JPH0651279A

JPH0651279A - 強誘電性液晶素子の駆動方法

Info

Publication number: JPH0651279A
Application number: JP20238292A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Taguchi; 雅明田口
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1992-07-29
Filing date: 1992-07-29
Publication date: 1994-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】強誘電性液晶素子の駆動方法において、１回
の走査で白と黒を書き込むとともに、絵素に印加される
電圧を完全に交流化する。【構成】走査電極の選択時に、±Ｖｒ１、選択直前に
Ｖｒ２、信号電極にＶｃの電圧パルスを与え、強誘電性
液晶の反転電圧をＶｔｈとすると、Ｖｒ１＜Ｖｔｈ＜Ｖｒ１＋ＶｃＶｃ＜Ｖｔｈ＜Ｖｒ１＋２Ｖｒ２を満足する駆動条件。【効果】高速にデータ書き換えが可能であり、液晶を
劣化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強誘電性液晶素子の駆
動方法に関し、特に、強誘電性液晶素子の時分割駆動方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】１９８０年に、N.A.Clark,S.T.Lagerwal
l により、いわゆるSSFLCD(SurfaceStabilized Ferroel
ectric Liquid Crystal Display)が提案されて以降、強
誘電性液晶素子は、高速応答性、双安定メモリ性とい
う、ネマティック液晶素子にはない特徴を有するため次
世代の液晶素子として注目されてきた。その後、強誘電
性液晶素子が時分割駆動が可能であることが見出される
中で、ディスプレイ素子としての応用研究が活発にされ
てきた。

【０００３】強誘電性液晶は、カイラルスメクティック
液晶がこれに当たり、コーンに沿ってカイラリティを有
するが、薄いセル内では、そのカイラリティが消失し、
２つの安定状態をとるようになる。図１に強誘電性液晶
セル（以下液晶セルという）の構造を示す。１は配向膜
２を形成した基板であり、強誘電性液晶３、例えば、Ｓ
ｍＣ^*液晶を挟持している。上下基板の配向膜が、一軸
配向性を有するように処理されていると、両基板の一軸
配向方向がスメクティック液晶の層の法線方向となるよ
うに、そして、液晶分子が基板にほぼ平行になるように
配向する。これを上部から見ると、層の法線方向４に対
し、＋θ傾いた第一の安定状態と、−θ傾いた第二の安
定状態６の２つの双安定状態が生じ、それぞれ自発分極
７の向きは上向き、下向きである。

【０００４】そして、印加される電界の方向に、自発分
極の向きを揃えるように液晶分子は運動するので、正負
の直流パルスにより双安定状態のいずれか一方に選択す
る。２枚の偏光板８により、２つの安定状態を光学的に
識別する。例えば、第一の安定状態を光遮断状態（以下
黒という）とすると、第二の安定状態即ち光透過状態
（以下白という）に変換する。

【０００５】図２に、液晶層に駆動電圧を印加するため
のマトリクス電極を示す。９は走査電極、１０は信号電
極である。図３は、交流バイアス平均化法を用いた線順
次駆動において１つのマトリクス絵素（以下ドットとい
う）に印加される駆動波形を示す。第１フレームにおい
て選択期間中に、このパルス幅での閾値電圧以上の波高
値を有する正負（コモン１０基準）のパルスＰ₁及びＰ
₂が連続して加えられる。正パルスＰ₁により、液晶分
子は第二の安定状態に配列し続く負パルスＰ₂でスイッ
チングし第一の安定状態に配列する。そして、この状態
が非選択中交流パルス印加により持続する。交流パルス
の波高値が閾値以下だからである。よって、第１フレー
ムでは、第一の安定状態の黒が書き込まれ、維持され、
続いて第２フレームで、又、その表示状態がスイッチン
グされる。ただし、本図では第２フレームのＰ₄、Ｐ₅
は閾値以下、即ち、非選択のコモン信号が入った状態の
駆動波形となっているため、白は書き込まれず、第１フ
レームで書き込まれた黒が維持される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の駆動方法であると、非選択中に印加される交流
パルスに同期して液晶分子が振動し、コントラストが低
下する。また上記駆動方法では、画像を書き込むにあた
っては、白を書き込み、その次に黒を書き込むか、黒を
書き込み、白を書き込むか、１枚の画像を書き込むの
に、２フレーム必要であり、書き込み時間が長くかかる
という欠点があった。

