JPH0422495B2

JPH0422495B2 -

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Publication number: JPH0422495B2
Application number: JP29530685A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Toyono; Akihiro Mori; Junichiro Kanbe
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-12-25
Filing date: 1985-12-25
Publication date: 1992-04-17
Also published as: JPS62150333A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、液晶表示装置や液晶−光シヤツタア
レイ装置に適用しうる強誘電性液晶を用いた液晶
装置に関する。

〔従来技術の説明〕

従来より、走査電極群と信号電極群をマトリク
ス状に構成し、その電極間に液晶化合物を充填し
多数の画素を形成して、画像或いは情報の表示を
行う液晶表示素子はよく知られている。この表示
素子の駆動法としては、走査電極群に順次周期的
にアドレス信号を選択印加し、信号電極群には所
定の情報信号をアドレス信号と同期させて並列的
に選択印加する時分割駆動が採用されている。

これらの実用に供されたのは、殆どが、例えば
“アプライド・フイジスク・レターズ”
（“Applied Rhysics Letter”）1971年、18(4)号
127〜128頁に掲載のM.シヤツト（M.Schadt）お
よびW.ヘルフリヒ（W.Helfrich）共著になる
“ボルテージ・デイペンダント・オプテイカル・
アクテイビテイー・オブ・ア・ツイステツド・ネ
マチツク・リキツド・クリスタル”（“Voltage
Dependent Optical Activity of ａ Twisted
Nematic Liquid Crystal”）に示されたTN
（twisted nematic）型液晶であつた。

近年は、在来の液晶素子の改善型として、双安
定性を有する液晶素子の使用がクラーク
（Clark）およびラガーウオール（Lagerwall）の
両者により特開昭56−107216号公報、米国特許第
4367924号明細書等で提案されている。双安定性
液晶としては、一般に、カイラルスメクテイツク
Ｃ相（SmC^*）又はＨ相（SmH^*）を有する強誘
電性液晶が用いられ、これらの状態において、印
加された電界に応答して第１の光学的安定状態と
第２の光学的安定状態とのいずれかをとり、かつ
電界が印加されないときはその状態を維持する性
質、即ち、安定性を有し、また電界の変化に対す
る応答がすみやかで、高速かつ記憶型の表示装置
等の分野における広い利用が期待されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、表示画素数が極めて多く、しか
も高速駆動が求められる時には、問題を生じる。
すなわち、所定の電圧印加時間に対して双安定性
を有する強誘電性液晶セルで第１の安定状態を与
えるための闘値電圧を−Vth₁とし、第２の安定
状態を与えるための闘値電圧を＋Vth₂とすると、
これらの闘値電圧を越えなくとも、長時間に亘
り、電圧が印加され続ける場合に、画素に書込ま
れた表示状態（例えば、白状態）が別の表示状態
（例えば、黒状態）に反転することがある。第１
図は、双安定性強誘電性液晶セルの闘値特性を表
わしている。

第１図は強誘電性液晶としてDOBAMBC（図
中の１２）とHOBACPC（図中の１１）を用いた
時のスイツチングに要する闘値電圧（Vth）の印
加時間依存性をプロツトしたものである。

第１図より明らかな如く、闘値Vthは印加時間
依存性を持つており、さらに印加時間が短い程、
急勾配になつていることが理解される。このこと
から、走査線が極めて多く、しかも高速に駆動す
る素子に適用した場合には、例えばある画素に走
査時において明状態にスイツチされていても、次
の走査以降常にVth以下の情報信号が印加され続
ける場合、一画面の走査が終了する途中でその画
素が暗状態に反転してしまう危険性をもつている
ことが判る。

〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕本発明の目的は、前述したような従来の液晶表
示素子或いは液晶光シヤツターにおける問題点を
解決した新規な液晶素子の駆動法を提供すること
にある。

