JPS6259932A - 液晶装置 - Google Patents

液晶装置

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JPS6259932A
JPS6259932A JP19937085A JP19937085A JPS6259932A JP S6259932 A JPS6259932 A JP S6259932A JP 19937085 A JP19937085 A JP 19937085A JP 19937085 A JP19937085 A JP 19937085A JP S6259932 A JPS6259932 A JP S6259932A
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liquid crystal
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crystal element
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Osamu Taniguchi
修 谷口
Shinjiro Okada
伸二郎 岡田
Yutaka Inaba
豊 稲葉
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/137Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/13781Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering using smectic liquid crystals

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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】 [産業上の利用分野] 本発明は、液晶表示素子や液晶−光シヤツター等に使用
される液晶素子及びその駆動方法に関し、更に詳しくは
、液晶分子の初期配向状態を改4することにより、表示
ならびに駆動特性を改りした液晶素r及びその駆動方法
に関する。
[開示の概要] 本明細古及び図面は、液晶表示未了−や液晶−光シヤツ
ター等に使用される強誘電性液晶素r及びその駆動方法
において、強誘電性液晶の双安定性の一方を、印加電圧
値及び電圧印加時間の所定の閾値を越える電界を印加し
たときに現われ、無電界時にはもう一方の安定状態へ緩
和されて行くような準安定状態に形成すると共に、選択
された画素に対しては前記閾値を越える電界を印加し、
選択されない画素に対しては前記閾値以下の電界を印加
して駆動することにより、テレビなどの動画に適した高
速の表示を可濠とする技術を開示するものである。
[従来の技術] 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r−は
よ〈知られている。この表示素r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すを選択印加し、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「ν分割駆動が採用されている
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L段として、画素密度の点から
もスピードの点からも、電気画像信号を光め形で電f写
真感光体に′1えるレーザー。
ビームプリンタが現在最も優れている。その電気信号を
光信5)に変換する素−r−として、液晶シャッターア
レイが提案されている。
これらの実用に供されたのは、殆どが、例えば“アプラ
イド・フィジスク・レターズ°゛(”Applied 
Ph2sics Letters”) 1971年、 
18 (4)号127〜128頁に掲載のN、シ’r−
/ト(M、 5chadt)及び臀、ヘルフリヒ(W、
 He1frich)共著になる°“ボルテージ・ディ
ペンダント・オプティカル・アクティビティ−・オブ・
ア・ツィステッド・ネマチック・リキッド・クリスタル
”(Voltage Dependent 0ptic
al Activity of aTwisted N
ematic Liquid Crysta1″)に示
されたTN (twisted nematic)型液
晶であった。
近年は、在来の液晶素rの改り型として、双安定性を有
する液晶J Tの使用がクラーク(Glark)及びラ
ガーウオール(lagerwal l)の両者により特
開昭56−10721Eiす公報、米国特、¥F第43
67924号明細1り等で提案されている。双安定性液
晶としては、 一般に、カイラルスメクティックC相(
SmCI)又はH相(SmH” )を有する強誘電性液
晶が用いられ、これらの状態において、印加された電界
に応答して第1の光学的安定状態と第2の光学的安定状
態とのいずれかをとり、かつ電界が印加されないときは
その状態を維持する性質、即ち安定性を有し、また電界
の変化に対する応答がすみやかで、高速かつ記憶型の表
示装置等の分野における広い利用が期待されている。
[発fllが解決しようとする問題点]しかしながら、
このような強誘電性液晶を用いて、例えばテレビ画像の
ような、画面が逐次変化する動画を表示しようとした場
合、前述した双安定性を有するために、画面を古き変え
る毎に、逆極性の電界を必要とし、その駆動法が複雑に
なるとともに、−・画面をどき込むための時間が長くな
るという欠点を持っていた。
本発明の目的は前述したような双安定性を有する強誘電