【０００７】１フレームで白と黒を同時に書き込む方法
も提案されてきた。しかし、１走査期間に４パルス分必
要だったり、直流成分が印加されざるを得ないような駆
動方法であった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した従来
技術の課題を解決することを目的とし、走査電極の選択
電圧＋Ｖｒ１，−Ｖｒ１（又は−Ｖｒ１，＋Ｖｒ１）の
パルスが印加される直前に２パルス分の＋Ｖｒ２（又は
−Ｖｒ２）を前選択走査電圧として印加し、走査電極の
非選択走査電圧は０Ｖであり、信号電極の選択信号電圧
として、走査電極の選択走査電圧と逆極性の−Ｖｃ，＋
Ｖｃ（又は＋Ｖｃ，−Ｖｃ）が印加され、信号電極の非
選択信号電圧として、０Ｖが印加されるような駆動を行
うものである。

【０００９】図４に、１本の走査電極に印加される前選
択走査電圧、選択走査電圧、非選択走査電圧を示す。選
択走査電圧が印加される直前に前選択走査電圧がかか
り、選択走査電圧の１つ目のパルスと同極性である。図
５に、走査電極、信号電極に印加される電圧波形と、そ
れぞれの交点即ち、実際のドットに印加される電圧波形
を示している。ドットに印加される電圧波形は（走査電
圧−信号電圧）の値を示してある。

【００１０】

【作用】本発明の駆動方法により、１回の走査で白と黒
を書き込むことが可能となり、１画面の書き換え速度を
倍にすることができる。さらに、絵素に印加される電圧
は完全に交流化されるため、直流成分による液晶材料の
劣化を防止することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明す
る。図６に、信号電極ＳＥＧｍに、第１タイミングから
第６タイミングまでの第２及び第５タイミングに選択信
号、その他のタイミングに非選択信号が印加される時
に、走査電極ＣＯＭｎからＣＯＭｎ＋３までが順次選択
された時に、その交点の絵素に印加される電圧波形を時
系列的に示した図である。

【００１２】ＣＯＭｎは、第１タイミングに前選択走査
電圧、第２タイミングに選択走査電圧が印加されるよう
走査され、同様にＣＯＭｎ＋１，ＣＯＭｎ＋２，ＣＯＭ
ｎ＋３は１タイミングずつずれて順次選択されるように
走査される。そのときに、絵素ｍ×ｎ，ｍ×（ｎ＋
１），ｍ×（ｎ＋２），ｍ×（ｎ＋３）に実際に印加さ
れる電圧を示してあり、斜線を加えたパルスが、２つの
安定状態間をスイッチングさせることができる。

【００１３】絵素に印加される電圧でプラスの電圧に書
き込まれる表示状態を黒、マイナスの電圧で書き込まれ
る表示状態を白とすると、走査電極が順次選択される
と、一端黒に書き込まれた上で、絵素ｍ×ｎ，ｍ×（ｎ
＋２）のように、走査電極が選択されるタイミングに信
号電極に選択信号が印加される場合にのみ、白に書き込
まれる。黒に書き込まれるのは、Ｖｒ２の前選択走査電
圧のパルス分と、選択走査電圧Ｖｒ１の３つのパルスに
よってであり、絵素ｍ×（ｎ＋１）に示されたように、
走査電極の前選択走査電圧のタイミングに、信号電圧の
選択信号電圧が印加されても、この３つのパルスによっ
て双安定状態間のスイッチングを行うことができる。

【００１４】何故なら、２つの安定状態間の遷移は、一
定の高いエネルギー状態を越えて、もう一方の低いエネ
ルギー状態の安定状態にスイッチングすることであり、
印加される電圧と印加時間の積がある一定値を越えれば
スイッチングするのである。よって、パルス幅ｔのとき
のスレッショルド電圧をＶｔｈとすると、Ｖｔｈ×ｔ＜Ｖｒ２×２ｔ＋Ｖｒ１×ｔの条件が満たされたときに、２つの双安定状態間でスイ
ッチングする。

