JPH08137438A

JPH08137438A - 光学変調素子の駆動方法

Info

Publication number: JPH08137438A
Application number: JP27101394A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Noguchi; 幸宏野口
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】 τ−Ｖmin 特性を有する強誘電性液晶を用い
た光学変調素子の駆動において、駆動電圧の低下を図る
とともに、消費電力の増加を抑制する。【構成】選択画素の情報電極に対し、書込み／消去パ
ルスの直前のタイミングにおいて、液晶の駆動電圧が書
込み／消去パルスと同極性となる選択情報パルスを印加
する。また、非選択画素の情報電極に対しては、選択情
報パルスと逆極性を有し、かつパルス振幅が選択情報パ
ルスのパルス振幅より大きい非選択情報パルスを印加す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電界の方向に応じてコ
ントラストを識別することができる光学変調素子の駆動
方法に関し、特に、少なくとも２つの安定状態を示す強
誘電性液晶を用いた光学変調素子の改良された駆動方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶材料の一つとして、強誘電性液晶が
知られている。この強誘電性液晶は、一般に特定の温度
領域においてカイラルスメクティックＣ相（ＳｍＣ^*）
またはＨ相（ＳｍＨ^*）を有するものである。そして、
この状態において、電界が印加された場合には、その電
界に応じて第１の光学的安定状態と第２の光学的安定状
態のいずれかをとり、また電界が印加されていない場合
には、その状態を維持する性質、すなわち双安定性を有
している。しかも、電界の変化に対する応答も迅速であ
るため、その応答性の良さ及び情報の記憶性に着目し
て、表示装置などの分野において広い利用が期待されて
いる。

【０００３】例えば、強誘電性液晶分子の屈折率異方性
を利用して、偏光素子との組合せにより、透過光線を制
御する型の表示素子がクラーク（Clark ）及びラガーウ
ォル（Lagaerwall) により提案されている（特開昭５６
−１０７２１６号公報、米国特許第４３６７９２４
号）。

【０００４】また、この強誘電性液晶素子の一対の基板
の内側に、それぞれストライプ状電極を設け、このスト
ライプ状電極が互いに直交するように配線したマトリッ
クス表示装置の構造及びその駆動方法が、特開昭５９−
１９３４２６号公報、特開昭５９−１９３４２７号公
報、特開昭６０−１５６０４６号公報あるいは特開昭６
０−１５６０４７号公報などに開示されている。

【０００５】ところで、一般的な強誘電性液晶材料で
は、液晶に印加する電圧を高くしていくと、液晶の応答
時間は単調に小さくなる特性を有しているが、誘電異方
性が負で、自発分極があまり大きくない強誘電性液晶材
料ではτ−Ｖmin モードと呼ぶ特性を有するものがあ
る。この特性は、例えば図１０に示すように、液晶に印
加する電圧（Ｖ）を高くしていくと、応答時間τに極小
値が表れるような特性をいう。このような特性を有する
液晶材料は、低粘性で大きな負の誘電異方性を有する非
キラルのベース液晶に、高い自発分極をもつキラル化合
物を少量添加して作製される。このような強誘電性液晶
は、高速書込み速度、高コントラスト及び広い動作温度
範囲などの優れた特徴を有している。

【０００６】このような強誘電性液晶材料のτ−Ｖmin
モードを利用したマトリックス駆動方法としては、JORE
S/Alvey 法[Surguy et. al. Ferroelectrics, 122 (199
1) 63]やMalveln 法[Hughes et. al. Liquid Crystals,
13 (1993) 597] などがある。ここで、これらの駆動方
法を説明する。図８は、これらの駆動方法が適用される
マトリックス表示装置の主に走査電極及び情報電極構造
を模式的に示した平面構造図である。また、図９は、図
８に示す走査電極群及び情報電極群に印加される各信号
の波形を示す図である。説明の便宜上、図８に示すマト
リックス表示装置の２つの画素Ａ，Ｂの選択／非選択動
作を例に説明する。ここで、画素Ａが選択された画素で
あり、画素Ｂが非選択画素である。今、走査電極群４の
中から走査電極４Ｓが選択されたとすると、この走査電
極４Ｓには、図９（ａ）に示す走査信号Ｓが印加され
る。また、情報電極３Ｓには図９（ｂ）に示す情報信号
Ｉ_3Sが印加され、情報電極３Ｎには、図９（ｃ）に示す
情報信号Ｉ_3Nが印加される。走査信号Ｓは、書込みパル
スあるいは消去パルスを有し、書込みパルスと消去パル
スは、各々電圧Ｖｓ，−Ｖｓ、パルス幅Δｔのパルスか
ら構成されている。また、情報信号Ｉ_3S，Ｉ_3Nは、各々
±Ｖｄの振幅を有するパルスから構成される。

