JPH0833535B2

JPH0833535B2 - 強誘電性液晶電気光学装置

Info

Publication number: JPH0833535B2
Application number: JP2496487A
Authority: JP
Inventors: 貞之下田
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1987-02-05
Filing date: 1987-02-05
Publication date: 1996-03-29
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPS63192021A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は強誘電性液晶の自発分極及び負の誘電率異方
性を利用した電気光学変換装置の駆動方法に関するもの
である。

〔発明の概要〕

本発明は強誘電性液晶の自発分極を利用して液晶分子
を第１の安定状態又は第２の安定状態に択一的に整列さ
せ、且つ強誘電性液晶の負の誘電率異方性を利用して各
安定状態を保持する線順次走査を行う電気光学変換装置
において、走査電極側の選択期間中の選択ドットには直
流パルスを、同じく非選択ドットには、チョッピングパ
ルスを印加し、一方、走査電極側の非選択期間中の全て
のドットには周波数の高い交流パルスを印加することに
よって、コントラストの高い電気光学変換装置を得る事
ができた。

〔従来の技術〕

従来から強誘電性液晶の自発分極及び負の誘電異方性
を利用した電気光学変換装置は知られていた。例えば特
開昭60-176097号公報に開示されている。

第２図に従来の強誘電性液晶セル（以下、単に液晶セ
ルという。）の斜視図を示す。1,1は一対の対向配置さ
れた透明ガラス基板である。2,2は基板１の内平面に配
設された一軸性水平配向膜であり、例えばポリイミドの
ラビング膜が用いられる。一対の配向膜のラビング方向
は略平行である。３は強誘電性液晶、例えばカイラルス
メクチック液晶（以下、SmC^*という。）であって、液晶
分子の長軸（以下、分子軸という。）に直交する方向に
自発分極を有し、又特にここでは少なくとも一定の周波
数以上で負の誘電異方性Δεを有するものが選ばれる。

Δε＜０であるということは、一定周波数領域の外部
電場により分子の長軸と直交する方向に誘起分極を生じ
誘電トルクが働くため、電界方向に対して直角、具体的
にはガラス基板と平行になるように分子が動く。SmC^*３
の分子は基板1,1間に挟持され、且つ配向膜2,2の影響に
より図に示すような水平配向をし、且つ層を形成する。
４及び５はSmC^*３薄膜を挟持し、且つ駆動電圧を印加す
るため対向配置された一対の電極である。

第３図は液晶セルの従来の駆動波形図を示す。正の極
性を有する第１の直流パルスを電極4,5間に印加する。
但し、電極４を接地電位とする。すると液晶分子の自発
分極６が電極４に向かって垂直な位置に整列するよう分
子が配向する（第２図参照）。これが第１の安定状態７
であり、それは分子軸がSmC^*層の法線８に対して＋θ傾
いている。次に交流パルスを印加すると、この周波数領
域で負の誘電異方性を有することから分子軸に直交する
方向に誘電分極が生じ、誘電トルクにより第１の安定状
態が維持固定される。さらに負の極性を有する第２の直
流パルスを電極4,5間に印加すると、液晶分子は応答し
自発分極６が垂直に電極５を向いた状態に再整列する。
これが第２の安定状態９であり、それは分子軸がSmC^*層
の法線８に対して−θ傾いた位置である（第２図参
照）。その後、交流パルスの印加により第２の安定状態
が保持される。即ち、正の直流パルスによって第１の安
定状態が書き込まれ、負の直流パルスによって第２の安
定状態が書き込まれ、且つ交流パルスによって安定状態
が保持される。

再び第２図に戻ると、10,10は偏光軸が互いに直交す
る一対の偏光板であってSmC^*薄膜３を挟持し、複屈折を
利用して第１の安定状態にある液晶ドメインと第２の安
定状態にある液晶ドメインを光学的に区別する。例えば
第１の安定状態７は光遮断状態（以下、黒という）第２
の安定状態９は光透過状態（以下、白という）として識
別される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

さて、先に述べた先行文献には、前述した液晶セルの
電極配置を第４図に示すようなマトリクス構造にし走査
電極群４（以下、コモンという）及び信号電極群５（以
下、セグメントという）を対向配置したものが開示され
ている。しかしながら、実際に線順次駆動を行うための
駆動波形や駆動回路については開示がない。第３図に示
す波形によってマトリクス駆動を行うことは不可能であ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、従来の液晶セルをマトリクス駆動するため
の駆動回路を提供することを目的とする。