【００１５】即ち、Ｖｔｈ＜２Ｖｒ２＋Ｖｒ１ ─
の条件である。絵素ｍ×（ｎ＋１）の場合は、前選択走
査電圧と選択走査電圧の１つ目のパルスでのスイッチン
グの条件を考えると、Ｖｔｈ×ｔ＜（Ｖｒ２＋Ｖｃ）×ｔ＋（Ｖｒ２＋Ｖｃ）
×ｔ＋Ｖｒ２×ｔとなり、式と同じである。

【００１６】図６は、Ｖｒ２＞Ｖｃの図を描いたが、Ｖ
ｒ２＞Ｖｃであっても同じである。白書き込みの条件
は、信号電極に選択電圧が印加されたときのパルス波高
値がＶｔｈ以上であり、Ｖｒ１，Ｖｃ即ち半選択電圧が
Ｖｔｈ以下であればよい。よって、Ｖｒ１＋Ｖｃ＞ＶｔｈＶｃ＜Ｖｔｈ，Ｖｒ１＜Ｖｔｈであれば、この書き込み方法、即ち、一端黒を書き込ん
だ上で、走査電極の選択電圧が印加されているライン上
の選択点のみ白に書き換えるという形で１回の走査で、
黒と白の両方を書き込むことができる。

【００１７】このように、走査電極の走査信号の印加に
おいて、選択走査電圧の前に、前選択走査電圧を設け、
双安定状態の一方に書き込んだ上で、もう一方の表示状
態に選択的に書き込む方法によって、従来提案されてき
たように、前選択走査電圧の期間も含め選択期間とす
る。即ち、図６のような走査波形の場合は、４パルス分
を走査選択期間とするのに比べ、本発明では、１ライン
の走査時間を半分にでき、１画面書き込みの時間も半分
にできる。

【００１８】図６における絵素ｍ×ｎおよび絵素ｍ×
（ｎ＋１）に印加される電圧波形が実際の強誘電性液晶
ディスプレイに印加したときの光学応答を図７に示す。
図７の（ａ）が絵素ｍ×ｎに印加される電圧波形と強誘
電性液晶素子の光学応答を示し、（ｂ）が絵素ｍ×（ｎ
＋１）に印加される電圧波形と強誘電性液晶素子の光学
応答を示す。それぞれともに信号電圧が印加されるとき
までの画像状態が黒および白だった場合の両方について
記入してある。例えば、絵素ｍ×ｎには前選択走査電圧
が印加されるまで、白状態または黒状態であったもの
が、一端黒状態が書き込まれたのちに、白状態が書き込
まれる。絵素ｍ×ｎでは−（Ｖｒ１＋Ｖｃ）の電圧パル
スで白状態が書き込まれているが、絵素ｍ×（ｎ＋１）
では、−Ｖｒ１の電圧しか印加されないので、黒状態を
保持しつづける。

【００１９】それぞれ、半選択状態では、図７に示した
ように表示状態の反転は起こらない。よって、Ｖｒ１＜ｔｈ＜Ｖｒ１＋Ｖｃの条件があれば、選択絵素のみ白に書き込み半選択、非
選択絵素は黒状態を保持しつづけるのである。

【００２０】ところで、この駆動方法の欠点は走査電極
に印加される走査波形が完全交流でないことである。通
常液晶素子の場合、直流分が印加されつづけると寿命が
短くなり好ましくない。そのため、走査電極に印加する
走査波形を１フレーム毎に反転させ、２フレームで直流
分が印加されないようにすることができる。

【００２１】具体的な駆動波形の例を図８と図９に示
す。この駆動波形はＶｒ１＝Ｖｒ２の例である。走査電
極に印加する走査波形を偶数フレームと奇数フレームで
極性を逆転させ、それに登記して印加する信号電極の信
号も極性を逆転させる。例えば、図８の偶数フレームが
黒を書き込んで、白を選択的に書き込む波形とすると図
９の奇数フレームは、白を書き込んだ上で、黒を選択的
に書き込むことになる。よって図８の偶数フレームで
は、信号電極に印加される±Ｖｃが白を書き込む選択信
号となるが、図９の奇数フレームでは、±Ｖｃが黒を書
き込む選択信号となる。よって、黒を書き続けるために
は、図８の偶数フレームでは、信号電極に走査電極の選
択走査信号に同期して、０Ｖを印加し、図９の奇数フレ
ームで信号電極に走査電極の選択走査信号に同期して、
±Ｖｃを印加せねばならない。

