JPH06194625A - 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の非メモリ性強
誘電性液晶（ＤＨＦ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の配向状態に
配向させる第１リセット電圧ＶR と第２の配向状態に配
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 を印加すると
共に、前記第１，第２リセット電圧を印加する前に、書
込み電圧ＶD と逆極性でかつ絶対値が等しい補償電圧−
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Ｃ相の螺旋ピッチが表示素子の基板間隔
（セルギャップ）より大きくかつ配向状態のメモリ性
（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の配向状態と他方の極性の電圧を印加したときの第２
の配向状態との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、液晶の配向状態が第１の配向状態と
第２の配向状態との２つの状態だけであり、電圧無印加
状態でもいずれかの配向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Ｃ相の螺旋ピッチが表示
素子の基板間隔より小さくかつ配向状態のメモリ性を有
さない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、ＤＨＦ液晶と呼ばれている。

【０００７】このＤＨＦ液晶を用いる強誘電性液晶表示
素子では、前記ＤＨＦ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、このＤＨＦ液晶は、液晶層をは
さんで対向する電極間にしきい値以上の電圧を印加した
ときに印加電圧の極性に応じて第１の配向状態と第２の
配向状態とのいずれかの状態に配向し、またしきい値よ
り低い電圧を印加したときは前記第１と第２の両方の配
向状態が混在した状態に配向する。

【０００８】そして、ＤＨＦ液晶は、上記ＳＳ−Ｆ液晶
のような配向状態のメモリ性はもっていないが、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
中も上記第１と第２の配向状態およびその両方の状態が
混在した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。

【０００９】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の配向状態と第２の配向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。

【００１０】

【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。

【００１１】本発明は、基板間隔より小さい螺旋ピッチ
をもち、しきい値以上の電圧を印加したときに印加電圧
の極性に応じて第１の配向状態と第２の配向状態とのい
ずれかの状態に配向する非メモリ性強誘電性液晶（ＤＨ
Ｆ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。

【００１２】

【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の配向状態に配向させる電圧
と第２の配向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。

【００１３】

【作用】この駆動方法では、選択期間ごとに、液晶を第
１の配向状態に配向させる電圧と第２の配向状態に配向
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。

【００１４】また、この駆動方法では、選択期間ごと
に、液晶を第１の配向状態に配向させる電圧と第２の配
向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。

【００１５】

【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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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Ｃ相の螺旋ピッチ
が両基板１，２の間隔より小さく、かつ配向状態のメモ
リ性を有さない強誘電性液晶（以下、ＤＨＦ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。

【００２４】上記ＤＨＦ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、液晶層をはさんで対向する
画素電極３と対向電極７との間にしきい値以上の電圧を
印加したときに印加電圧の極性に応じて第１の配向状態
と第２の配向状態とのいずれかの状態に配向し、またし
きい値より低い電圧を印加したときは前記第１と第２の
両方の配向状態が混在した状態に配向する。

【００２５】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、電極３，７間にしきい
値以上の電圧を印加したときのＤＨＦ液晶１１の２つの
配向状態に応じて設定されている。

【００２６】すなわち、図５は、しきい値以上の電圧を
印加したときのＤＨＦ液晶１１の２つの配向状態と、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ＤＨＦ
液晶１１の２つの配向状態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。

【００２７】この図５に示すように、上記ＤＨＦ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の配向状態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の配向状態１
１ｂに配向する。なお、この第１の配向状態１１ａと第
２の配向状態１１ｂとのずれ角θは、ＤＨＦ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。

【００２８】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ＤＨＦ液晶１１の２つの配向状態１１ａ，１１
ｂのうちの一方、例えば第２の配向状態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。

【００２９】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の配向状態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の配向
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。

【００３０】すなわち、液晶１１が第１の配向状態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の配向状態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。

【００３１】また、上記ＤＨＦ液晶１１は、上記２つの
配向状態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つの配向状態１１ａ，
１１ｂが混在した状態にも配向する。

【００３２】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。

【００３３】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
間中も上記第１と第２の配向状態１１，１１ｂおよびそ
の両方の状態が混在した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、ＤＨＦ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。

【００３４】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の配向状態と第２の
配向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の配向状
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。

【００３５】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の配向状態１１ａ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の配向状態１１ｂ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。

【００３６】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。

【００３７】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の配向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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】これは、ＤＨＦ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。

