JP2505756B2 - 光学変調素子の駆動法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学変調素子の駆動法に関し、特に少なく
とも２つの安定状態をもつ強誘電性液晶素子の駆動法に
関する。
とも２つの安定状態をもつ強誘電性液晶素子の駆動法に
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。
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。
これらの実用に供されたのは、殆どが、例えば“アプ
ライド・フイジスク・レターズ”（“Applied Physics
Letters"）1971年,18（４）号127〜128頁に記載のM.シ
ヤツト（M.Schadt）及びW.ヘルフリヒ（W.Helfrich）共
著になる“ボルテージ・デイペンダント・オブテイカル
・アクテイビテー・オブ・ア・ツイステツド・ネマチツ
ク・リキツド・クリスタル”（“Voltage Dependent Op
tical Activity of a Twisted Nematic Liquid Crysta
l"）に示されたTN（twisted nematic）型液晶であっ
た。
ライド・フイジスク・レターズ”（“Applied Physics
Letters"）1971年,18（４）号127〜128頁に記載のM.シ
ヤツト（M.Schadt）及びW.ヘルフリヒ（W.Helfrich）共
著になる“ボルテージ・デイペンダント・オブテイカル
・アクテイビテー・オブ・ア・ツイステツド・ネマチツ
ク・リキツド・クリスタル”（“Voltage Dependent Op
tical Activity of a Twisted Nematic Liquid Crysta
l"）に示されたTN（twisted nematic）型液晶であっ
た。
近年は、在来の液晶素子の改善型として、双安定性を
有する液晶素子の使用がクラーク（Clark）及びラガー
ウオール（Lagerwall）の両者により特開昭56−107216
号公報、米国特許第4,367,924号明細書等で提案されて
いる。双安定性液相としては、一般に、カイラルスメク
チツクＣ相（SmC＊）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、光束、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。
有する液晶素子の使用がクラーク（Clark）及びラガー
ウオール（Lagerwall）の両者により特開昭56−107216
号公報、米国特許第4,367,924号明細書等で提案されて
いる。双安定性液相としては、一般に、カイラルスメク
チツクＣ相（SmC＊）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、光束、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。
しかしながら、表示画素数が極めて多く、しかも高速
駆動が求められる時には、問題を生じる。すなわち、所
定の電圧印加時間に対して双安定性を有する強誘電性液
晶セルで第１の安定状態を与えるための閾値電圧を−Vt
h1とし、第２の安定状態を与えるための閾値電圧を＋Vt
h2とすると、これらの閾値電圧を越えなくとも、長時間
に亘り、電圧が印加され続ける場合に、画素に書込まれ
た表示状態（例えば、白状態）が別の表示状態（例えば
黒状態）に反転することがある。第１図は双安定性強誘
電性液晶セルの閾値特性を表わしている。
駆動が求められる時には、問題を生じる。すなわち、所
定の電圧印加時間に対して双安定性を有する強誘電性液
晶セルで第１の安定状態を与えるための閾値電圧を−Vt
h1とし、第２の安定状態を与えるための閾値電圧を＋Vt
h2とすると、これらの閾値電圧を越えなくとも、長時間
に亘り、電圧が印加され続ける場合に、画素に書込まれ
た表示状態（例えば、白状態）が別の表示状態（例えば
黒状態）に反転することがある。第１図は双安定性強誘
電性液晶セルの閾値特性を表わしている。
第１図は、強誘電性液晶としてDOBAMBC（図中の12）
とHOBACPC（図中の11）を用いた時にスイツチングに要
する閾値電圧（Vth）の印加時間依存性をプロツトした
ものである。
とHOBACPC（図中の11）を用いた時にスイツチングに要
する閾値電圧（Vth）の印加時間依存性をプロツトした
ものである。
第１図より明らかな如く、閾値Vthは印加時間依存性
を持っており、さらに印加時間が短い程、急勾配になっ
ていることが理解される。このことから、走査線が極め
て多く、しかも高速に駆動する素子に適用した場合に
は、例えばある画素に走査時において明状態にスイツチ
されていても、次の走査以降常にVth以下の情報信号が
印加され続ける場合、一画面の走査が終了する途中でそ
の画素が暗状態に反転してしまう危険性をもっているこ
とが判る。
を持っており、さらに印加時間が短い程、急勾配になっ
ていることが理解される。このことから、走査線が極め
て多く、しかも高速に駆動する素子に適用した場合に
は、例えばある画素に走査時において明状態にスイツチ
されていても、次の走査以降常にVth以下の情報信号が
印加され続ける場合、一画面の走査が終了する途中でそ
の画素が暗状態に反転してしまう危険性をもっているこ
