JPH0579968B2

JPH0579968B2 -

Info

Publication number: JPH0579968B2
Application number: JP8327787A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Onitsuka; Juji Inoe; Osamu Taniguchi; Atsushi Mizutome; Tadashi Mihara
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1987-04-03
Filing date: 1987-04-03
Publication date: 1993-11-05
Also published as: JPS63249131A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の分野〕本発明は、強誘電性液晶を用いた表示パネルや
シヤツタ・アレイ・プリンターなどの液晶装置に
関する。

〔従来技術〕

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 Physics Letters”）1971年，18（４）
号127頁〜128頁に掲載のM.シヤツト（M.
Schadt）及びW.ヘルフリヒ（W.Helfrich）共著
に“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^*）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印字する性質、即ち、双安定
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。

前述した強誘電性液晶素子は、その閾値特性が
温度に大きく依存するため、かかる素子のマルチ
プレクシング駆動時には、例えばヨーロツパ公開
149899号公報に開示されている様に、低温時の駆
動電圧より高温時の駆動電圧を小さい電圧に設定
するか、又は低温時の駆動周波数より高温時の駆
動周波数高周波とする（高フレーム周波数とす
る）ことが提案されている。

しかしながら、温度変化に応じて駆動電圧を可
変する温度補償法では、低温側で非常に大きな駆
動電圧を必要とし、駆動回路のコストが高くなる
問題点があつた。又、温度変化に応じて駆動周波
数を可変する温度補償法では、低温側でフレーム
周波数が小さくなるため、書込み速度が遅くなる
上、ちらつきが目立つ様になる問題点があつた。

〔発明の概要〕

本発明の目的は、前述の問題点を解消した液晶
装置を提供することにある。特に、本発明の目的
は、フレーム周波数または駆動電圧の可変量を大
きくすることなし、動作温度範囲全域に亘つた温
度補償を可能にした液晶装置を提供することにな
る。

すなわち、本発明は、走査電極、信号電極及び
該走査電極と信号電極との間に配置した強誘電性
液晶を有する液晶素子、前記走査電極に走査選択
信号及び走査非選択信号を印加する手段、前記信
号電極に、走査選択信号印加期間内において、前
記走査非選択信号の電圧を基準にして、一方及び
他方極性を持つ電圧波形と該一方極性側の第１の
直流成分とを有する第１の情報信号と、該電圧波
形に対して逆位相の電圧波形と前記第１の直流成
分と同一の直流成分である第２の直流成分とを有
する第２の情報信号とを情報に応じて選択的に印
加する手段、並びに前記第１及び第２の直流成分
を温度変化に応じて可変する手段を有する液晶装
置に特徴がある。

〔発明の態様の詳細な説明〕

以下、本発明を図面に従つて説明する。

第１０図は強誘電性液晶を封入したセルのマト
リクス電極を示す模式図である。

第１０図で示すセル構造体１０は、ガラス板か
らなる一対の基板１ａと１ｂがスペーサ４で所定
の間隔に保持され、この一対の基板をシーリング
するために周囲を接着剤６で接着したセル構造を
有しており、基板１ａの上には複数の透明電極２
ａからなる電極群（例えばマトリクス電極構造の
うちの走査電圧印加用電極群）が帯状パターンで
形成され、基板１ｂの上には前述の透明電極２ａ
と交差させた複数の透明電極２ｂからなる電極群
（例えば、マトリクス電極構造のうちの情報電圧
印加用電極群）が形成されている。透明電極を設
けた基板上にはSiO₂の無機絶縁膜及びポリビニ
ルアルコール（PVA）の有機配向膜が形成され、
その表面にはラビング処理が施されている。ま
た、使用した液晶は以下に示すような相系列をも
つエステル系混合液晶であつて、スメクチツク相
を有するものである。