【００４３】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の配向状態に配向させる電圧と第２の配
向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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】また、他のスロットｔ2 ，ｔ3 はそれぞ
れ、液晶１１を第１の配向状態１１ａ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の配向状態１１ｂ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，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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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
の配向状態１１ａ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の配向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。

【００５２】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。

【００５３】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の配向状態１１ａに配向させる
第１リセット電圧ＶR と、液晶１１を第２の配向状態１
１ｂ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の配向状態１１ｂ）であり、した
がって書込み電圧ＶD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。

【００５４】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の配向状態１１ａと第２の配向状態１
１ｂ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の配向状態１１ａに
配向したときの最も高い透過率と液晶１１が第２の配向
状態１１ｂ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。

【００５５】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の配向状
態１１ａと第２の配向状態１１ｂとが、第２の配向状態
１１ｂ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の配向状態１１ｂ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。

【００５６】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の配向状態１１ｂ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。

【００５７】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の配向状態１１ａ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。

【００５８】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。

【００５９】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の配向状態１１ｂ）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、ＤＨＦ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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】また、上記駆動方法では、選択期間ＴS ご
とに、液晶１１を第１の配向状態１１ａに配向させる第
１リセット電圧ＶR と液晶１１を第２の配向状態１１ｂ
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。

【００６３】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
の配向状態１１ａ，１１ｂに配向する電圧であれば、前
記配向状態１１ａ，１１ｂに完全に配向する電圧でなく
てもよい。

【００６４】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。

【００６５】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ＤＨ
Ｆ液晶１１の第２の配向状態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ＤＨＦ液晶１１の第１の配向状態１１ａとほ
ぼ平行にした、液晶１１を第２の配向状態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の配向状態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。

【００６６】

【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の配向状態に配向させる電圧と第２の配向状
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、しきい値以上の電
圧を印加したときに印加電圧の極性に応じて第１の配向
状態と第２の配向状態とのいずれかの状態に配向する非
メモリ性強誘電性液晶（ＤＨＦ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】ＤＨＦ液晶の２つの配向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…ＤＨＦ液晶 １１ａ…第１の配向状態 １１ｂ…第２の配向状態 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８月９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 強誘電性液晶表示素子の駆動方法

【特許請求の範囲】

【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Ｃ相の螺旋ピッチが表示素子の基板間隔
（セルギャップ）より大きくかつ配向状態のメモリ性
（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の配向状態と他方の極性の電圧を印加したときの第２
の配向状態との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、液晶の配向状態が第１の配向状態と
第２の配向状態との２つの状態だけであり、電圧無印加
状態でもいずれかの配向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、「LIQUID CRY
STALS 1989，Ｖol．5 ，1171〜1177」に記載されている
ように、カイラルスメクティックＣ相の螺旋ピッチが表
示素子の基板間隔より小さくかつ配向状態のメモリ性を
有さない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、ＤＨＦ液晶と呼ばれている。

【０００７】このＤＨＦ液晶を用いる強誘電性液晶表示
素子では、前記ＤＨＦ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、このＤＨＦ液晶は、液晶層をは
さんで対向する電極間に印加される電圧に応じて、液晶
分子が一方の方向にほぼ配列した第１の配向状態と、液
晶分子が他方の方向にほぼ配列した第２の配向状態と、
及び分子配列の螺旋構造の歪みにより液晶分子の平均的
な配列方向が前記第１の配向状態と第２の配向状態との
中間の任意の配向状態とにそれぞれ配向する。

【０００８】そして、ＤＨＦ液晶は、上述した中間の任
意の配向状態をとることができるので、上記ＳＳ−Ｆ液
晶のような配向状態のメモリ性はもっていないが、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
間中も上記任意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。

【０００９】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、表
示すべきデータに応じた電圧の書込み電圧を印加する方
法が考えられている。

【００１０】

【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。

【００１１】本発明は、基板間隔より小さい螺旋ピッチ
をもち、印加する電圧に応じて第１の配向状態と第２の
配向状態と及び中間の任意の配向状態にそれぞれ配向す
る非メモリ性強誘電性液晶（ＤＨＦ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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の駆動方法は、Ｄ
ＨＦ液晶を用いた強誘電性液晶表示素子において、前記
強誘電性液晶にその配向状態を制御する電圧が印加され
る選択期間ごとに、まず液晶分子を前記第１の配向状態
と第２の配向状態との少なくとも一方の配向状態に配列
させる初期化電圧を印加し、この初期化電圧を印加した
後に表示する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。そして、前記初期化電圧は、
液晶分子を第１の配向状態に配向させる一方極性の第１
のリセットパルスと、液晶分子を第２の配向状態に配向
させる第２のリセットパルスとからなり、各選択期間ご
とに同じ順序で連続する電圧である。また第１のリセッ
トパルスと第２のリセットパルスとは、極性が互いに逆
で絶対値が等しい電圧に設定されている。さらに、本発
明の駆動方法において、各選択期間には、選択期間中で
かつ初期化電圧が印加される前に、その選択期間に印加
される書込み電圧と極性が逆で絶対値が等しい補償電圧
が印加される。

