JPH0634944A

JPH0634944A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0634944A
Application number: JP21066492A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Katakura; 一典片倉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1992-07-16
Publication date: 1994-02-10

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶表示装置において階調表示の精度を高
め、表示階調数を増やす。【構成】走査電極群２０１およびこれに対向して交差
する情報電極群２０２とで構成されたマトリクス電極
と、該電極群間に配置され該電極群を介して印加される
電界により駆動される液晶と、これらの電極郡を、印加
電位を連続的に変化させる期間を含む信号波形により駆
動し、該期間の長さを調節することにより階調表示を行
なう駆動手段１０２，１０３とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶素子を用いて階調
表示を行なう液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、マトリクス電極の走査電極群と情報
電極群との間に液晶化合物を充填し多数の画素を形成し
て画像情報の表示を行なう液晶表示素子は良く知られて
いる。この表示素子の駆動方法としては、走査電極群に
順次周期的にアドレス信号を選択印加し、情報電極群に
は所定の情報信号を前記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。

【０００３】また、充填する液晶化合物として強誘電性
液晶（ＦＬＣ）を用いたものは、双安定性を有し、かつ
電界への応答が速やかであることから注目されている。
この強誘電性液晶を用いた表示素子に関しては、特開昭
６１−９４０２３号公報などに示されているように、対
向面に透明電極を形成し配向処理を施した２枚のガラス
基板を１〜３μｍ位のセルギャップを保って向かい合わ
せて構成した液晶セルに、強誘電性液晶を注入したもの
が知られている。

【０００４】この表示素子の特徴は、強誘電性液晶が自
発分極を持つことにより、外部電界と自発分極の結合力
をスイッチングに使えることと、強誘電性液晶分子の長
軸方向が自発分極の分極方向と１対１に対応しているた
め外部電界の極性によってスイッチングできることであ
る。

【０００５】強誘電性液晶としては一般にカイラル・ス
メクチック液晶（ＳｍＣ＊、ＳｍＨ＊）を用いるので、
バルク状態では液晶分子長軸がねじれた配向を示すが、
上述の１〜３μｍ位のセルギャップのセルにいれること
によって液晶分子長軸のねじれを解消することができる
（Ｐ２１３−Ｐ２３４，Ｎ．Ａ．ＣＬＡＲＫｅｔ
ａｌ，ＭＣＬＣ１９８３，Ｖｏｌ．９４）。

【０００６】実際の強誘電液晶セルは、図１２に示すよ
うな単純マトリックス基板により構成されている。図１
２（ａ）はセルの断面図、図１２（ｂ）はその電極基板
の平面図である。このセルは、図に示すように、２枚の
電極基板８１と８２間に強誘電性液晶６を挟持して構成
される。電極基板８１と８２は、それぞれ、ガラス基板
６１、その上に形成された液晶駆動用のＩＴＯストライ
プ電極６２、その上に形成されたＳｉＯ₂ 絶緑膜６３、
およびそれらの上に積層されたポリイミド配向膜６４を
備える。６５はシーリング部材である。

【０００７】強誘電性液晶は、２つの安定状態を光透過
および遮断状態として主に２値（白・黒）の表示素子と
して利用されているが、多値すなわち中間調表示も可能
である。中間調表示法の１つは画素内の双安定状態の面
積比を制御することにより中間的な光透過状態を作るも
のである。以下、この方法（面積変調法）について詳し
く説明する。

【０００８】図１３は強誘電性液晶素子のスイッチング
パルス振幅と透過率の関係を模式的に示した図であり、
はじめ完全な光遮断（黒）状態にあったセル（素子）に
一方極性の単発パルスを印加した後の透過光量Ｉを単発
パルスの振幅Ｖを変数としてプロットしたグラフであ
る。パルス振幅Ｖが閾値Ｖ_th以下（Ｖ＜Ｖ_th）のときは
透過光量は変化せず、パルス印加後の透過状態は図１４
（ｂ）に示すように印加前の状態を示す同図（ａ）と変
わらない。パルス振幅Ｖが閾値Ｖ_thを越えると（Ｖ_th＜
Ｖ＜Ｖ_sat ）画素内の一部分が他方の安定状態すなわち
同図（ｃ）に示す光透過状態に遷移し、全体として中間
的な透過光量を示す。さらにパルス振幅Ｖが大きくなっ
て飽和値Ｖ_sat 以上（Ｖ_sat ＜Ｖ）になると、同図
（ｄ）に示すように画素全部が光透過状態になり、光量
は一定値に達する。