本発明の別の目的は、高速応答性を有する液晶
素子の駆動法を提供することにある。

本発明の他の目的は、高密度の画素を有する液
晶素子の駆動法を提供することにある。

本発明は、ａ走査電極群と信号電極群との交差部で画素を
形成したマトリクス電極構造と、該走査電極群
と信号電極群との間に配置され、一方極性の電
界に対して第１の安定状態を生じ、他方極性の
電界に対して第２の安定状態を生じる強誘電性
液晶とを有する液晶セルと、ｂ走査電極に、第１位相、第２位相及び第３位
相の順で、異なる電圧値の電圧を有する走査選
択信号であつて、該第１位相で一方極性パル
ス、第３位相で他方極性パルス、第２位相で該
一方極性パルスの電圧値と他方極性パルスの電
圧値との間の電圧値に設定した中間パルスを有
する走査選択信号を、順次印加し、信号電極群に、第１位相で、走査選択された
走査電極上の画素に選択的に前記第１の安定状
態を生じさせる一方極性の電圧を印加すること
によつて、第１の光学状態を生じさせ、第２位
相で、該走査電極上の画素に同時に該第１の光
学状態を保持する電圧を印加し、第３の位相
で、該走査電極上の第１位相での選択画素以外
の画素に前記第２の安定状態を生じさせる他方
極性の電圧を印加することによつて第２の光学
状態を生じさせる様に、入力情報に応じて、前
記走査選択信号の第１位相、第２位相及び第３
位相と同期した一方極性、他方極性及び一方極
性のパルスを有する第１情報信号と、前記走査
選択信号の第１位相、第２位相及び第３位相と
同期した他方極性、一方極性及び他方極性のパ
ルスを有する第２情報信号とを選択的に印加す
ることによつて、走査選択された走査電極上の画
素への書込みを行ない、走査選択されていない走査電極上の画素に、
走査選択時の書込み状態を保持する交番電圧を
印加する手段と、を有する液晶装置に特徴を有している。

尚、走査電極及び信号電極への印加電圧の極性
は、走査選択されていない走査電極への印加電圧
を基準にしたものである。

〔実施例〕

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
ルスメクテイツク液晶が最も好ましく、そのうち
カイラルスメクテイツクＣ相（SmC^*）また、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・ジユルナール・ド・フイ
ジツク・ルーテル”（“Le Journal de Physiove
letter”）36巻（Ｌ−69）、1975年の「フエロエレ
クトリツク・リキツド・クリスタルス」
（「Ferroelectric Liquid Crystals」）；“アプライ
ド・フイジツクス・レタース”（“Applied
Physics Letters”）36巻（11号）1980年の「サブ
ミクロン・セカンド・バイステイブル・エレクト
ロオプテイツク・スイツチング・イン・リキツ
ド・クリスタルス」（「Submicro Second
Bistable Electrooptic Switching in Liquid
Crystals」）；“固体物理”16（141）1981「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（DOBAMBC）、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ツ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
イラルスメツクチツクＦ相、Ｉ相、Ｊ相、Ｇ相や
Ｋ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２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。２１ａと２１ｂはIn₂O₃，SnO₂や
ITO（インジウム−テイン−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２２がガラス面に垂直になる
よう配向したSmC^*相の液晶が封入されている。
太線で示した線２３が液晶分子を表わしており、
この液晶分子２３は、その分子に直交した方向に
双極子モーメント（Ｐ⊥）１４を有している。基
板２１ａと２１ｂ上の電極間に一定の闘値以上の
電圧を印加すると、液晶分子２３のらせん構造が
ほどけ、双極子モーメント（Ｐ⊥）２４はすべて
電界方向に向くよう、液晶分子２３の配向方向を
変えることができる。液晶分子２３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、従つ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、電圧印加極性によつ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３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ほ
どけ、その双極子モーメントPa又はPbは上向き
３４ａ又は下向３４ｂのどちらかの状態をとる。
このようなセルに第３図に示す如く一定の闘値以
上の極性の異なる電界Ea又はEbを所定時間付与
すると、双極子モーメントは電界Ea又はEbの電
界ベクトルに対応して上向き３４ａ又は、下向き
３４ｂと向きを変え、それに応じて液晶分子は第
１の安定状態３３ａかあるいは第２の安定状態３
３ｂ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
２図によつて説明すると、電界Eaを印加すると
液晶分子は第１の安定状態３３ａに配向するが、
この状態は電界を切つても安定である。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３３ｂに配向して、その分子の向きを変え
るが、やはり電界を切つてもこの状態に留つてい
る。又、与える電界Eaが一定の闘値を越えない
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。

本発明の駆動法の好ましい具体例を第４図〜第
１０図により説明する。

第４図は、中間に強誘電性液晶化合物が狭まれ
たマトリクス電極構造を有するセル４１の模式図
である。４２は、走査電極群であり、４３は、信
号電極群である。今、説明を簡略化するために、
白黒の二値信号を表示する場合を例にとつて示
す。第４図に於て、斜線で示される画素が「黒」
に、その他が「白」に対応するものとする。第５
図ａとｂはそれぞれ選択された走査電極に与えら
れる走査選択信号とそれ以外の走査電極（選択さ
れない走査電極）に与えられる走査非選択信号を
示し、第５図ｃとｄはそれぞれ選択された信号電
極に与えられる情報選択信号と選択されない信号
電極に与えられる情報非選択信号を表わす。第５
図ａ〜ｄではそれぞれ横軸が時間を、縦軸が電圧
を示している。