とが判る。
〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕 本発明の目的は、前述したような従来の液晶表示素子
或いは液晶光シヤツターにおける問題点を解決した新規
な液晶素子の駆動法を提供することにある。
或いは液晶光シヤツターにおける問題点を解決した新規
な液晶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液晶素子の
駆動法を提供することにある。
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液晶素子
の駆動法を提供することにある。
の駆動法を提供することにある。
本発明の更なる他の目的は、階調表現を安定して行な
いうる双安定液晶素子の駆動法を提供することにある。
いうる双安定液晶素子の駆動法を提供することにある。
本発明は、走査電極群と信号電極群とを有する一対の
基板間に光学変調物質を配した光学変調素子の駆動法に
おいて、該走査電極群に、第１の期間とそれに続く第２
の期間とで互いに交番する波形の走査選択信号を順次供
給するとともに、該信号電極群に、該第１の期間と該第
２の期間とで互いに交番し且つそれぞれの期間における
電圧の絶対値が等しい波形の階調情報信号を供給するこ
とで、該第１の期間において、選択された走査電極上の
画素に第１の極性の電圧を印加して、該画素を階調情報
にかかわらず所定の表示状態に消去し、該第２の期間に
おいて、選択された走査電極上の画素に第２の極性の電
圧を印加して、該画素を階調情報に応じた表示状態にす
ることを特徴とする。これにより、第１の期間（第１の
位相）ではライン消去がなされ、第２の期間（第２の位
相）では階調情報の書き込みがなされる。そして、第２
の位相の階調情報信号によるDC成分を相殺する為の電圧
が、ライン消去期間である第１の位相において印加され
るので、選択期間が不本意に長くなることがない。こう
して、光学変調物質の望まない反転によるクロストーク
が防止され、良好な階調表示ができる。また選択期間
は、消去・反転書き込みの２つの期間からなるので、白
黒反転の数が最小に抑えられることでチラツキが抑制さ
れる。
基板間に光学変調物質を配した光学変調素子の駆動法に
おいて、該走査電極群に、第１の期間とそれに続く第２
の期間とで互いに交番する波形の走査選択信号を順次供
給するとともに、該信号電極群に、該第１の期間と該第
２の期間とで互いに交番し且つそれぞれの期間における
電圧の絶対値が等しい波形の階調情報信号を供給するこ
とで、該第１の期間において、選択された走査電極上の
画素に第１の極性の電圧を印加して、該画素を階調情報
にかかわらず所定の表示状態に消去し、該第２の期間に
おいて、選択された走査電極上の画素に第２の極性の電
圧を印加して、該画素を階調情報に応じた表示状態にす
ることを特徴とする。これにより、第１の期間（第１の
位相）ではライン消去がなされ、第２の期間（第２の位
相）では階調情報の書き込みがなされる。そして、第２
の位相の階調情報信号によるDC成分を相殺する為の電圧
が、ライン消去期間である第１の位相において印加され
るので、選択期間が不本意に長くなることがない。こう
して、光学変調物質の望まない反転によるクロストーク
が防止され、良好な階調表示ができる。また選択期間
は、消去・反転書き込みの２つの期間からなるので、白
黒反転の数が最小に抑えられることでチラツキが抑制さ
れる。
本発明の駆動法で用いる光学変調物質としては、少な
くとも２つの安定状態をもつもの、特に加えられる電界
に横じて第１の光学的安定状態と第２の光学的安定状態
とのいずれかを取る、すなわち電界に対する双安定状態
を有する物質、特にこのような性質を有する液晶、が用
いられる。
くとも２つの安定状態をもつもの、特に加えられる電界
に横じて第１の光学的安定状態と第２の光学的安定状態
とのいずれかを取る、すなわち電界に対する双安定状態
を有する物質、特にこのような性質を有する液晶、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チツ
ク液晶が最も好ましく、そのうちカイラルスメクチツク
Ｃ相（SmC＊）又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、“ル・ジユルナール・ド・
フイジツク・ルーテル”（“Le Journal de Physiove l
etter"）36巻（Ｌ−69）,1975年の「フエロエレクトリ
ツク・リキツド・クリスタルス」（「Ferroelectric Li
quid Crystals」）；“アプライド・フイジツクス・レ
タース”（Applied Physics Letters"）36巻（11号）19
80年の「サブミクロン・セカンド・バイステイブル・エ
レトロオブテイツク・スイツチング・イン・リキツド・
クリスタル」（「Submicro Second Bistable Electroop
tic Switching in Liquid Crystals）」；“固体物理"6
（141）1981「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。
る液晶としては、強誘電性を有するカイラルスメクチツ
ク液晶が最も好ましく、そのうちカイラルスメクチツク