【００２２】以上の点を分かり易く図に示したのが、図
１０であり、走査電極、信号電極ともに偶数フレームと
奇数フレームで極性が逆転してある。そして絵素に印加
される電圧で、斜線を描いたパルスが表示状態を切り換
える大きさをもっている。図１０のように、走査電極の
選択電圧には、偶数フレームでは０Ｖ、奇数フレームで
±Ｖｃの信号電圧が印加される（走査電圧−信号電圧）
の値が絵素にかかる電圧であり、黒を書き続ける波形と
なっている。

【００２３】さらに、完全交流化をはかる方法として、
図１１に示したように、前選択走査電圧が印加される直
前に前選択走査電圧と逆極性のＶｒ２を印加し、パルス
幅を２ｔとする（この電圧パルスを以下、交流化走査電
圧とよぶ）と、前選択走査電圧と交流化走査電圧で直流
成分はキャンセルされるため、走査電極に印加される走
査波形は完全交流化する。この交流化走査電圧が印加さ
れる期間にも、信号電極から、選択または非選択の信号
が印加されるが、その後すぐに、前選択走査電圧、選択
走査電圧で書き込むことになるため、この交流化電圧の
期間で、一方の双安定状態からもう一方の安定状態にス
イッチングしたとしても問題とはならない。

【００２４】この方法を採用すると、図１０のように偶
数フレーム、奇数フレームで、走査電圧波形の極性を逆
転させなくても完全交流化がはかれる。ところでこの駆
動方法での駆動マージンを考えると、Ｖｒ１＋Ｖｃで反
転し、Ｖｒ１，Ｖｃで反転しないという条件で、Ｖｒ
１，Ｖｃを選択できるため、Ｖｒ１＝Ｖｃのときが、も
っとも大きくマージンがとれる。よって、Ｖｒ１＝Ｖｒ
２＝Ｖｃが、この駆動方法の最も単純な波形となり、駆
動マージンが大きくとれる。

【００２５】さらに、この駆動波形では、非選択走査部
には、０Ｖか±Ｖｃの１セットのパルスのどちらかしか
印加されない。そのため、Ｖｃの値を小さくなるよう
に、Ｖｒ１を大きく設定すると、非選択の部分に印加さ
れる電圧が低くなるため、コントラストがよくなる。低
い交流電圧が印加されると、液晶分子は、電界無印加の
ときの双安定メモリの位置（コーン上）を中心に、電界
に応答する小さな振動を起こす。これについては、図６
の半選択波形が印加されたときの透過率の変化として示
した内容であるが、このＶｃを小さくすることも可能で
あり、透過光強度の変化も小さくできるためコントラス
トがアップするのである。

【００２６】本発明の駆動方法では、非選択走査部は信
号電極の選択信号電圧が印加されると±Ｖｃ、そして印
加されないと０Ｖ、即ち、電圧が印加されないので、±
Ｖｃがずっと印加されるのではない。そのため、液晶分
子の交流電界による振動の面から見ると、振動が小さく
なる効果と、振動がなくなる期間が存在する両方の効果
で、交流バイアス平均化法等の駆動法を使った場合に比
べ、コントラストが改善される。

【００２７】２００本の走査電極を有するガラス基板お
よび２００本の信号電極を有するガラス基板に、１Ｈ，
１Ｈ，７Ｈ−ドデカフルオロー１−ヘプタノールに、ポ
リフマル酸ジイソプロピルを１％溶解させた配向剤をス
ピンナー塗布し、加熱・乾燥させた後に、ラビング方向
が同一となるようにパラレルにラビング処理した。この
２枚の基板間のギャップが１．５μｍとなるように、セ
ル組みし、以下の液晶組成物を注入し、封止した。

【００２８】

【化１】

【００２９】組立てた液晶セルに、直交ニコルに偏光板
をはり、モジュール基板に接続し、駆動波形を印加し表
示状態を観察、測定した。駆動波形として、走査電極に
は、Ｖｒ１＝１６Ｖ、Ｖｒ２＝１０Ｖの図１１に示した
波形を印加した。また、信号電極にはＶｃ＝１５Ｖの図
５に示されたような信号波形を印加した。

