JPH0481774B2 - - Google Patents

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JPH0481774B2
JPH0481774B2 JP28199086A JP28199086A JPH0481774B2 JP H0481774 B2 JPH0481774 B2 JP H0481774B2 JP 28199086 A JP28199086 A JP 28199086A JP 28199086 A JP28199086 A JP 28199086A JP H0481774 B2 JPH0481774 B2 JP H0481774B2
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liquid crystal
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ferroelectric liquid
pixel
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Hideyuki Kawagishi
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は画像表示装置に関するもので、特に、
強誘電性液晶を用いた液晶表示素子の階調表示方
法に関するものである。
[開示の概要] 本明細書及び図面は、強誘電性液晶を用いた液
晶表示素子の階調表示方法において、液晶セルに
交番電圧を一定時間印加し、液晶分子の配向状態
を変化させ、電圧による階調表示可能領域の幅を
大きくすることにより、マトリクス駆動による階
調表示を可能とする技術を開示するものである。
[従来の技術] 従来、強誘電性液晶素子の階調表示方法の代表
的なものとしては、 (1) デイザ法等の階似階調法 (2) フリツカが感じられない程度の周波数で、階
調レベルに応じて各画素をスイツチする時間変
調法 (3) 電界によつてある一つの画素の中にオンの部
分とオフの部分を混在させる方法 等の3つの方法が提案されている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、(1)の方法では数画素をまとめて
1画素とし、これを階調表示するので、表示が粗
くなつてしまうという欠点があり、(2)の方法では
1画面を構成する時間が遅くなるという欠点があ
る。また(3)の方法では、階調表示可能領域を規定
する印加電圧Vの2つの閾値V1、V2(V1<V2
の幅γ(=V2−V1)が小さく、階調制御が困難で
あるうえ、大面積化した場合、V1及びV2の画素
毎のばらつきによつてマトリクス駆動がほとんど
不可能になるという欠点があつた。
本発明は特に(3)の方法において、γの値を大き
くすることによつて上記従来の欠点を除去し、強
誘電性液晶のマトリクス駆動による階調制御を可
能とする階調表示方法を提供することを目的とす
るものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、電極が形成された一対の基板間に、
電界に対して双安定性を有する強誘電性液晶を配
置したセル構造の強誘電性液晶素子の階調表示方
法において、 波高値Vio(>0)、幅ΔTのパルス電界印加前の
透過光量をI0とし、該パルス電界印加後の透過光
量をIとした時、前記強誘電性液晶がVio<V1
はI=I0、V1≦Vio≦V2ではIがVioの増加ととも
に増加し、V2≦VioではIが一定となるような2
つの閾値V1とV2とを有し、前記一対の電極間に
振幅VTの交番電圧を一定時間印加することによ
つて、V2−V1の値をV2/V1≦3の範囲で交番電
圧印加前の値より大きくし、この状態で表示動作
を行なう様にした強誘電性液晶素子の階調表示方
法に特徴がある。
[作用] 電界に対して双安定性を有する強誘電性液晶を
挟持したセルに交番電圧VTを一定時間印加する
と、液晶分子の配向状態が変化し、一画素内にお
いて色調が白から黒までの多値をとる微小部分が
