JPH0422497B2 - - Google Patents

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−シヤツタアレ
イ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・レタース”
（“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・テイペンダント・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
（twistednematic）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に、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
えるための閾値電圧を−Vth₁とし、第２の安定
状態を与えるための閾値電圧を＋Vth₂とすると、
これらの閾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閾値特性を表
わしている。

第１図は強誘電性液晶セルとして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閾値電圧（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、閾値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、一方極性
パルス、他方極性パルス及び一方極性パルスを有
する走査選択信号を、順次印加し、該走査選択信
号の第１位相と同期させて信号電極群に、走査選
択された走査電極上の画素に同時に前記第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、該走査電極上の画素が消去状態とな
る様に、電圧信号を印加し、該走査選択信号の第
２位相と同期させて信号電極群に、該走査電極上
の画素に選択的に前記第２の安定状態を生じさせ
る他方極性の電圧と、前記消去状態を保持する電
圧とを印加することによつて、書込み状態が生じ
る様に、選択的に一方極性パルス又は他方極性パ
ルスを印加し、該走査選択信号の第３位相と同期
させて、信号電極群に、該走査電極上の画素に同
時に、前記第２位相での該画素への印加電圧の極
性に対して逆極性であつて、前記書込み状態を保
持する電圧が印加される様に、電圧信号を印加す
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てができる双安定性
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
Rhysics 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」）；“固定物理”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−
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〓の他の
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
ように配向した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閾値
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
一定の閾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）
２４Ea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３３ｂ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。

本発明の駆動法の好ましい具体例を第４図〜第
７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挟まれ
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〜
ｂではそれぞれ横軸が時間を、縦軸が電圧を示し
ている。

今、双安定性を有する結晶セルの第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での閾値電圧を−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
の閾値電圧を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に示される
如く位相（時間）t₁では2V₀を、位相（時間）t₂
では−2V₀又、位相t₃ではV₀、位相t₄では０とな
るような電圧波形である。

又、それ以外の走査電極は、第５図ｂに示す如
くアース状態となつており電気信号０である。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に示される如く位相t₁において−V₀で、
位相t₂においてV₀であり、位相t₃において０、位
相t₄においてV₀である。又、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
如く位相t₁において−V₀で、位相t₂においても−
V₀、位相t₃において０、t₄においてV₀である。以
上に於て、電圧値のV₀はV₀＜Vth₂＜3V₀と−V₀
＞−Vth₁＞−3V₀を満足する所望の値に設定され
る。このよう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
図に於て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、又ｃとｄはそれぞれ選択されてい
ない走査電極上の画素に印加される電圧波形であ
る。第６図から明らかな如く、選択された走査電
極にあるすべての画素は、最初の第１の位相t₁で
閾値電圧−Vth₁を越える電圧−3V₀が印加される
ために、まず一担白に揃えられる。従つて、この
位相t₁はライン消去位相に相当している。このう
ち、「黒」と表示すべき画素では第２の位相t₂で、
閾値電圧Vth₂を越える電圧3V₀が印加されるため
に他方の光学的安定状態（「黒」）に転移する。
又、同一走査電極上に存在し、「白」と表示すべ
き画素では第２の位相t₂に於ける印加電圧は閾値
電圧Vth₂を越えない電圧V₀であるために、一方
の光学的安定状態に留まつたままである。

一方、選択されない走査電極上では、すべての
画素に印加される電圧は±V₀又は０であつて、
いずれも閾値電圧を越えない。従つて、液晶分子
は、配向状態を変えることなく前回走査されたと
きの信号状態に対応した配向をそのまま保持して
いる。即ち、走査電極が選択されたときに、まず
第１の位相t₁において、一担一方の光学的安定状
態「白」に揃えられ、次に第２の位相t₂におい
て、選択された画素が他方の光学的安定状態
（黒）に転移されて、一ライン分の信号の書込み
が行なわれ、一フレームが終了して次回選択され
るまでの間は、その信号状態を保持し得るわけで
ある。

〔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、第３位相t₃で第
１位相t₁での消去状態後の第２位相t₂での書込み
状態、特に消去状態を保持させる状態の安定化を
向上させることができた。

又、好ましくは、走査非選択信号画素印加され
ている走査電極ライン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、強誘電性液晶の閾値特性を表わす説
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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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、一方極性パルス、他方極性パルス及
   び一方極性パルスを有する走査選択信号を、順
   次印加し、 該走査選択信号の第１位相と同期させて、信
   号電極群に、走査選択された走査電極上の画素
   に同時に前記第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、該走査電
   極上の画素が消去状態となる様に、電圧信号を
   印加し、 該走査選択信号の第２位相と同期させて、信
   号電極群に、該走査電極上の画素に選択的に前
   記第２の安定状態を生じさせる他方極性の電圧
   と、前記消去状態を保持する電圧とを印加する
   ことによつて、書込み状態が生じる様に、選択
   的に一方極性パルス又は他方極性パルスを印加
   し、 該走査選択信号の第３位相と同期させて、信
   号電極群に、該走査電極上の画素に同時に、前
   記第２位相での該画素への印加電圧の極性に対
   して逆極性であつて、前記書込み状態を保持す
   る電圧が印加される様に、電圧信号を印加する
   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。