JPH03271716A - アクティブマトリクス液晶素子の駆動法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、アクティブマトリクス素子によってメモリ性
を有する液晶表示素子を駆動するアクティブマトリクス
液晶素子の駆動法および駆動装置に関する。

［従来技術］ 従来より、アクティブマトリクス素子を設けた液晶表示
素子は、ＴＮ液晶を用いる場合に広く応用され、フラッ
トパネルデイスプレィとして、あるいはプロジェクショ
ンテレビとして商品化されてきた。薄膜トランジスタ（
ＴＰＴ）やダイオード素子、およびＭＩＭ　（メタル・
インシュレータ・メタル）素子などに代表される上記ア
クティブマトリクス素子は、そのスイッチング特性によ
り、比較的応答の遅い上記ＴＮ液晶に対し実質ライン選
択周期より長い間電圧印加状態を保持することにより液
晶の光学スイッチ応答を助け、また上記ＴＮ液晶等の様
にメモリ性（自己保持性）がない液晶に対し上記電圧印
加状態保持により１フレ一ム間の実質的メモリ状態をも
たらすものである。あるいは各ライン間、画素間に対し
原理的にはクロストークを与えず、良好な表示画面を与
える特徴がある。第５図は、このようなアクティブマト
リクス素子を設けた液晶表示素子であるアクティブマト
リクス液晶素子の構造を示す。

近年では、上記ＴＮ液晶に比較して数桁応答速度の高い
強誘電性液晶（ＦＬＣ）もその開発が進みこれを用いた
表示パネルやライトバルフ等も発表されている。ここで
、ＦＬＣを前記アクティブマトリックス素子により駆動
することによりさらに良好な表示品質を得る可能性があ
る。ＦＬＣと前記ＴＦＴを組み合わせたものとしての特
性は、例えば［］、Ｓ、Ｐ、　４，８４０，４６２やＰ
ｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅＳＩＤ、　Ｖｏｌ、
３０／２．１９８９　’Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｖｉｃ　
ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ　Ｖｉｄｅｏ　Ｄｉｓｐｌ
ａｙ」等に示されている。

一方液晶を駆動する場合に現れる問題として、ＤＣ成分
の重量により、液晶が劣化したり、また、上記ＦＬＣに
おいては双安定性が失われて単安定になってしまう等の
応答性異常が発生したりする等がある。上記ＴＮ液晶に
対しては材料や駆動方法等の改善が長年努力され問題は
多少小ざくなってきたが、高速応答およびメモリ性等の
利点を有する上記ＦＬＣにおいては自発分極を有するこ
とに起因する本質的な問題が未だある。

上記の問題点は液晶をＴＰＴ等のアクティブマトリクス
素子により駆動する場合も同様に存在する。

例えば上記の各文献に示されるＦＬＣのアクティブマト
リクスにおける駆動法によれば、直流的に閾値を有さな
いＦＬＣに対しては、リセットパルスおよび記録パルス
により各画素に作用する電圧印加は材料に対しさほどの
ＤＣ成分を作用させないが、分極反転に対し直流的に閾
値を有するＦＬＣセルに対しては、記録パルス印加の後
の記録電圧保持による閾値電圧以下分のＤＣ成分は避け
られない。

この結果、このような材料に対しては表示品質が劣化す
る・等の問題点が出てくる可能性がある。

［発明が解決しようとする課題」 本発明は、上記の課題に鑑み特にハイビジョンＴＶなど
高精細でかつ、高速な駆動を要する表示素子を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 以下、本発明を実施例に基づいて詳しく説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るＦＬＣ駆動法を示す
タイミングチャートである。

本発明において、液晶としては、少なくとも２つの安定
状態を持つ光学変調物質、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
れかを取る物質、すなわち電界に対する双安定状態を有
する物質からなり、特にこのような性質を有する液晶が
用いられる。