Iso ←−−−− 80.5℃Ch ←−−−− 69.1℃SmA ←−−−− 54.4℃SmC^* ←−−−− −21℃Crystal（CS1014）（Ch；コレステリツク相、SmA；スメクチツ
クＡ相、SmC^*；カイラルスメクチツクＣ相、
Iso；等方相、Crystal；結晶相）第１図は、本発明の液晶装置を表わすブロツク
図で、第２図および第３図は本発明の駆動波型例
である。

第１図中の１１はFLC（強誘電性液晶）パネ
ル、１２は走査側駆動回路、１３は信号側駆動回
路、１４は電源コントローラで、走査選択信号の
一方極性電圧V_S1と他方極性電圧V_S2並びにDC（直
流電圧）成分が制御された情報信号電圧V_IとV⁰ _I
（V_I＋DC成分）を出力する。１５は温度センサ、
１６はマイクロ・プロセツサ・ユニツトである。

第１図に示す装置では、走査選択信号を逐次繰
返し走査するリフレツシユ駆動を適用した時、１
フレーム又は１フイールド毎に、マイクロ・プロ
セツサ・ユニツト１ｂが温度センサ１５からの温
度情報により、駆動電圧（V_S1，V_S2，V_IとV⁰ _I）
とフレーム周波数を選定し、画像情報ととも
に、走査側駆動回路１２と信号側駆動回路１３に
命令を送ることができ、同時にマイクロ・プロセ
ツサ・ユニツト１６は信号側駆動回路１３が出力
する情報信号V⁰ _IのうちのDCオフセツト量を温度
センサ１５からの温度情報により制御することが
できる。

第２図は、DC成分が零の情報信号を用いた時
の駆動波形例で、第３図Ａは制御されたDC成分
が重畳された情報信号を用いた時の駆動波形例で
ある。

第２図及び第３図Ａ中のS_Sは選択された走査線
に印加する選択走査波形を、S_Nは選択されてい
ない非選択走査波形を、I_S又はI⁰ _Sは選択されたデ
ータ線に印加する選択情報波形（黒）を、I_N又は
I⁰ _Nは選択されていないデータ線に印加する非選択
情報信号（白）を表わしている。又、図中（I_S−
S_S）又は（I⁰ _S−S_S）と（I_N−S_S）又は（I⁰ _N−S_S）
は選択された走査線上の画素に印加する電圧波形
で、電圧（I_S−S_S）が印加された画素は黒の表示
状態をとり、電圧（I_N−S_S）又は（I⁰ _N−S_S）が印
加された画素は白の表示状態をとる。

第２図と第３図Ａに示す駆動例では、選択され
た走査線上の画素に印加される単一極性電圧の最
小印加時間Δtが書込み位相t₂の時間に相当し、１
ラインクリヤt₁位相の時間が2Δtに設定されてい
る。この際、本発明では、１ラインクリア位相t₁
の好ましい時間を2Δt〜10Δtに設定することが可
能であるが、特に図示する如く１ラインクリア位
相t₁の時間を2Δtに設定するのが適している。又、
第２図と第３図Ａに示す駆動例では１ラインクリ
ア位相t₁で画素（I_N−S_S）に印加される電圧V_Rの
最大振巾V¹ _R（＝｜−V_S｜）との最小印加時間Δtを
基準にした飽和閾値Vsatとの間でV¹ _R＜｜Vsat｜
の関係を有しており、好ましくは最小印加時間
Δtを基準にした反転閾値Vthとの間でV¹ _R≦｜Vth
｜、特に１／３｜Vsat｜≦V¹ _R≦｜Vth｜の関係を有している。さらに、第２図と第３図Ａに示す駆動
例では、電圧V² _Bの最大振巾｜V_S2＋V₁｜とV_S1の
最大振巾が絶対値で最小印加時間Δtを基準にし
た飽和閾値Vsat以上に設定され、又電圧V¹ _Bの最
大振巾｜V₁｜が絶対値で最小印加時間Δtを基準
にした反転閾値Vthを越えない値に設定される。

