JPH06175101A - 強誘電性液晶表示素子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】基板間隔より小さい螺旋ピッチをもちかつ双安
定性を有する強誘電性液晶（ＳＢＦ液晶）を用いたアク
ティブマトリックス方式の強誘電性液晶表示素子に、明
確な階調表示を行なわせる。 【構成】選択期間ＴS ごとに、液晶を第１の安定状態に
配向させる第１リセット電圧ＶR と第２の安定状態に配
向させる第１リセット電圧−ＶR とを同回数ずつ交互に
同じ順序で印加し、その後書込み電圧ＶD を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は強誘電性液晶表示素子の
駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶を用いる強誘電性液晶表示
素子は、ネマティック液晶を用いるＴＮモードの液晶表
示素子と比較して、高速応答、広視野角が得られるなど
の点で注目されている。

【０００３】この強誘電性液晶表示素子の実用化に関す
る研究は、従来、ＳＳ−Ｆ液晶と呼ばれる、カイラルス
メクティック相の螺旋ピッチが表示素子の基板間隔（セ
ルギャップ）より大きくかつ双安定性を有する強誘電性
液晶を対象として行なわれていた。

【０００４】上記ＳＳ−Ｆ液晶を用いる強誘電性液晶表
示素子は、ＳＳ−Ｆ液晶をその螺旋構造を消失させた状
態で基板間に封入したもので、印加電圧に対する液晶の
自発分極により、一方の極性の電圧を印加したときの第
１の安定状態と他方の極性の電圧を印加したときの第２
の安定状態との２つの配向状態を得、この液晶の配向状
態と、素子の入射側と出射側とに配置した一対の偏光板
とにより光の透過率を制御して表示する。

【０００５】しかし、上記ＳＳ−Ｆ液晶を用いる強誘電
性液晶表示素子は、液晶の配向状態が２つの安定状態だ
けであり、電圧無印加状態でもいずれかの安定状態が保
持されるため、透過率を変化させて階調のある表示を行
なわせることは難しいとされている。

【０００６】そこで最近では、階調表示の可能な強誘電
性液晶表示素子の開発が研究されており、その一手段と
して、カイラルスメクティック相の螺旋ピッチが表示素
子の基板間隔より小さくかつ双安定性を有する強誘電性
液晶を用いることが提案されている。なお、この強誘電
性液晶は、上記ＳＳ−Ｆ液晶と区別して、ＳＢＦ液晶と
呼ばれている。

【０００７】このＳＢＦ液晶を用いる強誘電性液晶表示
素子は、前記ＳＢＦ液晶が螺旋構造をもった状態で基板
間に封入されており、印加電圧の極性と電圧値とに応じ
て、液晶が２つの安定状態にもまた両方の安定状態が混
在した状態にも配向するため、表示素子をＴＦＴまたは
ＭＩＭ等の非線形素子をアクティブ素子とするアクティ
ブマトリックス方式とし、非選択期間中も２つの安定状
態が混在した液晶の配向状態を維持する電圧を保持して
おくようにすれば、階調表示が可能であるといわれてい
る。

【０００８】この強誘電性液晶表示素子に階調表示を行
なわせる駆動方法としては、従来、選択期間ごとに、液
晶を第１の安定状態と第２の安定状態とのいずれかに配
向させる電圧を印加し、その後に書込み電圧を印加する
方法が考えられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の駆動方法では、書込み電圧の値と透過率とが対応せ
ず、したがって階調の制御がほとんど不可能で、実用レ
ベルでの階調表示を実現することはできなかった。

【００１０】本発明は、基板間隔より小さい螺旋ピッチ
をもちかつ双安定性を有する強誘電性液晶（ＳＢＦ液
晶）を用いたアクティブマトリックス方式の強誘電性液
晶表示素子に、明確な階調表示を行なわせることができ
る駆動方法を提供することを目的としたものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の駆動方法は、選
択期間ごとに、液晶を第１の安定状態に配向させる電圧
と第２の安定状態に配向させる電圧とを同回数ずつ交互
に同じ順序で印加し、その後書込み電圧を印加すること
を特徴とするものである。

【００１２】

【作用】この駆動方法では、選択期間ごとに、液晶を第
１の安定状態に配向させる電圧と第２の安定状態に配向
させる電圧とを同じ順序で印加しているため、書込み電
圧を印加する直前の液晶の配向状態はどの選択期間にお
いても同じであり、したがって書込み電圧の値と透過率
とが対応するから、書込み電圧により透過率を制御し
て、実用レベルでの明確な階調表示を実現することがで
きる。

【００１３】また、この駆動方法では、選択期間ごと
に、液晶を第１の安定状態に配向させる電圧と第２の安
定状態に配向させる電圧とを同回数ずつ交互に印加して
いるため、対向する電極間の電荷の片寄りがなく、した
がって表示の焼き付き現象や液晶の劣化を生じることも
ない。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００１５】まず、本発明の駆動方法によって表示駆動
される強誘電性液晶表示素子の構成を説明する。図３は
強誘電性液晶表示素子の断面図、図４は前記液晶表示素
子の画素電極とアクティブ素子を形成した基板の等価回
路的平面図である。

【００１６】この強誘電性液晶表示素子は、アクティブ
マトリックス方式のものであり、その一対の透明基板
（例えばガラス基板）１，２のうち、図３において下側
の基板（以下、下基板という）１には、透明な画素電極
３とこの画素電極３に接続されたアクティブ素子４とが
縦横に配列形成されている。

