JPS63193131A

JPS63193131A - 液晶セルの駆動方法

Info

Publication number: JPS63193131A
Application number: JP2464187A
Authority: JP
Inventors: Yuji Oba; 有二大庭; Shinichi Shiwa; 志和　新一; Shigeo Sugihara; 杉原　茂雄
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1988-08-10

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〕この発明は、液晶を利用した面積変調が可能な液晶セル
の駆動方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、液晶は表示に用いるとともに、光の透過を制御す
る光ンヤックとして１吏用されている１、このうち、光
の透過を制御する光シャッタとして用いる場合は、光が
透過するかまたは透過しないかの２値に使うことが一般
的である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、液晶が２値にしか使用されないのは、液晶
の配向状態を他の状態に変える遷移過程が起こる電圧幅
が比較的狭く、かつ光透過部と光非透過部を高速に動作
させろことが困難なため、この遷移過程を１更って光の
透過量や反射量を中間段階に制御することはあまり研究
されていない。

本発明者等は液晶を用いて光の透過量や反射量を中間段
階に制御できる液晶セルを先に提案したすなわち、同一
セル内を光透過部と光非透過部とするときには、一方の
板の２個の電極は接地電圧とし、他方の電極は使用する
液晶の誘電異方性が逆転する変化点く以下変化点とする
）より低い周波数（以下低周波とする）の電圧を印加す
る。次に、光透過窓を絞り状態とするときは、一方の板
の２個の電極の一方には低い周波数の片極性の電圧を印
加し、他方の電極にはそれより低い同様の電圧を印加す
るとともに、その変化点より高い周波数（以下高周波と
する）を他方の板に印加するようにした駆動方法である
。この場合、液晶に印加する電圧が一方の極性に片寄り
を生じ液晶の劣化が早くなる問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明にかかる液晶セルの駆動方法は、液晶セルを光
非透過状態とする時は、一方の板の透明電極と他方の板
の透明電極の間に低周波電圧を印加し、液晶セルを絞り
状態にするときは、他方の板の透明電極には高周波電圧
を印加し、一方の板の２個の電極に同じ電圧または異な
る電圧で片極性の低周波電圧を印加し、さらにそれに続
く光非透過状態とするときは、一方の板の透明電極と他
方の板の透明電極に両極性の低周波電圧を印加し、一方
の板の２個の電極に印加した電圧と逆極性の電圧を絞り
状態の継続した時間（ｔ１）と同じ時間を継続する信号
または信号にに相当する複数に分割した信号を光非透過
状態が継続している期間に付加し、絞り状態において一
方の板の２個の電極に印加した各々の電圧により液晶に
加わった電圧（ｖ１）と時間（ｔ１）の積（Ｔ１）と符
号が逆で絶対値の等しくなる電圧（Ｖ２）と時間（ｔ２
）の積（Ｔ２）を液晶に印加可能な電圧波形を一方の板
の２個の各々の電極に印加するものである。

〔作用〕

この発明においては、誘電異方性が周波数により逆転す
る液晶を用い、高周波電圧を印加するとともに低周波電
圧により絞り動作を行うため、絞り動作と光非透過状態
の切替えが高速に行われる。

また、この発明の液晶セルの駆動方法では、低周波の電
圧を制御する方法と、低周波の波高は−、定としデユー
ティ制御による方法との２種類の方法より絞り動作の大
きさを制御でき、後者はディレタル回路に適している。

また、ディンタル回路を使用する場合は、正極性と接地
電圧、または負極性と接地電圧のように片極性で、かっ
２値の電圧を制御する駆動方法が好ましい。この発明の
駆動方法では、回路の大多数を占める画像信号の制御を
片極性で駆動できるとともに、前述のデユーティ制御と
組み合わせることにより、ディジタル制御に最も適した
片極性で２値信号による制御を可能にしている。また、
片極性の信号を用いろ場合、高周波信号を用いると、デ
ユーティが大きくなるに従い、高周波中の低周波成分の
電圧が高くなり、デユーティが１００％のときは、高周
波の性質が失われてしまい、低周波成分のみになってし
まう。しかし、低周波信号を用いると、デユーティ１０
０％においても低周波の性質は保存される。このため、
この発明のように、片極性の低周波により電圧勾配を作
る方法は片極性の高周波により電圧勾配を作る方法に比
べて実質的に低い電圧が使用でき、電源や回路し）経済
化に有効である。

また、片極性の電圧により電圧勾配を作る方法は、液晶
に加わる電圧の極性に片寄りを生じるが、この発明の電
荷の補償方法を用いると極性の片寄りが解消され、ｉｉ
１品の劣化が少なくなる。１〔実施例〕第８図はこの発明に使用する液晶用の基本セルの分解状
態を示す斜視図であり、この図で、１は基本セル、２は
透明の一方の板（以下便宜上、上板という）、３は透明
の他方の板（以下同じく下板という）、４はスペーサ、
５は前記スペーサ４の透過孔、６は前記上板２の電極、
７，８は前記下板３の電極、９，１０ば透明電極からな
る主電極である。

