JPS60172029A - 液晶装置 - Google Patents

液晶装置

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JPS60172029A
JPS60172029A JP2827484A JP2827484A JPS60172029A JP S60172029 A JPS60172029 A JP S60172029A JP 2827484 A JP2827484 A JP 2827484A JP 2827484 A JP2827484 A JP 2827484A JP S60172029 A JPS60172029 A JP S60172029A
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liquid crystal
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純一郎 神辺
Kazuharu Katagiri
片桐 一春
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光学変調素子の駆動方法に係り、詳しくは表
示素子や光シヤツターアレイ等の光学変調素子の時分割
駆動方法に関する。
従来より、走査電極群と信号電極群をマトリクス状に構
成し、その電極間に液晶化合物を充填し、多数の画素を
形成して画像或いは情報の表示を行う液晶表示素子はよ
く知られている。
この表示素子の駆動法としては、走査電極群に順次周期
的にアドレス信号を選択印加し、信号電極群には所定の
情報信号をアドレス信号と同期させて並列的に選択印加
する時分割駆動が採用されているが、この表示素子及び
その駆動法には以下に述べる如き致命的とも言える大き
な欠点を有していた。
即ち、画素密度を高く、或いは画面を大きくするのが難
しいことである。従来の液晶の中で応答速度が比較的高
く、シかも消費電力が小さいことから、表示素子として
実用に供されているのは殆んどが、例えばM、 5ch
adtとW、He1frich著@Applied P
hysics Letters ’ Vo 18 v 
& 4(1971,2,15) 、P127〜128の
”Voltage−DependentOptical
 Activity of a Twisted Ne
maticLiquid Crystal”に示された
T N (twistednematic )型の液晶
を用いたものであり、この型の液晶は無電界状態で正の
誘電異方性をもつネマチック液晶の分子が液晶層厚方向
で捩れた構造(ヘリカル構造)を形成し、両電極面でこ
の液晶の分子が並行に配列した構造を形成している。一
方、電界印加状態では、正の誘電異方型の液晶を用いて
マトリクス電極構造によって表示素子を構成した場合、
走査電極と信号電極が共に選択される領域(選択点)に
は、液晶分子を電極面に垂直に配列させるに要する閾値
以上の電圧が印加され、走査電極と信号電極が共に選択
されない領域(非選択点)には電圧は印加されず、した
がって液晶分子は電極面に対して並行な安定配列を保っ
ている。このような液晶セルの上下に互いにクロスニコ
ル関係にある直線偏光子を配置することにより、選択点
では光が透過せず、非選択点では光が透過するため画像
素子とすることが可能となる。然し乍ら、マトリクス電
極構造を構成した場合には、走査電極が選択され、信号
電極が選択されない領域或いは走査電極が選択されず、
信号電極が選択される領域(所謂”半選択点”)にも有
限の電界がかかつてしまう。選択点にかかる電圧と、半
選択点にかかる電圧の差が充分に大きく、液晶分子を電
界に垂直に配列させるに要する電圧閾値がこの中間の電
圧値に設定されるならば、表示素子は正常に動作するわ
けであるが、走査線数向を増やして行った場合、画面全
体(1フレーム)を走査する間に一つの選択点に有効な
で減少してしまう。このために、くり返し走査を行った
場合の選択点と非選択点にかかる実効値としての電圧差
は走査線数が増えれば増える程小さくなり、結果的には
画像コントラストの低下やクロストークが避は難い欠点
となっている。このような現象は、双安定性を有さない