Ｃ相（SmC＊）又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、“ル・ジユルナール・ド・
フイジツク・ルーテル”（“Le Journal de Physiove l
etter"）36巻（Ｌ−69）,1975年の「フエロエレクトリ
ツク・リキツド・クリスタルス」（「Ferroelectric Li
quid Crystals」）；“アプライド・フイジツクス・レ
タース”（Applied Physics Letters"）36巻（11号）19
80年の「サブミクロン・セカンド・バイステイブル・エ
レトロオブテイツク・スイツチング・イン・リキツド・
クリスタル」（「Submicro Second Bistable Electroop
tic Switching in Liquid Crystals）」；“固体物理"6
（141）1981「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。
より具体的には、本発明に用いられる強誘電性液晶化
合物の例としては、デシロキシベンジリデン−Ｐ′−イ
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−Ｐ′−アミノ−２−クロロ
プロピルシンナメート（HOBACPC）および４−０−（２
−メチル）−ブチルレゾルシリデン−４′−オクチルア
ニリン（MBRA8）等が挙げられる。
合物の例としては、デシロキシベンジリデン−Ｐ′−イ
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−Ｐ′−アミノ−２−クロロ
プロピルシンナメート（HOBACPC）および４−０−（２
−メチル）−ブチルレゾルシリデン−４′−オクチルア
ニリン（MBRA8）等が挙げられる。
これらの材料を用いて、素子を構成する場合、液晶化
合物が、SmC＊相又はSmH＊相となるような温度状態に保
持する為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込まれた
銅ブロツク等により支持することができる。
合物が、SmC＊相又はSmH＊相となるような温度状態に保
持する為、必要に応じて素子をヒーターが埋め込まれた
銅ブロツク等により支持することができる。
又、本発明では前述のSmC＊,SmH＊の他にカイラルス
メクチツクＦ相、Ｉ相、Ｊ相、Ｇ相やＫ相で現われる強
誘電性液晶を用いることも可能である。
メクチツクＦ相、Ｉ相、Ｊ相、Ｇ相やＫ相で現われる強
誘電性液晶を用いることも可能である。
第２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。21aと21bは、In2O3、SnO2やITO（インジウム
−テイン−オキサイド）等の透明電極がコートされた基
板（ガラス板）であり、その間に液晶分子層22がガラス
面に垂直になるよう配向したSmC＊相の液晶が封入され
ている。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子モ
ーメント（Ｐ⊥）14を有している。基板21aと21b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23
のらせん構造がほどけ、双極子モーメント（Ｐ⊥）24は
すべて電界方向に向くよう、液晶分子23の配向方向を変
えることができる。液晶分子23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コルの位置
関係に配置した偏光子を置けば、電圧印加極性によって
光学特性が変わる液晶光学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３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、その双極子モーメントPa又はPbは上向き（34a）又
は下向き（34b）のどちらかの状態をとる。このような
セルに第３図に示す如く一定の閾値以上の極性の異なる
電界Ea又はEbを所定時間付与すると、双極子モーメント
は電界Ea又はEbの電界ベクトルに対して上向き34a又
は、下向き34bと向きを変え、それに応じて液晶分子は
第１の安定状態33aか、あるいは第２の安定状態33bの何
れか１方に配向する。
のである。21aと21bは、In2O3、SnO2やITO（インジウム
−テイン−オキサイド）等の透明電極がコートされた基
板（ガラス板）であり、その間に液晶分子層22がガラス
面に垂直になるよう配向したSmC＊相の液晶が封入され
ている。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子モ
ーメント（Ｐ⊥）14を有している。基板21aと21b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23
のらせん構造がほどけ、双極子モーメント（Ｐ⊥）24は
すべて電界方向に向くよう、液晶分子23の配向方向を変
えることができる。液晶分子23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コルの位置
関係に配置した偏光子を置けば、電圧印加極性によって