【００１７】なお、上記アクティブ素子４は、例えばＴ
ＦＴ（薄膜トランジスタ）であり、このＴＦＴ４は、そ
の構造は図示しないが、基板１上に形成されたゲート電
極と、このゲート電極を覆うゲート絶縁膜と、このゲー
ト絶縁膜の上に形成された半導体層と、この半導体層の
上に形成されたソース電極およびドレイン電極とからな
っている。

【００１８】また、上記下基板１には、図４に示すよう
に、各画素電極３の行間に対応させてゲートライン５が
配線されるとともに、各画素電極３の列間に対応させて
データライン６が配線されており、前記ＴＦＴ４のゲー
ト電極はゲートライン５につながり、ドレイン電極はデ
ータライン６につながっている。図４において、５ａは
ゲートライン５の端子部、６ａはデータライン６の端子
部である。

【００１９】なお、上記ゲートライン５は、その端子部
５ａを除いてＴＦＴ４のゲート絶縁膜（透明膜）で覆わ
れており、データライン６は前記ゲート絶縁膜の上に形
成されている。また、画素電極３は前記ゲート絶縁膜の
上に形成されており、その一端部においてＴＦＴ４のソ
ース電極に接続されている。

【００２０】一方、図３において上側の基板（以下、上
基板という）２には、上記下基板１の各画素電極３と対
向する透明な対向電極７が形成されている。この対向電
極７は、表示領域全体にわたる面積の１枚電極とされて
いる。

【００２１】また、上記下基板１と上基板２の電極形成
面の上にはそれぞれ配向膜８，９が設けられている。こ
れら配向膜８，９はいずれも、ポリイミド等の有機高分
子化合物からなる水平配向膜であり、その膜面にはラビ
ングによる配向処理が施されている。

【００２２】そして、上記下基板１と上基板２とは、そ
の外周縁部において枠状のシール材１０を介して接着さ
れており、この両基板１，２間のシール材１０で囲まれ
た領域には、カイラルスメクティック相の螺旋ピッチが
両基板１，２の間隔より小さく、かつ双安定性を有する
強誘電性液晶（以下、ＳＢＦ液晶という）１１が封入さ
れている。なお、図３において、１２は両基板１，２の
間隔を規制する透明なギャップ材であり、このギャップ
材１２は液晶封入領域内に点在状態で配置されている。

【００２３】上記ＳＢＦ液晶１１は、その螺旋ピッチが
基板間隔より小さいため、螺旋構造をもった状態で基板
１，２間に封入されており、画素電極３と対向電極７と
の間に印加される電圧の極性と電圧値とに応じて、２つ
の安定状態にもまた両方の安定状態が混在した状態にも
配向する。

【００２４】さらに、液晶表示素子の下面側と上面側に
は一対の偏光板１３，１４が配置されており、この偏光
板１３，１４の透過軸の方向は、上記ＳＢＦ液晶１１の
２つの安定状態に応じて設定されている。

【００２５】すなわち、図５は、ＳＢＦ液晶１１の２つ
の安定状態と、上記一対の偏光板１３，１４の透過軸の
方向とを示しており、（ａ）は図３において上側の偏光
板（以下、上偏光板という）１４の透過軸１４ａを示
し、（ｂ）はＳＢＦ液晶１１の２つの安定状態１１ａ，
１１ｂを示し、（ｃ）は図３において下側の偏光板（以
下、下偏光板という）１３の透過軸１３ａを示してい
る。

【００２６】この図５に示すように、上記ＳＢＦ液晶１
１は、一方の極性でかつ液晶１１のしきい値電圧以上の
電圧を印加したときに実線で示す第１の安定状態１１ａ
に配向し、他方の極性でかつ液晶１１のしきい値電圧以
上の電圧を印加したときに破線で示す第２の安定状態１
１ｂに配向する。なお、この第１の安定状態１１ａと第
２の安定状態１１ｂとのずれ角θは、ＳＢＦ液晶１１の
種類や配向膜８，９の表面エネルギー等によって異なる
が、このずれ角θは約４５°に選ぶのが望ましい。

【００２７】そして、上記一対の偏光板１３，１４のう
ち、一方の偏光板、例えば上偏光板１４の透過軸１４ａ
は、上記ＳＢＦ液晶１１の２つの安定状態１１ａ，１１
ｂのうちの一方、例えば第２の安定状態１１ｂとほぼ平
行になっており、他方の下偏光板１３の透過軸１３ａ
は、前記上偏光板１４の透過軸１４ａとほぼ直交してい
る。

【００２８】この図５のように偏光板１３，１４の透過
軸方向を設定した強誘電性液晶表示素子は、液晶１１を
第１の安定状態１１ａに配向させたときに透過率が最も
高く（表示が最も明るく）なり、液晶１１を第２の安定
状態１１ｂに配向させたときに透過率が最も低く（表示
が最も暗く）なる。

【００２９】すなわち、液晶１１が第１の安定状態１１
ａに配向した状態では、一方の偏光板を通った直線偏光
が液晶１１による偏光作用を受けて非直線偏光になり、
そのうちのある偏光成分の光が他方の偏光板を透過して
出射する。また、液晶１１が第２の安定状態１１ｂに配
向した状態では、一方の偏光板を通った直線偏光が液晶
１１による偏光作用をほとんど受けずに直線偏光のまま
液晶層を透過し、その光のほとんどが他方の偏光板で吸
収される。

【００３０】また、上記ＳＢＦ液晶１１は、上記２つの
安定状態１１ａ，１１ｂだけでなく、印加電圧の極性と
電圧値（絶対値）に応じて前記２つの安定状態１１ａ，
１１ｂが混在した状態にも配向する。

