JPH0711633B2 - 液晶表示素子のマトリックス駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は，家庭用のCRTに代わる表示装置，あるいはOA
用の高度な情報処理に用いられる端末表示装置として，
大容量表示においても広い視野角と十分なコントラスト
を有する液晶表示素子の駆動方法に関する。

（従来技術とその問題点） 現在，液晶表示素子に用いられている液晶相はネマチッ
ク相であり，表示部の上下の基板間で液晶分子の方向が
90度だけ連続的に変化するツイステッドネマチック（以
下，単にTN型と言う）構造をとっている。これは，交番
電場を印加すると，液晶分子の支配的な方向の変化が誘
起され，これが適当な光学系の下で光透過量の変化とし
てとりだされて表示がされるというものであって，公知
の技術である。

このTN型の特徴は，液晶分子の方向の変化が印加電圧の
実効値によって誘起されることである。このような実効
値応答型の液晶は，表示容量を増す，即ち，走査電極数
を増すと表示品質（コントラスト，視野角等）が悪化す
ることや，駆動条件が厳しくなることがわかっている。
この事が，現在でもTN型の大容量の大型ディスプレイが
実現しない最大の理由である。

ただし，実効値応答型の液晶のままで大容量，高品質の
表示を得る技術も開発されている。代表的なものとし
て,TFT駆動及びスーパーツイステッド型液晶表示素子が
あるが，いずれも短所をあわせもち，大型でカラー表示
が可能な液晶ディスプレイを提供するに至らないのが現
状である。

こうした中で，ネマチック液晶とは全く違う特徴を持つ
液晶として，カイラルスメクチック液晶（以下、単にSm
C^＊という）が発見され、ディスプレイへの応用が盛ん
に検討されている（N.A.クラークとS.T.ラゲルバル,App
l.Phys.Lett.,36,899（1980））。この液晶の最大の特
長は，パルス応答性，記憶効果，超高速応答性などであ
って，液晶ディスプレイに応用するに当り最適な性質を
持っている。しかし、セルギャップをTN型より薄くする
必要があることや,SmC^＊のモノドメイン相の形成（配向
制御）など実用化には技術的に解決すべき問題が残って
いる。

パルス応答性と記憶効果はTN型液晶の実効値応答とは本
質的に異なる性質である。これらは、表示容量を増して
も画質の低下が無く安定化することの基本的な理由と考
えられる。しかしながら、液晶表示素子に於ける大容量
の表示において、コントラストのムラやちらつきのない
画面を表示するためには，液晶の応答速度や閾値特性な
どの材料物性の問題と配向制御，及び，印加波形や走査
方法などの駆動方法の検討が重要である。同じ表示素子
に対しては、駆動方法が決定的な重要性をもつている。

そこで、次にマトリックス駆動用の擬似印加波形とそれ
に対する液晶の光応答特性について述べる。第１図にSm
C^＊に対する典型的なパルス型の印加波形（イ）と光透
過量の変化（ロ）を示した。より詳しく説明すると（10
1）と（102）は書き込みパルスであつて双極性のパルス
からなっている。双極性であるのは液晶に直流成分が含
まれないようにする為であって、この事はバイアス部
（103）でも維持されている。

書き込みパルスはオンの書き込みバルス（101）とオフ
の書き込みバルス（102）の二種類あって、いずれも後
半のパルスが状態形成に有効である。この書き込みパル
スとバイアス部（103）の振幅の比をバイアス比と言
い、普通は3:1にとられる。書き込みパルス（101）（10
2）の振幅3Vと、パルス幅τを適当に選んで第１図
（ロ）で示したような、暗状態（104）と明状態（105）
の二つのバンドに分離すれば，マトリックス駆動に於け
る書き込みが可能と考えられる。

このバンドの中では書き込み信号によって形成された安
定な状態（106）（107）の回りで、光透過量がバイアス
信号（103）に同期して規則的に振動している。実際にC
S1014（チッソ（株）製）をセルギャップが２μｍのセ
ルに封じた場合にはＶ＝10ボルトでτ＝100〜300μsec
の範囲で書き込みが可能であった。Ｖが一定の時はパル
ス幅τが大きいと二つのバンドの振幅が大きくなり、そ
れにつれてコントラストが低下する傾向が見られる。