ここで、上板２の上および下板３の下には偏光板が各々
必要であるが、こごては図が繁雑になるため省略しであ
る。これらの上板２とスペーサ４と下板３とを互いに密
着し、スペーサ４により生じた上板２と下板３との間に
液晶を入れたものが基本セル１である。なお、Ｂ、Ｃ，
Ｄは電極６゜７．８の端子（同時に端子電圧）を示すも
のとする。

次にこの基本セル１の基本動作を説明する。

第８図の下板３上の電極７，８の内側の境を各々ａとｂ
とする。また、電極７に信号電圧を入力し、電極８およ
び上板２の電極６を接地する。

第９図は信号電圧を第８図の電極７に印加した時の光透
過率と、第８図のａとｂの位置の関係を信号電圧をパラ
メータとして示したものである。

この時、信号電圧は交流信号で変調すると液晶の劣化が
少なくなり好ましい。

また、基本セル１の上、下に設置ずろＯｉ１光板は、偏
光面が直交するように置いた状態の場合を示しである。

この偏光板の偏光面を平行すると、光透過率は上下が逆
転する。また、液晶としてツイステッドイ、マチックモ
ードの液晶（以下Ｔ　Ｎ　２ｙ晶という）を部用した時
の例が原理説明として判り易いため、これを使用する。

２■を電極７に印加した場合は位置ａの近１カの光透過
率が一部低下し、５■ではａ点近分の光はほとんど透過
しなくなる。また、８Ｖ、ＩＯＶと大きくなるに従い光
非透過部はｂ点の方向に移動し、光透過部の面積が減少
する。この現象は、電極７に信号電圧を印加すると接地
された電極８の方向に電流が流れ、かつ主１ＦＭ１０が
抵抗体として働くため、主電極１ｏには位置ａから位置
しにほぼ直線的に降下する電圧分布が形成される。一方
、液晶には下板３の主電極１０に分布して形成された電
圧と、上板２の接地された主電極９の電圧差分の電圧が
印加１される。一方、液晶は２■程度の電圧で液晶の配
向が変オ〕す、光透過率が一部変化する。このため信号
電圧が高くなって、２■以上の電圧が液晶に加わる位置
がｂ点側に広がることにより光透過部が少なくなる。

第１０図は具体的に光を透過するセルの光透過窓の状態
変化を図示したものである。この状態を絞り動作（光透
過状態と光非透過状態とが分布する状態）と呼ぶ。図中
の（ｉ）〜（１ｖ）は電極６の電圧ＢがＯＶであり、（
ｖ）のみはＢ＝１０Ｖとしたものである。電極７に印加
する信号電圧Ｃが（１）の０■の時は光透過窓全体が光
透過状態であり（以下この部分を光透過部４１とする）
、（ｉｉ）のＣ−２，５■ではａ点の近防は光透過がほ
とんどない部分（以下この部分を光非透過部４２とする
）ができ、その右には液晶の配向が徐々に変化して光透
過が徐々に上昇する部分（以下この部分を遷移部とする
）４３があり、その右には光透過部４１がある。（山）
のＣ＝４Ｖとすると光非透過部４２が拡がす、遷移部４
３が少し挟まりつつ右に移動し、光透過部４１が減少す
る。この傾向は、（１ｖ）のＣ＝７Ｖでさらに顕著にな
った°。また、（Ｖ）のＣ＝１０Ｖ、Ｂ＝１０Ｖでは光
は全く透過しなる。

第１１図は別の条件で駆動した場合を示すもので、判り
易く図示するために第８図の構造のセルの下板３を９０
°回転させて（実際には第８図のように電極６，７，８
は配置されている）示した断面図と外部回路図である。

また、電源１１と１２には直流電源を用い、下板３上の
電極７と８に接続しである。この電源１１と１２は次の
第１２図の説明の都合で直流としたものであるが、交流
に変えても同じ作用がある。まｔコ、接地の位置は第１
２図の説明を判り易くするために決めたものである。

第１２図は、第１１図の主電極１ｏ上の位置と、各々の
位置における電極７と８の電圧差を示す図である。

図中の実線（１）と（１１）は、電源１１と１２により
電圧を印加した場合の主電極１０の電圧分布であり、実
６％（ｉｉ）は電源１２の出力がＯＶの場合である。一
方、破線は液晶が透過状態から遷移状態を経て光非透過
状態に移るしきい値電圧であり、点線は遷移状態と光非
透過状態の境であり、両極性にそれぞれ存在する。ここ
で、実線（ｉ）と（１１）が破線と交差する部分より電
極８側は光透過部４１を形成し、それより電ｉ７側は遷
移部４３を経て光非透過部４２になる。ただし、第１２
図には実線（１）が形成する光透過分布のみを矢印で示
す範囲で示した。この場合の実際に形成される光透過部
４１の分布は第１０図の（１ｖ）に類似している。