【０００７】今、走査電極４Ｓが選択された場合、走査
電極４Ｓには走査信号Ｓが印加され、情報電極３Ｓ，３
Ｎには、情報信号Ｉ_3S，Ｉ_3Nがそれぞれ印加される。こ
のため、画素Ａには、図９（ｄ）に示すような駆動信号
（Ｓ−Ｉ_3S）が印加され、消去期間内の期間ｔ_bには、
実効電圧の絶対値がＶｓ＋Ｖｄとなり、書込み期間内の
期間ｔ_Sには実効電圧の絶対値がＶｓ−Ｖｄとなる。こ
れらの状態を液晶のτ−Ｖ特性を示す図１０を参照して
説明する。実効電圧の印加時間（パルス幅）がΔｔ、電
圧の絶対値が（Ｖｓ＋Ｖｄ）の点は、図１０中のＰ_N点
に該当する。Ｐ _N点は、τ−Ｖ特性曲線１０１より下の
領域にあり、液晶が駆動されるのに必要な電圧及び印加
時間を満たしていない。従って、期間ｔ_bには画素Ａの
液晶は駆動せず、パルス印加前の表示状態、例えば
「黒」の表示状態（第１の安定状態）を維持する。ま
た、期間ｔ_sに印加される実効電圧の絶対値（Ｖｓ−Ｖ
ｄ）の点は、図１０中のＰ_S点に相当し、この場合、液
晶のτ−Ｖ特性曲線１０１より上の領域に位置してい
る。このため、画素Ａの液晶は動作し、画素Ａは正電界
に対応する第２の安定状態、例えば「白」の表示状態に
なる。従って、画素Ａは、このフレーム期間は「白」の
表示状態になる。

【０００８】また、画素Ｂには、図９（ｅ）に示すよう
な駆動信号（Ｓ−Ｉ_3N）が印加され、期間ｔ_b，ｔ_Sの
実効電圧の絶対値に従って同様の動作を行う。すなわ
ち、画素Ｂは「黒」の表示状態となる。

【０００９】このように、従来のτ−Ｖmin モードを利
用したマトリックス駆動方法では、画素の選択／非選択
に係わらず、振幅が一定な情報電圧パルスＩ_3S，Ｉ
_3Nと、一方極性あるいは他方の極性の走査信号Ｓとを同
時に印加し、各画素に印加される実効電圧（Ｓ−
Ｉ_3S），（Ｓ−Ｉ_3N）によって液晶が動作するか否かに
より各画素の選択／非選択を決定している。すなわち、
画素選択時には、その画素にτ−Ｖ特性曲線１０１の上
側の領域となる実効電圧を印加し、また画素の非選択時
には、τ−Ｖ特性曲線１０１の下の領域となる実効電圧
を印加するように走査信号Ｓ及び情報信号Ｉ_3S，Ｉ_3Nの
値を定めている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなτ−Ｖmi
n モードの強誘電性液晶を利用したマトリックス表示装
置の駆動方法では、図１０に示すようにτ−Ｖ特性曲線
１０１の極小値近傍の電圧範囲を使用して液晶の駆動を
行っている。このような電圧範囲は、τ−Ｖ特性が単調
変化を示す一般的な強誘電性液晶を用いた表示装置の駆
動電圧に比べ、高電圧となっている。このため、液晶駆
動のための高電圧電源が必要となることが問題となっ
た。

【００１１】本発明の目的は、低電圧での駆動が可能な
光学変調素子の駆動方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による光学変調素
子の駆動方法は、走査電極群と情報電極群とが相互に交
差した画素領域に強誘電性液晶を配置し、画素領域に対
して走査電極及び情報電極から印加される実効電圧の電
界方向に応じて強誘電性液晶の第１の安定状態と第２の
安定状態を切り換えることによってコントラストを識別
するための方法である。画素領域に配置される強誘電性
液晶は、印加される実効電圧と、この実効電圧に応答し
て駆動する応答時間との間の相関関係を示す応答時間対
実効電圧特性において、実効電圧が同極性で変化する場
合を示す第１特性曲線と、異なる極性で変化する場合を
示す第２特性曲線とで示される関係を有している。そし
て、選択された走査電極に与えられる走査信号と、情報
電極に与えられる選択情報信号は、選択された走査電極
と、情報電極の交差部にある選択画素の実効電圧が、強
誘電性液晶の第１の特性曲線を超える応答領域に含まれ
る電圧となるように与えられる。また、選択された走査
電極に与えられる走査信号と、情報電極に与えられる非
選択情報信号は、選択された走査電極と情報電極の交差
部にある非選択画素の実効電圧が、強誘電性液晶の第１
特性曲線と第２特性曲線とに挟まれた領域に含まれる電
圧となるように与えられるものである。

【００１３】本発明の限定された局面に従う光学変調素
子の駆動方法においては、選択された走査電極に印加す
る走査信号として、一方極性の書込みパルス及び他方極
性の消去パルスを含む走査信号を印加する。また、情報
電極に印加する非選択情報信号として、走査信号の書込
みパルス及び消去パルスの各々の直前のタイミングにお
ける非選択画素の実効電圧の極性が、書込みパルス及び
消去パルスの各々の極性と逆極性となる非選択情報パル
スを印加する。さらに、情報電極に印加する選択情報信
号として、書込みパルス及び消去パルスの各々の直前の
タイミングにおける選択画素の実効電圧の極性が、書込
みパルス及び消去パルスの各々の極性と同極性となる選
択情報パルスを印加することを特徴とする。

