JPH04311922A - 液晶電気光学素子の駆動方法 - Google Patents
液晶電気光学素子の駆動方法Info
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- JPH04311922A JPH04311922A JP7923991A JP7923991A JPH04311922A JP H04311922 A JPH04311922 A JP H04311922A JP 7923991 A JP7923991 A JP 7923991A JP 7923991 A JP7923991 A JP 7923991A JP H04311922 A JPH04311922 A JP H04311922A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
等の駆動方法に関し、詳しくは液晶物質を用いた表示体
の駆動方法に関する。
定状態と電場誘起強誘電相の二つの配向状態との間の、
いわゆる三安定スイッチングは、従来の表面安定化強誘
電性液晶素子(SSFLC) に見られる幾つかの本質
的な問題点を解決する方法の一つとして期待され、活発
に研究が進められている(A.D.L.Chandan
i et al.:Jpn.J.Appl.Phys.
,27, L729(1988), A.D.L.C
handani et al.:Jpn. J. Ap
pl. Phys.,28,L1265(1988)
等参照)三安定スイッチングの主な特徴は次の4点であ
る。
相転移には、直流電圧に対する急峻なしきい値特性があ
る(図7)。
テリシスを持つため、反強誘電相あるいは強誘電相を選
択した後に維持電圧VH を印加しておけば、その状態
を維持することができる。
を光学的に等価にすることができる。
ができるため、SSFLCに見られるような電気光学特
性の経時変化がない。
駆動による高精細液晶表示体を作成することができる。 なお、本出願では電場誘起強誘電相における二つの配向
状態を区別するため、それらを強誘電相(+)、強誘電
相(−)と呼ぶことにする。
ては、図8に示した方法が特開平2−173724に開
示されている。図8(a)のVt とVdは、それぞれ
走査電極と信号電極に印加する電圧波形、図8(b)は
それらの合成波形であり、この合成電圧波形が液晶層へ
印加される。1フレームは〔S〕と〔NS〕で示した選
択期間と非選択期間から成り、選択期間〔S〕は、〔R
〕と〔W〕で示したリセット期間と書き込み期間から成
っている。
層へ0ボルトを印加することによってOFF状態へリセ
ットする。そして、ON状態を選択する場合は、書き込
み期間の後半にV(A−F)sよりも大きい電圧を印加
してON状態へスイッチした後、単極性の維持電圧波形
(V0−V2〜V0+V2)を印加して、ON状態(強
誘電相)を維持する。また、OFF状態を選択する場合
には、書き込み期間の後半にV(A−F)t以下の電圧
を印加した後、単極性の維持電圧波形を印加して、OF
F状態(反強誘電相)を維持する。
いて説明する。反強誘電相での光軸OAはスメクチック
層34と直交している。この液晶層を図9(b)のよう
に液晶配向膜310と透明電極37が設けられた二枚の
ガラス基板38で挟み、さらに、偏光軸39が光軸OA
と平行又は垂直にセットされた偏光板35と、その偏
光板と直交している検光板36とで挟めば、光透過率は
0(OFF状態)となる。ここで、V(A−F)t以下
の電圧を印加しても光透過率の変化はわずかであり、O
FF状態を維持することができる。一方、絶対値がV(
A−F)s以上の正極性電圧を印加すれば、反強誘電相
から強誘電相(+) へ相転移する。この時の液晶分子
配向方向(光軸)をOF(+) 、自発分極をPs(+
) とする。また、絶対値がV(A−F)s以上の負極
性電圧を印加すれば、光軸がOF(−)で自発分極がP
s(−)であるもう一方の強誘電相(−) へ相転移す
る。 OF(+)、OF(−)と偏光軸のなす角度をそれぞれ
θ(+)、θ(−) とすれば、それらは0ではないた
め光が透過し、ON状態となる。そして、維持電圧VH
を印加している限りその状態を維持することができる
