JPH0666014B2 - 光学変調装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は、電界方向に応じてコントラストが識別される
光学変調装置、特に強誘電性液晶を用いた光学変調装置
に関する。

〔従来技術〕

上下２枚の基板にストライプ状の電極をパタンニングし
て電極が互いに交叉するように貼合せ、間隙に液晶など
の光学変調物質を挾持したいわゆるドツトマトリクス表
示素子は近年用途が急増している。このタイプの表示素
子の欠点は、画素数が増すにつれて電極の本数が増え、
したがって駆動回路の数が増えてコスト高になることで
ある。例えば、640×400画素の表示素子の場合、電極本
数すなわち駆動回路数は、640＋400＝1040であるが、こ
れを1280×800画素とすると、駆動回路数は２倍の2080
になる。一般に画素数を増しても、表示パネル自体のコ
ストはあまり高くならないが、駆動回路数が上記のよう
に増えるので表示装置全体に占める周辺回路のコスト比
率が高くなり、装置全体のコストを下げるのが容易でな
い問題点があった。

〔発明の概要〕

従って、本発明の目的は前述の問題点を解消した光学変
調装置、特に強誘電性液晶を用いた光学変調装置を提供
することにある。

すなわち本発明は、互いに間隔をおいて対向配置した一
対の導電膜及び該一対の導電膜間に配置した電圧の極性
に応じて第１の光学状態と第２の光学状態とを生じるヒ
ステリシス特性を有する光学変調物質によって構成した
駆動区を備えた光学変調装置において、前記駆動区内に
第１の光学状態の区域を生じさせ、且つ該駆動区の一端
から他端に亘って電圧の勾配を有する一方極性電圧を前
記一対の導電膜間に印加する第１ステップ、該第１の光
学状態の区域内に第１の光学状態から第２の光学状態に
遷移する区域を生じさせ、且つ該駆動区の一端から他端
に亘って電圧の勾配を有する他方極性電圧を前記一対の
導電膜間に印加する第２ステップ及び該第２の光学状態
の区域内に第２の光学状態から第１の光学状態に遷移す
る区域を生じさせ、且つ該駆動区の一端から他端に亘っ
て電圧の勾配を有する一方極性電圧を前記一対の導電膜
間に印加する第３ステップを用いることによって、前記
駆動区内に第１の光学状態の区域と第２の光学状態の区
域とを交互に生じさせる手段を有する光学変調装置に特
徴がある。

〔発明の態様の詳細な説明〕 以下図面内の斜線部は黒の光学状態を表わし、それ以外
は白の光学状態を表わしている。

本発明の実施例を第１図にもとづいて説明する。図中、
11はコモン導電膜でシート抵抗値が10⁶Ω／□のSnO₂膜
厚で形成されている。12と13はコモン導電膜に電位勾配
を生じさせるための信号線で、コモン導電膜11と同じ基
板上にコモン導電膜11に接して形成されたシート抵抗５
Ω／□のクロム蒸着膜である。14〜16は他方の基板上に
形成されたセグメント導電膜で、ITO薄膜で形成され、
そのシート抵抗は30Ω／□である。このセグメント導電
膜14〜16は電極として機能させることができる。

又本発明では、コモン導電膜11のシート抵抗は、前述の
10⁶Ω／□に限らず10³Ω／□〜10⁹Ω／□の範囲でよ
く、又信号線としてはクロム蒸着膜の他にアルミニウ
ム、金、銅などのメタル又はその合金で形成したフイル
ムを用いることができる。尚、シート抵抗の測定はASTM
Ｄ−257（AMERICANNATIONAL STANDARD）に基づく。

コモン導電膜11とセグメント導電膜14との対向部17は、
第１駆動区に相当し、白の光学状態を呈している。コモ
ン導電膜11とセグメント導電膜15との対向部18は第２駆
動区に相当し、白の光学状態区域と黒の光学状態区域が
交互に３区域配列されている。又、コモン導電膜11とセ
グメント導電膜16との対向部19は、第３駆動区に相当
し、白の光学状態区域と黒の光学状態区域が交互に４区
域配列されている。白の光学状態は、下述する強誘電性
液晶の第１安定状態に基いて形成され、黒の光学状態は
強誘電性液晶の第２安定状態に基いて形成される。