液晶(電極面に対し、液晶分子が水平に配向しているの
が安定状態であり、電界が有効に印加されている間のみ
垂直に配向する)を時間的蓄積効果を利用して駆動する
(即ち、繰り返し走査)ときに生ずる本質的には避は難
い問題点である。
この点を改良するために、電圧平均化法、2周波駆動法
や多重マトリクス法等が既に提案されているが、いずれ
の方法でも不充分であり、表示素子の大画面化や高密度
化は、走査線数が充分に増やせないことによって頭打ち
になっているのが現状である。
一方、プリンタ分野を眺めて見るに、電気信号を入力と
してハードコピーを得る手段として、画素密度の点から
もスピードの点からも電気画像信号を光の形で電子写真
感光体に与えるレーザービームプリンタ(LBP)が現
在最も優れている。ところがLBPには、 1、 プリンタとしての装置が大型になる。
2、 ポリゴンスキャナの様な高速の駆動部分があり騒
音が発生し、また厳しい機械的精度が要求される; などの欠点がある。この様な欠点を解消すべく電気信号
を光信号に変換する素子として、液晶シャッターアレイ
が提案されている。ところが液晶シャッターアレイを用
いて画素信号を与える場合、たとえば200mmの長さ
の中に画素信号を10dat/mmの割合で書き込むた
めには2000個の信号発生部を有していなければなら
ず、それぞれに独立した信号を与えるためには、元来そ
れぞれの信号発生部全てに信号を送るリード線を配線し
なければならず、製作上困難であった。
そのため、I LINE(ライン)分の画素信号を数行
に分割された信号発生部により行ごとに時分割して与え
る試みがなされている。
この様にすることにより、信号を与える電極を複数の信
号発生部に対して共通にすることができ、実質配線数を
大幅に軽減することができるからである。ところが、こ
の場合通常行われているように双安定性を有さない液晶
を用いて行数(へ)を増やして行くと、信号ONの時間
が実質的に1となり、感光体上で得られる光量が減少し
てしまったりクロストークの問題が生ずるという難点が
ある。
本発明の目的は、前述したような従来の液晶表示素子或
いは液晶♂シャッターにおける問題点を悉く解決した新
規な光学変調素子の駆動法を提供することにある。
本発明の別の目的は、高速応答性を有する光学変調素子
の駆動法を提供することにある。
本発明の他の目的は、高密度の画素を有する光学変調素
子の駆動法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、クロストークを発生しな
い光学変調素子の駆動法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、電界に対し双安定性を有
する液晶、特に強誘電性を有するカイラルスメクテイツ
クC相又はH相の液晶を用いた液晶素子の新規な駆動法
を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、高密度の画素と大面積の
画面を有する光学変調素子に適した高速の駆動法を提供
することにある。
すなわち、本発明のかかる目的は、それぞれの交差部で
画素を形成する走査電極群と信号電極群を有し、該走査
電極群と信号電極群の間に電界に対して双安定性光学変
調物質を配置した構造を有する光学変調素子の駆動法に
おいて、N番目の走査電極上の画素に対応する双安定性
光学変調物質を一方の安定状態に配列させる第1の位相
、前記N番目の走査電極に印加した走査信号と同期させ
て信号電極群に書き込み信号を印加する第2の位相とN
+1番目の走査電極上の画素に対応する双安定性光学変
調物質を一方の安定状態に配列させる第3の位相を有す
る光学変調素子の駆動法によって達成される。
本発明の好ましい具体例では、走査信号に基づいて順次
周期的に選択される走査電極群と該走査電極群に対向し
所定の情報信号に基づいて選択される信号電極群と、上
記両電極間に保持され電界に対して双安定性光学変調物
質とを少なくとも有する光学変調素子の選択された走査
電極には、信号電極の電気信号の如何に拘らず上記光学
変調物質を第1の安定状態に配向すべき一方向の電界を
与える電圧を有する位相TOと、信号電極の電気信号に