第２図と第３図Ａに示す駆動例では選択された
走査線に印加する走査選択信号は、V_S1と−V_S2
の電圧に設定した交流電圧（正極性と負極性は、
選択されない走査線の電位を基準にした）で、｜
V_S1｜＝３／２｜−V_S2｜に設定されているが本発明では｜V_S1｜≧｜−V_S2｜とすることができる。
従つて、本発明では、１ラインクリア位相t₁で画
素（I_N−S_S）又は（I⁰ _N−S_S）に印加される電圧V_R
の最大振巾V¹ _Rは、書込み位相t₂で印加される電圧
V¹ _Bの最大振巾｜V₁｜の２倍以上又は３倍以上、
好ましくは２倍又は３倍に設定され、又１ライン
クリア位相t₁で画素（I_S−S_S）又は（I⁰ _S−S_S）に
印加される電圧V_Rの最大振巾V² _Rは、書込み位相
t₂で印加される電圧V² _Bの最大振巾｜V_S2＋V₂｜と
等しいか又はそれ以上の振巾に設定することがで
きる。又、本発明では、電圧V² _Bの最大振巾を電
圧V¹ _Bの最大振巾の２倍以上、又は３倍以上、好
ましくは２倍又は３倍に設定することができる。

第３図は、第２図の情報信号I_SとI_NにDC成分
V_DC（走査非選択信号の電圧を基準としたDC成分
V_DC）を付与した情報I⁰ _SとI⁰ _Nを表わしている。第
３図Ａに示す情報信号I⁰ _SとI⁰ _Nは、夫々V_DCが付与
された非対称の交番波形となつていて、１ライン
クリヤ位相t₁の時の走査選択信号の電圧極性に対
して同一極性のDC成分V_DCを生じさせる電圧±
V⁰ _Iをもつている。この電圧±V⁰ _Iは、書込み位相
期間t₂で決定づけられる強誘電性液晶の閾値電圧
より小さい値に設定される。又、上述したDC成
分V_DC極性は、上述した極性に限られるものでは
なく、駆動波形に応じてその逆の極性の場合であ
つてもよい。

又、第３図Ｂは、本発明の別の具体例を表わし
ている。この具体例では走査線上の駆動画素に１
ラインクリヤ位相t₁時の電圧極性のDC成分V_DCが
印加される。

第４図Ａは、前述した第２図に示す駆動波形
（但し、V_S1＝15.0V、−V_S2＝−15.0V、±V_I＝±
7.5V、S_N＝0V、Δt＝28μsecとした）を前述した
第１０図に示した強誘電性液晶素子に適用した時
の電気光学特性（Ｖ／Ｔ特性）を表わしている
（Ｖ；印加電圧、Ｔ；透過率）。第４図は、画素
（I_S−S_S）における１ラインクリヤ位相t₁の印加電
圧による白書込みと、同じ画素（I_S−S_S）におけ
る書込み位相t₂の印加電圧による黒書込み時の透
過率（単位；任意）がプロツトされている。この
際の測定温度は27℃であつた。

かかる第４図Ａによれば、前述の白書込み動作
は、画素における印加電圧が±30Vの電圧範囲内
で可能となつているが、黒書込み動作は、上述の
印加電圧範囲では行えないことが判る。

これに対し、第４図Ｂは、測定温度を37℃とし
たほかは全く同様の条件下で、第２図に示す駆動
波形を用い時の電気光学特性を表わしている。第
４図Ｂによれば、高温側では、画素における印加
電圧を±30Vの電圧範囲内とした時には白書込み
動作と黒書込み動作を行えることが判る。