第２図は、駆動区21内に黒の光学状態と白の光学状態を
生じた時の電圧の状態を模式的に示したものである。ま
ず、最初に駆動区21には強誘電性液晶の第１安定状態を
生じさせる電圧が印加され、駆動区21の全体に亘って白
の光学状態にクリヤーされた後、信号線21をグランドレ
ベルに設定し、他方の信号線13に電圧Vcomを印加する
と、コモン導電膜11の幅方向x₀−x₁間に電位勾配22を生
じる。この時に、何れかのセグメント導電膜に電圧Vseg
を印加すると、|Vcom−Vseg|＞|Vth|の区域と|Vcom−Vs
eg|＜|Vth|の区域が形成され、|Vcom−Vseg|＞|Vth|の
区域では強誘電性液晶の第２の安定状態が生じる電圧が
印加されていることになり、白の光学状態から黒の光学
状態に遷移する。この結果、白の区域と黒の区域を形成
することができる。

第３図は、本発明で用いた駆動波形を表わしている。第
３図（ａ）の電圧Vcomは信号線13に印加する走査選択信
号で、電圧Vsegは選択されたセグメント導電膜（又は電
極）に印加する情報信号である。第３図（ｂ）は、タイ
ミングt₀、t₁とt₂におけるコモン導電膜11とセグメント
導電膜の電位分布とその時の光学状態を表わしている。
コモン導電膜11は、一定時間間隔で勾配が交互に逆勾配
となり、セグメント導電膜はこれに同期して＋2V₀、＋V
₀、０、−V₀と−2V₀の５つのうちいずれかのレベルが与
えられる。上下導電膜間に挾持された光学変調物質が、
一方の安定状態から他方の安定状態へ遷移する閾値電圧
はVth＝±2V₀に設定されているものとする。セグメント
導電膜14の電圧が第３図（ａ）のように与えられると、 t₀の期間で区域Ａ〜Ｄの全画素が「白」になり、 t₁の期間で区域Ｂ、ＣとＤの画素が「黒」に反転
し、 t₂の期間で区域Ｄの画素が「白」に反転し、 その結果、区域A,B,CとＤはそれぞれ「白／黒／黒／
白」の状態になる。

第４図は、本発明で用いる表示パネル41の平面図で、S₁
−S₆は走査線を、I₁−I₅はデータ線を表している。走査
線S₁−S₆には第５図に示す走査選択信号が順次印加さ
れ、例えばデータ線I₁には図示する波形の信号が印加さ
れる。その時の表示状態を第４図の駆動区X,YとＺによ
って示す。

第６図は、駆動区画を「黒／白／黒／白」と表示するた
めの方法を示したものである。

実際には第３図の状態と第６図の状態が同じコモン導電
膜上の２つのセグメント導電膜の位置に同時に表示され
る。第７図はその場合、つまり１本のコモン導電膜が複
数本のセグメント導電膜と交叉している場合の表示方法
であって、タイミングt₀〜t₄の５つの期間で表示が完了
する。この間第１信号線12の電位はつねに零ボルトに保
たれ、Vcom（第２信号線13の電位）に±4V₀の矩形波が
印加される。したがってコモン導電膜は１期間ごとに勾
配が逆勾配となる。t₀は、全画素をクリヤする（本実施
例では「白」にすることである）期間、t₁〜t₄はそれぞ
れＡ列〜Ｄ列の画素を書込むための期間である。これら
の期間に画像情報信号に応じてセグメント導電膜に印加
される電圧レベルは表１のとおりである。

ただし、光学変調物質の閾値電圧は±2V₀に設定されて
いるものとする。

以下、第７図（ａ）のような信号電圧が印加されたとし
て、各期間ごとの画素の状態を第７図（ｂ）を用いて説
明する。

t₀の期間…全セグメント電位が−2V₀になっているの
で駆動区全体が「白」にクリヤされる。

t₁の期間…seg1の電位が＋V₀なのでこのセグメントの
区域B,C,Dが「黒」に反転し、Ａは「白」のまま保持さ
れる。一方seg2の電位は＋2V₀なのでこのセグメント上
の区域A,B,CとＤが「黒」に反転する。結果的にseg1の
区域Ａに「白」、seg2の区域Ａに「黒」が書込まれたこ
とになり、区域B,C,とＤはすべて「黒」になっている。

t₂の期間…seg1の電位が０なので区域ＣとＤが「白」
に反転し、区域ＡとＢはそれまでの状態に保たれる。一
方、seg2の電位は−V₀なので区域B,CとＤが「白」に反
転し、区域Ａはその状態を保持する。この結果、seg1の
区域Ｂに「黒」、seg2の区域Ｂに「白」が書込まれたこ
とになり区域ＣとＤはすべて「白」になっている。