【００３０】このときに表示のＯＮ−ＯＦＦのコントラ
ストがとれるパルス幅は、１７μｓｅｃ、２８μｓｅｃ
であった。パルス幅が２０μｓｅｃのときに絵素部で１
２：１のコントラストが得られた。パルス幅２０μｓｅ
ｃのときは、１ラインの走査選択期間は、４０μｓｅｃ
となるため、走査電極本数２００本のこの液晶セルで
は、１２５画面／ｓｅｃの書き換え速度が得られた。

【００３１】

【発明の効果】本発明の駆動方法を使うことにより、マ
トリクス電極構成の強誘電性液晶素子において、１回の
走査で白と黒の書き込みが可能であり、１画面の書き換
え速度を倍にすることができた。さらに、絵素に印加さ
れる電圧は完全に交流化し、直流成分が印加される場合
の素子の劣化の問題を除去することができ、さらに高コ
ントラスト化も達成した。

【図面の簡単な説明】

【図１】強誘電性液晶セルの斜視図である。

【図２】液晶セルの電極配置図である。

【図３】強誘電性液晶セルの従来の駆動波形図である。

【図４】走査電極に印加される走査電圧波形図である。

【図５】走査電圧波形、信号電圧波形および絵素に印加
される電圧波形を示す図である。

【図６】走査電圧波形、信号電圧波形および絵素に印加
される電圧波形を時系列的に示した図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ絵素ｍ×ｎ，ｍ×
（ｎ＋１）に印加される電圧波形図とその電圧が印加さ
れたときの光学応答を示した図である。

【図８】本発明による駆動波形を示し、走査電圧波形、
信号電圧波形および絵素に印加される偶数フレームの各
電圧波形を示す。

【図９】本発明による駆動波形を示し、走査電圧波形、
信号電圧波形および絵素に印加される奇数フレームの各
電圧波形を示す。

【図１０】信号電極、走査電極、絵素に印加される電圧
波形を時系列に示した図である。

【図１１】走査電圧波形の図である。

【符号の説明】

１基板２配向膜８偏光板９走査電極１０信号電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の走査電極を有する基板と複数の信
号電極を有する基板間に強誘電性液晶組成物を挟持し、
該走査電極と該信号電極の交差部に画素を形成し、安定
な光学状態を反転させて動作する強誘電性液晶素子の駆
動方法において、該走査電極の選択期間において、パルス幅ｔ、大きいＶ
ｒ１の極性の異なる２つの電圧パルスを含む選択走査電
圧を該走査電極に印加し、該走査電極の非選択期間において、大きさ０電圧の非選
択走査電圧を該走査電極に印加し、該走査電極の選択される直前の期間２ｔにおいて、該選
択走査電圧の最初の電圧パルスと極性が同じであり、大
きさＶｒ２の前選択走査電圧を該走査電極に印加し、該信号電極には、パルス幅ｔ、大きさＶｃである両極性
の電圧パルスを含み、かつ、該選択走査電圧と逆極性を
持つ選択信号電圧と、大きさ０電圧の非選択信号電圧を
印加して明暗情報を該画素に書き込む際に、電圧パルス
の時間幅ｔにおいて光学状態が反転するしきい値電圧を
Ｖｔｈとして、Ｖｒ１＜Ｖｔｈ＜Ｖｒ１＋ＶｃＶｃ＜Ｖｔｈ＜Ｖｒ１＋２Ｖｒ２を満たすことを特徴とする強誘電性液晶素子の駆動方
法。
【請求項２】走査電極に印加される信号の極性が、偶
数フレームと奇数フレームで逆転し、それに同期して信
号電極の極性も逆転し、かつ、選択−非選択の信号が逆
になることを特徴とする請求項１記載の強誘電性液晶素
子の駆動方法。
【請求項３】印加される矩形波交流のパルス幅をｔと
したときの、２ｔに相当する前走査電圧Ｖｒ２と逆極性
の２ｔのパルスが前走査電圧パルスの直前に印加される
ことを特徴とする請求項１記載の強誘電性液晶素子の駆
動方法。