【００３１】図６は上記強誘電性液晶表示素子の一般的
な電圧−透過率特性（印加電圧に対する光透過率の変化
特性）を示しており、この強誘電性液晶表示素子の光透
過率は、印加電圧に応じて図のように変化する。

【００３２】そして、この強誘電性液晶表示素子は、ア
クティブマトリックス方式のものであるため、非選択期
間中も上記２つの安定状態１１ａ，１１ｂが混在した液
晶１１の配向状態を維持する電圧を保持しておくことが
できる。このため、ＳＢＦ液晶を用いる強誘電性液晶表
示素子は、透過率を変化させて階調のある表示を行なわ
せることが可能であるといわれている。

【００３３】しかし、発明者が上記強誘電性液晶表示素
子の駆動試験を行なったところ、従来考えられている駆
動方法では、階調の制御がほとんど不可能であった。な
お、従来の駆動方法は、［従来の技術］の項で述べたよ
うに、選択期間ごとに、液晶を第１の安定状態と第２の
安定状態とのいずれかに配向させる電圧を印加し、その
後に書込み電圧を印加する方法であるが、発明者が行な
った駆動試験では、液晶１１を第１または第２の安定状
態に配向させる電圧と、それより絶対値が小さい書込み
電圧とを交互に印加して、透過率の変化を調べた。

【００３４】図７は、上記駆動試験において液晶表示素
子のゲートライン５とデータライン６に印加したゲート
信号とデータ信号の波形図であり、データ信号は、液晶
１１を第１の安定状態に配向させる電圧値のリセットパ
ルスＰ1 と、任意の電圧値の書込みパルスＰ2 と、液晶
１１を第２の安定状態に配向させる電圧値のリセットパ
ルスＰ3 と、前記書込みパルスＰ2 とは異なる任意の電
圧値の書込みパルスＰ4 とが交互に繰返す波形の信号で
ある。なお、この駆動試験では、データ信号の基準電圧
（対向電極７に印加する電圧と同じ電圧）を０Ｖとし
た。

【００３５】上記リセットパルスＰ1 ，Ｐ3 は、液晶表
示素子特有の履歴効果、すなわち、書込みパルスを印加
したときの液晶の配向状態の変化に対する、その前に印
加した書込みパルスによる液晶の配向状態（以下、前状
態という）の影響をリセットするためのパルスであり、
このリセットパルスＰ1 ，Ｐ3 を印加すると、次に書込
みパルスを印加するときの前状態が決まる。

【００３６】また、上記リセットパルスＰ1 ，Ｐ3 をい
ずれも同じ極性のパルスとすると、液晶１１に許容値以
上の直流成分がかかって電荷の片寄りが生じ、表示の焼
き付き現象や液晶の劣化を生ずるため、Ｐ1 のリセット
パルスとＰ3 のリセットパルスとは逆極性のパルスとし
た。これは従来の駆動方法でも同様であり、従来も、液
晶を第１または第２の安定状態に配向させる電圧の極性
を、選択期間ごとに交互に逆にしている。

【００３７】図８および図９は、上記のような波形のゲ
ート信号とデータ信号とを用いて上記強誘電性液晶表示
素子を駆動し、上記各パルスＰ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 を
印加した後の液晶１１の自発分極の平均的な電荷量（液
晶１１の平均的な配向状態に相当する）と透過率とを調
べた結果を示しており、図８はＰ2 の書込みパルスとＰ
4 の書込みパルスの電圧値をそれぞれ０Ｖとしたときの
自発分極の平均的な電荷量（以下、平均電荷量という）
と透過率、図９はＰ2 の書込みパルスの電圧値を３．３
Ｖ、Ｐ4 の書込みパルスの電圧値を−３．３Ｖとしたと
きの自発分極の平均的電荷量と透過率を示している。な
お、いずれの場合も、リセットパルスＰ1 ，Ｐ3 の電圧
値は、Ｐ1 ＝７．５Ｖ、Ｐ3 ＝−７．５Ｖとした。

【００３８】この図８および図９から分かるように、上
記駆動試験では、書込みパルスＰ2，Ｐ4 の電圧値と透
過率とが対応せず、したがって階調の制御がほとんど不
可能であった。

【００３９】すなわち、書込みパルスＰ2 ，Ｐ4 として
同じ電位のパルスを印加したときの透過率が同じであれ
ば、再現性のある階調表示が可能であるが、上記駆動試
験では、図８のように、書込みパルスＰ2 ，Ｐ4 の電位
が同じ（ここではＰ2 ＝Ｐ4＝０Ｖ）でも透過率は全く
異なり、階調の再現性が全くなかった。

【００４０】また、上記駆動試験では、図９に示すよう
に、書込みパルスＰ2 ，Ｐ4 として異なる電圧値（ここ
ではＰ2 ＝３．３Ｖ、Ｐ4 ＝−３．３Ｖ）のパルスを印
加しても、明確な透過率差は得られなかった。

【００４１】これは、ＳＢＦ液晶を用いる強誘電性液晶
表示素子の電圧−透過率特性に図６に示したようなヒス
テリシスがあるためである。すなわち、Ｐ2 の書込みパ
ルスの印加時における前状態は第１の配向状態（実際に
は、画素電極３と対向電極７とその間の液晶１１とで形
成される容量の保持電圧に対応した、第１の配向状態に
近い配向状態）であり、Ｐ4 の書込みパルスの印加時に
おける前状態は第２の配向状態（第２の配向状態に近い
配向状態）であるため、この前状態の違いにより、書込
みパルスＰ2 ，Ｐ4 の電圧値と液晶１１の配向状態、つ
まり透過率とが対応しなくなる。