【００１４】本発明の限定された局面に従う光学変調素
子の駆動方法においては、選択画素に印加される書込み
パルス及び消去パルスの各々の直前のタイミングにおけ
る選択画素の実効電圧の絶対値は、非選択画素に印加さ
れる書込みパルス及び消去パルスの各々の直前のタイミ
ングにおける非選択画素の実効電圧の絶対値よりも小さ
くなるように、情報電極に各々選択情報信号及び非選択
情報信号が与えられる。

【００１５】さらに、本発明の限定された局面に従う光
学変調素子の駆動方法においては、情報電極に印加され
る選択情報パルスは、情報電極に印加される非選択情報
パルスに対し、パルス振幅が小さく設定されていること
を特徴とする。

【００１６】また、本発明の他の局面に従う光学変調素
子の駆動方法においては、選択された走査電極に印加す
る走査信号として、一方極性の書込みパルス及び他方極
性の消去パルスを含む信号を印加する。また、情報電極
に印加する選択情報信号として、正極性のパルスの振幅
を負極性のパルスの振幅より大きく設定した繰り返しパ
ルスを、走査電極に印加される書込みパルス及び消去パ
ルスの各々の直前のタイミングにおける選択画素の実効
電圧の極性が書込みパルス及び消去パルスの各々の極性
と同極性となるようなタイミングで印加する。さらに、
情報電極に印加する非選択情報信号として、正極性のパ
ルスの振幅を負極性のパルスの振幅より大きく設定した
繰り返しパルスを、走査電極に印加される書込みパルス
及び消去パルスの各々の直前のタイミングにおける非選
択画素の実効電圧の極性が書込みパルス及び消去パルス
の各々の極性と逆極性となるようなタイミングで印加す
ることを特徴とする。

【００１７】さらに、本発明の限定された局面に従う光
学変調素子の駆動方法において、選択された走査電極に
印加される消去パルスのパルス幅は、書込みパルスのパ
ルス幅の２倍以上に設定されている。

【００１８】さらに、本発明のより限定された局面に従
う光学変調素子の駆動方法において、選択された走査電
極に書込みパルスを印加する場合には、消去パルスを印
加し、電圧０期間を経た後、書込みパルスを印加するこ
とを特徴とする。

【００１９】さらに、本発明のより限定された局面に従
う光学変調素子の駆動方法において、強誘電性液晶とし
てカイラルスメクティック液晶が用いられる。さらに、
本発明のより限定された局面に従う光学変調素子の駆動
方法において、カイラルスメクティック液晶の膜厚は、
無電界時にカイラルスメクティック液晶が固有する螺旋
構造を消失させる薄さに設定されている。

【００２０】さらに、本発明のより限定された局面に従
う光学変調素子の駆動方法において、強誘電性液晶とし
て負の誘電異方性を有するカイラルスメクティック液晶
が用いられる。

【００２１】

【作用】本発明の光学変調素子の駆動方法においては、
τ−Ｖmin 特性を有する強誘電性液晶において、実効電
圧の極性及び情報信号のパルス振幅に依存してτ−Ｖmi
n 特性が変化することを見出し、その特性を利用するこ
とを特徴としている。ここで、その特性について説明す
る。図６は、強誘電性液晶に印加される実効電圧Ｖと液
晶の応答時間τとの関係を示すものである。走査信号の
書込みパルスあるいは消去パルスの直前のタイミングに
相当する実効電圧の極性が書込みパルスあるいは消去パ
ルスの極性と同一極性の場合、τ−Ｖ特性は曲線９１
（第１特性曲線）のようになり、逆極性の場合には、曲
線９２（第２特性曲線）に示すように低電圧側に極小値
を持ち、アップターンが急峻な特性を示す。従って、こ
の特性を利用すると、図６中の曲線９２と曲線９１とに
挟まれた斜線領域９３が液晶駆動のスイッチング可能な
領域として利用することができる。

【００２２】また、情報信号のパルス振幅を大きくする
と、曲線９２のアップターンの始まり位置すなわち極小
位置は低電圧側にシフトし、曲線９１は高圧側にシフト
する傾向があることが発明者によって明らかとなった。
そこで、図６中の矢印及び想像線で示すように、選択時
の情報信号のパルス振幅を小さくし、すなわち曲線９１
を低圧側にシフトさせ、また非選択時のパルス振幅を選
択時に比べ大きくし、すなわち曲線９２のアップターン
の始まり位置を低電圧側にシフトさせることにより、斜
線部９３を特に低圧側に拡大することによってスイッチ
ング可能な領域を広くすることができる。

【００２３】このような知見に基づき、本発明の光学変
調素子の駆動方法では、選択された画素に印加する実効
電圧が曲線９１より上の領域に含まれるように情報信号
及び走査信号を設定し、かつ非選択の画素に印加する実
効電圧が曲線９１と９２に挟まれた領域（斜線部９３）
に含まれるように情報信号及び走査信号を設定する。こ
れにより、例えば図１０に示す従来の駆動方法おける実
効電圧点Ｐｓ，Ｐ_N（あるいは書込みパルス電圧Ｖｓ）
に比べ、低電圧で駆動することが可能となる。