第１図により本発明を説明する。第１図（Ａ）は液晶
セルのマトリクス電極構成図である。２本のセグメント
S₁,S₂及び２本のコモンC₁,C₂が４つのマトリクス画素
（以下、ドットという）D₁,D₂,D₃,D₄を構成するように
配置されている。液晶セルの他の構成については第２図
及び第４図に示す通りである。

第１図（Ｂ）に各ドットに印加される波形を示す。な
お、電位基準はセグメント電位にとってある。本例にお
いては、線順次走査でコモンC₁を選択し、且つコモンC₁
上のドットD₁のみを第１の安定状態、即ち黒に書き込み
ドットD₂は前の状態のまま、そして非選択コモンC₂上の
ドットD₃,D₄については、やはり前の状態を保持する波
形が印加される。

ドットD₁に対しては選択期間中、波高値±V₁の直流パ
ルスが印加されるが、ドットD₂に対しては波高値±V₂の
チョッピングパルスが印加される。両者のパルスを比較
すると、直流成分は全く同じ±V₁であるが、チョッピン
グパルスは、この直流成分に±V₁の高周波交流パルスが
重量していることがわかる。この重量している高周波交
流パルスによって、液晶分子の応答が抑制されるため、
ドットD₂は、前の状態を保持することになる。この詳細
な説明は作用の項で行う。

さて非選択ドットのD₃及びD₄には高周波の交流パルス
が加えられる。この高周波の交流パルスの周波数は自発
分極による最大応答周波数よりも大きく選ばれる。従っ
て、液晶分子にはΔε＜０に基づく誘電トルクだけが働
き液晶分子はガラス基板と水平になるように保持され
る。

従って、安定状態の反転はなく前の状態が保持され
る。なおこの周波数は前述のドットD₂に印加される重量
した高周波交流パルスの周波数と等しく選ばれる。

以上に述べた走査を多数のコモン及びセグメントに対
して線順次に行えば（即ち、コモンをスキャンすれば）
１フレームが終了した時点で黒となるべきドットに黒が
書き込まれる。

次に白になるべきドットに白を書き込むためには、そ
のドットに第１図（Ｂ）のD₁に印加される波形と位相が
180°反転した波形を印加する。以下、D₂,D₃,D₄の印加
波形も全て位相を180°反転した波形を印加する。この
ような波形を用いてコモンをスキャンすれば、１フレー
ムが終了した時点でドットに白が書き込まれる。即ち、
最初のフレームで黒ドットを書き込み、次のフレームで
白ドットを書き込むことによって、１画面を形成するわ
けである。

第１図（Ｃ）は、第１図（Ｂ）に示すドットD₁〜D₄に
印加される駆動波形を作るため、セグメント及びコモン
に印加される波形を示したものである。ａはコモンC₁に
印加されるコモン選択信号、ｂはコモンC₂に印加される
コモン非選択信号、ＣはセグメントS₁に印加される黒書
き込み信号、ｄはセグメントS₂に印加される非書き込み
信号である。なお、この波形は最初のフレーム（以下、
第１フレームと呼ぶ）中で印加される波形であり、次の
フレーム（以下、第２フレームと呼ぶ）での波形は、前
述のように全て位相が180°反転しており、且つ第１の
フレームで黒書き込み信号が印加されたセグメントS₁に
は非書き込み信号を、非書き込み信号が印加されたセグ
メントS₂には、白書き込み信号（黒書き込み信号におい
て、位相を180°反転したもの）が印加される。

これらコモン及びセグメント信号を作る具体的回路に
ついては実施例の項で説明する。

ところで非選択期間、即ちドットD₃,D₄に印加される
波形の波高値は第１図（Ｂ）では±２V₁と±V₁である。
この電圧波形の役割は、誘電トルクによって、液晶分子
をガラス基板と水平に保持することであり、従って液晶
材料の誘電率異方性の値が異なれば、それに応じて電圧
波形の波高値も変わってくる。

このような時には、コモンC₂に印加する波形の波高値
を任意に変えてやれば、ドットD₃,D₄に印加される波形
の波高値も変わる。例えば、第１図（Ｃ）において、コ
モンC₂に印加する波高値を今、±２V₁にしたとすれば、
第１図（Ｂ）のドットD₃,D₄に印加される波形は、ドッ
トD₃が±３V₁，ドットD₃が±２V₁の波高値をもった波形
となる。

〔作用〕

チョッピングパルスではSmC^*分子は応答せず、直流パ
ルスで応答することを説明する。第５図は第２図及び第
４図に示す液晶セルのあるドットに印加されるテストパ
ルスを示す。ａは選択期間中（3msec）正の極性を有す
る波高値±Ｖの直流パルス２と負の極性を有する波高値
−Ｖの直流パルスが連続するパルスである。表示状態は
黒から白に変化する。ｂは同じく選択期間中、前半で波
高値＋2Vのチョッピングパルスを印加し、後半で波高値
−2Vのチョッピングパルスを印加する波形である。