【００１３】

【作用】この駆動方法では、液晶表示素子の透過率が最
も低い状態と最も高い状態とにそれぞれ対応する液晶分
子の配向状態、つまり第１と第２の配向状態のうちの少
なくとも一方の配向状態に液晶分子を配列させる初期化
電圧を印加した後、表示データに応じた書込み電圧を印
加するようにしたので、ＤＨＦ液晶が有するヒステリシ
ス特性の影響を受けることがなくなり、書込み電圧の値
と透過率の関係を１対１で対応させることができ、明確
な階調を表示することができる。

【００１４】また、この駆動方法では、液晶分子を第１
の配向状態に配向させる一方極性の第１のリセットパル
スと、液晶分子を第２の配向状態に配向させる第２のリ
セットパルスとを、各選択期間ごとに同じ順序で連続さ
せた初期化電圧を構成し、そして前記第１のリセットパ
ルスと第２のリセットパルスとを極性が互いに逆で絶対
値が等しい電圧に設定しているため、初期化電圧の印加
により対向する電極間に電荷が片寄ることがない。さら
に、この駆動方法では、各選択期間ごとの、選択期間中
でかつ初期化電圧が印加される前に、その選択期間に印
加される書込み電圧と極性が逆で絶対値が等しい補償電
圧を印加しているので、書込み電圧により対向する電極
間に電荷が片寄ることがない。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がなく、明確な階
調表示を行なうことができる。

【００１５】

【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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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Ｃ相の螺旋ピッチ
が両基板１，２の間隔より小さく、かつ配向状態のメモ
リ性を有さない強誘電性液晶（以下、ＤＨＦ液晶とい
う）１１が封入されている。このＤＨＦ液晶は、その螺
旋構造の螺旋ピッチが可視光帯域の波長（４００ｎｍ〜
７００ｎｍ）以下、例えば螺旋ピッチ３００ｎｍ〜４０
０ｎｍであり、また自発分極が大きく、コーンアングル
が約２７°の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。

【００２４】上記ＤＨＦ液晶１１は、そのスメクティッ
クＣ相が有する層構造の層の法線方向が両基板１，２の
配向膜８，９の配向処理によって規制される方向に向い
た均一な層構造を形成しており、また、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間に封入されている。そしてこのＤＨＦ液晶１
１は、液晶層をはさんで対向する画素電極３と対向電極
７との間に所定の値より高い電圧を印加したときに、印
加電圧の極性に応じて、液晶分子が一方方向に配向する
第１の配向状態と、液晶分子が他方方向に配向する第２
の配向状態とのいずれかの状態に配向し、また中間の低
い電圧を印加したときは、ＤＨＦ液晶１１の螺旋構造が
歪むことにより、液晶分子の平均的な配列方向が、印加
電圧の値に応じて、前記第１と第２の配向状態における
液晶分子配列の中間の方向となるように配向する。

【００２５】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、電極３，７間に極性が
逆で絶対値の高い電圧を印加したときのＤＨＦ液晶１１
の２つの配向状態に応じて設定されている。

【００２６】すなわち、図５は、所定の値以上の電圧を
印加したときのＤＨＦ液晶１１の２つの配向状態と、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ＤＨＦ
液晶１１の２つの配向状態における液晶分子の配向方向
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。

【００２７】この図５に示すように、上記ＤＨＦ液晶１
１は、一方の極性でかつ所定の値以上の電圧を印加した
ときに第１の配向状態となり、実線で示す第１の配向方
向１１ａに液晶分子が配向する。また、他方の極性でか
つ所定の値以上の電圧を印加したときには第２の配向状
態となり、破線で示す第２の配向方向１１ｂに液晶分子
が配向する。なお、この第１の配向方向１１ａと第２の
配向方向１１ｂとのずれ角θは、ＤＨＦ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。

【００２８】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ＤＨＦ液晶１１の２つの配向方向１１ａ，１１
ｂのうちの一方、例えば第２の配向方向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。