【０００９】すなわち、面積変調法は電圧をパルス振幅
ＶがＶ_th＜Ｖ＜Ｖ_sat となるように制御して中間調を表
示するものである。このため、強誘電性液晶をマトリク
ス電極上で駆動する際には、図１５に示すように、各電
極に電圧波形を印加する出力回路の１つ１つにトランジ
スタを作り込み、与えられた階調情報を増幅させること
により、パルス振幅を制御していた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では階調情報をトランジスタで増幅する際、各電極
の駆動能力にトランジスタ１つ１つの能力を反映してし
まうため、各電極または画素ごとに印加電位のばらつき
を生じてしまう。大画面ディスプレイではトランジスタ
の負荷電流が大きいため電極ごとの駆動能力のばらつき
特に顕著である。例えば０〜５Ｖの出力能力のある１２
８０個の出力回路がある場合には、電流を５０〜２００
倍程度増幅するため、同じ階調情報を与えても、出力端
子間で５０〜１００ｍＶ程度のばらつきを生じる。その
結果、グラフィックコントローラが精度の高い、例えば
５１２階調の情報を送る場合でも出力回路間のばらつき
のため、表示階調は５０〜１００色にとどまっていた。

【００１１】本発明の目的は、このような従来技術に鑑
み、液晶表示装置において階調表示の精度を高め、表示
階調数を増やすことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明の液晶表示装置は、走査電極群およびこれに
対向して交差する情報電極群とで構成されたマトリクス
電極と、該電極群間に配置され該電極群を介して印加さ
れる電界により駆動される液晶と、これらの電極郡を、
印加電位を連続的に変化させる期間を含む信号波形によ
り駆動し、該期間の長さを調節することにより階調表示
を行なう駆動手段とを有する。

【００１３】本発明の好ましい実施例において、駆動信
号波形は印加電位を単調増加または単調減少させる期間
を含むものであり、該期間の長さを調節することにより
階調表示を行なう。また、情報信号波形は印加電位を連
続的に変化させる期間を含んでいる。さらに、前記走査
電極群と情報電極群の間に充填される液晶は強誘電性液
晶である。

【００１４】

【作用】本発明によれば、パルス振幅の制御をパルス幅
を制御することによって行なうようにしたため、出力回
路間のパルス振幅のばらつきを抑え、階調表示の精度を
高め表示階調数を増すことができる。

【００１５】本発明の波形出力方式の具体例を図６の出
力回路図を用いて説明する。まず外部の信号源ＳＳ１と
ＳＳ２からのこぎり波と定電位を供給する。そして出力
回路４０１内にトランジスタＴＲ１とＴＲ２を設け、信
号源ＳＳ１，ＳＳ２と出力端Ｏｕｔ間をスイッチングさ
せ出力波形を形成する。ここで階調信号はタイミング回
路４０２を通じてスイッチングするタイミングを規定し
ている。

【００１６】図７に出力回路４０１内の各信号のタイミ
ングチャートを示す。ここでタイミング信号Ｔ１，Ｔ２
はタイミング回路４０２からトランジスタに送られる信
号で、タイミング信号Ｔ１が“Ｈ”のときトランジスタ
ＴＲ１はオンになり、“Ｌ”のときオフとなる。同様に
タイミング信号Ｔ２が“Ｈ”のときトランジスタＴＲ２
はオンになり、“Ｌ”のときオフとなる。

【００１７】図６に戻って、例えばのこぎり波の振幅Ｖ
_X に対し５０％の電位を与える場合はのこぎり波の周期
幅ΔＴのうち１／２の期間に相当するΔＴ／２のタイミ
ングでトランジスタＴＲ１をオフしトランジスタＴＲ２
をオンする。すると，出力端Ｏｕｔから印加される出力
波形は部分的にのこぎり波を持ち、ΔＴ期間内の最高電
位は１／２Ｖ_X となる。同様に７０％の電位を与える場
合には７／１０のタイミングでのこぎり波ＳＳ１から定
電圧ＳＳ２へスイッチングすることでΔＴ期間内の最高
電位は７Ｖ_X ／１０となる。つまりのこぎり波の信号源
ＳＳ１から定電圧の信号源ＳＳ２にスイッチングするタ
イミングを調節することにより、各出力波形でΔＴ期間
内の最大電位を制御することができる。

【００１８】この回路構成にすると、スイッチングする
タイミングは各出力回路内で数ｎＳｅｃ程度のばらつき
であり、電流の増幅率が１０倍程度なのでパルスの振幅
も数ｍＶに抑えることができる。さらには出力回路間の
パルスの出力タイミングが１００〜２００ｎＳｅｃのば
らつきがある場合でも、電圧変動に対するパルス幅の比
率を（小さくするなど）調整することにより、階調表示
の精度を上げられる。そして書き込み期間に相当するの
こぎり波の周波幅ΔＴを２０μＳｅｃに設定した場合に
は約千色の階調表示が可能になる。