性液晶素子における問題点を解決し、新規な強誘電性液
晶素子−及びその駆動方法を提供することにある。
[問題点を解決するためのL段] 第1の発明の液晶票子は、電極を設けた一対のモ行基板
間に強誘電性液晶を封入したセル構造の液晶;に子にお
いて、強誘電性液晶が、1つの安定状態と、印加電圧値
及び電圧印加時間の所定の閾値を越える電界を印加した
ときに現われ、無電界時には前記安定状態へと緩和的に
移行する1つの準安定状態との2状態を有することを特
徴とする液晶素子とするものであり、第2の発明の駆動
方法は、走査信号を順次選択印加される走査電極群と情
報信号を選択印加される信号電極群とのマトリクス構造
上に画素を配置し1両電極間に電界を印加することによ
り、1つの安定状態と1つの準安定状態とを有する強誘
電性液晶を光学変調する液晶素子の駆動方法であって、
選択された画素に対しては印加電圧値及び電圧印加時間
の所定の閾値を越える電界を印加することにより安定状
態から準安定状態へ液晶分子を移行させ、選択されない
画素に対しては前記閾値以Fの電界を印加することによ
り液晶分子の安定状態を保持することを特徴とするもの
である。
なお、L記の駆動方法は、前記閾値を越える電界を印加
することにより安定状態から準安定状態へ液晶分子を移
行させた後、該準安定状態から安定状態へ戻る緩和時間
が、全画素を含む一画面を走査する時間よりも長いこと
を特に好適とし、更に、前記走査電極に印加した走査信
号に同期させて信号電極に情報信号を印加する第1の期
間と、前記信t)電極に交番の補助信号を印加する第2
の期間とを有することにより効果を増すものである。
[作 用〕 本来、螺旋構造をもつカイラルスメクチック液晶に対し
て、液晶セルの基板間隔を小さく、例えば3ト■以Fに
することによって螺旋をほどき、双安定状態をq1#る
ことは表面安定型メモリーセルとして知られている(特
開昭56−107218号)、第1図は、このような表
面安定型強誘電性液晶セル(5SFLGセル)の−・例
を示す模式図である0図において、太線で示した線23
が液晶分子を表わしており、この液晶分子23はその分
子に直交した方向に双極fモーメント24(P↓)を有
している。一対の基板11及び11’J。
の電極間に一定の閾値以りの−し圧を印加すると、双極
子モーメント24はすべて電界方向EもしくはE′に向
くように配向方向を変えることができるようになる。液
晶分子の2つの配向方向23及び23′は双安定な状態
であって、エネルギー的に等価な状態である。
本発明者らは、 5SFLCセルにおける配向制御法と
双安定性の関係を詳細に調べた結果、適当な配向制御法
を用いることにより、第1図に示した如く2つの状態が
存在するにもかかわらず、一方の状態が他方の状態に比
べてより安定な状態であり、 ・疋の田植以Eの電圧を
印加することによって一方の安定状態に相対する他方の
状態へ液晶分子−を配向させても電圧をとり去った後に
は元の安定状態へ速やかに移行するような準安定な状態
が存在することを見い出した。このような準安定状態が
出現することに対する詳細は明らかではないが、1五の
基板における何らかの非対称な配向制御作用により双安
定な2つの状態のエネルギーが等価でなくなることによ
って安定状態と準安定な状態が出現するものと考えられ
る。
[実施例] 以r、本発明の実施例を図面と共に詳細に説明する。
第2図は、本発明を実施した液晶素子の光学応答の一例
を示す波形図である。第2図において。
横軸は時間を示し、縦軸は印加電圧の電圧値及び透過光
量を示している。
本実施例に用いた液晶は、 GS33MIXで、′F記
の分子式を有するものである。
H3 上記液晶にド記物質を10%混合し、 ITO等をコートしたガラス基板にポリイミド等の高分
子膜を塗布したのち、L丁の基板でラビング方向を直角
にする配向処理を施したセルを形成した。ここで、セル
厚は3μ腸以rであることが望ましく、IJLmまでを
好適とする。透過光量は。
互いにクロスニコルの関係にある2枚の偏光板間に前記
安定状態において最暗(ダークレベル)となるように液
晶を配置し、所定のパルス電圧を印加して前記準安定状
態ヘスイッチさせたときの透過光州を光電r倍増管によ
り測定したものである。
第2図(a)は所定の1値電界(ここで用いた液、v、
ではI m523V )を越えないパルス電圧を印加し
た場合で、パルス電圧印加により液晶分子は安定状態か
ら準安定状態へ向ってその配向方向を大きく変える(オ
ーバーシュートする)が、この場合、印加したパルス屯
圧が悶イ1を越えないので。
直ちに元の安定状態へ戻る。
第2図(b)は所定の閾値電圧以上のパルス電圧を印加
した場合で、液晶分子は安定状態から準安定状態へ向っ
てオーバーシュートした後、準安定状態へ移行した状態
(ライトレベル)における光学応答を示している。
第2図(C)は、752図(b)の横軸のスケールを大
きくしたもの(20msec/div、 )で、所定の
田植以りのパルス電圧を印加することによって安定状y
8から準安定状態へ移行させた後、約80Ilsの残響
時間(デケイタイム)で11び安定状態へ戻る過程を示
している。このような準安定状態から安定状態への移行
のメカニズムは、第2図(a)で示した両値を越えない
場合とは本質的に異なるものであり、一度反転したドメ
インが何らかの原因によりドメイン壁が移動することに
よって、再び元のドメインに戻るためと考えることがで
きる。
このような単安定状態の強誘電性液晶素子を得るための
配向制御法としては前述したL丁の基板のラビング方向
をずらす方法のほかに、例えばL基板にrTOをコート
したガラス基板を用い、ド基板にのみ高分子膜を塗布し