【００４２】そこで、本発明では、書込み電圧の値に対
応した透過率が得られるようにするため、選択期間ごと
に、液晶を第１の安定状態に配向させる電圧と第２の安
定状態に配向させる電圧とを同回数ずつ交互に同じ順序
で印加し、その後書込み電圧を印加する駆動方法を採用
した。

【００４３】この駆動方法の一実施例を説明すると、図
１は、上記強誘電性液晶表示素子の第１行のＴＦＴ４に
つながるゲートライン５とデータライン６に印加するゲ
ート信号とデータ信号の波形と、液晶１１の自発分極の
平均電荷量と、透過率とを示している。

【００４４】図１において、ＴF は１フレーム期間、Ｔ
S は上記第１行のＴＦＴ４の選択期間、ＴO は非選択期
間であり、この実施例では、各選択期間ＴS をそれぞれ
４つのスロットｔ1 ，ｔ2 ，ｔ3 ，ｔ4 に等分し、その
最終スロットｔ4 を書込みパルスＰ14の印加期間とし、
最初のスロットｔ1 を前記書込みパルスＰ14に対する補
償パルスＰ11の印加期間とした。

【００４５】また、他のスロットｔ2 ，ｔ3 はそれぞ
れ、液晶１１を第１の安定状態に配向させるためのリセ
ットパルス（以下、第１リセットパルスという）Ｐ12
と、液晶１１を第２の安定状態に配向させるためのリセ
ットパルス（以下、第２リセットパルスという）Ｐ13の
印加期間とした。なお、上記各パルスＰ11，Ｐ12，Ｐ1
3，Ｐ14の印加期間（１スロット時間）は、いずれも約
４５μ秒である。

【００４６】上記補償パルスＰ11は、書込みパルスＰ14
の印加により液晶１１に直流成分の電圧が片寄ってかか
るのを補償するための逆極性のパルスであり、この補償
パルスＰ11の電圧−ＶD の絶対値は、書込みパルスＰ14
の電圧ＶD と同じである。なお、書込みパルスＰ14の電
圧ＶD は書込みデータに応じて種々の値に制御され、こ
れに対応して補償パルスＰ11の電圧−ＶD も制御され
る。

【００４７】上記第２リセットパルスＰ13は、液晶表示
素子の履歴効果をリセットするためのパルスであり、こ
のリセットパルスＰ13の電圧値ＶR は、液晶１１のしき
い値電圧より十分大きい値である。また、上記第１リセ
ットパルスＰ12は、第２リセットパルスＰ13の印加によ
り液晶１１に直流成分の電圧が片寄ってかかるのを補償
するための逆極性のパルスであり、この第１リセットパ
ルスＰ12の電圧−ＶRの絶対値は第２リセットパルスＰ1
3の電圧ＶR と同じである。

【００４８】なお、これら各パルスＰ11，Ｐ12，Ｐ13，
Ｐ14の極性および電圧値は、いずれも、データ信号の基
準電圧Ｖ0 に対する極性と電圧である。この基準電圧Ｖ
0 は、対向電極７に印加する電圧と同じである。

【００４９】そして、この駆動方法では、書込み電圧Ｖ
D の最小値をＶ0 とし、最大値Ｖmax を上記第２リセッ
トパルスＰ13のリセット電圧ＶR より若干低い値とし
て、このＶ0 〜Ｖmax の範囲で書込み電圧ＶD を制御す
る。

【００５０】上記のような波形のゲート信号とデータ信
号とを用いて上記強誘電性液晶表示素子を駆動すると、
選択期間ＴS ごとに、上記補償パルスＰ11の電圧（以
下、書込み補償電圧という）−ＶD と、液晶１１を第１
の安定状態に配向させる第１リセットパルスＰ12の電圧
（以下、第１リセット電圧という）ＶR と、液晶１１を
第２の安定状態に配向させる第２リセットパルスＰ13の
電圧（以下、第２リセット電圧という）−ＶR と、書込
みパルスＰ14の電圧（以下、書込み電圧という）ＶD と
が順次ＴＦＴ４を介して画素電極３に印加され、これに
ともなって、液晶１１の自発分極の平均電荷量と透過率
とが、それぞれ図１に示したように変化する。

【００５１】また、選択期間ＴS が経過して非選択期間
ＴO になると、ＴＦＴ４がＯＦＦ状態になり、選択期間
ＴS の最終スロットｔ4 に印加された書込み電圧ＶD に
応じた電圧が画素電極３と対向電極７とその間の液晶１
１とで形成される容量に保持され、非選択期間ＴO 中、
液晶１１の自発分極の平均電荷量と透過率とが、前記容
量の保持電圧に対応する値、つまり、選択期間ＴS に印
加された書込み電圧ＶD に応じた値に保たれる。

【００５２】そして、この駆動方法では、選択期間ＴS
ごとに、液晶１１を第１の安定状態に配向させる第１リ
セット電圧ＶR と、液晶１１を第２の安定状態に配向さ
せる第２リセット電圧−ＶR とを同じ順序で印加してい
るため、書込み電圧ＶD を印加する直前の液晶１１の配
向状態はどの選択期間ＴS においても同じ（この実施例
では第２の安定状態）であり、したがって書込み電圧Ｖ
D の値と透過率とが対応するから、書込み電圧ＶD によ
り透過率を制御して、実用レベルでの明確な階調表示を
実現することができる。

