JPH11501134A - 強誘電性液晶表示装置のマルチプレックスアドレシング - Google Patents

強誘電性液晶表示装置のマルチプレックスアドレシング

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JPH11501134A JP9523382A JP52338297A JPH11501134A JP H11501134 A JPH11501134 A JP H11501134A JP 9523382 A JP9523382 A JP 9523382A JP 52338297 A JP52338297 A JP 52338297A JP H11501134 A JPH11501134 A JP H11501134A
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Abstract

(57)【要約】 強誘電性液晶表示装置は、材料を傾斜した層内で配向するように表面処理された二つのセル壁の間に含まれる強誘電性液晶材料の層を具備する。これらの壁は、例えば行および列電極を保持し、アドレス可能な要素すなわち画素のx、yのマトリクスを形成している。ドライバ回路によってマルチプレックスアドレシング電圧が供給される。画素の切り替えの間に印加されるアドレシング電圧を変化させて、液晶分子に印加されるトルクを最大にすることによって、改良したアドレシングが得られる。アドレシング電圧は、二つのデータ波形と一つのストローブ波形から生じる。データ波形は、一ラインアドレス時間を形成する期間につき三またはそれ以上の時間スロット、二つまたはそれ以土の電圧レベル、直流バランス、等価rms値を有する。ストローブ波形は、二つまたはそれ以上の電圧レベルを有する(ゼロレベルを含んでもよい)。ストローブおよびデータ波形が組み合わさって、それぞれの画素におけるアドレシング電圧を形成する切り替えおよび非切り替えの合成波形を提供する。切り替えの合成波形は、一ラインアドレシング時間を通じて電圧レベルが徐々に増大する。非切り替えの合成波形は、第一の電圧が後の電圧レベルと逆の極性であり、これらの電圧レベルは切り替えを阻止するのに十分大きな振幅の一つまたはそれ以上のレベルを含んでもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 強誘電性液晶表示装置のマルチプレックスアドレシング 本発明は、強誘電性液晶(FELC)表示装置のマルチプレックスアドレシン グに関する。 かかる表示装置は、通常、それぞれ帯状電極を保持する二つのセル壁の間に含 まれるFELC材料の層を具備し、帯状電極は、電極の交点において、アドレス 可能な要素すなわち画素のx、yのマトリクスを形成している。 装置の一タイプは、表面安定化(surface stabilised)FELC表示装置とし て知られている。例えば、Meyer,R.B.,1997Molec.Crystals liq.Crystals 40,33および Clark,N.A.and Lagerwall,S.T.,1980,Appln.Phys.Lett .36,899 を参照。これは、適当な振幅、時間、および符号の直流パルスによっ て、二つの分子配向の間で切り替えることができる。概念的には、液晶分子は、 材料が切り替えられるときに円錐面のまわりを回転するものとして考えることが できる。 従来技術のアドレシング方式(addressing scheme)の一つは、持続時間が二 時間スロット(time slots)(ts)であり、第一の時間スロットにおいて振幅 がゼロであり、第二の時間ス ロットにおいてVsであるストローブパルスを用いる。ストローブパルスはそれ ぞれのx行電極に順に連続して印加される。一方では、それぞれのy列電極に二 つのデータ波形のうちの一つが印加される。データ波形は、それぞれのパルスが 1ts続き、一方のデータ波形が他方の逆である、極性が交互に切り替わり(of alternate polarity)絶対値が等しい択一(alternative)直流パルス(+Vd 、−Vd)である。これは、単パルスストローブアドレシング方式と呼ばれてい る。 GB2,232,802号に記載されている他のアドレシング方式は、それぞ れ1ts続く二つのパルスを有する、単パルスストローブ方式と同様のデータ波 形と組み合わせた、ストローブ波形を用いる。先行のストローブは、ゼロであっ てもゼロでなくてもよく、様々な振幅および符号であってもよい。ストローブと データの組み合わせ(合成(resultant)波形)によって、二つの異なる形状の 、合成したものが提供される。これは、液晶材料の切り替え特性を変化させるこ とにおいて有用である。一行のそれぞれの画素にアドレスするのにかかる時間が 、ラインアドレス時間(1at)であり、上記方式については2tsである。 上記のものの変形がGB2,262,831号に記述されている。ここでは、 前の方式と同様に、ストローブはそれぞれの行に順に印加され、それぞれの新し い行へのストローブの印加の間隔は2tsである。加えて、ストローブ波形が次 にアドレスされる行のアドレシング時間へと延長される、すなわち、時間の一部 については、ストローブ波形が二行に同時に印加される。 他のアドレシング方式では、4tsを用いてそれぞれの画素に一度にアドレス する。ストローブは1tsの間ゼロであり、その後3tsの間Vsである。デー タ波形は、連続した時間スロットにおいて、振幅が−Vd、+Vd、+Vd、−Vd (またはその逆)である。 すべてのアドレシング方式で、必要なときに材料を切り替えねばならず、方式 間で相違しているのは性能である。性能は、使用電圧(低い方が望ましい)、切 り替え速度(高速が望ましい)、動作範囲(選択電圧と非選択電圧の間の大きな 相違)、および画素パターンへの低い依存性、に関して規定される。二つの切り 替え状態の間で高コントラストであることもまた、温度における動作範囲が広い 方が有利であるのと同様、有利であ る。 上記で触れたように、分子は、それぞれの分子に切り替えトルクを印加する直 流電圧を印加することによって、円錐の一方の側から他方の側へと切り替わる( 例えば、理想的には配向方向に±22°の間で切り替わる)。