JPH07122707B2

JPH07122707B2 - 光学変調素子の駆動方法

Info

Publication number: JPH07122707B2
Application number: JP13274686A
Authority: JP
Inventors: 光俊久野; 正彦江成; 寿進藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-06-10
Filing date: 1986-06-10
Publication date: 1995-12-25
Anticipated expiration: 2010-12-25
Also published as: JPS62289817A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、表示装置のための光学変調素子、特に画素内
に部分的に形成された反転領域を用いて中間調の表示を
行なう光学変調素子の駆動方法に関する。

［従来の技術］ツイスティッドネマティック（TN）液晶を用いた液晶表
示装置には、パッシブマトリクス駆動方式の表示パネル
とアクティブマトリクス駆動方式を用いたものが知られ
ている。

アクティブマトリクス駆動方式の液晶テレビジョンパネ
ルでは、薄膜トランジスタ（TFT）を画素毎にマトリク
ス配置し、TFTにゲートオンパルスを印加してソースと
ドレイン間を導通状態とし、このとき映像画像信号がソ
ースから印加され、キャパシタに蓄積され、この蓄積さ
れた画像信号に対応してTN液晶が駆動し、同時に映像信
号の電圧を変調することによって階調表示が行なわれて
いる。

この様な階調表示方法は、輝度階調とよばれるもので、
この場合の中間調表示は画素全体の光透過率を制御する
ものである。

［発明が解決しようとする技術課題］しかし、このようなTN液晶を用いたアクティブマトリク
ス駆動方式のテレビジョンパネルでは光透過率が印加電
界に完全に依存するため、印加電界が変動すると中間調
状態も変動してしまう。

また、視野角が狭いために中間調状態の見え方が、見る
位置により変化してしまう。

あるいは、低い製造コストで製造できるものとしてのパ
ッシブマトリクス駆動方式の表示パネルでは走査線
（Ｎ）が増大するに従って、１画面（１フレーム）を走
査する間に一つの選択点に有効な電界が印加されている
時間（デューティー比）が1/Nの割合で減少し、このた
めクロストークが発生する。しかも高コントラストの画
像とならないという解決すべき技術課題を有している
上、デューティー比が低くなると各画素の階調を電圧変
調により制御することが難しくなるなど、高密度配線数
の表示パネル、特に液晶テレビジョンパネルに最適とは
いえないものであった。

［課題を解決するための手段］本発明の目的は、前述の課題を解決するもので、詳しく
は広い面積にわたって高密度画素を持つ表示パネルを簡
易に作成し、また階調表示をするに適した光学変調素子
の駆動方法を提供することにある。

即ち、本発明は、第１電送ラインが所定の間隙をおいて
多数配列され該第１電送ラインの間隙にそれぞれ該電送
ラインより高抵抗の導電膜が設けられた第１基板と、第
２電送ラインが該第１電送ラインと交差するように所定
の間隙において多数配列され該第２電送ラインの間隙に
それぞれ該第２電送ラインより高抵抗の導電膜が設けら
れた第２基板と、該第１及び第２基板間に配された光学
変調物質と、を備え、多数の画素を有する光学変調素子
の駆動方法であって、３本の第１電送ラインのうち１本に階調情報に応じた電
圧を該１本の第１電送ラインの両側の２本に基準電圧を
与えると同時に、３本の第２電送ラインのうち１本に階
調情報に応じた電圧を該１本の第２電送ラインの両側の
２本に基準電圧を与えることによって、該階調情報に応じた電圧が与えられる該第１及び第２電
送ラインの交点の印加電界強度を最大として、該３本の
第１電送ライン及び該３本の第２電送ラインにより規定
される画素を構成する該導電膜の対向部分間に電位差勾
配を生じせしめ、該画素の光学状態を定める駆動工程を
含み、該駆動工程を各画素毎に点順次で行うことを特徴とする
光学変調素子の駆動方法を提供するものである。

［作用］本発明によれば、第１の電送ラインと第２の電送ライン
の交点に最大印加電界強度を与えると共に、当該第１電
送ライン及び第２電送ラインにより規定される画素を構
成する導電膜の対向部分間に電位差勾配を生じせしめる
ことにより、光学変調物質の反転領域の中間を制御でき
ると共に、電位差勾配を用いて階調表示を行うことがで
きる。これにより、反転領域の成長を上下左右均等にし
て、高密度、高画質の画像を電位差勾配法によって表示
できる。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面と共に詳細に説明する。