本発明の駆動法によれば、マトリクス画素構造
のうちの選択された走査電極ライン上の画素への
書込み期間（位相t₁＋t₂＋t₃）内にそれぞれ第１
の表示状態決定位相t₁と、第２の表示状態決定位
相t₃と、第１の表示状態決定位相t₁と、第２の表
示状態決定位相t₃との間にある画素の表示状態を
決定づけない補助位相t₂とを有している。

なお、本例では、位相t₁，t₂とt₃のパルス幅は、
それぞれ等しく決定しているが、それらのパルス
幅は互いに相違していてもよい。

本明細書に記載の「表示状態決定位相」とは、
選択された走査電極ラインの画素への書込み期間
内で、画素を明状態と暗状態のうちの一方の状態
の表示状態に決定づける位相を意味しており、本
発明では位相t₁が走査電極ライン上の各画素のう
ち選択された画素を例えば黒の表示状態に決定づ
ける位相で、位相t₃が他の画素を白の表示状態に
決定づける位相を表わしている。

また、本明細書に記載の「補助位相」とは、選
択された走査電極ライン上の画素への書込み期間
内で、画素の表示状態を決定づけない補助信号を
印加する位相を意味し、第５図中の位相t₂がこれ
に相当している。

従つて、本発明の駆動法では、第５図ａに示す
位相t₁＋t₂＋t₃における信号を走査選択信号とし
て走査電極ライン毎に順次印加し、第５図ｂに示
す位相t₁＋t₂＋t₃における信号を走査選択信号が
印加されていない走査電極に印加する。そして、
信号電極群に走査選択信号と同期させて第５図ｃ
とｄに示す書込み信号が印加される。

今、双安定性強誘電性液晶素子における第１の
安定状態（これを白とする）を与えるための印加
時間ΔT（書込みパルス幅）での闘値電圧を−
Vth₁とし、第２の安定状態（これを黒とする）
を与えるための印加時間ΔTでの闘値電圧を＋
Vth₂とすると、選択された走査電極に与えられ
る電気信号は、第５図ａに示す様に位相（時間）
t₁では−2V₀、位相t₂では−V₀及び、位相t₃では
2V₀となるパルスを有している。また、それ以外
の走査電極は第５図ｂに示される如くアース状態
となつておりOV状態となつている。一方、選択
された信号電極に与えられる電気信号は、第５図
ｃに示され、位相t₁においてはV₀、位相t₂におい
ては−V₀、また、位相t₃では再びV₀を与える。

また、選択されない信号電極に与えられる電気
信号は、第５図ｄに示される様に位相t₁では−
V₀、位相t₂ではV₀、また、位相t₃では−V₀とな
つている。

この様に、信号電極群４３における選択された
信号電極と選択されない信号電極に印加される電
圧信号は、ともに位相t₁，t₂とt₃に対応して交番
した電圧波形となつている。

以上に於て各々の電圧値は、以下の関係を満足
する所望の値に設定される。

2V₀＜Vth₂＜3V₀ −3V₀＜−Vth₁＜−2V₀ この様な電気信号が与えられたときの各画素に
印加される電圧波形を第６図に示す。

第６図において、ａとｂは、それぞれ選択され
た走査電極ライン上にあつて、黒及び白を表示さ
れるべき画素に印加される電圧波形で、同図ｃと
ｄはそれぞれ選択されていない走査電極ライン上
の画素に印加される電圧波形である。

第６図ａとｂから明らかな様に、選択された走
査電極ライン上の画素で選択された信号電極上の
画素は、位相t₁の期間に於て闘値Vth₂を越える
3V₀の電圧が印加され、画素の表示状態がこの位
相t₁で決定づけられる。即ち、この画素に対応し
た強誘電性液晶が第２の安定状態に配向されて
「黒」が書き込まれる。続く位相t₂とt₃の期間で
前述の画素には、それぞれOVと−VOの電圧が
印加されるが、闘値−Vth₁とVth₂を越えない為、
第２の安定状態を保つたままである。従つて、こ
の位相t₁で画素の表示状態が強誘電性液晶の第２
安定状態に基づく一方の表示状態に決定される。
一方、選択された走査電性ライン上で、選択され
ない信号電極上の画素は、位相t₁ではV₀であり、
位相t₂では2V₀となるが、闘値電圧を越えない為、
前歴のままを保つているが、続く位相t₃で闘値−
Vth₁を越える−3V₀の電圧が印加され、強誘電性
液晶の第１の安定状態に基づく「白」の表示状態
に転移する。従つて、選択された走査電極ライン
上で且つ選択されない信号電極ライン上の画素へ
の書込み期間終了時には、「白」が表示されるこ
とになる。即ち、位相t₃で、強誘電性液晶の第１
の安定状態に基づく白の表示状態が決定されるこ
とになる。