【００５３】すなわち、図１に示すように、例えば液晶
１１がある配向状態（前に印加された書込み電圧に応じ
た配向状態）にあるとし、次の選択期間ＴS に印加する
書込み電圧ＶD がリセット電圧ＶR の１／２の電圧であ
るとすると、この書込み電圧ＶD （ＶD ＝ＶR ／２）を
印加した後の非選択期間ＴO における液晶１１の自発分
極の平均電荷量がほぼ０になる。このときの液晶１１の
配向状態は、第１の安定状態と第２の安定状態とがほぼ
同じ割合で混在している状態であり、したがって、透過
率は、液晶１１が第１の安定状態に配向したときの最も
高い透過率と液晶１１が第２の安定状態に配向したとき
の最も低い透過率とのほぼ中間の値になる。

【００５４】また、図１に示すように、上記選択期間Ｔ
S の次の選択期間ＴS に印加する書込み電圧ＶD がリセ
ット電圧ＶR の１／４の電圧であるとすると、この書込
み電圧ＶD （ＶD ＝ＶR ／４）を印加した後の非選択期
間ＴO における液晶１１の自発分極の平均電荷量が、上
記ほぼ０の電荷量よりも負の電荷成分が多くなった値に
なる。このときの液晶１１の配向状態は、第１の安定状
態と第２の安定状態とが、第２の安定状態の方が多い割
合で混在している状態であり、したがって、透過率は、
液晶１１が第２の安定状態に配向したときの最も低い透
過率と上記中間の透過率との間の値になる。

【００５５】これは、他の電圧の書込み電圧ＶD を印加
したときも同様であり、例えば書込み電圧ＶD として最
小値の電圧Ｖ0 を印加したときは、図１に二点鎖線で示
したように、液晶１１の自発分極の平均電荷量が、その
制御範囲のうちの最も負の電荷成分が最も多くなった
値、つまり、液晶１１が第２の安定状態に配向したとき
の電荷量に近い値になり、透過率が、その制御範囲のう
ちの最も低い値になる。

【００５６】また、書込み電圧ＶD として最大値の電圧
Ｖmax を印加したときは、図１に三点鎖線で示したよう
に、液晶１１の自発分極の平均電荷量が、その制御範囲
のうちの最も正の電荷成分が最も多くなった値、つま
り、液晶１１が第１の安定状態に配向したときの電荷量
に近い値になり、透過率が、その制御範囲のうちの最も
高い値になる。

【００５７】このように、上記駆動方法によれば、書込
み電圧ＶD の値に対応した透過率が得られるから、書込
み電圧ＶD により透過率を制御して、実用レベルでの明
確な階調表示を実現することができる。

【００５８】これは、書込み電圧ＶD を印加する直前の
液晶１１の配向状態が、どの選択期間ＴS においても同
じ（この実施例では第２の安定状態）であるためであ
り、書込み電圧ＶD を印加する前の液晶１１の配向状態
が常に同じであれば、ＳＢＦ液晶を用いる強誘電性液晶
表示素子がもっている電圧−透過率特性のヒステリシス
が動作上で現われなくなるため、書込み電圧ＶD の値に
対応した透過率が得られる。

【００５９】すなわち、図２は、上記強誘電性液晶表示
素子を上記実施例の駆動方法で駆動したときの電圧−透
過率特性図であり、この図のように、強誘電性液晶表示
素子の電圧−透過率特性は、ヒステリシスのない特性と
なっている。

【００６０】なお、図２に示した電圧−透過率特性は、
データ信号の基準電圧ＶO を８Ｖ（対向電極７に印加す
る電圧も同じ）としたときの特性であり、この場合は、
第１のリセット電圧ＶR を１０Ｖ以上（望ましくは１１
Ｖ以上）、第２のリセット電圧−ＶR を６Ｖ以下（望ま
しくは５Ｖ以下）とし、書込み電圧ＶD を約６．５Ｖ〜
約１０．５Ｖの範囲で制御すればよい。

【００６１】また、上記駆動方法では、選択期間ＴS ご
とに、液晶１１を第１の安定状態に配向させる第１リセ
ット電圧ＶR と液晶１１を第２の安定状態に配向させる
第２リセット電圧−ＶR とを同回数ずつ（上記実施例で
は１回ずつ）交互に印加しているため、液晶１１に許容
値以上の直流成分が片寄ってかかることはなく、したが
って、表示の焼き付き現象や液晶の劣化を生じることも
ない。

【００６２】なお、上記実施例では、リセット電圧ＶR
，−ＶR を、第１リセット電圧ＶR、第２リセット電圧
−ＶR の順で印加しているが、このリセット電圧ＶR ，
−ＶR の印加順序は逆でもよく、またこれらリセット電
圧ＶR ，−ＶR は、液晶１１がほとんど第１および第２
の安定状態に配向する電圧であれば、完全な安定状態に
なる電圧でなくてもよい。

【００６３】また、上記実施例では、第１リセット電圧
ＶR と第２リセット電圧−ＶR とを１回ずつ印加してい
るが、これらリセット電圧ＶR ，−ＶR の印加回数は任
意でよく、要は、第１リセット電圧ＶR と第２リセット
電圧−ＶR とを同回数ずつ交互に印加すればよい。