この切り替えトル クによって、(仮想)円錐面のまわりで切り替えが行われる。 以前のアドレシング方式は、事実上経験的なものであり、設計は実験的な観察 の結果をベースにしたものであった。その結果、従来技術のアドレシング方式は 、そして特にパルス形状は、最適化されていなかった。 本発明は、材料が切り替わっているときに印加されている場の形状を考慮する ことによって切り替えを改良するためにパルス形状をどのように設計することが できるか、を述べる。 本発明は、分子が円錐面のまわりを回転する間に分子に印加される切り替えト ルクを最大にすることによって切り替え性能を改良するものであり、これは、切 り替えの間の合成電圧を変化させることによって達成される。 本発明によれば、強誘電性液晶表示装置にマルチプレックスアドレスする方法 は、請求の範囲第1項に詳述するとおりであ る。 本発明によれば、二つのデータ波形は、多数のレベル(単にプラスマイナスVd ではない)、好ましくは直流バランスレベル、等価rmsレベルを有するが、 必ずしも同じ形状ではない。ストローブパルスは、好ましくは、選択データ波形 と非選択データ波形の両方と共に用いたときには同じであるが、多数の電圧レベ ルを有してもよい。 本発明によれば、マルチプレックスアドレスされる強誘電性液晶表示装置は、 それぞれが液晶材料を配向するように表面処理された二つのセル壁の間に含まれ るカイラルスメクチック液晶材料の層、アドレス可能な要素(画素)のマトリク スを提供するように配置された一方の壁上の第一の一連の間隔をおいて配置され た帯状(行)電極および他方の壁上の第二の一連の間隔をおいて配置された(列 )帯状電極、連続して第一の組の電極にストローブ波形を印加し第二の組の電極 の電極に二つのデータ波形(選択および非選択)のうちの一つを印加するドライ バ回路、を具備し、 二つより多い電圧レベル(ゼロレベルを含んでもよい)を有し、直流バランス と等価rms値を有する、選択と非選択の二 つのデータ波形を発生する手段と、 ストローブ波形を発生する手段とを特徴とし、二つのデータおよびストローブ 波形が共働して、ラインアドレス時間の間変化する合成値を提供し、切り替えら れている材料分子への切り替えトルクを改良し、切り替えられていない分子への 切り替えトルクを低減する。 データ波形は、少なくとも3ts、好ましくは4tsよりも多く、例えば、5 ts、6ts、7ts、8ts、またはそれ以上を有してもよい。 ストローブ波形は、二つまたはそれ以上のレベルでもよく、これらのレベルに はゼロレベルを含んでもよい。ストローブ波形の第一のパルスは、GB−2,2 62,831号におけるように、材料の切り替え特性を変化させるために振幅お よび符号において変化してもよく、波形の時間が別の行のラインアドレス時間へ と延長してもよい。 表示装置材料は、ストローブの極性が交互の(alternate)フィールドで反転 する二つのフィールドにおいてアドレスされて表示装置全体がその所望のパター ンにアドレスされるフレームを作り上げてもよい。または、表示装置をブランク にしてそ の後一つのストローブ波形によって選択的に切り替えてもよい。直流バランスを 維持するために、ブランキングおよびストローブの極性を周期的に逆にしてもよ い。列電極に印加されるデータ波形の如何を問わず切り替えが行われるように、 ブランキングには、振幅一時間の積が十分である一つまたはそれ以上のパルスを 印加することが必要である。ブランキングは、一度に何らかの所望の連続の一つ またはそれ以上のラインであってもよい。ブランキングパルスは、ストローブに よって直流バランスされていてもよく、直流バランスを提供する余分の部分を有 していてもよい。 装置で用いる材料は、自発分極(Ps)と誘電二軸性(dielectric biaxialit y)(∂ε)の比が、好ましくは0.01Cm-2より小さく、例えば0.001 Cm-2より小さい。 次に、本発明について、添付の図面に関して例としてのみ説明する。 第1図は、行および列ドライバを有するx、y表示装置の概略図である。 第2図は、第1図の表示装置のセルの断面図である。 第3図は、多数の可能性のある配向構造の内の一つを示す、 強誘電性液晶材料の層の概略図である。 第4図は、LC分子の二つの許容できる双安定の位置の一つおよびその円錐の 仮想表面のまわりを動く包絡面(envelope)を示す概略図である。 第5図は、切り替えの間の液晶分子のいくつかの位置を示す、第4図の端面図 である。 第6a図、第6b図はそれぞれ、第5図の液晶分子の位置に対する強誘電およ び誘電トルクを示す図である。 第7a図、第7b図は、切り替え円錐の周りのディレクタ(director)の位置 に対する切り替えトルクおよび電圧を示す図である。 第8図は、第5図の材料を切り替えるのに適した合成波形の一例を示す図であ る。 第9図は、切り替えを行わない、第8図の波形と共に用いられる、合成波形を 示す図である。 第10図は、第11図および第12図に示す二つの異なるアドレシング方式で の、一つの材料の切り替え特性を示すグラフである。 第11図は、従来技術のアドレシング方式の一ストローブ、 二データ、二合成波形を示す図である。 第12図、第12a図は、本発明の二つの四スロット方式についてのストロー ブ、データ、合成波形を示す図である。 第13図ないし第16図は、四スロット方式の異なる形状についての切り替え 特性を示す図である。 第17図は、三スロット方式についてのストローブ、データ、合成波形を示す 図である。 第18図は、六スロット方式についてのストローブ、データ、合成波形を示す 図である。 第19図は、八スロット方式についてのストローブ、データ、合成波形を示す 図である。 第20図は、第17図の三スロット方式についての切り替え特性を示す図であ る。 第21図ないし第22図は、第19図の八スロット方式についての非選択およ び選択の合成波形についての切り替え特性を示す図である。 第23図は、異なる画素パターンの表示についての従来技術のアドレシング方 式についての、Vs/Vに対するラインアドレス時間を示す図である。 第24図は、異なる画素パターンの表示についての本発明の三スロットアドレ シング方式についての、Vs/Vに対するラインアドレス時間を示す図である。 