光学特性が変わる液晶光学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３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、その双極子モーメントPa又はPbは上向き（34a）又
は下向き（34b）のどちらかの状態をとる。このような
セルに第３図に示す如く一定の閾値以上の極性の異なる
電界Ea又はEbを所定時間付与すると、双極子モーメント
は電界Ea又はEbの電界ベクトルに対して上向き34a又
は、下向き34bと向きを変え、それに応じて液晶分子は
第１の安定状態33aか、あるいは第２の安定状態33bの何
れか１方に配向する。
このような強誘電性液晶を光学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状態を有すること
である。第２の点を例えば第２図によって説明すると、
電界Eaを印加すると液晶分子は第１の安定状態33a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Ebを印加すると、液晶分子は第２の安定状
態33b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
Ea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、セルとして出来るだ
け薄い方が好ましく、一般的には、0.5μ〜20μ、特に
１μ〜５μが適している。
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状態を有すること
である。第２の点を例えば第２図によって説明すると、
電界Eaを印加すると液晶分子は第１の安定状態33a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Ebを印加すると、液晶分子は第２の安定状
態33b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
Ea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、セルとして出来るだ
け薄い方が好ましく、一般的には、0.5μ〜20μ、特に
１μ〜５μが適している。
本発明の駆動法の好ましい具体例を以下の図により示
す。
す。
第４図は、走査電極群と信号電極群の間に双安定性強
誘電性液晶が挟まれたマトリクス画素構造を有する代表
的セル41の模式図である。42は走査電極群、43は信号電
極群である。本発明は多値またはアナログの階調表示に
適用できるものであるが、説明を簡略化するために白、
および１つの中間レベル、および黒の３値を表示する場
合を例にとって示す。第４図に於いてクロスハツチング
で示される画素が「黒」に、片ハツチングで示される画
素が中間レベル、その他の画素が「白」に対応するもの
とする。
誘電性液晶が挟まれたマトリクス画素構造を有する代表
的セル41の模式図である。42は走査電極群、43は信号電
極群である。本発明は多値またはアナログの階調表示に
適用できるものであるが、説明を簡略化するために白、
および１つの中間レベル、および黒の３値を表示する場
合を例にとって示す。第４図に於いてクロスハツチング
で示される画素が「黒」に、片ハツチングで示される画
素が中間レベル、その他の画素が「白」に対応するもの
とする。
第５図は１ライン毎に画像消去、書き込みを行なう場
合の具体的駆動波形１例を示し、書き込み後の画像は第
４図に対応する。
合の具体的駆動波形１例を示し、書き込み後の画像は第
４図に対応する。
第５図に各走査電極SS,SNSおよび各信号電極IS,IHS,I
NSに印加する電圧波形およびそれぞれの走査電極と信号
電極に挾持される画素液晶に印加される電圧を示す。こ
こで横軸は時間、縦軸は電位（電圧）を示す。
NSに印加する電圧波形およびそれぞれの走査電極と信号
電極に挾持される画素液晶に印加される電圧を示す。こ
こで横軸は時間、縦軸は電位（電圧）を示す。
ここでSSは画情報を書き込むライン、すなわち選択さ
れた走査電極に印加される駆動波形SNSはそのとき画情
報を書き込まないライン、すなわち非選択の走査電極に
印加される駆動波形。またISは前記選択されたラインと
の交差部との間に「黒」を書き込むための駆動波形。I
HSは中間レベルまたはINSは「白」を書き込むための駆
動波形を示す。
れた走査電極に印加される駆動波形SNSはそのとき画情
報を書き込まないライン、すなわち非選択の走査電極に
印加される駆動波形。またISは前記選択されたラインと
の交差部との間に「黒」を書き込むための駆動波形。I
HSは中間レベルまたはINSは「白」を書き込むための駆
動波形を示す。
このとき画素を形成する液晶にそれぞれ印加される電
圧は、IS−SS,INS−SS,INS−SS,IS−SNS,IHS−SNS,INS
−SNSで示される様になる。
圧は、IS−SS,INS−SS,INS−SS,IS−SNS,IHS−SNS,INS
−SNSで示される様になる。
ここで用いた双安定性強誘電液晶の反転閾値を１例と
して｜±2V0|＜|Vth|＜｜±3V0|となる様に駆動電圧V0
を選ぶ、ここで通常液晶セルに加える配向処理等により
Vthは＋側と−側で若干違いがある場合があるが、この
場合は、各駆動波形において＋側と−側の駆動電位を若
干補正する等の対応をするものとし、ここでは説明の便
宜上｜＋Vth|＝｜−Vth|としておく。
して｜±2V0|＜|Vth|＜｜±3V0|となる様に駆動電圧V0