応じて上記光学変調物質を第2の安定状態に配向し直す
ことを補助する電圧を有する情報信号を書き込む位相T
とを有する電気信号を付与しさらに好しくは位相Tが情
報信号位相T1と補助信号位相T2とからなり、位相T
2に於ては、信号電極群に上記位相TIに所定の情報に
基づいて印加された電気信号とは逆の電圧極性を有する
電気信号を付与することによって駆動することができる
本発明の駆動法で用いる双安定性光学変調物質は、電界
に対して第1の光学的安定状態と第2の光学的安定状態
あ・らなる双安定状態を有しており、特に電界に対して
前述の如き双安定性を有する液晶が用いられる。
本発明の駆動法で用いることができる双安定性を有する
液晶としては、強誘電性を有するカイラルスメクティッ
クC相(Smc“)又はH相(SmH’)の液晶が適し
ている。この強誘電性液晶については、”LB JOU
RNAL DB PHY8IQUELETTER8” 
36 (L−69) 1975 、 「Ferroel
ectricLiquid CrystalsJ ; 
”Appl ied Physics Letters
”36(11)1980 7 Submicro 5e
cond B15tableElectrooptic
 Switching in Liquid Crys
talsJ ;1固体物理”16(141)1981 
r液晶」等に記載されており、本発明ではこれらに開示
された強誘電性液晶を用いることができる。
強誘電性液晶化合物の具体例としては、デシロキシベン
ジリデン−E′−アミノ−2−メチルブチルシンナメー
ト(DOBAMBC) 、ヘキシルオキシベンジリデン
−E′−アミノ−2−クロロブpビルシンナメ−) (
HOBACPC)、4−o−(2−メチル)−ブチルレ
ゾルシリチン−4′−オクチルアニリン(MBRA8 
)が挙げられる。
第1図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもの
である。11と1rは、In、、03.5n02やI 
T O(Indium−Tin 0xide )等の透
明電極がコートされた基板(ガラス板)であり、その間
に層12がガラス面に垂直になるよう配向したS m 
C”相又はSmH”相の液晶が封入されている。太線で
示した線13が液晶分子を表わしており、この液晶分子
13はその分子に直交した方向に双極子モーメン) 1
4 (Pよ)を有している。基板11と1r上の電極間
に一定の閾値以上の電圧を印加すると、液晶分子13の
らせん構造がほどけ、双極子モーメント14はすべて電
界方向に向くよう、液晶分子13は配向方向を変えるこ
とができる。液晶分子13は細長い形状を有しており、
その長軸方向と短軸方向で屈折率異方性を示し、従って
例えば、ガラス面の上下に互いにクロスニフルの偏光子
を置けば、電圧印加極性によって光学特性が変わる液晶
変調素子となることは、容易に理解される。さらに液晶
セルの厚さを充分に薄くした場合(例えば1μ)には、
第2図に示すように電界を印加していない状態でも液晶
分子のらせん構造はほどけ非らせん構造となり、その双
極子モーメントP又はP′は上向き(24)又は下向き
(24’ )のどちらかの状態をとる。このようなセル
に第2図に示す如く一定の閾値以上の極性の異る電界E
又はE′を与えてやると、双極子モーメントは電界E又
はE′の電界ベクトルに対応して上向き24又は下向き
24′と向きを変え、それに応じて液晶分子は第1の安
定状態23があるいは第2の安定状態23′の何れか一
方に配向する。
このような強誘電性液晶を光変調素子として用いること
の利点は2つある。第1に応答速度が極めて速いこと、
第2に液晶分子の配向が双安定性を有することである。
第2の点を例えば第2図によつ゛C説明すると、電界E
を印加すると液晶分子は第1の安定状態23に配向する
が、この状態は電界を切っても安定である。又、逆向き
の電界E′を印加すると、液晶分子は第2の安定状態2
3′に配向して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留っている。又、与える電界Eが
一定の閾値を越えない限り、それぞれの配向状態にやは