この実線（ｉ）と（ｉｉ）の違いは、電源１１の電圧が
同し場合であっても電源１２で電圧を印加した場合とＯ
Ｖの場合では点線で示したしきい値電圧を横切る位置が
異なり、光透過部４１の範囲が実線（１）の方が狭くな
る。この時、主電極１ｏが消費する電力は実線（１）め
方が実線（ＩＩ）より少なくなる特徴がある。しかし、
欠点としては、実線（ｉ）は破線と点線を横切る範囲が
増加し、遷移部４３の領域が増加することである。これ
らの動作は両極性の交流電圧を用いても同様の結果にな
る。

以上がこの発明の基本動作であるが、Ｔ　Ｎ　ｉｌｌ晶
を用いたこの方法は、旋光状態から非旋光状態に変わる
速度が０．１〜１０ミリ秒程度の高速になるが、逆に非
旋光状態から旋光状態に変わる速度はそれの１〜２桁程
度遅い低速である。このため後述する光プリンタ用の光
スィッチとして使用するには動作が遅い欠点がある。こ
れに対し駆動電源の交流の周波数が低い場合は正の誘電
異方性を示し、周波数が高い場合は負の誘電異方性を示
す液晶を用いて周波数を変えることにより高速動作が可
能になる。

第１３図は駆動周波数に対する誘電異方性を示す液晶の
特性例であり、１０　Ｋ　Ｈｚ以下では正。

それ以上では負の誘電異方性を示している。この境にな
る点を以後変化点と呼ぶことにする。

次にこれを使用したセルを駆動するこの発明の駆動方法
を説明する。

変化点以下の低周波の電圧印加では正の誘電異方性を示
し、液晶はホメ第１・ロビングの配列となり、光非透過
状態となる。

一方、変化点以上の高周波の電圧印加では負の誘電異方
性を示し、液晶はホモジニアス配列となり、光透過状態
となる。これを利用すると光非透過状態と光透過状態に
交互に変わる速度を高速にすることが可能になる。

第１３図の特性を持つ液晶として電界制御複屈折効果を
示すＥＣＢ液晶を使用してセルを作製し第１４図の外部
回路を使用した場合によって具体例を説明する。

ここで示したセルは第１１図と同じ条件のセルであるが
、各々電極６，７，８には電源１３，１４゜１５が接続
しである。

ここで、セルの上下に設置する掃光板は偏光面が直交す
るように置いた。電源１３は低周波と高周波の交流を交
互に出力でき、これを動作させると低周波印加時は光非
透過状態となり、高周波に切り換えると光透過状態にな
る。一方、電源１４と１５は各々波高が制御可能な低周
波の交流を出力する。

次に実際の動作を説明する。

まず、第１ステツプとして電源１４と１５は接地状態と
し、電源１３は低周波電圧を発生させ、セルを光非透過
状態とする。このとき、電源１４と１５が同し位相の低
周波を発生し、電源１３が接地状態であっても同様にセ
ルは光非透過状態となる。次に第２ステツプとして電源
１３はＩＯＶ〜数１０Ｖ程度の高周波とし、電源１４を
電源１３の電圧以上とし、電源１５を電源１３の電圧以
下とすると第１０図に示したのと同様の絞り動作がなさ
れる。これは、第１５図の電圧の分布図に示すように破
線（ｉｉ）で示した高周波に対して電極７から電極８へ
向って減少する低周波電圧による実ｔｉ（ｉ）で示す勾
配が各々両極性に形成される。この時、低周波電圧が高
周波電圧に比べて低い領域は光透過部４１となり、逆の
領域では光非透過部４２となり、絞り動作がなされる。

この方法の特徴は絞り動作と閉動作がともに０．１〜２
ミリ秒程度の高速動作になる点にある。

この動作速度の幅は印加電圧に依存しており、高周波と
低周波の実効電圧の差が大きいほど高速に動作する。こ
のため、電極８の近傍が最も動作速度が早く、第１５図
の破線（りと破線（ロ）の交差点付近が最も動作が遅く
なる。

ここで、第１５図の電圧分布図に示すように、高周波電
圧による破線（１１）の電圧分布と低周波電圧による、
例えば電極７から電極８へ向って減少する電圧勾配（実
線（１））を形成したが、この低周波と高周波の関係を
逆転させ、破線（１１）は低周波とし、電圧勾配は高周
波としても絞り動作がなされろ。ここで、乙の方法を高
周波勾配法と呼ぶことにし、この発明の方法を低周波勾
配法と呼び、両者を区別することにする。

ところで、このセルアレイでは、一方の板に電圧勾配を
設けて透明電極に電流を流すため発熱が起こる。このた
め、透明電極の比抵抗を可能な限り上げる必要がある。

しかし、液晶セルは一種の平板コンデンサを形成してお
り、容量を持っているため、透明電極の抵抗を上げると
その回路の時定数が長（なり、高い周波数はど電圧がセ
ルに加わりにくくなる性質がある。このため、電圧勾配
を形成する透明電極に印加する交流は周波数が低いほど
透明電極の抵抗を高くすることが可能になる。このため
、この発明の低周波勾配法の方が高周波勾配法に比べて
発熱の少ないセルアレイが形成できる特徴がある。