たラビング処理を施すというように、1丁基板に対して
非対称な配向処理を施すことによっても実現可使である
第3図は、上記の強誘電性液晶化合物を挟持するマトリ
クス電極構造の一例を模式的に示すモ面図である。第3
図において、マトリクス電極31は、走査電極群32及
び信号電極群33により構成されている。第4図は、そ
の走査電極群32の各電極Sl  、52  、S3・
・・及び信号電極群33から選択された′上極IOHに
印加される電気信号の一例を示す電圧−タイムチャート
である。
1−記の電極により動画を表示する場合には、走査電極
群32は逐次周期的に選択される。また、第4図に示さ
れるように、所定の電圧印加時間t。
に対して、巾安定性を有する液晶セルに準安定状態をγ
える閾値電圧をV lh、準安定状態から安定状7Bへ
戻る残響時間をτdとすると、走査電極に′Fえられる
電極0号は位相(時間)to で電圧Vs を有し、か
つ周期Tで順次選択されて行く。
一方、選択された信号゛電極にγえられる信号IONは
、周期した走査信号と同じ位相(時間) t。
で、電圧v1及び−Vlであり、選択されない信号電極
はアース状態になっている。!:、記各値は次の関係を
満足する所望の値に設定される。
V5  、VB  <VLh<Vs  +V+Tくτd 本実施例において、周期Tは液晶の準安定状態、安定状
態への移行過程で透過先着が準安定状態へ移行した直後
の透過光賃に対して約lO%になる時間を設定した。
原理的には、単安定状態を有する強誘電性液晶はl極性
の電気信号だけでも駆動できるが、本実施例では第4図
に示す如く、vl及び−v1 と逆極性の′IE圧を信
−)゛心棒に印加することになっている。その理由は、
走査線数が極めて多い場合に。
1つの信号電極りに選択される情報信号がlj−えられ
続けるような情況であると、同一極性のパルスが連続し
て印加されることにより、 一画面の走査が終rする以
前に、準安定状態から安定状態へ移行している画素が1
拝びや安定状yEへ反転してしまうので、これを防止す
るためである。
このような1に気信号を印加することにより、光学的「
暗」状態に相当にする液晶の安定状fgと、「明」状態
に相当する準安定状態間での状態変化を速やかに起こさ
せることができるという重要な効果が得られる。
また、準安定状ff、から安定状態への移行時間でdは
液晶材料や使用温度に依存するため、−画面の占き込み
時間Tを比較的自由に変えることができる。
従って、−ヒ述の条件を適宜に選定することにより、例
えば書き込み時間Tをテレビ信号の周期に一致させるこ
とによってテレビ動画を表示することも11丁能になる
[発明の効果] 以上説明したとおり、本発明によれば、安定状IEと準
安定状態とを有する強誘電性液晶を使用することにより
、きわめて簡単な駆動法でも表示することがでy、かつ
、テレビなどの動画に適した高速表示をも可能にする新
規な液晶素子及びそ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図は本発明に使用される液晶素子の一例の模式図、
第2図(a)〜(C)は本発明の実施例の光学応答の−
・例を示すオシロスコープの電圧波形写真、第3図は本
発明に使用されるマトリクス電極の乎面図、第4図は上
記電極の電圧波形図である。 11;透明電極がコートされた基板 12;液晶分−f層 13、液晶分子 14:双極子モーメント(P↓) 24;上向き双極子モーメント 24′;下向き双極子モーメント 23;第1の安定状態 23′;第2の安定状態 31;マトリクス電極

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)電極を設けた一対の平行基板間に強誘電性液晶を封
    入したセル構造の液晶素子において、強誘電性液晶が、
    1つの安定状態と、印加電圧値及び電圧印加時間の所定
    の閾値を越える電界を印加したときに現われ、無電界時
    には前記安定状態へと緩和的に移行する1つの準安定状
    態との2状態を有することを特徴とする液晶素子。 2)強誘電性液晶がスメクチック液晶であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項に記載の液晶素子。 3)走査信号を順次選択印加される走査電極群と情報信
    号を選択印加される信号電極群とのマトリクス構造上に
    画素を配置し、両電極間に電界を印加することにより、
    1つの安定状態と1つの準安定状態とを有する強誘電性
    液晶を光学変調する液晶素子の駆動法であって、選択さ
    れた画素に対しては印加電圧値及び電圧印加時間の所定
    の閾値を越える電界を印加することにより安定状態から
    準安定状態へ液晶分子を移行させ、選択されない画素に
    対しては前記閾値以下の電界を印加することにより液晶
    分子の安定状態を保持することを特徴とする液晶素子の
    駆動方法。 4)閾値を越える電界を印加することにより安定状態か
    ら準安定状態へ液晶分子を移行させた後、該準安定状態
    から安定状態へ戻る緩和時間が、全画素を含む一画面を
    走査する時間よりも長いことを特徴とする特許請求の範
    囲第3項に記載の液晶素子の駆動方法。 5)走査電極に印加した走査信号に同期させて信号電極
    に情報信号を印加する第1の期間と、前記信号電極に交
    番の補助信号を印加する第2の期間とを有することを特
    徴とする特許請求の範囲第3項もしくは第4項に記載の
    液晶素子の駆動方法。
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