を選ぶ、ここで通常液晶セルに加える配向処理等により
Vthは＋側と−側で若干違いがある場合があるが、この
場合は、各駆動波形において＋側と−側の駆動電位を若
干補正する等の対応をするものとし、ここでは説明の便
宜上｜＋Vth|＝｜−Vth|としておく。
上記の様にした場合、各画素に印加される電圧が、そ
の絶対値が１例として2V0以下の場合は液晶分子反転は
起こらず、また以上の場合は反転が起こり、その絶対値
が大きくなるにつれて、反転が強く起こる様になる。
の絶対値が１例として2V0以下の場合は液晶分子反転は
起こらず、また以上の場合は反転が起こり、その絶対値
が大きくなるにつれて、反転が強く起こる様になる。
ここで各波形について説明する。
選択された走査電極SSは１ライン書き込みを２つの位
相にt1,t2に分割して、その第１の位相t1でライン消去
を行なう為に4V0の電圧を印加し、第２の位相t2で信号
電極に印加される信号に応じた画素書き込みを行なうた
めに−2V0の電圧を印加する。
相にt1,t2に分割して、その第１の位相t1でライン消去
を行なう為に4V0の電圧を印加し、第２の位相t2で信号
電極に印加される信号に応じた画素書き込みを行なうた
めに−2V0の電圧を印加する。
一方、選択されない走査電極SNSは第１及び第２の位
相t1,t2共に基準電位（ここでは0V）に固定される。
相t1,t2共に基準電位（ここでは0V）に固定される。
次に信号電極に印加される電位波形において前記走査
電極の位相とほぼ同期して、その第１位相t1において階
調に応じた−〜−2Vの電圧が印加される。即ち黒を書く
場合（IS）は−2V0,白の場合は0V（INS）中間調の場合
その間の電圧、図では−V0 INSが印加される。この位相
において選択された走査電極SSと各信号電極との間で階
調に応じて−4V0〜−6V0の電圧が印加されることにな
り、液晶の反転閾値−Vthを超えるため、このラインす
べてを消去側（白）に反転させる。次に第２位相t2にお
いては、SSと交差する信号電極にそれぞれ階調に応じた
第１の位相と逆極の０〜2V0の電圧が印加される。ここ
でこの時画素を「黒」にする電位として＋2V0,中間レベ
ル（灰）にする電位の一例として＋V0,「白」のまま保
持する電位として零（基準電位とする。この様にすると
第２位相t2において、このラインの画素に印加される電
圧はそれぞれ＋4V0,＋3V0,＋2V0となり、それぞれ
「黒」、中間レベル、「白」をそれぞれ画素に書き込む
ことになる。
電極の位相とほぼ同期して、その第１位相t1において階
調に応じた−〜−2Vの電圧が印加される。即ち黒を書く
場合（IS）は−2V0,白の場合は0V（INS）中間調の場合
その間の電圧、図では−V0 INSが印加される。この位相
において選択された走査電極SSと各信号電極との間で階
調に応じて−4V0〜−6V0の電圧が印加されることにな
り、液晶の反転閾値−Vthを超えるため、このラインす
べてを消去側（白）に反転させる。次に第２位相t2にお
いては、SSと交差する信号電極にそれぞれ階調に応じた
第１の位相と逆極の０〜2V0の電圧が印加される。ここ
でこの時画素を「黒」にする電位として＋2V0,中間レベ
ル（灰）にする電位の一例として＋V0,「白」のまま保
持する電位として零（基準電位とする。この様にすると
第２位相t2において、このラインの画素に印加される電
圧はそれぞれ＋4V0,＋3V0,＋2V0となり、それぞれ
「黒」、中間レベル、「白」をそれぞれ画素に書き込む
ことになる。
さらに第５図において、選択されない走査電極SNSと
各信号電極IS,IHS,INSとの間に印加される電位は図示の
通りとなる。
各信号電極IS,IHS,INSとの間に印加される電位は図示の
通りとなる。
以上第５図で示した駆動波形が順次走査電極群および
信号電極群に印加された場合の様子を第５図（ｂ）に示
す。画素に印加される電圧の代表例としてはI1−S1,I2
−S1,I3−S1,I4−S5,I5−S5を挙げた。第６図に示した
波形により、１フレームで第４図示例の画像が書き込ま
れるものである。
信号電極群に印加された場合の様子を第５図（ｂ）に示
す。画素に印加される電圧の代表例としてはI1−S1,I2
−S1,I3−S1,I4−S5,I5−S5を挙げた。第６図に示した
波形により、１フレームで第４図示例の画像が書き込ま
れるものである。
さて、双安定性を有する状態での強誘電液晶の電界に
よるスイツチングのメカニズムは微視的には必ずしも明
らかではないが、一般に所定の安定状態を所定時間の強
い電界でスイツチングした後、全く電界が印加されない
状態に放置する場合には、ほぼ半永久的にその状態を保
つことは可能であるが、所定時間ではスイツチングしな
いような弱い電界（先に説明した例で言えば、Vth以下
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、逆の安定状態へ再び配向状態
が反転してしまい、その結果正しい情報の表示や変調が
達成できない現象が生じ得る。当発明者等は、このよう
な弱電界の長時間印加による、配向状態の転移反転現象
（一種のクロストーク）の生じ易さが基板表面の材質、
粗さや液晶材料等によって影響を受ける事は認識した
が、定量的には未だ把みきっていない。ただ、ラビング
やSiO等の斜方蒸着等液晶分子の配向のための一軸性基
板処理を行うと、上記反転現象の生じ易さが増す傾向に