第25図は、第11図におけるような方式によってアドレスされる装置につい ての切り替え特性を示す図である。 第26図は、本発明によってアドレスされる装置についての切り替え特性、異 なる画素パターンの切り替え点への影響を示す図である。 第1図および第2図に示す表示装置1は、スペーサリング4および/または分 散スペーサによって約1−6μm間隔をおいて配置した二つのガラスの壁2,3 を具備する。透明な酸化スズでできた電極構造5、6が、両方の壁の内面に形成 されている。これらの電極は、X、Yのマトリクスを形成する行および列として 示しているが、他の形であってもよい。例えば、r,θの表示装置用の放射状で 曲線の形状であってもよく、デジタルセブンバー表示装置(digital seven bar display)用のセグメントの形であってもよい。 壁2、3およびスペーサリング4の間には、液晶材料の層7が含まれている。 セル1の前後には、偏光子8、9が配置され ている。行ドライバ10および列ドライバ11が、セルに電圧信号を印加する。 二組の波形が発生して、行および列ドライバ10、11に供給されている。スト ローブ波形発生器12は行波形を供給し、データ波形発生器13は列ドライバ1 1にONおよびOFF波形を供給する。タイミングおよび表示フォーマットの全 面的な制御は、制御論理装置14によって行われている。 組立前に、壁2、3は、例えばポリアミドまたはポリイミドの薄層のスピニン グオン、乾燥、および適当な部分については硬化、によって表面処理が行われる 。その後、柔らかい布(例えばレーヨン)で、単一方向R1、R2にこする。この 公知の処理によって、液晶分子のための表面配向が与えられる。電場が印加され ていない状態においては、分子は自らラビング方向R1、R2に沿い表面と約2度 °の角度をなして配向する傾向がある。ラビング方向R1、R2は、図示のように 同じ方向に平行であるか、または装置のタイプによっては、逆平行であってもよ い。適当な単向電圧が印加されると、分子のディレクタが、電圧の極性によって 、二つの方向D1、D2のうちの一つに沿って配向する。理想的には、D1、D2の 間の角度は約45° であるが、これは材料によって変化する。 装置は、透過モードで動作しても反射モードで動作してもよい。前者において は、例えばタングステンバルブ15からの装置を通る光が選択的に透過させられ たり阻止されたりして所望の表示を形成する。反射モードにおいては、鏡16が 第二の偏光子9の背後に配置され、周囲光が反射してセル1および二つの偏光子 8、9を通る。鏡16が部分的に反射するようにすることによって、装置は透過 モードでも反射モードでも動作することができる。 第3図は、層内の液晶分子21の一配列を概略的に示す。第4図でよりはっき りとわかるように、分子(より正確には、ディレクタ)は、円錐22の表面上に 置かれているかのようになる傾向がある。セル壁2、3に隣接するところでは、 強い配向力によって分子が傾斜し配向した方向につなぎ止められている。壁から 遠いところでは、分子は二つの安定位置21、21’のうちの一つに示すように 自ら配列する傾向がある。適当な極性の直流の電場が印加されると、分子と場が 結合(coupling)し、分子は一方の切り替え位置21(実線で示す)から他方 の切り替え位置21’(破線で示す)へと円錐22のまわりを回転す る。 本発明は、切り替えの間に印加される場の振幅を変化させることによって切り 替えの間の分子へのトルクを最大にすることをねらい、これにより、切り替えを 改良するものである。 第5図、第6a図、第6b図は、分子がφac(交流安定電圧の下での位置) からA、Bを通って、二つの切り替え状態の中間にあるφs(その後も動き続け て他方の切り替え位置φac’に達する)に動くにつれてどのようにトルクが変 化するかを示す。ディレクタには、強誘電トルクと誘電トルクという、二つの異 なるトルクが作用している。第6a図の強誘電トルクは、印加電圧と比例し、デ ィレクタに作用して円錐面22のまわりを回転させる力である。第6b図の誘電 トルクは、ディレクタの動きに抵抗する傾向があり、V2に比例する。分子の切 り替えを改良するために、材料に印加される電圧は、切り替わることが必要な画 素について、ディレクタがφacからA、B、φsを通って切り替わる時に、切 り替えトルク(強誘電トルクと誘電トルクの差)が最大になるようにされている 。切り替わらないことが必要な画素については、切り替えトルクは最小になる。 第7a図でわかるように、切り替え前には、ディレクタはゼロから約50°の 角度を有している。比較的小さい電圧である10vを印加する結果、小さな正の 切り替えトルクが発生し、ディレクタが動き始める。第7a図に示すように、約 74°のところで、電圧は20vに増大でき、その後約82°以上のところで、 電圧は30v、40v、等60vまで増大する。これと対照的に、最初に印加す る電圧が例えば50vと大きい場合には、誘電トルクが強誘電トルクを圧倒する ために切り替えトルクは大きく負となり、それによって切り替えの速度が遅くな る。 本発明がどのようにマルチプレックス化された装置の性能を改良するかについ ての説明を、特に第5図、第6a図、第6b図を参照して以下に述べる。第5図 は、ディレクタの可能性のある配向の円錐の平面図を示す。液晶は、印加した電 場にのみ応答して、配向角φが変化するにつれてこの円錐のまわりを動く。一方 の表面から他方の表面への実際の装置の構成は複雑であり、配向および印加され る電場によって決まる。簡単のために、ディレクタがサンプルを通じてある配向 φをなしているという同一の構造を仮定する。電場を印加する結果、φを変化す る傾向がある正味トルクが分子にかかるときに、切り替えが起こる。切り替えの 速度は、トルクの大きさと分子が動いていく上での配向の全体的な変化によって 決まる。強誘電性液晶装置は、正味の直流の場が円錐の片側(第5図の左または 右のどちらか)を好む結果として切り替わる。最初の配向はφacであり(通常 データ波形からの交流の場の効果の結果として生じる)、正しい極性の正味の直 流がφsに向かう再配向を起こす傾向があるときに、切り替えが起こる(ディレ クタがいったんφsを過ぎると、画素は保持(ラッチ)され、直流電圧を除去す ると、円錐の他方の側、本例では左側に弛緩する)。 