一方、第５図Ａは、測定温度27℃の条件下で、
前述した第３図Ａに示す駆動波形（但し、V_S1＝
15.0V、−V_S2＝−15V、−V⁰ _I＝−6.5V、V⁰ _I＝8.5V、
S_N＝0V、Δt＝28μsecとした）を用いた時の電気
光学特性を表わしている。第５図Ａは、第４図Ａ
に示す電気光学特性に対して相違した電気光学特
性を表わしており、かかる電気光学特性によれば
−DC成分V_DC（＋1.0V）を重畳し、非対称の交番
情報信号とすることによつて、測定温度27℃、即
ち低温側で、画素における印加電圧を±30Vの電
圧範囲内であつても、白書込み動作と黒書込み動
作を行うことができる。

又、第５図Ｂは、測定温度を37℃としたほか
は、全く同様の条件下で、第３図に示す駆動波形
を用いた時の電気光学特性を表わしている。第５
図Ｂは、第４図Ｂに示した電気光学特性に対して
相違した電気光学特性であつて、かかる電気光学
特性によれば、前述の非対称の交番情報信号を用
いた場合、高温側では駆動電圧のマージンが減少
することが判る。

従つて、本発明の好ましい具体例では、強誘電
性液晶パネルの動作温度範囲内における低温側で
は、DC成分V_DCのDCオフセツト量を小さく設定
し、高温側でこのDC成分V_DCオフセツト量を大
きく設定するのが適している。又、DC成分V_DC
のDCオフセツト量を可変する方法としては、例
えば温度上昇（下降）に応じてDCオフセツト量
を段階的に切換え方法を用いることができる。

第６図Ａ〜Ｃは、本発明で用いた別の好ましい
駆動波形例である。第６図中、電圧V_cは書込み
に先立つて全又は所定数の画素を一斉にクリヤす
るための電圧であつて、例えば走査電極に一斉に
印加される。S_Sは電圧2V₀と−2V₀の交番電圧を
もつ走査選択信号で、S_Nは基準電圧０に設定し
た走査非選択信号である。I_Sはクリヤされた画素
を反転させるための情報信号で、又はI_Nはクラヤ
された画素を保持するための情報信号で、これら
の情報信号は、走査電極に順次印加される走査選
択信号と同期させて選択的に信号電極に印加され
る。図中、S⁰ _S，I⁰ _SとI⁰ _Nは、上述のS_S，I_SとI_Nにそ
れぞれDC成分V_DCを付与した信号で、非対称の
交番電圧を形成している。このDC成分V_DCは電
圧V_C（3V₀）に対して逆極性のDC成分−V_DCとす
ることができ、このDC成分−V_DCを情報信号電
圧又は走査選択信号電圧に重畳させることも可能
である。この際、本発明では強誘電性液晶パネル
の動作温度範囲内でDC成分V_DCを０から所定オ
フセツト量の間を可変することができる。又、上
述したDC成分−V_DCの極性は、上述した極性に
限られるものではなく、その逆の極性であつても
よい。

又、DC成分V_DCのオフセツト量は、液晶セル
や駆動波形によつて異なるが±0.01V〜±2.0V、
好ましくは±0.05V〜±1.0Vの範囲が適してい
る。

尚、本明細書における極性は、走査非選択信号
の電圧を基準として正の極性と負の極性を表わし
たものである。

本発明の好ましい具体例では、前述した駆動波
形で走査線毎に順次書込むステツプ（このステツ
プの期間を１フレーム又は１フイールドとする）
を周期的に逐次繰返すことによつて、静止画又は
動画を表示することができる。

第７図は、飽和閾値Vsat及び反転閾値Vthの電
圧印加時間依存性を示す特性図である。第７図中
の７１は反転閾値Vthの特性曲線で、７２は飽和
閾値Vsatの特性曲線を明らかにしている。