【００２９】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の配向方向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の配向
方向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。

【００３０】すなわち、液晶分子が第１の配向方向１１
ａに配向した状態では、入射側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、そのうちの出射側偏光板の光学軸と平行な成分をも
った光が前記出射側偏光板を透過して出射する。また、
液晶分子が第２の配向方向１１ｂに配向した状態では、
入射側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出射側偏光板で吸収される。

【００３１】また、上記ＤＨＦ液晶１１は、上記２つの
配向方向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つの配向方向１１ａ，
１１ｂの中間の状態にも配向する。

【００３２】図６は上記強誘電性液晶表示素子の電圧−
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。

【００３３】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ＤＨＦ液晶１１を前記中間の配向状態に維持する
電圧を保持しておくことができる。このため、ＤＨＦ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。

【００３４】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、階調の制御ができなか
った。この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の配向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。

【００３５】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の配向方向１１ａ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の配向方向１１ｂに配向させる電圧
値のリセットパルスＰ3 と、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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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 ＝−７．５Ｖ
とした。

【００３９】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、したがって階調を制御することがで
きなかった。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】これは、ＤＨＦ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。

【００４３】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、まず液晶を第１の配向状態に配向させる電圧と第２
の配向状態に配向させる電圧とを１または複数ずつ同数
交互に連続させた初期化電圧を印加し、この初期化電圧
を印加し後に表示するデータに応じた書込み電圧を印加
する駆動方法を採用した。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】また、他のスロットｔ2 ，ｔ3 はそれぞ
れ、液晶１１を第１の配向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の配向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
り初期化電圧を構成した。なお、上記各パルスＰ11，Ｐ
12，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。

【００４７】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。

【００４８】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
の分子のほとんどが一定の方向に配列するのに十分大き
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Ｐ13の電圧ＶR と同じで
ある。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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
の配向方向１１ａ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の配向方向１１ｂ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。

【００５２】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の自発分極による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。

【００５３】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の配向方向１１ａに配向させる
第１リセット電圧ＶR と、液晶１１を第２の配向方向１
１ｂ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の配向方向１１ｂ）であり、前述
したヒステリシスの影響を受けることがない。したがっ
て書込み電圧ＶD 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。

【００５４】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の配向状態と第２の配向状態との中間
の配向状態であり、液晶分子の平均的な配列方向は第１
と第２の配向方向１１ａ，１１ｂの中央の方向となる。
したがって、透過率は、液晶分子が第１の配向方向１１
ａに配向したときの最も高い透過率と液晶分子が第２の
配向方向１１ｂ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。

【００５５】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
配向状態と第２の配向方向状態との中間の配向状態であ
って、液晶分子の平均的な配列方向が第２の配向方向１
１ｂに片寄った方向となる。したがって、透過率は、液
晶分子が第２の配向方向１１ｂ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。

【００５６】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、液晶分子が第２の配向方向１１ｂ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。

【００５７】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、液晶分子が第１の配向方向１１ａ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。

【００５８】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、明確な階調表示を
実現することができる。

【００５９】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の配向方向１１ｂ）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、ＤＨＦ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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】また、上記駆動方法では、選択期間ＴS ご
とに、液晶１１を第１の配向方向１１ａに配向させる第
１リセット電圧ＶR と液晶１１を第２の配向方向１１ｂ
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。

【００６３】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
の配向方向１１ａ，１１ｂに配向する電圧であれば、前
記配向方向１１ａ，１１ｂに完全に配向する電圧でなく
てもよい。

【００６４】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。

【００６５】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ＤＨ
Ｆ液晶１１の第２の配向方向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ＤＨＦ液晶１１の第１の配向方向１１ａとほ
ぼ平行にした、液晶１１を第２の配向方向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の配向方向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。

【００６６】

【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の配向状態に配向させる電圧と第２の配向状
態に配向させる電圧の少なくとも一方の電圧を印加し
て、液晶分子を一方の配向状態にし、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
ッチをもった非メモリ性強誘電性液晶（ＤＨＦ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】ＤＨＦ液晶の２つの配向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…ＤＨＦ液晶 １１ａ…第１の配向方向 １１ｂ…第２の配向方向 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２】

【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３】

【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４】

【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、し
   きい値以上の電圧を印加したときに印加電圧の極性に応
   じて第１の配向状態と第２の配向状態とのいずれかの状
   態に配向する非メモリ性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の配向状態に配向させ
   る電圧と第２の配向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。