第１図は、本発明に使用される光学変調素子の一実施例
を示す斜視図である。第１図において、１は一方の基板
で、２はその基板１上に積層されている表示導電膜であ
る。３は低抵抗の金属フィルムから成る電送電極で、前
記表示導電膜２上に等間隔で平行に並んで積層されてい
る。又、基板１に対しては、別な基板４が対向してい
て、その対向基板４に対向導電膜５が積層され、更にそ
の対向導電膜５上に、別な電送電極６が電送電極３と同
種の材料で、等間隔で平行なストライプ状に並んでい
る。２つの電送電極の交差部分に画素領域Ａが形成され
ている。表示導電膜２と対向導電膜５との間には、前記
光学変調物質がサンドイッチされている。

上記のように構成された液晶光学素子では、電送電極３
に印加された信号電圧により表示用導電膜２の面内に電
位勾配を付与することによって、対向電極６との間の電
界に電位差勾配を生じさせる。この際、電送電極3a及び
3cを基準電位点V_E（例えば０ボルト）に接続し、別な電
送電極3bに所定の信号電圧V_aを印加すると、第２図
（ａ）に示すように、電送電極3a及び3b間、3b及び3c間
の導電膜２の面内の長さ方向L₁とL₂にV_aの電位勾配を付
与することができる。又、同様に対向基板４上に設けら
れた電送電極６についても、印加された信号電圧により
対向導電膜５の面内で電位勾配を付与することによっ
て、電送電極３との間の電界に電位差勾配を生じさせ
る。この際、電送電極6a及び6cを基準点V_E（例えば０ボ
ルト）に接続して、電送電極6bにV_aと同じ電位をもつ信
号電圧V_bを印加すると、第２図（ｂ）に示すように電送
電極6a及び6b又は6b及び6c間の導電膜５の面内の長さ方
向L₁とL₂にV_bの電位勾配を付与することができる。この
とき、電圧V_a及びV_bのいずれもが強誘電液晶の反転閾値
電圧V_thの1/2となる電位よりも高い電位をもっている
と、強誘電性液晶にかかる信号電圧としては、第２図
（ｃ）に示すように、V_aとV_bとがそれぞれ極性の違った
電位として印加されることになり、電圧の絶対値として
は、V_a＋V_bの電位が液晶に印加される。この際、V_a＋V_b
の電位がV_th以上になると、導電膜２及び対向導電膜５
の面内の長さ方向M₁,M₂及びm₁,m₂に対応する強誘電性液
晶に反転閾値電圧V_th以上の電位差V_a′＋V_b′が印加さ
れることになり、かかるM₁,M₂及びm₁,m₂に対応した領域
が例えは明状態から暗状態に反転することができる。従
って、本発明では、画素毎に階調に応じた値をV_aとV_bに
同一電圧を印加することにより階調性を表現することが
できる。この際、電送電極３と対向電極６に印加する電
圧信号V_a,V_bを階調情報に応じてその電圧値を変調させ
てもよく、又は階調情報に応じてそのパルス幅を変調さ
せてもよく、もしくはそのパルス数を変調することによ
っても階調性を制御することができる。

また、階調信号を印加するに先立って、画素を明状態か
暗状態のいずれか一方の状態にする消去ステップを経て
のち、その状態を反転させる反転電圧が階調に応じて制
御されて、強誘電性液晶に印加されるようにしておくこ
とが必要である。

さらに、本発明の好ましい具体例を挙げて説明する。

第１図におけるガラス基板１上に、スパッタリング法に
よって、約200Åの厚さのSnO₂膜の透明導電膜を形成
し、表示用導電膜２とした。このSnO₂膜のシート抵抗は
10⁵Ω／口であった。次に、1000Å厚でAlを前記SnO₂膜
上に真空蒸着し、再びパターニングすることにより第１
図の如く電送電極３を複数本形成した。本実施例では、
電送電極３の間隔を230μとした。この電送電極３のシ
ート抵抗は約0.4Ω／口であり、その幅を約20μとし
た。一方、対向基板４についても、前記と同様な手法及
び材料を用いて対向導電膜５及び対向電極６を形成し、
両方の基板に全く同じ構成を備えさせ、かつ基板１の電
送電極３と対向基板４の対向電極６とは互いに交差して
対向配置させる。