り維持されている。このような、応答速度の速さと双安
定性が有効に実現されるにはセルとしては出来るだけ薄
い方が好しく、一般的には0.5μ〜20μ、特に1μ
〜5μが適している。この種の強誘電性液晶を用いた、
マトリクス電極構造を有する液晶電気光学装置は、例え
ばクラークとラガバルにより米国特許第4367924
号公報で提案されている。
本発明の駆動法の好ましい具体例を第3図に示す。
第3図は、中間に強誘電性液晶化合物が挾まれたマトリ
クス電極構造を有するセル31の模式図である。32は
走査電極群であり、33は信号電極群である。今、簡単
のために、白と黒の二値信号を表示する場合を例にとっ
て示す。
第3図において、斜線で示される画素が「黒」に、その
他の画素が「白」に対応するものとする。第4図(a)
と(b)は、それぞれ選択された走査電極に与えられる
電気信号とそれ以外の走査電極(選択されない走査電極
)に与えられる電気信号を示し、第4図(C)と(d)
はそれぞれ選択された(これを黒とする)信号電極に与
えられる電気信号である。
このうち、第4図(C)は、前回の信号が黒であったと
き、第4図(d)は前回の信号が白であったときのもの
である。又、第4図(e)と(f)はそれぞれ選択され
ない(これを白とする)信号電極に与えられる電気信号
である。
このうち、第4図(e)は前回の信号が黒であったとき
、第4図(f)は前回の信号が白であったときのもので
ある。この図に於て Toは一つの走査電極上の画素を
すべて白に揃える位相で、Tは情報信号を書き込む位相
である。本例では、To : T =Δtの例が示され
てぃδ。これらの信号によって第3図に示した表示を行
う場合の駆動波形が第5図に示される。第5図中の81
〜S、は、走査電極に印加される信号、I、と■3は、
信号電極11とI3に印加される信号、AとCはそれぞ
れ第3図中の画素人及びCに印加される電圧波形である
。今、双安定性を有する液晶セルの第1の安定状態(こ
れを白とする)を与えるための印加時間Δtでの閾値電
圧を−Vth2とし、第2の安定状態(これを黒とする
)を与えるための印加時間Δtでの閾値電圧をvth、
とすると、VoLv値としては、vo< vthl< 
2V、 、 −2Vo< −vth2< −v。
となるよう設定される。
第5図より明らかな如く一つの走査電極上の画素は一担
すべて「白」に書き換えられる。引き続き、情報に基づ
いて「黒」又は「白」が指定され、「黒」に対応する画
素では「白」→「黒」の反転を生じさせ、情報の書き込
みが行われるが、この走査電極上の情報書き込みが行わ
れる位相(時間)に於て、同時に次の走査電極上の画素
がすべて白に書き換えられている。従って、1フレーム
の走査による全画面の書き込みを高速で行うことが可能
である。
第6図と第7図は、本発明の駆動法の別の実施例を表わ
している。
第6図(a)と(b)は、それぞれ選択された走査電極
に与えられる電気信号と選択されない走査電極に与えら
れる電気信号を示している。第6図(C)〜(f)は、
信号電極群に印加する情報信号を表わしており、同図(
C)と(e)が前回の信号を黒とし、同図(d)と(f
)が前回の信号を白とした時、位相Tで同図(e)と(
d)では情報信号として黒に対応するVoが印加され、
同図(e)と(f)では情報信号として白に対応するー
■。が印加される。
第7図は、第3図に示す表示を得る時の駆動波形を表わ
している。第7図中の81〜S5は走査電極に印加され
る信号、第7図中の11とI3は信号電極I、と工、に
印加される信号、第7図中のAとCはそれぞれ第3図に
示される画素AとCに印加される電圧波形を表わしてい
る。
さて、双安定性を有する状態での強誘電液晶の電界によ
るスイ 電ンゲのメカニズムは微視的には必ずしも明ら
かではないが、一般に所定の(第1の)安定状態に所定
時間の強い電界でスイッチングした後、全く電界が印加
されない状態に放置する場合には、はぼ半永久的にその
状態を保つことは可能であるが、所定時間ではスイッチ
ングしないような弱い電界(先に説明した例で言えば、
vth以上の電圧に対応)であっても逆極性の電界が長
時間に渉って印加される場合には、逆の(第2の)安定
状態へ再び配向状態が転移してしまい、その結果上しい