このような液晶としては強誘電性を示すカイラルスメク
チック液晶が好ましく、カイラルスメクチックＣ相（Ｓ
ｍＣ’　）またはＨ相（ＳｍＨ”　）、さらにＳｍＩ”
　、ＳｍＦ”　、ＳｍＧ”等のカイラルスメクチック液
晶が適している。勿論、本発明は、メモリ性を有する他
の液晶についても、後述する充分な効果が得られる。ま
た、これらの液晶に対し、温度制御等をかけて用いても
よい。

本発明は第１図に示すように、ＴＰＴのスイッチング特
性すなわち画素（液晶）に対して印加した記録電圧信号
ｖｘを記録電圧（作用電圧）■智として保持するための
セル両端の開放特性を、該画素の光学的状態変化に必要
な時間保った後、リセット電圧ｖｒ、記録電圧ＶＷおよ
び補助電圧■５の各時間積分値の総和がほぼＯとなるよ
うな上記補助電圧Ｖｓ　（補助電圧信号としてはＶｘｘ
）を調整して与え、記録電圧Ｖｗの大小にかかわらず、
フレーム全体で原理的にＤＣ成分をなくしたものである
。

ここで、記録電圧ＶＷおよび記録電圧信号Ｖｘは、画素
の光学状態を決定するための信号であり、その画素の表
示輝度に応じた電圧（階調電圧）およびその信号である
。また、補助電圧Ｖｓおよび補助電圧信号ＶＸＸとして
は、絶対値が液晶の光学的状態を変化させない範囲の最
大電圧である光学的閾値ｖｔｈ以下のＤＣ電圧を印加す
る。

リセット電圧ｖｒの印加時間内で液晶の状態変化が全て
起こるとすれば、基本的には記録電圧ＶＷの印加時間も
上記リセット電圧印加時間と同等レベルの長さで良い。

本発明に使用する液晶はメモリ性を有するものであるの
で、上記のように閾値ｖｔｈ以下の補助電圧Ｖ、が印加
された状態でも液晶自身のメモリ性により光学的状態は
維持される。

上記の駆動法を有効Ｃ作用させるためには、各ラインの
記録区間を少なくとも３分割する。第１図において下方
に位置するタイミング図は、第ｎライン目の記録区間Ａ
を３分割した例を示す。すなわち、数ライン後の画素を
リセットするための該数ライン後に相当するラインのゲ
ートを開く分割区間ａ１および′ｓｎライン目自身の記
録のための第ｎライン目のゲートを開く分割区間すおよ
び数ライン先の記録画素に対して補助電圧を与えるため
の該数ライン先に相当するラインのゲートを再び開く分
割区間Ｃに分割している。なお、ＩＪｎライン目の記録
区間Ａ内において上記分割区間ａ、ｂ、ｃはそれぞれａ
　ｂ　ｃ　／　ａ　ｃ　ｂ　／　ｂ　ａ　ｃ　／ｂ　ｃ
　ａ　／　ｃ　ａ　ｂ　／　ｃ　ｂ　ａのどの順になっ
ていても良い。

第１図において、１０１〜１０４は第ｎライン目のある
画素の液晶の光学的状態を示す。第２図および第３図に
この光学的状態を拡大して説明する。

第２図は、ＴＰＴアクティブマトリクスが形成された上
側電極基板１１と全面が１ｉｆｉである下側基板間に挟
持されたＦＬＣの模式図を示す。

ＦＬＣの原理としては自発分極Ｐｓの向きが上向き（２
０１）である場合ＦＬＣ分子長軸は実線１の向きになり
、自発分極Ｐｓの向きが下向き（２０２）である場合点
線２のようになる。ここで第３図Ｃ−１〜Ｃ−４に示す
リセット区間Ｒにおいて、上側電極を負に保つと、この
区間において自発分極は理想的には全て上向き２０１状
態をとり、別にクロスポラライザの関係で設けた偏光板
３０１．３０２のいずれか一方を実線で示した長軸１方
向に合致させると、このとき画素は「黒」になる。第３
図Ｂ−１はこの「黒」状態を示す。