このようにして作成された２つの基板のそれぞれの表面
に、液晶配向膜として約500Åのポリビニルアルコール
層を形成し、ラビング処理を施した。

次に、２つの基板の間隙が約１μとなるように調節し、
強誘電性液晶（ｐ−η−オクチルオキシ安息香酸−ｐ′
−（２−メチルブチルオキシ）フェニルエステルとｐ−
η−ノニルオキシ安息香酸−ｐ′−（２−メチルブチル
オキシ）フェニルエステルを主成分とした液晶組成物）
を注入した。電送電極３と対向電極６とが重なる部分画
素Ａの形状は230μ×230μであって、液晶注入後の静電
容量は約3PFであった。但し、画素Ａの幅はL₁/2＋L₂/2
とした。そして、このように形成した液晶セルの両側
に、偏光板をクロスニコルに配設し、光学特性を観察し
た。

第３図は、第１図のａ−ａ′面における断面図であっ
て、電気信号の印加方法を模式的に示した図であり、基
板１上に表示用導電膜２が形成され、更にその上に電送
電極３が配置されていて、対向基板４に対向導電膜５が
形成され、更にその上に前記電送電極３と交差させて対
向電極６が配置され、２つの基板間に強誘電性液晶31を
有している。対向電極６は第１の駆動回路32に接続さ
れ、電送電極３は第２の駆動回路33に接続されている。
第４図は第３図の駆動回路32で発生するシグナル（ａ）
の波形を表し、第５図は第３図の駆動回路33で発生する
シグナル（ｂ）の波形を表わしている。

さて、シグナル（ａ）として対向電極6a,6b,6c等に−12
V,200μsecパルス、シグナル（ｂ）として電送電極3,3
a,3b 3cに8V,200μsecパルスを予め同期して（これを消
去パルスと呼ぶ）与える消去ステップを設けると、液晶
は第１の安定状態にスイッチングされて、例えば画素Ａ
全体が明状態となる（このようにクロス偏光板を配置し
た）。尚、ここで使用する液晶の反転閾値を説明の便宜
上±15〜±16Vとする。この状態より、第４図（ａ）〜
（ｅ）に示されるような種々のパルスをシグナル（ｂ）
として対向電極6bに印加する。このとき、印加された対
向電極6bに隣接する対向電極6a及び6cは基準電位点V
_E（例えば０ボルト）に接続される。又、対向電極6bに
印加した第４図の種々のパルスに同期させて電送電極3b
に第５図（ａ）〜（ｅ）に示される種々のパルスをシグ
ナル（ｂ）として印加する。このときも印加された電送
電極3bに隣接する電送電極3a及び3cは、基準電位点V
_E（例えば０ボルト）に接続される。このような状態に
おける画素Ａの光学的状態を第６図に示す。

パルス印加電圧を第４図（ａ）に対応するV_b電位として
−2Vと、そのV_bの電位と対応して対向する電送電極3bに
印加される電圧として第５図（ａ）に対応するV_aの電位
＋2Vと、同様に、第４図（ｂ）に対応する−5Vと、第５
図（ｂ）に対応する＋5Vとでは、液晶の反転閾値電圧を
越えないため明状態61から全く変化が生じない。しか
し、第４図（ｃ）に対応する−8Vと第５図（ｃ）に対応
する＋8Vとでは、電送電極3bと対向電極6bとが直交して
いる交点部分の近傍における液晶が暗状態62へスイッチ
ングされる。

更に、印加電圧を第４図（ｄ）に示す−14V及び第５図
（ｄ）に対応する＋14Vとした場合には、暗状態62の領
域は第６図（ｃ）に示すように広くなり、印加電圧を第
４図（ｅ）に示す−20Vと第５図（ｅ）に対応する＋20V
とでは、第６図（ｄ）に示すように、画面Ａ全体が暗状
態62へスイッチングされる。このようにして、階調信号
に応じた電圧を電送電極とその対向電極に同一電圧とし
て印加することにより、階調性のある画像を形性でき
る。