混在するようになる。すなわち、交番電界を与え
ることにより、階調表示の際の色調の段数が増加
することになるため、階調表示領域を規定する印
加電圧Vioの2つの閾値V1とV2の幅が広がること
になる。したがつて、一画素内において印加電圧
Vioに対する透過光量の安定値Iの領域も広がる
ことになり、印加電圧Vioにより、それぞれの色
調の微小部分の割合を変化させることによつて、
段階的な階調表示を行なうことができる。また、
V1及びV2の値が画素により多少バラついていて
も、V1とV2の幅が大きいため、その中間付近に
選択走査電圧を設定することにより、マトリクス
駆動を可能とすることができる。
[実施例] 第2図は本発明に用いられる液晶セルの模式図
である。第2図の液晶セル10において、第1の
基板11及び第2の基板12の各基板上には各々
ストライプ状の第1の電極1、第2の電極2が形
成され、更にその上にSiO2より成る絶縁膜3、
PVA(ポリビニルアルコール)より成る配向膜4
が形成されている。配向膜4にはラビング処理が
施され、前記電極がマトリクス構造となるように
対向配置された基板間には強誘電性液晶5が封入
されている。第1の電極1及び第2の電極2は、
外部に設けられた電源6と接続されていて、この
電源6から交番電圧VTを印加することにより、
液晶の配向状態が制御される。このセルは、オン
の部分とオフの部分から成る2値状態を一画素内
に混在させた従来の階調表示セルとは質的に異な
り、色調が白から黒までの多値をとる微小部分を
一画素内に混在させ、電界強度によつてそれぞれ
の色調の微小部分の割合を変化させることを特徴
とするものである。
第3図aは、従来のオンの部分とオフの部分か
らなる2値状態を1画素内に混在させた階調表示
セルの画素の模式図であり、第3図bは本発明の
実施例で用いられるセルの画素の模式図である。
第3図bに示すような多値色調の微小部分は、セ
ルに交番電圧を一定時間印加することによつて初
めて実現されるもので、それぞれの微小部分の一
色調に対する安定性は、周囲の微小部分との混在
によつて維持されていると考えられる。
上記セルに電源6より15V(Vp-pの交番電圧VT
を印加して液晶分子の配向状態を変化させた。な
お、ここでは交番電圧を各電極を通じて印加した
が、セル全体を更に広い電極間に挟み、これらの
電極から交番電圧を印加してもよい。
第1図は、交番電圧を印加する前と印加した後
における印加電圧Vio(パルス幅1msec)と透過
光量の安定値Iの関係を示す図である。第1図に
おいて、aは交番電圧印加前の特性を表わし、b
は印加後の特性を表わしている。印加電圧Vio
透過光量の安定値Iとの関係は、交番電圧を印加
することによりaからbへ変化した。この時、交
流電界印加前後の階調表示可能領域γ=V2−V1
は 印加前a γ=2.6V 印加後b γ=8.0V となつた。液晶の各閾値電圧V1、V2は画素によ
つて幾分ばらつくが一般的なので、電圧によつて
階調表示を行なうにはγの値は大きい方が望まし
い。すなわち、上述のように交番電圧VTを印加
することにより、電圧階調表示が容易となる、な
お、透過光量の安定値Iを段階的に制御できるの
はV1≦Vio≦V2の範囲であるが、後述するように
マトリクス駆動時にはV1とV2の中間付近に選択
走査電圧を設定し、表示電圧の絶対値をV1より
小さい範囲で階調信号に応じて与えるので、上記
制御範囲を最大限に利用するにはV2/V1≦3と
する必要がある。
第4図はVio=10Vの時の具体的な光学応答を
示す波形図である。この光学応答は、セルをクロ
スニコル関係に配置した偏光子の間に挟んで最暗
となるように調整し、パルス状の印加電圧Vio
対して、その透過光量I0をフオトマルチプライヤ
ーで検知してオシロスコープ上に記録したもの
で、横軸は時間tを示し、縦軸は透過光量I0及印
加電圧Vio示している。第4図に示すように、パ
ルス状の印加電圧Vioに対し、一般的にはパルス
が印加されている時には、透過光量I0は時間とと
もに単調に増加し、パルスが切れる直前に、最大