次に、記録区間Ｗにおいて記録する所望の階調電圧Ｖ。

を印加することにより、画素は、この階調電圧■。に応
じた記録状態となる。すなわち、階調電圧Ｖ、が前記光
学的閾値ｖｔｈより大きければ、第３図Ｃ−１〜Ｂ−４
に示すような「白」ドメインを発生し、一方、前記閾値
ｖｔｈ以下であれば、第３図Ｂ−１の「黒」状態を保つ
。次に、補助電圧区間Ｓにおいて閾値ｖｔｈ以下の電圧
を印加してもメモリ性のあるＦＬＣの場合、記録状態を
維持する。ここで、上記液晶の光学的閾値ｖｔｈとは、
例えばＴＶ信号の場合、１フレーム長（約３０ｍ５ｅｃ
）と同程度のパルス長のＤＣ電圧を印加したとき、画素
の透過状態（画素の液晶の光学的状態）が変化しないＤ
Ｃ電圧値であればよい。

したがって、再び′ｓ１図に戻り本発明を要約すると、
極性の異なるリセット電圧ｖｒおよび記録電圧ｖｗがほ
ぼ同時間印加されることにより記録状態が定まり、しか
も、記録電圧ｖｗによって大きざの決められる補助電圧
ｖｓが印加されても１フレ一ム間の光学状態の保持は液
晶自身のメモリ性が生かされる。このため、いかなる記
録信号が与えられても直流電圧成分を消去することがで
き、良好な表示品質が常に保たれる。

例えば、最近言われるハイビジョン対応のテレビデイス
プレィにおいては走査線本数約１０００本をノンインタ
ーレース駆動する場合１フレーム約３０ｍ５ｅｃで駆動
する。このため、１ライン当り割り当てられる記録時間
は１フレーム当り約３０μｓｅｃとなる。本発明におい
ては、ｎライン目記録のためのこの３０Ａｔｓｅｃを３
分割（各１０μｓｅｃ以下と）し、それぞれを、−例と
して、６ライン後に記録されるライン画素をリセットす
るためのパルス印加区間、ｎライン自身の画素を記録す
る記録パルス区間、および６ライン先に記録されたライ
ン画素に対して補助電圧を与えるための補助信号印加区
間とすることで、リセットおよび記録のための電圧印加
時間はそれぞれ約６×３　ＯＡ１５ｅｃ　＝　１８０　
μｓｅｃとなり、本発明者らの使用した材料に対しては
最大７■程度の駆動パルス電圧で充分な画像表示が得ら
れた。さらに補助電圧を印加することによりＤＣＦ＆分
をなくしたために、従来のＴＰＴ駆動法でＦＬＣを駆動
するのに比較し、経時的に単安定性になったり不用な電
極反応が起こる等の問題点が改善された。

次は、第４図を参照して、第１図に示す駆！ｊ法につい
てさらに詳しく説明する。

補助電圧信号Ｖｘｘのパルスの波高値は、−例として以
下のように来められる。

理想的な電圧波形としてリセット信号区間ａにおけるリ
セット電圧■、の波高値■８が−Ｖ０である場合、記録
信号区間すにおける記録電圧■８の波高値ｖｘが＋ｖ０
の時、もし、これらの電圧印加時間が同じならば補助信
号区間Ｃにおける補助電圧Ｖ、の波高値ＶＸＸは±０で
良い（４０１区間）。

一方、４０２区間、４０３区間、４０４区間で示される
ように記録信号に階調性をもたせた場合、本発明で印加
する補助電圧の波高値ＶＸＩＶ　Ｘ２．　Ｖ　Ｘ３は、
例えば走査線の本数をｔ　ｏｏｏラインとして、フレー
ム間隔に２４ライン分の時間を使用し、かつリセット期
間を℃、ライン、記録期間を℃ラインとすると、ｊ２＋
　＝ｆ１２＝Ｉｌの場合、近似的に とすることで画素に印加される電圧の時間積分値をほぼ
Ｏとすることができる。