【００６４】さらに、上記実施例で駆動した強誘電性液
晶表示素子は、一方の偏光板１４の透過軸１４ａをＳＢ
Ｆ液晶１１の第２の安定状態１１ｂとほぼ平行にしたも
のであるが、上記駆動方法は、一方の偏光板１４の透過
軸１４ａをＳＢＦ液晶１１の第１の安定状態１１ａとほ
ぼ平行にした、液晶１１を第２の安定状態１１ｂに配向
させたときに透過率が最も高く（表示が最も明るく）な
り、液晶１１を第１の安定状態１１ａに配向させたとき
に透過率が最も低く（表示が最も暗く）なる強誘電性液
晶表示素子の駆動にも適用することができるし、また、
ＴＦＴをアクティブ素子とするものに限らず、ＭＩＭを
アクティブ素子とする強誘電性液晶表示素子の駆動にも
適用することができる。

【００６５】

【発明の効果】本発明の駆動方法は、選択期間ごとに、
液晶を第１の安定状態に配向させる電圧と第２の安定状
態に配向させる電圧とを同回数ずつ交互に同じ順序で印
加し、その後書込み電圧を印加するものであるから、基
板間隔より小さい螺旋ピッチをもちかつ双安定性を有す
る強誘電性液晶（ＳＢＦ液晶）を用いたアクティブマト
リックス方式の強誘電性液晶表示素子に、明確な階調表
示を行なわせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるゲート信号とデータ信
号の波形と液晶の自発分極の平均的な電荷量と透過率と
を示す図。

【図２】強誘電性液晶表示素子を実施例の駆動方法で駆
動したときの電圧−透過率特性図。

【図３】強誘電性液晶表示素子の断面図。

【図４】画素電極とアクティブ素子を形成した基板の等
価回路的平面図。

【図５】ＳＢＦ液晶の２つの安定状態と一対の偏光板の
透過軸の方向とを示す図。

【図６】強誘電性液晶表示素子の一般的な電圧−透過率
特性図。

【図７】発明者が行なった従来の駆動方法による駆動試
験において印加したゲート信号とデータ信号の波形図。

【図８】書込みパルスの電圧値を０Ｖにして駆動試験を
行なったときの液晶の自発分極平均電荷量と透過率を示
す図。

【図９】書込みパルスの電圧値を３．３Ｖと−３．３Ｖ
にして駆動試験を行なったときの液晶の自発分極平均電
荷量と透過率を示す図。

【符号の説明】

３…画素電極 ４…アクティブ素子（ＴＦＴ） ７…対向電極 ８，９…配向膜 １１…ＳＢＦ液晶 １１ａ…第１の安定状態 １１ｂ…第２の安定状態 １３，１４…偏光板 １３ａ，１４ａ…透過軸 Ｐ11…補償パルス Ｐ12，Ｐ13…リセットパルス ＶR ，−ＶR …リセット電圧 Ｐ14…書込みパルス ＶD …書込み電圧

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１０月２１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の駆動方法は、選
択期間ごとに、液晶を第１の安定状態と第２の安定状態
とのいずれか一方の安定状態に配向させる初期化電圧を
印加し、その後表示データに応じた書込み電圧を印加す
ることを特徴とするものである。前記初期化電圧は、液
晶を第１の安定状態と第２の安定状態に配向させる電圧
が同回数ずつ交互に同じ順序で印加される複数のパルス
からなる電圧であるのが望ましい。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】