【００２４】また、本発明の他の局面に従う光学変調素
子の駆動方法では、情報電極に印加する選択情報パルス
に対して、書込みパルスあるいは消去パルスの直前のタ
イミングに相当する画素の実効電圧の極性を書込みパル
スまたは消去パルスと同極性とし、さらにパルスの振幅
を小さくすることにより曲線９１を低電圧側にシフトさ
せ、選択された画素に印加される書込みパルス、消去パ
ルス及び選択情報パルスの電圧値を低下させている。ま
た、情報電極に印加される非選択情報パルスに対して
は、書込みパルスまたは消去パルスの直前のタイミング
に相当する画素の実効電圧の極性を書込みパルスまたは
消去パルスと逆極性とし、かつパルス振幅を選択情報パ
ルスのパルス振幅に比べ大きくすることにより曲線９２
を低電圧側にシフトさせ、非選択時の画素に印加される
電圧の低下を図っている。

【００２５】さらに、本発明の光学変調素子の駆動方法
において、消去パルスのパルス幅を書込みパルスのパル
ス幅の２倍以上に設定した場合、それ以前の書込み状態
をより完全に消去することができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を用いて詳
細に説明する。図１は、本発明の実施例による光学変調
素子のセル構造を模式的に示した平面構造図である。セ
ル構造体２１は、ガラス基板からなる一対の透光性基板
２２ａ，２２ｂをスペーサー、例えば球状のシリカを画
素内に散布して所定の間隔に保持し、一対の基板の周囲
を接着剤２５で接着してシーリングした構造を有してい
る。基板２２ａの上には、複数の透明電極が帯状パター
ンに形成された情報信号電極群２３が形成され、また基
板２２ｂの上には情報電極群２３と交差する帯状パター
ンに形成された複数の透明電極からなる走査信号電極群
２４が形成されている。そして、情報信号電極群２３と
走査信号電極群２４との間には、強誘電性液晶が注入さ
れている。

【００２７】ここで、光学変調素子の駆動方法の説明に
先立ち、本発明の実施例に用いられる強誘電性液晶の特
性について説明する。図２は、強誘電性液晶セルの構成
を模式的に示したものである。一対の基板５１ａ，５１
ｂは、Ｉｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂やＩＴＯ（インジウム錫酸
化膜）などの透明電極が形成されたガラス板からなり、
その間に液晶分子層がガラス面５２に垂直になるように
配向したＳｍＣ^*相の液晶が注入されている。図中の太
線（破線）で示した線５３ｂ（５３ａ）が液晶分子を表
しており、この液晶分子５３ａ（５３ｂ）は、その分子
に直交した方向に双極子モーメント（Ｐ）５４ａ（５４
ｂ）を有している。液晶セルが十分薄い場合、例えば２
μｍ以下の場合には、電界を印加しない状態でも液晶分
子の螺旋構造はほどけ、その双極子モーメントＰａまた
はＰｂは上向き（５４ａ）または下向き（５４ｂ）のど
ちらかの状態をとる。

【００２８】上記のような構造を有するセルの基板５１
ａと５１ｂの上の電極間に一定のしきい値以上の互いに
極性の異なる電極を印加すると、双極子モーメントＰａ
（Ｐｂ）は、電界ＥａまたはＥｂの電界ベクトルに対し
て上向き５４ａまたは下向き５４ｂにその向きを換え、
これに応じて第１の安定状態５３ａまたは第２の安定状
態５３ｂのいずれか一方に配向する。液晶分子５３は細
長い形状を有しており、その長軸方向と短軸方向とで屈
折率異方性を示すため、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
として利用することができる。

【００２９】また、液晶セルの厚みが例えば２μｍより
も厚い場合には、図３に示すように液晶分子は螺旋構造
を構成する。しかし、この場合でも、一定のしきい値以
上の電圧を印加すると、螺旋構造がほどけ、双極子モー
メント（Ｐ）は全て電界方向を向くように液晶分子６３
の配向方向を変えることができる。

【００３０】このような強誘電性液晶を光学変調素子に
利用する利点は２つある。第１に、応答速度が極めて速
いこと、第２に液晶位置の配向が双安定状態を有するこ
とである。第２の利点を図２を参照して説明すると、電
圧Ｅａを印加すると、液晶分子は第１の安定状態５３ａ
に配向するが、この状態は電界を切っても安定である。
また、逆向きの電界Ｅｂを印加すると第２の安定状態５
３ｂに配向し、そ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安定に留まる。また、与える電界
Ｅａが一定のしきい値を超えない限りそれぞれの配向状
態はやはり維持される。