ここで前述のリセット信号印加の先行ライン数ＡＩおよ
び補助信号印加の遅れタイミング互、が異なる場合にお
いては各期間の補助電圧の波高値■Ｘ１．ＶＸ２．ｖｘ
、は、液晶のＤＣ的な閾値以下の範囲内で とする。ｆｌ、＜ｊＺ２の場合はマイナスの電圧値とな
っても良い。

具体的な数値として、使用する双安定性液晶のリセット
電圧（全「黒」電圧）を−Ｖｏ＝−７（Ｖ）、最大階調
電圧（全「白」電圧）をＶ。＝７（ｖ）とし、４２１＝
ｆＬ２＝Ｊ２　＝　６とする。階調電圧Ｖｘが中間調の
５Ｖである場合、補助電圧ＶＸＸは・ となる。

上記補助電圧ＶＸＸはアナログ的な記録信号電圧ＶＸに
よりその場で演算されても良いし、記録信号電圧■８が
デジタル的な値であるならば、予めメモリされたテーブ
ルＴ　（ＶＸ　、　Ｖｘｘ）により自動的に出力されて
もよい。

なお、本発明の駆動法は、少なくとも℃２ライン分のラ
インメモリを設けることによって容易に達成できる。

すなわち、記録信号発生から補助信号発生まで上記の場
合℃２＝６ラインの遅れ時間があるため、この間他ライ
ンの記録信号発生に対して１２＝６ライン分は情報を記
憶している必要があるからである。

第６図に駆動回路の簡単なブロック図例を示す。信号の
同調はすべて図示のクロックにより行なわれ、各ライン
へのゲート信号出力タイミングおよびソース電極へのリ
セット信号、記録信号、補助信号の出力タイミングが制
御されて行なわれる。

本発明の補助電圧印加はメモリ性のある液晶とアクティ
ブマトリクス素子の組みあわせにより良好な効果を発揮
するものであることが理解されよう。

［他の実施例コ 前記実施例においては、あるラインの画素に正または負
の補助信号を入力したあとはアクティブマトリクスのオ
ーブン特性、すなわちＦＬＣへの電圧保持特性により、
正または負の補助電圧をフレーム間にわたって作用させ
るものとした。この場合、補助電圧印加区間が場合リセ
ットおよび記録電圧印加区間に比べて極めて長くなり、
補助電圧波高値が極めて低い電圧となるため、補助電圧
の制御がやり難い場合がある。

本発明においてはさらに、前記補助電圧の波高値ＶＸＸ
を多少大きくすることにより、ＶＸＸの制御をし易くす
ることが以下のようにして可能である。

本実施例は、補助信号区間内にざらにまたＯｔ圧印加区
間を設けることにより補助電圧補助電圧波高値を閾値以
下の範囲内で制御し易い大きさにするものである。Ｏ’
［圧印用区間を補助信号人力後さらに１３ライン後に設
けるとすれば前記ＶＸＸの値は、 とすることができる。

第７図に本実施例を作用させた場合のタイミング図を示
す。例えばｕ３＝２０としｊ２＋　＝ｆ１２−℃＝６、
ｖｏを前記と同様７（Ｖ）、Ｖｘ＝５（Ｖ）とすると、
Ｖｘｘ＝１２／２０＝０．６　　（Ｖ）となる。この時
使用する液晶のＤＣ的な閾値が２ｖ以上であるとすると
、記録時の最小電圧（全「黒」電圧）を２ｖとしても、
補助電圧Ｖｘｘはとなり、閾値以下とすることができる
。

使用する液晶の上記ＤＣ的な閾値とは前述のように例え
ばＴＶ信号の１フレーム（たとえば３０ｍ　ｓｅｃ程度
）長のＤＣｔＣ印圧により透過状態が変化しない値であ
れば良い。