直流を印加することによって、第6a図に示す形の切り替えトルクが生じる。 このトルクはVにおいて直線状であり、極性に依存する−印加される直流電圧が 高いほど、および/または印加の持続時間が長いほど、切り替えが高速になる。 しかし、強誘電性液晶(FLC)はまた、第6b図に示すように誘電特性からの トルクへの寄与を有する。これらにより、通常0°または180°に近いφac ある値で静電自由エネルギーが最小になる傾向があり、トルクはV2に関係する (そして、極性に依存しない)。通常の強誘電性材料については、高い場を除き 、 誘電性の項(ε0.EεE)が強誘電性の項(PsE)よりも小さい。従って、場 が増大するにつれて、装置は高速になり、最小になると、誘電性の項の効果によ って装置が低速になる。これが、ιVの曲線において最低点がある理由である。 弾性トルクおよび慣性トルクを無視すると、ディレクタにかかるトルクΓは、 次式によって与えられる。 第7a図は、表1の材料およびセルのパラメータについての10Vから60V の間の電圧についてのトルクの、ディレクタの配向φへの依存性を示す。Γが正 の値であれば、φが90°に向かって動き、負の値であれば、ディレクタが、交 流場の安定した状態(AC field stabilised condition)φacに向かって動く 。 本発明の背後にある理由は、与えられたディレクタの配向に対して、次式で与 えられる最大トルクを与える切り替え電圧がある、という事実にある。 さらに、自明の(trivial)場合である V=0 について、または強誘電トルクと誘電トルクがバランスされ反対である場合の について、切り替えトルクがない電圧が存在する。後者の場合、これは最大トル クに必要な電圧の二倍である。これら三つの状態のφへの依存性を、第7b図に 示す。 与えられたディレクタの配向φについて、切り替えトルクがゼロから最大にな ってまたゼロに戻る変化をするある電圧範囲がある。この範囲の外では、切り替 えトルクはゼロである。第7b図においてハッチングを施した領域として示され たこの範囲の幅は、φと共に変化する。図において、最大トルクの値を実線で示 し、ゼロトルクの限界を点線で示す。 ラインアドレス時間(1at)の間に画素を最も速く切り替えるためには、画 素に印加する電圧(ストローブとデータを合成したもの)は、第7b図に示す最 大トルク曲線に従わねばならない。 切り替わる必要がない画素については、三つの解決法が考えられる。すなわち 、(i)ゼロの切り替えトルクを与えるゼロ電圧(しかし、一ラインのすべての 画素にストローブを印加するので、非現実的である)、(ii)ディレクタを必 要な切り 替え方向と反対方向に動かす傾向のある電圧、(iii)ゼロの(または不十分 な)切り替えトルクが画素において発生するのに十分高い(または低い)電圧。 実際には、以下に第8図、第9図を参照して説明するように、(ii)と(ii i)を組み合わせたものを用いて、アドレシングの間切り替えトルクが最大曲線 から十分離れていて画素が切り替わらないようにすることができる。 装置は、ストローブ電圧が一度に一ラインに印加されるようにマルチプレック ス化されており、画素が一つのデータ波形では切り替わるが別のデータ波形では 切り替わらないようになっている。同一のストローブが列全体に沿って印加され るので、選択(S)と非選択(NS)の画素の識別は、データ電圧のみによる。 従来技術の方式では、形状は同じだが極性が反対のSおよびNSのデータの形を 用いている。第11図の従来技術の方式は、以下の方法で二時間スロットで動作 する。 (0,1)Vs+(1,−1)Vd および(0,1)Vs−(1,−1)Vd これらの方式は、01_11と省略することができる。ただし第一の部分の数 字は二スロットにわたるストローブのレベル を表し、第二の部分の数字はデータ電圧を表す、第11図。これまで説明してき たすべての方式において、データ波形は一ラインアドレス時間にわたって直流バ ランスされている(液晶の電気的ブレークダウンおよび同一の画素のパターンで の数フレームにわたる不所望の切り替えを防止するために重要である)。従って 、この省略において、データ波形の極性を特定する必要はない。別のタイプの方 式は、0111_1111で表される方式である。 第11図の方式は、τVが最小である材料に最もよく適用される従来技術であ り、以下の方法で作動する。ストローブ電圧は、時間スロットの第一の部分でゼ ロを含み、従って合成したものは+Vdまたは−Vdのどちらかのプレパルスを 有し、その後一スロットのVs±Vdが続く。最小のτV近くで動作することに よって、選択パルスには(+Vd,Vs−Vd)の合成したものが与えられ、非 選択には(−Vd,Vs+Vd)の合成したものが与えられる。プレパルスVd は、ディレクタをその最初の状態から、極性によってφ=0またはφ=90°の どちらかの直流切り替え状態に向かって切り替え始める。その後Vsが印加され ると、ディレクタはもはやその最初の位置φ acにはなく、選択パルスについては位置A(第5図)、非選択についてはφ= 0のどちらかにある。これにより、自動的にSとNSの波形の識別が改良される 。従って、切り替えは、合成したもののVs+Vdの部分ではなくVs−Vdの 部分の結果として起こる。 本発明の方式の目的は、印加ストローブ電圧と共に、反対の状態にラッチされ る画素の切り替えの過程を通して最大トルク(最速の応答を引き起こす)か、ま たは変化しないままであるべき画素の役に立つ最小トルク(より幅広い識別のた め)、のどちらかを引き起こす、データ波形を提供することである。これらの方 式において、VsとVdの両方が、3またはそれ以上の時間スロットにわたって 印加される多数の電圧レベルを有してもよい。これによって、合成波形の精密な 形状に対する制御の程度をはるかに大きくでき、従って、最適の速度、電圧、動 作範囲により近くすることができる。使用するスロットの数が多くなればなるほ ど、制御の程度を大きくでき、最適の性能に近くすることができる。 第11図の方式について上で説明した簡単にした状況(picture)は、合成し たものの形状をどのように最適化する かを理解する助けとなる。