【００１９】なお上述の説明では周期的に電位を変動す
る信号源としてのこぎり波を用いたがこれは例えば他の
ランプ波形（ｒａｍｐ：単純に増加または減少する波
形）や正弦波、もしくは複数の連続矩形パルスの波高値
を連続的に変化させたものなどであってもよい。

【００２０】またスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ
を用いたがバイポーラ型トランジスタなど他のスイッチ
ング素子でもよい。

【００２１】以上のように本発明の階調表示方式は、電
位を高精度で制御できるため、例えば、厚さ１１ｍｍの
ガラス基板上にＩＴＯ膜を約１５０ｎｍスパッタ形成
し、その上に日立化成社製のポリイミド系配向膜ＬＱ−
１８０２を約２０ｎｍを塗布して焼成したものにナイロ
ン布でラビング処理し、径が１．１μｍのビーズスぺー
サーを散布し、基板の周囲をエポキシ系のシール剤で封
止し硬化させた後、表１に示す性質のピリミジン系液晶
材を注入した液晶セルを２Ｖ程度の低電圧領域で駆動し
た時に画素内で発生する反転ドメインの数を主として制
御する階調表示素子のように、パルス幅よりパルス振幅
が支配的に影響を与える液晶素子に対して特に効果があ
るが、前述の液晶セルを２０Ｖ程度の高電圧領域で駆動
した時の画素内の透過率のようにパルス振幅と同程度に
パルス幅の影響を受ける液晶素子にも利用できる。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【実施例】図１は、本発明の一実施例に係る液晶表示装
置の構成を示す。この液晶表示装置は、走査電極２０１
と情報電極２０２とで構成したマトリックス電極を有す
る液晶表示部１０１、走査信号を走査電極２０１を介し
て液晶に印加する走査信号出力回路群１０２、情報信号
を情報電極２０２を介して液晶に印加する情報信号出力
回路群１０３、走査信号制御回路１０４、情報信号制御
回路１０６、および駆動制御回路１０５を備える。走査
電極２０１と情報電極２０２との間には、強誘電性液晶
が配置されている。１０７はグラフィックコントローラ
であり、ここから送出されるデータは駆動制御回路１０
５を通して走査信号制御回路１０４と情報信号制御回路
１０６に入力され、それぞれアドレスデータと階調表示
データに変換される。そして、このアドレスデータに従
って走査信号出力回路群１０２が走査信号を発生し液晶
表示部１０１の走査電極２０１に印加する。また、階調
表示データに従って情報信号出力回路群１０３が情報信
号を発生し液晶表示部１０１の情報電極２０２に印加す
る。

【００２４】図２は液晶表示部１０１の部分的な断面図
である。同図において２０３はアナライザとなる偏光
子、２０４はポラライザとなる偏光子であり、これらは
互いにクロスニコルで配置されている。２０５と２０６
はガラス基板、２０７と２０８は絶縁膜、２０９と２１
０は配向膜、２１１は強誘電性液晶、２１２はシール部
材である。

【００２５】図３は、図１の液晶表示装置に置ける駆動
波形を示す。同図中、（ａ）は走査信号出力回路群１０
２の１つの走査信号出力回路が出力する走査選択信号波
形、（ｂ）は情報信号出力回路群１０３の１つの情報信
号出力回路が階調信号に応じて出力する情報信号波形で
ある。この情報信号波形は部分的なランプ波形（ｒａｍ
ｐ）を有する。図３（ｃ）は上記の走査選択信号と波形
情報信号波形の合成信号波形である。この合成信号波形
が１つの走査電極と１つの情報電極との間、すなわち液
晶表示部１０１においてそれらの走査電極と情報電極の
交点に形成される１つの画素に印加される。図３
（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）はそれぞれ、階調度０％、
５０％および１００％に相当する情報信号波形である。

【００２６】情報信号波形の形成法を、情報信号出力回
路群１０３の部分的な模式拡大図である図４と、出力回
路内の各信号のタイミングチャートである図５を用いて
説明する。

【００２７】図４に示すように、１つの出力回路４０１
に２つの信号源ＳＳ１と信号源ＳＳ２を接続し、階調信
号に応じタイミング回路４０２が生成するタイミング信
号でトランジスタＴＲ１，ＴＲ２を制御し、出力端Ｏｕ
ｔから情報信号波形を出力する。各出力回路４０１の出
力端Ｏｕｔはそれぞれ対応する情報電極２０２（図１）
に接続されており、各出力回路４０１から出力される情
報信号波形は各情報電極に印加される。