。さらに、θ(+)とθ(−)は互いに等しく、二つの
強誘電相(+)と(−)の光透過率は互いに等しいため
、両者は光学的には等価である。したがって、ON状態
を選択するためには、光軸がOF(+)またはOF(−
)のいずれか一方の強誘電相を選択すればよい。
維持電圧を印加し続けなければならない。もし、一方極
性の電圧を印加し続けると、液晶層内の不純物イオンが
液晶層と配向膜との界面に掃き寄せられて、液晶の電気
光学特性に悪影響を及ぼす。したがって、外部印加電圧
の極性の偏りによる電気光学特性の経時変化を防ぐため
には、単位時間内の電圧の時間平均値を0にしなければ
ならない。そこで、この駆動方法では、データ電圧波形
を交流として、さらに、1フレーム内においては交流で
はない書き込み電圧波形と維持電圧波形の極性を、1フ
レーム毎に反転することによって、単位時間内での電圧
の時間平均値が零となるようにしている。
法は以下に述べるような二つの課題を持っている。
OFF状態を選択する場合に液晶層へ印加される電圧波
形である。既に説明したように、絶対値がしきい値以下
の電圧VNS=−(V0+V1)+V2 を書き込み期
間の最後に印加し、その直後にVNSよりも小さい維持
電圧を印加する。このような駆動方法で高いコントラス
ト比を得ることは困難である。その理由を、図3を用い
て説明する。
VNS を印加した時の光透過率をINSで表し、その
直後にVHを印加したときの光透過率をIHで表すこと
にする。図3の破線で描かれたループCは、印加電圧の
最大値をVNSとしたときのヒステリシス特性を示して
いる。 この図からわかるように、電圧をしきい値よりも低いV
NSから下げて行くときにも、光透過率は矢印のように
変化して、ヒステリシス特性を示す。したがって、電圧
VNSを印加した直後に維持電圧VH を印加したとき
の光透過率IH は図示したようになる。コントラスト
比はIH に反比例するため、IH を十分小さくする
ことができない従来の駆動方法では、高いコントラスト
比を得ることは困難である。
反強誘電相への相転移の緩和速度が逆方向の相転移の緩
和速度と比較して遅いため、リセット期間を長くしなけ
ればならず、画面走査に時間がかかる、ということであ
る。
あり、その目的とするところは、三安定スイッチングの
特長を十分に生かして、高いコントラスト比と高い光透
過率を得ることができ、さらに電荷の偏りを防ぐことが
できるマルチプレックス駆動方法を提供するところにあ
る。
子の駆動方法は、走査電極を有する基板と信号電極を有
する基板の電極面を対向させた基板間に反強誘電性液晶
が挟持され、反強誘電相から強誘電相へ電場誘起相転移
させる時のしきい値と飽和値をそれぞれV(A−F)t
とV(A−F)s 、また、強誘電相から反強誘電相
へ戻る時のしきい値をV(F−A)tとすれば、V(A
−F)t >V(F−A)tであるような液晶電気光学
素子の駆動方法において、非選択期間の最後にリセット
期間を設定し、前記走査電極へは、リセット電圧波形・
書き込み電圧波形および維持電圧波形を前記リセット期
間・書き込み期間(選択期間)および前記非選択期間に
それぞれ印加し、前記信号電極へはデータ電圧波形を前
記書き込み期間に印加することによって駆動する液晶電
気光学素子の駆動方法であり、 V(A−F)t 以下
の電圧を印加した時の反強誘電相状態をOFF状態、V
(A−F)t よりも大きい電圧を印加した状態をON
状態とすれば、a)前記リセット電圧波形と前記データ
電圧波形を合成した電圧波形は、前記書き込み期間で選
択された状態がOFF状態ならばその状態を維持し、O
N状態ならばOFF状態にリセットすることができるよ
うな電圧波形であり、b)前記維持電圧波形の波高値V
Hは下記の(1)式を満足し、
|V(F−A)t|<|VH|<|V(A−F)t|
(1) c)前記書き込み電圧波形と前記データ電圧波形は
、いずれも少なくとも2個以上の電圧パルスからなり、
前記書き込み期間に液晶層へ印加される電圧パルスのう
ち、最後から二番目の電圧パルスによってON状態また
はOFF状態を選択し、最後から二番目の書き込み電圧
パルスとデータ電圧パルスの波高値をそれぞれVS1、
VD1とすれば、VD1は−V2からV2の間で可変で