そこで本発明は画素書込み期間（t₁＋t₂＋t₃）
内で「黒」表示を決定する位相と「白」表示を決
定する位相の間に画素の表示状態を決定しない補
助位相を設けることによつて、前述した不都合を
完全に解消したものである。

以上述べた駆動信号を時系列的に示したが、第
７図である。S₁〜S₅は、走査電極に印加される電
気信号で、I₁とI₃は信号電極に印加される電気信
号で、ＡとＣは第４図に示した画素ＡとＣに印加
される電圧波形である。

さて、双安定性を有する状態での強誘電液晶の
電界によるスイツチングのメカニズムは微視的に
は必ずしも明らかではないが、一般に所定の（第
１の）安定状態に所定時間の強い電界でスイツチ
ングした後、全く電界が印加されない状態に放置
する場合には、ほぼ半永久的にその状態を保つこ
とは可能であるが、所定時間ではスイツチングし
ないような弱い電界（先に説明した例で言えば、
Vth以下の電圧に対応）であつても逆極性の電界
が長時間に渉つて印加される場合には、逆の（第
２の）安定状態へ再び配向状態が転移してしま
い、その結果正しい情報の表示や変調が達成でき
ない状況が生じ得る。本発明者等は、このような
弱電界の長時間印加による配向状態の移転（一種
のクロストーク）の生じ易さが基板表面の材質、
粗さ及び液晶材料等によつて影響を受けることは
認識したが、定量的には未だ把みきつていない。
ただ、ラビングやSiO等の斜方蒸着等液晶分子の
配向のための一軸性基板処理を行なうと、上記転
移の生じ易さが増す傾向にあることは確認した。
また、温度が高い方がその傾向が強いことも確認
した。

いずれにしても、正しい情報の表示や変調を達
成するために一定方向の電界が長時間に渉つて印
加されるのは避けるのが好ましい。

前述した位相t₁で、選択された走査電極ライン
上の画素で、選択された信号電極ライン上の画素
は、強誘電性液晶の第２の安定状態に基づく黒の
表示状態が決定づけられ、前述した位相t₃で、選
択された走査電極ライン上の画素で、選択されて
いない信号電極ライン上の画素は、強誘電性液晶
の第１の安定状態に基づく白の表示状態が決定づ
けられる。この際、選択された信号電極には、位
相t₁とt₃でそれぞれV₀の電圧波形の信号が印加さ
れ、また選択されていない信号電極には位相t₁と
t₃でそれぞれ−V₀の電圧波形の信号が印加される
ことになる。従つて、かかる位相t₁とt₃が連続し
た位相の時、例えば信号電極に白の書込み信号で
ある−V₀波形が印加された後、続いて黒の書込
みを指定する。V₀波形が印加され続けると、上
述した白の書込み信号によつて白に書込まれた画
素にはV₀波形が印加され続けることになり、一
画面の走査途中で、上述した白に書込まれた画素
が黒に反転する不都合を生じる。そこで、本発明
の駆動法では、選択されていない走査電極ライン
上の画素に印加される電圧波形は、第６図ｃとｄ
に示されている様に位相t₁，t₂とt₃でそれぞれ交
番するV₀と−V₀で、何れも闘値電圧を越えてい
ないので、前述した反転現像（すなわち、クロス
トーク）による不都合を防止することができる。
しかも、本発明では、画素Ａ又はＣに印加される
電圧波形が第７図に示す様に書込みパルスをΔT
（この時位相t₁，t₂とt₃のパルス幅をΔTとするこ
とができる）とした時、最大で波形７１で現われ
る2ΔTであるため、駆動時の電圧マージンを広
く設定しても、前述の反転現象を完全に防ぐこと
ができる。また、本発明の駆動法では、位相t₁，
t₂とt₃を有する3ΔTのパルス幅で１画素の書込み
を行なうことができるため高速で一画面の書込み
を行なうことができる。