t₃の期間…seg1,2とも0Vなので、これらのセグメント
の区域ＣとＤが「黒」に反転する。すなわち区域Ｃに
「黒」が書込まれる。区域Ｄはすべて「黒」になってい
る。

t₄の期間…seg1,2とも＋V₀なのでこれらのセグメント
の区域Ｄが「白」に反転する。

以上、説明したとおり本実施例の駆動法はまず駆動区全
体をクリアし、次いで左から１列ごとに区域列を選択し
て、選択列の区域を含めてそれより右側の画素を反転さ
せるかあるいは選択列の区域は除いてそれより右側の区
域を反転させるかによって該列上の区域の状態を決定し
ていく駆動方法である。

第８図と第９図は、本発明の別の具体例を表わしてい
る。

前記実施例では、コモン導電膜は１本と考えたが、表示
画素数が増すとコモン導電膜を複数本持つほうが好まし
い場合もある。第８図はその実施例で１本のコモン電極
で４列分の表示を行い、それを４本並べて計16列のマト
リクス表示を構成したものである。第９図に駆動波形を
示す。コモン導電膜は１本ずつ順次選択し、１本のコモ
ン導電膜の選択中の駆動波形は、前記実施例第７図と同
様である。非選択コモン導電膜はその上の画素が表示状
態を保持するように電位０の無勾配状態におかれてい
る。

第12図は、前述の駆動方法を640×400画素のマトリクス
パネル121に適用したときの構成回路図である。コモン
側の電極com1,com2,…com100は400／４＝400本、セグメ
ント側seg1,…seg640は640本の電極であり、それぞれア
ナログスイツチ122,123を通して、コモン波形発生回路1
24とセグメント電極発生回路125につながれている。コ
モン波形発生回路124は、±4V₀の矩形波をつくり、互い
逆相の矩形波が２本のバスライン125aと125bへそれぞれ
出力される。この矩形の2.5周期ごとにコントロール回
路126からのコモン側シフトレジスタ127にシフトパルス
が与えられ“1"状態にあるビツトのアナログスイツチ12
2がON状態になり、第９図に示す走査波形がマトリクス
パネル121に与えられる。セグメント側はデータDAがシ
フトレジスタ128（１）に貯えられ、一定周期毎にラツ
チ回路128（２）でラツチされ１対のアナログスイツチ1
23のうちどちらかをオン状態にする。この周期は上記コ
モン波形の0.5周期に設定されている。セグメント波形
発生回路125は、図中に示したように0.5周期毎に（−2V
₀,＋V₀,−V₀,−V₀,＋V₀）のレベルを順次出力し、それ
がそのままアナログスイツチ123の一方のアナログスイ
ツチ123aに入り、＋V₀だけレベルシフトされた波形がも
う一方のアナログスイツチ123bに入る。これによって第
９図のセグメント波形を出力することができる。

前記２つの実施例では、１駆動区を複数区域として表示
するが、各区域は「白」または「黒」の２値しかとらな
かった。これに対し第10図は中間調表示の例であって、
各区域は階調信号に応じて「白」と「黒」の境界が中間
的な位置にくるように表示される。第11図は駆動波形で
４段階の階調表示を行う場合を示した。４階調の画像情
報信号に応じてセグメント電極に印加される電圧レベル
は、前々記実施例中の表１のレベルに中間値を加えたも
のでこれを表２に示した。

第13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。131aと131bは、1n₂O₃,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132がガラ
ス面に垂直になるよう配向したSmC＊（カイラルスメク
チツク）相の液晶が封入されている。太線で示し た線133が液晶分子を表わしており、この液晶分子133
は、その分子に直交した方向に双極子モーメント（Ｐ
⊥）134を有している。基板131aと131b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133のらせ
ん構造がほどけ、双極子モーメント（Ｐ⊥）134はすべ
て電界方向に向くよう、液晶分子133の配向方向を変え
ることができる。液晶分子133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
っ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、電圧印加極性によって
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（強誘電性液晶の
膜厚）を充分に薄くした場合（例えば１μ）には、第14
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
のらせん構造は解除され（非らせん構造）、その双極子
モーメントPa又はPbは上向き（144a）又は下向き（144
b）のどちらかの配向状態をとる。このようなセルに第1
4図に示す如く一定の閾値以上の極性の異なる電界EaはE
bを付与すると、双極子モーメント電界Ea又はEbの電界
ベクトルに対応して上向き144a又は下向き144bと向きを
変え、それに応じて液晶分子は第１の安定状態143a（明
状態）か或いは第２の安定状態143b（暗状態）の何れか
一方に配向する。