次に、第３ステツプとして、第１ステツプと同じ条件の
電圧を印加するとセルは急速に光非透過状態に戻る。

このようにして、絞り動作を任意のタイミングに起こす
ことが可能である。

以下、液晶セルアレイを用いてこの発明の液晶セルの駆
動方法の一実施例を説明する。

第１図はこの発明が用いる液晶セルアレイの一実施例を
示す部分平面図で、これまでの基本セルを複数の光透過
窓を持つ液晶セルアレイを構成するための上板２と下板
３の配線２０，２１と主電極９，１０の構成を示した図
であり、これを用いて第１０図と同様に液晶セルを形成
し、液晶セルアレイとする。なお、以下の説明では個別
に示す必要のないときは各符号のアルファベラ）−によ
る添字は用いない。

ところで、これまで説明したように（第８図）、このセ
ルの下板３は主電極１ｏの両側に電極７゜８を持ち、か
つ上板２が１つの電極６を持ち、合計３個の電極と３個
の駆動回路が必要となる。このため、単純にこのセルを
アレイ状に並べるとセル１個に対し３個ずつの電極と駆
動回路が必要になり、セルアレイの製造における歩留り
の減少。

および駆動回路の増大に伴う不経済化が起こる。

これに対し、第１図およびそれ以後に示したセルアレイ
の構成では、下板３の電極はセルの数に１個加えた配線
と駆動回路とで画像信号の駆動が可能であるとともに、
上板２は２個の電極と２個の駆動回路のみで共通信号の
制御できるため、製造が容易化するとともに駆動回路の
経済化ができる特徴がある。

次に第１図について詳しく説明する。

ここで、この図に示した下板３の１０−ａ〜１０−ｅに
示した主電極は上板２の９−人〜９−Ｅまでの主電極と
重なり、各々が光透過窓２３−ａ〜２３−ｅ（図示は省
略、一般的には単に２３を用いる）となるセルアレイを
形成するものとして以後の説明をする。また、２０−ａ
〜２０−ｄは前記主電極１０−ａ〜１０−ｅの配線を示
す。

次に、各光透過窓２３を独立に駆動する駆動波形につい
て説明する。ここでは例として、第１図の上板２と下板
３で形成するセルアレイのうち光透過窓２３−ｂと２３
−Ｃを独立に駆動する方法を説明する。

第２図の０１と０２は第１図の各々の配ｆ＋１２１Ａ。

２１Ｂに入力する共通信号用の電圧波形であり、第２図
のＤ　１．　Ｄ　ｔ、　Ｄ　ｓは、第１図の板の各々の
配線２０−ｂ、　２０−ａ、　２０−ｃニ入力ｔ　ル画
像４ａ　号用の波形の例であり、第２図のＦは説明のた
めの範囲を示す図で・ある。

光透過窓２３が閉じた状態のＳ□の範囲では低周波の電
圧波形Ｃ！と０２が同じ位相で入力している。一方、電
圧波形り、、Ｄ２．Ｄ３は電圧が０■である。

次に絞り動作をする１１で示す範囲で、光透過窓２３−
ｂ４！絞り状態にする時、電圧波形Ｃ１は高周波の電圧
とし、電圧波形Ｃ２はＳｌと同じ低周波電圧印加状態と
する。さらに、電圧波形Ｄ１．Ｄ２は低周波の必、要な
電圧を印加する。また、電圧波形り、は光透過窓２３−
ｄの絞り状態に従った電圧波形が印加されるが、ここで
の説明には不必要であるため詳細な説明は省略する。こ
こで、高周波は長方形の図形にＸ印を入れた部分で示し
た。これについては以後の説明においても同様とする。

この１１の範囲では低周波による電圧勾配が光透過窓２
３−ｂ、２３−ｅに形成されるが１．光透過窓２３−ｃ
に印加される電圧は全て低周波の電圧であるため、光非
透過状態を維持する。しかし、電圧波形Ｃ１の電圧が印
加されている光透過窓２３−ｂでは均一に高周波が印加
される中で低周波が電圧勾配を生じているため、第１５
図のような電圧分布が形成され、絞り動作状態となる。

次に、光透過窓２３が絞り動作から閉じるＳ。

の範囲では、Ｓ８と同じ状態になるため、高速に光非透
過状態になる。この場合も絞り状態と光非透過状態の切
換えが高速である。

次に、光透過窓２３−ｃを絞り状態とする範囲Ｉ２では
電圧波形Ｃ２を高周波とし、電圧波形Ｃ１はＳ２と同じ
低周波印加状態とし、電圧波形り、、Ｄ。

に低周波を印加する。これにより光透過窓２３−ｂは光
非透過状態のまま光透過窓２３−ｃのみを絞り状態とす
ることができる。このとき、電圧波形Ｄ２は光透過窓２
３−ａの絞り状態に従った電圧波形が印加される。これ
は１１の範囲の場合と同様に詳細な説明は省略する。こ
のような方法により、他の光透過窓についても同様に絞
り動作とすることが可能であり、かつ低周波の電圧を制
御することによりその絞り動作の大きさが任意に変えら
れる。