本発明における強誘電液晶素子の階調表示方法は、電送
電極とその対向電極に階調信号に応じた電圧をそれぞれ
印加し、それぞれの電極が直交している交点部分よりス
イッチングが開始される。従って、１画素における液晶
のスイッチング領域の変化は、第６図（ａ）〜（ｄ）に
示されるように、電極の交点より正４辺形状に液晶の明
から暗への状態変化として見られる。このような液晶の
配向の変化は、階調性のある画像表示を行う場合に、一
般的に新聞等の写真表示に用いられている網点印刷によ
る階調表示方法と同様な効果を得るものである。従っ
て、例えば第７図に示す従来の駆動方法のように、基板
１に対する対向基板４（不図示）上に、例えばITO膜に
よる導電膜を対向電極６としてストライプ状に形成し、
この対向電極６に走査電圧として任意の一定電圧を印加
し、対向する電送電極3bに階調信号に応じた電圧とし
て、第４図（ａ）〜（ｅ）もしくは第５図（ａ）〜
（ｅ）に示された電圧を印加して階調表示を行う場合
に、これらの駆動による明から暗へのスイッチングの液
晶領域の変化状態は、第８図（ａ）〜（ｄ）に示すよう
に、電送電極3bの近傍より暗状態82が長方形状の配向と
して変化して行くことがわかる。これら液晶の配向変化
により階調性を有する画像表示を形成する場合、１画素
における配向状態は電送電極に沿った長方形状のため、
画像全体としてみると、１画素内における液晶配向の長
手方向、即ち第８図（ｄ）におけるＬ方向の周波数成分
を多くもった画像になってしまう。従って、例えば高密
度、高画質を望む液晶表示を行う場合には、前記従来の
駆動方法は最適とはいえず、本発明は、これら従来の駆
動方法に対して、高速書き込みにより階調表示における
画質の向上がはかられ、網点印刷による画質の向上効果
と同様に高密度、高画質に対応できることになる。

尚、第３図に示した本実施例の液晶31は、強誘電性液晶
であって、更に好ましくは双安定状態下のカイラルスメ
クチック液晶である。

また、電送電極３及び対向電極６としては、アルミニウ
ム（Al）の他に、金、銀、銅、クロムなどの金属を使用
することができ、好ましくはそのシート抵抗を10²Ω／
口以下とする。更に又、電位勾配が付与される導電膜２
及び対向導電膜５としては10KΩ／口〜1MΩ／口のシー
ト抵抗を有する透明導電膜を用いることができる。

第９図は、本発明による階調表示の駆動方法の一例を具
体的に示す構成図で、図中91は光学変調素子を用いた液
晶表示パネル、92は情報側駆動回路、93は走査側駆動回
路、I₁,I₂,I₃，…I_Nは情報線、S₁,S₂,S₃，…S_Nは走査線
である。また94は情報側駆動回路92において情報線I₁,I
₂,I₃，…I_Nの信号ラインを順次選択する情報側デコード
回路であり、95は走査側駆動回路93において走査線S₁,S
₂,S₃，…S_Nの信号ラインを順次選択する走査側デコード
回路である。端子Ａは情報入力であり、端子Ｂは情報側
デコード回路94を制御する制御入力で、例えばパルスの
立ち上がりにより情報側デコード回路94がデコード機能
を生じ、また端子Ｃは走査側デコード回路95を制御する
制御入力で、例えばパルスの立ち上がりにより走査側デ
コード回路95がデコード機能を生じる。

情報側駆動回路92と走査側駆動回路93とはそれぞれのデ
コード回路94及び95から選択されていない場合の信号線
については常に基準電位点V_E（例えば０ボルト）に保た
れている。

ここで、第９図の端子Ａにより情報信号を取り込み、表
示パネル91に表示する場合、情報信号Ａは情報側及び走
査側の双方に同一電圧が入力されているので、第10図に
示すように、１走査時間に対応する情報信号1,2,3,…Ｎ
は情報側信号線I₁,I₂,I₃，…I_Nに対応している。情報側
デコード回路94に入力する制御入力Ｂのパルスは、各情
報信号が変化するのに同期して入力され、従って、制御
入力パルスＶの立ち上がりによる情報側デコード回路94
のデコード機能としては、情報信号１のときのＢのパル
スによる立ち上がりで情報側駆動回路92のI₁の情報線が
選択され、情報信号１の情報内容が情報線I₁へ出力され
る。同様に、情報信号２はI₂へ出力され、情報信号３は
I₃へ出力され、情報信号ＮはI_Nへと、１走査線分の情報
信号1,2,3,…Ｎは情報側デコード回路94によって対応し
た情報側信号線I₁,I₂,I₃，…I_Nに出力される。

上記情報側駆動に対して、走査側駆動では、走査側デコ
ード回路95に入力される制御入力Ｃは、１走査時間に対
して１回のデコード機能が行われ、これにより制御入力
は走査線S₁,S₂,S₃，…S_Nのうち１走査線のみが選択され
て、情報信号Ｃは表示パネル１にリアルタイムに表示さ
れる。