【作用】この駆動方法では、選択期間ごとに、液晶を第
１の安定状態と第２の安定状態とのいずれか一方の安定
状態に配向させる初期化電圧を印加しているため、書込
み電圧を印加する直前の液晶の配向状態はどの選択期間
においても同じであり、したがって書込み電圧の値と透
過率とが対応するから、書込み電圧により透過率を制御
して、実用レベルでの明確な階調表示を実現することが
できる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】この駆動方法において、前記初期化電圧
が、液晶を第１の安定状態と第２の安定状態に配向させ
る電圧が同回数ずつ交互に同じ順序で印加される複数の
パルスからなる電圧であれば、対向する電極間の電荷の
片寄りがなく、したがって表示の焼き付き現象や液晶の
劣化を生じることもない。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】そして、上記下基板１と上基板２とは、そ
の外周縁部において枠状のシール材１０を介して接着さ
れており、この両基板１，２間のシール材１０で囲まれ
た領域には、カイラルスメクティック相の螺旋ピッチが
両基板１，２の間隔より小さく、かつ双安定性を有する
強誘電性液晶（以下、ＳＢＦ液晶という）１１が封入さ
れている。このＳＢＦ液晶は、その螺旋ピッチが可視光
帯域(400nm〜700nm)以下の３００ｎｍ〜４００ｎｍ以下
で、自発分極が大きく、かつ、コーンアングルが大きい
強誘電性液晶組成物である。なお、図３において、１２
は両基板１，２の間隔を規制するギャップ材であり、こ
のギャップ材１２は液晶封入領域内に点在状態で配置さ
れている。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】すなわち、液晶１１が第１の安定状態１１
ａに配向した状態では、一方の偏光板を通った直線偏光
が液晶１１による偏光作用を受けて非直線偏光になり、
そのうちの他方の偏光板の透過軸と平行な偏光成分の光
が他方の偏光板を透過して出射する。また、液晶１１が
第２の安定状態１１ｂに配向した状態では、一方の偏光
板を通った直線偏光が液晶１１による偏光作用をほとん
ど受けずに直線偏光のまま液晶層を透過し、その光のほ
とんどが他方の偏光板で吸収される。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】そして、この強誘電性液晶表示素子は、ア
クティブマトリックス方式のものであるため、非選択期
間中も上記２つの安定状態１１ａ，１１ｂが混在した液
晶１１の配向状態を維持する電圧を保持しておくことが
できる。このため、ＳＢＦ液晶を用いる強誘電性液晶表
示素子は、透過率を変化させて階調のある表示を行なわ
せることが可能である。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】しかし、本発明の発明者が上記強誘電性液
晶表示素子の駆動試験を行なったところ、従来考えられ
ている駆動方法では、階調の制御ができなかった。な
お、発明者が行なった駆動試験では、液晶１１を第１ま
たは第２の安定状態に配向させる電圧と、それより絶対
値が小さい書込み電圧とを交互に印加して、透過率の変
化を調べた。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３６】また、上記リセットパルスＰ1 ，Ｐ3 をい
ずれも同じ極性のパルスとすると、液晶１１に許容値以
上の直流成分がかかって電荷の片寄りが生じ、表示の焼
き付き現象や液晶の劣化を生ずるため、Ｐ1 のリセット
パルスとＰ3 のリセットパルスとは逆極性のパルスとし
た。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】図８および図９は、上記のような波形のゲ
ート信号とデータ信号とを用いて上記強誘電性液晶表示
素子を駆動し、上記各パルスＰ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ，Ｐ4 を
印加した後の液晶１１の自発分極による平均的な電荷量
（液晶１１の平均的な配向状態に相当する）と透過率と
を調べた結果を示しており、図８はＰ2 の書込みパルス
とＰ4 の書込みパルスの電圧値をそれぞれ０Ｖとしたと
きの自発分極による平均的な電荷量（以下、平均電荷量
という）と透過率、図９はＰ2 の書込みパルスの電圧値
を３．３Ｖ、Ｐ4 の書込みパルスの電圧値を−３．３Ｖ
としたときの自発分極による平均的電荷量と透過率を示
している。なお、いずれの場合も、リセットパルスＰ1
，Ｐ3 の電圧値は、Ｐ1 ＝７．５Ｖ、Ｐ3 ＝−７．５
Ｖとした。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４０】また、上記駆動試験では、図９に示すよう
に、書込みパルスＰ2 ，Ｐ4 として異なる電圧値（ここ
ではＰ2 ＝３．３Ｖ、Ｐ4 ＝−３．３Ｖ）のパルスを印
加しても、明確な透過率の差は得られなかった。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】そこで、本発明では、書込み電圧の値に対
応した透過率が得られるようにするため、選択期間ごと
に、液晶を第１の安定状態に配向させる電圧と第２の安
定状態に配向させる電圧とを１または複数回ずつ交互に
同じ順序で印加し、その後書込み電圧を印加する駆動方
法を採用した。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】この駆動方法の一実施例を説明すると、図
１は、上記強誘電性液晶表示素子の第１行のＴＦＴ４に
つながるゲートライン５とデータライン６に印加するゲ
ート信号とデータ信号の波形と、液晶１１の自発分極に
よる平均電荷量と、透過率とを示している。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】また、他のスロットｔ2 ，ｔ3 はそれぞ
れ、液晶１１を第１の安定状態に配向させるためのリセ
ットパルス（以下、第１リセットパルスという）Ｐ12
と、液晶１１を第２の安定状態に配向させるためのリセ
ットパルス（以下、第２リセットパルスという）Ｐ13の
印加期間とし、これらのリセットパルスＰ12，Ｐ13によ
り初期化パルスを構成した。なお、上記各パルスＰ11，
Ｐ12，Ｐ13，Ｐ14の印加期間（１スロット時間）は、い
ずれも約４５μ秒である。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】上記第２リセットパルスＰ13は、液晶表示
素子のヒステリシスの影響をなくすためのパルスであ
り、このリセットパルスＰ13の電圧値ＶR は、液晶１１
の液晶分子のほとんど全てが一定の方向に配列するのに
十分な大きい値である。また、上記第１リセットパルス
Ｐ12は、第２リセットパルスＰ13の印加により液晶１１
に直流成分の電圧が片寄ってかかるのを補償するための
逆極性のパルスであり、この第１リセットパルスＰ12の
電圧−ＶR の絶対値は第２リセットパルスＰ13の電圧Ｖ
R と同じである。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５０】上記のような波形のゲート信号とデータ信
号とを用いて上記強誘電性液晶表示素子を駆動すると、
選択期間ＴS ごとに、上記補償パルスＰ11の電圧（以
下、書込み補償電圧という）−ＶD と、液晶１１を第１
の安定状態に配向させる第１リセットパルスＰ12の電圧
（以下、第１リセット電圧という）ＶR と、液晶１１を
第２の安定状態に配向させる第２リセットパルスＰ13の
電圧（以下、第２リセット電圧という）−ＶR と、書込
みパルスＰ14の電圧（以下、書込み電圧という）ＶD と
が順次ＴＦＴ４を介して画素電極３に印加され、これに
ともなって、液晶１１の自発分極による平均電荷量と透
過率とが、それぞれ図１に示したように変化する。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５１】また、選択期間ＴS が経過して非選択期間
ＴO になると、ＴＦＴ４がＯＦＦ状態になり、選択期間
ＴS に印加された書込み電圧ＶD に応じた値に保たれ
る。

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５３】すなわち、図１に示すように、例えば液晶
１１がある配向状態（前に印加された書込み電圧に応じ
た配向状態）にあるとし、次の選択期間ＴS に印加する
書込み電圧ＶD がリセット電圧ＶR の１／２の電圧であ
るとすると、この書込み電圧ＶD （ＶD ＝ＶR ／２）を
印加した後の非選択期間ＴO における液晶１１の自発分
極による平均電荷量がほぼ０になる。このときの液晶１
１の配向状態は、第１の安定状態と第２の安定状態とが
ほぼ同じ割合で混在している状態であり、したがって、
透過率は、液晶１１が第１の安定状態に配向したときの
最も高い透過率と液晶１１が第２の安定状態に配向した
ときの最も低い透過率とのほぼ中間の値になる。