【００２８】図５に示すように、信号源ＳＳ１の出力は
周期幅が１Ｈ、振幅が２Ｖａのランプ波形であり、信号
源ＳＳ２の出力は０Ｖの定電位である。タイミング信号
Ｔ１，Ｔ２はトランジスタＴＲ１，ＴＲ２のスイッチン
グを制御する信号で、図４のタイミング回路４０２から
出力される。トランジスタＴＲ１は、タイミング信号Ｔ
１が“Ｈ”のときオンになり、“Ｌ”のときオフとな
る。同様にトランジスタＴＲ２は、タイミング信号２が
“Ｈ”のときオンになり、“Ｌ”のときオフとなる。

【００２９】図３および図５に示す１Ｈは信号源ＳＳ１
の周期幅であるとともに、情報信号の単位となる期間で
あり、ΔＴは１Ｈの半分の期間で階調を書き込むための
パルスを印加する期間である。

【００３０】図８、９および１０は、図１の装置におけ
る別の駆動信号波形の例を示す。

【００３１】図８は、正弦波と余弦波と定電圧との間で
スイッチングを行なうものであり、電位の高い部分がな
だらかであることから、この部分で精度良く電位を制御
することができる。

【００３２】図９は、補助パルス±Ｖｂを加えた波形
で、クロストークやフリッカを防ぎ、画質を向上させる
効果がある。

【００３３】図１０は、書き込みをΔＴ１とΔＴ２の２
つの期間に分けて行なう場合の波形であり、画素内で発
生する反転ドメインの数の制御を容易にする効果があ
る。

【００３４】図１１は、図９および図１０の駆動波形を
形成する出力回路の一例を示す。

【００３５】なお、上述の実施例に使用した強誘電性液
晶はピリミジン成分を含み次の表に示す特性を有する。

【００３６】

【表２】また、本実施例で用いた駆動波形では、１Ｈを４０〜２
００μＳｅｃ、ΔＴ，ΔＴ１，ΔＴ２を２０〜５０μＳ
ｅｃ、Ｖ１，Ｖ２を５〜２０Ｖ、そしてＶａ，Ｖｂ，Ｖ
３，Ｖ４を２〜７Ｖの範囲で設定した。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、印加電位を連続的に変化させる期間を信号波形中に
設け、その期間の長さを調節することにより印加波形内
の最大電位を制御した結果、従来の電位制御法に比べ高
度な制御をすることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る液晶表示装置のブロ
ック構成図である。

【図２】図１における液晶表示部の断面図である。

【図３】図１の装置における駆動波形図である。

【図４】図１における出力回路群の部分拡大図であ
る。

【図５】出力回路内のタイミングチャートである。

【図６】本発明を説明するための出力回路の回路図で
ある。

【図７】本発明を説明するためのタイミングチャート
である。

【図８〜１０】それぞれ図１の装置における駆動波形
の他の例を示す波形図である。

【図１１】図９または図１０の駆動波形を形成するた
めの出力回路の一例を示す回路図である。

【図１２】従来の液晶セルの断面図および模式的平面
図である。

【図１３，１４】従来の階調表示の説明図である。

【図１５】従来の出力回路の回路図である。

【符号の説明】

１０１：液晶表示部、１０２：走査信号出力回路群、１
０３：情報信号出力回路群、１０４：走査信号制御回
路、１０５：駆動制御回路、１０６：情報信号制御回
路、１０７：グラフィックコントローラ、２０１：走査
電極、２０２：情報電極、２０３：アナライザ、２０
４：ポラライザ、２０５，２０６：ガラス基板、２０
７，２０８：絶縁膜、２０９，２１０：配向膜、２１
１：強誘電性液晶、２１２：シール部材、４０１：出力
回路、４０２：タイミング回路、Ｏｕｔ：出力端、ＳＳ
１，ＳＳ２：信号源、ＴＲ１，ＴＲ２：トランジスタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走査電極群およびこれに対向して交差す
る情報電極群とで構成されたマトリクス電極と、該電極群間に配置され該電極群を介して印加される電界
により駆動される液晶と、前記電極群への印加電位が連続的に変化する期間を含み
該期間の長さが階調情報に応じて調節される信号波形に
より前記液晶を駆動する駆動手段とを具備することを特
徴とする液晶表示装置。
【請求項２】前記印加電位が連続的に変化する期間
は、該印加電位が単調増加または単調減少する請求項１
記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記連続的に変化する期間を有する印加
電位が、前記情報電極に印加される情報信号波形に含ま
れる請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記液晶が強誘電性液晶である請求項１
記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記駆動手段は、水平走査期間を単位と
して周期的に電位を変動する信号源と一定の電圧を供給
する定電圧源を含む複数の信号源と、これらの各信号源
を選択的に出力端に接続するスイッチング手段と、前記
階調信号に応じて該スイッチング手段における信号選択
のタイミングを調節する手段とを具備する請求項１記載
の液晶表示装置。