マトリックス駆動する場合には、バルス（101）とパル
ス（102）の信号が，各交差点に印加されるようにこれ
らを走査側とデータ側に分割する必要がある。この分割
については、電圧軸上で行う電圧変調と、時間軸上で行
うパルス変調がある。バイアス部を含む第１図は電圧軸
上で行った場合に得られる理想的な例であるが、第２図
に分割の具体例を二つ載せた。この場合には選択時の書
き込み信号部分と非選択時の合成信号も記してある。第
２図（ハ）に示した印加波形はこれらより期待されるも
のであるが、これと第１図（イ）の違いは、前者では非
選択時に印加される信号列（ハ）のバイアス部（200）
にパルス巾の異なる成分（201）が含まれていることで
ある。これは電圧変調駆動におけるきわめて一般的なこ
とである。パルス巾の異なる成分が共存してもバンドと
しての安定性は損なわれないが、振幅が大きく増加する
のが観測される。（なお、全図で，直流成分が含まれな
いことを直感的に明らかにするために、波形の原点を中
央にとってある。） その為に、マトリックス駆動した場合には、データライ
ン上のオンとオフの在り方によっては、バイアス部（20
0）のパルス幅の異なる成分の比が異なり、それに対応
して信号列も変化し、結果として光透過量も変動する場
合がある。これはパターンによりコントラストが変化す
ることを意味している。最悪の場合は、データライン上
にオンとオフが交互にある場合（横ストライプ）で、最
良の場合はオンだけもしくはオフだけの場合である（縦
ストライプ）。一般には、表示面上の各部で濃淡に差が
あると言ってもよい。

これは電圧変調による駆動形式と液晶のパルス応答から
の必然的な結果であり、どんなに立派なSmC^＊の配向相
を形成しても避けられない事である。パルス幅が広い部
分を分割して，間に電圧がゼロの部分が挿入されるよう
に走査側とデータ側の信号を構成できるが（S.T.ラゲル
バル,et al.,International Display Research Con
ference,P213（1985））、走査時間が増すことと，あま
り効果のないことがわかっている。更に、我々の実験に
よれば、書き込み信号だけに応答し、バイアス信号には
応答しないような急峻な閾値特性は得られていない。

いずれにしても、階調を表示するなどの場合には決定的
に不利な事である。

（発明の目的） 強誘電性液晶が呈するSmC^＊相が与えられた時に，これ
をマトリックス駆動しても安定した画像表示が可能で，
コントラストが表示パターンに依らず，かつ走査時間の
短い駆動波形を構成する事が本発明に課せられた使命で
ある。

（発明の構成） このために本発明は、互いに対向した面の一方に走査電
極群と他方に信号電極群を設置した一対の透明電極基板
間に強誘電性液晶を挟持してなる液晶素子を線順次走査
によって駆動するマトリックス駆動方法に於いて、選択
時に各画素に印加される駆動電圧パルスの極性を変える
事により明、暗の選択を行い、かつパルス巾によって選
択、非選択の区別を行う駆動方法であって、非選択時に
は、選択時に印加されるパルスの時間幅より小なるパル
スが印加され，かつ同一極性の該パルスが連続して印加
されない駆動方法であり，一走査電極選択時に、選択走
査信号が，情報信号と同期して印加されたときに該走査
電極上に明，暗の状態が形成されるとともに，次に選択
されるべき走査電極に対し該走査電極上の表示を一旦，
暗または明の一方に揃える補助動作を行う走査補助信号
が同時に印加されることを特徴とする液晶表示素子のマ
トリックス駆動方法である。

言い換えると、非選択時間内に印加される印加信号列の
中に、パルス幅の異なる成分が全く含まれず、且つ、同
じ極性のパルスが一定の時間を隔てて連続して印加され
る事の決してない様にし、また、一走査電極選択時に、
選択走査信号印加直前の次の走査電極上の全画素を一
度、暗又は明の一方へ揃える為の補助動作を行う走査補
助信号を組み入れる事で走査時間を半減するべく，走査
側とデータ側の波形を規定した事である。