ここまではＩ□やＩ２の範囲で絞り状態を形成する方法
について説明したが、光透過窓２３−ｈや２３−ｅを完
全に開いた状態にする場合は、範囲■、およびＩ２のタ
イミングに各々の電圧波形Ｄ　、、　Ｄ　２゜Ｄｓを電
圧波形Ｃ１またはＣ２の高周波に比べ低い電圧にするこ
とにより、それぞれの光透過窓を完全に開くことが可能
である。

また、光透過窓２３−ｂや２３−ｃを範囲■１およびＩ
２のタイミングで完全に閉じた状態とする場合は、電圧
波形Ｄｕ−Ｄｔ、Ｄｓを電圧波形Ｃ８またはＣ２の高周
波に比べ高い電圧にすることにより、それぞれの光透過
窓を完全に閉じた光非透過状態とすることが可能である
。

これまでの説明では、絞り動作の大きさの制御は、電圧
波形の波高の制御によっていた。これに対し、電圧は一
定とし、高周波のパルス幅（デユーティ）を変えること
により絞り動作の大きさが変えられる。このためこの方
法は、パルス幅制御を用いてもこれまでに説明した方法
に適用可能である。

このように、実質的な電圧印加時間を制御して絞り動作
部の面積を変える方法は、一定の電圧を使用してディジ
タル回路により制御が容易であるため、電圧制御による
絞り状態部の面積を変える方法に比べ、駆動回路が容易
になる利点がある。

また、これまでは両極性の信号を用いて絞り動作を制御
する方法を説明したが、次に、片極性を用いた絞り動作
の制御方法について説明する。

第２図の電圧波形Ｄ　１ｐ　Ｄ　２−　Ｄ　３は先に説
明したパルス幅制御を用いてもＯｖ、正極信号、負極信
号の３レベルの信号を組み合わせた波形を用いる必要が
ある。しかし、この３レベル信号は、正極性信号とＯＶ
または正と負の極性のような２レベルの信号に比べてｗ
Ａ駆動回路複雑化する欠点がある。この欠点は、駆動回
路の数が少ない場合は特に問題にはならないが、この発
明のように七ルアレイの窓の数は数１００個以上もある
場合にはその影響は大きい。このため、駆動回路の経済
化に適した片極性を用いた絞り動作の制御方法を第３図
の′ｒｊＡ！ａ波形を用いて説明する。

第３図のＣＩと０２は第１図の各々の配線２１Ａ。

２１Ｂに入力する電圧波形であり、第３図のＤ８゜Ｄ、
、Ｄ、は、第１図の板の各々の配線２１−ａ、２０−ｂ
、２０−ｃに入力する波形の例であり、第２図のＦは説
明のための範囲を示す図である。

光透過窓２３が閉じた状態の８１の範囲では低周波の両
極性の電圧波形Ｃ１と０２が同じ位相で入力している。

一方、電圧波形り、、Ｄ、、Ｄ、は電圧がＯＶである。

次に絞り動作をする■１で示す範囲で、光透過窓２３−
ｂを絞り状態にする時、第２図と同様に電圧波形Ｃ１は
両極性の高周波電圧とし、電圧波形Ｃ２はＳ□と同じ低
周波電圧印加状態とする。さらに、電圧波形り、、Ｄ２
として片極性の低周波電圧を印加する。この■□の範囲
では低周波による電圧勾配が光透過窓２３−ｂに形成さ
れる。このとき、光透過窓２３−ｃは入力する全ての信
号が低周波であるため光非透過状態になる。

次に、光透過窓２３が絞り動作から閉じるＳ２の範囲で
は、第２図と同様に高速に光非透過状態になる。

次に、光透過窓２３−ｅｌｉ！絞り状態とする範囲Ｉ２
では電圧波形Ｃ２を高周波とし、電圧波形Ｃ１はＳ２と
同じ低周波印加状態とし、電圧波形Ｄ１．Ｄ２には片極
性の低周波を印加する。これにより光透過窓２３−ｂは
光非透過状態のまま光透過窓２３−ｃのみを絞り状態と
することができる。このような方法により、他の光透過
窓についても同様に紋り動作とすることが可能であり、
かつ低周波の電圧を制御することによりその絞り動作の
大きさが任意に変えられる。

また、第２図の場合と同様に、それぞれの光透過窓を完
全に開くことや閉じることが可能である。

ところで、片極性の信号は先に説明したデユーティ制御
を併用して電圧勾配を形成する場合、高周波勾配法では
デユーティ１００％では低周波成分のみになり、高周波
成分が失われてしまう。これに対し、この発明の低周波
勾配法ではデユーティ１００％においても低周波成分の
みであり、その性質が１００％生かされる特徴がある。

このため、片極性でデユーティ制御を使用する場合はこ
の発明の低周波勾配法が適している。

しかし、片極性の電圧波形を用いる場合は、液晶セル内
の液晶に加オ）る電圧の極性が絞り動作をするたびに片
側に片寄ってしまう。この結果、液晶は劣化が進み、第
２図のように片寄りのない電圧波形で駆動した場合に比
へ寿命が短くなる問題がある。この問題（よ印加する電
圧波形に工夫をすると屏決する。