【００３１】上記のような特性を有する強誘電性液晶を
用いた光学変調素子の駆動方法について以下に説明す
る。図１を参照して、複数の情報電極群２３及び走査電
極群２４がマトリックス状に配置された光学変調素子に
おいては、走査電極群２４が順次走査され、情報電極群
２４との交点に位置する画素は、情報電極に印加された
情報信号によって選択あるいは非選択される。例えば、
走査信号電極２４Ｓが選択され、このタイミングにおい
て、情報電極２３Ｓに選択情報信号が印加されたとする
と、情報信号電極２３Ｓと選択された走査信号電極２４
Ｓとの交点に位置する画素Ａは選択画素となる。また、
同じタイミングにおいて、選択された走査電極２４Ｓと
情報電極２４Ｎ₂との交点に位置する画素Ｂは、非選択
画素（半選択画素）となり、さらに同じタイミングおい
て非選択の走査電極２４Ｎと情報電極２３Ｎ₁との交点
に位置する画素Ｃは非選択画素となる。

【００３２】選択／非選択の各画素に印加される信号の
波形を図４に示す。画素Ａは、走査電極２４Ｓから図４
（ａ）に示す走査信号Ｓ_24Sが印加され、情報電極２３
Ｓから図４（ｂ）に示す情報信号Ｉ_23Sが印加される。
この結果、画素Ａには、図４（ｄ）に示す実効電圧（Ｓ
_24S−Ｉ_23S）が印加される。

【００３３】また、非選択の画素Ｂには、走査電極２４
Ｓから図４（ａ）に示す走査信号Ｓ _24Sが印加され、情
報電極２３Ｎ₂から図４（ｃ）に示す情報信号Ｉ_23N2が
印加される。この結果、この画素Ｂには図４（ｅ）に示
す実効電圧（Ｓ_24S−Ｉ_23N2）が印加される。

【００３４】さらに、非選択の画素Ｃには、非選択の情
報電極２４Ｎから図４（ｆ）に示す走査信号Ｓ_24Nが印
加され、情報電極２３Ｎ₁から図４（ｇ）に示す情報信
号Ｉ _23N1が印加される。この結果、画素Ｃには図４
（ｈ）に示す実効電圧（Ｓ_24N−Ｉ_23N1）が印加され
る。なお、この図４の波形は、１フレーム期間内におい
て、特に画素Ａが選択されたタイミングを中心に示した
ものである。

【００３５】走査信号Ｓ_24Sは、書込みパルスＳ₁と消
去パルスＳ₂とを有する。書込みパルスＳ₁は、最小の
パルス幅をΔｔとしたとき、パルス幅Δｔの電圧０の位
相ｔ ₅とパルス幅Δｔの電圧Ｖ_S1の位相ｔ₆とから構成
される。また、消去パルスＳ ₂は、パルス幅２Δｔの電
圧−Ｖ_S2の位相ｔ₂，ｔ₃から構成されている。また、
書込みパルスＳ₁の電圧Ｖ_S1は、選択された画素の液晶
に印加される実効電圧がしきい値電圧を超える値に設定
され、消去パルスＳ₂の電圧−Ｖ_S2は、各画素に与えら
れる情報信号が選択のものかあるいは非選択のものかに
かかわらず、その画素を選択する実効電圧となるよう
に、すなわち、消去パルスＳ₂が印加された画素は、必
ず一方の表示状態、例えば「黒」の表示状態となるよう
な電圧値に決定される。具体例では、書込みパルスＳ₁
の電圧Ｖ_S1は３０Ｖ，パルス幅Δｔは１００μｓｅｃ，
消去パルスＳ₂の電圧−Ｖ_S2は−１５Ｖに設定される。

【００３６】また、走査信号Ｓ_24Sは、予め消去パルス
Ｓ₂を印加し、一度全ての画素を一方の表示状態に設定
した後、書込みパルスＳ₁を印加して特定の画素を他方
の表示状態に設定するように動作させるものである。こ
の際、消去パルスＳ₂と書込みパルスＳ₁との間に電圧
０の期間（ｔ₃〜ｔ₅）を設けている。この期間は少な
くとも２Δｔ以上有することが好ましく、さらにはでき
るだけ短い方が望ましい。

【００３７】また、情報信号は、選択された画素に印加
される期間の選択情報パルスＩｓと非選択の画素に印加
される期間の非選択情報パルスＩｎとが各々異なる波形
を有している。例えば、画素Ａが選択された期間におい
て、情報電極２３Ｓに印加される情報信号Ｉ_23Sの選択
情報パルスＩｓは、パルス幅Δｔの電圧−Ｖｄ₁の位相
ｔ₅と、同じくパルス幅Δｔの電圧Ｖｄ₁の位相ｔ₆と
有しており、一方、同じ画素Ａが選択された期間におい
て、情報電極２３Ｎ₂に印加される情報信号Ｉ _23N2の非
選択情報パルスＩｎは、同じパルス幅Δｔを有し、かつ
電圧がＶｄ₂の位相ｔ₅と−Ｖｄ₂の位相ｔ₆とを有し
ている。ここで、選択情報パルスＩｓの電圧Ｖｄ₁は、
低い方が好ましく、非選択情報パルスＩｎの電圧Ｖｄ₂
に比べ、０＜Ｖｄ₁＜Ｖｄ₂の関係が成り立つ。具体的
には、Ｖｄ₁は３〜５Ｖ程度が望ましく、Ｖｄ₂は７〜
１０Ｖ程度が望ましい。また、選択情報パルスＩｎの電
圧Ｖｄ₂は、液晶駆動のしきい値電圧以下であることが
要求される。