あり、V2は下記の(2)式と(3)式を同時に満足し
、 |VS1+V2|≧|V(
A−F)s|
(2) |
VS1−V2|≦|V(A−F)t|
(3) d)一番最後の書き込み電圧パルスと一番最後のデ
ータ電圧パルスの波高値をそれぞれVS2、VD2とす
れば、VD2=−VD1であり、さらに、OFF状態を
選択する時には下記の(4) 式を満足し、 |VS2−V2|<|VH|
(4) e)前記リセット期間と前記選択期間の長さを、液
晶電気光学素子の環境温度に応じて変化させることを特
徴とし、さらに、次の2項目のうち何れかに該当するこ
とを特徴とする液晶電気光学素子の駆動方法。
(波高値と印加時間との積の総和)をVAとすれば、時
間平均値が−VAであるような補償電圧波形を走査電極
へ印加し、さらに前記維持電圧波形を交流とすることに
よって、1フレーム内(一度書き込まれてから次に書き
込まれるまでの期間)に印加される電圧の時間平均値を
零とする。
圧波形・維持電圧波形・データ電圧波形の極性を一定周
期毎に反転させることによって、単位時間内に印加され
る電圧の時間平均値を零とする。
ラス基板上に透明電極(ITO)を形成し、さらにその
上に液晶配向膜(ポリイミド)を形成する。上下基板に
形成した透明電極は、それぞれ走査電極と信号電極に相
当する。そして、液晶配向膜をラビング処理する。この
ような2枚の基板間に液晶材料4−(1−methyl
heptyloxycarbonyl)phenyl−
4’−octyloxybiphenyl−4−car
boxylate(MHPOBC)を封入し、環境温度
を反強誘電性カイラルスメクティックC相の温度範囲に
保持したものを試料として用いた。液晶層厚は1.7μ
mである。この試料を2枚の直交する偏光板で挟み、一
方の偏光板の偏光軸をスメクチック層面と直交させた。 70℃における光透過率のヒステリシス特性を図7に示
す。V(A−F)t=14〔v〕、V(A−F)s=2
0〔v〕、V(F−A)t=6〔v〕である。
)、Vd(ON)はそれぞれ反強誘電相(OFF状態)
と強誘電相(ON状態)を選択するためのデータ電圧波
形である。図2の上段は液晶層へ印加される電圧波形で
あり、走査電圧波形とデータ電圧波形の合成波形である
。そして、図2の下段はそれに対する液晶の電気光学応
答である。リセット電圧はVSE=0〔v〕、データ電
圧は|VD1|=|VD2|=3〔v〕とし、選択期間
の最後から二番目の書き込み電圧パルスの波高値はVS
1=17〔v〕、最後の書き込み電圧パルスの波高値は
VS2=−4〔v〕とした。維持電圧波形としては、負
極性から始まる±9〔v〕の交流電圧パルスとした。ま
た、補償電圧波形としては、パルス幅と波高値がそれぞ
れPW2とVC=−(VS1+VS2+VSE)=−1
3〔v〕の電圧パルスを、リセット期間の最初に印加す
ることにした。駆動デューティ比とパルス幅PW1、P
W2はそれぞれ1/1000と480μsec、80μ
secであり、維持電圧波形の周波数は1/(1.99
1×10−3) Hzである。
) を印加した場合、選択期間の最後から二番目に液晶
層へ印加される電圧はVS1−VD1=20〔v〕とな
るため、反強誘電相から強誘電相(+) への相転移が
起こる。それに続く最後の電圧は−7〔v〕である。こ
のようにパルス電圧の波高値が+20〔v〕 から−7
〔v〕 へ直接変化した場合、7〔v〕は|V(F−A
)t|以上であるため、反強誘電相を通り越してもう一
方の強誘電相(−)へスイッチする。その後、非選択期
間には −6〜−12〔v〕と6〜12〔v〕という維
持電圧パルスが交互に印加されて、交互に強誘電相(−
)と強誘電相(+)の状態になるため、ON状態が維持
される。
d(OFF)を印加した場合、選択期間の最後から二番
目に液晶層へ印加される電圧は14〔v〕となる。この
値は|V(A−F)t|以下であるため、反強誘電相か
ら強誘電相(+) への相転移は起こらない。この時の
光透過率は図3に示したようにINSである。それに続
く最後の電圧は、−1〔v〕である。この電圧は、最後
から二番目の電圧とは逆極性のため、この期間に光透過
率はほぼ0に近い値まで低下する。その後、非選択期間
には−6〜−12〔v〕と6〜12〔v〕という維持電