第４図はこの発明が用いる液晶セルアレイの他の実施例
を示す部分平面図で、配置１２０が主電極１０の上下方
向に設けられている点が第１図の液晶セルアレイと異な
る。

第５図は、第１４図の電源１３が出力する電圧波形Ｃ１
と電源１４と１５が出力する電圧波形の例を示す電圧波
形Ｄ１とＤ２およびＤｌとＤ２を基準電圧と考えた時に
液晶セル内の液晶に加わる各々の電圧波形Ａ、とＡ２を
示した図である。また、Ｆは説明の範囲を示す図である
。

Ｓｌと８２で示されろ範囲は電源１３のみ低周波を出力
しており、液晶に加わる電圧波形はＡＩ。

Ａ２ともにＣ１と同じ波形であり、液晶は光非透過状態
にある。■で示される範囲では電圧波形Ｃ工ば高周波を
出力し、電圧波形り、ば片極性の最大電圧、電圧波形Ｄ
２は片極性の中間の電圧を出力して絞り動作をする例で
ある。Ｊで示される範囲では電圧波形Ｃ１は負の出力を
一定の時間の出力をしている。この時間については、範
囲■とＪを等しくするのが基本であるが、Ｊを２つ以上
の範囲に分割したり、また、Ｊの範囲で出力する電圧を
変えることにより変化する値である。また、範囲Ｊでの
電圧波形Ｄ１とＤ２の出力電圧は、範囲Ｉにおいて電圧
波形Ｄ１やＤ２が出力する最大電圧（Ｖｏ）から範囲Ｉ
において出力した電圧（ＶＯ）を引いた値（Ｖ７　＝Ｖ
０　Ｖｏ　）とする。

このようにすると、液晶に加わる電圧波形Ａ、やＡ２の
実効電圧を示す実線はＩとＪの範囲で互いに対称な電圧
を印加しており、実質的には液晶に片寄った電圧が印加
されることがなくなる。ところで、Ａ１とＡ２の波形で
は高周波を実効電圧と明確に区別するために破線で示し
た。この関係は第１４図の電極７と８の間に存在する全
ての場所においても成り立ち、電圧の片寄りが全領域で
生じなくなる特徴がある。ところで、これまでの説明で
は最も単純になるように範囲Ｊを設定したが、実際には
電源１３が範囲Ｊで出力する電圧波形と電源１４と１５
が出力する電圧の時間が全く同じである必要はなく、そ
れらが異なった時に出力しても効果は同じである。また
、■の範囲で液晶に加わった電圧（ｖ１）とその継続時
間（ｔ□）のＭ（Ｔ）が、Ｊの範囲で液晶に加えた電圧
（ｖ２）とその継続時間（ｔ、）の積（Ｉ２）の絶対値
が等しく、かつ符号が逆であればよく、電圧ｖ１とｖ２
および継続時間ｔｘｋｔ＊が異なった電圧や時間であっ
ても効果は同じである。

第６図の電圧波形は、第１図で説明したセルアレイを駆
動する場合の波形であり、電圧波形ｃ１と０２は各々配
、Ｓ％２１Ａと２１８に印加する波形であり、Ｄは配線
２ｏのいずれかに印加する波形であり、Ａ、とＡ２は電
圧波形り、の波形を基準とした時にセルアレイ内の配線
２１Ａまたは２１Ｂと配線２０との交点の液晶に加わる
燐圧である。

Ｓｌ、Ｓ　２ｐ　３　Ｍで示される範囲は、これまでの
説明と同様に液晶に低周波が印加される範囲であり、光
非透過状態になる。■、とＩ２の範囲、は各々配線２１
Ａと２１Ｂ上の窓が絞り状態を示す範囲であり、これら
の範囲のＣ，、Ｃ２，Ｄは各々第３図と同様な波形であ
る。Ｊ８とＪ２の範囲では各々■１と１２の範囲の波形
による液晶への片寄った電圧波形を補正するための電圧
印加であり、電圧波形Ｃ１と０２は負極性となり、Ｄは
Ｃ８と０２の低周波と高周波の電圧が等しい場合、第５
図の説明と同様に■、とＩ２の範囲の最大電圧から１１
またはＩ２の電圧を引いた電圧を印加する。このように
すると、ＡＩとＡ２の波形では範囲１１で示した斜線部
と範囲Ｊｌで示した斜線部が逆極性で電圧と時間の積が
同じになる関係にあり、範囲工２で示した斜線部と範囲
Ｊ２で示した斜線部が同様に補う関係にあり、電圧印加
の片寄りが解消できろ。ここで、範囲Ｊ１とＪ２を設け
るタイミングは第６図の位置である必要なは（、適当に
変更しても同様の効果が得られる。

また、範囲Ｊ１とＪ２に対応する電圧が分割して印加さ
れ、それらの電圧と時間の積の総和が範囲１１とＩ２の
各々の電圧と時間の積の総和の逆符号と等しく、電圧印
加の片寄りを解消できる関係になっていればよい。