【００３８】このような信号が印加され、各画素が選択
／非選択とされる状態についてさらに説明する。まず、
選択画素Ａの動作につき説明する。例えば、図１及び図
４（ａ），（ｂ）に示すように、走査電極２４Ｓから走
査信号Ｓ_24Sが印加され、情報信号電極２３Ｓから情報
信号Ｉ_23Sが印加される。この際、実際に液晶部分に印
加される実効電圧（Ｓ_24S−Ｉ_23S）が図４（ｄ）に示
される。すなわち、まず画素Ａは、位相ｔ₁，ｔ₂にお
いて走査信号Ｓ_24Sの消去パルスＳ₂により一方の表示
状態、例えば「黒」の表示状態に設定された後、位相ｔ
₅において、正極性の電圧Ｖｄ₁が印加される。その
後、位相ｔ₆において正極性の電圧（Ｖ_S1−Ｖｄ₁）が
印加される。この場合、液晶のτ−Ｖ特性は、図５に示
す曲線３１のようになる。そして、液晶に印加された駆
動パルスの電圧（Ｖ_S1−Ｖｄ₁）は図中のＰｓ点に該当
する。この位置は、液晶の駆動可能位置に該当する。こ
のため、例えば「黒」の表示状態に設定されていた画素
Ａは、他方の表示状態、すなわち「白」の表示状態に移
行する。これにより、画素Ａの選択動作及び書込み動作
が終了する。なお、この場合の選択情報パルスＩｓの電
圧Ｖｄ₁は、従来の選択情報パルスの電圧に比べて小さ
く設定されている。このため、図５に示したτ−Ｖ特性
曲線３１は従来の特性曲線に比べ低電圧側にシフトして
いる。従って、走査信号の書き込みパルスＳ₁の電圧Ｖ
_S1及び駆動電圧（Ｖ_S1−Ｖｄ₁）の値は従来の液晶の駆
動電圧に比べ低電圧に設定されている。

【００３９】次に、非選択画素（Ｂ）の動作について説
明する。画素（Ｂ）は、非選択であるが、選択された走
査電極２３Ｓから図４（ａ）に示すような走査信号Ｓ
_24sが印加される。また、情報信号電極２３Ｎ₁からは
図４（ｃ）に示す情報信号Ｉ₂₃ _N1の非選択情報パルスＩ
ｎが印加される。このため、画素（Ｂ）の液晶に印加さ
れる実効電圧（Ｓ_24S−Ｉ_23N2）は図４（ｅ）に示され
る波形となる。この画素（Ｂ）においても、まず消去パ
ルスＳ₂により一方の表示状態、例えば「黒」の表示状
態に設定された後、位相ｔ₅において負極性の電圧−Ｖ
ｄ₂が印加され、さらに位相ｔ₆において正極性の電圧
（Ｖ_S1＋Ｖｄ₂）が印加される。このように、書込みパ
ルスＳ₁の直前のタイミングの実効電圧が逆極性の場
合、液晶のτ−Ｖ特性は、図５に示す曲線３２のように
その極小値が低電圧側にシフトしてしまう。このため、
電圧（Ｖ_S1＋Ｖｄ₂）が印加された状態は、図５中のＰ
_N点で示される状態となる。この状態は、曲線３２の下
部領域になり、液晶は印加電圧に対して動作しない。従
って、先の消去パルスＳ₂によって設定された例えば
「黒」の表示状態を維持する。これにより、画素（Ｂ）
が非選択画素として設定される。

【００４０】さらに、もう一つの非選択画素（Ｃ）につ
いて説明する。この画素（Ｃ）のある走査電極２４Ｎ₁
は、図４において示した画素Ａの選択期間においては、
非選択状態にあるため、図４（ｆ）に示すように、走査
電極２４Ｎの信号波形は電圧０であり、情報電極２４Ｎ
₁からの情報信号Ｉ_23N1は非選択情報パルスＩｎが印加
される。その結果、画素Ｃには図４（ｈ）に示す駆動信
号（Ｓ_24N−Ｉ_23N1）が印加される。そして、駆動信号
の電圧Ｖｄ₂の値は、図５中のＰ₀点に該当し、液晶の
駆動電圧のしきい値以下に設定されている。従って、こ
の画素（Ｃ）はそれ以前の表示状態を維持する。

【００４１】このように、本実施例による光学変調素子
の駆動方法においては、以下の特徴を有する。（１）選択画素の駆動電圧を図５の曲線３１の上方領域
に含まれるように設定し、かつ非選択（半選択）画素の
駆動電圧を曲線３１と曲線３２とに挟まれた領域内に含
まれるように設定している。

【００４２】（２）選択画素に対しては、選択情報パル
スのパルス振幅を小さく設定し、これによりτ−Ｖ特性
曲線を低電圧側にシフトさせて液晶の駆動可能な電圧レ
ベルを低下させている。