すなわち、 (i)プレパルスによって良好な識別ができる。これが高いほど(または、持 続時間が長いほど)、Vsでストローブのその部分を受け取る前にディレクタが 円錐のまわりをより遠く(further)回り、動作範囲が広くなる。 (ii)切り替えの大部分は、レベルVsのストローブの部分によってなされ る(これは、上で参照した従来技術の方式同様次のラインへと延長してもよいこ とに注意)。これは高速動作を行うのに十分な持続時間と振幅でなければならな いが(好ましくは約ιVmin)、これはSとNSの画素の両方にわたって印加 され、識別は専らVdによる。従って、ラインアドレス時間と動作範囲の間には トレードオフがある。 第8図および第9図は、改良した方式の設計方法を説明するための、五スロッ ト時間でどのように最適性能にアプローチするかを示す、合成電圧である。正の 電圧が切り替えをφ=180°に向かって誘導すると仮定する。第8図の選択パ ルスを考える。これは、それぞれの時間スロットにおいて第7b図に示す最大ト ルクに近づくように設計されている。最初の状態は、液晶の配向、RMS電圧( 交流場の安定を引き起こす)、前の ラインからのデータ波形の影響によって設定される。この最初の状態は、通常約 60°であり、第7b図が示すように、切り替えトルクは比較的低い電圧につい ては最大である(この配向においては、誘電トルクからの寄与が大きいからであ る、第6図)。ディレクタがφ=90°に向かって切り替わり始めると、誘電ト ルクの重要性はますます少なくなり、より高い電圧で最大切り替えトルクに達す る。従って、第8図に示す形の合成波形が切り替えに必要である。 変化しないままであるべき画素(非選択)がゼロ(またはそれ以下)ボルトか 、上記式4で与えられる電圧よりも大きいかのどちらかの電圧を受ける場合には 、最大幅の動作範囲が生じる。後者は、同一のストローブ電圧が最大トルク近く を与える合成したものをももたらさねばらなないので、非現実的であるかもしれ ない。非選択の合成したものについてのゼロトルクの軌跡のうちのどちらかに近 い動作が、必要とされているものである。かかる波形の一例を第9図に示す。駆 動方式がプレパルスで動作する(NSの合成したものについては負)ように設計 されている場合には、ディレクタはその最初の状態からφ=0°に向かって部分 的に、例えば40°に切り替わる。ここで、 誘電トルクは比較的低く、比較的低い電圧によってゼロトルクが与えられる。デ ィレクタがφ=90°に向かって円錐のまわりを動いて戻るにつれて、最低トル クを与える電圧が増大する。ある時点において、式4に従った最低トルクを有す る電圧が非現実的になるので、逓減的に小さい電圧を用いてトルクを最小に保つ ことを保証してもよい。 実際には、表示装置にわたってコントラストのばらつきを防止するために、デ ータ波形はそれぞれのラインアドレス期間内で直流バランスされていなければな らず、選択および非選択波形は、同一のRMS電圧レベルを有するべきである。 本発明の用語においては、このことが暗黙に仮定されている。本発明の方式のい くつかの方式例を、表2に示す。これらの方式はみな、ストローブの最初のスロ ットにゼロを用い、データ電圧を高レベルにして良好な識別を行っている。この ようにして、比較的低いRMS電圧レベルで識別を改良することができる。 最良の性能となる電圧の厳密な形は、セルの材料、配向、温度に従って変化す る。表示装置の温度変化を補償する手段を設けることが重要である。これらの方 式にも、VsとVdのどちらかの大きさを変えたりストローブを次のラインへと 延長する等の従来技術の方法が等しく適用可能である。しかし、これらの方式に は、例えばどちらかの(または両方)のデータ波形の形状、ストローブ波形の形 状を変化させたり、スロットの数を変化させたり(例えば、011_110へ、 更に0111_1100から0111_11000へ等、変化させて)、これら の何らかの組み合わせ、等のさらなる(そして新規な)方法も また利用できる。 第5図に示す回転の切り替え(選択)および非切り替え(非選択)を改良する 二つの合成波形を第8図、第9図に示す。合成電圧の最初において、ディレクタ は低い値のφacを有しており、低電圧が印加される、第8図。電圧は段階的に 増大し、ディレクタは位置A、b、φsを通って動く。その後も動き続け、さら に電圧を印加することなくφac’に達する。切り替わる必要がない画素の合成 電圧を、第9図に示す。最初は電圧は小さく負であり、ディレクタが誤った方向 にいくらか動く。その後、ディレクタがφA位置になるまで電圧が増大する。そ の後、合成したものは減少する。この第9図の合成したものの正味の効果は、誘 電トルクが優勢であり、従って切り替えを妨げる(hindering)、ということで ある。 第10図は、点線で示す従来技術の方式と本発明の一方式、という二つの異な るアドレシング方式の下でのカイラルスメクチック材料のτ(切り替えに要する 時間)およびV(印加電圧)の切り替え特性を示す。材料は、印加電圧と時間の 積に基づいて(on)切り替わる。曲線よりも上で、材料は切り替わる。図示の ように、材料は印加電圧の波形の形状にも感応する。上 部の曲線A、Cは、一方の極性の小さなパルスの後に反対の極性のより大きなパ ルスが来る波形に当てはまる。下部の曲線B、Dは、一方の極性の小さなパルス の後に同じ極性のより大きなパルスが来る波形に当てはまる。従って、電圧と時 間の積のみでなく、波形の形状も考慮することが必要である。 第11図の従来技術の方式(二スロットの方式)において、一ラインアドレス 時間の間に存在するストローブおよびデータ波形を実線で示す。ラインアドレス 期間の外側では、ストローブはゼロである。その他のラインアドレス期間におい ては、データは「暗」選択と「明」選択のどちらでもよく、図では一つの可能性 のみを示す。ストローブ波形は、一時間スロット(1ts)の間ゼロボルトであ り、その後連続した行に順番に1tsの+Vsが印加され、その間二つのデータ 波形のうちの一つがそれぞれの列に供給される。データ波形は、それぞれ1ts 続く、+Vdと−Vdの交互のパルスであり、一方のデータ波形は他方の逆であ る。 