情報の表示や変調が達成できない状況が生じ得る。
本発明者等は、このような弱電界の長時間印加による配
向状態の転移(一種のクロストーク)の生じ易さが基板
表面の材質、籾さ及び液晶材料等によって影響を受ける
ことは認妬したが、定f的には未だ把みきっていない。
ただ、ラビングやSiQ 9の斜方蒸着等液晶分子の配
向のためめ一軸性基板処理を行うと、上記転移の生じ易
さか増す傾向にあることは確認した。又、温度が高い方
がその傾向が強いことも確認した。
いずれにしても、正しい情報の表示や変調を達成するた
めに一定方向の電界が長詩間に渉って印加されるのは北
けるのが好しい。
従って本発明のより好ましい駆動方法に於ける補助信号
位相T2は、一定方向の弱電界が印加され続けることを
防止するための位相であって、その具体的実施例を第8
図と第9図に示す。
第8図(a)とtb>け、それぞれ選択された走査電極
に与えられる電気信号と選択されない走査電極に与えら
れる電気信号を示している。信号電極群には第8図fc
)〜(f)に示す如く、位相17で印加した情報信号−
同図(C)と(d)は黒、同図(e)と(flは白に対
応−と極性の異なる信号を位相T2で印加する。例えば
、第3図に示したパターンを表示しようとする場合、位
相T2を持たない駆動方法を行うと、走査電極S1を走
査したとき、画素Aけ黒となるがS2以降では信号電極
工1に印加される電気信号は−■。が連続し、その電圧
はそのまま画素人に印加されるため画素人がやがて白に
反転してしまう危険性があるが、補助信号位相T′を設
けることにより、第8図に於て示した時系列信号より明
らかな如くクロストークの危険性は生じない。
又、第8図(C)と(e)は、前回の信号が黒で、第8
図(d)と(f)は前回の信号が白である場合を表わし
ている。
第9図は、第3図に示す表示を得る時の駆動波形を表わ
している。第9図中のS、−S、は走査電極に印加され
る信号、第9図中の1.と■、は信号電極■1とI、V
C印加される信号、第9図中のAとCはそれぞれ第3図
に示される画素AとCに印加される電圧波形を表わして
いる。
第10図と第11図は、本発明の別の具体例を表わして
いる。この例では翼とvth、又はvth2との間で%
(Vth、 (3Vo、 −3■o(−Vth、(−V
の関係に設定されている。第10図(alと(blけ、
それぞれ選択された走査電極に与えられる電気信号と選
択されない走査電極に与えられる電気信号を示している
さて、補助信号位相T2の最適時間間隔としては、この
位相に於て、信号電極に印加される電圧の大きさにも依
存し、情報信号位相T1に於て付加される電圧と逆極性
の電圧を印加する場合、一般的には電圧が大きい場合v
cは時間間隔は短く、電圧が小さい場合には時間間隔は
長くするのが好しいが、時間間隔が長いと、一画面全体
を走査するのに長い時間を要することになる。
このため、好ましくはT2≦TIと設定することが好ま
しい。
第1O図[C)〜げ)は、信号電極群に印加する情報信
号を表わしており、同図(C1と(e)か前回の信号を
黒とし、同図(d)とげ)が前回の信号を白とした時、
位相T1で同図(C)と(d)では情報信号として黒に
対応するV。が印加され、同IN (e)と(f)では
情報信号として白に対応するm−が印加されている態樵
を表わしている。
第11図は、第3図に示す表示¥i−得る時の駆動波形
を表わしている。第11図中のへ〜S、け走査電極に印
加される信号、第11図中の1.と工、け信号電極工、
と工、に印加される信号、第11図中のAとCはそれぞ
れ第3図に示される画素AとCに印加される電圧波形を
表わしている。
実施例1 透明導電膜(ITO)が互いに500 x 5000マ
トリクスを構成するようバターニングされた1組のガラ
ス板に、スピンコードにより約3001のポリイミド膜
を形成した。それぞれの基板を表面にテレン布が巻きつ
けられたローラによってラビング処理を施し、ラピ/ゲ
方向が一致するようにして貼りあわせてセルを形成した
。このときのセル間隔は約1.2μであった。このセル
に強誘電液晶であるDOBAMBCを注入し、加熱溶融
状態よシ除冷することにより、SmC状態で均一なモノ