この閾値をｖｔｈとした場合の上記Ｏ（アースまたはグ
ランド）を圧信号の印加遅れライン数ぶ。

の前記ｕ１．１１２またはＶ。、ＶＸとの関係はであり
、これより であるような遅れライン数を選ぶことで本発明による駆
動法は良好に機能する。本例においては第６図で図示の
駆動回路に、例えばさらにアース（グランド）信号出力
回路を補助信号回路として設け、これを人力接続ｄとし
て信号同調回路に結合すれはよい。

ここで、前述のｆｌｒ、Ａ２で示したライン間隔は使用
する液晶材料の応答性により適宜選択することが可能で
あるが、画面上にフリッカ等が生じないように材料の応
答性の上限付近で小さくするのが好ましい。

また、例えば全「白」あるいは全「黒Ｊ状態の調整等の
ためにそれぞれリセット電圧、記録電圧等の最大値を変
えるときなどは、リセット電圧印加時間、記録電圧印加
時間等はその信号パルスにおいても実質のセル保持時間
においても互いに多少異なるように設定しても前述と同
様の効果が失われることはない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明駆動法によれば長寿命の画
質の劣化しない良好なアクティブマトリクス液晶デイス
プレィを提供することができ、これにより高精細な直視
型フラットデイスプレィやプロジェクションテレビが形
成しつる。勿論、各画素毎にカラーフィルタを設けたり
、また本発明駆動法を用いた液晶素子を複数個使用し、
それぞれに対し、カラー光投射を行なうことで、透過型
、または反射型の高精細なフラットカラーテレビあるい
はプロジェクションカラーテレビを構成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

′！Ｊ１図は、本発明の一実施例に係るＦＬＣ駆動法を
示すタイミングチャート、 第２図および第３図は、第１図のタイミングで駆動され
るＦＬＣの光学的状態を説明するための拡大説明図、 第４図は、ＦＬＣ駆動電圧の一例をより詳しく説明する
タイミングチャート、 第５図は、アクティブマトリクス液晶素子の構造図 第６図は、本発明の一実施例に係る駆動回路のブロック
図、そして 第７図は、本発明の他の実施例に係るＦＬＣｆｆｉ動法
を示すタイミングチャートである。 Ｖｘ：記録電圧信号 ｖｗ：記録電圧 Ｖ　ｘｘ　：補助電圧信号 Ｖｓ　：補助電圧 ■Ｒ＝リセット電圧信号 ｖ７　：リセット電圧 １０１〜１０４：画素 ４０１〜４０４：駆動期間 ０１ ２０２ −１ −２ −３ −４ −１ −２ −３ −４ −１ ｍ２ −３ −４ 第 ６ 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）メモリ性を有する液晶表示素子をアクティブマト
   リクス素子によって駆動するアクティブマトリクス液晶
   素子の駆動法であって、 各画素ごとにその画素の液晶の光学状態を決定する記録
   信号電圧を印加した後所定時間置いて該液晶の光学的閾
   値以下の電圧信号からなる補助信号を印加することを特
   徴とするアクティブマトリクス液晶素子の駆動法。
2. （２）メモリ性を有する液晶表示素子をアクティブマト
   リクス素子によって線順次で駆動するアクティブマトリ
   クス液晶素子の駆動法であって、前記液晶表示素子の各
   ラインの画素の記録アクセスタイミングにおいて、他の
   ラインまたは該ラインの各画素をリセットする電圧を印
   加するリセット信号印加区間、該ラインの各画素に情報
   を記録する電圧を印加する記録信号印加区間、および他
   のラインまたは該ラインの各画素に液晶の光学的閾値以
   下の電圧を印加する補助信号印加区間を少なくとも設け
   たことを特徴とするアクティブマトリクス液晶素子の駆
   動法。
3. （３）メモリ性を有する液晶表示素子をアクティブマト
   リクス素子によって駆動するアクティブマトリクス液晶
   素子の駆動装置であって、 各画素に印加される電圧の時間積分値の総和がほぼ０と
   なるように画像記録信号に応じた補助信号を調整して出
   力する電圧出力手段を有したことを特徴とするアクティ
   ブマトリクス液晶素子の駆動装置。