あることは確認した。特に、高い温度の時に低い温度の
場合に比べて、その傾向が強く現われることも確認し
た。
よるスイツチングのメカニズムは微視的には必ずしも明
らかではないが、一般に所定の安定状態を所定時間の強
い電界でスイツチングした後、全く電界が印加されない
状態に放置する場合には、ほぼ半永久的にその状態を保
つことは可能であるが、所定時間ではスイツチングしな
いような弱い電界（先に説明した例で言えば、Vth以下
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、逆の安定状態へ再び配向状態
が反転してしまい、その結果正しい情報の表示や変調が
達成できない現象が生じ得る。当発明者等は、このよう
な弱電界の長時間印加による、配向状態の転移反転現象
（一種のクロストーク）の生じ易さが基板表面の材質、
粗さや液晶材料等によって影響を受ける事は認識した
が、定量的には未だ把みきっていない。ただ、ラビング
やSiO等の斜方蒸着等液晶分子の配向のための一軸性基
板処理を行うと、上記反転現象の生じ易さが増す傾向に
あることは確認した。特に、高い温度の時に低い温度の
場合に比べて、その傾向が強く現われることも確認し
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時間に渉って印加されること
は、避けるのが好ましい。
ために一定方向の電界が長時間に渉って印加されること
は、避けるのが好ましい。
本発明においては同極性の電圧が続いて印加されない
様にしたことで上記問題を解決した。
様にしたことで上記問題を解決した。
すなわち、第５図と第６図において、走査電極の非選
択時に画素に印加される電圧IS−SNS,IHS−SNS,INS−S
NSは、第１位相と第２位相とで、その電圧の絶対値がほ
ぼ等しくその極性が逆である。画像の濃度に応じた第２
位相で階調電圧を印加しても、その前位相で逆極性電圧
が印加される。従ってマトリツクス電極の数が増加して
も画素に印加される電圧が一方向の極性にかたよってし
まうことはない。第５図では走査電極の非選択時の電圧
を0Vとしている為、信号電極に印加される電圧は画素に
印加される電圧と同等となっている。また走査電極選択
時も、画素に印加される電圧IS−SNS,IHS−SNS,INS−S
NSは、第１の位相で画素の消去用完全反転電圧に中間調
表示用の画像に応じた階調信号電圧と同等で逆性の電圧
を加算された電圧が印加される。次の第２の位相では画
素表示の反転開始電圧に画像に応じた階調信号電圧が加
算された電圧が印加される。従って第５図に示す如く画
素消去用の−極性電圧が印加された後画素濃度決定用の
＋極性電圧が印加される為一の極性が印加されることは
ない。また、走査電極と信号電極を共に選択した場合、
即ち画素書き込み中の第２の位相時に画素に印加される
極性と、走査電極非選択時に第１の位相時に画素に印加
される極性とが逆極性となるため、どのような場合にお
いても同極性の電圧が続けて印加されることはなく、ク
ロストークを与えることなく良好かつ安定な階調表示を
行なうことができる。また、画素の書き込みを２位相で
行なっており、非常に高速な表示を可能としている。
択時に画素に印加される電圧IS−SNS,IHS−SNS,INS−S
NSは、第１位相と第２位相とで、その電圧の絶対値がほ
ぼ等しくその極性が逆である。画像の濃度に応じた第２
位相で階調電圧を印加しても、その前位相で逆極性電圧
が印加される。従ってマトリツクス電極の数が増加して
も画素に印加される電圧が一方向の極性にかたよってし
まうことはない。第５図では走査電極の非選択時の電圧
を0Vとしている為、信号電極に印加される電圧は画素に
印加される電圧と同等となっている。また走査電極選択
時も、画素に印加される電圧IS−SNS,IHS−SNS,INS−S
NSは、第１の位相で画素の消去用完全反転電圧に中間調
表示用の画像に応じた階調信号電圧と同等で逆性の電圧
を加算された電圧が印加される。次の第２の位相では画
素表示の反転開始電圧に画像に応じた階調信号電圧が加
算された電圧が印加される。従って第５図に示す如く画
素消去用の−極性電圧が印加された後画素濃度決定用の
＋極性電圧が印加される為一の極性が印加されることは
ない。また、走査電極と信号電極を共に選択した場合、
即ち画素書き込み中の第２の位相時に画素に印加される
極性と、走査電極非選択時に第１の位相時に画素に印加
される極性とが逆極性となるため、どのような場合にお
いても同極性の電圧が続けて印加されることはなく、ク
ロストークを与えることなく良好かつ安定な階調表示を
行なうことができる。また、画素の書き込みを２位相で
行なっており、非常に高速な表示を可能としている。
言うまでもないが電圧のレベルを「白」および「黒」
に対応した２値のみ選ぶことで、２値のみの表現も当然
可能である。
に対応した２値のみ選ぶことで、２値のみの表現も当然
可能である。
また、上記駆動法では階調信号を電圧変調法で示した
が、信号電極に印加する電圧波形として第1,第２の位相
に逆極性でほぼ同等のパルス数を印加したパルス数制御
により階調表現することも可能であり、またパルス幅制
御も可能である。
が、信号電極に印加する電圧波形として第1,第２の位相
に逆極性でほぼ同等のパルス数を印加したパルス数制御
により階調表現することも可能であり、またパルス幅制
御も可能である。
第７図（ａ）〜（ｅ）は、第２の位相t2でデータ線に