第11図は、上記の駆動方法による表示パネル１の表示状
態を示す図で、走査線は第９図における走査側デコード
回路95により走査線S₂が選択され、それ以外の走査線は
基準電位V_E（例えば０ボルト）に接続され、情報線は第
10図におけるパルスＢのタイミングで順次、情報側信号
線I₁,I₂,I₃，…I_Nに選択され、選択されていない情報側
信号線は基準電位点V_E（例えば０ボルト）に接続され
る。情報信号は、情報側、走査側とも階調信号に応じた
信号電圧が逐次入力され、I₂とS₂との交点においては情
報側に「ａ」、走査側に同一値の「ａ′」が出力され、
I₃とS₂との交点においては情報側に「ｂ」、走査側に同
一値の「ｂ′」が出力され、I₄とS₂との交点においては
情報側に「ｃ」、走査側に同一値の「ｃ′」がそれぞれ
情報信号電圧として出力される。そして、それらの情報
側、走査側に出力される情報信号電圧の和が、液晶の閾
値電圧V_th（情報側、走査側各々V_th/2以上の電圧）を越
えた領域a,b,cが反転されている。これらの液晶の駆動
方法により１画素に書き込まれる情報信号は、情報側、
走査側ともに、階調信号に応じた情報電圧として印加さ
れ、点順次操作によって液晶表示パネルに階調表示画像
を形成することができた。

上記実施例の駆動方法は白黒階調表示の他に、カラーフ
ィルタを用いることで、カラー階調表示及びカラー２値
表示にも応用できる。又、単なる２値表示としても可能
で、２値表示の場合の駆動回路としては例えばフリップ
フロップ型のシフトレジスタ等が用いられ、階調表示の
場合、第12図に示すようにサンプル＆ホールド型のアナ
ログメモリが使用される。

このように、本発明では、情報側及び走査側に階調信号
に応じた情報信号を入力し、点順次駆動を行うことによ
り、電位勾配を用いて階調表示を可能とした。

尚、光学変調素子については、最も好ましい例として強
誘電性液晶、特に少なくとも２つの安定状態をもつ強誘
電性液晶における場合を説明したが、本発明はそれに限
定されるものではなく、その他の光学変調素子としてツ
イストネマティック液晶、ゲストホスト液晶等にも適用
できる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、情報側電極及び
操作側電極に階調信号に対応する情報信号を同時入力
し、点順次駆動で液晶表示パネルに情報をリアルタイム
で書き込むことにより、階調表示における画質を著しく
向上させ、広い面積にわたる高密度な表示を得られる光
学変調素子の駆動方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第７図は本発明の駆動方法を実施する光学変
調素子の基本的な構造の斜視図、第２図その電位勾配
図、第３図、第９図、第12図は配線図、第４図、第５
図、第10図は電圧波形図、第６図、第８図、第11図は画
素の状態図、第13図及び第14図は強誘電性液晶の配向模
式図である。 1:基板、2:導電膜、3:電送電極、4:対向基板、5:対向導
電膜、6:対向電極、91:表示パネル、92,93:駆動回路、9
4:制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−201217（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−20851（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−122098（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１電送ラインが所定の間隙をおいて多数
配列され該第１電送ラインの間隙にそれぞれ該電送ライ
ンより高抵抗の導電膜が設けられた第１基板と、第２電
送ラインが該第１電送ラインと交差するように所定の間
隙をおいて多数配列され該第２電送ラインの間隙にそれ
ぞれ該第２電送ラインより高抵抗の導電膜が設けられた
第２基板と、該第１及び第２基板間に配された光学変調
物質と、を備え、多数の画素を有する光学変調素子の駆
動方法であって、３本の第１電送ラインのうち１本に階調情報に応じた電
圧を該１本の第１電送ラインの両側の２本に基準電圧を
与えると同時に、３本の第２電送ラインのうち１本に階
調情報に応じた電圧を該１本の第２電送ラインの両側の
２本に基準電圧を与えることによって、該階調情報に応じた電圧が与えられる該第１及び第２電
送ラインの交点の印加電界強度を最大として、該３本の
第１電送ライン及び該３本の第２電送ラインにより規定
される画素を構成する該導電膜の対向部分間に電位差勾
配を生じせしめ、該画素の光学状態を定める駆動工程を
含み、該駆動工程を各画素毎に点順次で行うことを特徴とする
光学変調素子の駆動方法。