（発明の詳述） 以下に、実施例に基いて、先ずパルス幅が全て同じであ
って，同じ極性のパルスが一定の時間を隔てて連続して
印加されないような印加波形の構成方法、次にデーター
信号に関係なく一走査電極選択時に、選択走査信号印加
直前の次の走査電極上の全画素を一度、暗又は明の一方
へ揃える為の補助動作を行う走査補助信号を組み込んだ
駆動波形について述べる。何れのことも前に述べた電圧
変調では困難であるからパルス変調にもとずいて印加波
形を考察する。パルス変調とはオンとオフの単位の書き
込み信号の走査側とデータ側への分割と再構成を時間軸
に沿って行なう事である。

直流成分が含まれない様の単位の書き込み信号について
は、電圧変調で用いた双極性タイプの（301）（302）の
他に（303）と（304）が考えられる。全てのマトリック
ス交差点で直流成分が含まれない様に，且つ，異なるパ
ルス幅が含まれない様に，書き込み信号を時間軸に沿っ
て分割する事は、何れの波形でも可能である。一例とし
て第４図に二つだけ載せた。第４図（Ａ）は（301）と
（302）を、第４図（Ｂ）は（303）と（304）を，それ
ぞれ分割したものである。図中の破線はその部分で分割
したことを示し、矢印はそのように移動したことを示し
ている。第４図（Ｃ）は、第４図（Ｂ）を走査信号とデ
ータ信号に改めて構成し直したものである。これらの波
形のバイアス部の全てのパルス幅が同じであるのは明ら
かである。書き込みパルスとバイアス部のそれとの比は
2:1であり、波高値は一定である（2:1パルス変調）。

その特徴は、バイアス部の全てのパルスの幅は、確かに
同じであるが、同じ極性のパルスが一定時間を隔てて、
連続して印加される部分（401）もあることである。典
型的な信号列を第４図（Ｄ）に示した。このタイプの印
加信号を先に述べたセル（ギャップが２μｍのセルに強
誘電性液晶CS1014（チッソ（株）製）を封じたもの）に
印加して応答を調べた結果が第５図である。この図（50
1）からわかる様に、同じ極性のパルスが一定時間を隔
てて印加される部分では、状態の反転が起こってしま
い、これでは書き込みが不可能である。この応答は，パ
ルス幅と波高値を変化させてみても同じであつた。また
同極性パルスの間隔を大きくしても同様であった。反転
は書き込み部分だけで起こらなければならない。この累
積効果はパルス変調駆動の一般的傾向と考えられる。

従って、パルス変調では、バイアス部のパルス幅が一定
であるだけでは全く不十分であって、同じ極性のパルス
が連続して印加されないようにしなければならない。こ
の事は次の様にすれば可能である。

（１）データ側のオン信号とオフ信号の最初のパルスの
極性が一致すること。

（２）データ側のオン信号とオフ信号の最後のパルスの
極性が一致し（１）と反対であること。

（３）書き込み部分の最後のパルスの極性が（１）と反
対であること。

上記（１）（２）は、書き込みバルス（301）と（302）
または書き込みパルス（303）と（304）の同種の書き込
み信号を用いる事では難しいことは先にのべた。そこで
書き込みパルス（301）と（304）または（302）と（30
3）と異種の組合せが候補になるが、どちらか一方で十
分である。そこで（302）と（303）の二つの信号を上記
（１）（２）を満足するようにデータ側と走査側に時間
軸上で分割した一例を第６図に示した。

二つのデータ信号が前記（１）と前記（２）の条件を満
たすことは明らかである。従って、これらの信号が非選
択時にデータ側から流入しても、同じ極性のパルスが一
定時間を隔てて連続して印加されることはない。次に、
選択時の書き込み信号部分について考える。共通の選択
信号に対しては、オンとオフは同時には書き込めない、
よって走査信号として（601）と（602）をつなげたもの
を採用すればよい。この事に対応してデータ信号もダミ
ー部分のゼロボルトの部分が追加される。

この場合の単位の信号群を一括して第７図（Ａ）に載せ
た。オンとオフを決める書き込み信号部分の最後のパル
ス（701）は，データ信号のオン（702）とオフ（703）
の最初のパルスと逆極性であって条件（３）は自動的に
満足されている。