第６図は、第５図ａ及びｂの波形をＶを変化させなが
ら印加し、各電圧レベルで選択期間中黒から白に変化す
る際のコントラスト比を調べたものである。直流パルス
ａの場合およそＶ＝30V以上で大きなコントラスト比で
得られる。即ち、閾値30V以上でSmC^*分子は第１の安定
状態から第２の安定状態へと完全に遷移する。

ところがチョッピングパルスｂの場合、振幅60Vのパ
ルスを印加しても、透過光強度の変化は少なくSmC^*分子
は第１の安定状態から、第２の安定状態へと完全に遷移
しないことが判る。これは次のように説明できる。SmC^*
の分子の反転メカニズムに寄与する物性は、自発分極と
誘電トルクによるものが考えられている。前者の自発分
極によるトルクはΔεの正負にかかわらず常に電界と自
発分極方向が平行になるように働く。

しかし、後者の誘電トルクにおいては、Δε＞０のSm
C^*液晶では、電界に対して分子を平行にΔε＜０のSmC^*
液晶では電界に対して分子を垂直にするように働く。即
ち、Δε＜０の系では、自発分極によるトルク（第１の
安定状態から第２の安定状態に分子が遷移しようとする
初期には分子が電界と平行になる方向に動く）と誘電ト
ルクとが逆向きに働くことになる。従って、Δε＜０の
系では、Δε＞０の系に比べて応答が遅くなると考えら
れる。この誘電トルクは電圧の実効値及び誘電率異方性
Δεの値に比例するが、第１図（Ｂ）に示すチョッピン
グパルスと直流パルスでは、前者は２V₁，後者はV₁の実
効値を持つため前者の方が後者より２倍だけ強く働くわ
けである。従って、チョッピングパルスの応答は直流パ
ルスのそれに比べて遅くなり、第６図のようにパルス幅
を一定にして反転した場合には、第１の状態から第２の
状態に反転しきれない。

なお、使用したSmC^*液晶はメルク社製の3234でありΔ
ε＝−2.4である。

〔実施例〕

第７図は第１図（Ｃ）に示すコモン選択信号ａ及びコ
モン非選択信号ｂを作るコモン電極駆動回路である。第
１図（Ｃ）からわかるように必要な電圧レベルは＋V₁及
び−V₁、必要な交流化信号は選択期間を前半と後半に２
分するためのDF1及び安定状態保持に必要が高周波を作
るためのDF2である（第９図タイムチャート参照）。な
お、DF2はチョッピングにも用いられる。11はシフトレ
ジスタであって選択期間を指定する信号FLM及びFLMを各
コモンに線順次に分配するためのコモンシフトパルスCL
1を入力する。シフトレジスタ11の出力はゲード群12に
接続している。ゲート群12はDF1,DF2及び信号FLMをJKフ
リップフロップによって分周した信号が入力され、その
出力はトランスミッションゲート13及び14を制御する。
トランスミッションゲート13の入力は−V₁電位であり、
その出力は各コモンに印加される。トランスミッション
ゲート14の入力は＋V₁電位であり、その出力は各コモン
に印加される。今、シフトレジスタ11の出力がHIGHの
時、ゲート群12はDF1を受け入れトランスミッションゲ
ート14を前半導通させトランスミッションゲート13を後
半導通させる。

その結果、コモンC₁には第１図（Ｃ）ａに示すコモン
選択信号を出力する。又、シフトレジスタ11の出力がLO
Wの時、ゲート群12はDF2を受け入れ、DF2に同期した＋V
₁，−V₁間で振動する交流パルスをコモンC₂に出力す
る。これは第１図（Ｃ）のｂに示すコモン非選択信号で
ある。上記説明は第１のフレームについてであり、第２
フレームでは全波形の位相を180°反転しなくてはなら
ないので、ゲート群12の排他的論理和にFLMを分周した
信号を印加している。

第８図は第１図（Ｃ）に示すセグメントに印加され、
ｃ及びｄを作るセグメント電極駆動回路である。

第１図（Ｃ）から判るように必要な電圧レベルは＋
V₁,0,−V₁の３つであってトランスミッションゲート15,
16,17及び18を介してセグメントに供給される。各ゲー
トのON-OFFを制御する信号は、交流化信号DF2とラッチ
出力である。