圧パルスが交互に印加される。この場合、光透過率は図
3に示したループBにほぼ従うように変化する。ただし
、この図では正極性側のみ示してある。
の時間変化を図2に実線で示す。比較のために、従来方
法によって駆動した場合の光透過率を、同図の破線で示
した。これより、ON状態の光透過率については両者の
間に差は見られないが、OFF状態の光透過率には明ら
かな差が認められる。本発明によるOFF状態の平均光
透過率は、従来方法によるそれのほぼ 2/3 倍とな
っている。コントラスト比はOFF状態の光透過率に反
比例するため、コントラスト比は従来のほぼ3/2倍と
なり、1:25から1:35へ向上した。さらに、前述
したように補償電圧パルスを1個印加しているため、1
フレーム内に液晶層へ印加される電圧の時間平均値は0
となり、液晶層内での電荷の偏りは起こらない。
よる駆動方法の表示速度を比較する。強誘電相から反強
誘電相への緩和時間が約420μsec であるため、
従来の方法では、選択期間の長さは80×2+420=
580μsec となる。これに対して、本発明による
方法では、選択期間(書き込み期間)の長さは160μ
secである。したがって、本発明による駆動方法を用
いれば、従来方法による駆動方法よりも約3.5倍の高
速化が達成される。ただし、どの程度高速化されるか、
ということは、強誘電相から反強誘電相への緩和時間に
よって異なり、緩和時間が長ければ長いほどその効果が
大きくなる。
動方法においてVS2=−3〔v〕とした。この場合、
VC=−14〔v〕となる。他の設定値は実施例1と同
様である。OFF状態を選択する場合、書き込み期間の
最後から二番目に印加される電圧が+14〔v〕である
のに対して、最後に印加される電圧は0〔v〕であり、
逆極性ではない。そのため、この0ボルトの期間内での
光透過率の減少量を実施例1と比較すれば、やや少なく
なる。したがって、OFF状態の光透過率は、実施例1
の場合よりも少し高くなり、コントラスト比は1:30
と少し低くなった。しかし、従来方法によるコントラス
ト比よりも高い。
動方法において、|VD1|と|VD2|の値の上限V
2を3〔v〕として、その範囲内で変化させた。ただし
、実施例1と同様に VD1=−VD2である。このよ
うにデータ電圧を変調することによって、階調表示を行
うことができた。
ように、非選択期間に印加される維持電圧波形に補償電
圧波形を重畳した。VS1=17〔v〕,VS2=−4
〔v〕,VH=±9〔v〕,VC=−13〔v〕,|V
D1|=|VD2|=3〔v〕 である。したがって、
維持電圧波形に補償電圧波形を重畳した部分の電圧(V
H+VC)は−4〔v〕となる。本実施例でも、実施例
1と同様な表示特性が得られた。
、図5に示したように維持電圧波形が直流である電圧波
形によって駆動した。VS1=17〔v〕、VS2=−
4〔v〕、 VH=−9〔v〕、|VD1|=|VD2
|=3〔v〕、VSE=0〔v〕である。1フレーム期
間内での印加電圧の平均値は0ではないため、1フレー
ム毎にすべての電圧波形の極性を反転することによって
、単位時間内での平均値が0になるようにした。表示特
性は実施例1と同様に1:17のコントラスト比が得ら
れた。また、実施例4と同様に、データ電圧を変調する
ことによって、階調表示を行うことができた。
形を図6に示す。ここでは、書き込み電圧波形とデータ
電圧波形は、それぞれ3個の書き込み電圧パルスと3個
のデータ電圧パルスから成っている。3個の書き込み電
圧パルスのうち、最初のパルスを補償電圧パルスとして
いる。各電圧の設定は実施例2と同様である。|VS2
|=|VD2|であるので、補償電圧の波高値(|VS
1|−|VS2|)はしきい値と等しくなる。したがっ
て、この補償電圧は表示特性には何等影響を与えず、実
施例2と同様な表示特性が得られた。ただし、この方法
による走査時間は、実施例2の場合よりもPW2だけ長
くなる。
、環境温度を100℃とした。実施例1の場合よりも温
度を高くしたため、強誘電相から反強誘電相への緩和速
度が速くなった。したがって、PW1=160μsec
としても駆動することができ、1:31のコントラス
ト比が得られた。