データA(すなわち非選択つまり暗状態)では、(正の)ストローブと組み合 わされても切り替えは起こらない。データB(すなわち選択つまり明状態)では 、(正の)ストローブと組 み合わされると切り替えが起こる。すべての行が図示のストローブにアドレスさ れると、すなわち一フィールド時間、ストローブ波形の極性は逆転し、第二のフ ィールド時間にすべての行がアドレスされ、選択データが非選択データとなり、 非選択データが選択データとなる。 表示装置に完全にアドレスするには、二フィールド時間が必要であり、これが フレーム時間となる。図示のストローブは、行と列の交点にある選択された画素 にアドレスして例えばD1(第1図)すなわちアップ状態にし(データBと組み 合わさって)、その逆は選択された画素をD2すなわちダウン状態に切り替える (データAと組み合わさって)。 正のストローブと暗のデータの合成電圧は(−Vd);(Vs+Vd)であり、 これでは切り替わらない。正のストローブと明のデータでは(+Vd);(+Vs −Vd)であり、切り替わる。負のストローブとデータの合成電圧はこの逆であ る、すなわち、負のストローブは暗のデータ波形と組み合わさって切り替わるが 、明のデータ波形と組み合わさっても切り替わらない。これら二つの合成したも のの切り替え特性を、第10図に点線で示す。 第12図は、本発明の、四スロット方式であるアドレシング方式を示す。一ラ インアドレス時間(すなわち4ts)の間に存在するストローブおよびデータ波 形を実線で示す。ラインアドレス期間の外側では、ストローブはゼロである。そ の他のラインアドレス期間においては、データは「暗」選択と「明」選択のどち らでもよく、図では一つの可能性のみを示す。ストローブ波形は、第一の時間ス ロット(ts1)の間ゼロボルトであり、次の四時間スロットts2−ts4の 間Vsである。非選択つまり暗状態のデータはts1の間+Vd1であり、ts 2−ts4の間−Vd2である。本例においては、Vd1=3×Vd2である。 選択つまり明状態はts1の間−Vd1であり、ts2−ts4の間+Vd2で ある。合成波形(CおよびD)は、非選択および選択について、それぞれ−Vd 2、Vs+Vd1、および+Vd2、Vs−Vd1(および逆極性)である。第 10図は、これらの合成したものの切り替え特性にCおよびDの印をつけて示し たものである。第11図のデータ波形から第12図のデータ波形にデータ波形を 変えることによって、与えられた電圧について切り替え時間が変わる、すなわち 短くなることがわかる。 第12a図は、第12図に示す四スロット方式の変形を示す。第18a図にお いて、ストローブは第一のフィールド時間において0、+Vs1、+Vs2、+ Vs2であり、その後第二のフィールド時間においてはその逆となる。二つのデ ータ波形は、第12図と同様、Vd1=3×Vd2である。合成波形は図示の通 りであり、第12図に示すものよりも第8図、第9図に示すものに近い。非選択 の合成したものは、−Vd2、+Vs1+Vd1、Vs2+Vd1、Vs2+V d1、および逆極性である。選択の合成したものは、−Vd2、−(Vs1−V d1、−(Vs2−Vd1、−(Vs2−Vd1、および逆極性である。 データ波形の形状によって、τV曲線はかなり変化する。第13図ないし第1 6図はそれぞれのパルスのうちの第一のパルス、第四のパルス、第三のパルスの 振幅の変化、およびこの四時間スロット内でのVs+Vdのパルスの位置の変化 、の影響を示す。 上記第10図ないし第16図は、四スロット駆動方式を説明したものであり、 それらを従来技術の二スロット方式と比較したものである。本発明は、四スロッ トより少ない、または多い スロットを用いてもよく、スロット数は奇数であっても偶数であってもよい。例 えば、三スロット、六スロット、八スロットであってもよい。 第17図は、時間スロットts1、ts2、ts3においてストローブパルス が0、Vs、Vsである三スロット方式を示す。この後、第二のフィールド時間 の間、極性は逆になる。暗状態のデータパルスは、この三スロットにおいて、+ Vd、−Vd、0である。明状態のデータパルスは、この三時間スロットにおい て、−Vd、+Vd、0である。三スロット方式のラインアドレス時間は、3t sである。正のストローブと暗状態のデータの合成電圧は、−Vd、Vs+Vd 、Vsと表され、これでは切り替えは起こらない。正のストローブと明状態のデ ータの合成は、Vd、Vs−Vd、Vsであり、これで切り替えが起こる。図示 の第二のフィールド時間における負のストローブには、この逆が当てはまる。 GB−2,262,831号と同様、ストローブ波形は、次の行のラインアド レスへと延長されてもよい。例えば、ストローブ波形は、0、Vs、Vs、Vs であってもよい。ストローブ波形には、二つ以上の電圧レベルを用いてもよい。 六スロットの方式についてのストローブおよびデータ(2)波形を第18図に 示す。第一のフィールド時間の印加について、ストローブパルスはts1におい て0であり、ts2からts6において+Vsである。切り替えを行うデータパ ルスは、ts1からts6において、−2、+2、+1、0、0、−1である。 非切り替えのデータパルスは、ts1からts6において、+2、0、−2、− 1、0、+1である。第二のフィールド時間において用いるストローブ波形の形 状は、図示しないが、図示のストローブの逆である。 第19図は、八スロット方式を示す。一ラインアドレス時間に存在するストロ ーブおよびデータ波形を実線で示す。ラインアドレス期間の外側では、ストロー ブはゼロである。その他のラインアドレス期間においては、データは「暗」選択 と「明」選択のどちらでもよく、図では一つの可能性のみを示す。第一のフィー ルド時間のストローブ波形は、ts1でゼロボルトであり、ts2−ts8でV sである。第二のフィールドのストローブは、この逆である。暗状態のデータ波 形のパルスは、−2Vd、−Vd、−Vd、−Vd、0、0、0、+Vdである 。明状態のデータ波形のパルスは、ts1−ts8において、− 2Vd、Vd、+Vd、+Vd、0、0、0、−Vdである。二つ以上のレベル のストローブや三つ以上のレベルのデータパルスを用いてもよい。