また、Ｄの信号を正極性としたが、負極性とすることも
可能であり、その場合は電圧波形ｃ１とＣ２の波形にに
おいて、範囲Ｊ、とＪ、の時間に出力する信号を正極性
とすることで同じ効果が得られる。

ここで、これまでは液晶として電界制御複屈折モードの
場合について説明してきたが、他の２周波駆動の可能な
ツィステッドネマチックモードやケストホストモードな
どにもこれらの駆動方法は適用可能である。

また、液晶セルアレイを構成する配線２０゜２１は、第
１図の（ｉ）では光透過窓２３の配列方向と同し方向（
横方向）から絞り動作をする光透過窓を並べたセルアレ
イでこれまで説明したが、この他に第４図の（Ａ）や（
Ｂ）に示す配線と透明電極の配置図のような下板３を用
いて構成するセルアレイ合作製し、横方向と縦方向を組
み縫わせた絞り動作や、縦方向の絞り動作をする七ルア
レイをこの発明の駆動方法により同様に駆動するととが
可能である。

次に、このセルの応用例について説明する。

第７図はこれまでに説明した液晶セルアレイを用いて光
プリンタ用の光スィッチ°とし応用した構成図である。

光源２５を出た光はレンズ２６により集光され、偏光板
２７を通って露光用光スイッヂアレイ２２に達する。こ
こで光は、光透過窓２３の先部光分布に従い偏光される
。露光用光スイツチアシ・イ２２を通った光は、基板２
４に設けた穴２８と偏光板２９を通過し、偏光面が合っ
ている光のみが偏光板２９を通過する。この光は、自己
集束性ファイバ３ｏにより感光体３１に集光される。

この発明のセルを用いた露光用光スイツチアレイ２２を
用いると、１画素内の光分布を制御した光が感光体３１
上に形成され、印刷における網点印刷のように面積変調
をした画像が得られる。ここで、感光体３１としては、
銀塩写真、電子写真。

ジアゾ写真などがあげられる。また、これまでの説明で
は光透過型液晶セルのみについて述べたが、光反射型液
晶セルもこの発明を通用できることは明らかである。

次に具体例について説明する。

〔具体例１〕第８図の構成のセルを次のように作成した。主電極９は
表面抵抗が５０Ωの酸化インジュウム膜とし、主電極１
ｏは表面抵抗が３００Ωの酸化スズ膜とし、電極６，７
．８はアルミ蒸着により形成した。また、窓の大きさは
１ｃｍ角とした。上板２と下板３間は６μｍのポリエス
テル製のスペーサ４を用い、このスペーサ４により形成
された空隙に液晶（ＮＴＴＦ−０１チッソ社製）を入れ
て液晶セルアレイとした。また、偏光板は、上板２の上
と下板３の下の２個所に入れ、上から順に偏光面が直行
するようにした。各電極６，７．８には独立した駆動回
路を接続した。

駆！ｐ１１波形としては第５図の電圧波形の０１を電極
６に、ＤＩを電極７に、Ｄ２を電極８に印加した。

第５図のＣ□の波形に用いた低周波の周波数は２ＫＨｚ
とし、高周波の周波数は１００ＫＨｚとし、低周波と高
周波の波高は±２５Ｖとした。また、第１５図のＤｌと
Ｄ２の低高周波の周波数は４Ｋ　ｊｌ　ｚで、波高はＯ
Ｖ〜±３０Ｖとして光透過窓を制御した。絞り動作をさ
せる範囲■、と補正信号印加範囲Ｊのパルス幅は１ｍｓ
とし、３０　（ｌ　Ｈｚの緑返し周期で駆動した。この
結果、光透過窓の光透過状態は、絞り動作となり、電圧
波形Ｄ工とＤ２の電圧が高くなるに伴い、光非透過部４
２の幅が狭（なった。また、光非透過状態から絞り状態
に移る時間は約ｏ、ｓ＜り秒であり、再び光非透過状態
に移る時間はＯｅ　６　＜　！Ｊ秒の高速動作を示した
。

また、１０７回の繰返し動作をした後にも顕著な劣化は
認められなかった。

〔具体例２〕第１図の構成のセルアレイを次のように作成した。主電
極９は表面抵抗が５０Ωの酸化インジュウム膜とし、主
電極１ｏは表面抵抗が１００ＫΩの酸化スズ膜とし、配
ＰＩ＆２０．２１はクロム、金蒸着により形成した。ま
た、各々の窓は２５０μ角の大きさとした。上板２と下
板３間は６μ…のポリエステル製のスペーサ４を用い、
このスベ〜す４により形成された空隙に液晶（ＮＴＴＦ
−０１チッソ社製）を入れて液晶セルアレイとした。ま
た、偏光板は、上板２の上と下板３の下の２個所に入れ
、上から１＠に偏光面がｉｌｉ！３２’す、るようにし
た。

各配ｓ２０，２１には独立した駆！ｇ１回路を接続した
。

ｗＡ動波形としては第６図の波形を印加し、各配線２０
に印加するそれぞれの波形りを信号に従い制御した。第
６図のＣ１と０２とＤの波形の周波数は具体例１と同じ
条件とした。