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５４】また、図１に示すように、上記選択期間Ｔ
S の次の選択期間ＴS に印加する書込み電圧ＶD がリセ
ット電圧ＶR の１／４の電圧であるとすると、この書込
み電圧ＶD （ＶD ＝ＶR ／４）を印加した後の非選択期
間ＴO における液晶１１の自発分極による平均電荷量
が、上記ほぼ０の電荷量よりも負の電荷成分が多くなっ
た値になる。このときの液晶１１の配向状態は、第１の
安定状態と第２の安定状態とが、第２の安定状態の方が
多い割合で混在している状態であり、したがって、透過
率は、液晶１１が第２の安定状態に配向したときの最も
低い透過率と上記中間の透過率との間の値になる。

【手続補正２０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５５】これは、他の電圧の書込み電圧ＶD を印加
したときも同様であり、例えば書込み電圧ＶD として最
小値の電圧Ｖ0 を印加したときは、図１に二点鎖線で示
したように、液晶１１の自発分極による平均電荷量が、
その制御範囲のうちの最も負の電荷成分が最も多くなっ
た値、つまり、液晶１１が第２の安定状態に配向したと
きの電荷量に近い値になり、透過率が、その制御範囲の
うちの最も低い値になる。

【手続補正２１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】また、書込み電圧ＶD として最大値の電圧
Ｖmax を印加したときは、図１に三点鎖線で示したよう
に、液晶１１の自発分極による平均電荷量が、その制御
範囲のうちの最も正の電荷成分が最も多くなった値、つ
まり、液晶１１が第１の安定状態に配向したときの電荷
量に近い値になり、透過率が、その制御範囲のうちの最
も高い値になる。

【手続補正２２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６４】さらに、上記実施例で駆動した強誘電性液
晶表示素子は、一方の偏光板１４の透過軸１４ａをＳＢ
Ｆ液晶１１の第２の安定状態１１ｂとほぼ平行にしたも
のであるが、上記駆動方法は、一方の偏光板１４の透過
軸１４ａをＳＢＦ液晶１１の第１の安定状態１１ａとほ
ぼ平行にし、液晶１１を第２の安定状態１１ｂに配向さ
せたときに透過率が最も高く（表示が最も明るく）な
り、液晶１１を第１の安定状態１１ａに配向させたとき
に透過率が最も低く（表示が最も暗く）なる強誘電性液
晶表示素子の駆動にも適用することができるし、また、
ＴＦＴをアクティブ素子とするものに限らず、ＭＩＭを
アクティブ素子とする強誘電性液晶表示素子の駆動にも
適用することができる。

【手続補正２３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６５】

【発明の効果】本発明の駆動方法は、選択期間ごとに、
液晶を第１の安定状態と第２の安定状態とのうちいずれ
か一方の配向状態に配向させる初期化電圧を印加し、そ
の後書込み電圧を印加するものであるから、基板間隔よ
り小さい螺旋ピッチをもちかつ双安定性を有する強誘電
性液晶（ＳＢＦ液晶）を用いたアクティブマトリックス
方式の強誘電性液晶表示素子に、明確な階調表示を行な
わせることができる。

【手続補正２４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるゲート信号とデータ信
号の波形と液晶の自発分極による平均的な電荷量と透過
率とを示す図。

【図２】強誘電性液晶表示素子を実施例の駆動方法で駆
動したときの電圧−透過率特性図。

【図３】強誘電性液晶表示素子の断面図。

【図４】画素電極とアクティブ素子を形成した基板の等
価回路的平面図。

【図５】ＳＢＦ液晶の２つの安定状態と一対の偏光板の
透過軸の方向とを示す図。

【図６】強誘電性液晶表示素子の一般的な電圧−透過率
特性図。

【図７】発明者が行なった従来の駆動方法による駆動試
験において印加したゲート信号とデータ信号の波形図。

【図８】書込みパルスの電圧値を０Ｖにして駆動試験を
行なったときの液晶の自発分極による平均電荷量と透過
率を示す図。

【図９】書込みパルスの電圧値を３．３Ｖと−３．３Ｖ
にして駆動試験を行なったときの液晶の自発分極による
平均電荷量と透過率を示す図。

【符号の説明】 ３…画素電極 ４…アクティブ素子（ＴＦＴ） ７…対向電極 ８，９…配向膜 １１…ＳＢＦ液晶 １１ａ…第１の安定状態 １１ｂ…第２の安定状態 １３，１４…偏光板 １３ａ，１４ａ…透過軸 Ｐ11…補償パルス Ｐ12，Ｐ13…リセットパルス ＶR ，−ＶR …リセット電圧 Ｐ14…書込みパルス ＶD …書込み電圧

【手続補正２５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】

【手続補正２７】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板間隔より小さい螺旋ピッチをもちかつ
   双安定性を有する強誘電性液晶を用いたアクティブマト
   リックス方式の強誘電性液晶表示素子の駆動方法であっ
   て、選択期間ごとに、前記液晶を第１の安定状態に配向
   させる電圧と第２の安定状態に配向させる電圧とを同回
   数ずつ交互に同じ順序で印加し、その後書込み電圧を印
   加することを特徴とする強誘電性液晶表示素子の駆動方
   法。