第８図〜第１０図は、本発明の駆動法の別の実
施例を表わしている。第８図ａは選択された走査
電極ラインに印加する走査選択信号で、第８図ｂ
選択されていない走査電極ラインに印加する走査
非選択信号である。第８図ｃは選択された信号電
極ライン上に印加する情報選択信号で、第８図ｄ
は選択されていない信号電極ラインに印加する情
報非選択信号である。第９図ａは選択された走査
電極ライン上の画素で、且つ選択された信号電極
ライン上の画素に印加される電圧波形で、第９図
ｂは選択された走査電極ライン上の画素で、且つ
選択されていない信号電極ライン上の画素に印加
される電圧波形である。第９図ｃは選択されてい
ない走査電極ライン上の画素で、且つ選択された
信号電極ライン上の画素に印加される電圧波形
で、第９図ｄは選択されていない走査電極ライン
上の画素で、且つ選択されていない信号電極ライ
ン上の画素に印加される電圧波形を表わしてい
る。第１０図は、これらの信号を時系列で表わし
たものである。第１０図に示す画素Ａまたは、Ｃ
には走査非選択時で−V₀とV₀の間を交番する電
圧波形が印加されるだけで、やはり前述した様な
反転現象を完全に防ぐことができる。特に、本駆
動例では第１０図に示す様に書込みパルスをΔT
とした時、最大で波形１０１で現われる3ΔTで
あるため、やはり前述の反転現象を生じることな
く駆動時の電圧マージンを広く設定することがで
きる。また、本例では、位相t₁，t₂とt₃を有する
3ΔTのパルスで一画面の書込みを行なうことが
できるため、高速で一画面の書込みを行なうこと
ができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、強誘電性液晶素子を用いた表
示パネルを高速で駆動させても、走査非選択信号
が印加されている走査電極ライン上の画素に印加
され続ける電圧波形の最大パルス幅が書込み時の
パルスΔTの２倍あるいは３倍であるため、一画
面の書込み走査途中で表示状態が他の表示状態に
反転する現象を有効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、強誘電性液晶の闘値特性を表わす説
明図である。第２図及び第３図は、本発明で用い
る強誘電性液晶素子を模式的に表わす斜視図であ
る。第４図は、本発明で用いるマトリクス画素構
造の平面図である。第５図ａ〜ｄはそれぞれ電極
に印加される信号の電圧波形を示す説明図であ
る。第６図ａ〜ｄは、それぞれ画素に印加される
信号の電圧波形を示す説明図である。第７図は、
前述の信号を時系列で表わした電圧波形の説明図
である。第８図ａ〜ｄは、それぞれ電極に印加さ
れる別の信号の電圧波形を示す説明図である。第
９図ａ〜ｄは、それぞれ画素に印加される別の信
号の電圧波形を示す説明図である。第１０図は、
前述の別の信号を時系列で表わした電圧波形の説
明図である。

Claims

【特許請求の範囲】１ａ走査電極群と信号電極群との交差部で画
素を形成したマトリクス電極構造と、該走査電
極群と信号電極群との間に配置され、一方極性
の電界に対して第１の安定状態を生じ、他方極
性の電界に対して第２の安定状態を生じる強誘
電性液晶とを有する液晶セルと、ｂ走査電極に、第１位相、第２位相及び第３位
相の順で、異なる電圧値の電圧を有する走査選
択信号であつて、該第１位相で一方極性パル
ス、第３位相で他方極性パルス、第２位相で該
一方極性パルスの電圧値と他方極性パルスの電
圧値との間の電圧値に設定した中間パルスを有
する走査選択信号を、順次印加し、信号電極群に、第１位相で、走査選択された
走査電極上の画素に選択的に前記第１の安定状
態を生じさせる一方極性の電圧を印加すること
によつて、第１の光学状態を生じさせ、第２位
相で、該走査電極上の画素に同時に該第１の光
学状態を保持する電圧を印加し、第３の位相
で、該走査電極上の第１位相での選択画素以外
の画素に前記第２の安定状態を生じさせる他方
極性の電圧を印加することによつて第２の光学
状態を生じさせる様に、入力情報に応じて、前
記走査選択信号の第１位相、第２位相及び第３
位相と同期した一方極性、他方極性及び一方極
性のパルスを有する第１情報信号と、前記走査
選択信号の第１位相、第２位相及び第３位相と
同期した他方極性、一方極性及び他方極性のパ
ルスを有する第２情報信号とを選択的に印加す
ることによつて、走査選択された走査電極上の画
素への書込みを行ない、走査選択されていない走査電極上の画素に、
走査選択時の書込み状態を保持する交番電圧を
印加する手段と、を有する液晶装置。