誘電相と電場誘起強誘電相との間のスイッチングを用い
る液晶電気光学素子のマルチプレックス駆動において、
従来の方法よりもOFF状態の光透過率を低くすること
ができるため、より高いコントラスト比を得ることがで
きる、という効果を有する。本発明は、大型・高精細液
晶ディスプレイやライトバルブへ応用することができる
。
圧波形と、液晶の電気光学応答を示す図。
シス特性を示す図。
・・・・書き込み期間(選択期間)、OA・・・・・・
・反強誘電相における光軸、OF(+)・・・・強誘電
相(+)における液晶分子配向方向(光軸)、 OF(−)・・・・強誘電相(−)における液晶分子配
向方向(光軸)、 34・・・・・・・・スメクチック層、35・・・・・
・・・偏光板、 36・・・・・・・・検光板、 37・・・・・・・・透明電極、 38・・・・・・・・ガラス基板、 39・・・・・・・・偏光板の偏光軸方向、310・・
・・・・・液晶配向膜、
Claims (4)
- 【請求項1】 走査電極を有する基板と信号電極を有
する基板の電極面を対向させた基板間に反強誘電性液晶
が挟持され、反強誘電相から強誘電相へ電場誘起相転移
させる時のしきい値と飽和値をそれぞれV(A−F)t
とV(A−F)s 、また、強誘電相から反強誘電相
へ戻る時のしきい値をV(F−A)t とすれば、V(
A−F)t >V(F−A)tであるような液晶電気光
学素子の駆動方法において、非選択期間の最後にリセッ
ト期間を設定し、前記走査電極へは、リセット電圧波形
・書き込み電圧波形および維持電圧波形を前記リセット
期間・書き込み期間(選択期間)および前記非選択期間
にそれぞれ印加し、前記信号電極へはデータ電圧波形を
前記書き込み期間に印加することによって駆動する液晶
電気光学素子の駆動方法であり、 V(A−F)t以下
の電圧を印加した時の反強誘電相状態をOFF状態、V
(A−F)t よりも大きい電圧を印加した状態をON
状態とすれば、a)前記リセット電圧波形と前記データ
電圧波形を合成した電圧波形は、前記書き込み期間で選
択された状態がOFF状態ならばその状態を維持し、O
N状態ならばOFF状態にリセットすることができるよ
うな電圧波形であり、b)前記維持電圧波形の波高値V
Hは下記の(1)式を満足し、 |V(F−A)t|<|VH
|<|V(A−F)t|
(1) c)前記書き込み電圧波形と前記データ電圧波形は
、いずれも少なくとも2個以上の電圧パルスからなり、
前記書き込み期間に液晶層へ印加される電圧パルスのう
ち、最後から二番目の電圧パルスによってON状態また
はOFF状態を選択し、最後から二番目の書き込み電圧
パルスとデータ電圧パルスの波高値をそれぞれVS1、
VD1とすれば、VD1は−V2からV2の間で可変で
あり、V2は下記の(2)式と(3)式を同時に満足し
、 |VS1+V2|≧|V(
A−F)s|
(2) |
VS1−V2|≦|V(A−F)t|
(3) d)一番最後の書き込み電圧パルスと一番最後のデ
ータ電圧パルスの波高値をそれぞれVS2、VD2とす
れば、VD2=−VD1であり、さらに、OFF状態を
選択する時には下記の(4) 式を満足することを特徴
とする液晶電気光学素子の駆動方法。 |VS2−V2|<|VH|
(4) - 【請求項2】 前記書き込み電圧波形の時間平均値(
波高値と印加時間との積の総和)をVAとすれば、時間
平均値が−VAであるような補償電圧波形を走査電極へ
印加し、さらに前記維持電圧波形を交流とすることによ
って、1フレーム内(一度書き込まれてから次に書き込
まれるまでの期間)に印加される電圧の時間平均値を零
としたことを特徴とする請求項1記載の液晶電気光学素
子の駆動方法。 - 【請求項3】 前記リセット電圧波形・書き込み電圧
波形・維持電圧波形・データ電圧波形の極性を一定周期
毎に反転させることによって、単位時間内に印加される
電圧の時間平均値を零としたことを特徴とする請求項1
記載の液晶電気光学素子の駆動方法。 - 【請求項4】 前記リセット期間と前記選択期間の長
さを、液晶電気光学素子の環境温度に応じて変化させる
ことを特徴とする請求項1記載の液晶電気光学素子の駆
動方法。
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