また、走査側の非選択時に印加される信号は図のバルス
（704）以外に、単調な一定電圧（０ボルト）だけのも
のも可能である。但し、前者の第７図（Ａ）（Ｂ）に示
した方が表示可能なパルス幅と電圧の組合せの範囲が広
く、温度の変化に対する安定性などがすぐれていた。こ
の事はパルス駆動の場合には、書き込み信号部以外で
は、絶えず振動していた方が安定性が増すことを示して
いる。

走査信号、及びデータ信号の組合せは他にも可能であ
る。第６図の分割より容易に推測されるが、真に独立な
組合せは８通りであり、一例だけを第７図（Ｂ）に記載
した。これらから得られる擬似印加波形（801）を先の
同じセルに印加して応答を調べたのが第８図である。同
じ極性のパルスが一定時間を隔てて連続して印加される
ことが全くないので、この図から明らかなように、累積
効果は観測されず書き込みが可能である。

しかしながらいずれの印加波形においても休止時間は,4
単位パルスであって（非選択信号の50％）休止時間の絶
対的長さが問題であり、画像が不安定となる場合もあ
る。また、非選択時の画素に印加される信号に連続して
ゼロボルトが続くことは、画質に対して好ましくなく、
最悪の場合、表示が反転する。このタイプの印加信号を
先に述べたセルに印加して応答を調べた結果連続して、
４単位パルス時間以上ゼロボルトが続くと表示が反転す
る場合も有る。好ましくは、２単位パルス時間以下にゼ
ロボルトを押さえるのが効果があった。

より問題なのは、走査時間が長いことであり、表示にと
って致命的である。そこで本発明者は、休止部分の相対
的割合は,50％であるが絶対的長さを半減してかつ、走
査時間も半減するような走査，情報信号を先の条件
（１）、（２）、（３）を維持しながら解決した。以下
そのことについて述べる。

書き込み時間を最小にするために次の事に着目する。２
個のデーター信号の最初のパルスの極性が同じだから、
このパルスと同極性のパルス信号を走査選択信号印加直
前に挿入すれば、画素表示は、強制的に表示を一方に揃
えることができる。この処理により、書き込み信号は、
一方への反転だけで書き換え表示が可能となる。つまり
データー信号に関係なく一走査電極選択時に、選択走査
信号印加直前の次の走査電極上の全画素を一度、暗又は
明の一方へ揃える為の補助動作を行う走査補助信号を印
加してから、引き続いて走査、データー信号に対応した
状態に書き込まれる。このことを実現する単位の信号群
オン（904）とオフ（905）および拡張された走査信号
（901）（902）は第９図にしめした。走査補助信号（90
1）と走査信号（902）をつなげたものを走査信号として
採用すればよい。走査方法としては、このつなげた走査
信号を位相を半分だけずらして隣接する２本の走査線に
印加すればよい。

この場合マトリックス交差点に印加される駆動波形例を
第９図に載せた。オンとオフを決める書き込み信号部分
の最後のパルス（903）は，データ信号のオン（904）と
オフ（905）の最初のパルスと逆極性であって条件
（３）は自動的に満足されている。