印加される階調信号電圧を表わし、第７図（ａ）〜
（ｅ）は位相t2で前述の階調信号が付与され、走行線が
選択された場合の画素に印加される電圧を表わしてい
る。第７図（ａ）は第１階調信号の電圧波形（０）で画
素には第８図（ａ）に示す2V0の電圧が印加される。画
素には電圧2V0が印加されるが反転開始電圧直前であ
り、第９図（ａ）に示す如く画素全体が第１の位相時に
書き込まれた白状態が保持される。
印加される階調信号電圧を表わし、第７図（ａ）〜
（ｅ）は位相t2で前述の階調信号が付与され、走行線が
選択された場合の画素に印加される電圧を表わしてい
る。第７図（ａ）は第１階調信号の電圧波形（０）で画
素には第８図（ａ）に示す2V0の電圧が印加される。画
素には電圧2V0が印加されるが反転開始電圧直前であ
り、第９図（ａ）に示す如く画素全体が第１の位相時に
書き込まれた白状態が保持される。
第７図（ｅ）は、第５階調信号の電圧波形（V4）で、
画素には第８図（ｅ）に示す（2V0＋V4）の完全反転電
圧が印加される。完全反転電圧（2V0＋V4）が印加され
た画素には第９図（ｅ）に示す如く、画素全域にわたり
白状態から黒状態に反転する。
画素には第８図（ｅ）に示す（2V0＋V4）の完全反転電
圧が印加される。完全反転電圧（2V0＋V4）が印加され
た画素には第９図（ｅ）に示す如く、画素全域にわたり
白状態から黒状態に反転する。
第７図（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ第２階
調信号（V1）、第３階調信号（V2）及び第４階調信号
（V3）を表わし、それぞれの階調信号は０＜|V1|＜|V2|
＜|V3|＜|V4|に設定されている。従って、反転開始電圧
2V0以上で、且つ完全反転電圧2V0＋V4以下の電圧に設定
した2V0＋V1、2V0＋V2及び2V0＋V3でそれぞれの階調信
号に応じて白の領域82に対する黒に反転した領域81の割
合を抑制することができる。第９図（ｂ）は2V0＋V1の
電圧信号が画素に印加された時の状態、第９図（ｃ）は
2V0＋V2の電圧信号が画素に印加された時の状態第９図
（ｄ）は2V0＋V3の電圧信号が画素に印加された時の状
態を表わしている。前述した様に、白の領域82は強誘電
性液晶が第１の配向状態に配向しており、黒の領域81は
強誘電性液晶が第２の配向状態に配向し、これらの何れ
かの配向状態は、次のフレームで書込み画像情報により
変動するが完全反転電圧を超えるクリヤー信号（−4V0
〜−6V0）が印加されるまでの間維持され、１フレーム
期間内での階調表示が行われる。但し、第９図は、90゜
のクロスニコルスを用いた偏光顕微鏡観察のスケツチで
ある。
調信号（V1）、第３階調信号（V2）及び第４階調信号
（V3）を表わし、それぞれの階調信号は０＜|V1|＜|V2|
＜|V3|＜|V4|に設定されている。従って、反転開始電圧
2V0以上で、且つ完全反転電圧2V0＋V4以下の電圧に設定
した2V0＋V1、2V0＋V2及び2V0＋V3でそれぞれの階調信
号に応じて白の領域82に対する黒に反転した領域81の割
合を抑制することができる。第９図（ｂ）は2V0＋V1の
電圧信号が画素に印加された時の状態、第９図（ｃ）は
2V0＋V2の電圧信号が画素に印加された時の状態第９図
（ｄ）は2V0＋V3の電圧信号が画素に印加された時の状
態を表わしている。前述した様に、白の領域82は強誘電
性液晶が第１の配向状態に配向しており、黒の領域81は
強誘電性液晶が第２の配向状態に配向し、これらの何れ
かの配向状態は、次のフレームで書込み画像情報により
変動するが完全反転電圧を超えるクリヤー信号（−4V0
〜−6V0）が印加されるまでの間維持され、１フレーム
期間内での階調表示が行われる。但し、第９図は、90゜
のクロスニコルスを用いた偏光顕微鏡観察のスケツチで
ある。
第10図は、ITO膜とその上に1000Åのラビング処理し
たポリイミド膜を設けた１組のガラス基板を3.8μｍの
間隔で保持したセル内に下記液晶組成物を注入した強誘
電性液晶素子に38℃の温度下での電圧と光透過率の関係
を表わしている（但し、この時のパルス巾は1msecとし
た）。第10図によれば、反転開始電圧（2V0）102は6V
で、完全反転電圧（2V0＋V4）101は12.5Vであることが
判る。中間調電圧（2V0＋V1）として7Vを画素に印加し
た時、ドメインの状態は第９図（ｂ）に示す状態とな
り、中間調電圧（2V0＋V2）として10.2Vを画素に印加し
た時、ドメインの状態は第９図（ｃ）に示す状態で、さ
らに中間調電圧（2V0＋V3）として11Vを画素に印加した
時には、ドメインの状態は第９図（ｄ）に示す状態であ
った。尚、図中の●は実測値を表わす。
たポリイミド膜を設けた１組のガラス基板を3.8μｍの
間隔で保持したセル内に下記液晶組成物を注入した強誘
電性液晶素子に38℃の温度下での電圧と光透過率の関係
を表わしている（但し、この時のパルス巾は1msecとし
た）。第10図によれば、反転開始電圧（2V0）102は6V
で、完全反転電圧（2V0＋V4）101は12.5Vであることが
判る。中間調電圧（2V0＋V1）として7Vを画素に印加し
た時、ドメインの状態は第９図（ｂ）に示す状態とな
り、中間調電圧（2V0＋V2）として10.2Vを画素に印加し
た時、ドメインの状態は第９図（ｃ）に示す状態で、さ
らに中間調電圧（2V0＋V3）として11Vを画素に印加した