この様なヒステリシス特性をもつ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
性を有することである。第２の点を例えば第14図によっ
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133aに配向するが、この状態は電界を切ってもこ
の第１の安定状態133aが維持され、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133bに配向し
ての分子の向きを変えるが、やはり電界を切ってもこの
状態に保ち、それぞれの安定状態でメモリー機能を有し
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。この種の強誘電性液晶を用いたマトリクス電
極構造を有する液晶−電気光学装置は、例えばクラーク
とラガバルにより、米国特許第4,367,924号明細書で提
案されている。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、上下一対の電極が対向して形成さ
れる１区画中に、隣接する領域が互いに逆の安定状態に
ある３つ以上の特定形状領域が存在するようにすること
により、該１区画を複数画素として機能させることがで
きた。この結果電極本数を少なくすることができ、駆動
回路数も減らすことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明で用いた駆動区を模式的に示す平面図
である。第２図は、駆動区に生じた電位勾配を模式的に
示す説明図である。第３図（ａ）と（ｂ）は、本発明で
用いた駆動波形とその時の電位レベルを示す説明図であ
る。第４図は、本発明で用いたマトリクス電極の平面図
である。第５図は、本発明の駆動例を時系列で示した駆
動波形図である。第６図（ａ）と（ｂ）並びに第７図
（ａ）と（ｂ）は、本発明で用いた別の駆動波形とその
時の電位レベルを示す説明図である。第８図は、本発明
で用いた別の駆動区を模式的に示す平面図で、第９図は
その時の駆動例を時系列で表わした駆動波形図である。
第10図は、本発明で用いたもう１つ別の駆動区を模式的
に示す平面図で、第11図はその時の駆動例を時系列で表
わした駆動波形図である。第12図は、本発明の駆動法を
用いた表示装置の回路構成図である。第13図及び第14図
は、本発明で用いた強誘電性液晶素子を模式的に示す斜
視図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに間隔をおいて対向配置した一対の導
   電膜及び該一対の導電膜間に配置した電圧の極性に応じ
   て第１の光学状態と第２の光学状態とを生じるヒステリ
   シス特性を有する光学変調物質によって構成した駆動区
   を備えた光学変調装置において、 前記駆動区内に第１の光学状態の区域を生じさせ、且つ
   該駆動区の一端から他端に亘って電圧の勾配を有する一
   方極性電圧を前記一対の導電膜間に印加する第１ステッ
   プ、該第１の光学状態の区域内に第１の光学状態から第
   ２の光学状態に遷移する区域を生じさせ、且つ該駆動区
   の一端から他端に亘って電圧の勾配を有する他方極性電
   圧を前記一対の導電膜間に印加する第２ステップ及び該
   第２の光学状態の区域内に第２の光学状態から第１の光
   学状態に遷移する区域を生じさせ、且つ該駆動区の一端
   から他端に亘って電圧の勾配を有する一方極性電圧を前
   記一対の導電膜間に印加する第３ステップを用いること
   によって、前記駆動区内に第１の光学状態の区域と第２
   の光学状態の区域とを交互に生じさせる手段を有するこ
   とを特徴とする光学変調装置。
2. 【請求項２】前記駆動区に階調情報に応じた電圧信号を
   印加することにより該駆動区に中間調表示を行いうる駆
   動制御手段を有する特許請求の範囲第１項記載の光学変
   調装置。
3. 【請求項３】選択されない走査線の電位を基準にした正
   極性電圧と負極性電圧を交互に少なくとも３パルス有す
   る走査選択信号を順次走査線に印加する手段を有する、
   特許請求の範囲第１項記載の光学変調装置。
4. 【請求項４】前記導電膜が10³〜10⁹Ω／□のシート抵抗
   を有しているとともに、該導電膜の一端と他端にメタル
   またはその合金が配線されている特許請求の範囲第１項
   記載の光学変調装置。
5. 【請求項５】前記光学変調物質が強誘電性液晶である特
   許請求の範囲第１項記載の光学変調装置。
6. 【請求項６】前記強誘電性液晶がカイラルスメクチック
   液晶である特許請求の範囲第５項記載の光学変調装置。