値に達する。また、パルスが切れたあとは、透過
光量I0はある緩和部をもつて時間とともにしだい
に減少するが、十分な時間を経過した後は、時か
とともに変化しない安定値Iをむかえる。この透
過光量の安定値Iは、第1図に示すように、Vio
≦V1(5V)では電圧印加前の値に等しい。した
がつて、電圧によつてちらつきは生じても反転は
しない。また、V1(5V)≦Vio≦V2(13V)では、
透過光量の安定値Iは印加電圧Vioに対して単調
に増加する。すなわち、この領域を使えば、強誘
電性液晶の階調表示を行なうことができる。ま
た、Vio≧V2(13V)では、透過光量の安定値Iは
一定であるため、オーバーシユートの少ない光学
応答を示す。
次に具体的な階調表示方法について述べる。第
5図は前述の液晶セルにおけるマトリクス電極構
造を模式的に示したもので、図中Y1〜Yoは走査
電極を示し、X1〜Xnは表示電極を示す。また、
第6図はk番目の走査電極Yk及びl番目の表示
電極Xlと、選択画素VY−VX及び非選択画素に印
加される電圧のタイムチヤートである。ここで、
表示画面上の画素は負電圧で黒が書込まれるもの
とし、正電圧で白が書込まれるものとする。ま
た、各画素のモードは走査開始前にすべて白状態
に統一されているものとする。
第6図において、走査電極YkのEは消去用の
パルスで、−VEはその消去用パルス電圧を示す。
またWYはYkの書込み用のパルスで、VWYはその
書込み用パルス電圧を示す。走査電極Ykに印加
される電圧VYは0≦t≦Δtの領域で|VE|≧V2
をみたす一定値−VEであり、Δt≦t≦2Δtの領域
ではVWY=2V1なる一定値であり、2Δt≦t≦3Δt
の領域で0である。
一方、表示電極XlのWXは、Xlの書込み用のパ
ルスで、VWXはその書込み用パルス電圧を示す。
また、Cはクロストーク防止用のパルスで、非選
択点に同じ方向の電圧が長時間継続して印加され
ることを防止するためのものである。
表示電極Xlに印加される電圧VXは0≦t≦Δt
の領域で0であり、Δt≦t≦2Δtの領域で−V1
VWX≦V1を満たし、且つ画素の明るさに応じて
変化する変位電圧VWXであり、2Δt≦t≦3Δtの
領域では−VWXである。
以上のように、走査電極の電圧VYと表示電極
の電圧VXを印加することにより、第6図cに示
すように、選択画素VY−VXでは、まず0≦t≦
Δtの領域で|VE|≧V2である−VEの電圧がかか
り、画素は黒に反転する。続いてΔt≦t≦2Δtの
領域ではV1≦VWY−VWX≦3V1を満たし、且つ画
素の明るさに応じて変化する電圧がかかり、画素
は第1図に示したVio−I特性にしたがつて階調
性のとれた光透過状態、すなわち階調白状態に遷
移する。また、続く2Δt≦t≦3Δtの領域では、−
V1≦Vio≦V1なる電圧が画素にかかるが、第1図
に示したように|Vio|≦V1では透過光量の安定
値Iは変化しない。なお、選択点にかかる階調用
の書込み電圧(VWY−VWX)は、Δt≦t≦2Δtの
領域で反対の電圧がかかり、この正電圧がつづい
て選択画素に印加されることによつて、階調が制
御できなくなることを防ぐ役割も果たしている。
一方、第6図dに示すように、非選択画素で
は、0≦t≦Δtの領域では、電圧は印加されず、
画素は反転しない。またΔt≦t≦2Δtの領域では
VWXの電圧がかかるが、−V1≦VWX≦V1なので透
過光量の安定値Iは変化しない。続く2Δt≦t≦
3Δtの領域でも−VWXの電圧がかかるが、−V1
−VWX≦V1なので、やはり透過光量の安定値I
は変化しない。
このように、第6図a,bに示した電圧を走査
電極Ykと表示電極Xlに印加することにより、選
択画素では階調信号に応じた光透過状態になり、
非選択画素では状態は変化しない。
第7図は走査電極と表示電極を更に時分割で連
続走査する場合の印加電圧のタイムチヤートを示
すものである。第7図aの走査電極側では、第6
図aに示した波形の印加電圧が各走査電極Y1
Y2,…,Yoの順に3Δtの位相差をもつて印加さ
れる。また、第7図bの表示電極側では、第6図