尚、本明細書に記載の「反転閾値Vth」は、一
方の光学状態下にある画素に他方の光学状態を生
じる電圧を印加した時、画素の光学率（透過率又
は遮光率）が印加電圧の上昇に応じて急激な変化
を開始した時の電圧であつて、第８図中に電圧
Vthによつて表わされる。又、「飽和閾値Vsat」
は、前述の印加電圧の上昇に応じた光学率の変化
が飽和した時の電圧であつて、第８図中の電圧
Vsatによつて表わされる。第９図は、印加電圧
の上昇に応じた画素内の強誘電性液晶の配向状態
を模式的に示したもので、第９図ａは第８図中の
電圧ａ、第９図ｂは第８図中の電圧ｂ、第９図ｃ
は第８図中の電圧ｃ、第９図ｄは第８図中の電圧
ｄ、第９図ｅは第８図中の飽和閾値電圧Vsatに
それぞれ対応している。第９図ａ〜ｅによれば、
印加電圧の上昇に応じて白のドメイン９２に部分
的に生じている黒のドメイン９１の面積が増大す
ることが明らかにされている。

本発明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
チツク液晶が最も好ましく、そのうちカイラルス
メクチツク相（SmC^*）又は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・レター”
（“Le Journal de Physic 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」（「Ferroelectric Liquid
Crystals」）；“アプライド・フイジツクス・レダ
ーズ”（“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・スイチン
グ・イン・リキツド・クリスタル」（「Submicro
Second Bistable Electrooptic Switching in
Liquid Crystal」）；“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、
カイラルスメクチツクＦ相，Ｉ相，Ｊ相，Ｇ相や
Ｋ相で表われる強誘電性液晶を用いることも可能
である。

第１１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。１１１ａと１１１ｂは、In₂
O₃，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１１２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１１３が液晶分子
を表わしており、この液晶分子１１３は、その分
子に直交した方向に双極子モーメント（Ｐ⊥）１
１４を有している。基板１１１ａと１１１ｂ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１１３のらせん構造がほどけ、双極子モー
メント（Ｐ⊥）１１４はすべて電界方向に向くよ
う、液晶分子１１３の配向方向を変えることがで
きる。液晶分子１１３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
液晶セルの厚さを十分に薄くした場合（例えば
1μ）には、第１２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１
２４ａ又は下向き１２４ｂのどちらかの状態をと
る。このようなセルに、第１２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Ea又
はEbの電界ベクトルに対して上向き１２４ａ又
は下向き１２４ｂと向きを変え、それに応じて液
晶分子は第１の安定状態１２３ａかあるいは第２
の安定状態１２３ｂ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１
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１２３ａ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１２３ｂ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。

〔発明の効果〕

強誘電性液晶素子を駆動する際、フレーム周波数
と駆動電圧を大きく可変する事なく、しかも低電
圧で、強誘電性液晶素子の駆動に対して動作温度
範囲全域に亘つて温度補償を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液晶装置を表わすブロツク図
である。第２図及び第３図は本発明で用いた駆動
波形の波形図で、第４図及び第５図はその駆動波
形を用いた時の電気光学特性を示す特性図であ
る。第６図は本発明で用いた別の駆動波形の波形
図である。第７図は強誘電性液晶画素の反転閾値
と飽和閾値に対する印加電圧と印加時間依存性を
表わした特性図である。第８図は画素に電圧を印
加した時の透過光量特性を表わした特性図で、第
９図はその時のドメイン状態を模式的に表わした
説明図である。第１０図は本発明で用いた強誘電
性液晶素子の平面図である。第１１図及び第１２
図は本発明で用いた強誘電性液晶素子の斜視図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

１走査電極、信号電極及び該走査電極と信号電
極との間に配置した強誘電性液晶を有する液晶素
子、前記走査電極に走査選択信号及び走査非選択
信号を印加する手段、前記信号電極に、走査選択
信号印加期間内において、前記走査非選択信号の
電圧を基準にして、一方及び他方極性を持つ電圧
波形と該一方極性側の第１の直流成分とを有する
第１の情報信号と、該電圧波形に対して逆位相の
電圧波形と前記第１の直流成分と同一の直流成分
である第２の直流成分とを有する第２の情報信号
とを情報に応じて選択的に印加する手段、並びに
前記第１及び第２の直流成分を温度変化に応じて
可変する手段を有する液晶装置。