切り替えを行 わない、正のストローブと暗状態のデータを合成したものは、−(Vs−Vd) 、Vs+Vd、Vs+Vd、Vs+Vd、Vs、Vs、Vs、Vs−Vdである 。切り替えを行う、正のストローブと明状態のデータを合成したものは、2Vd 、Vs−Vd、Vs−Vd、Vs−Vd、Vs、Vs、Vs、Vs+Vdである 。第8図、第9図における合成したものとの類似性に注意せよ。 第20図は、三スロット方式について、振幅の変化および相対的な振幅の、τ Vへの影響を示す。以下の非選択および選択の合成電圧を用いて、図示の曲線が 作成された。サンプル番号 合成電圧、番号は任意のユニット 切り替え 非切り替え 1 5,Vs-5,Vs-5,Vs+5 -5,Vs+5,Vs+5,Vs-5 2 10,Vs-5,Vs-5 -10,Vs+5,Vs+5 3 5,Vs-10,Vs+5 -5,Vs+10,Vs-5 4 5,Vs+5,Vs-10 -5,Vs-5,Vs+10 5 8.66,Vs-8.66,Vs -8.66,Vs+8.66,Vs 6 8.66,Vs,Vs-8.66 -8.66,Vs,Vs-8.66 注:同じrms値を与えるようになっているならば、切り替えを行わない合成し たもののうちのどの一つを切り替えを行う合成したものうちのどの一つと用いる こともできる。 第21図は、以下の非選択の合成電圧での八スロット方式についてのτV特性 を示す。サンプル番号 連続したtsにおける合成したもの 1 -2 1 1 1 -1 0 0 0 2 -2 1 1 1 0 0 0 -1 3 -2 1 -1 0 0 0 1 1 4 -2 1 -1 1 1 0 0 0 5 -1 1 1 1 0 0 0 -2 例2の特性が最良である。 第22図は、以下の選択の合成電圧での第19図におけるような八スロット方 式についてのτV特性を示す。サンプル番号 連続したtsにおける合成したもの 1 2 -1 -1 -1 1 0 0 0 2 2 -1 -1 -1 0 0 0 1 3 2 -1 1 0 0 0 -1 -1 4 2 -1 1 -1 -1 0 0 0 5 1 -1 -1 -1 0 0 0 2 例2の特性が最良である。 本発明のアドレシング方式では、いくつかの従来技術の方式と同様に、同一の 形状でないかもしれないが(may not)反対の極性である、二つのデータ波形を 発生することが必要である。 または、上記の二つのフィールド方式の代わりに、画素をブランクにして一方 の状態にし、その後選択的に他方の状態に切り替えてもよい。かかるブランキン グは、一度に一行でもそれ以上の行であってもよく、選択的アドレシングよりも 前に数行であってもよい。 表示装置にアドレスするとき、画素のパターンは、画素の切り替え、すなわち アドレスされているラインのどちらかの側に印加される電圧、に影響を及ぼす。 第23図、第24図は、四つの異なる画素のパターンにアドレスしている二つの 異なるアドレス方式を示し、データ波形の四つの異なる組み合わせを示す。第2 3図は、第11図に示すアドレス方式であり、第24 図は、本発明の三スロットの方式である。三ラインアドレス期間が示されており 、そのうちの真ん中のものは、すべてのデータの組み合わせについて同一である が、この真ん中の期間のどちらかの側のデータおよび合成したものは、画素のパ ターンによって変わる。四つの異なるデータ波形は、このラインアドレス期間の どちらかの側のデータの異なる可能性のある組み合わせである。合成したもの( クロスハッチングを施して示す)は、この四つの異なる画素パターンについての ストローブおよびデータ波形の組み合わせである。共働パルス(ハッチングを施 して示す)は、合成パルスと組み合わさってこれを助けるデータ波形である。 第25図、第26図はそれぞれ、第11図の従来技術の方式と本発明の三スロ ット方式(第24図)についての切り替え特性を示す。第25図においては、グ ラフではかなりの分散がみられ、画素のパターンが異なると切り替えに大きなば らつきが生じる、すなわち、明暗の画素のパターンが与えられた画素を切り替え るのに要する時間と電圧の積に影響を及ぼすことを示している。これとは対照的 に、第26図は、異なる画素のパターンについて、切り替えにほとんど分散がみ られない。これに より、表示の見え方が改良されることになる。従来技術の最速のラインアドレス 時間は約85マイクロ秒であるが、第26図のものでは約50マイクロ秒である 。第26図のグラフは、層厚1.8マイクロメートル、平行に研磨された(同一 方向に)ポリイミドの表面の間の、25℃で測定した、ZLI−5014−00 0(E.Merck,FRGより入手)で満たしたセルについて得られた実験結果である 。 測定Psが2.88nCcm-2(=2.88×10−5cm-2)であり、25 ℃における推定誘電二軸性が∂εが0.2であるZLI−5014−000は、 好適な液晶材料の一つである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヒユーズ,ジヨナサン・レニー イギリス国、ウスターシヤー・ダブリユ・ アール・14・3・ピー・エス、モールバー ン、セント・アンドリユーズ・ロード、デ イフエンス・リサーチ・エージエンシー (番地なし) (72)発明者 アンダーソン,マリー・ハーパー イギリス国、ウスターシヤー・ダブリユ・ アール・14・3・ピー・エス、モールバー ン、セント・アンドリユーズ・ロード、デ イフエンス・リサーチ・エージエンシー (番地なし) 【要約の続き】 じて電圧レベルが徐々に増大する。非切り替えの合成波 形は、第一の電圧が後の電圧レベルと逆の極性であり、 これらの電圧レベルは切り替えを阻止するのに十分大き な振幅の一つまたはそれ以上のレベルを含んでもよい。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.