bに示した波形の印加電圧が、VWXを変数として
各表示電極X1,X2,…,Xnに3Δtの周期で画素
の明るさに応じて印加される。
第7図に示したタイムチヤートを元にして具体
的な電圧値を設定し、マトリクス駆動により画像
表示を行つたところ、従来のアナログ的な方法で
は不可能とされていた強誘電性液晶の階調表示が
可能であることが確認された。特に本実施例にお
いては、VWY=2V1とすることによつて、白から
黒までの階調を効率的に得ることができた。
[発明の効果] 本発明によれば、液晶セルに交番電圧を印加す
ることにより、色調が白から黒までの多値をとる
微小部分を一画素内に混在させることができると
共に、階調表示可能領域γを大きくすることがで
き、強誘電性液晶のマトリクス駆動による階調表
示を実現することができる。この場合、印加電圧
の閾値V1、V2に多少のばらつきがあつてもその
影響を受けることがないので、大面積化した場合
でもマトリクス駆動が十分に可能となる。したが
つて、強誘電性液晶素子を構成する場合、デイザ
法等のデジタル階調をする必要がなくなり、表示
画像が粗くなることがないうえ、走査電極と表示
電極の数を飛躍的に少なくすることができる。ま
た、時間変調法のように1画面を構成する時間が
遅くなることもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は印加電圧Vioと透過光量の安定値Iの
関係を示す図、第2図は液晶セルの模式図、第3
図は画素の模式図、第4図は光学応答を示す波形
図、第5図はマトリクス電極構造の模式図、第6
図及び第7図は印加電圧のタイムチヤートであ
る。 1:第1の電極、2:第2の電極、3:絶縁
膜、4:配向膜、5:強誘電性液晶、6:電源、
10:液晶セル、11:第1の基板、12:第2
の基板、Y1,Y2,…,Yo:走査電極、X1,X2
…,Xn:表示電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電極が形成された一対の基板間に、電界に対
    して双安定性を有する強誘電性液晶を配置したセ
    ル構造の強誘電性液晶素子の階調表示方法におい
    て、 波高値Vio(>0)、幅ΔTのパルス電界印加前の
    透過光量をI0とし、該パルス電界印加後の透過量
    をIとした時、前記強誘電性液晶がVio<V1では
    I=I0、V1≦Vio≦V2ではIがVioの増加とともに
    増加し、V2≦VioではIが一定となるような2つ
    の閾値V1とV2とを有し、前記一対の電極間に振
    幅VTの交番電圧を一定時間印加することによつ
    て、V2−V1の値をV2/V1≦3の範囲で交番電圧
    印加前の値より大きくし、この状態で表示動作を
    行なう様にしたことを特徴とする強誘電性液晶素
    子の階調表示方法。 2 上記電極がマトリクス状に形成され、k番目
    の走査電極Ykの電圧VYは、0≦t≦Δtの領域で
    は|VE|≧V2を満たす一定値−VEであり、Δt≦
    t≦2Δtの領域ではVWY=2V1なる一定値であり、
    2Δt≦t≦3Δtの領域では0であると共に、l番
    目の表示電極Xlの電圧VXは、0≦t≦Δtの領域
    では0であり、Δt≦t≦2Δtの領域では−V1
    VWX≦V1を満たし、画素の明るさに応じて変化
    する変数VWXであり、2Δt≦t≦3Δtの領域では
    −VWXであることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の強誘電性液晶素子の階調表示方法。 3 一画素内に色調が白から黒までの多値をとる
    微小部分を混在させ、電界強度によつてそれぞれ
    の色調の微小部分の割合を変化させることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の
    強誘電性液晶素子の階調表示方法。
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