この方法では走査時間が前述の方法に較べ、半減して画
質は同じである。

さらに付言すれば、この方法では電圧は必ずしも一定で
ある必要はない。書き込みが可能な限り変化させてもよ
い。特に，データ信号の電圧を液晶の応答の多様性に応
じて、オンとオフで変化をつけたり、低下させること
は、バイアス時の振幅を減らすのに効果がある。なお，
第９図のように同極性のパルスが３つ連続する場合（90
6）も有るが，表示に問題は無かった． また，該走査補助信号は，情報信号に関係なく表示を一
方へ反転できるもので，直流成分が無い物であればどの
ようなものでもよい． 誘電異方性が負の液晶に対しては、走査側の非選択時に
印加される単調な一定電圧（０ボルト）を書き込みパル
ス幅より短いパルス幅の交番電場で置き換えることも可
能である。振動が大きく抑制されコントラストが増すの
が期待される（交番電場重畳法） （発明の効果） 本発明に依れば直流成分が含まれないパルス変調の書き
込み信号として最短の走査時間を実現し、高速表示を可
能とし、電圧変調駆動では自然に存在するコントラスト
のムラや揺らぎを完全に排除できる。従って、画質が安
定し、階調表示の導入が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は、マトリックス駆動の可能性を実証する
ための印加信号列の一例を示すパルス波形図、第１図
（ロ）は、第１図（イ）のパルス波形に対応する液晶の
光透過量の変化を示すグラフ図である。 第２図は、マトリックス駆動のための単位の信号群（走
査信号とデータ信号）の説明図であり、第２図（イ）は
非選択信号が一定（０ボルト），第２図（ロ）は選択、
非選択信号とも一定でない例を示す説明図であり、第２
図（ハ）は第２図（ロ）に示されるデータ信号から予想
されるバイアス部分の一例を示す説明図である。 第３図（イ）（ロ）は、スイッチングを起こすための最
小のパルス数で直流成分を含まない書き込み部分の構成
例であって、いずれも極性の反転について入れ換わる例
を示すパルス波形図である。 第４図（Ａ）（Ｂ）は第３図の書き込み信号部分を、走
査側とデータ側へ分割した例を示す説明図であり、第４
図（Ｃ）は第４図（Ｂ）のパルス波形をマトリックス駆
動のための、走査信号とデータ信号に再構成した例を示
す説明図であり、第４図（Ｄ）は第４図（Ｃ）のデータ
信号から予想されるバイアス部を示し、同じ極性のパル
スが連続して印加される部分を示す説明図である。 第５図（イ）は、同じ極性のパルスが連続して印加され
る部分の信号列を示すパルス波形図であり、第５図
（ロ）は、それに対応する液晶の光透過量の変化を示す
説明図である。 第６図は対称性の異なる書き込み信号パルス（303）（3
02）を走査側とデータ側へ分割する方法の説明図であ
る。 第７図（Ａ）（Ｂ）は、パルス変調によるマトリックス
駆動のために、再構成された走査信号とデータ信号、及
び合成波形の一例を示す説明図である。 第８図（イ）は、パルス変調駆動波形の一例を示すパル
ス波形図であり、第８図（ロ）は、それに対応する液晶
の光透過量の変化を示すグラフ図である。 第９図（イ）から（リ）までは、本発明のパルス変調に
よるマトリックス駆動のために、再構成された走査補助
信号を含む走査信号とデータ信号、及び合成波形の一例
を示す説明図である。 （101）……書き込みパルス（オン） （102）……書き込みパルス（オフ） （103）……バイアス信号部分 （104）……液晶の光透過スペクトル（オン） （105）……液晶の光透過スペクトル（オフ） （106）（107）……双安定状態 （200）……バイアス信号部分 （201）……パルス幅の広い部分 （301）（302）……双極性タイプのオンとオフの書き込
みパルス （303）（304）……双極性タイプを反転してつなげたタ
イプの書き込みパルス（401）……同じ極性のパルスが
一定時間後に連続して印加される部分 （501）……状態の反転が起こった印加信号部分 （601）……303からの走査波形への寄与 （602）……302からの走査波形への寄与 （700）……書き込みパルスの最後のパルス （701）（702）……パルス変調に於けるオンとオフの書
き込み信号 （701）……選択時の合成信号 （702）（703）……非選択時の合成信号 （704）……先頭に双極性パルスを含む非選択走査信号 （801）……パルス変調の擬似印加波形

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−286819（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−123825（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−48529（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに対向した面の一方に走査電極群と他
   方に信号電極群を設置した一対の透明電極基板間に強誘
   電性液晶を挟持してなる液晶素子を線順次走査によって
   駆動するマトリックス駆動方法に於いて、選択時に各画
   素に印加される駆動電圧パルスの極性を変える事により
   明、暗の選択を行い、かつパルス巾によって選択、非選
   択の区別を行う駆動方法であって、非選択時には，選択
   時に印加されるパルスの時間幅より小なるパルスが印加
   され，かつ同一極性の該パルスが連続して印加されない
   駆動方法であり，一走査電極選択時に、選択走査信号
   が，情報信号と同期して印加されたときに該走査電極上
   に明，暗の状態が形成されるとともに，次に選択される
   べき走査電極に対し該走査電極上の表示を一旦、暗また
   は明の一方に揃える補助動作を行う走査補助信号が同時
   に印加されることを特徴とする液晶表示素子のマトリッ
   クス駆動方法。