き込むことができる。これ
らの走査によって第ｌの領域、第２の領域、第３の領域
をそれぞれ独立にデータを書き込むことができた。

次に１回の走査で４階調表示ができた第２の実施例を示
す．第１図で示されたような液晶パネルの電極（ｘ１〜
Ｘ４、Ｙ１〜Ｙ４）のパターンを、電極ピッチ１８μｍ
，ｉｔ極間間隙部２μｍ、とし、下部ガラス基板（１）
上の電極に幅１μｍの電極欠落部ｒ　（５ａ）、２ｕｍ
の電極欠落部ＩＩ（５ｂ）の２つを有する強誘電性液晶
マトリクスバネルを用いた．第６図の駆動波形をパルス
幅２５０μ秒で印加し、パネル全体の光透過率特性を測
定すると第７図の特性図が得られ、対向する電極で挟ま
れた第１の領域、電極欠落部１　（５ａ）上の第２の領
域、電極欠落部ＩＩ（５ｂ）上の第３の領域それぞれの
透過光量を足した場合の透過率を縦軸に取っている。２
０ボルトで第ｌの領域が応答し、２６ボルトで第２の領
域が応答し、ついで２８ボルトで第３の領域が応答して
いる。従ってパルス＄５１　２５０μ秒、オン電圧２９
ボルト、バイアス比１／４で駆動して、オン電圧２９ボ
ルト、オフ電圧１８ボルト、中間電圧１２５ボルト中間
電圧［２７ボルトの選択電圧を印加すると１回の走査で
４階調の表示ができた。

中間電圧ｌでは第１の領域のみが明状態になり、中間電
圧■では第１の領域と第２の領域のみが明状態になり、
オン電圧ですべての領域が明状態になる。

以上のように本発明の液晶素子は、絵素内に設けた電極
欠落部の状態を電極に印加する電圧によって制御するこ
とにより、従来の強誘電性液晶と同じ！極数で多ｌｉＩ
調表示を実現する。

さらに、本発明の液晶素子とその駆動法を用いて従来に
ない高精細大容量の表示装置が実現できる。前記表示装
置のブロック図を第８図に示す。

また特に絵素ピンチが数十μｍ以下のパターンの場合に
は、スクリーン上に拡大投射することにより大型で高精
細大容量で、かつ、高コントラストで、多階調の表示装
置を構或できる。

発明の効果 本発明の液晶素子は、所定の電圧波形を絵素電極に印加
して、絵素内に設けた電極欠落部の強誘電性液晶分子を
電界に応答させ、安定状態を切り替えることにより、１
対の絵素電極で安定した多階調の表示を行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第２図は本発明の一実施例の液晶素子の平面
図と、断面図、第３図は本発明の液晶素子の駆動法の波
形図、第４図、第５図は本発明の液晶素子の特性図、第
６図は特性測定時の印加電圧の波形図、第７図は第２の
実施例の本発明の液晶素子の特性図、第８図は本発明の
液晶表示装置のブロック図、第９図は従来例の強誘電性
液晶パネルの構成図、第ｌＯ図は強誘電性液晶分子の安
定状態の模式図である。 ｌ・・・・・・上基板、２・・・・・・下基板、３・・
・・・・列電極群、４・・・・・・行電極群、５・・・
・・・電極欠落部、１３・・・・・・配向膜、ｌ４・・
・・・・強誘電性液晶層、Ａ・・・・・・行電極Ｘ１へ
の印加電圧、Ｂ・・・・・・列電極Ｙ３への印加電圧、
Ｃ・・・・・・絵素（Ｘｉ、Ｙ３）への印加電圧、３０
・・・・・・リセットパルス、３１・・・・・・第１走
査、３２・・・・・・第２走査、３３・・・・・・第３
走査．

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向面に電極を有し、マトリクス状の絵素を形成
   する基板間に強誘電性液晶を挟持し、各絵素内の電極に
   少なくとも１つの電極欠落部を有するパターンを持つこ
   とにより、各絵素内の対向する電極で挟まれた第１の領
   域と電極欠落部上の第２の領域の安定状態を切り替え、
   前記第１の領域と前記第２の領域の明暗の組合せにより
   中間調を表示することを特徴とする液晶素子。
2. （２）１回の走査で絵素内の電極部、電極欠落部の明暗
   を制御し多階調を表示できる請求項（１）記載の液晶素
   子。
3. （３）第１の領域、第２の領域が共に急峻な応答しきい
   値特性を示し、前記第１、第２の二つの領域のしきい値
   電圧が異なっており、安定な中間調を表示されることを
   特徴とする請求項（１）記載の液晶素子。
4. （４）前記第１の領域と前記第２の領域の面積比が２：
   １である請求項（１）記載の液晶素子。
5. （５）面積の異なる複数の電極欠落部を有する請求項（
   １）記載の液晶素子。
6. （６）対向面に電極を有しマトリックス状の絵素を形成
   する基板間に強誘電性液晶を挟持する液晶素子の駆動法
   において、前記電極に選択走査電圧を印加し、対向面の
   電極には前記選択走査電圧を印加した電極及び電極欠落
   部で構成される絵素の画像データに対応する信号電圧を
   印加することにより、対向する電極に挟まれた第１の領
   域及び電極欠落部上の第２の領域の安定状態を制御する
   ことを特徴とする液晶素子の駆動法。
7. （７）１回の走査で絵素内の電極部、電極欠落部の明暗
   を制御し多階調を表示できる請求項（５）記載の液晶素
   子の駆動法。
8. （８）電極欠落部の安定状態を制御する第１の走査の後
   に電極部の安定状態を制御する第２の走査を行う請求項
   （５）記載の液晶素子の駆動法。
9. （９）対向面に電極を有し、マトリックス状の絵素を形
   成する基板間に強誘電性液晶を挟持し、各絵素内の電極
   に少なくとも１つの電極欠落部を有するパターンを持つ
   液晶表示素子を用い、前記電極に選択走査電圧を印加し
   、対向面の電極には前記選択走査電圧を印加した電極及
   び電極欠落部で構成される絵素の画像データに対応する
   信号電圧を印加することにより、対抗する電極に挟まれ
   た第１の領域及び電極欠落部上の第２の領域の安定状態
   を制御することを特徴とする液晶素子の駆動法を実現す
   る回路からなる液晶表示装置。