さて19はシフトレジスタであり、シリアルビデオデー
タDATAを高速クロックCL2で読み取り記憶する。20はラ
ッチ回路であり、クロックCL1に同期してシフトレジス
タ19でパラレル化されたビデオデータをラッチし、線順
次タイミングCL1に従ってHIGH又はLOWの情報を出力す
る。

さてラッチ回路20の出力端子0₁に現れたデータがHIGH
の時、トランスミッションゲート17がONし、ゼロレベル
電位をセグメントS₁に出力する。よってS₁には第１図
（Ｃ）のｃに示す波形が得られる。又、ラッチ回路20の
出力端子0₂に現れたデータがLOWの時には、トランスミ
ッションゲート18がONし、＋V₁，−V₁の電圧がセグメン
トS₂に出力される。この時の波形は、交流化信号DF2に
よってトランスミッションゲート15,16が交互にON-OFF
されるために第１図（Ｃ）のｄのような波形が得られ
る。上記説明は、第１のフレームの時であり、第２フレ
ームでは、全波形の位相が180°反転しなければならな
いので、FLM信号をJKフリップフロップで分周した信号
とDF2信号の排他的論理和をとってトランスミッション
ゲート15,16に印加している。又、前述したように、第
１フレームと第２フレームでは、セグメントのDATA信号
を反転させなければならないため、JKフリップフロップ
の出力とDATA信号の排他的論理和をとって、シフトレジ
スタ19に入力している。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、SmC^*分子の自発分
極及び負の誘電率異方性を利用して、白及び黒の２つの
光学状態を書き込む電気光学装置において、走査期間中
の選択ドットには直流パルスを、非選択ドットにはチョ
ッピングパルスを印加し、一方、非走査期間中の全ての
ドットには、周波数の高い対称な交流パルスを印加する
ことによって、コントラストの高い電気光学変換装置を
得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）はマトリクス電極構成図、第１図（Ｂ）は
本発明のマトリクスドットに印加される波形図、第１図
（Ｃ）は本発明のコモン電極及びセグメント電極に印加
される波形図、第２図は従来の液晶セルの斜視図、第３
図は従来の液晶セルの動作波形図、第４図は液晶セルの
電極配置図、第５図は作用を説明するためのテスト波形
図、第６図は作用を説明するためのコントラスト比一印
加振幅電圧特性図、第７図はコモン電極駆動回路図、第
８図はセグメント電極駆動回路図、第９図はコモン及び
セグメント駆動回路用タイミングチャートである。 1,1……基板 2,2……配向膜３……SmC^*薄膜 11,19……シフトレジスタ 12……ゲート群 13,14,15,16,17,18……トランスミッションゲート 20……ラッチ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶分子の長軸に垂直な方向に自発分極を
有し、且つ少なくとも高周波領域において、負の誘電率
異方性を有する強誘電性液晶薄膜と該薄膜を挟持するガ
ラス基板と、該薄膜の厚み方向に電圧を印加する一対の
電極と、液晶分子を第１の安定状態又は第２の安定状態
に整列させるパルス及び安定状態を保持する高周波交流
パルスを該電極に供給する駆動回路と、液晶分子の第１
及び第２の安定状態を光学的に区別する変換部材よりな
る強誘電性液晶電気光学装置において、該駆動回路が供
給する走査電極側の選択期間中での選択ドットに印加さ
れるパルスは、直流パルスより構成され、走査電極側の
選択期間中での非選択ドットに印加されるパルスは、前
記直流パルスに高周波の交流パルスを重畳させたものよ
り構成され、さらに走査電極側の非選択期間中での全て
のドットに印加されるパルスは、高周波の交流パルスよ
り構成されることを特徴とした強誘電性液晶電気光学装
置。
【請求項２】前記走査電極側の選択期間中での非選択ド
ットに印加されるパルスである直流パルスに重畳した高
周波の交流パルスの周波数は、前記走査電極側の非選択
期間中での全てのドットに印加されるパルスである高周
波の交流パルスの周波数と同じであることを特徴とする
特許請求第１項記載の強誘電性液晶電気光学装置。
【請求項３】前記特許請求第２項記載の周波数は、前記
強誘電性液晶薄膜が自発分極によって応答する最大周波
数よりも大きいことを特徴とする特許請求第１項記載の
強誘電性液晶電気光学装置。
【請求項４】前記非走査期間での全てのドットに印加さ
れる高周波の交流パルスの波高値は、該交流パルスによ
って生じる誘電トルクが、前記強誘電性液晶薄膜中の分
子を前記ガラス基板と、ほぼ又は完全に水平にならしめ
る程度以上の電圧値を持つことを特徴とする特許請求第
１項記載の強誘電性液晶電気光学装置。