時には、ドメインの状態は第９図（ｄ）に示す状態であ
った。尚、図中の●は実測値を表わす。
本発明によれば、クロストークを発生しない良好な階
調表示画像を形成することができる。
調表示画像を形成することができる。
第１図は、強誘電性液晶素子における閾値電圧の印加時
間依存性を表わす特性図である。第２図及び第３図は、
本発明で用いた強誘電性液晶素子を模式的に示す斜視図
である。第４図は、本発明の強誘電性液晶で用いたマト
リツクス電極構造の平面図である。第５図は本発明の駆
動法で用いた信号波形を示す説明図で、第６図は第５図
の信号を用いて第４図に示す画像を書込んだ際の信号波
形を時系列で表わした説明図である。第７図（ａ）〜
（ｅ）は、階調情報に応じた信号波形を表わす説明図で
ある。第８図（ａ）〜（ｅ）は、画素の印加された時の
階調情報波形を表わす説明図である。第９図（ａ）〜
（ｅ）は、階調情報に応じた画素の配向状態を表わす説
明図である。第10図は、画素におけるパルス高と光透過
率の関係を表わす特性図である。
間依存性を表わす特性図である。第２図及び第３図は、
本発明で用いた強誘電性液晶素子を模式的に示す斜視図
である。第４図は、本発明の強誘電性液晶で用いたマト
リツクス電極構造の平面図である。第５図は本発明の駆
動法で用いた信号波形を示す説明図で、第６図は第５図
の信号を用いて第４図に示す画像を書込んだ際の信号波
形を時系列で表わした説明図である。第７図（ａ）〜
（ｅ）は、階調情報に応じた信号波形を表わす説明図で
ある。第８図（ａ）〜（ｅ）は、画素の印加された時の
階調情報波形を表わす説明図である。第９図（ａ）〜
（ｅ）は、階調情報に応じた画素の配向状態を表わす説
明図である。第10図は、画素におけるパルス高と光透過
率の関係を表わす特性図である。
Claims (6)
- 【請求項１】走査電極群と信号電極群とを有する一対の
基板間に光学変調物質を配した光学変調素子の駆動法に
おいて、 該走査電極群に、第１の期間とそれに続く第２の期間と
で互いに交番する波形の走査選択信号を順次供給すると
ともに、 該信号電極群に、該第１の期間と該第２の期間とで互い
に交番し且つそれぞれの期間における電圧の絶対値が等
しい波形の階調情報信号を供給することで、 該第１の期間において、選択された走査電極上の画素に
第１の極性の電圧を印加して、該画素を階調情報にかか
わらず所定の表示状態に消去し、 該第２の期間において、選択された走査電極上の画素に
第２の極性の電圧を印加して、該画素を階調情報に応じ
た表示状態にすることを特徴とする光学変調素子の駆動
法。 - 【請求項２】該光学変調物質はカイラルスメクティック
液晶である特許請求の範囲第１項に記載の光学変調素子
の駆動法。 - 【請求項３】該階調情報信号は、階調情報に応じて電圧
が変変化する信号である特許請求の範囲第１項に記載の
光学変調素子の駆動法。 - 【請求項４】該階調情報信号は、階調情報に応じてパル
ス数が変化する信号である特許請求の範囲第１項に記載
の光学変調素子の駆動法。 - 【請求項５】該階調情報信号は、階調情報に応じてパル
ス幅が変化する信号である特許請求の範囲第１項に記載
の光学変調素子の駆動法。 - 【請求項６】該光学変調物質は、強誘電性液晶である特
許請求の範囲第１項に記載の光学変調素子の駆動法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61172584A JP2505756B2 (ja) | 1986-07-22 | 1986-07-22 | 光学変調素子の駆動法 |
| US07/076,179 US4765720A (en) | 1986-07-22 | 1987-07-21 | Method and apparatus for driving ferroelectric liquid crystal, optical modulation device to achieve gradation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61172584A JP2505756B2 (ja) | 1986-07-22 | 1986-07-22 | 光学変調素子の駆動法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6327818A JPS6327818A (ja) | 1988-02-05 |
| JP2505756B2 true JP2505756B2 (ja) | 1996-06-12 |
Family
ID=15944549
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61172584A Expired - Fee Related JP2505756B2 (ja) | 1986-07-22 | 1986-07-22 | 光学変調素子の駆動法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4765720A (ja) |
| JP (1) | JP2505756B2 (ja) |
Families Citing this family (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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