この結果、各光透過窓が任意の大きさで絞り動作をする
とともに、１０７回の繰返し使用によっても顕著な変化
が見られなかった。

〔具体例３〕具体例２と同じセルアレイと駆動条件を用いて絞り動作
を行わせた。この時、パルス幅を制御して実効電圧を制
御するデユーティ制御を第６図の波形りの信号として用
いた。

他の駆動条件は具体例１と同しにしたところ、具体例１
と同様に高速で絞り動作と光非透過状態が繰り返され、
デユーティ制御によっても同様に絞り動作ができた。

また、１０７回の繰返し使用によっても顕著な特性の変
化は見られなかった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の液晶セルおよび液晶セ
ルアレイの駆動方法によると、窓を構成する透明電極の
うち電圧勾配を形成する透明電極の抵抗を大きくするこ
とが可能であり、発熱の少ない素子を形成できる。また
、電圧勾配を形成する信号として低周波信号を使用する
ため、片極性の１８号が使え、駆動回路の経済化が容易
になるとともに、パルス幅を変調するデユーティ制御が
可能になる。

また、この発明の駆動方法は、低周波と高周波の電圧を
制御して印加するため、高速な絞り動作ができるととも
に、明瞭な絞り動作を行うことができる。

また、片極性の信号を加えることにより液晶に片寄った
極性の電圧が印加されることを防止する補正用の電圧を
印加するため、多数回の繰返し使用によっても液晶の劣
化が生じない利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の液晶セルアレイの実施例を示す上板
と下板の構成図、第２図、第３図、第５図、第６図はこ
の発明のセルアレイをｗＡｒＪＩＪするための波形を示
す図、第４図はこの発明の他の液晶セルアレイの実施例
を示す上板と下板の構成図、第７図は同じく光プリンタ
の断面略図、第８図はこの発明の液晶用の基本セルの分
解状態を示す斜視図、第９図は基本セルにおける電圧と
光透過率との関係を示す図、第１０図は印加電圧と光を
透過する光透過窓の状態を示す図、第１１図はこの発明
の一実施例を説明するためのセルの断面図と駆動回路を
示す図、第１２図、第１５図は電圧分布図、第１３図は
この発明が使用する液晶の駆動周波数に対する誘電異方
性の関係を示す図、第１４図はこの発明の他の実施例を
説明するための断面図と駆動回路を示す図である。図中、１は基本セル、２は上板、３は下板、４はスペー
サ、６〜８は電極、９，１ｏは主電極、１１〜１５は電
源、２０，２１は配線、２３は光透過窓、４１ば光透過
部、４２は光非透過部、４３は遷移部である。第１図２０．２１　：２臘第２図Ｆ　　１−−５＋−１−１＋−Ｉ−５ｚ−１−ｈ−÷−
５３□一時間第３図ＦＦＳｔ−←■１±Ｓ２＋１２→−５３−←一時間第４図第５図Ｆ　　　　　　Ｓ＋−→−−Ｉ　→」　−に−５２□□
吟関第６図ＦＳｔ−）−１＋−＋−５２→１２−＋−Ｊｌ＋Ｊｚ−
−Ｆ−一一一一−ｓコー□時間第７図第８図第９図第１１図第１２図第１３図第１４図第１５図）−４２−ド４１−Ｉ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）透明電極の両側に２個の電極を持つ一方の板と、
透明電極からなる窓形成部を持つ他方の板とを有し、こ
れらの板の間に誘電異方性が周波数により逆転する液晶
を挾んだ液晶セルにおいて、前記液晶セルを光非透過状
態とする時は、前記一方の板の透明電極と前記他方の板
の透明電極に両極性の低周波電圧を印加し、前記液晶セ
ルを絞り状態にするときは、前記他方の板の透明電極に
は両極性の高周波電圧を印加し、前記一方の板の２個の
電極に同じ電圧または異なる電圧の片極性の低周波電圧
を印加し、次に前記液晶セルを光非透過状態とする時は
、前記一方の板の透明電極と前記他方の板の透明電極に
両極性の低周波電圧を印加し、前記一方の板の２個の電
極に印加した電圧と逆極性の電圧を前記絞り状態の継続
した時間（ｔ＿１）と同じ時間を継続する信号または前
記信号にに相当する複数に分割した信号を前記光非透過
状態が継続している期間に付加し、前記絞り状態におい
て前記一方の板の２個の電極に印加した各々の電圧によ
り前記液晶に加わった電圧（Ｖ＿１）と前記時間（ｔ＿
１）の積（Ｔ＿１）と符号が逆で絶対値の等しくなる電
圧（Ｖ＿２）と時間（ｔ＿２）の積（Ｔ＿２）を前記液
晶に印加可能な電圧波形を前記一方の板の２個の各々の
電極に印加することを特徴とする液晶セルの駆動方法。
（２）一方の板の２個の電極に印加する低周波電圧がパ
ルス幅制御をした電圧波形であることを特徴とする特許
請求の範囲第（１）項記載の液晶セルの駆動方法。