【００４３】（３）非選択画素（半選択状態の画素）に
対しては、走査信号電極から与えられる書込みパルスあ
るいは消去パルスの直前のタイミングにおける画素の実
効電圧の極性をその書込みパルスあるいは消去パルスの
極性と逆となるような非選択情報パルスを印加してい
る。これにより、液晶のτ−Ｖ特性曲線を低電圧側でア
ップターンを開始するような特性とすることにより、液
晶の非駆動領域を低電圧側に拡大している。このため、
従来より非選択とすべき画素に印加する電圧を低下させ
ている。

【００４４】このような動作によって、駆動電力を低下
させることにより低電圧の駆動を可能とし、消費電力の
増加を抑制している。例えば、従来の光学変調素子で
は、書込みパルスＳの電圧は５０Ｖ、情報信号Ｉｓのパ
ルス振幅は７．５Ｖであったのに対し、本発明の実施例
では、走査信号の書込みパルスＶ_S1の電圧は３０Ｖ、選
択情報パルスＩｓのパルス振幅Ｖｄ₁は３Ｖ、非選択情
報パルスＩｎのパルス振幅電圧Ｖｄ₂は１０Ｖに設定す
ることが可能となった。

【００４５】次に、本発明による光学変調素子の駆動方
法の他の実施例について説明する。図７は、光学変調素
子に印加される他の信号の波形図である。ここで、図７
（ａ）は上記実施例の図４（ａ），（ｂ），（ｄ）に対
応するものであり、図７（ｂ）は図４（ａ），（ｃ），
（ｅ）に対応するものである。図７に示す信号波形にお
いて、走査信号Ｓ_24Sは、消去パルスＳ₂がパルス幅Δ
ｔの３つの位相ｔ₁〜ｔ₃において電圧−Ｖ_S2を有し、
書込みパルスＳ₁が位相ｔ₄，ｔ₆において電圧０、位
相ｔ₅において電圧Ｖ_S1を有している。また、情報信号
は、選択情報パルスＩｓと非選択情報パルスＩｎとが同
じ波形を有し、その位相のみが異なっている。すなわ
ち、選択情報パルスＩｓは、位相ｔ₄，ｔ₅において負
電圧の−Ｖｄ₁を有し、位相ｔ₆において正電圧Ｖｄ₂
を有するのに対し、非選択情報パルスＩｎは、位相ｔ₄
において正電圧Ｖｄ₂を有し、位相ｔ₅，ｔ₆において
電圧−Ｖｄ₁を有している。そして、実効電圧（Ｓ−
Ｉ）は、選択画素（Ａ）において、正極性の駆動電圧Ｖ
ｄ₁が印加された後、同極性の駆動電圧Ｖ_S1＋Ｖｄ₁が
印加される。また、非選択画素（Ｂ）においては、負極
性の駆動電圧−Ｖｄ₂が印加された後、逆極性の正電圧
の駆動電圧（Ｖ₁＋Ｖｄ₁）が印加される。この状態
は、上記の実施例と同様であり、従って上記実施例と同
様に駆動電圧の低減及び消費電力の増加の抑制効果を奏
することができる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明による光学変調素
子の駆動方法においては、選択情報パルス及び非選択情
報パルスの極性あるいはパルス振幅を適宜設定すること
により、強誘電性液晶の有するτ−Ｖ特性の各々異なる
特性を利用して液晶駆動のスイッチング可能領域を拡大
することによって、低電圧での液晶駆動を可能としたこ
とにより、使用電源の低電圧化を図り、消費電力の増加
を抑制することが可能となった。

【００４７】また、特に、消去パルスのパルス幅を書込
みパルスのパルス幅に比べ２倍以上に拡大したことによ
り、より確実にそれ以前の表示状態を消去することが可
能となり、良質な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による光学変調素子の平面構造
模式図。

【図２】本発明の実施例に用いる強誘電性液晶の原理を
説明するための説明図。

【図３】本発明の実施例に用いた強誘電性液晶の原理を
説明するための説明図。

【図４】本発明の実施例による光学変調素子の各駆動信
号波形図であり、（ａ），（ｆ）は走査信号の波形図で
あり、（ｂ），（ｃ），（ｇ）は情報信号の波形図であ
り、（ｄ），（ｅ），（ｈ）は画素の実効電圧の波形
図。