強誘電性液晶セル内の、第一の組の電極における複数の電極と第二の組の電 極における複数の電極の交点によって形成されるアドレス可能な画素のマトリク スにマルチプレックスアドレスする方法であって、 前記第一の組のそれぞれの電極に対してアドレシング期間の間ストローブ波形 を連続して発生し印加する段階と、 前記第二の組のそれぞれの電極に対してそれぞれのアドレシング期間において 二つのデータ波形のうちの一つを発生し印加する段階とを含む方法において、 前記アドレシング期間を形成する少なくとも三時間スロット(3ts)の期間 で少なくとも二つの異なる振幅の電圧レベルを有し、前記アドレシング期間内で 直流バランスと等価rms値を有する、二つの異なる形状のデータ波形を発生す る段階と、 前記二つのデータ波形と共働して、それぞれが少なくとも1アドレシング期間 の間続く切り替えおよび非切り替えの合成波形を作り出す、少なくとも二つの電 圧レベルのストローブ波形を発生する段階とを特徴とし、 前記切り替えの合成波形は、それぞれのアドレシング期間において少なくとも 二つの同じ極性の異なる電圧レベルを有し、第一の時間スロットにおける電圧レ ベルが第二の時間スロットにおけるレベルよりも低い振幅を有し、それぞれのア ドレシング期間の次の時間スロットにおいては同じかそれよりも高い振幅を有し 、 前記非切り替えの合成波形は、第一の時間スロットにおいて、第二の時間スロ ットにおける電圧の極性と反対の極性の第一の電圧レベルを有することを特徴と する方法。 2.前記切り替えの合成したものが、前記アドレス期間の間の連続した時間スロ ットにおいて振幅が増大するが同じ極性の三つまたはそれ以上の電圧レベルを有 することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 3.前記非切り替えの合成したものが、切り替えを阻止するのに適当な振幅の電 圧レベルをアドレシング期間の第二および/または第三時間スロットに有するこ とを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 4.前記非切り替えの合成したものが、前記アドレシング期間の第一および第二 時間スロットにおいて異なる電圧レベルを有 することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 5.自発分極(Ps)と誘電二軸性(∂ε)の比の値が0.01Cm-2より小さ いことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 6.自発分極(Ps)と誘電二軸性(∂ε)の比の値が0.001Cm-2より小 さいことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 7.前記データ波形が二つよりも多い電圧レベルを有することを特徴とする請求 の範囲第1項に記載の方法。 8.前記ストローブ波形が二つよりも多い電圧レベルを有することを特徴とする 請求の範囲第1項に記載の方法。 9.前記合成したものの形状が、前記セルの温度変化と共に変化することを特徴 とする請求の範囲第1項に記載の方法。 10.前記ストローブ波形が、異なる電極のラインアドレス期間へと延長されて 、温度の補償が行われることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 11.前記ストローブ波形の前記第一のレベルが変化して温度の補償が行われる ことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 12.前記ストローブ波形が、一つの極性の波形であってその次に反対の極性の 波形が続き、前記表示装置が二フィールドアドレシング時間にアドレスされるこ とを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 13.前記ストローブ波形が、データ波形の如何を問わず切り替えが行われるよ うにするブランキング波形であって、その次にデータ波形と共働して切り替えを 行うストローブが続くことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 14.前記ブランキングおよびストローブ波形が直流バランスされていることを 特徴とする請求の範囲第7項に記載の方法。 15.前記データ波形の形状が、交流安定化が行われるように整えられているこ とを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。 16.両方が液晶材料を配向するように表面処理された二つのセル壁の間に含ま れるカイラルスメクチック液晶材料の層と、 アドレス可能な要素(画素)のマトリクスを提供するように配置された一方の 壁上の第一の一連の間隔をおいて配置された帯状(行)電極および他方の壁上の 第二の一連の間隔をおいて配置された(列)帯状電極と、 連続して第一の組の電極にストローブ波形を印加し二つのデータ波形(選択お よび非選択)のうちの一つを第二の組の電極における電極印加するドライバ回路 とを具備するマルチプレックスアドレス可能な強誘電性液晶表示装置において、 アドレシング期間を形成する少なくとも三時間スロット(3ts)の期間で少 なくとも二つの電圧レベルを有し、直流バランスと等価rms値を有する、選択 と非選択の二つのデータ波形を発生する手段と、 ストローブ波形を発生する手段とを特徴とし、 前記二つのデータ波形および前記ストローブ波形が共働して、アドレス期間の 間変化する切り替えおよび非切り替えの合成波形を提供し、切り替えられている 材料分子へのトルクを改良し、切り替えられていない分子へのトルクを低減し、 前記切り替えの合成波形は、それぞれのアドレシング期間において少なくとも 二つの同じ極性の異なる電圧レベルを有し、第一の時間スロットにおける電圧レ ベルが第二の時間スロットにおけるレベルよりも低い振幅を有し、 前記非切り替えの合成波形は、第一の時間スロットにおいて、第二の時間スロ ットにおける電圧の極性と反対の極性の第一の 電圧レベルを有することを特徴とする表示装置。 17.前記データ波形が二つよりも多い電圧レベルを有することを特徴とする請 求の範囲第16項に記載の表示装置。 18.前記ストローブ波形が二つまたはそれ以上の電圧レベルを有することを特 徴とする請求の範囲第16項に記載の表示装置。 19.前記二つのデータ波形の形状が異なることを特徴とする請求の範囲第16 項に記載の表示装置。
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