ドメイン状態を得た。セル温度を70℃にコントロール
し、第10図に示した駆動方法に基づきへ= 10V 
、 T0= ’r’= T’−△t=50μsecと設
定して、線順次走査を行ったところ、極めて良好な画像
が得られた。
本発明の方法は、液晶−光シャッタや液晶テレヒナどの
光学シャンクあるいはディスプレイ分野に広く応用する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、本発明で用いる液晶紫子を表わす
斜視図である。第3図は、本発明の駆動法で用いる剋極
構造の平面図である。第4図(a)〜(f)は、電極に
印加する電気信号の波形を表わす説明図である。第5図
は、時系列で電圧を印加した時の電圧波形を表わす説明
図である。 第6図(a)〜げ)は、電極に印加する電気信号の別の
波形を表わす説明図である。第7図は、時系列で電圧を
印加した時の別の電圧波形を表わす説明図である。第8
図(a)〜げ)に1電極に印加する電気信号の別の波形
を表わす説明図である。 第9図は、時系列で電圧を印加した時の別の電圧波形を
表わす説明図である。第10図(a)〜(f)は、電極
に印加する電気信号の別の波形を表わす説明図である。 第11図は、時系列で電圧を印加した時の別の電圧波形
を表わす説明図である。 第1図 1 怖2図 1 第4図 (b) (e) (C) (F) 丁0丁 0−一二西L−一 。□ 第5図 工3 oゴL工しm− 第6図 rb)(e) (C) (f) (b) (e) (C)(f) 手続補正書印鋤 昭和60年 1月21日 特許庁長官 志 賀 学 殿 2、発明の名称 光学変調素子の駆動法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住所 東京都大田区下丸子3−30−2名称 (100
)キャノン株式会社 代表者 賀 来 龍 三 部 4、代理人 居所 〒146東京都大田区下丸子3−30−25、補
正の対象 図 面 6、補正の内容 (1)図面の第3図を別紙添付の図面のとおり訂正する

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)それぞれの交差部で画素を形成する走査電極群と
    信号電極群を有し、該走査電極群と信号電極群の間に電
    界に対して双安定性光学変調物質を配置した構造を有す
    る光学変調素子の駆動法において、N番目の走査電極上
    の画素に対応する双安定性光学変調物質を一方の安定状
    態に配列させる第1の位相、前記N番目の走査電極に印
    加した走査信号と同期させて信号電極群に書き込み信号
    を印加する第2の位相とN+1番目の走査電極上の画素
    に対応する双安定性光学変調物質を一方の安定状態に配
    列させる第3の位相を有することを特徴とす・る光学変
    調素子の駆動法。
  2. (2)前記第2の位相と第3の位相が同時となっている
    特許請求の範囲第1項記載の光学変調素子の駆動法。
  3. (3)前記第2の位相で印加する書き込み信号が情報信
    号位相と補助信号位相を有する特許請求の範囲第1項記
    載の光学変調素子の駆動法。
  4. (4)前記情報信号と補助信号の電圧極性が相違してい
    る特許請求の範囲第3項記載の光学変調素子の駆動法。
  5. (5)前記情報信号位相の時間間隔をTIとし、前記補
    助信号位相の時間間隔をT2とした時、T1とT2の間
    でT、≧T2の関係を有している特許請求の範囲第3項
    記載の光学変調素子の駆動法。
  6. (6)前記双安定性光学変調物質が強誘電性液晶である
    特許請求の範囲第1項記載の光学変調素子の駆動法。
  7. (7)前記強誘電性液晶がカイラルスメクティックC相
    又はH相を有する液晶である特許請求の範囲第6項記載
    の光学変調素子の駆動法。
  8. (8)前記カイラルスメクティックC相又はH相を有す
    る液晶が非らせん構造を形成している液晶相である特許
    請求の範囲第7項記載の光学変調素子の駆動法。
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