【図５】情報パルスのパルス振幅を変化させた場合の強
誘電性液晶のτ−Ｖ特性を示す特性図。

【図６】強誘電性液晶の一般的なτ−Ｖ特性を示す特性
図。

【図７】本発明の他の実施例に用いられる液晶の駆動信
号波形図であり、（ａ）は選択画素（Ａ）に、（ｂ）は
非選択画素（Ｂ）に各々印加される信号波形図。

【図８】従来の光学変調素子の電極構造を示す平面構造
図。

【図９】従来の光学変調素子に印加される駆動信号波形
図。

【図１０】一般的な強誘電性液晶のτ−Ｖ特性を示す特
性図。

【符号の説明】

２１…セル構造体２３…情報電極群２３Ｓ…選択画素の情報電極２３Ｎ₁，２３Ｎ₂…非選択画素の情報電極２４…走査電極群２４Ｓ…選択された走査電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走査電極群と情報電極群とが相互に交差
した画素領域に強誘電性液晶を配置し、前記画素領域に
対して前記走査電極及び前記情報電極から印加される実
効電圧の電界方向に応じて前記強誘電性液晶の第１の安
定状態と第２の安定状態を切り換えることによってコン
トラストを識別する光学変調素子の駆動方法において、前記画素領域に配置される前記強誘電性液晶は、印加さ
れる前記実効電圧と、この実効電圧に応答して駆動する
応答時間との間の相関関係を示す応答時間対実効電圧特
性において、前記実効電圧が同極性で変化する場合を示
す第１特性曲線と異なる極性で変化する場合を示す第２
特性曲線とで示される関係を有しており、選択された走査電極と、情報電極の交差部にある選択画
素の実効電圧が、前記強誘電性液晶の前記第１特性曲線
を超える応答領域に含まれる電圧となるように、選択さ
れた前記走査電極に走査信号を与え、かつ前記情報電極
に選択情報信号を与え、選択された走査電極と、情報電極の交差部にある非選択
画素の実効電圧が、前記強誘電性液晶の前記第１特性曲
線と前記第２特性曲線とに挟まれた領域に含まれる電圧
となるように、選択された前記走査電極に走査信号を与
え、かつ前記情報電極に非選択情報信号を与えることを
特徴とする、光学変調素子の駆動方法。
【請求項２】選択された前記走査電極に印加する走査
信号として、一方極性の書込みパルス及び他方極性の消
去パルスを含む走査信号を印加し、前記情報電極に印加する非選択情報信号として、前記走
査信号の前記書込みパルス及び前記消去パルスの各々の
直前のタイミングにおける前記非選択画素の実効電圧の
極性が、前記書込みパルス及び前記消去パルスの各々の
極性と逆極性となる非選択情報パルスを印加し、前記情報電極に印加する選択情報信号として、前記書込
みパルス及び前記消去パルスの各々の直前のタイミング
における前記選択画素の実効電圧の極性が、前記書込み
パルス及び前記消去パルスの各々の極性と同極性となる
選択情報パルスを印加することを特徴とする、請求項１
に記載の光学変調素子の駆動方法。
【請求項３】前記選択画素に印加される前記書込みパ
ルス及び前記消去パルスの各々の直前のタイミングにお
ける前記選択画素の実効電圧の絶対値が、前記非選択画
素に印加される前記書込みパルス及び前記消去パルスの
各々の直前のタイミングにおける前記非選択画素の実効
電圧の絶対値よりも小さくなるように、前記情報電極に
各々選択情報信号及び非選択情報信号を与えることを特
徴とする、請求項２に記載の光学変調素子の駆動方法。
【請求項４】前記情報電極に印加される前記選択情報
パルスは、前記非選択情報パルスに対し、パルス振幅が
小さく設定されていることを特徴とする、請求項３に記
載の光学変調素子の駆動方法。
【請求項５】選択された前記走査電極に印加する走査
信号として、一方極性の書込みパルス及び他方極性の消
去パルスを含む走査信号を印加し、前記情報電極に印加する選択情報信号として、正極性の
パルスの振幅を負極性のパルスの振幅より大きく設定し
た繰り返しパルスを、前記走査電極に印加される前記書
込みパルス及び前記消去パルスの各々の直前のタイミン
グにおける前記選択画素の実効電圧の極性が前記書込み
パルス及び前記消去パルスの各々の極性と同極性となる
ようなタイミングで印加し、前記情報電極に印加する非選択情報信号として、正極性
のパルスの振幅を負極性のパルスの振幅より大きく設定
した繰り返しパルスを、前記走査電極に印加される前記
書込みパルス及び前記消去パルスの各々の直前のタイミ
ングにおける前記非選択画素の実効電圧の極性が前記書
込みパルス及び前記消去パルスの各々の極性と逆極性と
なるようなタイミングで印加することを特徴とする、請
求項３に記載の光学変調素子の駆動方法。
【請求項６】選択された前記走査電極に印加される前
記消去パルスのパルス幅は、前記書込みパルスのパルス
幅の２倍以上に設定されていることを特徴とする、請求
項２〜請求項５のいずれかに記載の光学変調素子の駆動
方法。
【請求項７】選択された前記走査電極に書込みパルス
を印加する場合には、消去パルスを印加し、電圧０期間
を経た後、前記書込みパルスを印加することを特徴とす
る、請求項２〜請求項６のいずれかに記載の光学変調素
子の駆動方法。
【請求項８】前記強誘電性液晶がカイラルスメクティ
ック液晶であることを特徴とする、請求項１〜請求項７
のいずれかに記載の光学変調素子の駆動方法。
【請求項９】前記カイラルスメクティック液晶の膜厚
が、無電界時に前記カイラルスメクティック液晶が固有
する螺旋構造を消失させる薄さに設定されていることを
特徴とする請求項８に記載の光学変調素子の駆動方法。
【請求項１０】前記強誘電性液晶が負の誘電異方性を
有するカイラルスメクティック液晶であることを特徴と
する、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の光学変調
素子の駆動方法。